(57)【要約】      （修正有）【課題】低コストで高輝度高出力の合波レーザ光源およびその調整方法を得る。【解決手段】合波レーザ光源は、活性層に平行な方向（Ｘ軸方向）に並設された２つの半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２と、半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２に対して設けられ、Ｘ軸方向に並設された２つのコリメートレンズＣ１、Ｃ２を一体化してなるレンズアレイＬＡ１とを備える。コリメートレンズＣ１、Ｃ２の半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２に対する光軸方向（Ｚ軸方向）位置はレンズアレイＬＡ１のＺ軸方向位置および回転角θｙの調整により最適化され、活性層に垂直な方向（Ｙ軸方向）位置はレンズアレイＬＡ１のＸ軸方向位置、Ｙ軸方向位置、回転角θｚの調整により最適化され、レンズアレイＬＡ１のＸ軸方向ピッチに合わせて半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２のＸ軸方向ピッチが最適化されている。【選択図】図１
2007019301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体レーザと、該複数の半導体レーザ毎に設けられた複数のレンズとを備えた合波レーザ光源において、
前記複数のレンズが、２つのレンズを一体化したレンズアレイの形態をなしていることを特徴とする合波レーザ光源。
【請求項２】
複数の半導体レーザと、該複数の半導体レーザ毎に設けられた複数のレンズとを備えた合波レーザ光源において、
前記複数のレンズが、２つのレンズを一体化したレンズアレイとシングルレンズの組み合わせからなることを特徴とする合波レーザ光源。
【請求項３】
前記レンズアレイを固定するためのホルダ部材が該レンズアレイ毎に１つずつ設けられ、
前記半導体レーザの活性層に平行な方向をＸ軸方向、該活性層に垂直な方向をＹ軸方向、前記半導体レーザの出射光の光軸方向をＺ軸方向とし、前記Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に垂直な面をそれぞれＺＸ面、ＸＹ面としたとき、
前記レンズアレイが、前記Ｘ軸方向に２つのレンズを並設して一体化したものであり、
前記ホルダ部材が、前記ＸＹ面および前記ＺＸ面で固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の合波レーザ光源。
【請求項４】
前記レンズアレイを固定するためのホルダ部材が該レンズアレイ毎に１つずつ設けられ、
前記半導体レーザの活性層に平行な方向をＸ軸方向、該活性層に垂直な方向をＹ軸方向、前記半導体レーザの出射光の光軸方向をＺ軸方向とし、前記Ｘ軸方向、Ｚ軸方向に垂直な面をそれぞれＹＺ面、ＸＹ面としたとき、
前記レンズアレイが前記Ｙ軸方向に２つのレンズを並設して一体化したものであり、
前記ホルダ部材が、前記ＸＹ面および前記ＹＺ面で固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の合波レーザ光源。
【請求項５】
複数の半導体レーザと、該複数の半導体レーザ毎に設けられた複数のレンズとを備えた合波レーザ光源において、
前記半導体レーザの活性層に平行な方向をＸ軸方向、該活性層に垂直な方向をＹ軸方向、前記半導体レーザの出射光の光軸方向をＺ軸方向とし、前記Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の周りの回転角をそれぞれθｙ、θｚとしたとき、
前記複数のレンズが、前記Ｘ軸方向に２つのレンズを並設して一体化したレンズアレイの形態をなし、
ａ）前記レンズアレイの各レンズの前記半導体レーザに対する前記Ｚ軸方向の位置が、前記レンズアレイの前記Ｚ軸方向の位置および前記回転角θｙを調整することにより最適化されている、
ｂ）前記レンズアレイの各レンズの前記半導体レーザに対する前記Ｙ軸方向の位置が、前記レンズアレイの前記Ｘ軸方向の位置，前記Ｙ軸方向の位置および前記回転角θｚを調整することにより最適化されている、
ｃ）前記レンズアレイのレンズの前記Ｘ軸方向のピッチに合わせて、前記半導体レーザの前記Ｘ軸方向のピッチが、最適化されている、
ことの少なくともいずれか１つであることを特徴とする合波レーザ光源。
【請求項６】
複数の半導体レーザと、該複数の半導体レーザ毎に設けられた複数のレンズとを備えた合波レーザ光源において、
前記半導体レーザの活性層に平行な方向をＸ軸方向、該活性層に垂直な方向をＹ軸方向、前記半導体レーザの出射光の光軸方向をＺ軸方向とし、前記Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の周りの回転角をそれぞれθｙ、θｚとしたとき、
前記複数のレンズが、前記Ｘ軸方向に２つのレンズを並設して一体化したレンズアレイとシングルレンズの組み合わせからなり、
ａ）前記レンズアレイの各レンズの前記半導体レーザに対する前記Ｚ軸方向の位置が、前記レンズアレイの前記Ｚ軸方向の位置および前記回転角θｙを調整することにより最適化されている、
ｂ）前記レンズアレイの各レンズの前記半導体レーザに対する前記Ｙ軸方向の位置が、前記レンズアレイの前記Ｘ軸方向の位置，前記Ｙ軸方向の位置および前記回転角θｚを調整することにより最適化されている、
ｃ）前記レンズアレイのレンズの前記Ｘ軸方向のピッチに合わせて、前記半導体レーザの前記Ｘ軸方向のピッチが、最適化されている、
ことの少なくともいずれか１つであることを特徴とする合波レーザ光源。
【請求項７】
前記レンズアレイを固定するためのホルダ部材が該レンズアレイ毎に１つずつ設けられ、
前記Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に垂直な面をそれぞれＺＸ面、ＸＹ面としたとき、
前記ホルダ部材が、前記ＸＹ面および前記ＺＸ面で固定されていることを特徴とする請求項５または６に記載の合波レーザ光源。
【請求項８】
前記複数の半導体レーザが、ジャンクションアップ実装されていることを特徴とする請求項１、２、３、５、６、７のいずれかに記載の合波レーザ光源。
【請求項９】
複数の半導体レーザと、該複数の半導体レーザ毎に設けられた複数のレンズとを備えた合波レーザ光源において、
前記半導体レーザの活性層に平行な方向をＸ軸方向、該活性層に垂直な方向をＹ軸方向、前記半導体レーザの出射光の光軸方向をＺ軸方向とし、前記Ｘ軸方向、Ｚ軸方向の周りの回転角をそれぞれθｘ、θｚとしたとき、
前記複数のレンズが、前記Ｙ軸方向に２つのレンズを並設して一体化したレンズアレイの形態をなし、
ａ）前記レンズアレイの各レンズの前記半導体レーザに対する前記Ｚ軸方向の位置が、前記レンズアレイの前記Ｚ軸方向の位置および前記回転角θｘを調整することにより最適化されている、
ｂ）前記レンズアレイの各レンズの前記半導体レーザに対する前記Ｘ軸方向の位置が、前記レンズアレイの前記Ｘ軸方向の位置，前記Ｙ軸方向の位置および前記回転角θｚを調整することにより最適化されている、
ｃ）前記レンズアレイのレンズの前記Ｙ軸方向のピッチに合わせて、前記半導体レーザの前記Ｙ軸方向のピッチが最適化されている、
ことの少なくともいずれか１つであることを特徴とする合波レーザ光源。
【請求項１０】
複数の半導体レーザと、該複数の半導体レーザ毎に設けられた複数のレンズとを備えた合波レーザ光源において、
前記半導体レーザの活性層に平行な方向をＸ軸方向、該活性層に垂直な方向をＹ軸方向、前記半導体レーザの出射光の光軸方向をＺ軸方向とし、前記Ｘ軸方向、Ｚ軸方向の周りの回転角をそれぞれθｘ、θｚとしたとき、
前記複数のレンズが、前記Ｙ軸方向に２つのレンズを並設して一体化したレンズアレイとシングルレンズの組み合わせからなり、
ａ）前記レンズアレイの各レンズの前記半導体レーザに対する前記Ｚ軸方向の位置が、前記レンズアレイの前記Ｚ軸方向の位置および前記回転角θｘを調整することにより最適化されている、
ｂ）前記レンズアレイの各レンズの前記半導体レーザに対する前記Ｘ軸方向の位置が、前記レンズアレイの前記Ｘ軸方向の位置，前記Ｙ軸方向の位置および前記回転角θｚを調整することにより最適化されている、
ｃ）前記レンズアレイのレンズの前記Ｙ軸方向のピッチに合わせて、前記半導体レーザの前記Ｙ軸方向のピッチが最適化されている、
ことの少なくともいずれか１つであることを特徴とする合波レーザ光源。
【請求項１１】
前記レンズアレイを固定するためのホルダ部材が該レンズアレイ毎に１つずつ設けられ、
前記Ｘ軸方向、Ｚ軸方向に垂直な面をそれぞれＹＺ面、ＸＹ面としたとき、
前記ホルダ部材が、前記ＸＹ面および前記ＹＺ面で固定されていることを特徴とする請求項９または１０に記載の合波レーザ光源。
【請求項１２】
前記複数の半導体レーザの発振波長が３６０ｎｍ〜４９０ｎｍであることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の合波レーザ光源。
【請求項１３】
複数の半導体レーザと、該複数の半導体レーザ毎に設けられた複数のレンズとを備え、前記半導体レーザの活性層に平行な方向をＸ軸方向、該活性層に垂直な方向をＹ軸方向、前記半導体レーザの出射光の光軸方向をＺ軸方向とし、前記Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の周りの回転角をそれぞれθｙ、θｚとしたとき、前記複数のレンズが、前記Ｘ軸方向に２つのレンズを並設して一体化したレンズアレイの形態をなしている合波レーザ光源の調整方法において、
ａ）前記レンズアレイの各レンズの前記半導体レーザに対する前記Ｚ軸方向の位置を、前記レンズアレイの前記Ｚ軸方向の位置および前記回転角θｙを調整することにより最適化する、
ｂ）前記レンズアレイの各レンズの前記半導体レーザに対する前記Ｙ軸方向の位置を、前記レンズアレイの前記Ｘ軸方向の位置，前記Ｙ軸方向の位置および前記回転角θｚを調整することにより最適化する、
ｃ）前記レンズアレイのレンズの前記Ｘ軸方向のピッチに合わせて、前記半導体レーザの前記Ｘ軸方向のピッチを最適化する、
ことの少なくともいずれか１つにより調整最適化されることを特徴とする合波レーザ光源の調整方法。
【請求項１４】
前記レンズアレイを固定するためのホルダ部材を該レンズアレイ毎に１つずつ設け、
前記Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に垂直な面をそれぞれＺＸ面、ＸＹ面としたとき、
前記ホルダ部材を前記ＸＹ面および前記ＺＸ面で固定することを特徴とする請求項１３に記載の合波レーザ光源の調整方法。
【請求項１５】
前記複数の半導体レーザが、ジャンクションアップ実装されていることを特徴とする請求項１３または１４に記載の合波レーザ光源の調整方法。
【請求項１６】
複数の半導体レーザと、該複数の半導体レーザ毎に設けられた複数のレンズとを備え、前記半導体レーザの活性層に平行な方向をＸ軸方向、該活性層に垂直な方向をＹ軸方向、前記半導体レーザの出射光の光軸方向をＺ軸方向とし、前記Ｘ軸方向、Ｚ軸方向の周りの回転角をそれぞれθｘ、θｚとしたとき、前記複数のレンズが、前記Ｙ軸方向に２つのレンズを並設して一体化したレンズアレイの形態をなしている合波レーザ光源の調整方法において、
ａ）前記レンズアレイの各レンズの前記半導体レーザに対する前記Ｚ軸方向の位置を、前記レンズアレイの前記Ｚ軸方向の位置および前記回転角θｘを調整することにより最適化する、
ｂ）前記レンズアレイの各レンズの前記半導体レーザに対する前記Ｘ軸方向の位置を、前記レンズアレイの前記Ｘ軸方向の位置，前記Ｙ軸方向の位置および前記回転角θｚを調整することにより最適化する、
ｃ）前記レンズアレイのレンズの前記Ｙ軸方向のピッチに合わせて、前記半導体レーザの前記Ｙ軸方向のピッチを最適化する、
ことの少なくともいずれか１つにより調整最適化されることを特徴とする合波レーザ光源の調整方法。
【請求項１７】
前記レンズアレイを固定するためのホルダ部材を該レンズアレイ毎に１つずつ設け、
前記Ｘ軸方向、Ｚ軸方向に垂直な面をそれぞれＹＺ面、ＸＹ面としたとき、
前記ホルダ部材を前記ＸＹ面および前記ＹＺ面で固定することを特徴とする請求項１６に記載の合波レーザ光源の調整方法。
【請求項１８】
前記半導体レーザの発振波長が３６０ｎｍ〜４９０ｎｍであることを特徴とする請求項１３から１７のいずれか１項に記載の合波レーザ光源の調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は合波レーザ光源およびその調整方法に関し、詳しくは、複数の半導体レーザから発せられたビームを集光して合波する合波レーザ光源およびその調整方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数のレーザ光源から出射したビームを集光光学系を用いて集光合波する合波レーザ光源が知られている。例えば、特許文献１に記載される合波レーザ光源は、複数の半導体レーザと、各半導体レーザ毎に設けられた複数のコリメートレンズ、およびこれらのコリメートレンズで平行光化された複数のレーザビームをそれぞれ集光して前記マルチモード光ファイバの端面で収束させる集光レンズから構成されている。そして、上記合波レーザ光源では、半導体レーザを各々の活性層と平行な方向に発光点が１列に並ぶように配設し、上記コリメートレンズの上記発光点の列方向の開口径が、該列方向に直角な方向の開口径よりも小さくなるように形成して、半導体レーザの配置ピッチの狭小化、および部材配置の高密度化を図っている。
【特許文献１】特開２００２−２０２４４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような合波レーザ光源を組立てるには、半導体レーザにあわせて狭ピッチに配置されたコリメートレンズを、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向にミクロン〜サブミクロン精度で調芯位置決めする必要がある。ピッチの狭小化に伴い当然レンズとレンズの間隔は狭まり、例えば１００μｍ以下になる。レンズの周辺スペースに余裕がないと、レンズ保持の信頼性が低下し、調芯固定時にずれが発生し、それにより歩留まりが低下するという問題が起こる。
【０００４】
また、アクティブ方式で位置決め調整する場合は、半導体レーザを発光させて、その半導体レーザと対応するレンズを相対的に動かしながら３軸方向に調芯位置決めし、この作業を合波本数分行うことになるが、どうしても所要時間が長くなり、コストがかかる。さらに、合波本数分のレンズ、およびそれらを固定するためのホルダ部材が個々に必要であり、コストダウンが難しい。
【０００５】
工数を削減する為に、複数の半導体レーザに対応する複数のレンズを一体化したレンズアレイを用いて、部品数を削減したり、工数を削減したりする方法が提案されている。しかし、この方法は部品レベルで非常に高い精度が要求され、量産が難しいという問題が残る。また、半導体レーザに対しても非常に高レベルな実装精度が要求され、高価な設備投資につながる。さらにそれぞれが一定の精度に達しない場合には、調整しても全ての半導体レーザからのビームを合波できないという事態が発生するため、著しく歩留まりが落ちることとなり、結局コストアップしてしまうことになる。
【０００６】
なお、上記のような合波レーザ光源は画像露光装置に適用されることが考えられ、その際には露光時間短縮のため、さらなる高輝度高出力化が要求されるようになっている。そのために、より多数の半導体レーザを２次元的に配列させた構成の提案がなされているが、この構成においては上記実装の問題がより深刻化する。例えば、半導体レーザを平面的に略碁盤の目状に配列してなる２次元モジュールは、合波本数を増大でき、高輝度高出力が可能なモジュールとなるが、実装精度はより厳しくなる。
【０００７】
より具体的には、レンズアレイではなく１個ずつ別体に形成されたレンズ（以下、シングルレンズという）によりコリメートレンズを構成し、半導体レーザの配列数を３×３以上とし、レンズ配列を２次元的なものとすると、周辺と接することのない中央部のレンズが問題になる。例えば、配列数が３×３のときには中央の１個、配列数が４×４のときには中央の４個のレンズがこれに該当する。このような中央部のレンズを非常に小さな、例えば１００〜１５０μｍのクリアランスで実装しようとした場合、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向で調整し、支持固定するには、その支持構造が非常に困難となり、また調整固定精度がサブミクロンオーダーを要求するものとなり、実現が非常に困難である。
【０００８】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、低コストで高輝度高出力の合波レーザ光源およびその調整方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の合波レーザ光源は、複数の半導体レーザと、該複数の半導体レーザ毎に設けられた複数のレンズとを備えた合波レーザ光源において、前記複数のレンズが、２つのレンズを一体化したレンズアレイの形態をなしていることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の第２の合波レーザ光源は、複数の半導体レーザと、該複数の半導体レーザ毎に設けられた複数のレンズとを備えた合波レーザ光源において、前記複数のレンズが、２つのレンズを一体化したレンズアレイとシングルレンズの組み合わせからなることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の第３の合波レーザ光源は、複数の半導体レーザと、該複数の半導体レーザ毎に設けられた複数のレンズとを備えた合波レーザ光源において、前記半導体レーザの活性層に平行な方向をＸ軸方向、該活性層に垂直な方向をＹ軸方向、前記半導体レーザの出射光の光軸方向をＺ軸方向とし、前記Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の周りの回転角をそれぞれθｙ、θｚとしたとき、前記複数のレンズが、前記Ｘ軸方向に２つのレンズを並設して一体化したレンズアレイの形態をなし、ａ）前記レンズアレイの各レンズの前記半導体レーザに対する前記Ｚ軸方向の位置が、前記レンズアレイの前記Ｚ軸方向の位置および前記回転角θｙを調整することにより最適化されている、ｂ）前記レンズアレイの各レンズの前記半導体レーザに対する前記Ｙ軸方向の位置が、前記レンズアレイの前記Ｘ軸方向の位置、前記Ｙ軸方向の位置および前記回転角θｚを調整することにより最適化されている、ｃ）前記レンズアレイのレンズの前記Ｘ軸方向のピッチに合わせて、前記半導体レーザの前記Ｘ軸方向のピッチが、最適化されている、ことの少なくともいずれか１つであることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の第４の合波レーザ光源は、複数の半導体レーザと、該複数の半導体レーザ毎に設けられた複数のレンズとを備えた合波レーザ光源において、前記半導体レーザの活性層に平行な方向をＸ軸方向、該活性層に垂直な方向をＹ軸方向、前記半導体レーザの出射光の光軸方向をＺ軸方向とし、前記Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の周りの回転角をそれぞれθｙ、θｚとしたとき、前記複数のレンズが、前記Ｘ軸方向に２つのレンズを並設して一体化したレンズアレイとシングルレンズの組み合わせからなり、ａ）前記レンズアレイの各レンズの前記半導体レーザに対する前記Ｚ軸方向の位置が、前記レンズアレイの前記Ｚ軸方向の位置および前記回転角θｙを調整することにより最適化されている、ｂ）前記レンズアレイの各レンズの前記半導体レーザに対する前記Ｙ軸方向の位置が、前記レンズアレイの前記Ｘ軸方向の位置、前記Ｙ軸方向の位置および前記回転角θｚを調整することにより最適化されている、ｃ）前記レンズアレイのレンズの前記Ｘ軸方向のピッチに合わせて、前記半導体レーザの前記Ｘ軸方向のピッチが、最適化されている、ことの少なくともいずれか１つであることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の第５の合波レーザ光源は、複数の半導体レーザと、該複数の半導体レーザ毎に設けられた複数のレンズとを備えた合波レーザ光源において、前記半導体レーザの活性層に平行な方向をＸ軸方向、該活性層に垂直な方向をＹ軸方向、前記半導体レーザの出射光の光軸方向をＺ軸方向とし、前記Ｘ軸方向、Ｚ軸方向の周りの回転角をそれぞれθｘ、θｚとしたとき、前記複数のレンズが、前記Ｙ軸方向に２つのレンズを並設して一体化したレンズアレイの形態をなし、ａ）前記レンズアレイの各レンズの前記半導体レーザに対する前記Ｚ軸方向の位置が、前記レンズアレイの前記Ｚ軸方向の位置および前記回転角θｘを調整することにより最適化されている、ｂ）前記レンズアレイの各レンズの前記半導体レーザに対する前記Ｘ軸方向の位置が、前記レンズアレイの前記Ｘ軸方向の位置、前記Ｙ軸方向の位置および前記回転角θｚを調整することにより最適化されている、ｃ）前記レンズアレイのレンズの前記Ｙ軸方向のピッチに合わせて、前記半導体レーザの前記Ｙ軸方向のピッチが最適化されている、ことの少なくともいずれか１つであることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の第６の合波レーザ光源は、複数の半導体レーザと、該複数の半導体レーザ毎に設けられた複数のレンズとを備えた合波レーザ光源において、前記半導体レーザの活性層に平行な方向をＸ軸方向、該活性層に垂直な方向をＹ軸方向、前記半導体レーザの出射光の光軸方向をＺ軸方向とし、前記Ｘ軸方向、Ｚ軸方向の周りの回転角をそれぞれθｘ、θｚとしたとき、前記複数のレンズが、前記Ｙ軸方向に２つのレンズを並設して一体化したレンズアレイとシングルレンズの組み合わせからなり、ａ）前記レンズアレイの各レンズの前記半導体レーザに対する前記Ｚ軸方向の位置が、前記レンズアレイの前記Ｚ軸方向の位置および前記回転角θｘを調整することにより最適化されている、ｂ）前記レンズアレイの各レンズの前記半導体レーザに対する前記Ｘ軸方向の位置が、前記レンズアレイの前記Ｘ軸方向の位置、前記Ｙ軸方向の位置および前記回転角θｚを調整することにより最適化されている、ｃ）前記レンズアレイのレンズの前記Ｙ軸方向のピッチに合わせて、前記半導体レーザの前記Ｙ軸方向のピッチが最適化されている、ことの少なくともいずれか１つであることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の第１の合波レーザ光源の調整方法は、複数の半導体レーザと、該複数の半導体レーザ毎に設けられた複数のレンズとを備え、前記半導体レーザの活性層に平行な方向をＸ軸方向、該活性層に垂直な方向をＹ軸方向、前記半導体レーザの出射光の光軸方向をＺ軸方向とし、前記Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の周りの回転角をそれぞれθｙ、θｚとしたとき、前記複数のレンズが、前記Ｘ軸方向に２つのレンズを並設して一体化したレンズアレイの形態をなしている合波レーザ光源の調整方法において、ａ）前記レンズアレイの各レンズの前記半導体レーザに対する前記Ｚ軸方向の位置を、前記レンズアレイの前記Ｚ軸方向の位置および前記回転角θｙを調整することにより最適化する、ｂ）前記レンズアレイの各レンズの前記半導体レーザに対する前記Ｙ軸方向の位置を、前記レンズアレイの前記Ｘ軸方向の位置、前記Ｙ軸方向の位置および前記回転角θｚを調整することにより最適化する、ｃ）前記レンズアレイのレンズの前記Ｘ軸方向のピッチに合わせて、前記半導体レーザの前記Ｘ軸方向のピッチを最適化する、ことの少なくともいずれか１つにより調整最適化されることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の第２の合波レーザ光源の調整方法は、複数の半導体レーザと、該複数の半導体レーザ毎に設けられた複数のレンズとを備え、前記半導体レーザの活性層に平行な方向をＸ軸方向、該活性層に垂直な方向をＹ軸方向、前記半導体レーザの出射光の光軸方向をＺ軸方向とし、前記Ｘ軸方向、Ｚ軸方向の周りの回転角をそれぞれθｘ、θｚとしたとき、前記複数のレンズが、前記Ｙ軸方向に２つのレンズを並設して一体化したレンズアレイの形態をなしている合波レーザ光源の調整方法において、ａ）前記レンズアレイの各レンズの前記半導体レーザに対する前記Ｚ軸方向の位置を、前記レンズアレイの前記Ｚ軸方向の位置および前記回転角θｘを調整することにより最適化する、ｂ）前記レンズアレイの各レンズの前記半導体レーザに対する前記Ｘ軸方向の位置を、前記レンズアレイの前記Ｘ軸方向の位置、前記Ｙ軸方向の位置および前記回転角θｚを調整することにより最適化する、ｃ）前記レンズアレイのレンズの前記Ｙ軸方向のピッチに合わせて、前記半導体レーザの前記Ｙ軸方向のピッチを最適化する、ことの少なくともいずれか１つにより調整最適化されることを特徴とするものである。
【００１７】
上記構成において、前記レンズアレイを固定するためのホルダ部材が該レンズアレイ毎に１つずつ設け、前記半導体レーザの活性層に平行な方向をＸ軸方向、該活性層に垂直な方向をＹ軸方向、前記半導体レーザの出射光の光軸方向をＺ軸方向とし、前記Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に垂直な面をそれぞれＹＺ面、ＺＸ面、ＸＹ面としたとき、前記レンズアレイが、前記Ｘ軸方向に２つのレンズを並設して一体化したものである場合には、前記ホルダ部材が、前記ＸＹ面および前記ＺＸ面で固定されているようにし、前記レンズアレイが前記Ｙ軸方向に２つのレンズを並設して一体化したものである場合には、前記ホルダ部材が、前記ＸＹ面および前記ＹＺ面で固定されているようにしてもよい。
【００１８】
また、上記構成において、前記複数の半導体レーザが、ジャンクションアップ実装されているようにしてもよく、前記複数の半導体レーザの発振波長が３６０ｎｍ〜４９０ｎｍであるようにしてもよい。
【００１９】
なお、上記シングルレンズとは１個ずつ別体に形成されたレンズのことを意味する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の第１の合波レーザ光源によれば、２つのレンズが一体化されたレンズアレイを用いているため、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向に調芯位置決めする時間を、シングルレンズに比べて半減でき、工数削減できる。また、レンズアレイを固定する部材数も、シングルレンズを用いた場合に比べて半減できるので、コストダウンできる。
【００２１】
シングルレンズを用いて高密度実装をした場合、例えば３×３以上の面配列に対し、レンズ間隔を微小に保ったまま、中央部のレンズを支持することは空間的に困難であり、また実装の制約も厳しく、実現が困難であった。これに対して、本発明のレンズアレイによれば、両側からの支持によって、レンズ同士の間隔を小さくし、且つ、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の３軸方向が調整可能であるため、３×３の配列だけでなく、４×ｎもしくはｎ×４（ｎは４以上）の配列の高密度実装が容易に実現できる。よって、合波本数を増やすことができ、高輝度高出力の合波レーザ光源を提供できる。
【００２２】
本発明の第２の合波レーザ光源によれば、上記第１の合波レーザ光源の効果に加え、レンズアレイとシングルレンズの組合せを採用することにより設計の自由度が高まる。
【００２３】
本発明の第３の合波レーザ光源によれば、上記第１の合波レーザ光源の効果に加え、Ｘ軸方向に２つのレンズを並設したレンズアレイの各レンズを半導体レーザに対して、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向について最適化することができる。
【００２４】
本発明の第４の合波レーザ光源によれば、上記第２の合波レーザ光源の効果に加え、Ｘ軸方向に２つのレンズを並設したレンズアレイの各レンズを半導体レーザに対して、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向について最適化することができる。
【００２５】
本発明の第５の合波レーザ光源によれば、上記第１の合波レーザ光源の効果に加え、Ｘ軸方向に２つのレンズを並設したレンズアレイの各レンズを半導体レーザに対して、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向について最適化することができる。
【００２６】
本発明の第６の合波レーザ光源によれば、上記第２の合波レーザ光源の効果に加え、Ｙ軸方向に２つのレンズを並設したレンズアレイの各レンズを半導体レーザに対して、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向について最適化することができる。
【００２７】
本発明の第１の合波レーザ光源の調整方法によれば、Ｘ軸方向に２つのレンズを並設したレンズアレイの各レンズに関して、シングルレンズの場合と同等レベルの各方向の位置の最適化および調芯歩留まりが得られる。３個以上のレンズが一体化されたレンズアレイでは、全てのレンズの位置を最適化することが難しいため、シングルレンズに比べて最適化の程度が低く、歩留まりも低くなるが、本発明の２つのレンズを一体化したレンズアレイでは、そのような不具合は生じない。
【００２８】
本発明の第２の合波レーザ光源の調整方法によれば、Ｙ軸方向に２つのレンズを並設したレンズアレイの各レンズに関して、上記第１の合波レーザ光源の調整方法と同様にシングルレンズの場合と同等レベルの最適化および調芯歩留まりが得られる。
【００２９】
本発明をジャンクションアップ実装された半導体レーザに適用した場合には、従来では高さ方向の位置のばらつきが大きいため、レンズアレイの各レンズの高さ方向の位置を半導体レーザに合わせるのが困難であったのに対し、本発明によればレンズアレイの各レンズの高さ方向の位置を半導体レーザに合わせるのが可能となるため、大きく歩留まりを向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。以下の説明では、半導体レーザの活性層に平行な方向、すなわち出射光の広がり角の小さい方向をＸ軸方向、半導体レーザの活性層に垂直な方向、すなわち出射光の広がり角の大きな方向をＹ軸方向、半導体レーザの出射光の光軸方向をＺ軸方向とし、これらＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に垂直な面をそれぞれＹＺ面、ＺＸ面、ＸＹ面とし、これらＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の各軸周りの回転角をそれぞれθｘ、θｙ、θｚとすることにする。
【００３１】
まず、本発明の第１の実施形態による合波レーザ光源について説明する。図１は、本実施形態による合波レーザ光源の構成を示す斜視図である。この合波レーザ光源は、２つのチップ状態の半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２が１つのｃａｎ型のパッケージに実装されたレーザモジュール１０と、半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２それぞれに対して設けられた２つのコリメートレンズＣ１、Ｃ２が一体化してなるレンズアレイＬＡ１と、集光レンズ２０と、集光されたビームが入射するファイバ３０とから構成されるピグテール型のモジュールである。
【００３２】
なおこの図１は、本実施形態の合波レーザ光源の基本構成を示すものであり、レンズアレイＬＡ１および集光レンズ２０の形状は概念的に示してあり、レーザモジュール１０の内部の構造を示すため、そのパッケージの一部は図示されていない。
【００３３】
半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２から発散光状態で出射したレーザビームは、それぞれコリメートレンズＣ１、Ｃ２によって平行光化される。平行光となったレーザビームは、集光レンズ２０によって集光され、ファイバ３０のコアの入射端面上で収束して、コア内を伝搬し、１本のレーザビームに合波されてファイバ３０から出射する。本例ではレンズアレイＬＡ１、集光レンズ２０およびファイバ３０とによって合波光学系が構成されている。
【００３４】
半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２は、例えばＧａＮ系の半導体レーザであり、発振波長が共通の４０５ｎｍであり、最大出力も全て共通の２００ｍＷである。半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２としては、発光幅が７μｍで、活性層と平行なＸ軸方向、垂直なＹ軸方向の拡がり角が、一例としてそれぞれ１０°、３０°のレーザビームを発するものが用いられている。これらの半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２は、発光点がＸ軸方向に２個並ぶようにヒートブロック１１上に実装されて、光軸と直交する断面で切ると発光点が２個横に並んだ形で配設されている。
【００３５】
レンズアレイＬＡ１は、２個のコリメートレンズＣ１、Ｃ２を一体化してなるものであり、個々のコリメートレンズＣ１、Ｃ２は、非球面円形レンズの光軸を含む領域を細長く切り取った形とされたもので細長い特殊な形状をしている。このアレイは例えば樹脂あるいは光学ガラスをモールド成形もしくは、モールド成形後に切断研磨などの加工を施すことによって形成される。
【００３６】
図２（ａ）および（ｂ）にそれぞれ、レンズアレイＬＡ１の拡大正面形状および側面形状を、要部の寸法（単位はｍｍ）を入れて示す。レンズアレイＬＡ１は、半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２の発光点の並び方向に合わせるように、２つのコリメートレンズがＸ軸方向に並設されて一体化された構成を有し、並設された方向（Ｘ軸方向）の開口径がそれに垂直な方向（Ｙ軸方向）の開口径より小さく形成されている。
【００３７】
したがって、半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２の各発光点から発せられたレーザビームは、上述のように細長い形状とされた各レンズアレイＬＡ１に対して、拡がり角最大の方向が開口径大の方向と一致し、拡がり角最小の方向が開口径小の方向と一致する状態で、２本のレーザビームが２個のコリメートレンズにそれぞれ対応して入射することになる。つまり、細長い形状とされた各コリメートレンズＣ１、Ｃ２は、入射するレーザビームの楕円形の断面形状に対応して、非有効部分を極力少なくして使用されることになる。
【００３８】
本実施形態では具体的に、レンズアレイＬＡ１を構成するコリメートレンズＣ１、Ｃ２の開口径はＸ軸方向、Ｙ軸方向で各々１．１ｍｍ、３．６ｍｍであり、それらに入射するレーザビームのＸ軸方向、Ｙ軸方向のビーム径は各々０．９ｍｍ、３．４ｍｍである。また、コリメートレンズＣ１、Ｃ２の各焦点距離ｆ１＝３ｍｍ、ＮＡ（開口数）＝０．６、レンズ配置ピッチ＝１．２ｍｍである。
【００３９】
集光レンズ２０は、その焦点距離ｆ２＝１２ｍｍ、ＮＡ＝０．１９である。集光レンズ２０は、例えば樹脂あるいは光学ガラスをモールド成形することによって形成される。
【００４０】
ファイバ３０は、ステップインデックス型のもの、グレーデッドインデックス型のもの、およびそれらの複合型のものが全て適用可能である。ファイバ３０としては、マルチモード光ファイバが使用可能であり、三菱電線工業株式会社製のグレーデッドインデックス型光ファイバを基本として、コア中心部がグレーデッドインデックスで外周部がステップインデックスである、コア径＝５０μｍ、ＮＡ＝０．２、端面コートの透過率＝９９．５％以上のものが用いられ、コア径×ＮＡの値は１０μｍである。
【００４１】
上記光学系における光学倍率ｍ＝ｆ２／ｆ１＝１２／３＝４倍となり、発光幅７μｍであるから、ファイバ３０の入射端面では、光学倍率４倍×発光幅７μｍ＝２８μｍのビーム径となる。ファイバのコア径は５０μｍであるから、コリメートレンズは、（５０−２８）／４＝５．５μｍ以内に調整を行えば、これらの光をファイバに集光合波できることになる。
【００４２】
本実施形態の構成においては、半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２の各レーザビームのファイバ３０への結合効率は０．７５程度であり、ＧａＮ系の半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２の各出力が２００ｍＷのときには、出力３００ｍＷ（＝２００ｍＷ×０．７５×２）の合波レーザビームが得られることになる。
【００４３】
次に、この合波レーザ光源からなる紫外光高輝度合波ファイバモジュールについて説明する。図３、図４はそれぞれ、この紫外光高輝度合波ファイバモジュールの構成を示す側面図、平面図である。なおこれらの図では、レンズアレイＬＡ１および集光レンズ２０、ファイバ３０の取付状態を示してある。
【００４４】
本例においてモジュールを構成する光学要素は、その一部が開口可能な円筒状のパッケージ４０内に収容され、このパッケージ４０の開口部がパッケージ蓋によって閉じられることにより、パッケージ４０およびパッケージ蓋が画成する閉空間内に簡易密閉保持される。
【００４５】
なお、パッケージの形状は、上記円筒状のものに限定されない。例えば、上方が開口可能な角型のパッケージを採用し、このパッケージの上記開口がパッケージ蓋によって閉じられることにより、パッケージおよびパッケージ蓋が画成する閉空間内に各部材が簡易密閉保持されるようにしてもよい。
【００４６】
パッケージ４０の一端にはレーザモジュール１０が取り付けられ、パッケージ４０の内部には、レンズアレイＬＡ１および集光レンズ２０がそれぞれ保持部材４１および保持部材４３を介してパッケージ４０に、例えば接着剤により固定されている。図では詳細に示していないが、レンズアレイＬＡ１および集光レンズ２０はＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、θｙ、θｚに調整可能な構造をとっている。
【００４７】
さらに、集光レンズ２０の集光位置にファイバ３０の入射端面が位置するように、パッケージ４０の他端にファイバ３０が取り付けられている。ファイバ３０の入射端部の保持はファイバフェルール３１とフランジ３３で構成され、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に調芯固定可能な構造としている。なお、レーザモジュール１０のパッケージとファイバ３０の先端部はパッケージ４０とは独立に、密封封止されている。
【００４８】
上記構成の２個の半導体レーザとレンズアレイを組み合わせたピグテールモジュールでは、通常の１個の半導体レーザとシングルレンズからなる１対１ピグテールモジュールに比べて２倍の輝度が得られ、１対１ピグテールモジュール２個分の価格よりも安価に提供することができる。
【００４９】
上記実施形態は、２個の半導体レーザのチップを１つのｃａｎ型パッケージに実装したものであるが、通常の１個の半導体レーザのチップが実装されたｃａｎ型パッケージを２個並べたものにも、本発明は適用可能であり、図５にその例を示す。
【００５０】
図５に示す合波レーザ光源は、半導体レーザＬＤ３、ＬＤ４がそれぞれ個別にｃａｎ型のパッケージに実装された２つのレーザモジュール１３、１４と、２つのレーザモジュール１３、１４それぞれに対して設けられた２つのコリメートレンズＣ３、Ｃ４が一体化してなるレンズアレイＬＡ２と、１つの集光レンズ２０と、集光されたビームが入射するファイバ３０とから構成されるピグテール型のモジュールである。
【００５１】
なお、この図５は、本変形例の合波レーザ光源の基本構成を示すものであり、レンズアレイＬＡ２および集光レンズ２０の形状は概念的に示してあり、レーザモジュール１３、１４の内部の構造を示すため、そのパッケージの一部は図示されていない。
【００５２】
レンズアレイＬＡ２も第１の実施形態のレンズアレイＬＡ１と同様に、２つのコリメートレンズがＸ軸方向に並設されて一体化された構成を有し、並設された方向の開口径がそれに垂直な方向の開口径より小さく形成されている。
【００５３】
半導体レーザＬＤ３、ＬＤ４から発散光状態で出射したレーザビームは、それぞれコリメートレンズＣ３、Ｃ４によって平行光化される。平行光となったレーザビームは、集光レンズ２０によって集光され、ファイバ３０のコアの入射端面上で収束して、コア内を伝搬し、１本のレーザビームに合波されてファイバ３０から出射する。
【００５４】
図１に示す実施形態では、半導体レーザのピッチをより狭く設計できるので、光学倍率を小さく抑えられ、レンズ調整時の精度を緩和できる反面、半導体レーザの実装のために特殊な工程が必要となり、半導体レーザの保証を行わねばならない点がコストアップにつながる。一方、図５に示す変形例では、ピッチは半導体レーザのパッケージサイズ等によりほぼ決定されてしまい、狭小化を図ることができないため、光学倍率が大きくなり、レンズ調整時の精度が厳しくなるが、一般的な性能保証された半導体レーザのパッケージを使用可能なので自工程保証の手間がなくなる点が有利となる。
【００５５】
上記では半導体レーザが２個の場合について説明したが、本発明を適用可能な合波レーザ光源が備える半導体レーザの数は２個に限定されない。以下、合波本数を増やした例を別の実施形態を用いて例示する。なお、以下の実施形態の説明および図面においては、他の実施形態における要素と同等の要素には同番号を付し、それらについての説明は特に必要のない限り省略する。
【００５６】
次に、本発明の第２の実施形態による合波レーザ光源について図６、図７を参照しながら説明する。図６は、本実施形態による合波レーザ光源の構成を示す斜視図である。図７はこの合波レーザ光源を光軸方向から見た半導体レーザとレンズアレイの配置を示す模式図である。
【００５７】
この合波レーザ光源は、８個のチップ状態の半導体レーザＬＤ２１〜２８と、４個のレンズアレイＬＡ２１〜２４と、集光レンズ２１と、集光されたビームが入射するファイバ３０とから構成される。
【００５８】
なおこの図６は、本実施形態の合波レーザ光源の基本構成を示すものであり、レンズアレイＬＡ２１〜２４および集光レンズ２１の形状は概念的に示してあり、半導体レーザから出射するビームのうち４本を一点鎖線で示してある。また図６、図７では、煩雑さを避けるために８個の半導体レーザについてはまとめてＬＤ２１〜２８と示してある。
【００５９】
この第２の実施形態の合波レーザ光源は、図１に示した第１の実施形態の合波レーザ光源と比べると、ｃａｎ型パッケージに実装された２個の半導体レーザと１個のレンズアレイに代えて、Ｘ軸方向に４個、Ｙ軸方向に２個並ぶように４×２の行列状に配列固定された８個の半導体レーザと、これらに対応して設けられた４個のレンズアレイを用いた点が基本的に異なるものである。
【００６０】
より詳しくは、４個の半導体レーザＬＤ２１〜２４が、Ｘ軸方向に発光点が１列に並ぶように放熱ブロック２２に１次元アレイ状に実装されており、さらにこれらと同様にこれらをＹ軸方向に移動させた位置に４個の半導体レーザＬＤ２５〜２８が実装されて、２次元的な配置となっている。８個の半導体レーザＬＤ２１〜２８は直方体形状の放熱ブロック２２に実装された後、ヒートシンク２３に略碁盤の目状に、出射方向をヒートシンク２３の実装面と垂直になる向きに、２次元的に配列された半導体レーザアレイとなっている。
【００６１】
４つのレンズアレイＬＡ２１〜２４は、Ｘ軸方向に２個、Ｙ軸方向に２個の２×２の行列状に配置されており、それぞれは第１の実施形態のレンズアレイＬＡ１と同様に、２つのコリメートレンズがＸ軸方向に並設されて一体化された構成を有し、並設された方向の開口径がそれに垂直な方向の開口径より小さく形成されている。
【００６２】
４つのレンズアレイＬＡ２１〜２４が有する８個のコリメートレンズはそれぞれ、８個の半導体レーザＬＤ２１〜２８に対して設けられており、半導体レーザＬＤ２１〜２８から発散光状態で出射したレーザビームは、それぞれのコリメートレンズによって平行光化される。平行光となったレーザビームは、集光レンズ２０によって集光され、ファイバ３０のコアの入射端面上で収束して、コア内を伝搬し、１本のレーザビームに合波されてファイバ３０から出射する。
【００６３】
次に、本発明の第３の実施形態による合波レーザ光源について図８、図９を参照しながら説明する。図８は、本実施形態による合波レーザ光源の構成を示す斜視図である。図９は光軸方向から見た半導体レーザとレンズアレイの配置を示す模式図である。この合波レーザ光源は、８個のチップ状態の半導体レーザＬＤ２１〜２８と、４個のレンズアレイＬＡ３１〜３４と、集光レンズ２１と、集光されたビームが入射するファイバ３０とから構成される。
【００６４】
なおこの図８は、本実施形態の合波レーザ光源の基本構成を示すものであり、レンズアレイＬＡ３１〜３４および集光レンズ２１の形状は概念的に示してあり、半導体レーザから出射するビームのうち４本を一点鎖線で示してある。また図８、図９では、煩雑さを避けるために８個の半導体レーザについてはまとめてＬＤ２１〜２８と示してある。
【００６５】
この第３の実施形態の合波レーザ光源は、図６に示した第２の実施形態の合波レーザ光源と比べると、半導体レーザとレンズアレイの配置が基本的に異なるものである。本実施形態においては、半導体レーザＬＤ２１〜２８は、Ｘ軸方向に２個、Ｙ軸方向に４個並ぶように２×４の行列状に配列されている。より詳しくは、Ｘ軸方向に２個並んだ半導体レーザが１つの放熱ブロック３２に固定され、それらがＹ軸方向に４列並んだ構成を有する。
【００６６】
４個のレンズアレイＬＡ３１〜３４は、Ｙ軸方向に４個並ぶよう列状に配置されており、それぞれは第１の実施形態のレンズアレイＬＡ１と同様に、２つのコリメートレンズがＸ軸方向に並設されて一体化された構成を有し、並設された方向の開口径がそれに垂直な方向の開口径より小さく形成されている。
【００６７】
４個のレンズアレイＬＡ３１〜３４が有する８個のコリメートレンズはそれぞれ、８個の半導体レーザＬＤ２１〜２８に対して設けられており、半導体レーザＬＤ２１〜２８から発散光状態で出射したレーザビームは、それぞれレンズアレイＬＡ３１〜３４が有するコリメートレンズによって平行光化され、平行光となったレーザビームは、集光レンズ２１によって集光され、ファイバ３０のコアの入射端面上で収束して、コア内を伝搬し、１本のレーザビームに合波されてファイバ３０から出射する。
【００６８】
次に、本発明の第４の実施形態による合波レーザ光源について図１０を参照しながら説明する。図１０は、本実施形態による合波レーザ光源の構成を示す斜視図である。この合波レーザ光源は、１２個のチップ状態の半導体レーザＬＤ３１〜４２と、６個のレンズアレイＬＡ４１〜４６と、集光レンズ２１と、集光されたビームが入射するファイバ３０とから構成される。
【００６９】
なおこの図１０は、本実施形態の合波レーザ光源の基本構成を示すものであり、レンズアレイＬＡ４１〜４６および集光レンズ２１の形状は概念的に示してあり、半導体レーザから出射するビームのうち４本を一点鎖線で示してある。図１０では、煩雑さを避けるために１２個の半導体レーザについてはまとめてＬＤ３１〜４２と示してある。
【００７０】
この第４の実施形態の合波レーザ光源は、図８に示した第３の実施形態の合波レーザ光源と比べると、半導体レーザとレンズアレイの数を増加させた点が基本的に異なるものである。本実施形態においては、半導体レーザＬＤ３１〜４２は、Ｘ軸方向に４個、Ｙ軸方向に３個並ぶよう、４×３の行列状に配列され、各半導体レーザは、４×３の行列状に配列された同数の放熱ブロック４２に個別に実装されている。
【００７１】
６個のレンズアレイＬＡ４１〜４６は、Ｘ軸方向に２個、Ｙ軸方向に３個並ぶよう２×３の行列状に配置されており、それぞれは第１の実施形態のレンズアレイＬＡ１と同様に、２つのコリメートレンズがＸ軸方向に並設されて一体化された構成を有し、並設された方向の開口径がそれに垂直な方向の開口径より小さく形成されている。
【００７２】
６個のレンズアレイＬＡ４１〜４６が有する１２個のコリメートレンズはそれぞれ、１２個の半導体レーザＬＤ３１〜４２に対して設けられており、半導体レーザＬＤ３１〜４２から発散光状態で出射したレーザビームは、それぞれレンズアレイＬＡ４１〜４６が有するコリメートレンズによって平行光化され、平行光となったレーザビームは、集光レンズ２１によって集光され、ファイバ３０のコアの入射端面上で収束して、コア内を伝搬し、１本のレーザビームに合波されてファイバ３０から出射する。
【００７３】
次に、本発明の第５の実施形態による合波レーザ光源について図１１を参照しながら説明する。図１１は、本実施形態による合波レーザ光源の構成を示す斜視図である。この合波レーザ光源は、１６個のチップ状態の半導体レーザＬＤ５１〜６６と、８個のレンズアレイＬＡ５１〜５８と、集光レンズ２１と、集光されたビームが入射するファイバ３０とから構成される。
【００７４】
なおこの図１１は、本実施形態の合波レーザ光源の基本構成を示すものであり、レンズアレイＬＡ５１〜５８および集光レンズ２１の形状は概念的に示してあり、半導体レーザから出射するビームのうち４本を一点鎖線で示してある。図１１では、煩雑さを避けるために１６個の半導体レーザについてはまとめてＬＤ５１〜６６と示してある。
【００７５】
この第５の実施形態の合波レーザ光源は、図８に示した第３の実施形態の合波レーザ光源と比べると、半導体レーザとレンズアレイをＸ軸方向に倍増させた点が基本的に異なるものである。本実施形態においては、半導体レーザＬＤ５１〜６６は、Ｘ軸方向に４個、Ｙ軸方向に４個並ぶよう、４×４の行列状に放熱ブロック５２に実装されている。より詳しくは、Ｘ軸方向に４個並んだ半導体レーザが１つの放熱ブロック５２に固定され、それらがＹ軸方向に４列並んだ構成を有する。
【００７６】
レンズアレイＬＡ５１〜５８は、Ｘ軸方向に２個、Ｙ軸方向に４個並ぶよう、２×４の行列状に配置されており、それぞれは第１の実施形態のレンズアレイＬＡ１と同様に、２つのコリメートレンズがＸ軸方向に並設されて一体化された構成を有し、並設された方向の開口径がそれに垂直な方向の開口径より小さく形成されている。
【００７７】
８個のレンズアレイＬＡ５１〜５８が有する１６個のコリメートレンズはそれぞれ、１６個の半導体レーザＬＤ５１〜６６に対して設けられており、半導体レーザＬＤ５１〜６６から発散光状態で出射したレーザビームは、それぞれレンズアレイＬＡ５１〜５８が有するコリメートレンズによって平行光化され、平行光となったレーザビームは、集光レンズ２１によって集光され、ファイバ３０のコアの入射端面上で収束して、コア内を伝搬し、１本のレーザビームに合波されてファイバ３０から出射する。
【００７８】
次に、本発明の第６の実施形態による合波レーザ光源について図１２、１３、１４を参照しながら説明する。図１２は、本実施形態による合波レーザ光源の構成を示す斜視図である。図１３は本実施形態で用いられるレンズアレイの形状を示す図である。図１４は光軸方向から見た半導体レーザとレンズアレイの配置を示す模式図である。この合波レーザ光源は、８つのチップ状態の半導体レーザＬＤ２１〜２８と、４個のレンズアレイＬＡ６１〜６４と、集光レンズ２１と、集光されたビームが入射するファイバ３０とから構成される。
【００７９】
なおこの図１２は、本実施形態の合波レーザ光源の基本構成を示すものであり、レンズアレイＬＡ６１〜６４および集光レンズ２１の形状は概念的に示してあり、半導体レーザから出射するビームのうち４本を一点鎖線で示してある。図１２では、煩雑さを避けるために８個の半導体レーザについてはまとめてＬＤ２１〜２８と示してある。
【００８０】
この第６の実施形態の合波レーザ光源は、図６に示した第２の実施形態の合波レーザ光源と比べると、半導体レーザの配置や数は全く同じ２×４の行列状であるが、レンズアレイの構成および配置が基本的に異なるものである。本実施形態においては、４個のレンズアレイＬＡ６１〜６４は、Ｘ軸方向に４個並ぶよう列状に配置されている。４個のレンズアレイＬＡ６１〜６４は同じ構成を有するため、以下ではレンズアレイＬＡ６１を例にとりその構成を説明する。
【００８１】
図１３（ａ）および（ｂ）にそれぞれ、レンズアレイＬＡ６１の拡大正面形状および側面形状を、要部の寸法（単位はｍｍ）を入れて示す。レンズアレイＬＡ６１は、図１３に示すように、２つのコリメートレンズＣ６、Ｃ７がＹ軸方向に並設されて一体化された構成を有し、並設された方向の開口径がそれに垂直な方向の開口径より大きく形成されており、これらの点が前述の実施形態のレンズアレイと大きく異なる。
【００８２】
したがって、レンズアレイＬＡ６１に対応するＹ軸方向に並設された２つの半導体レーザの各発光点から発せられたレーザビームは、上述のように細長い形状とされたレンズアレイＬＡ６１が有する各コリメートレンズＣ６、Ｃ７に対して、拡がり角最大の方向が開口径大の方向と一致し、拡がり角最小の方向が開口径小の方向と一致する状態で、それぞれ対応して入射することになる。つまり、細長い形状とされた各コリメートレンズＣ６、Ｃ７は、入射するレーザビームの楕円形の断面形状に対応して、非有効部分を極力少なくして使用されることになる。
【００８３】
コリメートレンズＣ６、Ｃ７は非球面円形レンズの光軸を含む領域を細長く切り取った形とされたもので細長い特殊な形状をしている。このアレイは例えば樹脂あるいは光学ガラスをモールド成形もしくは、モールド成形後に切断研磨などの加工を施すことによって形成される。
【００８４】
４個のレンズアレイＬＡ６１〜６４が有する８個のコリメートレンズはそれぞれ、８個の半導体レーザＬＤ２１〜２８に対して設けられており、半導体レーザＬＤ２１〜２８から発散光状態で出射したレーザビームは、それぞれレンズアレイＬＡ６１〜６４が有するコリメートレンズによって平行光化され、平行光となったレーザビームは、集光レンズ２１によって集光され、ファイバ３０のコアの入射端面上で収束して、コア内を伝搬し、１本のレーザビームに合波されてファイバ３０から出射する。
【００８５】
次に、本発明の第７の実施形態による合波レーザ光源について図１５、図１６を参照しながら説明する。図１５は、本実施形態による合波レーザ光源の構成を示す斜視図である。図１６は光軸方向から見た半導体レーザとレンズアレイの配置を示す模式図である。この合波レーザ光源は、８個のチップ状態の半導体レーザＬＤ２１〜２８と、４個のレンズアレイＬＡ７１〜７４と、集光レンズ２１と、集光されたビームが入射するファイバ３０とから構成される。
【００８６】
なおこの図１５は、本実施形態の合波レーザ光源の基本構成を示すものであり、レンズアレイＬＡ７１〜７４および集光レンズ２１の形状は概念的に示してあり、半導体レーザから出射するビームのうち４本を一点鎖線で示してある。図１５では、煩雑さを避けるために１６個の半導体レーザについてはまとめてＬＤ２１〜２８と示してある。
【００８７】
この第７の実施形態の合波レーザ光源は、図８に示した第３の実施形態の合波レーザ光源と比べると、半導体レーザの配置や数は全く同じ２×４の行列状であるが、レンズアレイの構成および配置が基本的に異なるものである。本実施形態においては、レンズアレイＬＡ７１〜７４は、Ｘ軸方向に２個、Ｙ軸方向に２個並ぶよう２×２の行列状に配置されており、それぞれは第６の実施形態のレンズアレイＬＡ６１と同様に、２つのコリメートレンズがＹ軸方向に並設されて一体化された構成を有し、並設された方向の開口径がそれに垂直な方向の開口径より大きく形成されている。
【００８８】
４個のレンズアレイＬＡ７１〜７４が有する８個のコリメートレンズはそれぞれ、８個の半導体レーザＬＤ２１〜２８に対して設けられており、半導体レーザＬＤ２１〜２８から発散光状態で出射したレーザビームは、それぞれレンズアレイＬＡ７１〜７４が有するコリメートレンズによって平行光化され、平行光となったレーザビームは、集光レンズ２１によって集光され、ファイバ３０のコアの入射端面上で収束して、コア内を伝搬し、１本のレーザビームに合波されてファイバ３０から出射する。
【００８９】
次に、本発明の第８の実施形態による合波レーザ光源について図１７を参照しながら説明する。図１７は、本実施形態による合波レーザ光源の構成を示す斜視図である。この合波レーザ光源は、１２個のチップ状態の半導体レーザＬＤ３１〜４２と、４個のレンズアレイＬＡ８１〜８４および４個のシングルレンズＳＬ１〜ＳＬ４の組み合わせと、集光レンズ２１と、集光されたビームが入射するファイバ３０とから構成される。
【００９０】
なおこの図１７は、本実施形態の合波レーザ光源の基本構成を示すものであり、レンズアレイＬＡ７１〜７４および集光レンズ２１の形状は概念的に示してあり、半導体レーザから出射するビームのうち４本を一点鎖線で示してある。図１７では、煩雑さを避けるために１２個の半導体レーザについてはまとめてＬＤ３１〜４２と示してある。
【００９１】
この第８の実施形態の合波レーザ光源は、図１０に示した第４の実施形態の合波レーザ光源と比べると、半導体レーザの配置や数は全く同じ３×４の行列状であるが、レンズアレイの構成およびレンズアレイとシングルレンズの組み合わせを用いている点が基本的に異なるものである。
【００９２】
４個のレンズアレイＬＡ８１〜８４は、Ｘ軸方向に列状に配置されており、それぞれは第６の実施形態のレンズアレイＬＡ６１と同様に、２つのコリメートレンズがＹ軸方向に並設されて一体化された構成を有し、並設された方向の開口径がそれに垂直な方向の開口径より大きく形成されている。また、４つのシングルレンズＳＬ１〜ＳＬ４は、それぞれコリメートレンズであり、これらもＸ軸方向に列状に配置されている。
【００９３】
４個のレンズアレイＬＡ８１〜８４が有する８個のコリメートレンズおよび４個のシングルレンズＳＬ１〜Ｌ４はそれぞれ、１２個の半導体レーザＬＤ３１〜４２に対して設けられており、半導体レーザＬＤ３１〜４２から発散光状態で出射したレーザビームは、それぞれレンズアレイＬＡ８１〜８４および４個のシングルレンズＳＬ１〜ＳＬ４からなるコリメートレンズによって平行光化され、平行光となったレーザビームは、集光レンズ２１によって集光され、ファイバ３０のコアの入射端面上で収束して、コア内を伝搬し、１本のレーザビームに合波されてファイバ３０から出射する。
【００９４】
次に、本発明の第９の実施形態による合波レーザ光源について図１８を参照しながら説明する。図１８は、本実施形態による合波レーザ光源の構成を示す斜視図である。この合波レーザ光源は、１６個のチップ状態の半導体レーザＬＤ５１〜６６と、８個のレンズアレイＬＡ９１〜９８と、集光レンズ２１と、集光されたビームが入射するファイバ３０とから構成される。
【００９５】
なおこの図１８は、本実施形態の合波レーザ光源の基本構成を示すものであり、レンズアレイＬＡ９１〜９８および集光レンズ２１の形状は概念的に示してあり、半導体レーザから出射するビームのうち４本を一点鎖線で示してある。図１８では、煩雑さを避けるために１６個の半導体レーザについてはまとめてＬＤ５１〜６６と示してある。
【００９６】
この第９の実施形態の合波レーザ光源は、図１１に示した第５の実施形態の合波レーザ光源と比べると、半導体レーザの配置や数は全く同じ４×４の行列状であるが、レンズアレイの構成および配置が基本的に異なるものである。本実施形態においては、レンズアレイＬＡ９１〜９８は、Ｘ軸方向に４個、Ｙ軸方向に２個並ぶよう４×２の行列状に配置されており、それぞれは第６の実施形態のレンズアレイＬＡ６１と同様に、２つのコリメートレンズがＹ軸方向に並設されて一体化された構成を有し、並設された方向の開口径がそれに垂直な方向の開口径より大きく形成されている。
【００９７】
８個のレンズアレイＬＡ９１〜９８が有する１６個のコリメートレンズはそれぞれ、１６個の半導体レーザＬＤ５１〜６６に対して設けられており、半導体レーザＬＤ５１〜６６から発散光状態で出射したレーザビームは、それぞれレンズアレイＬＡ９１〜９８が有するコリメートレンズによって平行光化され、平行光となったレーザビームは、集光レンズ２１によって集光され、ファイバ３０のコアの入射端面上で収束して、コア内を伝搬し、１本のレーザビームに合波されてファイバ３０から出射する。
【００９８】
次に、上述した実施形態の合波レーザ光源の調整方法について説明する。上記合波レーザ光源では、平行光化された複数の光を集光して合波している。平行光を得るためには、コリメートレンズの焦点距離に合わせて、半導体レーザとコリメートレンズの光軸方向（Ｚ軸方向）の距離を設定することが必要である。また、複数の平行光を集光レンズを用いて１点に集光するためには、これら複数の平行光が同一方向となるように、各半導体レーザの発光点と光軸に垂直な面（ＸＹ面）内における各レンズの位置を設定することが必要である。したがってこれらの条件を満たすように、半導体レーザに対してコリメートレンズをＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の３軸方向に位置調整することが必要になる。
【００９９】
シングルレンズをコリメートレンズに用いる場合は、１つのレンズ毎に３軸方向の位置調整を行うことができる。しかし、複数のレンズが一体化されたレンズアレイの場合は、一体化されているレンズ間の距離や位置関係が固定されているため、個々のレンズを独立に調整することはできない。そこで、以下の方法を用いて２個のレンズが一体化されたレンズアレイの各レンズの位置調整を精度良く行う。
【０１００】
Ｘ軸方向に２つのレンズが並設されたレンズアレイの調整方法について、第１の実施形態の構成を例にとり説明する。まず、Ｚ軸方向の位置調整について図１９を参照しながら説明する。図１９はＺ軸方向の調整原理を示すＺＸ面における模式図である。同図に示す例では、半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２の各発光点が、実装誤差等によりＺ軸方向にΔｄ１ずれて位置している。また、レンズアレイＬＡ１は、成形時のばらつき等により、コリメートレンズＣ２の焦点距離が、コリメートレンズＣ１の焦点距離ｆよりもΔｆ１だけ長くなっている。半導体レーザＬＤ１とコリメートレンズＣ１のＺ軸方向距離のみを合わせて配置すると、図１９（ａ）に示すように、コリメートレンズＣ１を透過したビームは平行光になるが、コリメートレンズＣ２を透過したビームは平行光にならない。
【０１０１】
そこで、実際に半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２を発光させながら、図１９（ｂ）に示すように、レンズアレイＬＡ１のＺ軸方向位置およびＹ軸周りの回転角を調整し、それぞれ距離ΔＺ１、角度Δθｙだけ移動させ、集光レンズを通して集光した２つのビームの合焦位置が一致するように、コリメートレンズＣ１、Ｃ２の半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２に対するそれぞれのＺ軸方向位置を最適化する。このときの評価指標としては、ビーム径が最小、またはビーム輝度が最大等を採用できる。
【０１０２】
実装やレンズ成形が設計値通りになっていれば、角度Δθｙはゼロ、距離ΔＺ１もゼロとなるが、実際には上記Δｄ１やΔｆ１の誤差が生じるため調整が必要となる。上記Δｄ１やΔｆ１が大きいと、それに応じて角度Δθｙが大きくなり、レンズの偏芯による収差が問題となる。しかし、半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２の間隔ＬＤＰを、上記誤差に対して十分大きくなるように設計しておけば、角度は（Δｄ１＋Δｆ１）／ＬＤＰできいてくるため、上記収差を実用上問題ない程度に抑制することは容易に可能である。
【０１０３】
次に、図２０を参照しながら、Ｙ軸方向の位置調整について説明する。図２０はＹ軸方向の調整原理を示すＸＹ面における模式図であり、半導体レーザとレンズの配置を表す。同図に示す例では、半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２の各発光点は、実装誤差や作製時のばらつき等により、Ｙ軸方向にΔｈ１ずれて位置している。また、レンズアレイＬＡ１は、成形時のばらつき等により、コリメートレンズＣ１、Ｃ２の光軸が、Ｙ軸方向にΔｈ２ずれて位置している。半導体レーザＬＤ２とコリメートレンズＣ２のＹ軸方向位置のみを合わせて配置すると、図２０（ａ）に示すように、半導体レーザＬＤ１とコリメートレンズＣ１のＹ軸方向位置は合わず、この状態ではコリメートレンズＣ１、Ｃ２を透過したビームは同一方向にならない。
【０１０４】
そこで、実際に半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２を発光させながら、図２０（ｂ）に示すように、レンズアレイＬＡ１のＺ軸周りの回転角およびＸ軸方向位置、Ｙ軸方向位置を調整し、それぞれ角度Δθｚ１、距離ΔＸ１、ΔＹ１だけ移動させ、集光レンズを通して集光した２つのビームの高さが一致するように、コリメートレンズＣ１、Ｃ２の半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２に対するそれぞれのＹ軸方向位置を最適化する。なお図２０では、半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２は点線の斜線を付して示してあり、コリメートレンズＣ１、Ｃ２の形状は模式的に示している。
【０１０５】
実装や半導体レーザの発光点位置やレンズ成形が設計値通りになっていれば、角度Δθｚ１はゼロ、距離ΔＸ１、ΔＹ１はゼロとなるが、実際には上記Δｈ１やΔｈ２の誤差が生じるため調整が必要となる。上記Δｈ１やΔｈ２が大きいと、それに応じて角度Δθｚが大きくなり、レンズの偏芯による収差が問題となる。しかし、半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２の間隔ＬＤＰを、上記誤差に対して十分大きくなるように設計しておけば、角度は（Δｈ１＋Δｈ２）／ＬＤＰできいてくるため、上記収差を実用上問題ない程度に抑制することは容易に可能である。
【０１０６】
Ｘ軸方向に関する調整最適化は、レンズアレイのレンズピッチが部品精度で決まってしまうため、予めレンズアレイＬＡ１のＸ軸方向のレンズピッチを測定しておき、そのレンズピッチに合わせて半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２を実装して、半導体レーザのピッチを最適化するようにする。
【０１０７】
複数のレンズアレイを備えた第２〜第５の実施形態の合波レーザ光源についても、上述の調整方法をレンズアレイの個数分繰り返すことにより、同様に調整最適化が可能である。
【０１０８】
Ｙ軸方向に２つのレンズが並設されたレンズアレイの調整方法についても上述と同様であり、第６の実施形態の構成を例にとって以下に説明する。まず、Ｚ軸方向の調整について図２１を参照して説明する。図２１はＺ軸方向の調整原理を示すＹＺ面における模式図である。同図に示す例は、半導体レーザＬＤ２１、ＬＤ２２の各発光点が、Ｚ軸方向にΔｄ２ずれて位置し、レンズアレイＬＡ６１のコリメートレンズＣ６の焦点距離が、コリメートレンズＣ７の焦点距離ｆよりもΔｆ２だけ長いものである。
【０１０９】
そこで、実際に半導体レーザＬＤ２１、ＬＤ２２を発光させながら、図２１に示すように、レンズアレイＬＡ６１のＺ軸方向位置およびＸ軸周りの回転角を調整し、それぞれ距離ΔＺ２、角度Δθｘだけ移動させ、集光レンズを通して集光した２つのビームの合焦位置が一致するように、コリメートレンズＣ６、Ｃ７の半導体レーザＬＤ２１、ＬＤ２２に対するそれぞれのＺ軸方向位置を最適化する。
【０１１０】
次に、Ｘ軸方向の位置調整について図２２を参照して説明する。図２２はＸ軸方向の調整原理を示すＸＹ面における模式図であり、半導体レーザとレンズの配置を表す。同図に示す例は、半導体レーザＬＤ２１、ＬＤ２２の各発光点が、Ｘ軸方向にずれを生じ、レンズアレイＬＡ６１のコリメートレンズＣ６、Ｃ７の光軸もまた、Ｘ軸方向にずれを生じているものである。
【０１１１】
そこで、実際に半導体レーザＬＤ２１、ＬＤ２２を発光させながら、図２２に示すように、レンズアレイＬＡ６１のＺ軸周りの回転角およびＸ軸方向位置、Ｙ軸方向位置を調整し、それぞれ角度Δθｚ２、距離ΔＸ２、ΔＹ２だけ移動させ、集光レンズを通して集光した２つのビームの高さが一致するように、コリメートレンズＣ６、Ｃ７の半導体レーザＬＤ２１、ＬＤ２２に対するそれぞれのＸ軸方向位置を最適化する。なお図２２では、半導体レーザＬＤ２１、ＬＤ２２は点線の斜線を付して示してあり、コリメートレンズＣ６、Ｃ７の形状は模式的に示している。
【０１１２】
Ｙ軸方向に関する調整最適化は、レンズアレイのレンズピッチが部品精度で決まってしまうため、予めレンズアレイＬＡ１のＹ軸方向のレンズピッチを測定しておき、そのレンズピッチに合わせて半導体レーザＬＤ２１、ＬＤ２２を実装して、半導体レーザのピッチを最適化するようにする。
【０１１３】
上記のＹ軸方向にコリメートレンズが並設されたレンズアレイの調整方法においても、Ｘ軸方向にコリメートレンズが並設された場合と同様に、評価指標としては、ビーム径が最小、またはビーム輝度が最大等を採用できる。また同様に、誤差が大きいと調整の角度Δθｘ、Δθｚが大きくなった場合も、半導体レーザＬＤ２１、ＬＤ２２の間隔ＬＤＰを、上記誤差に対して十分大きくなるように設計しておくことにより、レンズの偏芯による収差を抑制することができる。
【０１１４】
複数のレンズアレイを備えた第６〜第９の実施形態の合波レーザ光源についても、上述の調整方法をレンズアレイの個数分繰り返すことにより、同様に調整最適化が可能である。
【０１１５】
ところで、半導体レーザの実装がジャンクションダウン実装の場合は、発光位置が実装基盤から近い為、実装精度を上げることで１μｍ以内に合わせこみが可能な例が報告されており、高さを揃えやすい。しかし、ジャンクションダウン実装は、実装時の半導体レーザへの応力が微妙に半導体レーザの経時性能を左右するという報告例があり、必ずしも好ましい実装とは言えない。
【０１１６】
一方、ジャンクションアップ実装の場合は、半導体レーザの実装の性能への影響は一般的に小さく、より容易であるが、チップ自体のばらつきにより、発光点のＹ軸方向位置は数μｍ〜数１０μｍの幅がある。Ｙ軸方向にばらつきがあっても、従来のようにコリメートレンズにシングルレンズを用いた場合には、調整可能であり問題ないが、３個以上のレンズが一体化されたレンズアレイを調整する場合は、高さが合わせきれなくなる。しかしながら、上記実施形態のＸ軸方向に２個のレンズが並設されて一体化したレンズアレイならば、上述のごとく合わせ精度を犠牲にせずに調整が可能であるため、ジャンクションアップ実装の半導体レーザに対して非常に好適である。
【０１１７】
上記調整方法によれば、部材精度や半導体レーザの実装精度が低くても、各軸方向の距離だけでなく回転角θｚ、θｘまたはθｙを調整することにより、焦点位置やＸ軸方向位置またはＹ軸方向位置を合わせこむことができるので、部材コストや実装コストを安価にすることができる。
【０１１８】
次に、前述の回転角調整に関する支持固定方法について説明する。図２３に示すレーザ合波光源は、図６に示す第２の実施形態のものと同様に、８個の半導体レーザがＸ軸方向に４個、Ｙ軸方向に２個並ぶように４×２の行列状に配置され、Ｘ軸方向に２個コリメートレンズを並設した４個のレンズアレイがＸ軸方向に２個、Ｙ軸方向に２個並ぶように２×２の行列状に配置されたものである。なお、このレーザ合波光源では、４つのレンズアレイＬＡ１２１〜１２４それぞれに対して、レンズアレイＬＡ１２１〜１２４を支持固定するためのホルダ部材１４１〜１４４が１つずつ設けられている。
【０１１９】
半導体レーザＬＤ２１はサブマウント１０１を介してＸ軸方向に伸長する１つの支持ブロック１５１に実装されており、半導体レーザＬＤ２１とＸ軸方向に同一直線上に配置された図示されていない他の３つの半導体レーザも同様に支持ブロック１５１に実装されている。また、これらとＹ軸方向に対向する位置にある図示されていない４つの半導体レーザは支持ブロック１５２に実装されている。ホルダ部材１４１、１４２はそれぞれ、支持ブロック１５１からレンズアレイＬＡ１２１、１２２へ架橋するように構成され、ホルダ部材１４３、１４４はそれぞれ、支持ブロック１５２からレンズアレイＬＡ１２３、１２４へ架橋するように構成されている。支持ブロック１５１、１５２はベース部材１６１上に固定されている。
【０１２０】
以下、レンズアレイＬＡ１２３を調整固定する場合を例にとり説明する。レンズアレイＬＡ１２３を支持固定するためのホルダ部材１４３は、本実施形態においては、ＺＸ面、ＸＹ面内でそれぞれレンズアレイＬＡ１２３、支持ブロック１５２と接触している。前述した調整方法によれば、Ｘ軸方向に２個レンズを並設したレンズアレイに関しては、焦点方向であるＺ軸方向の位置に関しては回転角θｙを調整し、Ｙ軸方向に関しては回転角θｚを調整することになる。回転角θｙはＹ軸方向周りに回すことになり、ＸＺ面内であれば自由に回転可能である。したがって、回転角θｙの調整を行った後に、ホルダ部材１４３のＺＸ面におけるレンズアレイＬＡ１２３との接触面１４３ａを接着面として、この面で固定すればよい。
【０１２１】
また、回転角θｚはＺ軸周りに回すことになり、ＸＹ面内であれば自由に回転可能である。したがって、回転角θｚの調整を行った後に、ホルダ部材１４３のＸＹ面における支持ブロック１５２との接触面１４３ｂを接着面として、この面で固定すればよい。
【０１２２】
他のレンズアレイについても同様であり、以上のことからホルダ部材の接着面をＸＺ面、ＸＹ面となるように設計すれば、回転角θｙ、θｚ両方を調整した後、その位置で固定が可能である。
【０１２３】
図２４に示す合波レーザ光源は、図８に示す第３の実施形態のものと同様に、８個の半導体レーザがＸ軸方向に２個、Ｙ軸方向に４個並ぶように２×４の行列状に配置され、Ｘ軸方向に２個コリメートレンズを並設した４個のレンズアレイがＹ軸方向に列状に配置されたものである。また、４個のレンズアレイそれぞれに対して各レンズアレイを支持固定するためのホルダ部材が１つずつ設けられている。
【０１２４】
Ｘ軸方向に列設された２つの半導体レーザは、Ｘ軸方向に伸長する支持ブロックに実装され、ホルダ部材はこの支持ブロックからレンズアレイへ架橋するように構成される。支持ブロックはベース部材２６１上に固定されている。
【０１２５】
半導体レーザＬＤ２１、ＬＤ２２に対応して設けられたレンズアレイＬＡ１３１を支持固定するためのホルダ部材２４１は、本実施形態においては、ＸＹ面、ＺＸ面内でそれぞれレンズアレイＬＡ１３１、支持ブロック２５１と接触している。よって、前述した方法と同様に、回転角θｙの調整を行った後は、ホルダ部材１４３のＺＸ面における支持ブロック２５１との接触面を接着面として固定し、回転角θｚの調整を行った後は、ホルダ部材１４３のＸＹ面におけるレンズアレイＬＡ１３１との接触面を接着面として固定する。
【０１２６】
図２５に示す合波レーザ光源は、図２４に示す構成をＹＺ面に関し鏡面対称的に配置した構成を有するものである。この合波レーザ光源は、図１１に示す第５の実施形態のものと同様に、１６個の半導体レーザがＸ軸方向に４個、Ｙ軸方向に４個並ぶように４×４の行列状に配置され、Ｘ軸方向に２個コリメートレンズを並設した４個のレンズアレイがＸ軸方向に４個、Ｙ軸方向に４個並ぶように４×４の行列状に配置されたものである。レンズアレイそれぞれに対して各レンズアレイを支持固定するためのホルダ部材が１つずつ設けられている。
【０１２７】
Ｘ軸方向に列設された２つの半導体レーザは、Ｘ軸方向に伸長する支持ブロックに実装され、ホルダ部材はこの支持ブロックからレンズアレイへ架橋するように構成される。支持ブロックはベース部材３６１上に固定されている。
【０１２８】
半導体レーザＬＤ５１、ＬＤ５２に対応して設けられたレンズアレイＬＡ１５１を支持固定するためのホルダ部材３４１は本実施形態においては、ＸＹ面、ＺＸ面内でそれぞれレンズアレイＬＡ１５１、支持ブロック３５１と接触している。よって、前述した調整固定方法と同様に、回転角θｙの調整を行った後は、ホルダ部材３４１のＺＸ面における支持ブロック３５１との接触面を接着面として固定し、回転角θｚの調整を行った後は、ホルダ部材３４１のＸＹ面におけるレンズアレイＬＡ１５１との接触面を接着面として固定する。
【０１２９】
レンズアレイＬＡ１５１とＹＺ面に関し鏡面対称的に配置されたレンズアレイＬＡ１５２は、半導体レーザＬＤ５３、ＬＤ５４に対応して設けられており、このレンズアレイＬＡ１５２を支持固定するためのホルダ部材３４２に関しても同様に、回転角θｙの調整を行った後は、ホルダ部材３４２のＺＸ面における支持ブロック３５１との接触面を接着面として固定し、回転角θｚの調整を行った後は、ホルダ部材３４２のＸＹ面におけるレンズアレイＬＡ１５２との接触面を接着面として固定する。
【０１３０】
図２５に示すように、コリメータレンズが４×４の行列配置となっていても、２個のレンズが一体化されたレンズアレイを用いることで、すべて周囲をレンズに取り囲まれた中央部に残されたレンズの調整および支持が可能となる。
【０１３１】
図２６に示す合波レーザ光源は、図１５に示す第７の実施形態のものと同様に、８個の半導体レーザがＸ軸方向に２個、Ｙ軸方向に４個並ぶように２×４のの行列状に配置され、Ｙ軸方向に２個コリメートレンズを並設した４個のレンズアレイがＸ軸方向に２個、Ｙ軸方向に２個並ぶように２×２の行列状に配置されたものである。レンズアレイそれぞれに対して各レンズアレイを支持固定するためのホルダ部材が１つずつ設けられている。
【０１３２】
Ｘ軸方向に列設された２つの半導体レーザは、Ｘ軸方向に伸長する支持ブロック４５１に実装されている。支持ブロックはベース部材４６１上に固定されている。ホルダ部材はこの支持ブロックからレンズアレイへ架橋するように構成される。
【０１３３】
半導体レーザＬＤ５１、ＬＤ５２に対応して設けられたレンズアレイＬＡ１５１を支持固定するためのホルダ部材４４１は、本実施形態においては、ＸＹ面、ＹＺ面内でそれぞれレンズアレイＬＡ１７１、支持ブロック４５１と接触している。よって、前述した調整固定方法と同様に、回転角θｘの調整を行った後は、ホルダ部材４４１のＹＺ面における支持ブロック４５１との接触面を接着面として固定し、回転角θｚの調整を行った後は、ホルダ部材４４１のＸＹ面におけるレンズアレイＬＡ１７１との接触面を接着面として固定する。
【０１３４】
なお、ホルダ部材の２つの接着面のうち、いずれをレンズアレイと接着し、いずれを支持ブロックと接着するかは、上記例に限定されない。２つの接着面のうち一方をレンズアレイと接着し、他方を支持ブロックと接着するようにすればよく、いずれの面を選択するかは自由である。
【０１３５】
次に、比較例として従来のシングルレンズを用いた合波レーザ光源について図２７〜図２９を参照しながら説明する。図２７は、この合波レーザ光源の構成を示す斜視図である。図２８は光軸方向から見た半導体レーザとレンズアレイの配置を示す模式図である。
【０１３６】
図２７に示すように、この合波レーザ光源は、８つのチップ状態の半導体レーザＬＤ２１〜２８と、半導体レーザＬＤ２１〜２８それぞれに対して設けられたコリメート用の８個のシングルレンズＳＬ１〜ＳＬ８と、集光レンズ２１と、集光されたビームが入射するファイバ３０とから構成される。
【０１３７】
なおこの図２７は、この合波レーザ光源の基本構成を示すものであり、シングルレンズＳＬ１〜ＳＬ８および集光レンズ２１の形状は概念的に示してある。また図２７、図２８では、煩雑さを避けるために８個の半導体レーザについてはまとめてＬＤ２１〜２８と示してある。
【０１３８】
この図２７に示す合波レーザ光源は、図６に示した第２の実施形態の合波レーザ光源と比べると、４個のレンズアレイではなく８個のシングルレンズが用いられている点が基本的に異なるものである。この合波レーザ光源では、８個の半導体レーザＬＤ２１〜２８がＸ軸方向に４個、Ｙ軸方向に２個並ぶように４×２の行列状に配置され、８個のシングルレンズＳＬ１〜ＳＬ８も半導体レーザＬＤ２１〜２８と同様に４×２の行列状に配置されている。
【０１３９】
図２９は、シングルレンズを用い、図２７に示すものと同様の４×２配列構成を有する合波レーザ光源のレンズの支持構造を示す図である。ただし、図２９に示す例では、シングルレンズＳＬ１〜ＳＬ８の形状は、図２７のものよりも実際に近い形状で描かれており、半導体レーザの支持構造は図２３に示すものと同じものを採用している。図２９に示すように、８個のシングルレンズＳＬ１〜ＳＬ８のＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の３軸方向の調整をし、これらを支持固定するには、８個のホルダ部材９４１〜９４８が必要となる。
【０１４０】
レンズの支持は、装置ハンドスペース、光路確保、調芯動作範囲確保の観点から、基本的に図２９に示すような両側からの支持構造をとることになる。しかし、例えば合波本数を増やすために、Ｘ軸方向に２列に並んだレンズの間に、シングルレンズを用いてさらに１列レンズを増やそうとすると、周囲を全てレンズに取り囲まれた中央部のレンズがある状態となり、この中央部のレンズの支持が困難なため、実際にはレンズを１列増やすことはできない。
【０１４１】
これに対して、図２９に示すものと同様の４×２配列の構成を有する図２３に示す本発明の実施形態では、同様に両側からの支持構造をとるが、２個のレンズが一体化されたレンズアレイを採用している。したがって、この４×２の行列の間に２列までレンズを増やして４×４の行列配置にしても、図２５に示すように、すべて周囲をレンズに取り囲まれた中央部に残されたレンズの支持が可能である。
【０１４２】
特許文献１によると、空間利用効率ηが大きいほど倍率Ｍが低下し、これにより合波本数を増やすことが可能になるので、出来る限りビームが互いに密接配置されるように、設計すべきであるとされている。この設計で最もネックになるのは、レンズ同士の間隔を小さくし、且つ、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の３軸方向の調芯しつつ、いかにレンズを支持するかである。仮に隣接するレンズ同士の間隔を０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度とした場合、３×３列以上の２次元配列に対し、すべて周囲をレンズに取り囲まれた中央部に残されたレンズの支持が、シングルレンズで３軸方向の調芯をする場合に、非常に困難となる。支持部材をなくして接着材で空中接着するような案もあるが、接着固定時の収縮によって固定位置が維持できないという問題がある。
【０１４３】
上述した本発明の実施形態では４列までの構成に対して、２個レンズアレイを使うことによって、両側からの支持によって、レンズ同士の間隔を小さくし、且つ、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の３軸方向が調整可能な構成を示している。以上のことから、本発明の実施形態の合波レーザ光源によれば、低コストで高輝度高出力の合波レーザ光源を提供でき、例えば、感光材料を露光する露光装置の光源として好適である。
【０１４４】
以上、合波本数を２本、８本、１２本、１６本とした実施形態について説明したが、本発明の合波レーザ光源における合波本数はこの本数に限られるものではなく、２本以上のいずれの数が選択されてもよい。また半導体レーザが実装される放熱ブロックの個数も限定されるものでなく、２個以上のいずれの数が選択されてもよい。
【０１４５】
なお、以上説明した実施形態における半導体レーザの発振波長、出力等の仕様は上記のものに限定されず、広く適用が可能である。合波には、同一波長の半導体レーザだけでなく、波長の異なる半導体レーザを用いてもよい。半導体レーザアレイはマルチキャビティレーザダイオードを採用してもよく、その場合は、レンズアレイのピッチを部品精度で合わせこむことが望ましい。半導体レーザはヒートブロックに直接実装されていてもよく、あるいはサブマウントを介してヒートブロックに実装されていてもよい。
【０１４６】
コリメートレンズの焦点距離、有効径、ＮＡ、形状等の仕様は上記のものに限定されず、１つの合波レーザ光源で用いられるコリメートレンズは必ずしも同一でなくてもよい。
【０１４７】
集光レンズの焦点距離、有効径、ＮＡ、形状等の仕様は上記のものに限定されない。また、集光光学系は必ずしも１枚レンズの構成に限るものでなく、シリンドリカルレンズの組み合わせなど、複数のレンズにより構成してもよい。
【０１４８】
ファイバの仕様は上記のものに限定されず、例えば用途に応じてコア径が１０〜１００μｍのものを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１４９】
【図１】本発明の第１の実施形態による合波レーザ光源の構成を示す斜視図
【図２】図１の合波レーザ光源に用いられるレンズアレイの正面図（ａ）と側面図（ｂ）
【図３】図１の合波レーザ光源を備えた合波ファイバモジュールの構成を示す側面図
【図４】図１の合波レーザ光源を備えた合波ファイバモジュールの構成を示す平面図
【図５】本発明の変形例による合波レーザ光源の構成を示す斜視図
【図６】本発明の第２の実施形態による合波レーザ光源の構成を示す斜視図
【図７】図６の合波レーザ光源の半導体レーザとレンズアレイの配置を示す模式図
【図８】本発明の第３の実施形態による合波レーザ光源の構成を示す斜視図
【図９】図８の合波レーザ光源の半導体レーザとレンズアレイの配置を示す模式図
【図１０】本発明の第４の実施形態による合波レーザ光源の構成を示す斜視図
【図１１】本発明の第５の実施形態による合波レーザ光源の構成を示す斜視図
【図１２】本発明の第６の実施形態による合波レーザ光源の構成を示す斜視図
【図１３】図１２の合波レーザ光源に用いられるレンズアレイの正面図（ａ）と側面図（ｂ）
【図１４】図１２の合波レーザ光源の半導体レーザとレンズアレイの配置を示す模式図
【図１５】本発明の第７の実施形態による合波レーザ光源の構成を示す斜視図
【図１６】図１５の合波レーザ光源の半導体レーザとレンズアレイの配置を示す模式図
【図１７】本発明の第８の実施形態による合波レーザ光源の構成を示す斜視図
【図１８】本発明の第９の実施形態による合波レーザ光源の構成を示す斜視図
【図１９】Ｘ軸方向にレンズが並設されたレンズアレイのＺ軸方向の調整原理を示す模式図
【図２０】Ｘ軸方向にレンズが並設されたレンズアレイのＹ軸方向の調整原理を示す図
【図２１】Ｙ軸方向にレンズが並設されたレンズアレイのＺ軸方向の調整原理を示す模式図
【図２２】Ｙ軸方向にレンズが並設されたレンズアレイのＸ軸方向の調整原理を示す図
【図２３】本発明のレンズアレイの支持構造を示す斜視図
【図２４】本発明のレンズアレイの支持構造を示す斜視図
【図２５】本発明のレンズアレイの支持構造を示す斜視図
【図２６】本発明のレンズアレイの支持構造を示す斜視図
【図２７】従来の合波レーザ光源の構成を示す斜視図
【図２８】従来の光軸方向から見た半導体レーザとレンズアレイの配置を示す模式図
【図２９】従来のシングルレンズの支持構造を示す斜視図
【符号の説明】
【０１５０】
１０、１３、１４    レーザモジュール
１１    ヒートブロック
２０、２１    集光レンズ
２２    放熱ブロック
２３    ヒートシンク
３０    ファイバ
１０１    サブマウント
１４１、１４２，１４３、１４４    ホルダ部材
１４３ａ、１４３ｂ    接触面
１５１    支持ブロック
１６１    ベース部材
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４    コリメートレンズ
ＬＡ１、ＬＡ２、ＬＡ１２１、ＬＡ１２２，ＬＡ１２３、ＬＡ１２４    レンズアレイ
ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４    半導体レーザ
ＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３、ＳＬ４    シングルレンズ
【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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