JP2023099577A - 光源装置、ダイレクトダイオードレーザ装置、および光結合器 - Google Patents

Abstract

【課題】波長ビーム結合によって結合されたレーザビームの品質に優れた光源装置を提供する。【解決手段】本開示の光源装置１００は、光ファイバ１０と、ピーク波長が異なる複数のレーザビームを同軸に重畳して波長結合ビームを生成して出射するビーム光源２０と、ビーム光源から出射された波長結合ビームを光ファイバに入射させる光結合器３０とを備える。光結合器３０は、波長結合ビームを第１の平面内で集光し、第１の焦点距離を有する第１のシリンドリカルレンズ３１と、第２の平面内で集光し、第２の焦点距離を有する第２のシリンドリカルレンズ３２と、第１の焦点距離よりも長い第３の焦点距離を有し、第１の平面内で集光して第１のシリンドリカルレンズに入射させる第３のシリンドリカルレンズ３３とを備える。【選択図】図４

Description

本願は、光源装置、ダイレクトダイオードレーザ装置、および光結合器に関する。

高出力高輝度のレーザビームを用いて多様な種類の材料に切断、穴あけ、マーキングなどの加工を行ったり、金属材料を溶接したりすることが行われている。従来、このようなレーザ加工に使用されてきた炭酸ガスレーザ装置およびＹＡＧ固体レーザ装置の一部は、エネルギ変換効率の高いファイバレーザ装置に置き換わりつつある。ファイバレーザ装置の励起光源には、レーザダイオード（以下、単にＬＤと記載する。）が使用されている。
近年、ＬＤの高出力化に伴い、ＬＤを励起光源としてではなく、材料を直接に照射して加工するレーザビームの光源として用いる技術が開発されつつある。このような技術は、ダイレクトダイオードレーザ（ＤＤＬ）技術と称されている。

特許文献１は、複数のＬＤからそれぞれ出射された互いに波長が異なる複数のレーザビームを結合（ｃｏｍｂｉｎｅ）して光出力を増大させる光源装置の一例を開示している。
互いに波長が異なる複数のレーザビームを同軸に結合することは、「波長ビーム結合（ＷＢＣ）」または「スペクトラルビーム結合（ＳＢＣ）」と称され、例えばＤＤＬ装置などの光出力および輝度を高めるために用いられ得る。

米国特許６１９２０６２号明細書

波長ビーム結合によって結合されたビームを光ファイバに集光するとき、ビーム品質が劣化する場合がある。そのようなビーム品質の劣化を抑制することのできる光源装置が求められている。

本開示の光源装置は、非限定的で例示的な実施形態において、光ファイバと、ピーク波長が異なる複数のレーザビームを同軸に重畳して波長結合ビームを生成して出射するビーム光源と、前記ビーム光源から出射された前記波長結合ビームを前記光ファイバに入射させる光結合器とを備える。前記波長結合ビームの伝搬方向に直交する第１の方向における前記波長結合ビームの第１のビームパラメータ積は、前記伝搬方向および前記第１の方向の両方に直交する第２の方向における第２のビームパラメータ積よりも大きい。前記光結合器は、前記波長結合ビームを前記伝搬方向と前記第１の方向とを含む第１の平面内で集光し、第１の焦点距離を有する第１のシリンドリカルレンズと、前記波長結合ビームを前記伝搬方向と前記第２の方向とを含む第２の平面内で集光し、第２の焦点距離を有する第２のシリンドリカルレンズと、前記第１の焦点距離よりも長い第３の焦点距離を有し、前記波長結合ビームを前記第１の平面内で集光して前記第１のシリンドリカルレンズに入射させる第３のシリンドリカルレンズとを備える。

本開示のダイレクトダイオードレーザ装置は、例示的な実施形態において、上記の光源装置と、前記光源装置の光ファイバに結合された加工ヘッドであって、前記光ファイバから出射された前記波長結合ビームで対象物を照射する加工ヘッドとを備える。

本開示の光結合器は、例示的な実施形態において、複数のレーザビームが結合された結合ビームを光ファイバに入射させる光結合器であって、前記結合ビームの伝搬方向に直交する第１の方向における前記結合ビームの第１のビームパラメータ積が、前記伝搬方向および前記第１の方向の両方に直交する第２の方向における第２のビームパラメータ積よりも大きく、前記結合ビームを前記伝搬方向と前記第１の方向とを含む第１の平面内で集光し、第１の焦点距離を有する第１のシリンドリカルレンズと、前記結合ビームを前記伝搬方向と前記第２の方向とを含む第２の平面内で集光し、第２の焦点距離を有する第２のシリンドリカルレンズと、前記第１の焦点距離よりも長い第３の焦点距離を有し、前記結合ビームを前記第１の平面内で集光して前記第１のシリンドリカルレンズに入射させる第３のシリンドリカルレンズとを備える。

本開示の実施形態によれば、ビーム品質の劣化が抑制された光源装置、ダイレクトダイオードレーザ装置、および、これらの装置に用いられる光結合器が提供され得る。

図１は、波長ビーム結合によって結合したレーザビームを光ファイバに集光する光源装置の構成例を示す図である。 図２は、波長結合ビームＷが光結合器３０Ｐによって光ファイバ１０に集光される様子を模式的に示す図である。 図３Ａは、本開示による光源装置１００の構成例を模式的に示す断面図である。 図３Ｂは、光源装置１００が備える光結合器３０の構成例を模式的に示す斜視図である。 図４は、本開示の実施形態における光源装置１００の構成例を示す図である。 図５は、本実施形態で使用される外部共振器型レーザモジュール２４の構成例を示す断面図である。 図６は、ＬＤ４２の基本的な構成の一例を示す斜視図である。 図７Ａは、透過型回折格子４８の働きを模式的に示す断面図である。 図７Ｂは、透過型回折格子４８の働きを模式的に示す他の断面図である。 図８は、ＬＤ４２のゲイン曲線と、ある波長λ_ｎの単一縦モードで発振している外部共振器型レーザモジュール２４から出射されるレーザビームＢのスペクトルを模式的に示す図である。 図９は、本実施形態におけるビーム光源２０がビームコンバイナ２６として備える反射型回折格子の作用を示す図である。 図１０Ａは、波長結合ビームＷの速軸（Ｙ軸）方向におけるビーム形状を模式的に示す断面図である。 図１０Ｂは、波長結合ビームＷの遅軸（Ｘ軸）方向におけるビーム形状を模式的に示す断面図である。 図１１は、図１における光結合器３０Ｐの参考例を拡大して模式的に示す断面図である。 図１２は、本実施形態における光結合器３０の構成例を拡大して模式的に示す断面図である。 図１３は、本実施形態におけるＤＤＬ装置１０００の構成例を示す図である。

本開示の実施形態を説明する前に、本発明者等が見出した知見およびその技術背景を説明する。

まず、「波長ビーム結合（ＷＢＣ）」を行う光源装置の基本的な構成例を説明する。図１は、ＷＢＣによって結合したレーザビームを光ファイバに集光する光源装置の構成例を示す図である。図１を含む添付図面には、参考のため、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を基底とするＸＹＺ座標系が模式的に示されている。

図示されている光源装置１００Ｐは、光ファイバ１０と、ビーム光源２０Ｐと、光結合器３０Ｐとを備える。ビーム光源２０Ｐは、ピーク波長λが異なる複数のレーザビームＢを同軸に重畳して波長結合ビームＷを生成して出射する。本開示における「波長結合ビーム」の用語は、ＷＢＣによってピーク波長λが異なる複数のレーザビームＢが同軸上に結合して形成されたレーザビームを意味する。ＷＢＣ技術によれば、ピーク波長λが異なるｎ本のレーザビームを同軸上に結合することにより、光出力だけではなくフルエンス（Ｆｌｕｅｎｃｅ、単位：Ｗ/ｃｍ^２）も、各レーザビームＢが有する大きさの約ｎ倍にまで高めることが可能になる。

ビーム光源２０Ｐは、図示されている例において、ピーク波長λが異なる複数のレーザビームＢをそれぞれ出射する複数のレーザモジュール２２と、複数のレーザビームＢを結合して波長結合ビームＷを生成するビームコンバイナ２６とを有している。図１には、５個のレーザモジュール２２_１～２２_５が記載されている。

図の例において、ビームコンバイナ２６は反射型回折格子である。ビームコンバイナ２６は、回折格子に限定されず、例えばプリズムなどの他の波長分散性光学素子であってもよい。異なる角度で反射型回折格子に入射したレーザビームＢの－１次の反射回折光が、すべて、同一方向に出射される。図では、簡単のため、各レーザビームＢおよび波長結合ビームＷの中心軸のみが記載されている。光結合器３０Ｐは、ビーム光源２０Ｐから出射された波長結合ビームＷを光ファイバ１０のコアに集光して入射する。

図１の例では、Ｙ軸が紙面に垂直であり、光源装置１００ＰのＸＺ面に平行な構成が模式的に記載されている。波長結合ビームＷの伝搬方向は、Ｚ軸方向に平行である。

レーザモジュール２２から反射型回折格子（ビームコンバイナ２６）までの距離をＬ１、隣接するレーザモジュール２２の角度、言い換えると、隣接する２本のレーザビームＢの角度をΦ（ラジアン：ｒａｄ）とする。図示される例において、距離Ｌ１および角度Φは、レーザモジュール２２_１～２２_５で共通の大きさを有している。レーザモジュール２２の配列ピッチ（エミッタ間ピッチ）をＳとすると、Φ×Ｌ１＝Ｓの近似式が成立する。

図２は、ビームコンバイナ２６から出射された波長結合ビームＷが光結合器３０Ｐによって光ファイバ１０に集光される様子を模式的に示す図である。光結合器３０Ｐの典型例は収束レンズである。簡単のため、波長結合ビームＷが３本の代表的な光線によって単純化されて表されている。３本の光線のうち、中央の光線は光結合器３０Ｐの光軸上にあり、他の２本の光線は、ビーム直径を規定する位置を模式的に示している。ビーム直径は、ビーム中心の光強度に対して例えば１／ｅ^２以上の光強度を持つ領域のサイズによって規定され得る。ここで、ｅはネイピア数（約２．７１）である。ビーム直径またはビーム半径は、他の基準によって定義されてもよい。

図２では、波長結合ビームＷが完全に平行なコリメートビームとして記載され、光結合器３０Ｐに入射する領域のＸ軸方向における直径（入射ビーム径）がＤ１で表されている。しかし、現実には、Ｚ軸方向に伝搬する波長結合ビームＷは完全な平行光ではなく、波長結合ビームＷのビーム半径Ｒは、一様ではなく、光路上における位置（Ｚ軸上の座標値ｚ）または光路長の関数である。また、波長結合ビームＷのビーム半径Ｒは、Ｙ軸方向およびＸ軸方向において大きさが異なり得る。このため、厳密には、Ｙ軸方向におけるビーム半径をＲ_Ｙ（ｚ）、Ｘ軸方向におけるビーム半径をＲ_Ｘ（ｚ）と表わすことが適切である。なお、波長結合ビームＷは個々のレーザビームＢが同軸に重畳したものであるから、波長結合ビームＷのビーム半径Ｒおよび発散半角θは、それぞれ、レーザモジュール２２から出射された個々のレーザビームＢのビーム半径ωおよび発散半角θに等しいと近似することができる。

図２には、反射型回折格子（ビームコンバイナ２６）から光結合器３０Ｐまでの距離がＬ２で表されている。距離Ｌ２は、例えば１００～５００ｍｍの範囲に設定され得る。また、図１に示される距離Ｌ１は、例えば約２０００ｍｍ以上である。この距離Ｌ１を規定する角度ΦおよびピッチＳは、レーザビームＢの波長、ビームコンバイナ２６の構造および性能、レーザモジュール２２の構造およびサイズなどに拘束されるため、大幅に短縮することは困難である。以下、Ｌ１＋Ｌ２を「光路長」と呼ぶ場合がある。

本発明者等の検討によると、上記の構成例には、光結合器３０Ｐによる集光ビーム径が光ファイバ１０のコア径を超えてしまうという問題のあることがわかった。集光ビーム径が光ファイバ１０のコア径よりも大きくなると、光ファイバ１０への光結合効率の低下を招き、光ファイバ１０から出力されるレーザビームの光出力およびビーム品質を低下させてしまう。また、ファイバ被覆、ファイバ保持冶具に熱ダメージを与える可能性もある。
本発明者等が鋭意検討した結果、その原因は、光路長（Ｌ１＋Ｌ２）が長く、光結合器３０Ｐ上での入射ビーム径Ｄ１がＸ軸方向に拡大する結果、球面収差によってビーム品質が劣化することにあることがわかった。

＜本開示による光源装置の基本構成＞
図３Ａおよび図３Ｂを参照して、本開示による光源装置１００の基本構成例を説明する。図３Ａは、ＸＺ面における光源装置１００の構成例を模式的に示す断面図である。図３Ｂは、光源装置１００が備える光結合器３０の構成例を模式的に示す斜視図である。

図３Ａに示される光源装置１００は、光ファイバ１０と、波長結合ビームＷを生成して出射するビーム光源２０と、ビーム光源２０から出射された波長結合ビームＷを光ファイバ１０に入射させる光結合器３０とを備えている。波長結合ビームＷの伝搬方向（Ｚ軸方向）に直交する第１の方向（Ｘ軸方向）における波長結合ビームＷの第１のビームパラメータ積（第１のＢＰＰ）は、伝搬方向および第１の方向の両方に直交する第２の方向（Ｙ軸方向）における第２のＢＰＰよりも大きい。ＢＰＰは、ビーム品質を定量的に評価するための指標であり、ビーム品質が劣化するほど、大きな値を有する。ＢＰＰの詳細は、後述する。

光結合器３０は、図３Ｂに示されるように、波長結合ビームＷを伝搬方向と第１の方向（Ｘ軸方向）とを含む第１の平面（ＸＺ）内で集光する第１のシリンドリカルレンズ３１と、波長結合ビームＷを伝搬方向と第２の方向（Ｙ軸方向）とを含む第２の平面（ＹＺ）内で集光する第２のシリンドリカルレンズ３２と、波長結合ビームＷを第１の平面（ＸＺ）内で集光して第１のシリンドリカルレンズ３１に入射させる第３のシリンドリカルレンズ（副集光レンズ）３３とを有している。シリンドリカルレンズは、平行な光線束を直線（焦点）上に収束する曲面を有している。曲面は、円柱の外周表面の一部に相当する形状を有しており、円柱の軸方向における曲率はゼロである。図３Ｂにおける曲線（破線）は、それぞれのレンズ３１～３３の入射面上におけるビーム断面形状を模式的に示している。

本開示における光結合器３０は、第３のシリンドリカルレンズ３３の働きにより、ビーム品質の低下を抑制し、前述の問題を解決することが可能になる。以下、本開示の実施形態における光源装置１００の構成および動作を詳細に説明する。

（実施形態）
＜光源装置＞
図４は、本開示の実施形態における光源装置１００の構成例を示す図である。図４に示された光源装置１００は、光ファイバ１０と、ビーム光源２０と、光結合器３０とを備える。ビーム光源２０は、ピーク波長λが異なる複数のレーザビームＢを同軸に重畳して波長結合ビームＷを生成して出射する。

ビーム光源２０は、複数のレーザビームＢをそれぞれ出射する複数のレーザモジュール２４と、複数のレーザビームＢを結合して波長結合ビームＷを生成するビームコンバイナ２６とを有している。本実施形態におけるレーザモジュール２４は、外部共振器型である。図４には、５個のレーザモジュール２４_１～２４_５が記載されている。各レーザモジュール２４_１～２４_５からは、それぞれ、ピーク波長λ_１～λ_５のレーザビームＢが出射される。ここでは、λ_１＜λ_２＜λ_３＜λ_４＜λ_５の関係が成立している。ビーム光源２０が備えるレーザモジュール２４の個数は、５個に限定されず、例えば６個以上であり得る。

本実施形態において、隣接するレーザビームＢのピーク波長はδλだけ異なり（λ_ｎ＋１－λ_ｎ＝δλ）、隣接するレーザビームＢの間の角度Φは約０．４度、すなわち約７ミリラジアン（ｍｒａｄ）である。また、レーザモジュール２４の配列ピッチＳは１０ミリメートル（ｍｍ）程度である。このような数値例を採用すると、Φ×Ｌ１＝Ｓの近似式から、距離Ｌ１は約１５００ｍｍになる。なお、限られた空間内に無駄なく構成要素を収容するため、レーザモジュール２４とビームコンバイナ２６との間に１枚または複数枚のミラーを挿入し、各レーザビームＢの伝搬方向をミラーによって回転させてもよい。

次に、図５および図６を参照しながら、外部共振器型レーザモジュール２４の具体的な構成例を説明する。図５は、一例として、外部共振器型レーザモジュール２４_１の構成例を示す断面図である。他の外部共振器型レーザモジュール２４_２～２４_５の構成も同様である。図５および図６には、参考のため、互いに直交するＸ_１軸、Ｙ_１軸およびＺ_１軸を基底とするＸ_１Ｙ_１Ｚ_１座標系が示されている。このＸ_１Ｙ_１Ｚ_１座標系は、レーザモジュール２４_１に固有のローカル座標である。Ｘ_１Ｙ_１Ｚ_１座標系の原点は、レーザモジュール２４_１におけるレーザビームＢの起点に一致させることが便利であるが、図では記載の分かりやすさを優先して、エミッタから外れた位置にある。Ｚ_１軸はレーザビームＢの伝搬方向（ビーム中心軸）に平行である。

図５の外部共振器型レーザモジュール２４_１は、レーザダイオード４２を光源または光学ゲイン要素（利得媒質）として含む外部共振器構造を有している。以下、レーザダイオードを単に「ＬＤ」と称する。

本開示の実施形態において、ＬＤ４２は、典型的には、気密に封止された半導体レーザパッケージ（以下、単に「パッケージ」と称する）４４に実装されている。パッケージ４４は、リード端子を有するステムと、ステムに固定されたＬＤ４２を覆う金属キャップとを備え、金属キャップには透光性を有する窓部材が取り付けられている。パッケージ４４の構成は特に限定されず、例えばΦ５．６ｍｍまたはΦ９ｍｍなどのＴＯ－ＣＡＮ型のパッケージであり得る。窓部材の典型例は、光学ガラス（屈折率：１．４以上）から形成された薄板である。パッケージ４４の内部は、クリーン度の高い窒素ガスまたは希ガスなどの不活性ガスによって充填され、気密に封止され得る。一般に、レーザビームの波長が近赤外域よりも短いＬＤ４２を採用し、その光出力を高めていくと、光集塵効果によって動作中のエミッタ領域に雰囲気中の塵埃などが付着して光出力が低下し得るという問題がある。エミッタ領域に付着する物質は、塵埃に限られず、揮発した有機物がレーザビームと化学的に反応して生成される堆積物の可能性もある。レーザビームの波長が短くなり、光出力が高くなるほど、付着物に起因する劣化が顕著になる。このような問題を回避するため、複数のＬＤ４２を光源装置１００の筐体内に収容するとき、筐体内に塵埃が混入しないように留意して筐体の組立を行い、筐体そのものを封止することが考えられる。しかし、波長ビーム結合に必要なレンズ系および回折格子などの部品に塵埃などが付着していることがあり、また、筐体全体の気密性を高くすることは難しい。本実施形態では、個々のＬＤ４２を封止された半導体レーザパッケージ内に収容している。ＬＤのパッケージ技術は高度に進んでおり、長期間、信頼性の高い動作が実現する。

ＬＤ４２は、例えば窒化物半導体系材料から形成された近紫外、青紫、青色、または緑色のレーザ光を出力する半導体レーザ素子であり得る。ＬＤ４２は、熱伝導率の高いサブマウントを介してステムに固定され得る。ＬＤ４２の向きは、図示されている例に限定されず、パッケージ４４内のミラーによってレーザ光をＺ軸方向に反射するよう配置されていてもよい。

図６は、ＬＤ４２の基本的な構成の一例を示す斜視図である。図示されている構成は、説明のために単純化されている。図６の例において、ＬＤ４２は、上面に形成されたストライプ状のｐ側電極４２Ｐと、下面に形成されたｎ側電極４２Ｎと、端面４２Ｆに位置するエミッタ領域Ｅとを有している。レーザビームＢはエミッタ領域Ｅから出射される。ＬＤ４２は、半導体基板と、半導体基板上に成長した複数の半導体層（半導体積層構造）を有している。半導体積層構造は、発光層を含み、公知の様々な構成を有し得る。この例において、エミッタ領域Ｅは、Ｘ軸方向のサイズ（例えば１５μｍ程度）がＹ軸方向のサイズ（例えば約１．５μｍ）よりも格段に大きな形状を有している。エミッタ領域ＥのＹ軸サイズは、ＬＤ４２の半導体積層構造（具体的には導波路およびクラッド層の厚さ、屈折率比など）によって規定される。エミッタ領域ＥのＸ軸サイズは、発光層を横ぎる方向に電流が流れる領域のＸ軸サイズ、具体的にはリッジ構造（不図示）の幅（利得導波路幅）などによって規定される。

本実施形態におけるＬＤ４２の端面４２Ｆには、反射防止膜が形成されている。ＬＤ４２の他方の端面４２Ｂには高反射率膜が形成されている。このため、図５の距離ＣＬで示される領域が共振器を形成し、距離ＣＬによって共振器長が規定される。後述するように、ＬＤ４２から出射されたレーザビームＢの一部は、透過型回折格子４８によって回折されてＬＤ４２に戻る。ＬＤ４２の端面４２Ｂにある高反射率膜と透過型回折格子４８との間で、所定の波長を有する単一縦モードの定在波が形成される。共振器のうち、ＬＤ４２の外側に位置する部分を「外部共振器」と呼ぶ。図示される配置は、リトロー（Ｌｉｔｔｒｏｗ）型である。リトロー型では、不図示のリットマン型で必要になるミラーが不要である。透過型回折格子４８を用いたリトロー型配置により、共振器長ＣＬを短縮することができ、共振モードを安定化させやすくなる。本実施形態における共振器長ＣＬは、例えば２５～３５ｍｍである。

図６に示されるように、エミッタ領域Ｅから出射されたレーザビームＢの形状はＸ軸方向とＹ軸方向で非対称になる。図６では、レーザビームＢのファーフィールド（遠方界）パターンが模式的に示される。レーザビームＢは、Ｙ軸方向ではシングルモードのガウシアンビームに近似されるビーム形状を有するが、Ｘ軸方向では全体として発散角の小さなマルチモードのビーム形状を有する。Ｙ軸方向の発散半角θ_ｙ０は、Ｘ軸方向の発散半角θ_ｘ０よりも大きい。Ｙ軸方向におけるレーザビームＢは、ガウシアンビームに近似できるため、Ｙ軸方向のビームウエスト位置におけるビーム半径をω_o、レーザビームＢの波長をλとすると、θ_ｙ０＝ｔａｎ^－１（λ／πω_o）≒λ／（πω_o）ラジアンが成立する。λが可視光域にある場合、θ_ｙ０は例えば２０度、θ_ｘ０は例えば５度である。その結果、レーザビームＢのＹ軸サイズは、Ｚ軸方向に沿って伝搬するときに相対的に「速く」発散して拡大する。このため、Ｙ軸は「速軸」、Ｘ軸は「遅軸」と呼ばれる。遅軸方向におけるビーム品質は、マルチモードであるため、速軸方向におけるビーム品質に比べて相対的に劣化している。その結果、ビーム品質を規定するビームパラメータ積（ＢＰＰ）は、速軸方向における値に比べると、遅軸方向で相対的に大きくなる。なお、ＢＰＰは、ビームウエスト半径と遠方界における発散半角の積である。この点の詳細は、後述する。

本開示における「速軸方向」および「遅軸方向」の用語は、個々のＬＤ４２に用いる場合、それぞれ、個々のＬＤ４２に固有のＸ_１Ｙ_１Ｚ_１座標系におけるＹ_１軸およびＸ_１軸を意味する。また、波長結合ビームＷについて説明する場合、「速軸方向」および「遅軸方向」は、それぞれ、グローバルなＸＹＺ座標系における「Ｙ軸方向」および「Ｘ軸方向」を意味している。言い換えると、レーザビームの伝搬方向に直交する断面において、ＢＰＰが最も低い方向が「速軸」であり、速軸に直交する方向が「遅軸」である。

再び、図５を参照する。図示されているレーザモジュール２４_１は、ＬＤ４２から出射されたレーザビームＢをコリメートするコリメータレンズ４６を有している。コリメータレンズ４６は、例えば球面レンズである。コリメータレンズ４６を透過したレーザビームＢは、ほぼ平行な光線束として透過型回折格子４８に入射する。

図７Ａおよび図７Ｂは、それぞれ、透過型回折格子４８によるレーザビームＢの回折を模式的に示す断面図である。図７Ａと図７Ｂとの間にある相違点は、透過型回折格子４８の傾斜角度にある。これらの図では、簡単のため、コリメータレンズ４６の記載は省略され、レーザビームＢおよび回折光も単純な直線で表されている。

図の例における透過型回折格子４８は、入射したレーザビームから、主として、０次透過回折光Ｔ０、０次反射回折光Ｒ０、－１次透過回折光Ｔ－１、および－１次反射回折光Ｒ－１を形成する。－１次の回折光Ｔ－１、Ｒ－１は、波長に応じて異なる角度で、透過型回折格子４８から出射される。これらの回折光のうち、－１次反射回折光Ｒ－１がＬＤ４２に帰還する。前述したリットマン型配置を採用した場合、－１次反射回折光Ｒ－１は、不図示のミラーで反射した後、再び透過型回折格子４８を介してＬＤ４２に帰還することになる。従って、リットマン型配置は共振器長を拡大し、縦モードの安定性を低下させる。

図７Ａおよび図７Ｂには、－１次の回折光Ｔ－１、についてＲ－１、それぞれ、５本の光線が模式的に記載されている。これらの５本の光線は、波長が相互に異なる５本の仮想的な－１次回折光線である。実際には、レーザ発振中の共振器内では単一の縦モードの定在波が形成されるため、その定在波の波長を有する回折光線のみがＬＤ４２に帰還してレーザ発振に寄与する。透過型回折格子４８の傾斜角度が変化すると、ＬＤ４２に帰還する－１次反射回折光Ｒ－１の波長がシフトする。透過型回折格子４８の傾斜角度を調整することにより、レーザ発振の波長を選択することが可能になる。なお、透過型回折格子４８の傾斜角度が一定であっても、透過型回折格子４８における格子間隔を調整することにより、同様の効果を得ることができる。

ある例における透過型回折格子４８は、所定角度（４０～５０度）で入射した所定波長（例えば約４１０ｎｍ）のビームのうち、０次透過回折光Ｔ０の割合が例えば約５０％以上、－１次反射回折光Ｒ－１の割合が例えば約２５％程度、０次反射回折光Ｒ０および－１次透過回折光Ｔ－１の合計割合が例えば約２５％以下になるように形成され得る。

図８は、ＬＤ４２のゲイン曲線（ゲインの波長依存性を示す曲線）と、ある波長λ_ｎの単一縦モードで発振している外部共振器型レーザモジュール２４から出射されるレーザビームＢのスペクトルを模式的に示す図である。レーザビームＢの波長（ピーク波長λ_ｎ）は、レーザ発振可能なゲインを有する波長範囲から選択される。外部共振器構造により、レーザビームＢのスペクトル幅は狭く、鋭いピークを示している。

本開示の実施形態では、例えば４００～４２０ｎｍを含む波長範囲で発振可能なゲインを示す複数のＬＤ４２を用意する。言い換えると、ゲイン幅が約２０ｎｍであり、最もゲインが大きくなる波長が４１０ｎｍである複数のＬＤ４２を用意する。そして、透過型回折格子４８からＬＤ４２に帰還する－１次反射回折光Ｒ－１の波長が数ｎｍずつ異なるように透過型回折格子４８の構造および傾斜角度を調整する。外部共振器型レーザモジュール２４を使用することにより、レーザビームの波長幅が狭く、かつ発振波長が安定する。
その結果、回折格子などのビームコンバイナ２６を用いて所望の方向に高い精度で複数のレーザビームを同軸に結合することができる。

こうして得られた複数の異なるピーク波長λ_ｎを有するレーザビームＢは、波長ビーム結合によって同軸上に結合されて波長結合ビームＷが形成される。なお、同一のゲイン幅（例えば２０～３０ｎｍの波長幅）を有するＬＤ４２は、典型的には、同一組成の半導体から形成された半導体積層構造を備えている。しかし、本開示の実施形態は、このような例に限定されない。例えば発光層の半導体組成が異なり、その結果としてゲインをもたらす波長範囲が一致していないレーザダイオードがＬＤ４２に含まれていてもよい。より具体的には、例えば、紫外、青紫、青、および緑のいずれか少なくとも１つの色域にピーク波長が属する複数のレーザビームＢを任意に結合して様々なスペクトルを有する波長結合ビームＷを形成することが可能である。

図９は、本実施形態におけるビーム光源２０がビームコンバイナ２６として備える反射型回折格子の作用を示す図である。ピーク波長λ_ｎのレーザビームＢがビームコンバイナ２６の法線方向Ｎを基準とする入射角α_ｎでビームコンバイナ２６に入射している。回折角βで－１次の反射回折光がＺ軸方向に入射される。このとき、ｓｉｎ α_ｎ＋ｓｉｎ β ＝ Ｋ・ｍ・λ_ｎの式が成立する。ここで、Ｋはビームコンバイナ２６における１ｍｍあたりの回折格子数、ｍは回折次数である。

前述したように、本実施形態では、互いに異なるピーク波長λ_ｎを有するレーザビームＢが外部共振器型レーザモジュール２４から出射され、適切な入射角α_ｎでビームコンバイナ２６に入射する。その結果、等しい回折角βで回折されたレーザビームＢが重畳され、波長ビーム結合が達成される。

ある実施例において、以下の表１に示すピーク波長λ_ｎを有するレーザビームを出射するように構成した１１個の外部共振器型レーザモジュール２４が用意され、表１の入射角α_ｎおよび回折角βを実現するようにアライメントされた。こうして作製された光源装置では、ビームコンバイナ（反射型回折格子）２６から等しい回折角βで出射されたピーク波長の異なる１１本のレーザビームが同軸に重畳して、１本の波長結合ビームが生成された。なお、この例において、Ｋは２２２２ｍｍ^－１であり、光路長（Ｌ１＋Ｌ２）は約１８００ｍｍであった。

この実施例では、約３９９～４２２ｎｍの範囲でゲインを有するＬＤ４２が用いられている。すなわち、ゲイン幅Δλは約２３ｎｍである。表１から明らかなように、ｎ番目のレーザモジュール２４_ｎから出射されるレーザビームのピーク波長λ_ｎと、ｎ＋１番目のレーザモジュール２４_ｎ＋１から出射されるレーザビームのピーク波長λ_ｎ＋１との間には、δλ＝約２．３ｎｍの波長差が与えられている。また、ｎ番目のレーザモジュール２４_ｎから出射されるレーザビームの入射角α_ｎと、ｎ＋１番目のレーザモジュール２４_ｎ＋１から出射されるレーザビームの入射角α_ｎ＋１との間には、約４．２度の角度差が与えられている。

なお、本開示の実施形態は、上記の実施例に限定されない。例えば波長３５０～５５０ｎｍの範囲から選択された、例えば数１０ｎｍのゲイン幅を有する複数のＬＤを用いて、様々な波長帯域内で波長ビーム結合を実現することができる。波長３５０～５５０ｎｍの範囲では、銅などの金属による吸収率が高くなるため、金属加工に適した波長結合ビームが提供される。

上記の構成を有するビーム光源２０から出射された波長結合ビームＷは、前述したように、Ｙ軸（速軸）方向およびＸ軸（遅軸）方向で非対称なビーム品質を有している。この点を以下に説明する。

図１０Ａは、Ｙ軸方向におけるビーム形状を模式的に示す断面図である。図１０Ｂは、波長結合ビームＷのＸ軸方向におけるビーム形状を模式的に示す断面図である。

Ｙ軸方向におけるビームウエストでのビーム半径をω_ｙ、遠方界の発散半角をθ_ｙとする。同様に、Ｘ軸方向におけるビームウエストでのビーム半径ω_ｘ、遠方界の発散半角をθ_ｘとする。このとき、Ｙ軸方向では、波長結合ビームＷをガウシアンビームとして近似的に扱うことがきる。このため、Ｙ軸方向における第１のＢＰＰ（単位：［ｍｍ・ｍｒａｄ］）であるω_ｙ×θ_ｙは、λ／πにほぼ等しくなる。これに対して、Ｘ軸方向では、波長結合ビームＷをガウシアンビームとは扱えないが、ビーム半径がガウシアンビームよりも拡大したビームとして扱うことができる。Ｘ軸方向における第２のＢＰＰは、ω_ｙ×θ_ｙ＝Ｍ^２×（λ／π）で表される。１次のガウシアンビームを基準とするＭ^２のファクタによってビーム品質を評価すると、Ｙ軸方向では、Ｍ^２が約１であると言える。Ｘ軸方向におけるＭ^２は、例えば１１程度である。

前述の実施例において、Ｙ軸（速軸）方向における第１のＢＰＰは、約０．１５ｍｍ・ｍｒａｄであり、Ｘ軸（遅軸）方向における第２のＢＰＰは、約１．４３ｍｍ・ｍｒａｄであった。このため、光路長が１０００ｍｍに位置において、Ｙ軸方向におけるビーム直径は約２．９１ｍｍであるのに対して、Ｘ軸方向におけるビーム直径は約４．４５ｍｍであった。また、光路長が２０００ｍｍに位置において、Ｙ軸方向におけるビーム直径は約２．９１ｍｍであるのに対して、Ｘ軸方向におけるビーム直径は約８．２０ｍｍであった。このように、波長結合ビームＷのＸ軸方向におけるビーム品質は相対的に低く、光路長に比例してビームは大きく発散する。

本発明者等による検討によると、波長結合ビームＷのＸ軸（遅軸）方向におけるビーム品質が光結合器３０によって更に低下して光ファイバ１０への集光性能を大きく低下させる。ビーム品質の低下は、前述したように、光ファイバ１０の入射側端面における集束ビームスポット径の拡大を招く。

図１１は、光結合器３０Ｐの比較例の構成を模式的に示す図である。この例における光結合器３０Ｐは、第１の平面（ＸＺ）内で集光するシリンドリカルレンズ３１Ｐと、第２の平面（ＹＺ）内で集光する第２のシリンドリカルレンズ３２とを有している。シリンドリカルレンズ３１Ｐの像側主点位置は、光ファイバ１０の入射側端面から、シリンドリカルレンズ３１Ｐの焦点距離（実効焦点距離）ＥＦＬ_ＳＡＦだけ離れている。従って、シリンドリカルレンズ３１Ｐに入射した波長結合ビームＷは、シリンドリカルレンズ３１Ｐの働きによって光ファイバ１０の入射側端面に集光する。波長結合ビームＷのＸ軸方向におけるＢＰＰは、シリンドリカルレンズ３１Ｐの球面収差によって大きくなり、光ファイバ１０の入射側端面におけるＸ軸方向におけるビーム径は、コア径（例えば５０μｍ）よりも大きくなる。

なお、本実施形態におけるビーム光源２０では、複数のレーザモジュール２４が所定の角度で傾斜して配列されているが、本開示におけるビーム光源２０は、このような例に限定されない。複数のレーザモジュール２４が互いに平行に配列され、かつ、レーザモジュール２４から出射されたレーザビームＢの伝搬方向が、それぞれ、個別のミラーによって偏向されてからビームコンバイナ２６に異なる角度で入射してもよい。平行な方向に伝搬する複数のレーザビームＢを偏向するには、個別のミラーを使用する代わりに収束レンズを用いてもよい。

＜光結合器＞
以下、本開示の実施形態における光結合器３０の構成例を説明する。

図１２は、本実施形態における光結合器３０の構成例を拡大して模式的に示す断面図である。ここで、波長結合ビームＷの伝搬方向はＺ軸上にあり、遅軸はＸ軸、速軸はＹ軸である。この例において、光結合器３０は、第１の平面（ＸＺ）内で集光する第１のシリンドリカルレンズ３１と、第２の平面（ＹＺ）内で集光する第２のシリンドリカルレンズ３２と、第１の平面（ＸＺ）内で集光する第３のシリンドリカルレンズ３３とを有している。これらのシリンドリカルレンズ３１、３２、３３は、いずれも、例えば円筒面平凸レンズである。

第１のシリンドリカルレンズ３１、第２のシリンドリカルレンズ３２、および第３のシリンドリカルレンズ３３は、それぞれ、第１の焦点距離ＥＦＬ_ＳＡＦ１、第２の焦点距離ＥＦＬ_ＦＡＦ、および第３の焦点距離ＥＦＬ_ＳＡＦ２を有している。第３の焦点距離ＥＦＬ_ＳＡＦ２は、第１の焦点距離ＥＦＬ_ＳＡＦ１よりも長い。本実施形態において、第１の焦点距離ＥＦＬ_ＳＡＦ１は７５ｍｍ、第３の焦点距離ＥＦＬ_ＳＡＦ２は３００ｍｍである。第３のシリンドリカルレンズ３３による球面収差の影響を抑制するという観点から、第３の焦点距離ＥＦＬ_ＳＡＦ２は、第１の焦点距離ＥＦＬ_ＳＡＦ１の２倍以上に設定されることが望ましい。第２の焦点距離ＥＦＬ_ＦＡＦは、図示されている例において第１の焦点距離ＥＦＬ_ＳＡＦ１よりも短いが、本開示の実施形態は、この例に限定されない。

波長結合ビームＷのビーム形状およびビーム品質は、第１の平面（ＸＺ）と第２の平面（ＹＺ）とで大きく異なる。本実施形態では、ＢＰＰが相対的に大きな第１の平面（ＸＺ）における光ファイバ１０への集光が第１および第３のシリンドリカルレンズ３１、３３によって実現される。これに対して、ＢＰＰが相対的に小さな第２の平面（ＹＺ）における光ファイバ１０への集光は、単一の第２のシリンドリカルレンズ３２によって実現される。

図１２に示される例によれば、波長結合ビームＷの第１の平面（ＸＺ）におけるビーム直径を、補助的な第３のシリンドリカルレンズ３３によって縮小してから第１のシリンドリカルレンズ３１に入射させる。レンズの球面収差は、レンズ上におけるビーム直径の３乗に比例して大きくなるため、第１のシリンドリカルレンズ３１上におけるビーム直径の縮小により、第１のシリンドリカルレンズ３１の球面収差に起因するビーム品質低下を抑制できる。第１のシリンドリカルレンズ３１上における波長結合ビームＷによる照射エリアは、第３のシリンドリカルレンズ３３がない場合における仮想的照射エリアよりも縮小する。第１のシリンドリカルレンズ３１を通過することによる波長結合ビームＷの第１のＢＰＰの変化率（劣化割合）は、図１１の比較例に比べて抑制される。

また、第３のシリンドリカルレンズ３３は、第１のシリンドリカルレンズ３１の焦点距離（ＥＦＬ_ＳＡＦ１）よりも長い焦点距離（ＥＦＬ_ＳＡＦ２）を有しているため、球面収差が生じにくい薄肉構造を採用できる。更に、第１の平面（ＸＺ）におけるビーム発散角が相対的に大きな波長結合ビームＷを第１のシリンドリカルレンズ３１に入射するよりも手前で第３のシリンドリカルレンズ３３に入射させるため、第３のシリンドリカルレンズ３３上での入射ビーム直径は、より球面収差が生じにくい狭い範囲に縮小され得る。こうして、第３のシリンドリカルレンズ３３によるビーム品質の低下をほとんど生じさせることなく、第１のシリンドリカルレンズ３１によるビーム品質低下の問題を解決できる。その結果、高価な非球面レンズを採用することなく、集光ビーム径を縮小して光ファイバ１０への光結合効率を高められる。

図１２に示されるように、第１のシリンドリカルレンズ３１の像側主点位置から光ファイバ１０の入射側端面までの距離をｄ１、第３のシリンドリカルレンズ３３の像側主点位置から第１のシリンドリカルレンズ３１の像側主点位置までの距離をｄ２とする。このとき、ｄ１＜ＥＦＬ_ＳＡＦ１、ｄ２＜ＥＦＬ_ＳＡＦ２が成立している。ｄ２＜ＥＦＬ_ＳＡＦ２が満たされることにより、第３のシリンドリカルレンズ３３は、第１の平面（ＸＺ）におけるビーム直径の収束を補助的に低減していると言える。なお、図１２の例では、ｄ１＋ｄ２＜ＥＦＬ_ＳＡＦ２も成立している。本実施形態において、ｄ１は例えば５０ｍｍ、ｄ２は例えば１５０ｍｍである。第３のシリンドリカルレンズ３３の球面収差によるビーム品質の低下を抑制するためには、ＥＦＬ_ＳＡＦ２がＥＦＬ_ＳＡＦ１の２倍以上、例えば３倍以上であることが好ましい。

第１のシリンドリカルレンズ３１上における波長結合ビームＷによる照射エリアは、第３のシリンドリカルレンズ３３がない場合（図１１の比較例）における仮想的照射エリアの７５％以下（例えば約５０％）である。照射エリアの縮小により、第１のシリンドリカルレンズ３１で球面収差が生じにくい部分を利用できる。ただし、この照射エリアを極端に小さくしようとすると、第３のシリンドリカルレンズ３３による球面収差の影響が無視できなくなる。このため、第１のシリンドリカルレンズ３１上における波長結合ビームＷによる照射エリアは、第３のシリンドリカルレンズ３３がない場合（図１１の比較例）における仮想的照射エリアの４０％以上に設定されることが好ましい。

本実施形態によれば、第１のシリンドリカルレンズ３１を通過することによる波長結合ビームＷのＸ軸方向におけるＢＰＰ（第１のビームパラメータ積）の変化率は、０％以上１０％以下の範囲にある。言い換えると、第１のシリンドリカルレンズ３１によるビーム品質の低下が１０％以下に抑制される。

ある実施形態において、波長結合ビームＷが第３のシリンドリカルレンズ３３に入射するときの方向におけるビーム直径は、５ｍｍ以上（例えば約１０ｍｍ）であり、波長結合ビームＷが第１のシリンドリカルレンズ３１に入射するときのＸ軸方向におけるビーム直径は、２．５ｍｍ以上（例えば約５ｍｍ）である。

表１を参照して説明した実施例で生成された波長結合ビームＷを図１２の光結合器３０で集光した。第３のシリンドリカルレンズ３３に入射する前の波長結合ビームＷのＸ軸方向におけるＢＰＰは、１．４３ｍｍ・ｍｒａｄであった。光結合器３０を通過してもビーム品質は劣化せず、Ｘ軸方向におけるＢＰＰは、１．４３ｍｍ・ｍｒａｄのままであり、ビーム径が約１０ｍｍの波長結合ビームＷが３６μｍの小さなスポットに集光された。しかし、図１１の光結合器３０Ｐを用いた場合、Ｘ軸方向におけるＢＰＰは、１．４３ｍｍ・ｍｒａｄから２．０２ｍｍ・ｍｒａｄに増加し、ビーム径も５６μｍまでしか集光できなかった。このように、本開示の実施形態によれば、Ｘ軸方向におけるＢＰＰを１．５ｍｍ・ｍｒａｄよりも小さくすることが可能になり、波長結合ビームＷをコア径が５０μｍの光ファイバに高い効率（例えば約８５％）で結合できる。

本実施形態における光結合器３０は、図４に示されるビーム光源２０と組み合わせて使用するときに優れた効果を発揮するが、波長結合ビームＷの生成は、図４のビーム光源２０を用いて行う例に限定されない。光結合器３０は、複数のレーザビームが結合された結合ビームを光ファイバに入射させる光結合器として広く利用可能である。具体的には、結合ビームの伝搬方向に直交する第１の方向における結合ビームの第１のビームパラメータ積が、伝搬方向および第１の方向の両方に直交する第２の方向における第２のビームパラメータ積よりも大きいとき、第１のビームパラメータ積の増加を抑制して優れた集光性能を発揮する。

＜ダイレクトダイオードレーザ装置＞
次に、図１３を参照して、本開示によるダイレクトダイオードレーザ（ＤＤＬ）装置の実施形態を説明する。図１３は、本実施形態におけるＤＤＬ装置１０００の構成例を示す図である。

図示されているＤＤＬ装置１０００は、光源装置１００と、光源装置１００から延びる光ファイバ１０に接続された加工ヘッド２００とを備えている。加工ヘッド２００は、光ファイバ１０から出射された波長結合ビームで対象物３００を照射する。図示されている例において、光源装置１００の個数は、１個である。

光源装置１００は、前述した構成と同様の構成を有している。光源装置１００に搭載されている外部共振器型レーザモジュールの個数は特に限定されず、必要な光出力または放射照度に応じて決定される。外部共振器型レーザモジュールから放射されるレーザ光の波長も、加工対象の材料に応じて選択され得る。例えば、銅、真鍮、アルミニウムなど加工する場合、発振波長帯域が３５０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲に属するＬＤが好適に採用され得る。

本実施形態によれば、波長ビーム結合によって高出力のレーザビームを生成し、光ファイバに効率的に結合されるため、ビーム品質に優れた高フルエンスのレーザビームを高いエネルギ変換効率で得ることが可能になる。

本開示の光源装置は、光ファイバから高いビーム品質を持つ高出力高フルエンスのレーザ光を放射させることが求められる用途に広く利用される。また、本開示の光源装置およびＤＤＬ装置は、高出力のレーザ光源が必要とされる産業用分野、例えば各種材料の切断、穴あけ、局所的熱処理、表面処理、金属の溶接、３Ｄプリンティングなどに利用され得る。

１０・・・光ファイバ、２０・・・ビーム光源、２４・・・外部共振器型レーザモジュール、２６・・・ビームコンバイナ、３０・・・光結合器、３１・・・第１のシリンドリカルレンズ、３２・・・第２のシリンドリカルレンズ、３３・・・第３のシリンドリカルレンズ、４２・・・ＬＤ、４４・・・半導体レーザパッケージ、４６・・・コリメータレンズ、４８・・・透過型回折格子、１０００・・・ダイレクトダイオードレーザ（ＤＤＬ）装置

Claims (12)

1. 光ファイバと、
   ピーク波長が異なる複数のレーザビームを同軸に重畳して波長結合ビームを生成して出射するビーム光源と、
   前記ビーム光源から出射された前記波長結合ビームを前記光ファイバに入射させる光結合器と、
   を備え、
   前記波長結合ビームの伝搬方向に直交する第１の方向における前記波長結合ビームの第１のビームパラメータ積が、前記伝搬方向および前記第１の方向の両方に直交する第２の方向における第２のビームパラメータ積よりも大きく、
   前記光結合器は、
   前記波長結合ビームを前記伝搬方向と前記第１の方向とを含む第１の平面内で集光し、
   第１の焦点距離を有する第１のシリンドリカルレンズと、
   前記波長結合ビームを前記伝搬方向と前記第２の方向とを含む第２の平面内で集光し、
   第２の焦点距離を有する第２のシリンドリカルレンズと、
   前記第１の焦点距離よりも長い第３の焦点距離を有し、前記波長結合ビームを前記第１の平面内で集光して前記第１のシリンドリカルレンズに入射させる第３のシリンドリカルレンズと、
   を備える、光源装置。
2. 前記第３のシリンドリカルレンズと前記第１のシリンドリカルレンズの距離は、前記第３の焦点距離よりも短い、請求項１に記載の光源装置。
3. 前記第１のシリンドリカルレンズ上における前記波長結合ビームによる照射エリアは、前記第３のシリンドリカルレンズがない場合における仮想的照射エリアの７５％以下である、請求項１または２に記載の光源装置。
4. 前記第１のシリンドリカルレンズを通過することによる前記波長結合ビームの前記第１のビームパラメータ積の変化率は、０％以上１０％以下の範囲にある、請求項１から３のいずれかに記載の光源装置。
5. 前記波長結合ビームが前記第３のシリンドリカルレンズに入射するときの前記第１の方向におけるビーム直径は、５ｍｍ以上であり、
   前記波長結合ビームが前記第１のシリンドリカルレンズに入射するときの前記第１の方向におけるビーム直径は、２．５ｍｍ以上である、請求項１から４のいずれかに記載の光源装置。
6. 前記ビーム光源は、
   前記複数のレーザビームをそれぞれ出射する複数の外部共振器型レーザモジュールと、
   前記複数のレーザビームを結合して前記波長結合ビームを生成するビームコンバイナと、
   を有する、請求項１から５のいずれかに記載の光源装置。
7. 前記複数の外部共振器型レーザモジュールのそれぞれは、レーザダイオードを光源とし、外部共振器を有する、請求項６に記載の光源装置。
8. 前記レーザダイオードの発振波長は、３５０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲にある、請求項７に記載の光源装置。
9. 前記レーザダイオードは、封止された半導体レーザパッケージ内に収容されている、請求項７または８に記載の光源装置。
10. 前記複数の外部共振器型レーザモジュールのそれぞれは、透過型回折格子を有し、リトロー型配置を構成している、請求項７から９のいずれかに記載の光源装置。
11. 請求項１から１０のいずれかに記載の光源装置と、
    前記光源装置の光ファイバに結合された加工ヘッドであって、前記光ファイバから出射された前記波長結合ビームで対象物を照射する加工ヘッドと、
    を備えるダイレクトダイオードレーザ装置。
12. 複数のレーザビームが結合された結合ビームを光ファイバに入射させる光結合器であって、
    前記結合ビームの伝搬方向に直交する第１の方向における前記結合ビームの第１のビームパラメータ積が、前記伝搬方向および前記第１の方向の両方に直交する第２の方向における第２のビームパラメータ積よりも大きく、
    前記結合ビームを前記伝搬方向と前記第１の方向とを含む第１の平面内で集光し、第１の焦点距離を有する第１のシリンドリカルレンズと、
    前記結合ビームを前記伝搬方向と前記第２の方向とを含む第２の平面内で集光し、第２の焦点距離を有する第２のシリンドリカルレンズと、
    前記第１の焦点距離よりも長い第３の焦点距離を有し、前記結合ビームを前記第１の平面内で集光して前記第１のシリンドリカルレンズに入射させる第３のシリンドリカルレンズと、
    を備える、光結合器。

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