JP6333874B2 - 導光装置、導光方法、及びｌｄモジュール - Google Patents

Description

本発明は、レーザビームを導光する導光装置及び導光方法に関する。また、そのような導光装置を備えたＬＤモジュールに関する。

レーザダイオードと光ファイバとを備え、レーザダイオードから出力されたレーザビームを光ファイバに入力するＬＤモジュールが広く用いられている。このようなＬＤモジュールの信頼性を向上させるためには、レーザダイオードの平均故障時間を長くする必要がある。

レーザダイオードの平均故障時間を長くするための技術としては、例えば、特許文献１〜２に記載の技術が知られている。特許文献１に記載の技術は、表面準位の発生を抑制する作用を有する処理液でＬＤの端面を処理することによって、ＣＯＤ（Catastrophic Optical Damage）の発生を抑制するものである。また、特許文献２に記載の技術は、縦方向の光密度を分散させることによって、活性層における光閉じ込め係数（Γファクター）を低下させるものである。

特開平９−１６２５０１号（１９９７年６月２０日公開） 国際公開第２０１０／０５００７１号（２０１０年５月６日公開）

ところで、レーザダイオードの平均故障時間は、そのレーザダイオードのエミッタ幅と関係している。相対的にエミッタ幅が狭い第１のレーザダイオードの平均故障時間をＭＴＴＦ_Ｓ、相対的にエミッタ幅が広い第２のレーザダイオードの平均故障時間をＭＴＴＦ_Ｌとすると、これらの間には、以下の関係がある。

上記式において、Ｐは光出力、ｎはパワー加速係数、Ｔはジャンクション温度、Ｅａは活性化エネルギー、ｋはボルツマン定数を表す。添え字Ｓの付いた量は、第１のレーザダイオードに関するものであり、添え字Ｌの付いた量は、第２のレーザダイオードに関するものである。

エミッタ幅を広げれば、光密度が小さくなると共に、ジャンクション温度Ｔ_Ｌが低くなる（電気抵抗及び熱抵抗が小さくなり発熱が抑制されるため）ので、平均故障時間ＭＴＴＦ_Ｌは長くなる。したがって、ＬＤモジュールの信頼性を向上させるためには、レーザダイオードのエミッタ幅を広げればよい。

しかしながら、レーザダイオードのエミッタ幅を広げると、レーザダイオードの出力ビームパラメータ積（レーザダイオードのエミッタ幅とビーム広がり角との積）が大きくなる。そして、レーザダイオードの出力ＢＰＰが光ファイバの入力ビームパラメータ積（光ファイバのコア径と最大受光角との積）を超えると、レーザダイオードから出力されたレーザビームの全てをコアに受光させることができなくなり、レーザダイオードと光ファイバとの結合効率が低下する。また、光ファイバに受光させることができなかったレーザビームは、光ファイバの被覆を劣化あるいは焼損させるなど、ＬＤモジュールの信頼性を低下させる別の要因となる。

このため、光ファイバとの結合効率の低下を伴わないレーザダイオードのエミッタ幅には、上限（以下、「上限エミッタ幅」と記載）が存在する。例えば、レーザダイオードのビーム広がり角と光ファイバの最大受光角とが同程度である場合、光ファイバのコア径が上限エミッタ幅となる。従来のＬＤモジュールにおいては、エミッタ幅拡大による信頼性向上が、この上限エミッタ幅により限界づけられていた。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＬＤモジュールにおいて、レーザダイオードと光ファイバとの結合効率を低下させることなく、レーザダイオードのエミッタ幅を上限エミッタ幅よりも広くすることを可能ならしめ、もって従来よりも信頼性の高いＬＤモジュールを実現することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る導光装置は、レーザビームを分割することによって、進行方向の異なる複数の部分ビームからなる部分ビーム群を生成する分割光学系と、上記部分ビーム群を合成することによって、Ｓ軸が特定の空間軸に平行な複数の部分ビームからなる部分ビーム束を生成する合成光学系と、を備え、上記部分ビーム束のＳ軸径は、前記レーザビームのＳ軸径よりも小さい、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、上記レーザビームを、Ｓ軸径が上記レーザビームのＳ軸径よりも小さい上記部分ビーム束に変換することができる。このため、レーザダイオードと光ファイバとを備えたＬＤモジュールに上記導光装置を搭載し、上記レーザダイオードから出力されたレーザビームを上記導光装置により上記光ファイバに導光する構成を採用すれば、上記レーザダイオードと上記光ファイバとの結合効率を低下させることなく、上記レーザダイオードのエミッタ幅を広げることができる。これにより、上記レーザダイオードと上記光ファイバとの結合効率を低下させることなく、上記ＬＤモジュールの信頼性を向上させることができる。

本発明に係る導光装置において、上記分割光学系は、上記レーザビームを、該レーザビームのＦ軸と平行な分割線で分割し、上記合成光学系は、上記部分ビーム束の各断面において、上記部分ビーム束を構成する各部分ビームのビーム断面の上記特定の空間軸への射影の少なくとも一部と上記部分ビーム束を構成する他の部分ビームのビーム断面の上記特定の空間軸への射影の少なくとも一部とが互いに重なり合うように、上記部分ビーム群を合成する、ことが好ましい。

上記の構成によれば、Ｓ軸径が上記レーザビームのＳ軸径よりも小さい部分ビーム束を確実に生成することができる。

本発明に係る導光装置において、上記合成光学系は、上記部分ビーム束の各断面において、上記部分ビーム束を構成する各部分ビームのビーム断面の少なくとも一部と上記部分ビーム束を構成する他の部分ビームのビーム断面の少なくとも一部とが互いに重なり合うように、上記部分ビーム群を偏波合成又は波長合成する、ことが好ましい。

上記の構成によれば、上記レーザビームのビーム断面が十分に扁平でない場合であっても、Ｓ軸径が上記レーザビームのＳ軸径よりも小さい部分ビーム束を確実に生成することができる。

本発明に係る導光装置において、上記複数の部分ビームを空間合成する、ことが好ましい。

上記の構成によれば、偏波合成に必要な偏波回転素子や波長合成に必要な波長変換素子を用いることなく、Ｓ軸径が上記レーザビームのＳ軸径よりも小さい部分ビーム束を確実に生成することができる。

本発明に係る導光装置において、上記合成光学系は、上記複数の部分ビームの光路長が一致するように構成されている、ことが好ましい。

上記の構成よれば、上記レーザビームがシングルモードであっても、上記複数の部分ビームが弱め合うように干渉するという事態を回避することができる。

本発明に係る導光装置において、上記分割光学系は、上記レーザビームをｎ分割することによって、ｎ個の部分ビームを生成し、上記合成光学系は、上記ｎ個の部分ビームを合成することによって、Ｓ軸径が上記レーザビームのＳ軸径の１／ｎとなる部分ビーム束を生成する、ことが好ましい。

上記の構成によれば、上記レーザビームを、Ｓ軸径がこのレーザビームのＳ軸径の１／ｎとなる上記部分ビーム束に変換することができる。このため、上記ＬＤモジュールに上記導光装置を搭載し、上記レーザダイオードから出力されたレーザビームを上記導光装置を用いて上記光ファイバに導光する構成を採用すれば、上記レーザダイオードと上記光ファイバとの結合効率を低下させることなく、上記レーザダイオードのエミッタ幅を従来（上記導光装置を搭載していないＬＤモジュール）のｎ倍程度にまで広げることができる。これにより、上記レーザダイオードと上記光ファイバとの結合効率を低下させることなく、上記ＬＤモジュールの信頼性を飛躍的に向上させることができる。

上記課題を解決するために、本発明に係るＬＤモジュールは、上記導光装置と、レーザダイオードと、光ファイバとを備えており、上記導光装置は、上記レーザダイオードから出力されたレーザビームを上記光ファイバに導光する、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、上記レーザダイオードと上記光ファイバとの結合効率を低下させることなく、上記レーザダイオードのエミッタ幅を広げることができる。これにより、上記レーザダイオードと上記光ファイバとの結合効率を低下させることなく、上記ＬＤモジュールの信頼性を向上させることができる。

本発明に係るＬＤモジュールにおいて、上記レーザダイオードのエミッタ幅は、上記光ファイバのコア径よりも大きい、ことが好ましい。

上記の構成によれば、レーザダイオードのエミッタ幅が光ファイバのコア径よりも小さい従来のＬＤモジュールと比べて、より信頼性の高いＬＤモジュールを実現することができる。

上記課題を解決するために、本発明に係る導光方法は、レーザビームを分割することによって、進行方向の異なる複数の部分ビームからなる部分ビーム群を生成する分割工程と、上記部分ビーム群を合成することによって、Ｓ軸が特定の空間軸に平行な複数の部分ビームからなる部分ビーム束を生成する合成工程と、を含み、上記部分ビーム束のＳ軸径は、前記レーザビームのＳ軸径よりも小さい、ことを特徴とする。

上記の工程によれば、レーザビームを、Ｓ軸径がこのレーザビームのＳ軸径よりも小さい部分ビーム束に変換することができる。このため、レーザダイオードと光ファイバとを備えたＬＤモジュールに上記導光方法を適用し、上記レーザダイオードから出力されたレーザビームを上記導光方法により上記光ファイバに導光する構成を採用すれば、上記レーザダイオードと上記光ファイバとの結合効率を低下させることなく、上記レーザダイオードのエミッタ幅を広げることができる。これにより、上記レーザダイオードと上記光ファイバとの結合効率を低下させることなく、上記ＬＤモジュールの信頼性を向上させることができる。

本発明によれば、ＬＤモジュールにおいて、レーザダイオードと光ファイバとの結合効率を低下させることなく、レーザダイオードのエミッタ幅を上限エミッタ幅よりも広くすることができる。これにより、ＬＤモジュールの信頼性向上を図ることができる。

本発明の第１の実施形態に係るＬＤモジュールの構成を示す平面図である。 図１に示すＬＤモジュールの各部におけるレーザビーム、部分ビーム、又は部分ビーム束のビーム断面を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るＬＤモジュールの構成を示す平面図である。 図３に示すＬＤモジュールの各部におけるレーザビーム、部分ビーム、又は部分ビーム束のビーム断面を示す断面図である。 （ａ）は、本発明の第３の実施形態に係るＬＤモジュールの構成を示す平面図である。（ｂ）は、そのＬＤモジュールが備える二連反射ミラーの構成例を示す斜視図である。 図５に示すＬＤモジュールの各部におけるレーザビーム、部分ビーム、又は部分ビーム束のビーム断面を示す断面図である。 （ａ）は、本発明の第４の実施形態に係るＬＤモジュールの構成を示す平面図である。（ｂ）は、そのＬＤモジュールが備える二連反射ミラーの構成例を示す斜視図である。 図７に示すＬＤモジュールの各部におけるレーザビーム、部分ビーム、又は部分ビーム束のビーム断面を示す断面図である。 本発明の第５の実施形態に係るＬＤモジュールの構成を示す平面図である。 図９に示すＬＤモジュールの各部におけるレーザビーム、部分ビーム、又は部分ビーム束のビーム断面を示す断面図である。 本発明の第６の実施形態に係るＬＤモジュールの構成を示す平面図である。 図１１に示すＬＤモジュールの各部におけるレーザビーム、部分ビーム、又は部分ビーム束のビーム断面を示す断面図である。

〔用語の定義〕
本明細書において、あるビームの「ビーム断面」とは、そのビームの進行方向に直交する平面においてそのビームの等パワー曲線に囲まれた領域であって、そのビームの総パワーの９５％を含む領域のことを指す。また、あるビームの「Ｓ軸径」とは、そのビームの進行方向に直交する面に含まれる、そのビームのＳ軸に平行な辺を有する長方形のうち、そのビームのビーム断面に外接する長方形において、そのビームのＳ軸に平行な辺の長さのことを指す。一方、あるビームの「Ｆ軸径」とは、上記長方形において、そのビームのＦ軸に平行な辺の長さのことを指す。例えば、ビーム断面がＳ軸を長軸とする楕円である場合、その楕円の長軸の長さがＳ軸径となり、その楕円の短軸の長さがＦ軸径となる。また、「ビーム束」とは、Ｓ軸が特定の空間軸に平行な複数のビームの集合のことを指す。ビーム束を構成する各ビームの進行方向は、全て上記特定の空間軸に直交する特定の方向に一致してもよいし、上記特定の空間軸に直交する面内で特定の方向を中心に分布していてもよい。いずれの場合であっても、上記特定の方向を「ビーム束」の進行方向と見做すことができる。あるビーム束の「Ｓ軸径」とは、そのビーム束の進行方向に直交する面に含まれる、上記特定の空間軸に平行な辺を有する長方形のうち、そのビーム束を構成する各ビームのビーム断面の和集合に外接する長方形において、上記特定の空間軸に平行な辺の長さのことを指す。

〔第１の実施形態〕
本発明の第１の実施形態に係るＬＤモジュール１について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、ＬＤモジュール１の構成を示す平面図である。図２は、ＬＤモジュール１の各部におけるレーザビーム、部分ビーム、又は部分ビーム束のビーム断面を示す断面図である。

ＬＤモジュール１は、図１に示すように、レーザダイオードＬＤ、コリメートレンズＣＬ１、分割光学系１１（分割ミラーＤＭ）、合成光学系１２（第１反射ミラーＲＭ１、第２反射ミラーＲＭ２、偏波回転素子ＰＲＥ、偏波ビームコンバイナＰＢＣ）、集光レンズＣＬ２、及び光ファイバＯＦを備えている。ＬＤモジュール１において、コリメートレンズＣＬ１、分割光学系１１、合成光学系１２、及び集光レンズＣＬ２は、レーザダイオードＬＤから出力されたレーザ光を光ファイバＯＦに導く導光装置を構成している。

レーザダイオードＬＤは、レーザビームを出力する。レーザダイオードＬＤは、図示した座標系において、活性層がｚｘ面と平行になるように、かつ、出射端面がｚ軸正方向を向くように配置されている。このため、レーザダイオードＬＤから出力されたレーザビームは、Ｓ軸（Slow軸）がｘ軸と平行になり、Ｆ軸（Fast軸）がｙ軸と平行になり、偏波方向がｘ軸に平行になる。レーザダイオードＬＤから出力されたレーザビームの進行方向は、ｚ軸正方向である。

レーザダイオードＬＤにて生成されたレーザビームの光路上には、コリメートレンズＣＬ１が配置されている。コリメートレンズＣＬ１は、レーザダイオードＬＤから出力されたレーザビームをコリメートする。すなわち、コリメートレンズＣＬ１を透過する前のレーザビームは、Ｓ軸径及びＦ軸径が次第に大きくなる拡散光であるのに対して、コリメートレンズＣＬ１を透過した後のレーザビームは、Ｓ軸径及びＦ軸径が一定の平行光となる。

コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのビーム断面（ＡＡ’断面）を図２の（ａ）に示す。コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームは、図２の（ａ）に示すように、Ｓ軸がｘ軸と平行になり、Ｆ軸がｙ軸と平行になり、偏波方向がｘ軸に平行になる。なお、図２に示す各ビーム断面（黒塗りの長方形）は、実際のビーム断面の形状を近似的に表現したものあり、実際のビーム断面の形状を正確に表現したものではない。また、図２に示す各ビーム断面上に描かれた白線は、そのビームの偏波方向を表す。図４、６、８、１０、１２についても同様である。

コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームの光路上には、分割ミラーＤＭが配置されている。分割ミラーＤＭは、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームを分割することによって、進行方向の異なる第１部分ビーム及び第２部分ビームからなる部分ビーム群を生成する。本実施形態において用いられる分割ミラーＤＭは、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのｘ軸正方向側半分をｘ軸正方向に反射する反射面を有しており、このレーザビームのｘ軸負方向側半分を遮らないように配置されている。このため、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのｘ軸負方向側半分は、分割ミラーＤＭの反射面にて反射されることなく、第１部分ビームとしてｚ軸正方向に進行する。第１部分ビームのＳ軸径は、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのＳ軸径の約１／２になり、第１部分ビームのＦ軸径は、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのＦ軸径に一致する。一方、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのｘ軸正方向側半分は、分割ミラーＤＭの反射面にて反射され、第２部分ビームとしてｘ軸正方向に進行する。第２部分ビームのＳ軸径は、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのＳ軸径の約１／２になり、第２部分ビームのＦ軸径は、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのＦ軸径に一致する。

分割ミラーＤＭにて生成された第１部分ビームのビーム断面（ＢＢ’断面）を図２の（ｂ）に示し、分割ミラーＤＭにて生成された第２部分ビームのビーム断面（ＤＤ’断面）を図２の（ｄ）に示す。分割ミラーＤＭにて生成された第１部分ビームのビーム断面は、図２の（ｂ）に示すように、Ｓ軸がｘ軸と平行になり、Ｆ軸がｙ軸と平行になる。一方、分割ミラーＤＭにて生成された第２部分ビームのビーム断面は、図２の（ｄ）に示すように、Ｓ軸がｚ軸と平行になり、Ｆ軸がｙ軸と平行になる。分割ミラーＤＭにて生成された第１部分ビーム及び第２部分ビームのＳ軸径は、それぞれ、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのＳ軸径の約１／２になる。一方、分割ミラーＤＭにて生成された第１部分ビーム及び第２部分ビームのＦ軸径は、それぞれ、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのＦ軸径に一致する。

分割ミラーＤＭにて生成された第１部分ビームの光路上には、第１反射ミラーＲＭ１が配置されている。第１反射ミラーＲＭ１は、分割ミラーＤＭにて生成された第１部分ビームを反射することによって、その進行方向をｚ軸正方向からｘ軸正方向に変換する。

第１反射ミラーＲＭ１にて反射された第１部分ビームのビーム断面（ＣＣ’断面）を図２の（ｃ）に示す。第１反射ミラーＲＭ１にて反射された第１部分ビームのビーム断面は、図２の（ｃ）に示すように、Ｓ軸がｚ軸と平行になり、Ｆ軸がｙ軸と平行になり、偏波方向がｚ軸と平行になる。

分割ミラーＤＭにて生成された第２部分ビームの光路上には、第２反射ミラーＲＭ２が配置されている。第２反射ミラーＲＭ２は、分割ミラーＤＭにて生成された第２部分ビームを反射することによって、その進行方向をｘ軸正方向からｚ軸正方向に変換する。

第２反射ミラーＲＭ２にて反射された第２部分ビームのビーム断面（ＥＥ’断面）を図２の（ｅ）に示す。第２反射ミラーＲＭ２にて反射された第２部分ビームのビーム断面は、図２の（ｅ）に示すように、Ｓ軸がｘ軸と平行になり、Ｆ軸がｙ軸と平行になり、偏波方向がｘ軸と平行になる。

第２反射ミラーＲＭ２にて反射された第２部分ビームの光路上には、偏波回転素子ＰＲＥが配置されている。偏波回転素子ＰＲＥは、第２反射ミラーＲＭ２にて反射された第２部分ビームの偏波方向を９０度回転させる。偏波回転素子ＰＲＥを透過する前の第２部分ビームは、偏波方向がｘ軸と平行であるのに対して、偏波回転素子ＰＲＥを透過した後の第２部分ビームは、偏波方向がｙ軸と平行になる。

偏波回転素子ＰＲＥにて偏波回転された第２部分ビームのビーム断面（ＦＦ’断面）を図２の（ｆ）に示す。偏波回転素子ＰＲＥにて偏波回転された第２部分ビームのビーム断面は、図２の（ｆ）に示すように、Ｓ軸がｘ軸と平行になり、Ｆ軸がｙ軸と平行になり、偏波方向がｙ軸と平行になる。偏波回転素子ＰＲＥを透過する前後で、第２部分ビームの偏波方向がｘ軸と平行な状態からｙ軸と平行な状態へと回転している点に留意されたい。

第１反射ミラーＲＭ１にて反射された第１部分ビームの光路と、偏波回転素子ＰＲＥを透過した第２部分ビームの光路との交差点には、偏波ビームコンバイナＰＢＣが配置されている。偏波ビームコンバイナＰＢＣは、第１反射ミラーＲＭ１にて反射された第１部分ビームの進行方向と偏波回転素子ＰＲＥを透過した第２部分ビームとを偏波合成することによって、進行方向及びＳ軸方向の等しい第１部分ビーム及び第２部分ビームからなる部分ビーム束を生成する。本実施形態において用いられる偏波ビームコンバイナＰＢＣは、第１反射ミラーＲＭ１にて反射された、偏波方向がｚｘ面と平行な第１部分ビーム（Ｓ軸がｚ軸に平行であり、かつ、ｘ軸正方向に進行する）を透過すると共に、偏波回転素子ＰＲＥを透過した、偏波方向がｚｘ面と垂直な第２部分ビーム（Ｓ軸がｙ軸に平行であり、かつ、ｚ軸正方向に進行する）をｘ軸正方向に反射する機能面を有している。このため、偏波ビームコンバイナＰＢＣにて生成される部分ビーム束は、Ｓ軸がｚ軸に平行であり、かつ、ｘ軸正方向に進行する第１部分ビーム及び第２部分ビームにより構成される。

本実施形態において用いられる第１反射ミラーＲＭ１及び第２反射ミラーＲＭ２は、第１反射ミラーＲＭ１にて反射された第１部分ビームと、第２反射ミラーＲＭ２にて反射された第２部分ビームとが、偏波ビームコンバイナＰＢＣの機能面の共通の領域に入射するように配置されている。このため、偏波ビームコンバイナＰＢＣにて生成された部分ビーム束において、第１部分ビームのビーム断面全体と第２部分ビームのビーム断面全体とが互いに過不足なく重なり合う。したがって、部分ビーム束のＳ軸径は、第１部分ビーム及び第２部分ビームのＳ軸径に一致し、レーザビームのＳ軸径の約１／２になる。また、部分ビーム束のＦ軸径は、第１部分ビーム及び第２部分ビームのＦ軸径に一致し、レーザビームのＦ軸径に一致する。

偏波ビームコンバイナＰＢＣにて生成された部分ビーム束のビーム断面（ＧＧ’断面）を図２の（ｇ）に示す。偏波ビームコンバイナＰＢＣにて生成された部分ビーム束を構成する各部分ビームのビーム断面は、図２の（ｇ）に示すように、Ｓ軸がｚ軸と平行になり、Ｆ軸がｙ軸と平行になる。上述したように、偏波ビームコンバイナＰＢＣにて生成された部分ビーム束のＳ軸径は、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのＳ軸径の約１／２になる。また、偏波ビームコンバイナＰＢＣにて生成された部分ビーム束のＦ軸径は、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのＦ軸径に一致する。

偏波ビームコンバイナＰＢＣにて生成された部分ビーム束の光路上には、集光レンズＣＬ２が配置されている。集光レンズＣＬ２は、偏波ビームコンバイナＰＢＣにて生成された部分ビーム束を集光する。すなわち、集光レンズＣＬ２を透過する前の部分ビーム束は、Ｓ軸径及びＦ軸径が一定の平行光であるのに対して、集光レンズＣＬ２を透過した後の部分ビーム束は、Ｓ軸径及びＦ軸径が次第に小さくなる収束光となる。

集光レンズＣＬ２にて集光された部分ビーム束の光路上には、光ファイバＯＦの入射端面が配置されている。光ファイバＯＦの入射端面は、部分ビーム束のＳ軸径が最小となる点において、光ファイバＯＦのコアの中心と部分ビーム束のビーム断面の中心とが一致するように位置決めされている。これにより、部分ビーム束のビーム断面は、光ファイバＯＦの入射端面において、光ファイバＯＦのコアに包摂される。

以上のように、ＬＤモジュール１は、（１）コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームを分割することによって、ｚ軸正方向に進行する第１部分ビーム及びｘ軸正方向に進行する第２部分ビームからなる部分ビーム群を生成する分割光学系（分割ミラーＤＭ）と、（２）上記部分ビーム群を合成することによって、ｘ軸正方向に進行する第１部分ビーム及び第２部分ビームからなる部分ビーム束を生成する合成光学系（第１反射ミラーＲＭ１、第２反射ミラーＲＭ２、偏波回転素子ＰＲＥ、偏波ビームコンバイナＰＢＣ）と、を含む導光装置を備えている。

上記分割光学系は、上記レーザビームのビーム断面を該レーザビームのＦ軸と平行な分割線で２等分する。このため、第１部分ビーム及び第２部分ビームのＳ軸径は、それぞれ、上記レーザビームのＳ軸径の１／２となり、第１部分ビーム及び第２部分ビームのＦ軸径は、それぞれ、上記レーザビームのＦ軸径と一致する。一方、上記合成光学系は、上記部分ビーム束の各断面（ＧＧ’断面）において、（１）上記部分ビーム束を構成する第１部分ビーム及び第２部分ビームのＳ軸が第１空間軸（ｚ軸）と平行になり、（２）上記部分ビーム束を構成する第１部分ビームのビーム断面全体と上記部分ビーム束を構成する第２部分ビームのビーム断面全体とが互いに過不足なく重なり合うように、上記部分ビーム群を偏波合成する。このため、上記部分ビーム束のＳ軸径は、上記レーザビームのＳ軸径の１／２になり、上記部分ビーム束のＦ軸径は、上記レーザビームのＦ軸径と一致する。

このような導光装置を用いることによって、レーザダイオードＬＤから出力されたレーザビームを、Ｓ軸径がこのレーザビームのＳ軸径よりも小さい部分ビーム束に変換することができる。このため、レーザダイオードＬＤと光ファイバＯＦとの結合効率を低下させることなく、レーザダイオードＬＤのエミッタ幅を広げることができる。これにより、ＬＤモジュール１の結合効率を低下させることなく、ＬＤモジュール１の信頼性を向上させることができる。

特に、本実施形態に係るＬＤモジュール１が備える導光装置は、レーザダイオードＬＤから出力されたレーザビームを、Ｓ軸径がこのレーザビームのＳ軸径の１／２となる部分ビーム束に変換することができる。このため、レーザダイオードＬＤと光ファイバＯＦとの結合効率を低下させることなく、レーザダイオードＬＤのエミッタ幅を２倍に広げることがでる。これにより、ＬＤモジュール１の結合効率を低下させることなく、ＬＤモジュール１の信頼性を飛躍的に向上させることができる。

なお、本実施形態においては、上記部分ビーム群を偏波合成する構成を採用しているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、例えば、上記部分ビーム群を波長合成する構成を採用してもよい。なお、上記部分ビーム群を偏波合成するとは、この部分ビーム群を構成する部分ビームの偏波方向を偏波回転素子により異ならせた後、これらの部分ビームをビーム断面が重なり合うように合成することを指す。一方、部分ビーム群を波長合成するとは、この部分ビーム群を構成する部分ビームの波長を波長変換素子により異ならせた後、これらの部分ビームをビーム断面が重なり合うように合成することを指す。

また、本実施形態においては、上記レーザビームのビーム断面を該レーザビームのＦ軸と平行な分割線で等分割し、第１部分ビームのＳ軸径と第２部分ビームのＳ軸径とを一致させる構成を採用しているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、上記レーザビームのビーム断面を該レーザビームのＦ軸と平行な分割線で不等分割し、第１部分ビームのＳ軸径と第２部分ビームのＳ軸径とを異ならせる構成を採用してもよい。この場合、上記部分ビーム束のＳ軸径は、第１部分ビームのＳ軸径と第２部分ビームのＳ軸径とのうち、大きい方のＳ軸径に一致する。したがって、上記部分ビーム束のＳ軸径は、上記レーザビームのＳ軸径の１／２よりは大きくなるが、上記レーザビームのＳ軸径よりは小さくなる。

また、本実施形態においては、上記部分ビーム束を構成する第１部分ビームのビーム断面全体と上記部分ビーム束を構成する第２部分ビームのビーム断面全体とが互いに過不足なく重なり合うという条件を満たすように上記部分ビーム群を合成する構成を採用しているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、この条件は、（１）上記部分ビーム束を構成する第１部分ビームのビーム断面の第１空間軸（ｚ軸）への射影全体と上記部分ビーム束を構成する第２部分ビームのビーム断面の第１空間軸への射影全体とが互いに重なり合うという第１の条件と、（２）上記部分ビーム束を構成する第１部分ビームのビーム断面の第１空間軸に直交する第２空間軸（ｙ軸）への射影全体と上記部分ビーム束を構成する第２部分ビームのビーム断面の第２空間軸への射影全体とが互いに重なり合うという第２の条件とに分解することができる。そして、上記レーザビームのビーム断面が十分に扁平である場合、第１の条件さえ満たしていれば、本実施形態と同様、上記部分ビームのＳ軸径を上記レーザビームのＳ軸径の１／２とすることができる。なお、第１の条件は、上記部分ビーム束を構成する第１部分ビームのビーム断面の第１空間軸への射影の一部と上記部分ビーム束を構成する第２部分ビームのビーム断面の第１空間軸への射影の一部とが互いに重なり合うという条件に置き換えることもできる。この場合、上記部分ビーム束のＳ軸径は、上記レーザビームのＳ軸径の１／２よりは大きくなるが、上記レーザビームのＳ軸径よりは小さくなる。

また、本実施形態においては、上記部分ビーム群及び上記部分ビーム束を構成する部分ビームの個数を２としているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、上記部分ビーム群及び上記部分ビーム束を構成する部分ビームの個数は、２以上の自然数ｎに一般化可能である。この場合、上記部分ビーム束のＳ軸径は、上記レーザビームのＳ軸径の１／ｎとなる。

また、本実施形態においては、分割ミラーＤＭから光ファイバＯＦの入射端面に至る２つの部分ビームの光路長を互いに等しくする構成が採用されている。これにより、レーザダイオードＬＤから出力されるレーザビームがシングルモードの場合であっても、２つの部分ビームが弱め合うように干渉するという事態を回避することができる。なお、レーザダイオードＬＤから出力されるレーザビームがマルチモードの場合には、２つの部分ビームが弱め合うように干渉するという事態が起こり得ないので、分割ミラーＤＭから光ファイバＯＦの入射端面に至る２つの部分ビームの光路長を互いに等しくする構成を採用する必要はない。

〔第２の実施形態〕
本発明の第２の実施形態に係るＬＤモジュール２について、図３及び図４を参照して説明する。図３は、ＬＤモジュール２の構成を示す平面図である。図４は、ＬＤモジュール２の各部におけるレーザビーム、部分ビーム、又は部分ビーム束のビーム断面を示す断面図である。

ＬＤモジュール２は、図３に示すように、レーザダイオードＬＤ、コリメートレンズＣＬ１、分割ミラーＤＭ、第１反射ミラーＲＭ１、第２反射ミラーＲＭ２、第３反射ミラーＲＭ３、偏波回転素子ＰＲＥ、偏波ビームコンバイナＰＢＣ、集光レンズＣＬ２、及び光ファイバＯＦを備えている。ＬＤモジュール２において、コリメートレンズＣＬ１、分割ミラーＤＭ、第１反射ミラーＲＭ１、第２反射ミラーＲＭ２、第３反射ミラーＲＭ３、偏波回転素子ＰＲＥ、偏波ビームコンバイナＰＢＣ、及び集光レンズＣＬ２は、レーザダイオードＬＤから出力されたレーザ光を光ファイバＯＦに導く導光装置を構成している。

レーザダイオードＬＤは、レーザビームを出力する。レーザダイオードＬＤは、図示した座標系において、活性層がｚｘ面と平行になるように、かつ、出射端面がｚ軸正方向を向くように配置されている。このため、レーザダイオードＬＤから出力されたレーザビームは、Ｓ軸がｘ軸と平行になり、Ｆ軸がｙ軸と平行になり、偏波方向がｘ軸に平行になる。レーザダイオードＬＤから出力されたレーザビームの進行方向は、ｚ軸正方向である。

レーザダイオードＬＤにて生成されたレーザビームの光路上には、コリメートレンズＣＬ１が配置されている。コリメートレンズＣＬ１は、レーザダイオードＬＤから出力されたレーザビームをコリメートする。すなわち、コリメートレンズＣＬ１を透過する前のレーザビームは、Ｓ軸径及びＦ軸径が次第に大きくなる拡散光であるのに対して、コリメートレンズＣＬ１を透過した後のレーザビームは、Ｓ軸径及びＦ軸径が一定の平行光となる。

コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのビーム断面（ＡＡ’断面）を図４の（ａ）に示す。コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームは、図４の（ａ）に示すように、Ｓ軸がｘ軸と平行になり、Ｆ軸がｙ軸と平行になる。

コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームの光路上には、分割ミラーＤＭが配置されている。分割ミラーＤＭは、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームを分割することによって、進行方向の異なる第１部分ビーム及び第２部分ビームからなる部分ビーム群を生成する。本実施形態において用いられる分割ミラーＤＭは、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのｘ軸負方向側半分をｘ軸負方向に反射する第１反射面と、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのｘ軸正方向側半分をｘ軸正方向に反射する第２反射面とを有している。このため、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのｘ軸負方向側半分は、分割ミラーＤＭの第１反射面にて反射され、第１部分ビームとしてｘ軸負方向に進行する。第１部分ビームのＳ軸径は、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのＳ軸径の１／２になり、第１部分ビームのＦ軸径は、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのＦ軸径に一致する。一方、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのｘ軸正方向側半分は、分割ミラーＤＭの第２反射面により反射され、第２部分ビームとしてｘ軸正方向に進行する。第２部分ビームのＳ軸径は、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのＳ軸径の１／２になり、第２部分ビームのＦ軸径は、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのＦ軸径に一致する。

分割ミラーＤＭにて生成された第１部分ビームのビーム断面（ＢＢ’断面）を図４の（ｂ）に示し、分割ミラーＤＭにて生成された第２部分ビームのビーム断面（ＥＥ’断面）を図４の（ｅ）に示す。分割ミラーＤＭにて生成された第１部分ビームのビーム断面は、図４の（ｂ）に示すように、Ｓ軸がｚ軸と平行になり、Ｆ軸がｙ軸と平行になる。一方、分割ミラーＤＭにて生成された第２部分ビームのビーム断面は、図４の（ｅ）に示すように、Ｓ軸がｚ軸と平行になり、Ｆ軸がｙ軸と平行になる。分割ミラーＤＭにて生成された第１部分ビーム及び第２部分ビームのＳ軸径は、それぞれ、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのＳ軸径の１／２になる。一方、分割ミラーＤＭにて生成された第１部分ビーム及び第２部分ビームのＦ軸径は、それぞれ、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのＦ軸径に一致する。

分割ミラーＤＭにて生成された第１部分ビームの光路上には、第１反射ミラーＲＭ１が配置されている。第１反射ミラーＲＭ１は、分割ミラーＤＭにて生成された第１部分ビームを反射することによって、その進行方向をｘ軸負方向からｚ軸正方向に変換する。

第１反射ミラーＲＭ１にて反射された第１部分ビームのビーム断面（ＣＣ’断面）を図４の（ｃ）に示す。第１反射ミラーＲＭ１にて反射された第１部分ビームのビーム断面は、図４の（ｃ）に示すように、Ｓ軸がｘ軸と平行になり、Ｆ軸がｙ軸と平行になり、偏波方向がｘ軸と平行になる。

第１反射ミラーＲＭ１にて反射された第１部分ビームの光路上には、第２反射ミラーＲＭ２が配置されている。第２反射ミラーＲＭ２は、第１反射ミラーＲＭ１にて反射された第１部分ビームを反射することによって、その進行方向をｚ軸正方向からｘ軸正方向に変換する。

第２反射ミラーＲＭ２にて反射された第１部分ビームのビーム断面（ＤＤ’断面）を図４の（ｄ）に示す。第２反射ミラーＲＭ２にて反射された第１部分ビームのビーム断面は、図４の（ｄ）に示すように、Ｓ軸がｚ軸と平行になり、Ｆ軸がｙ軸と平行になり、偏波方向がｚ軸と平行になる。

分割ミラーＤＭにて生成された第２部分ビームの光路上には、第３反射ミラーＲＭ３が配置されている。第３反射ミラーＲＭ３は、分割ミラーＤＭにて生成された第２部分ビームを反射することによって、その進行方向をｘ軸正方向からｚ軸正方向に変換する。

第３反射ミラーＲＭ３にて反射された第２部分ビームのビーム断面（ＦＦ’断面）を図４の（ｆ）に示す。第３反射ミラーＲＭ３にて反射された第２部分ビームのビーム断面は、図４の（ｆ）に示すように、Ｓ軸がｘ軸と平行になり、Ｆ軸がｙ軸と平行になり、偏波方向がｘ軸と平行になる。

第３反射ミラーＲＭ３にて反射された第２部分ビームの光路上には、偏波回転素子ＰＲＥが配置されている。偏波回転素子ＰＲＥは、第３反射ミラーＲＭ３にて反射された第２部分ビームの偏波方向を９０度回転させる。偏波回転素子ＰＲＥを透過する前の第２部分ビームは、偏波方向がｘ軸と平行であるのに対して、偏波回転素子ＰＲＥを透過した後の第２部分ビームは、偏波方向がｙ軸と平行になる。

偏波回転素子ＰＲＥにて偏波回転された第２部分ビームのビーム断面（ＧＧ’断面）を図４の（ｇ）に示す。偏波回転素子ＰＲＥにて偏波回転された第２部分ビームのビーム断面は、図４の（ｇ）に示すように、Ｓ軸がｘ軸と平行になり、Ｆ軸がｙ軸と平行になり、偏波方向がｙ軸と平行になる。偏波回転素子ＰＲＥを透過する前後で、第２部分ビームの偏波方向がｘ軸と平行な状態からｙ軸と平行な状態へと回転している点に留意されたい。

第２反射ミラーＲＭ２にて反射された第１部分ビームの光路と、偏波回転素子ＰＲＥを透過した第２部分ビームの光路との交差点には、偏波ビームコンバイナＰＢＣが配置されている。偏波ビームコンバイナＰＢＣは、第２反射ミラーＲＭ２にて反射された第１部分ビームと偏波回転素子ＰＲＥを透過した第２部分ビームとを偏波合成することによって、進行方向及びＳ軸方向の等しい第１部分ビーム及び第２部分ビームからなる部分ビーム束を生成する。本実施形態において用いられる偏波ビームコンバイナＰＢＣは、第２反射ミラーＲＭ２にて反射された、偏波方向がｚｘ面と平行な第１部分ビーム（Ｓ軸方向がｚ軸に平行であり、かつ、ｘ軸正方向に進行する）を透過すると共に、偏波回転素子ＰＲＥを透過した、偏波方向がｚｘ面と垂直な第２部分ビーム（Ｓ軸がｙ軸に平行であり、かつ、ｚ軸正方向に進行する）をｘ軸正方向に反射する機能面を有している。このため、偏波ビームコンバイナＰＢＣにて生成される部分ビーム束は、Ｓ軸がｚ軸に平行であり、かつ、ｘ軸正方向に進行する第１部分ビーム及び第２部分ビームにより構成される。

本実施形態において用いられる第１反射ミラーＲＭ１、第２反射ミラーＲＭ２、及び第３反射ミラーは、第１ミラー及び第２反射ミラーにて反射された第１部分ビームと、第３反射ミラーにて反射された第２部分ビームとが、偏波ビームコンバイナＰＢＣの機能面の共通の領域に入射するように配置されている。このため、偏波ビームコンバイナＰＢＣにて生成された部分ビーム束において、第１部分ビームのビーム断面全体と第２部分ビームのビーム断面全体とが互いに過不足なく重なり合う。したがって、部分ビーム束のＳ軸径は、第１部分ビーム及び第２部分ビームのＳ軸径に一致し、レーザビームのＳ軸径の約１／２になる。また、部分ビーム束のＦ軸径は、第１部分ビーム及び第２部分ビームのＦ軸径に一致し、レーザビームのＦ軸径に一致する。

偏波ビームコンバイナＰＢＣにて生成された部分ビーム束のビーム断面（ＨＨ’断面）を図４の（ｈ）に示す。偏波ビームコンバイナＰＢＣにて生成された部分ビーム束を構成する各部分ビームのビーム断面は、図４の（ｈ）に示すように、Ｓ軸がｚ軸と平行になり、Ｆ軸がｙ軸と平行になる。上述したように、偏波ビームコンバイナＰＢＣにて生成された部分ビーム束のＳ軸径は、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのＳ軸径の約１／２になる。また、偏波ビームコンバイナＰＢＣにて生成された部分ビーム束のＦ軸径は、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのＦ軸径に一致する。

偏波ビームコンバイナＰＢＣにて生成された部分ビーム束の光路上には、集光レンズＣＬ２が配置されている。集光レンズＣＬ２は、偏波ビームコンバイナＰＢＣにて生成された部分ビーム束を集光する。すなわち、集光レンズＣＬ２を透過する前の部分ビーム束は、Ｓ軸径及びＦ軸径が一定の平行光であるのに対して、集光レンズＣＬ２を透過した後の部分ビーム束は、Ｓ軸径及びＦ軸径が次第に小さくなる収束光となる。

集光レンズＣＬ２にて集光された部分ビーム束の光路上には、光ファイバＯＦの入射端面が配置されている。光ファイバＯＦの入射端面は、部分ビーム束のＳ軸径が最小となる点において、光ファイバＯＦのコアの中心と部分ビーム束のビーム断面の中心とが一致するように位置決めされている。これにより、部分ビーム束のビーム断面は、光ファイバＯＦの入射端面において、光ファイバＯＦのコアに包摂される。

以上のように、ＬＤモジュール２は、（１）コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームを分割することによって、ｘ軸負方向に進行する第１部分ビーム及びｘ軸正方向に進行する第２部分ビームからなる部分ビーム群を生成する分割光学系（分割ミラーＤＭ）と、（２）上記部分ビーム群を合成することによって、ｘ軸正方向に進行する第１部分ビーム及び第２部分ビームからなる部分ビーム束を生成する合成光学系（第１反射ミラーＲＭ１、第２反射ミラーＲＭ２、第３反射ミラーＲＭ３、偏波回転素子ＰＲＥ、偏波ビームコンバイナＰＢＣ）と、を含む導光装置を備えている。

上記分割光学系は、上記レーザビームのビーム断面を該レーザビームのＦ軸と平行な分割線で２等分する。このため、第１部分ビーム及び第２部分ビームのＳ軸径は、それぞれ、上記レーザビームのＳ軸径の１／２となり、第１部分ビーム及び第２部分ビームのＦ軸径は、それぞれ、上記レーザビームのＦ軸径と一致する。一方、上記合成光学系は、上記部分ビーム束の各断面（ＨＨ’断面）において、（１）上記部分ビーム束を構成する第１部分ビーム及び第２部分ビームのＳ軸が第１空間軸（ｚ軸）と平行になり、（２）上記部分ビーム束を構成する第１部分ビームのビーム断面全体と上記部分ビーム束を構成する第２部分ビームのビーム断面全体とが互いに過不足なく重なり合うように、上記部分ビーム群を偏波合成する。このため、上記部分ビーム束のＳ軸径は、上記レーザビームのＳ軸径の１／２になり、上記部分ビーム束のＦ軸径は、上記レーザビームのＦ軸径と一致する。

このような導光装置を用いることによって、レーザダイオードＬＤから出力されたレーザビームを、Ｓ軸径がこのレーザビームのＳ軸径よりも小さい部分ビーム束に変換することができる。このため、レーザダイオードＬＤと光ファイバＯＦとの結合効率を低下させることなく、レーザダイオードＬＤのエミッタ幅を広げることができる。これにより、ＬＤモジュール２の結合効率を低下させることなく、ＬＤモジュール２の信頼性を向上させることができる。

特に、本実施形態に係るＬＤモジュール２が備える導光装置は、レーザダイオードＬＤから出力されたレーザビームを、Ｓ軸径がこのレーザビームのＳ軸径の１／２となる部分ビーム束に変換することができる。このため、レーザダイオードＬＤと光ファイバＯＦとの結合効率を低下させることなく、レーザダイオードＬＤのエミッタ幅を２倍に広げることがでる。これにより、ＬＤモジュール２の結合効率を低下させることなく、ＬＤモジュール２の信頼性を飛躍的に向上させることができる。

〔第３の実施形態〕
本発明の第３の実施形態に係るＬＤモジュール３について、図５及び図６を参照して説明する。図５において、（ａ）は、ＬＤモジュール３の構成を示す平面図であり、（ｂ）は、ＬＤモジュール３が備える二連反射ミラーＤＲＭの構成を示す斜視図である。図６は、ＬＤモジュール３の各部におけるレーザビーム、部分ビーム、又は部分ビーム束のビーム断面を示す断面図である。

ＬＤモジュール３は、図５の（ａ）に示すように、レーザダイオードＬＤ、コリメートレンズＣＬ１、分割ミラーＤＭ、第１反射ミラーＲＭ１、第２反射ミラーＲＭ２、第３反射ミラーＲＭ３、第４反射ミラーＲＭ４、二連反射ミラーＤＲＭ、集光レンズＣＬ２、及び光ファイバＯＦを備えている。ＬＤモジュール３において、コリメートレンズＣＬ１、分割ミラーＤＭ、第１反射ミラーＲＭ１、第２反射ミラーＲＭ２、第３反射ミラーＲＭ３、第４反射ミラーＲＭ４、二連反射ミラーＤＲＭ、及び集光レンズＣＬ２は、レーザダイオードＬＤから出力されたレーザ光を光ファイバＯＦに導く導光装置を構成している。

レーザダイオードＬＤは、レーザビームを出力する。レーザダイオードＬＤは、図示した座標系において、活性層がｚｘ面と平行になるように、かつ、出射端面がｚ軸正方向を向くように配置されている。このため、レーザダイオードＬＤから出力されたレーザビームは、Ｓ軸がｘ軸と平行になり、Ｆ軸がｙ軸と平行になり、偏波方向がｘ軸に平行になる。レーザダイオードＬＤから出力されたレーザビームの進行方向は、ｚ軸正方向である。

レーザダイオードＬＤにて生成されたレーザビームの光路上には、コリメートレンズＣＬ１が配置されている。コリメートレンズＣＬ１は、レーザダイオードＬＤから出力されたレーザビームをコリメートする。すなわち、コリメートレンズＣＬ１を透過する前のレーザビームは、Ｓ軸径及びＦ軸径が次第に大きくなる拡散光であるのに対して、コリメートレンズＣＬ１を透過した後のレーザビームは、Ｓ軸径及びＦ軸径が一定の平行光となる。

コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのビーム断面（ＡＡ’断面）を図６の（ａ）に示す。コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームは、図６の（ａ）に示すように、Ｓ軸がｘ軸と平行になり、Ｆ軸がｙ軸と平行になる。

コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームの光路上には、分割ミラーＤＭが配置されている。分割ミラーＤＭは、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームを分割することによって、進行方向の異なる第１部分ビーム及び第２部分ビームからなる部分ビーム群を生成する。本実施形態において用いられる分割ミラーＤＭは、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのｘ軸負方向側半分をｘ軸負方向に反射する第１反射面と、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのｘ軸正方向側半分をｘ軸正方向に反射する第２反射面とを有している。このため、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのｘ軸負方向側半分は、分割ミラーＤＭの第１反射面にて反射され、第１部分ビームとしてｘ軸負方向に進行する。第１部分ビームのＳ軸径は、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのＳ軸径の１／２になり、第１部分ビームのＦ軸径は、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのＦ軸径に一致する。一方、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのｘ軸正方向側半分は、分割ミラーＤＭの第２反射面により反射され、第２部分ビームとしてｘ軸正方向に進行する。第２部分ビームのＳ軸径は、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのＳ軸径の１／２になり、第２部分ビームのＦ軸径は、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのＦ軸径に一致する。

分割ミラーＤＭにて生成された第１部分ビームのビーム断面（ＢＢ’断面）を図６の（ｂ）に示し、分割ミラーＤＭにて生成された第２部分ビームのビーム断面（ＥＥ’断面）を図６の（ｅ）に示す。分割ミラーＤＭにて生成された第１部分ビームのビーム断面は、図６の（ｂ）に示すように、Ｓ軸がｚ軸と平行になり、Ｆ軸がｙ軸と平行になる。一方、分割ミラーＤＭにて生成された第２部分ビームのビーム断面は、図６の（ｅ）に示すように、Ｓ軸がｚ軸と平行になり、Ｆ軸がｙ軸と平行になる。分割ミラーＤＭにて生成された第１部分ビーム及び第２部分ビームのＳ軸径は、それぞれ、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのＳ軸径の１／２になる。一方、分割ミラーＤＭにて生成された第１部分ビーム及び第２部分ビームのＦ軸径は、それぞれ、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのＦ軸径に一致する。

分割ミラーＤＭにて生成された第１部分ビームの光路上には、第１反射ミラーＲＭ１が配置されている。第１反射ミラーＲＭ１は、分割ミラーＤＭにて生成された第１部分ビームを反射することによって、そのｙ軸正方向から見た進行方向をｘ軸負方向からｚ軸正方向に変換する。なお、第１反射ミラーＲＭ１は、第１部分ビームを仰角を付けて反射するよう、傾けられている。このため、第１反射ミラーＲＭ１にて反射された後の第１部分ビームは、進行するに従ってビーム断面の位置がｙ軸正方向に次第にシフトする。

第１反射ミラーＲＭ１にて反射された第１部分ビームのビーム断面（ＣＣ’断面）を図６の（ｃ）に示す。第１反射ミラーＲＭ１にて反射された第１部分ビームのビーム断面は、図６の（ｃ）に示すように、Ｓ軸がｘ軸と平行になり、Ｆ軸のｘｙ面への射影がｙ軸と平行になり、偏波方向がｘ軸と平行になる。

第１反射ミラーＲＭ１にて反射された第１部分ビームの光路上には、第２反射ミラーＲＭ２が配置されている。第２反射ミラーＲＭ２は、第１反射ミラーＲＭ１にて反射された第１部分ビームを反射することによって、そのｙ軸正方向から見た進行方向をｚ軸正方向からｘ軸正方向に変換する。

第２反射ミラーＲＭ２にて反射された第１部分ビームのビーム断面（ＤＤ’断面）を図６の（ｄ）に示す。第２反射ミラーＲＭ２にて反射された第１部分ビームのビーム断面は、図６の（ｄ）に示すように、Ｓ軸がｚ軸と平行になり、Ｆ軸のｙｚ面への射影がｙ軸と平行になり、偏波方向がｚ軸と平行になる。

分割ミラーＤＭにて生成された第２部分ビームの光路上には、第３反射ミラーＲＭ３が配置されている。第３反射ミラーＲＭ３は、分割ミラーＤＭにて生成された第２部分ビームを反射することによって、そのｙ軸正方向から見た進行方向をｘ軸正方向からｚ軸正方向に変換する。なお、第３反射ミラーＲＭ３は、第２部分ビームを俯角を付けて反射するよう、傾けられている。このため、第３反射ミラーＲＭ３にて反射された後の第２部分ビームは、進行するに従ってビーム断面の位置がｙ軸負方向に次第にシフトする。

第３反射ミラーＲＭ３にて反射された第２部分ビームのビーム断面（ＦＦ’断面）を図６の（ｆ）に示す。第３反射ミラーＲＭ３にて反射された第２部分ビームのビーム断面は、図６の（ｆ）に示すように、Ｓ軸がｘ軸と平行になり、Ｆ軸のｘｙ面への射影がｙ軸と平行になり、偏波方向がｘ軸と平行になる。

第３反射ミラーＲＭ３にて反射された第２部分ビームの光路上には、第４反射ミラーＲＭ４が配置されている。第４反射ミラーＲＭ４は、第３反射ミラーＲＭ３にて反射された第２部分ビームを反射することによって、そのｙ軸正方向から見た進行方向をｚ軸正方向からｘ軸負方向に変換する。

第４反射ミラーＲＭ４にて反射された第２部分ビームのビーム断面（ＧＧ’断面）を図６の（ｇ）に示す。第４反射ミラーＲＭ４にて反射された第２部分ビームのビーム断面は、図６の（ｇ）に示すように、Ｓ軸がｚ軸と平行になり、Ｆ軸のｙｚ面への射影がｙ軸と平行になり、偏波方向がｚ軸と平行になる。

第２反射ミラーＲＭ２と第４反射ミラーＲＭ４との中点には、二連反射ミラーＤＲＭが配置されている。二連反射ミラーＤＲＭは、第２反射ミラーＲＭ２にて反射された第１部分ビームと第４反射ミラーＲＭ４にて反射された第２部分ビームとを空間合成することによって、ｙ軸正方向から見た進行方向及びＳ軸方向の等しい第１部分ビーム及び第２部分ビームからなる部分ビーム束を生成する。本実施形態において用いられる二連反射ミラーＤＲＭは、第２反射ミラーＲＭ２にて反射された第１部分ビーム（ｙ軸正方向から見てｘ軸正方向に進行する）をｙ軸正方向から見てｚ軸正方向に反射する第１反射面と、第４反射ミラーＲＭ４にて反射された第２部分ビーム（ｙ軸正方向から見てｘ軸負方向に進行する）をｙ軸正方向から見てｚ軸正方向に反射する第２反射面とを有している。このため、２連反射ミラーＤＲＭにて生成される部分ビーム束は、Ｓ軸がｘ軸に平行であり、ｙ軸正方向から見てｚ軸正方向に進行する第１部分及び第２部分ビームにより構成される。

本実施形態において、二連反射ミラーＤＲＭの第１反射面及び第２反射面は、ｙ軸に沿って並んでおり、第１反射ミラーＲＭ１、第２反射ミラーＲＭ２、第３反射ミラーＲＭ３、及び第４反射ミラーＲＭ４は、第１部分ビーム及び第２部分ビームがそれぞれ二連反射ミラーＤＲＭの第１反射面及び第２反射面に入射するように配置されている。したがって、偏波ビームコンバイナＰＢＣにて生成される部分ビーム束を第１部分ビーム及び第２部分ビームのビーム断面は、Ｓ軸がｘ軸と平行に配置され、ｘ軸への射影の少なくとも一部が互いに重なり合うようにｙ軸に沿って並ぶ。このため、偏波ビームコンバイナＰＢＣにて生成される部分ビーム束のＳ軸径は、第１部分ビームのＳ軸径と第２部分ビームのＳ軸径との和よりも小さくなる。特に本実施形態においては、第１部分ビーム及び第２部分ビームのＳ軸径が何れもレーザビームのＳ軸径の約１／２になり、第１部分ビーム及び第２部分ビームのビーム断面のｘ軸への射影全体が過不足なく重なり合うので、部分ビーム束のＳ軸径もレーザビームのＳ軸径の約１／２になる。なお、二連反射ミラーＤＲＭは、例えば図５の（ｂ）に示すように、第１反射面を有する三角柱状のミラーの上に、第２反射面を有する三角柱状のミラーを載置することにより構成することができる。

二連反射ミラーＤＲＭにて生成された部分ビーム束のビーム断面（ＨＨ’断面）を図６の（ｈ）に示す。二連反射ミラーＤＲＭにて生成された部分ビーム束を構成する各部分ビームのビーム断面は、図６の（ｈ）に示すように、Ｓ軸がｘ軸と平行になり、Ｆ軸のｘｙ面への射影がｙ軸と平行になる。上述したように、二連反射ミラーＤＲＭにて生成された部分ビーム束のＳ軸径は、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのＳ軸径の約１／２になる。

二連反射ミラーＤＲＭにて生成された部分ビーム束の光路上には、集光レンズＣＬ２が配置されている。集光レンズＣＬ２は、二連反射ミラーＤＲＭにて生成された部分ビーム束を集光する。すなわち、集光レンズＣＬ２を透過する前の部分ビーム束を構成する各部分ビームは、Ｓ軸径及びＦ軸径が一定の平行光であるのに対して、集光レンズＣＬ２を透過した後の部分ビーム束を構成する各部分ビームは、Ｓ軸径及びＦ軸径が次第に小さくなる収束光となる。また、集光レンズＣＬ２を透過する前の部分ビーム束は、当該部分ビーム束を構成する部分ビーム同士の間隔が一定のビーム束であるのに対して、集光レンズＣＬ２を透過した後の部分ビーム束は、当該部分ビーム束を構成する部分ビーム同士の間隔が次第に小さくなるビーム束となる。

集光レンズＣＬ２にて集光された部分ビーム束の光路上には、光ファイバＯＦの入射端面が配置されている。光ファイバＯＦの入射端面は、部分ビーム束を構成する各部分ビームのＳ軸径が最小となる（又は、部分ビーム束を構成する部分ビーム同士の間隔が最小になる）点において、光ファイバＯＦのコアの中心と部分ビーム束を構成する２つの部分ビームのビーム断面の中心の中点とが一致するように位置決めされている。これにより、部分ビーム束を構成する各部分ビームのビーム断面は、光ファイバＯＦの入射端面において、光ファイバＯＦのコアに包摂される。

以上のように、ＬＤモジュール３は、（１）コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームを分割することによって、ｘ軸負方向に進行する第１部分ビーム及びｘ軸正方向に進行する第２部分ビームからなる部分ビーム群を生成する分割光学系（分割ミラーＤＭ）と、（２）上記部分ビーム群を合成することによって、ｙ軸正方向から見てｚ軸正方向に進行する第１部分ビーム及び第２部分ビームからなる部分ビーム束を生成する合成光学系（第１反射ミラーＲＭ１、第２反射ミラーＲＭ２、第３反射ミラーＲＭ３、第４反射ミラーＲＭ４、二連反射ミラーＤＲＭ）と、を含む導光装置を備えている。

上記分割光学系は、上記レーザビームのビーム断面を該レーザビームのＦ軸と平行な分割線で２等分する。このため、第１部分ビーム及び第２部分ビームのＳ軸径は、それぞれ、上記レーザビームのＳ軸径の１／２となり、第１部分ビーム及び第２部分ビームのＦ軸径は、それぞれ、上記レーザビームのＦ軸径と一致する。一方、上記合成光学系は、上記部分ビーム束の各断面（ＨＨ’断面）において、（１）上記部分ビーム束を構成する第１部分ビーム及び第２部分ビームのＳ軸が第１空間軸（ｘ軸）と平行になり、（２）上記部分ビーム束を構成する第１部分ビームのビーム断面の第１空間軸への射影全体と上記部分ビーム束を構成する第２部分ビームのビーム断面の第１空間軸への射影全体とが互いに過不足なく重なり合うように、上記部分ビーム群を空間合成する。このため、上記部分ビーム束のＳ軸径は、第１部分ビーム及び第２部分ビームのＳ軸径に一致し、上記レーザビームのＳ軸径の１／２になる。

このような導光装置を用いることによって、レーザダイオードＬＤから出力されたレーザビームを、Ｓ軸径がこのレーザビームのＳ軸径よりも小さい部分ビーム束に変換することができる。このため、レーザダイオードＬＤと光ファイバＯＦとの結合効率を低下させることなく、レーザダイオードＬＤのエミッタ幅を広げることができる。これにより、ＬＤモジュール３の結合効率を低下させることなく、ＬＤモジュール３の信頼性を向上させることができる。

特に、本実施形態に係るＬＤモジュール３が備える導光装置は、レーザダイオードＬＤから出力されたレーザビームを、Ｓ軸径がこのレーザビームのＳ軸径の１／２となる部分ビーム束に変換することができる。このため、レーザダイオードＬＤと光ファイバＯＦとの結合効率を低下させることなく、レーザダイオードＬＤのエミッタ幅を２倍に広げることがでる。これにより、ＬＤモジュール３の結合効率を低下させることなく、ＬＤモジュール３の信頼性を飛躍的に向上させることができる。

なお、本実施形態においては、上記レーザビームのビーム断面を該レーザビームのＦ軸と平行な分割線で等分割し、第１部分ビームのＳ軸径と第２部分ビームのＳ軸径とを一致させる構成を採用しているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、上記レーザビームのビーム断面を該レーザビームのＦ軸と平行な分割線で不等分割し、第１部分ビームのＳ軸径と第２部分ビームのＳ軸径とを異ならせる構成を採用してもよい。この場合、上記部分ビーム束のＳ軸径は、第１部分ビームのＳ軸径と第２部分ビームのＳ軸径とのうち、大きい方のＳ軸径に一致する。したがって、上記部分ビーム束のＳ軸径は、上記レーザビームのＳ軸径の１／２よりは大きくなるが、上記レーザビームのＳ軸径よりは小さくなる。

また、本実施形態においては、上記部分ビーム束を構成する第１部分ビームのビーム断面の第１空間軸（ｘ軸）への射影全体と上記部分ビーム束を構成する第２部分ビームのビーム断面の第１空間軸への射影全体とが互いに過不足なく重なり合うという条件を満たすように部分ビーム群を合成する構成を採用しているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、この条件は、上記部分ビーム束を構成する第１部分ビームのビーム断面の第１空間軸への射影の一部と上記部分ビーム束を構成する第２部分ビームのビーム断面の第１空間軸への射影の一部とが互いに重なり合うという条件に置き換えることもできる。この場合、上記部分ビーム束のＳ軸径は、上記レーザビームのＳ軸径の１／２よりは大きくなるが、上記レーザビームのＳ軸径よりは小さくなる。

また、本実施形態においては、上記部分ビーム群及び上記部分ビーム束を構成する部分ビームの個数を２としているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、上記部分ビーム群及び上記部分ビーム束を構成する部分ビームの個数は、２以上の自然数ｎに一般化可能である。この場合、上記部分ビーム束のＳ軸径は、上記レーザビームのＳ軸径の１／ｎとなる。

また、本実施形態においては、分割ミラーＤＭから光ファイバＯＦの入射端面に至る２つの部分ビームの光路長を互いに等しくする構成が採用されている。これにより、レーザダイオードＬＤから出力されるレーザビームがシングルモードの場合であっても、２つの部分ビームが弱め合うように干渉するという事態を回避することができる。なお、レーザダイオードＬＤから出力されるレーザビームがマルチモードの場合には、２つの部分ビームが弱め合うように干渉するという事態が起こり得ないので、分割ミラーＤＭから光ファイバＯＦの入射端面に至る２つの部分ビームの光路長を互いに等しくする構成を採用する必要はない。

〔第４の実施形態〕
本発明の第４の実施形態に係るＬＤモジュール４について、図７及び図８を参照して説明する。図７において、（ａ）は、ＬＤモジュール４の構成を示す平面図であり、（ｂ）は、ＬＤモジュール４が備える第２二連反射ミラーＤＲＭ２の構成を示す斜視図である。図８は、ＬＤモジュール４の各部におけるレーザビーム、部分ビーム、又は部分ビーム束のビーム断面を示す断面図である。

ＬＤモジュール４は、図７の（ａ）に示すように、レーザダイオードＬＤ、コリメートレンズＣＬ１、分割ミラーＤＭ、第１反射ミラーＲＭ１、第１二連反射ミラーＤＲＭ１、第２反射ミラーＲＭ２、第２二連反射ミラーＤＲＭ２、合成ミラーＣＭ、集光レンズＣＬ２、及び光ファイバＯＦを備えている。ＬＤモジュール４において、コリメートレンズＣＬ１、分割ミラーＤＭ、第１反射ミラーＲＭ１、第１二連反射ミラーＤＲＭ１、第２反射ミラーＲＭ２、第２二連反射ミラーＤＲＭ２、合成ミラーＣＭ、及び集光レンズＣＬ２は、レーザダイオードＬＤから出力されたレーザ光を光ファイバＯＦに導く導光装置を構成している。

レーザダイオードＬＤは、レーザビームを出力する。レーザダイオードＬＤは、図示した座標系において、活性層がｚｘ面と平行になるように、かつ、出射端面がｚ軸正方向を向くように配置されている。このため、レーザダイオードＬＤから出力されたレーザビームは、Ｓ軸がｘ軸と平行になり、Ｆ軸がｙ軸と平行になり、偏波方向がｘ軸に平行になる。レーザダイオードＬＤから出力されたレーザビームの進行方向は、ｚ軸正方向である。

レーザダイオードＬＤにて生成されたレーザビームの光路上には、コリメートレンズＣＬ１が配置されている。コリメートレンズＣＬ１は、レーザダイオードＬＤから出力されたレーザビームをコリメートする。すなわち、コリメートレンズＣＬ１を透過する前のレーザビームは、Ｓ軸径及びＦ軸径が次第に大きくなる拡散光であるのに対して、コリメートレンズＣＬ１を透過した後のレーザビームは、Ｓ軸径及びＦ軸径が一定の平行光となる。

コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのビーム断面（ＡＡ’断面）を図８の（ａ）に示す。コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームは、図８の（ａ）に示すように、Ｓ軸がｘ軸と平行になり、Ｆ軸がｙ軸と平行になる。

コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームの光路上には、分割ミラーＤＭが配置されている。分割ミラーＤＭは、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームを分割することによって、進行方向の異なる第１部分ビーム及び第２部分ビームからなる部分ビーム群を生成する。本実施形態において用いられる分割ミラーＤＭは、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのｘ軸負方向側半分をｘ軸負方向に反射する第１反射面と、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのｘ軸正方向側半分をｘ軸正方向に反射する第２反射面とを有している。このため、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのｘ軸負方向側半分は、分割ミラーＤＭの第１反射面にて反射され、第１部分ビームとしてｘ軸負方向に進行する。第１部分ビームのＳ軸径は、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのＳ軸径の１／２になり、第１部分ビームのＦ軸径は、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのＦ軸径に一致する。一方、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのｘ軸正方向側半分は、分割ミラーＤＭの第２反射面により反射され、第２部分ビームとしてｘ軸正方向に進行する。第２部分ビームのＳ軸径は、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのＳ軸径の１／２になり、第２部分ビームのＦ軸径は、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのＦ軸径に一致する。

分割ミラーＤＭにて生成された第１部分ビームのビーム断面（ＢＢ’断面）を図８の（ｂ）に示し、分割ミラーＤＭにて生成された第２部分ビームのビーム断面（ＥＥ’断面）を図８の（ｅ）に示す。分割ミラーＤＭにて生成された第１部分ビームのビーム断面は、図８の（ｂ）に示すように、Ｓ軸がｚ軸と平行になり、Ｆ軸がｙ軸と平行になる。一方、分割ミラーＤＭにて生成された第２部分ビームのビーム断面は、図８の（ｅ）に示すように、Ｓ軸がｚ軸と平行になり、Ｆ軸がｙ軸と平行になる。分割ミラーＤＭにて生成された第１部分ビーム及び第２部分ビームのＳ軸径は、それぞれ、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのＳ軸径の１／２になる。一方、分割ミラーＤＭにて生成された第１部分ビーム及び第２部分ビームのＦ軸径は、それぞれ、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのＦ軸径に一致する。

分割ミラーＤＭにて生成された第１部分ビームの光路上には、第１反射ミラーＲＭ１が配置されている。第１反射ミラーＲＭ１は、分割ミラーＤＭにて生成された第１部分ビームを反射することによって、その進行方向をｘ軸負方向からｚ軸正方向に変換する。

第１反射ミラーＲＭ１にて反射された第１部分ビームのビーム断面（ＣＣ’断面）を図８の（ｃ）に示す。第１反射ミラーＲＭ１にて反射された第１部分ビームのビーム断面は、図８の（ｃ）に示すように、Ｓ軸がｘ軸と平行になり、Ｆ軸がｙ軸と平行になり、偏波方向がｘ軸と平行になる。

第１反射ミラーＲＭ１にて反射された第１部分ビームの光路上には、第１二連反射ミラーＤＲＭ１が配置されている。第１二連反射ミラーＤＲＭ１は、第１反射ミラーＲＭ１にて反射された、ｚ軸正方向に進行する第１部分ビームをｙ軸正方向に反射する第１反射面と、この第１反射面にて反射された、ｙ軸正方向に進行する第１部分ビームをｘ軸正方向に反射する第２反射面とを有している。第１二連反射ミラーＤＲＭ１は、第１反射ミラーＲＭ１にて反射された第１部分ビームをこれら２つの反射面で続けて反射することによって、その進行方向をｚ軸正方向からｘ軸正方向に変換すると共に、Ｓ軸方向及びＦ軸方向を９０°回転させる。

第１二連反射ミラーＤＲＭ１にて反射された第１部分ビームのビーム断面（ＤＤ’断面）を図８の（ｄ）に示す。第１二連反射ミラーＤＲＭ１にて反射された第１部分ビームのビーム断面は、図８の（ｄ）に示すように、Ｓ軸がｙ軸と平行になり、Ｆ軸がｚ軸と平行になり、偏波方向がｙ軸と平行になる。

分割ミラーＤＭにて生成された第２部分ビームの光路上には、第２反射ミラーＲＭ２が配置されている。第２反射ミラーＲＭ２は、分割ミラーＤＭにて生成された第２部分ビームを反射することによって、その進行方向をｘ軸正方向からｚ軸正方向に変換する。

第２反射ミラーＲＭ２にて反射された第２部分ビームのビーム断面（ＦＦ’断面）を図８の（ｆ）に示す。第２反射ミラーＲＭ２にて反射された第２部分ビームのビーム断面は、図８の（ｆ）に示すように、Ｓ軸がｘ軸と平行になり、Ｆ軸がｙ軸と平行になり、偏波方向がｘ軸と平行になる。

第２反射ミラーＲＭ２にて反射された第２部分ビームの光路上には、第２二連反射ミラーＤＲＭ２が配置されている。第２二連反射ミラーＤＲＭ２は、第２反射ミラーＲＭ２にて反射された、ｚ軸正方向に進行する第２部分ビームをｙ軸正方向に反射する第１反射面と、この第１反射面にて反射された、ｙ軸正方向に進行する第２部分ビームをｘ軸負方向に反射する第２反射面とを有している。第２二連反射ミラーＤＲＭ２は、第２反射ミラーＲＭ２にて反射された第１部分ビームをこれら２つの反射面で続けて反射することによって、その進行方向をｚ軸正方向からｘ軸負方向に変換すると共に、Ｓ軸方向及びＦ軸方向を９０°回転させる。なお、第２二連反射ミラーＤＲＭ２は、例えば図７の（ｂ）に示すように、第１反射面として機能する全反射表面と第２反射面として機能する全反射表面とを有するプリズムにより実現することができる。上述した第１二連反射ミラーＤＲＭ１についても同様である。

第２二連反射ミラーＤＲＭ２にて反射された第２部分ビームのビーム断面（ＧＧ’断面）を図８の（ｇ）に示す。第２二連反射ミラーＤＲＭ２にて反射された第２部分ビームのビーム断面は、図８の（ｇ）に示すように、Ｓ軸がｙ軸と平行になり、Ｆ軸がｚ軸と平行になり、偏波方向がｙ軸と平行になる。

第１二連反射ミラーＤＲＭ１と第２二連反射ミラーＤＲＭ２との中点には、合成ミラーＣＭが配置されている。合成ミラーＣＭは、第１二連反射ミラーＤＲＭ１にて反射された第１部分ビームと第２二連反射ミラーＤＲＭ２にて反射された第２部分ビームとを空間合成することによって、進行方向及びＳ軸方向の等しい第１部分ビーム及び第２部分ビームからなる部分ビーム束を生成する。本実施形態において用いられる合成ミラーＣＭは、第１二連反射ミラーＤＲＭ１にて反射された第１部分ビーム（ｘ軸正方向に進行する）をｚ軸正方向に反射する第１反射面と、第２二連反射ミラーＤＲＭ２にて反射された第２部分ビーム（ｘ軸負方向に進行する）をｚ軸正方向に反射する第２反射面とを有している。このため、合成ミラーＣＭにて生成される部分ビーム束は、Ｓ軸がｙ軸に平行であり、ｚ軸正方向に進行する第１部分及び第２部分ビームにより構成される。

本実施形態において、合成ミラーＣＭの第１反射面及び第２反射面は、ｘ軸に沿って並んでおり、第１反射ミラーＲＭ１、第２反射ミラーＲＭ２、第１二連反射ミラーＤＲＭ１、及び第２二連反射ミラーＤＲＭ２は、第１部分ビーム及び第２部分ビームがそれぞれ合成ミラーＣＭの第１反射面及び第２反射面に入射するように配置されている。したがって、偏波ビームコンバイナＰＢＣにて生成される部分ビーム束を第１部分ビーム及び第２部分ビームのビーム断面は、Ｓ軸がｙ軸と平行に配置され、ｙ軸への射影の少なくとも一部が互いに重なり合うようにｘ軸に沿って並ぶ。このため、偏波ビームコンバイナＰＢＣにて生成される部分ビーム束のＳ軸径は、第１部分ビームのＳ軸径と第２部分ビームのＳ軸径との和よりも小さくなる。特に本実施形態においては、第１部分ビーム及び第２部分ビームのＳ軸径が何れもレーザビームのＳ軸径の約１／２になり、第１部分ビーム及び第２部分ビームのビーム断面のｙ軸への射影全体が過不足なく重なり合うので、部分ビーム束のＳ軸径もレーザビームのＳ軸径の約１／２になる。なお、合成ミラーＣＭは、例えば、互いに直交する２つの側面を有する三角柱状のミラーにより構成することができる。

合成ミラーＣＭにて生成された部分ビーム束のビーム断面（ＨＨ’断面）を図８の（ｈ）に示す。合成ミラーＣＭにて生成された部分ビーム束を構成する各部分ビームのビーム断面は、図８の（ｈ）に示すように、Ｓ軸がｙ軸と平行になり、Ｆ軸がｘ軸と平行になる。上述したように、合成ミラーＣＭにて生成された部分ビーム束のＳ軸径は、コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームのＳ軸径の約１／２になる。

合成ミラーＣＭにて生成された部分ビーム束の光路上には、集光レンズＣＬ２が配置されている。集光レンズＣＬ２は、合成ミラーＣＭにて生成された部分ビーム束を集光する。すなわち、集光レンズＣＬ２を透過する前の部分ビーム束を構成する各部分ビームは、Ｓ軸径及びＦ軸径が一定の平行光であるのに対して、集光レンズＣＬ２を透過した後の部分ビーム束を構成する各部分ビームは、Ｓ軸径及びＦ軸径が次第に小さくなる収束光となる。また、集光レンズＣＬ２を透過する前の部分ビーム束は、部分ビーム同士の間隔が一定のビーム束であるのに対して、集光レンズＣＬ２を透過した後の部分ビーム束は、部分ビーム同士の間隔が次第に小さくなるビーム束となる。

集光レンズＣＬ２にて集光された部分ビーム束の光路上には、光ファイバＯＦの入射端面が配置されている。光ファイバＯＦの入射端面は、部分ビーム束を構成する各部分ビームのＳ軸径が最小となる（又は、部分ビーム束を構成する部分ビーム同士の間隔が最小になる）点において、光ファイバＯＦのコアの中心と部分ビーム束を構成する２つの部分ビームのビーム断面の中心の中点とが一致するように位置決めされている。これにより、部分ビーム束を構成する各部分ビームのビーム断面は、光ファイバＯＦの入射端面において、光ファイバＯＦのコアに包摂される。

以上のように、ＬＤモジュール４は、（１）コリメートレンズＣＬ１にてコリメートされたレーザビームを分割することによって、ｘ軸負方向に進行する第１部分ビーム及びｘ軸正方向に進行する第２部分ビームからなる部分ビーム群を生成する分割光学系（分割ミラーＤＭ）と、（２）上記部分ビーム群を合成することによって、ｚ軸正方向に進行する第１部分ビーム及び第２部分ビームからなる部分ビーム束を生成する合成光学系（第１反射ミラーＲＭ１、第１二連反射ミラーＤＲＭ１、第２反射ミラーＲＭ２、第２二連反射ミラーＤＲＭ２、合成ミラーＣＭ）と、を含む導光装置を備えている。

上記分割光学系は、上記レーザビームのビーム断面を該レーザビームのＦ軸と平行な分割線で２等分する。このため、第１部分ビーム及び第２部分ビームのＳ軸径は、それぞれ、上記レーザビームのＳ軸径の１／２となり、第１部分ビーム及び第２部分ビームのＦ軸径は、それぞれ、上記レーザビームのＦ軸径と一致する。一方、上記合成光学系は、上記部分ビーム束の各断面（ＨＨ’断面）において、（１）上記部分ビーム束を構成する第１部分ビーム及び第２部分ビームのＳ軸が第１空間軸（ｙ軸）と平行になり、（２）上記部分ビーム束を構成する第１部分ビームのビーム断面の第１空間軸への射影全体と上記部分ビーム束を構成する第２部分ビームのビーム断面の第１空間軸への射影全体とが互いに過不足なく重なり合うように、上記部分ビーム群を空間合成する。このため、上記部分ビーム束のＳ軸径は、第１部分ビーム及び第２部分ビームのＳ軸径に一致し、上記レーザビームのＳ軸径の１／２になる。

このような導光装置を用いることによって、レーザダイオードＬＤから出力されたレーザビームを、Ｓ軸径がこのレーザビームのＳ軸径よりも小さい部分ビーム束に変換することができる。このため、レーザダイオードＬＤと光ファイバＯＦとの結合効率を低下させることなく、レーザダイオードＬＤのエミッタ幅を広げることができる。これにより、ＬＤモジュール４の結合効率を低下させることなく、ＬＤモジュール４の信頼性を向上させることができる。

特に、本実施形態に係るＬＤモジュール４が備える導光装置は、レーザダイオードＬＤから出力されたレーザビームを、Ｓ軸径がこのレーザビームのＳ軸径の１／２となる部分ビーム束に変換することができる。このため、レーザダイオードＬＤと光ファイバＯＦとの結合効率を低下させることなく、レーザダイオードＬＤのエミッタ幅を２倍に広げることがでる。これにより、ＬＤモジュール４の結合効率を低下させることなく、ＬＤモジュール４の信頼性を飛躍的に向上させることができる。

〔第５の実施形態〕
本発明の第５の実施形態に係るＬＤモジュール５について、図９及び図１０を参照して説明する。図９は、ＬＤモジュール５の構成を示す平面図である。図１０は、ＬＤモジュール５の各部におけるレーザビーム、部分ビーム、又は部分ビーム束のビーム断面を示す断面図である。

ＬＤモジュール５は、第１の実施形態に係るＬＤモジュール１においてレーザダイオードＬＤ、コリメートレンズＣＬ１、分割ミラーＤＭ、及び第１反射ミラーＲＭ１を複数化したものである。すなわち、ＬＤモジュール５は、図９に示すように、複数のレーザダイオードＬＤａ〜ＬＤｃ、同数のコリメートレンズＣＬ１ａ〜ＣＬ１ｃ、同数の分割ミラーＤＭａ〜ＤＭｃ、同数の第１反射ミラーＲＭ１ａ〜ＲＭ１ｃ、第２反射ミラーＲＭ２、偏波回転素子ＰＲＥ、偏波ビームコンバイナＰＢＣ、集光レンズＣＬ２、及び光ファイバＯＦを備えている。なお、レーザダイオードＬＤａ〜ＬＤｃの個数は、図９において３としているが、２以上の任意の自然数であり得る。

ＬＤモジュール５において、コリメートレンズＣＬ１ａ、分割ミラーＤＭａ、第１反射ミラーＲＭ１ａ、第２反射ミラーＲＭ２、偏波回転素子ＰＲＥ、偏波ビームコンバイナＰＢＣ、及び集光レンズＣＬ２により構成される第１の導光装置は、第１の実施形態に係るＬＤモジュール１の導光装置と同様、第１のレーザダイオードＬＤａから出力されたレーザ光を光ファイバＯＦに導く機能を担う。

また、ＬＤモジュール５において、コリメートレンズＣＬ１ｂ、分割ミラーＤＭｂ、第１反射ミラーＲＭ１ｂ、第２反射ミラーＲＭ２、偏波回転素子ＰＲＥ、偏波ビームコンバイナＰＢＣ、及び集光レンズＣＬ２により構成される第２の導光装置は、第１の実施形態に係るＬＤモジュール１の導光装置と同様、第２のレーザダイオードＬＤｂから出力されたレーザ光を光ファイバＯＦに導く機能を担う。

また、ＬＤモジュール５において、コリメートレンズＣＬ１ｃ、分割ミラーＤＭｃ、第１反射ミラーＲＭ１ｃ、第２反射ミラーＲＭ２、偏波回転素子ＰＲＥ、偏波ビームコンバイナＰＢＣ、及び集光レンズＣＬ２により構成される第３の導光装置は、第１の実施形態に係るＬＤモジュール１の導光装置と同様、第３のレーザダイオードＬＤｃから出力されたレーザ光を光ファイバＯＦに導く機能を担う。

なお、ＬＤモジュール５においては、レーザダイオードＬＤａ〜ＬＤｃの位置をｙ軸方向に異ならせている。これにより、各レーザダイオードＬＤａ〜ＬＤｃから出力されたレーザビームは、互いに干渉することなく光ファイバＯＦに導かれる。

〔第６の実施形態〕
本発明の第６の実施形態に係るＬＤモジュール６について、図１１及び図１２を参照して説明する。図１１は、ＬＤモジュール６の構成を示す平面図である。図１２は、ＬＤモジュール６の各部におけるレーザビーム、部分ビーム、又は部分ビーム束のビーム断面を示す断面図である。

ＬＤモジュール６は、第５の実施形態に係るＬＤモジュール５において、分割ミラーＤＭａ〜ＤＭｃを第１二連反射ミラーＤＲＭ１ａ〜ＤＲＭ１ｃに置き換えると共に、第１反射ミラーＲＭ１ａ〜ＲＭ１ｃを第２二連反射ミラーＤＲＭ２ａ〜ＤＲＭ２ｃに置き換えたものである。すなわち、ＬＤモジュール６は、図１１に示すように、複数のレーザダイオードＬＤａ〜ＬＤｃ、同数のコリメートレンズＣＬ１ａ〜ＣＬ１ｃ、同数の第１二連反射ミラーＤＲＭ１ａ〜ＤＲＭ１ｃ、同数の第２二連反射ミラーＤＲＭ２ａ〜ＤＲＭ２ｃ、第２反射ミラーＲＭ２、偏波回転素子ＰＲＥ、偏波ビームコンバイナＰＢＣ、集光レンズＣＬ２、及び光ファイバＯＦを備えている。なお、レーザダイオードＬＤａ〜ＬＤｃの個数は、図１１において３としているが、２以上の任意の自然数であり得る。

ＬＤモジュール６において、コリメートレンズＣＬ１ａ、第１二連反射ミラーＤＲＭ１ａ、第２二連反射ミラーＤＲＭ２ａ、第２反射ミラーＲＭ２、偏波回転素子ＰＲＥ、偏波ビームコンバイナＰＢＣ、及び集光レンズＣＬ２により構成される第１の導光装置は、第５の実施形態に係るＬＤモジュール５の第１の導光装置と同様、第１のレーザダイオードＬＤａから出力されたレーザ光を光ファイバＯＦに導く機能を担う。ただし、第１二連反射ミラーＤＲＭ１ａ及び第２二連反射ミラーＤＲＭ２ａは、部分ビームのビーム断面を９０°回転させる機能を有しているので、部分ビームのＳ軸は、ｙ軸と平行になる。

また、ＬＤモジュール６において、コリメートレンズＣＬ１ｂ、第１二連反射ミラーＤＲＭ１ｂ、第２二連反射ミラーＤＲＭ２ｂ、第２反射ミラーＲＭ２、偏波回転素子ＰＲＥ、偏波ビームコンバイナＰＢＣ、及び集光レンズＣＬ２により構成される第２の導光装置は、第５の実施形態に係るＬＤモジュール５の第２の導光装置と同様、第２のレーザダイオードＬＤｂから出力されたレーザ光を光ファイバＯＦに導く機能を担う。ただし、第１二連反射ミラーＤＲＭ１ｂ及び第２二連反射ミラーＤＲＭ２ｂは、部分ビームのビーム断面を９０°回転させる機能を有しているので、部分ビームのＳ軸は、ｙ軸と平行になる。

また、ＬＤモジュール６において、コリメートレンズＣＬ１ｃ、第１二連反射ミラーＤＲＭ１ｃ、第２二連反射ミラーＤＲＭ２ｃ、第２反射ミラーＲＭ２、偏波回転素子ＰＲＥ、偏波ビームコンバイナＰＢＣ、及び集光レンズＣＬ２により構成される第３の導光装置は、第５の実施形態に係るＬＤモジュール５の第３の導光装置と同様、第３のレーザダイオードＬＤｃから出力されたレーザ光を光ファイバＯＦに導く機能を担う。ただし、第１二連反射ミラーＤＲＭ１ｃ及び第２二連反射ミラーＤＲＭ２ｃは、部分ビームのビーム断面を９０°回転させる機能を有しているので、部分ビームのＳ軸は、ｙ軸と平行になる。

なお、ＬＤモジュール６においては、第１二連反射ミラーＤＲＭ１ａ〜ＤＲＭ１ｃの位置をｚ軸方向に異ならせると共に、第２二連反射ミラーＤＲＭ２ａ〜ＤＲＭ２ｃの位置をｚ軸方向に異ならせている。これにより、各レーザダイオードＬＤａ〜ＬＤｃから出力されたレーザビームは、互いに干渉することなく光ファイバＯＦに導かれる。

〔付記事項〕
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１〜６ ＬＤモジュール
ＬＤ レーザダイオード
ＣＬ１ コリメートレンズ
ＤＭ 分割ミラー
ＲＭ１ 第１反射ミラー
ＲＭ２ 第２反射ミラー
ＰＲＥ 偏波回転素子
ＰＢＣ 偏波ビームコンバイナ
ＣＬ２ 集光レンズ
ＯＦ 光ファイバ

Claims (10)

1. レーザダイオードから出力されたレーザビームを分割することによって、進行方向の異なる複数の部分ビームからなる部分ビーム群を生成する分割光学系と、
   上記部分ビーム群を合成することによって、Ｓ軸が特定の空間軸に平行な複数の部分ビームからなる部分ビーム束を生成する合成光学系と、を備え、
   上記部分ビーム束のＳ軸径は、前記レーザビームのＳ軸径よりも小さく、
   上記合成光学系は、上記複数の部分ビームの光路長が一致するように構成されている、
   ことを特徴とする導光装置。
2. 上記分割光学系は、上記レーザビームを、該レーザビームのＦ軸と平行な分割線で分割し、
   上記合成光学系は、上記部分ビーム束の各断面において、上記部分ビーム束を構成する各部分ビームのビーム断面の上記特定の空間軸への射影の少なくとも一部と上記部分ビーム束を構成する他の部分ビームのビーム断面の上記特定の空間軸への射影の少なくとも一部とが互いに重なり合うように、上記部分ビーム群を合成する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の導光装置。
3. 上記合成光学系は、上記部分ビーム束の各断面において、上記部分ビーム束を構成する各部分ビームのビーム断面の少なくとも一部と上記部分ビーム束を構成する他の部分ビームのビーム断面の少なくとも一部とが互いに重なり合うように、上記部分ビーム群を偏波合成又は波長合成する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の導光装置。
4. 上記合成光学系は、上記複数の部分ビームを空間合成する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の導光装置。
5. 上記分割光学系は、上記レーザビームをｎ（ｎは２以上の自然数）分割することによって、ｎ個の部分ビームを生成し、
   上記合成光学系は、上記ｎ個の部分ビームを合成することによって、Ｓ軸径が上記レーザビームのＳ軸径の１／ｎとなる部分ビーム束を生成する、
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の導光装置。
6. レーザダイオードから出力されたレーザビームを該レーザビームのＦ軸と平行な分割線で分割することによって、進行方向の異なる複数の部分ビームからなる部分ビーム群を生成する分割光学系と、
   上記部分ビーム群を合成することによって、Ｓ軸が特定の空間軸に平行な複数の部分ビームからなる部分ビーム束を生成する合成光学系と、を備え、
   上記部分ビーム束のＳ軸径は、前記レーザビームのＳ軸径よりも小さく、
   上記合成光学系は、上記部分ビーム束の各断面において、上記部分ビーム束を構成する各部分ビームのビーム断面の上記特定の空間軸への射影の少なくとも一部と上記部分ビーム束を構成する他の部分ビームのビーム断面の上記特定の空間軸への射影の少なくとも一部とが互いに重なり合うように、かつ、上記部分ビーム束を構成する各部分ビームのビーム断面と上記部分ビーム束を構成する他の部分ビームのビーム断面とが互いに重なり合わないように、上記部分ビーム群を空間合成する、
   ことを特徴とする導光装置。
7. 請求項１〜６の何れか１項に記載の導光装置と、上記レーザダイオードと、光ファイバとを備えており、
   上記導光装置は、上記レーザダイオードから出力されたレーザビームを上記光ファイバに導光する、
   ことを特徴とするＬＤモジュール。
8. 上記レーザダイオードのエミッタ幅は、上記光ファイバのコア径よりも大きい、
   ことを特徴とする請求項７に記載のＬＤモジュール。
9. レーザダイオードから出力されたレーザビームを分割することによって、進行方向の異なる複数の部分ビームからなる部分ビーム群を生成する分割工程と、
   合成光学系を用いて上記部分ビーム群を合成することによって、Ｓ軸が特定の空間軸に平行な複数の部分ビームからなる部分ビーム束を生成する合成工程と、を含み、
   上記部分ビーム束のＳ軸径は、前記レーザビームのＳ軸径よりも小さく、
   上記合成光学系は、上記複数の部分ビームの光路長が一致するように構成されている、
   ことを特徴とする導光方法。
10. レーザダイオードから出力されたレーザビームを分割することによって、進行方向の異なる複数の部分ビームからなる部分ビーム群を生成する分割工程と、
    合成光学系を用いて上記部分ビーム群を合成することによって、Ｓ軸が特定の空間軸に平行な複数の部分ビームからなる部分ビーム束を生成する合成工程と、を含み、
    上記部分ビーム束のＳ軸径は、前記レーザビームのＳ軸径よりも小さく、
    上記合成光学系は、上記部分ビーム束の各断面において、上記部分ビーム束を構成する各部分ビームのビーム断面の上記特定の空間軸への射影の少なくとも一部と上記部分ビーム束を構成する他の部分ビームのビーム断面の上記特定の空間軸への射影の少なくとも一部とが互いに重なり合うように、かつ、上記部分ビーム束を構成する各部分ビームのビーム断面と上記部分ビーム束を構成する他の部分ビームのビーム断面とが互いに重なり合わないように、上記部分ビーム群を空間合成する、
    ことを特徴とする導光方法。

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