WO2017026358A1 - 波長ロックされたビーム結合型半導体レーザ光源 - Google Patents
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- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/14—External cavity lasers
Definitions
- the present invention relates to a beam-coupled semiconductor laser light source that collects laser beams from a plurality of semiconductor lasers and couples them to an optical fiber.
- the present invention relates to a wavelength locking method for a semiconductor laser.
- the present invention relates to a high-power semiconductor laser.
- the present invention relates to an excitation light source for a solid-state laser and a fiber laser.
- the present invention relates to a wavelength multiplexing technique.
- the present invention relates to a method of generating high-power laser light using wavelength multiplexing.
- Patent Document 1 laser light from a semiconductor laser array is used as an optical fiber by using an element that rotates a fast axis (FA) and a slow axis (SA) of a semiconductor laser.
- a technique for combining is disclosed.
- a technique is disclosed in which laser beams from two semiconductor laser arrays are coupled to a single optical fiber using a half-wave phase plate (polarization converter) and a polarization beam combiner.
- Patent Document 2 discloses a method of laminating a plurality of semiconductor laser arrays and introducing laser light from the plurality of semiconductor laser arrays into an end face of a solid laser rod using a cylindrical lens.
- an external resonator type semiconductor laser is configured by combining an element that rotates a fast axis (FA) and a slow axis (SA) of a semiconductor laser and a semiconductor laser array.
- a technique is disclosed.
- Patent Document 4 discloses a method of configuring an external resonator type semiconductor laser using a semiconductor laser array and an inclined reflecting mirror.
- Patent Document 5 discloses a technique of coupling laser light to an optical fiber by using a plurality of reflecting mirrors provided on a step-shaped mount to bring laser light from a plurality of semiconductor lasers close to each other. .
- Patent Document 6 discloses a method of rotating a fast axis (FA) and a slow axis (SA: Slow Axis) of a laser beam of a semiconductor laser by using a step-like reflector array.
- Patent Document 7 discloses a technique in which laser beams from a plurality of semiconductor lasers are brought close to each other by providing a plurality of semiconductor lasers on a step-shaped mount.
- Patent Document 8 discloses a method in which two rows of light sources composed of a plurality of semiconductor lasers are provided and light from the two rows of light sources is coupled to one optical fiber by polarization coupling using a phase plate.
- Patent Document 9 discloses a method of performing wavelength locking using a volume Bragg diffraction grating.
- Patent Document 10 discloses an external resonator type semiconductor laser using an interference filter. Also disclosed is a method for changing the oscillation wavelength of an external cavity semiconductor laser by changing the angle of the interference filter.
- Patent Document 11 discloses the structure of a three-port device using a dielectric multilayer filter. Also disclosed is a technique for configuring a wavelength multiplexer by connecting three port devices in tandem.
- Patent Document 12 discloses a technique of forming a wavelength multiplexer by adhering a dielectric multilayer filter to transparent flat glass.
- Non-Patent Document 1 discloses the structure and characteristics of a dielectric multilayer filter.
- Non-Patent Document 2 discloses a technique for obtaining a high-power laser beam by combining laser beams from a fiber laser using a diffraction grating.
- wavelength locking is often performed using a volume Bragg diffraction grating.
- the volume Bragg diffraction grating reflects about 10% of light having a wavelength to be locked, and returns the reflected light to the semiconductor laser, and transmits light of other wavelengths. For this reason, the laser oscillation light may include light other than the lock wavelength, and unlock may occur.
- a beam-coupled semiconductor laser light source includes a plurality of semiconductor laser chips, a fast axis cylindrical collimator corresponding to the semiconductor laser chip, an imaging optical system, and a multimode optical fiber. Is further provided with a band-pass type dielectric multilayer filter and a partial reflecting mirror.
- the band-pass type dielectric multilayer filter transmits only light of a specific wavelength
- the output light is limited to the wavelength of the transmission band of the dielectric multilayer filter. For this reason, laser oscillation can be reliably locked in a narrow band.
- FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a beam-coupled semiconductor laser light source 10 according to a first embodiment of the present invention. It is the schematic which shows the structure of the dielectric multilayer filter 4 , and its characteristic. It is the schematic which shows another structure of the dielectric multilayer filter 4 , and its characteristic. It is the schematic which shows the beam combination type
- FIG. 1 shows the configuration of a beam-coupled semiconductor laser light source 10 according to the first embodiment of the present invention.
- FIG. 1A is a view of the beam-coupled semiconductor laser light source 10 as viewed from the upper surface side.
- FIG. 1B is a side view of the beam-coupled semiconductor laser light source 10 .
- FIG. 1B corresponds to a view seen from the direction of arrow A in FIG.
- a beam-coupled semiconductor laser light source 10 includes a plurality of semiconductor laser chips 1, a plurality of fast axis (FA) direction cylindrical collimators 2, one slow axis (SA) direction cylindrical collimator 3, and one A dielectric multilayer filter 4, one partial reflecting mirror 5, one FA direction imaging lens 6, one SA direction imaging lens 7, and one multimode optical fiber 8 are provided.
- the multimode optical fiber 8 is an optical fiber having a plurality of transverse modes.
- the FA direction imaging lens 6 and the SA direction imaging lens 7 are cylindrical lenses.
- An imaging optical system is formed by the FA direction imaging lens 6 and the SA direction imaging lens 7.
- Each semiconductor laser chip 1 is mounted on a submount 13.
- the plurality of submounts 13 are mounted on one mount 14 via insulating spacers 17.
- the multimode optical fiber 8 is attached to the mount 14 via an optical fiber support 9.
- the semiconductor laser chip 1 is, as one example, a gallium arsenide (GaAs) based semiconductor laser. As an example, the oscillation wavelength is in the 900 nm band.
- the semiconductor laser chip 1 includes a stripe 12. The stripe 12 is wide, and the transverse mode in the SA direction is multimode. The width of the stripe 12 is not particularly limited, and is 100 ⁇ m as an example.
- the semiconductor laser chip 1 is a so-called broad area laser.
- the submount 13 is made of a material having a thermal expansion coefficient substantially the same as that of GaAs and having good thermal conductivity.
- a material of the submount 13 for example, copper tungsten alloy (CuW), diamond particle-dispersed copper, or the like can be raised.
- the insulating spacer 17 is made of aluminum nitride (AlN).
- AlN aluminum nitride
- an insulating material thin film such as silicon nitride (Si3N4) may be formed on the submount 13 by vacuum deposition, sputtering, chemical vapor deposition, or the like.
- the laser beam 15 from the semiconductor laser chip 1 is converted into parallel light with respect to the FA direction by the FA direction cylindrical collimator 2.
- the laser light 15 from the semiconductor laser chip 1 is converted into parallel light with respect to the SA direction by the SA direction cylindrical collimator 3.
- the light converted into parallel light enters the dielectric multilayer filter 4.
- the spectral characteristics of the dielectric multilayer filter change depending on the angle of incident light. However, since parallel light is incident on the dielectric multilayer filter 4, the spectral characteristics of the dielectric multilayer filter 4 are stabilized.
- the laser beam 15 from the semiconductor laser chip 1 has a small spread angle in the SA direction. For this reason, the SA-direction cylindrical collimator 3 can be omitted depending on the design of the optical system. However, in order to obtain high performance, it is preferable to provide the SA direction cylindrical collimator 3.
- the dielectric multilayer filter 4 is fixed to the mount 14 at an angle ⁇ 1.
- the angle ⁇ 1 is selected so as not to be perpendicular to the laser light 15 converted into parallel light. Only a specific wavelength of the laser beam 15 is transmitted by the dielectric multilayer filter 4. Light of other wavelengths becomes reflected light 16 and is emitted out of the incident optical path of the laser light 15 with respect to the dielectric multilayer filter 4.
- the laser beam 15 that has passed through the dielectric multilayer filter 4 is partially reflected by the partial reflection mirror 5, and passes through the dielectric multilayer filter 4, the SA-direction cylindrical collimator 3, and the FA-direction cylindrical collimator 2, and the semiconductor laser chip 1.
- the end face 11 of the semiconductor laser chip 1 and the partial reflecting mirror 5 form a Fabry-Perot resonator.
- This configuration is a so-called external cavity type semiconductor laser, and wavelength locking occurs due to the wavelength selectivity of the dielectric multilayer filter 4. For this reason, the laser beam 15 has a specific wavelength (transmission wavelength of the dielectric multilayer filter 4).
- the wavelength-locked laser beam 15 is coupled to the multimode optical fiber 8 by the FA direction imaging lens 6 and the SA direction imaging lens 7.
- An imaging optical system using one spherical imaging lens instead of the FA direction imaging lens 6 and the SA direction imaging lens 7 can be formed.
- FIG. 2A shows the configuration of the dielectric multilayer filter 4 .
- the dielectric multilayer filter 4 is provided with one cavity 26 on the transparent substrate 20.
- the cavity 26 has a structure in which a spacer layer 23 is sandwiched between two dielectric multilayer reflective layers 24 and 25.
- Such a structure and the filter characteristics of this structure are disclosed in detail in Non-Patent Document 1.
- the dielectric multilayer reflective layers 24 and 25 have a structure in which a low refractive index layer 21 having a thickness of ⁇ / 4 and a high refractive index layer 22 having a thickness of ⁇ / 4 are alternately stacked with respect to a certain wavelength ⁇ . is doing.
- the spacer layer 23 is composed of a low refractive index layer or a high refractive index layer having a thickness of n ⁇ / 2.
- n is a natural number (a positive integer).
- the dielectric multilayer filter 4 is a band-pass filter that transmits only a specific wavelength band and reflects other wavelengths. That is, only a specific wavelength band in the incident light 30 is transmitted as transmitted light 31, and light of other wavelengths is reflected as reflected light 32.
- the dielectric multilayer filter 4 is a so-called band pass filter.
- FIG. 2B shows the transmittance versus wavelength characteristic of the dielectric multilayer filter 4 .
- the X axis is the wavelength and the Y axis is the transmittance.
- the dielectric multilayer filter 4 has a stop band 27, and has a narrow bandwidth transmission peak 28 in the stop band 27.
- the transmission peak wavelength is shifted to the short wavelength side, for example, a transmission peak 29 shown in FIG. 2B.
- the wavelength transmitted through the dielectric multilayer filter 4 can be changed by changing the fixed angle ⁇ 1 shown in FIG.
- a product family of beam-coupled semiconductor laser light sources 10 having different lock wavelengths can be configured.
- the lock wavelength can be adjusted to 885 nm or 880 nm using the same dielectric multilayer filter 4.
- the wavelength can be adjusted easily.
- This configuration has an advantage that the dielectric multilayer filter 4 which is a key part can be shared.
- the fixed angle ⁇ 1 can be rephrased as an inclination angle based on a direction perpendicular to the traveling direction of the laser beam 15.
- the reason why the dielectric multilayer filter 4 is inclined with respect to the direction perpendicular to the traveling direction of the laser beam 15 is to prevent the reflected light from the dielectric multilayer filter 4 from returning to the semiconductor laser chip 1. is there.
- the dielectric multilayer filter 4 reflects light other than the transmitted light, if the dielectric multilayer filter 4 is mounted perpendicularly to the mount 14, the reflected light returns to the semiconductor laser chip 1 and is appropriate. Wavelength lock cannot be performed.
- the transmission wavelength of the dielectric multilayer filter 4 is determined by the thickness of the spacer layer 23. Therefore, when a material having a low thermal expansion coefficient and a small temperature change in refractive index is used as the material of the spacer layer 23, the transmission wavelength of the dielectric multilayer filter 4 becomes stable. As a result, the lock wavelength of the beam-coupled semiconductor laser light source 10 is stabilized.
- silicon oxide SiO 2
- SiO 2 silicon oxide
- the beam-coupled semiconductor laser light source 10 with a stable lock wavelength can be realized.
- FIG. 3A shows the configuration of the dielectric multilayer filter 4 when n is a larger natural number.
- the cavity 34 includes a spacer layer 33 instead of the spacer 23.
- the spacer layer 33 is thicker than the spacer layer 23 and has an order of n ⁇ 2.
- FIG. 3B shows the characteristics of the dielectric multilayer filter 4 configured as shown in FIG. A plurality of transmission peaks 35 occur in the stop band 27. Further, the transmission bandwidth of the transmission peak 35 is narrower than that of the transmission peak 28.
- the oscillation wavelength of the laser light 15 can be locked in a narrower band.
- a semiconductor laser chip having different oscillation bands as the semiconductor laser chip 1, a specific peak can be selected from the plurality of transmission peaks 35. Therefore, the beam-coupled semiconductor laser light source 10 having different lock wavelengths can be realized by using the dielectric multilayer filter 4 having the same configuration.
- the beam-coupled semiconductor laser light source 10 of this embodiment can be used as an excitation light source for a solid-state laser. It is particularly suitable for a fiber laser excitation light source. Moreover, it is suitable for an excitation light source for end face excitation of a rod-shaped solid-state laser. Further, it can be used for laser processing using a semiconductor laser beam coupled to an optical fiber.
- FIG. 4 shows a beam-coupled semiconductor laser light source 40 according to the second embodiment of the present invention.
- This embodiment is a modification of the beam-coupled semiconductor laser light source 10 .
- the beam-coupled semiconductor laser light source 40 is different from the beam-coupled semiconductor laser light source 10 in that the tilt direction of the dielectric multilayer filter 4 is changed.
- the dielectric multilayer filter 4 is inclined by a fixed angle ⁇ 2 in the component mounting surface direction of the mount 14.
- This fixed angle ⁇ 2 is an inclination angle with reference to a direction perpendicular to the traveling direction of the laser beam 15.
- the beam-coupled semiconductor laser light source 40 it is possible to prevent the reflected light from the dielectric multi-thin film filter 4 from being fed back to the semiconductor laser chip 1, so that a desired wavelength lock can be realized.
- the wavelength at which the laser beam 15 is locked can be changed by changing the fixed angle ⁇ 2.
- FIG. 5 shows the configuration of a beam-coupled semiconductor laser light source 50 according to the third embodiment of the present invention.
- This embodiment is a modification of the beam-coupled semiconductor laser light source 10 .
- the beam-coupled semiconductor laser light source 50 is different from the beam-coupled semiconductor laser light source 10 in that a volume Bragg diffraction grating 51 is provided in place of the dielectric multilayer filter 4 and the partial reflector 5.
- the volume Bragg diffraction grating 51 has a structure in which a low refractive index layer having a thickness of ⁇ / 4 and a high refractive index layer having a thickness of ⁇ / 4 are alternately stacked with respect to a certain wavelength ⁇ .
- the number of stacked layers is very large.
- This element is manufactured by performing interference exposure on glass having a characteristic that the refractive index changes by ultraviolet irradiation.
- the present embodiment has an advantage that a simple configuration can be realized because fewer optical elements are required for wavelength locking. However, the locking wavelength cannot be changed by changing the fixed angle as in the case of the diffraction grating 4.
- FIG. 6 shows the configuration of a beam-coupled semiconductor laser light source 60 according to the fourth embodiment of the present invention.
- the beam-coupled semiconductor laser light source 60 includes two laser beam groups 61 and 62, one half-wave phase plate (polarization converter) 63, one polarization beam combiner 64, one dielectric multilayer filter 4, one One partial reflection mirror 5, one FA direction imaging lens 6, one SA direction imaging lens 7, and one multimode optical fiber 8 are provided.
- Each of the laser beam groups 61 and 62 includes a plurality of semiconductor laser chips 1, a plurality of FA direction cylindrical collimators 2, and a single SA direction cylindrical collimator 3.
- the polarization direction of the laser light from the laser beam group 62 is converted by a half-wave phase plate (polarization converter) 63 and guided to the polarization beam combiner 64.
- the laser beam from the laser beam group 61 and the laser beam from the laser beam group 62 are combined by the polarization beam combiner 64.
- the laser light from the polarization beam combiner 64 is wavelength-locked by the dielectric multilayer filter 4 and the partial reflection mirror 5.
- the principle of this wavelength lock is as described in the first embodiment.
- the laser light from the partial reflection mirror 5 is coupled to the multimode optical fiber 8 by the FA direction imaging lens 6 and the SA direction imaging lens 7.
- the laser light from the two laser beam groups is coupled to the multimode optical fiber 8 by the polarization beam combiner 64. It can be increased approximately twice.
- the arrangement of the dielectric multilayer filter 4 and the partial reflection mirror 5 as shown in FIG. 2 can be used. Also in the beam-coupled semiconductor laser light source 60 , as shown in FIG. 3, a volume Bragg diffraction grating 51 can be used instead of the dielectric multilayer filter 4 and the partial reflection mirror 5.
- FIG. 7 shows the configuration of a beam-coupled semiconductor laser light source 70 according to the fifth embodiment of the present invention. This embodiment is a modification of the beam-coupled semiconductor laser light source 10 .
- FIG. 7A is a view of the beam-coupled semiconductor laser light source 70 as seen from the upper surface side.
- FIG. 7B is a side view of the beam-coupled semiconductor laser light source 70 .
- FIG. 7C shows a laser beam profile in the section XX ′ in FIG.
- FIG. 7D shows a laser beam profile in the YY ′ cross section in FIG.
- the beam-coupled semiconductor laser light source 70 includes a semiconductor laser array chip 71, an FA-direction cylindrical collimator 72, and an optical path conversion element 73 instead of the semiconductor laser chip 1 and the FA-direction cylindrical collimator 3.
- the semiconductor laser array chip 71 is attached to the submount 74.
- a plurality of submounts 74 are mounted on one mount 14 via insulating spacers 75.
- the laser light from the semiconductor laser array chip 71 is converted into parallel light by the FA direction cylindrical collimator 72.
- the laser beam that has passed through the FA-direction cylindrical collimator 72 has a laser beam profile as shown in FIG.
- the optical path conversion element 73 has a function of rotating the angle of each laser beam by 90 °.
- the optical path conversion element 73 converts the laser beam profile as shown in FIG. 7C into a laser beam profile as shown in FIG.
- the optical path conversion element 73 can be constructed by the technique disclosed in Patent Document 1.
- the laser light from the optical path conversion element 73 is wavelength-locked by the dielectric multilayer filter 4 and the partial reflection mirror 5.
- the wavelength-locked laser beam is coupled to the multimode optical fiber 8 by the FA direction imaging lens 6 and the SA direction imaging lens 7.
- the beam-coupled semiconductor laser light source 70 does not mount a large number of individual semiconductor laser chips 1 but uses a single semiconductor laser array chip 71 to package them. There is an advantage that manufacture becomes easy.
- the beam-coupled semiconductor laser light source 10 has an advantage that the optical path conversion element 73 is not required as compared with the beam-coupled semiconductor laser light source 70 .
- the optical path conversion element 73 has a drawback that it causes a loss of light amount upon optical path conversion or restricts an effective aperture ratio. Such a problem does not occur in the beam-coupled semiconductor laser light source 10 .
- the configuration shown in FIG. 4 can be applied to the beam-coupled semiconductor laser light source 70 . That is, the dielectric multilayer filter 4 can be mounted at a fixed angle ⁇ 2.
- a volume Bragg diffraction grating 51 can be provided instead of the dielectric multilayer filter 4 and the partial reflection mirror 5.
- FIG. 8 shows the configuration of a beam-coupled semiconductor laser light source 80 according to the sixth embodiment of the present invention.
- This embodiment is a modification of the beam-coupled semiconductor laser light source 60 shown in FIG.
- the beam-coupled semiconductor laser light source 80 is different from the beam-coupled semiconductor laser light source 60 in that laser beam groups 81 and 82 are provided instead of the laser beam groups 61 and 62.
- Each of the laser beam groups 81 and 82 includes a semiconductor laser array chip 71, an FA direction cylindrical collimator 72, and an optical path conversion element 73.
- the configuration of the laser beam groups 81 and 82 conforms to the configuration of the beam-coupled semiconductor laser light source 70 shown in FIG.
- the configuration of the beam-coupled semiconductor laser light source 80 is a combination of the configuration of the beam-coupled semiconductor laser light source 60 and the configuration of the beam-coupled semiconductor laser light source 70 .
- the laser light from the two laser beam groups is coupled to the multimode optical fiber 8 by the polarization beam combiner 64. It can be increased approximately twice.
- the beam-coupled semiconductor laser light source 80 is manufactured not by mounting a large number of individual semiconductor laser chips 1 but by using a semiconductor laser array chip 71 in a lump. There is an advantage that it becomes easy.
- the configuration shown in FIG. 4 can be applied to the beam-coupled semiconductor laser light source 80 . That is, the dielectric multilayer filter 4 can be mounted at a fixed angle ⁇ 2.
- a volume Bragg diffraction grating 51 can be provided in place of the dielectric multilayer filter 4 and the partial reflection mirror 5.
- FIG. 9 and 10 show the configuration of a beam-coupled semiconductor laser light source 90 according to the seventh embodiment of the present invention.
- FIG. 9 is a top view of the beam-coupled semiconductor laser light source 90 .
- FIG. 10 is a side view of the beam-coupled semiconductor laser light source 90 .
- This embodiment is a modification of the beam-coupled semiconductor laser light source 60 shown in FIG.
- the beam-coupled semiconductor laser light source 90 includes laser beam groups 91 and 92 in place of the laser beam groups 61 and 62.
- the mount 95 has a platform-like structure, and includes platforms 96, 97, and 98.
- the semiconductor laser chip 1 is attached to the submount 93.
- a plurality of submounts 93 are mounted on one mount 95 via insulating spacers 94, respectively.
- the laser light from the semiconductor laser chip 1 belonging to the laser beam group 91 is guided to the polarization beam combiner 64 through the FA direction cylindrical collimator 2, the SA direction cylindrical collimator 3, and the reflecting mirror 88.
- Laser light from the semiconductor laser chip 1 belonging to the laser beam group 92 passes through the FA direction cylindrical collimator 2, the SA direction cylindrical collimator 3, the reflecting mirror 88, the reflecting mirror 89, and the half-wavelength phase plate 63, and is combined with the polarized beam. Guided to instrument 64.
- the laser beam from the laser beam group 91 and the laser beam from the laser beam group 92 are combined by the polarization beam combiner 64. Since the polarization beam combiner 64 couples the laser beams from the laser beam groups 91 and 92 to the multimode optical fiber 8, the laser beam power coupled to the multimode optical fiber 8 can be increased approximately twice. .
- the method of combining a plurality of laser beams using the hoop-shaped mount 95 is based on the methods disclosed in Patent Documents 7 and 9.
- wavelength locking is performed using a volume Bragg diffraction grating.
- wavelength locking is performed by the dielectric multilayer filter 4 and the partial reflection mirror 5.
- the wavelength transmitted through the dielectric multilayer filter 4 can be changed by changing the fixed angle ⁇ 1 shown in FIG.
- a product family of beam-coupled semiconductor laser light sources 90 having different lock wavelengths can be configured.
- the beam-coupled semiconductor laser light source 90 is superior to the configuration of the prior art document 9.
- the arrangement of the dielectric multilayer filter 4 and the partial reflection mirror 5 as shown in FIG. 2 can be used.
- FIG. 11A shows the configuration of a wavelength-multiplexed beam-coupled semiconductor laser light source 100 according to the eighth embodiment of the present invention.
- the wavelength-multiplexed beam-coupled semiconductor laser light source 100 has a configuration that increases the intensity of laser light using a wavelength multiplexing technique.
- the beam-coupled semiconductor laser light source 100 can be used for laser processing by irradiating the workpiece 107 with the output laser beam 106.
- the application of the wavelength multiplexed beam coupled semiconductor laser light source 100 is not limited to laser processing.
- the wavelength multiplexed beam coupled semiconductor laser light source 100 includes a plurality of single wavelength beam coupled semiconductor laser light sources 101a, 101b, 101c, 101d, and a wavelength multiplexer 103 based on a dielectric multilayer filter.
- the single wavelength beam coupled semiconductor laser light sources 101 a, 101 b, 101 c, and 101 d are connected by a multimode optical fiber 102 of the wavelength multiplexer 103.
- Single-wavelength beam-coupled semiconductor laser light sources 101a, 101b, 101c, and 101d generate laser beams having wavelengths ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3, and ⁇ 4, respectively.
- the laser light wavelength-multiplexed by the wavelength multiplexer 103 is sent to the output port 105 through the multimode optical fiber 104.
- the laser beam 106 from the output port 105 is irradiated to the workpiece 107.
- the lock wavelengths of the plurality of single wavelength beam-coupled semiconductor laser light sources 101 are adjusted so as to oscillate laser beams having different wavelengths.
- FIG. 11B shows the configuration of the single wavelength beam-coupled semiconductor laser light source 101 .
- the single wavelength beam coupled semiconductor laser light source 101 includes a plurality of broad area type semiconductor laser chips 108, a spatial multiplexer 109, a wavelength lock mechanism 110, a polarization multiplexer 111, and a multimode optical fiber (output optical fiber). 102.
- the polarization multiplexer 111 is not an essential element and can be omitted.
- the spatial multiplexer 109 has a function of coupling laser beams from a plurality of semiconductor laser chips 108 to a single multimode optical fiber 102 using a spatial optical system.
- the wavelength lock mechanism has a function of fixing the laser oscillation wavelength of the broad area type semiconductor laser chip 108 to a specific wavelength.
- the polarization multiplexer 111 has a function of combining a plurality of laser beams using a polarization converter and polarization beam combination.
- Specific examples of the configuration of the single-wavelength beam-coupled semiconductor laser light source 101 include the above-described beam-coupled semiconductor laser light sources 10 , 40 , 50 , 60 , 70 , 80 , and 90 .
- a distributed feedback semiconductor laser (DFB laser) is often used as a light source. It is difficult for the DFB laser to increase the laser light output.
- the output laser beam 106 can be increased in output because the wavelength-locked broad area type semiconductor laser is used.
- laser light from a plurality of semiconductor laser chips 108 is used as a single multimode light by using a technique of spatial multiplexing and polarization multiplexing. Since it is coupled to the fiber, the output laser beam 106 can be increased in output.
- Laser beams of different wavelengths from a plurality of single wavelength beam coupled semiconductor laser light sources 101 are coupled to a multimode optical fiber 104 by a wavelength multiplexer 103.
- the wavelength multiplexer 103 is based on a dielectric multilayer filter, but other principles such as a diffraction grating can also be used.
- the wavelength multiplexer based on the dielectric multilayer filter used in this example has a feature that the insertion loss is smaller than a wavelength multiplexer constructed using a diffraction grating. For this reason, it is suitable for applications that require high-power laser light. In addition, there is an advantage that high energy efficiency can be obtained.
- FIG. 11C shows the configuration of the wavelength multiplexer 103 .
- the wavelength multiplexer 103 includes a plurality of three-port devices 113a, 113b, and 113c.
- the plurality of three-port devices 113 are connected in tandem to multiplex light of a plurality of wavelengths (for example, ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ 4).
- the wavelength multiplexer 103 can use an arbitrary number of wavelengths.
- the number of three-port devices 113 of the wavelength multiplexer 103 is one less than the number of wavelengths. Since the wavelength multiplexer 103 performs only multiplexing and not demultiplexing, it can be configured in this way.
- FIG. 12A shows the structure of the three-port device 113 .
- the three-port device 113 includes an optical fiber (reflection port) 114, an optical fiber (transmission port) 115, an optical fiber (common port) 116, a dielectric multilayer filter 117, a common lens 118, and a transmission port side lens 119. ing.
- the common lens 118 and the transmission port side lens 119 function as a collimating lens.
- the optical fibers 114, 115, and 116 are multimode optical fibers.
- the dielectric multilayer filter 117 transmits only light of a specific wavelength ⁇ 1, and reflects light of other wavelengths.
- the light 121 incident on the optical fiber (transmission port) 115 is light having this wavelength ⁇ 1.
- Light 121 from the optical fiber (transmission port) 115 is irradiated to the thin film filter 117 through the transmission port side lens 119.
- the transmitted light of wavelength ⁇ 1 is guided to the optical fiber (common port) 116 through the common lens 118.
- the light 120 incident on the optical fiber (reflection port) 114 is light of another wavelength ⁇ 2.
- the light 120 from the optical fiber (reflection port) 114 is applied to the thin film filter 117 through the common lens 118.
- the light 120 having the wavelength ⁇ 2 is reflected by the thin film filter 117 and guided to the optical fiber (common port) 116 through the common lens 118.
- the light 121 having the wavelength ⁇ 1 and the light 120 having the wavelength ⁇ 2 are combined and guided to the optical fiber (common port) 116 as the combined light 122.
- the angle formed between the normal line to the surface of the dielectric multilayer filter 117 and the light 121 is defined as ⁇ 3.
- the transmission wavelength ⁇ 1 of the dielectric multilayer filter 117 can be changed by changing this ⁇ 3.
- the transmission wavelength can be changed by changing the parameter of the layer structure of the dielectric multilayer filter 117.
- the aforementioned three-port devices 113a, 113b, and 113c are configured to transmit wavelengths ⁇ 1, ⁇ 2, and ⁇ 3, respectively.
- FIG. 12B shows the structure of the three-port device 130 having another structure.
- a coupling lens 131 is provided corresponding to the optical fiber (reflection port) 114, the optical fiber (transmission port) 115, and the optical fiber (common port) 116.
- lenses 131, 119, and 132 that function as collimators are provided in the optical fibers 114, 115, and 116, respectively. Further, the optical axes of the lenses 131, 119, and 132 are made to coincide with the optical axes of the cores of the optical fibers 114, 115, and 116. For this reason, even if the value of ⁇ 3 is increased, it is not affected by the aberration of the lens.
- FIG. 13A shows the configuration of the dielectric multilayer filter 117 .
- the dielectric multilayer filter 117 is provided with a plurality of cavities 26 on the transparent substrate 20.
- the plurality of cavities 26 are coupled through a coupling layer 133.
- the cavity 26 has the structure described in FIG.
- Such a multi-cavity dielectric multilayer filter and its characteristics are disclosed in detail in Non-Patent Document 1.
- FIG. 13B shows the transmittance versus wavelength characteristic of the dielectric multilayer filter 117 .
- the X axis is the wavelength and the Y axis is the transmittance.
- the dielectric multilayer filter 117 has a stop band 27, and a top flat transmission peak 134 in the stop band 27.
- the filter characteristic “cut off” is good.
- the transmission peak wavelength shifts to the short wavelength side, and becomes a transmission peak 135 shown in FIG. 13B, for example.
- the transmission peak wavelength of the dielectric multilayer filter 117 can be changed by changing ⁇ 3.
- three-port devices having different transmission wavelengths can be made using the dielectric multilayer filter 117 having the same laminated film structure.
- a three-port device having a large number of different transmission wavelengths can be made using a small number of types of dielectric multilayer filters 117 . Therefore, the key parts can be shared.
- ⁇ 3 can be changed in a wide range, so that a three-port device having a wider variety of transmission wavelengths can be made using the common dielectric multilayer filter 117. it can.
- FIG. 14 shows the configuration of the wavelength multiplexer 140 .
- the wavelength multiplexed beam coupled semiconductor laser light source according to the ninth embodiment of the present invention uses this wavelength multiplexer 140 in place of the wavelength multiplexer 103 in the wavelength multiplexed beam coupled semiconductor laser light source 100 .
- the wavelength multiplexer 140 includes a transparent substrate 141, dielectric multilayer filters 117a, 117b, and 117c, a plurality of lenses 131, and a plurality of multimode optical fibers 142.
- the principle of this wavelength multiplexer is as disclosed in Patent Document 12.
- the light reflected by the dielectric multilayer filter 117 is coupled to the optical fiber 116 by the lens 118. For this reason, a coupling loss to the optical fiber 116 occurs. Since the wavelength multiplexer 103 shown in FIG. 11C uses three three-port devices 113a, 113b, and 113c, such a loss occurs three times.
- the wavelength multiplexer 140 has a smaller insertion loss than the wavelength multiplexer 103 .
- the configuration using the wavelength multiplexer 140 has the advantages of high laser light output and high energy efficiency.
- FIG. 15 shows the configuration of a wavelength multiplexed beam coupled semiconductor laser light source 150 according to the tenth embodiment of the present invention.
- the wavelength multiplexed beam coupled semiconductor laser light source 150 is a modification of the wavelength multiplexed beam coupled semiconductor laser light source 100 .
- the wavelength multiplexed beam coupled semiconductor laser light source 150 includes a plurality of single wavelength beam coupled semiconductor laser light sources 101a, 101b, 101c, 101d, 101e, 101f, 101g, 101h, a wavelength multiplexer 103a, and a wavelength multiplexer 103b. And a wavelength multiplexer 151. Although the wavelength multiplexers 103a and 103b have the same structure as the wavelength multiplexer 103, the transmission wavelengths of the provided three port devices are different.
- the wavelength multiplexer 103 a and the wavelength multiplexer 151 are connected by a multimode optical fiber 152.
- the wavelength multiplexer 103 b and the wavelength multiplexer 151 are connected by a multimode optical fiber 153.
- the wavelength multiplexer 151 and the output port 105 are connected by a multimode optical fiber 154. That is, the wavelength multiplexer 103a, the wavelength multiplexer 103b, and the wavelength multiplexer 151 are connected in a tree shape.
- the light of the wavelengths ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3, and ⁇ 4 from the single wavelength beam coupled semiconductor laser light sources 101a, 101b, 101c, and 101d are multiplexed by the wavelength multiplexer 103a. Further, light of wavelengths ⁇ 5, ⁇ 6, ⁇ 7, and ⁇ 8 from the single wavelength beam coupled semiconductor laser light sources 101e, 101f, 101g, and 101h are multiplexed by the wavelength multiplexer 103b.
- the wavelength multiplexer 151 is a single three-port device, and has the same structure as the three-port device 113 shown in FIG. 12A or the three-port device 130 shown in FIG. .
- the wavelength multiplexer 151 includes a dielectric thin film filter having characteristics of transmitting wavelengths ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3, and ⁇ 4. Such a filter is known as a 4 skip 1 filter in optical fiber communication.
- the long multiplexer 151 multiplexes the light with wavelengths ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3, and ⁇ 4 from the wavelength multiplexer 140a and the light with wavelengths ⁇ 5, ⁇ 6, ⁇ 7, and ⁇ 8 from the wavelength multiplexer 103b.
- the eight wavelengths of light are combined and output from the output port 105 through the multimode optical fiber 154 and irradiated onto the workpiece 107.
- the wavelength multiplexer 103 shown in FIG. 11 is used for multiplexing light of eight wavelengths, seven three-port devices are required. The combined light is reflected up to seven times before being coupled to the output optical fiber.
- the light multiplexed by the wavelength multiplexer 103a is reflected three times at maximum. Thereafter, the light passes through the dielectric thin film filter of the wavelength multiplexer 151 once. In the wavelength multiplexer 103b, the combined light is reflected up to three times. Then, it is reflected once by the wavelength multiplexer 151. That is, it is reflected a total of four times.
- the configuration of the wavelength multiplexed beam coupled semiconductor laser light source 150 performs multiplexing with a smaller number of reflections compared to the case of using a wavelength multiplexer that simply combines light of eight wavelengths. For this reason, the advantage that a multiplexing loss becomes small arises.
- wavelength multiplexer 151 a wavelength multiplexer including three or more three-port devices may be used. In this case, light from a larger number of wavelength multiplexers 103 can be multiplexed. Further, a wavelength multiplexer 140 may be used instead of the wavelength multiplexer 103 . The wavelength multiplexer 140 can also be used as the wavelength multiplexer 151.
- the wavelength multiplexers are connected in a two-stage tree shape, but a tree-like connection having a larger number of stages may be used.
- a beam-coupled semiconductor laser light source In the beam-coupled semiconductor laser light source of Technical Feature 1, A beam-coupled semiconductor laser light source, wherein the imaging optical system comprises a fast-axis cylindrical imaging lens and a slow-axis cylindrical lens. (Characteristics of FIGS. 1 and 4) [Technical Feature 4] In the beam-coupled semiconductor laser light source of Technical Feature 1, A beam-coupled semiconductor laser light source characterized in that a product family that generates laser oscillation of different wavelengths is constructed by changing the mounting angle of the dielectric multilayer filter. (Regarding the features of FIG.
- the dielectric multilayer filter has a structure in which a spacer layer is sandwiched between two dielectric multilayer reflection layers, and the thickness of the spacer layer is n ⁇ / 2.
- ⁇ is the transmission wavelength of the dielectric multilayer filter
- n is a natural number.
- a beam-coupled semiconductor laser light source including a plurality of semiconductor laser chips, a fast-axis-direction cylindrical collimator corresponding to the semiconductor laser chip, an imaging lens, and a multimode optical fiber
- a beam-coupled semiconductor laser light source comprising a volume Bragg diffraction grating.
- Each laser beam group includes a plurality of semiconductor laser chips, a fast axis cylindrical collimator corresponding to the semiconductor laser chips, and a mount.
- the surface of the mount is flat A beam-coupled semiconductor laser light source, characterized in that the semiconductor laser chip is arranged with respect to the mount so that the fast axis of laser light emitted from the semiconductor laser chip is horizontal to the mount surface.
- a wavelength selection means is provided, The wavelength selecting means is provided at a position after the laser beam is polarization-coupled.
- the beam selection type semiconductor laser light source, wherein the wavelength selection means comprises a dielectric multilayer filter and a partial reflection mirror.
- a beam-coupled semiconductor laser light source characterized in that a wavelength selection means is provided between the optical path conversion element and the imaging optical system. (Regarding the features of FIG.
- Each laser beam group includes a semiconductor laser array chip, a fast axis cylindrical collimator, and an optical path conversion element.
- Each laser beam group includes a plurality of semiconductor laser chips, a fast-axis-direction cylindrical collimator corresponding to the semiconductor laser chips, wavelength selection means, and a step-shaped mount, A beam-coupled semiconductor laser light source, wherein a dielectric multilayer filter and a partial reflector are provided at a position after the laser beam is polarization-coupled.
- the beam-coupled semiconductor laser light source comprises a plurality of broad-area semiconductor laser chips, a spatial multiplexer, and a wavelength lock mechanism.
- the wavelength multiplexed beam coupled semiconductor laser light source, wherein the wavelength multiplexer includes a three-port device having three lenses. (About the features of FIG. 13) [Technical Feature 19] In the wavelength multiplexed beam-coupled semiconductor laser light source of Technical Feature 16, 2.
- the wavelength-multiplexed beam-coupled semiconductor laser light source wherein the wavelength multiplexer includes a dielectric multilayer filter in which a plurality of cavities are coupled by a coupling layer.
- the wavelength multiplexer includes a transparent substrate and a plurality of dielectric multilayer filters, and the dielectric multilayer filter is attached to the transparent substrate, and the light reflected by the dielectric multilayer filter is in the transparent substrate.
- Wavelength-multiplexed beam-coupled semiconductor laser light source characterized by propagating light.
- SYMBOLS 1 Semiconductor laser chip 1, 2 ... FA direction cylindrical collimator, 3 ... SA direction cylindrical collimator, 4 ... Dielectric multilayer filter, 5 ... Partial reflection mirror, 6 ... FA direction imaging lens, 7 ... SA direction imaging lens 8 ... multimode optical fiber, 9 ... optical fiber support, 10 ... beam-coupled semiconductor laser light source, 11 ... end face of semiconductor laser chip 1, 12 ... stripe, 13 ... submount, 14 ... mount, 15 ... laser light, 16 ... Reflected light, 17 ... Insulating spacer, 20 ... Transparent substrate, 23 ... Spacer layer, 24, 25 ... Dielectric multilayer reflective layer, 26 ... Cavity, 27 ... Stop band, 28 ...
- Beam-coupled semiconductor laser light source 81, 82 ... Laser beam group, 88, 89 ... Reflector, beam-coupled semiconductor laser light source ... 90 , 91, 92 ... Laser beam group, 93 ... Submount, 94 ... Insulating spacer, 95 ... Holly stage-shaped mount, 96, 97, 98 ... Tar, 100- length multiplexed beam-coupled semiconductor laser Light source, 101 , 101a, 101b, 101c, 101d ... Single wavelength beam coupled semiconductor laser light source, 102 ... Multimode optical fiber, 103, 103a, 103b ... Wavelength multiplexer, 104 ... Multimode optical fiber, 105 ...
- Output Port 106 106 Output laser light 107 Workpiece 108 Broad area type semiconductor laser chip 109 Spatial multiplexer 110 Wavelength lock mechanism 111 Polarization multiplexer 113 113a 113b 113c ... Three-port device, 114 ... Optical fiber (reflection port), 115 ... Optical fiber (transmission port), 116 ... Optical fiber (common port), 117 ... Dielectric multilayer filter, 118 ... Common lens, 119 ... Transmission port Side lens 120 ... light with wavelength ⁇ 2, 121 ... light with wavelength ⁇ 1, 122 ... Wave light, 130 ... three-port device, 131 ... coupling lens, 133 ... bonding layer, 134 ... transmission peak, 135 ...
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Abstract
【課題】狭い帯域にレーザ発振を確実にロックする。 【解決手段】ビーム結合型半導体レーザ光源10は、複数の半導体レーザチップ1、複数の進相軸(FA)方向シリンドリカルコリメータ2、一つの遅相軸(SA)方向シリンドリカルコリメータ3、一つの誘電体多層膜フィルタ4、一つの部分反射鏡5、一つのFA方向結像レンズ6、一つのSA方向結像レンズ7、及び、一つのマルチモード光ファイバ8を備えている。誘電体多層膜フィルタ4はマウント14に対してロック波長に応じた角度θ1で固定されている。レーザ光15は誘電体多層膜フィルタ4によって特定波長のみが透過される。誘電体多層膜フィルタ4を透過したレーザ光15は部分反射鏡5によって一部反射されて、誘電体多層膜フィルタ4、SA方向シリンドリカルコリメータ3、及び、FA方向シリンドリカルコリメータ2を経て半導体レーザチップ1に帰還する。
Description
本発明は複数の半導体レーザからのレーザ光を集約して光ファイバに結合させるビーム結合型半導体レーザ光源に関する。本発明は半導体レーザの波長ロック法に関する。本発明は大出力の半導体レーザに関する。本発明は固体レーザ、ファイバーレーザの励起光源に関する。本発明は波長多重化技術に関する。本発明は波長多重化を用いて大出力のレーザ光を生成する方法に関する。
特許文献1には、半導体レーザのレーザ光の進相軸(FA:Fast Axix)と遅相軸(SA:Slow Axis)を回転させる素子を用いて、半導体レーザアレイからのレーザ光を光ファイバに結合させる手法が開示されている。また、2つの半導体レーザアレイからのレーザ光を、1/2波長位相板(偏光変換器)と偏光ビーム結合器を用いて、一本の光ファイバに結合させる手法が開示されている。
特許文献2には、複数の半導体レーザアレイを積層させると共に、シリンドリカルレンズを用いて、複数の半導体レーザアレイからのレーザ光を固体レーザロッドの端面に導入する手法が開示されている。
特許文献3には、半導体レーザの進相軸(FA:Fast Axix)と遅相軸(SA:Slow Axis)を回転させる素子と、半導体レーザアレイを組み合わせて外部共振器型の半導体レーザを構成する手法が開示されている。
特許文献4には、半導体レーザアレイと傾斜した反射鏡を用いて外部共振器型の半導体レーザを構成する手法が開示されている。
特許文献5には、ひな壇状のマウント上に設けた複数の反射鏡を用いて、複数の半導体レーザからのレーザ光を近接させることによって、レーザ光を光ファイバに結合させる手法が開示されている。
特許文献6には、ステップ状の反射鏡アレイを用いることによって、半導体レーザのレーザ光の進相軸(FA:Fast Axix)と遅相軸(SA:Slow Axis)を回転させる手法が開示されている。
特許文献7には、ひな壇状のマウントに複数の半導体レーザを設けることによって、複数の半導体レーザからのレーザ光を近接させる手法が開示されている。
特許文献8には、複数の半導体レーザからなる二列の光源を設け、この二列の光源からの光を、位相板を用いた偏光結合によって一本の光ファイバに結合させる手法が開示されている。
特許文献9には、体積ブラッグ回折格子を用いて波長ロックを行う手法が開示されている。
特許文献10には、干渉フィルタを用いた外部共振器型半導体レーザが開示されている。また、干渉フィルタの角度を変えることによって外部共振器型半導体レーザの発振波長を変化させる手法が開示されている。
特許文献11には、誘電体多層膜フィルタを用いたスリーポートデバイスの構造が開示されている。また、スリーポートデバイスをタンデム接続して波長多重化器を構成する手法が開示されている。
特許文献12には、透明平板ガラスに誘電体多層膜フィルタを接着して、波長多重器を構成する手法が開示されている。
非特許文献1には誘電体多層膜フィルタの構造とその特性が開示されている。
非特許文献2には、回折格子を用いてファイバーレーザからのレーザ光を合波して大出力のレーザ光を得る手法が開示されている。
特許文献2には、複数の半導体レーザアレイを積層させると共に、シリンドリカルレンズを用いて、複数の半導体レーザアレイからのレーザ光を固体レーザロッドの端面に導入する手法が開示されている。
特許文献3には、半導体レーザの進相軸(FA:Fast Axix)と遅相軸(SA:Slow Axis)を回転させる素子と、半導体レーザアレイを組み合わせて外部共振器型の半導体レーザを構成する手法が開示されている。
特許文献4には、半導体レーザアレイと傾斜した反射鏡を用いて外部共振器型の半導体レーザを構成する手法が開示されている。
特許文献5には、ひな壇状のマウント上に設けた複数の反射鏡を用いて、複数の半導体レーザからのレーザ光を近接させることによって、レーザ光を光ファイバに結合させる手法が開示されている。
特許文献6には、ステップ状の反射鏡アレイを用いることによって、半導体レーザのレーザ光の進相軸(FA:Fast Axix)と遅相軸(SA:Slow Axis)を回転させる手法が開示されている。
特許文献7には、ひな壇状のマウントに複数の半導体レーザを設けることによって、複数の半導体レーザからのレーザ光を近接させる手法が開示されている。
特許文献8には、複数の半導体レーザからなる二列の光源を設け、この二列の光源からの光を、位相板を用いた偏光結合によって一本の光ファイバに結合させる手法が開示されている。
特許文献9には、体積ブラッグ回折格子を用いて波長ロックを行う手法が開示されている。
特許文献10には、干渉フィルタを用いた外部共振器型半導体レーザが開示されている。また、干渉フィルタの角度を変えることによって外部共振器型半導体レーザの発振波長を変化させる手法が開示されている。
特許文献11には、誘電体多層膜フィルタを用いたスリーポートデバイスの構造が開示されている。また、スリーポートデバイスをタンデム接続して波長多重化器を構成する手法が開示されている。
特許文献12には、透明平板ガラスに誘電体多層膜フィルタを接着して、波長多重器を構成する手法が開示されている。
非特許文献1には誘電体多層膜フィルタの構造とその特性が開示されている。
非特許文献2には、回折格子を用いてファイバーレーザからのレーザ光を合波して大出力のレーザ光を得る手法が開示されている。
小檜山光信、「光学薄膜フィルタデザイン」、オプトロニクス社、2006年10月7日刊、ISBN4-902312-10-0
T.Y.Fan,"Laser Beam Combining for High-Power, High-Radance Sources",IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics,Vol.11,No.3,May/June 2005,p567-577, 2005
従来のビーム結合型半導体レーザ光源においては、波長ロックは体積ブラッグ回折格子を用いて行われることが多かった。体積ブラッグ回折格子はロック対象の波長の光を10%程度反射して、反射光を半導体レーザに帰還するものであり、他の波長の光は透過してしまう。このため、レーザ発振光は、ロック波長以外のものを含むことがあり、また、ロック外れが生じることもあった。
上記の課題を解決するために、本発明のビーム結合型半導体レーザ光源は、複数の半導体レーザチップ、半導体レーザチップに対応した進相軸方向シリンドリカルコリメータ、結像光学系、及び、マルチモード光ファイバを備えたビーム結合型半導体レーザ光源において、さらに帯域通過型の誘電体多層膜フィルタと部分反射鏡を備えていることを特徴とする。
本発明によれば、帯域通過型の誘電体多層膜フィルタは特定の波長の光しか透過しないために、出力光は誘電体多層膜フィルタの透過帯域の波長に限定される。このため、狭い帯域にレーザ発振を確実にロックすることができる。
以下に、図面を参照して本発明に係わる固体レーザ発振器の実施の形態を詳細に説明する。この実施の形態により本発明が限定されるものではない。なお、各図面において、同一の構成要素には同一の符号を付与している。
[第一実施例]
図1に本発明の第一実施例のビーム結合型半導体レーザ光源10の構成を示す。図1(a)はビーム結合型半導体レーザ光源10を上面側から見た図である。図1(b)はビーム結合型半導体レーザ光源10の側面図である。図1(b)は、図1(a)において矢印A方向から見た図に相当する。
図1に本発明の第一実施例のビーム結合型半導体レーザ光源10の構成を示す。図1(a)はビーム結合型半導体レーザ光源10を上面側から見た図である。図1(b)はビーム結合型半導体レーザ光源10の側面図である。図1(b)は、図1(a)において矢印A方向から見た図に相当する。
ビーム結合型半導体レーザ光源10は、複数の半導体レーザチップ1、複数の進相軸(FA:Fast Axix)方向シリンドリカルコリメータ2、一つの遅相軸(SA:Slow Axis)方向シリンドリカルコリメータ3、一つの誘電体多層膜フィルタ4、一つの部分反射鏡5、一つのFA方向結像レンズ6、一つのSA方向結像レンズ7、及び、一つのマルチモード光ファイバ8を備えている。マルチモード光ファイバ8は横モードが複数ある光ファイバである。
FA方向結像レンズ6とSA方向結像レンズ7はシリンドリカルレンズである。FA方向結像レンズ6とSA方向結像レンズ7によって結像光学系が形成されている。
半導体レーザチップ1はそれぞれサブマウント13上に取り付けられている。複数のサブマウント13は、一つのマウント14上に絶縁スペーサ17を介して取り付けられている。マルチモード光ファイバ8は光ファイバサポート9を介してマウント14に取り付けられている。
半導体レーザチップ1は、一つの例として、ガリウムヒ素(GaAs)ベースの半導体レーザである。発振波長は、一つの例として、900nm帯である。半導体レーザチップ1はストライプ12を備えている。ストライプ12は幅が広く、SA方向の横モードがマルチモードである。ストライプ12の幅には特に制限はなく、一つの例として100μmである。半導体レーザチップ1はいわゆるブロードエリアレーザである。
サブマウント13はGaAsと熱膨張係数が略一致し、かつ、熱伝導性の良好な材料で作られている。サブマウント13の材料としては、例えば、銅タングステン合金(CuW)、あるいは、ダイヤモンド粒子分散銅などを上げることができる。
絶縁性スペーサ17は窒化アルミニウム(AlN)製である。あるいは、サブマウント13に窒化珪素(Si3N4)などの絶縁性材料薄膜を、真空蒸着、スパッタ法、あるいは、化学気相成長法などで形成してもよい。
半導体レーザチップ1からのレーザ光15は、FA方向シリンドリカルコリメータ2によってFA方向に対して平行光に変換される。また、半導体レーザチップ1からのレーザ光15は、SA方向シリンドリカルコリメータ3によって、SA方向に対して平行光に変換される。
平行光に変換された光は誘電体多層膜フィルタ4に入射する。誘電体多層膜フィルタは入射する光の角度によって分光特性が変化するが、誘電体多層膜フィルタ4には平行光が入射するので、誘電体多層膜フィルタ4の分光特性は安定化される。
なお、半導体レーザチップ1からのレーザ光15はSA方向の拡がり角度は小さい。このため、光学系の設計によってはSA方向シリンドリカルコリメータ3を省略することもできる。ただし、高い性能を得るためにはSA方向シリンドリカルコリメータ3を設けることが好ましい。
誘電体多層膜フィルタ4はマウント14に対して角度θ1で固定されている。角度θ1は平行光に変換されたレーザ光15に対して垂直にならないように選ばれている。レーザ光15は誘電体多層膜フィルタ4によって特定波長のみが透過される。他の波長の光は反射光16となって、レーザ光15の誘電体多層膜フィルタ4に対する入射光路外に排出される。誘電体多層膜フィルタ4を透過したレーザ光15は部分反射鏡5によって一部反射されて、誘電体多層膜フィルタ4、SA方向シリンドリカルコリメータ3、及び、FA方向シリンドリカルコリメータ2を経て半導体レーザチップ1に帰還する。
上記の光学系によって、半導体レーザチップ1の端面11と部分反射鏡5はファブリーペロー共振器を形成する。この構成は、いわゆる外部共振器型の半導体レーザであり、誘電体多層膜フィルタ4の波長選択性のために、波長ロックが生じる。このため、レーザ光15は特定波長(誘電体多層膜フィルタ4の透過波長)となる。
波長ロックされたレーザ光15は、FA方向結像レンズ6とSA方向結像レンズ7によってマルチモード光ファイバ8に結合される。
なお、FA方向結像レンズ6とSA方向結像レンズ7に代えて、一つの球面結像レンズを用いる、結像光学系を形成することもできる。
図2(a)に誘電体多層膜フィルタ4の構成を示す。誘電体多層膜フィルタ4は透明基板20上に一つのキャビティ26が設けられている。キャビティ26は二つの誘電体多層膜反射層24、25にスペーサ層23が挟まれた構造である。このような構造とこの構造のフィルタ特性については非特許文献1中に詳しく開示されている。
誘電体多層膜反射層24、25はある波長λに対してλ/4の厚さを有する低屈折率層21とλ/4の厚さを有する高屈折率層22を交互積層した構造を有している。また、スペーサ層23はnλ/2の厚さを有する低屈折層もしくは高屈折率層からなる。ただし、nは自然数(正の整数)である。ただし、図2ではn=1の場合を図示している。
誘電体多層膜フィルタ4はバンドパス型のフィルタであり特定の波長帯域のみを透過し、他の波長は反射する。すなわち、入射光30の内、特定波長帯域のみが透過光31として透過し、他の波長の光は反射光32として反射される。誘電体多層膜フィルタ4は、いわゆる帯域通過型のフィルタである。
図2(b)に誘電体多層膜フィルタ4の透過率対波長特性を示す。図2(b)のグラフでは、X軸は波長であり、Y軸は透過率である。誘電体多層膜フィルタ4は阻止帯27を有し、阻止帯27中に狭い帯域幅の透過ピーク28を有している。入射光30がキャビティ26に対して垂直でない場合は、透過ピーク波長は短波長側にシフトし、例えば、図2(b)に示す透過ピーク29となる。
したがって、図1(b)に示した固定角度θ1を変えることによって、誘電体多層膜フィルタ4が透過する波長を変えることができる。この特性を利用して、異なるロック波長を有するビーム結合型半導体レーザ光源10の製品ファミリーを構成することができる。
例えば、固体レーザ結晶である。Nd:YAGは885nmに吸収波長を持つ。別の固体レーザ結晶であるNd:YVO4は880nmに吸収波長をもつ。固定角度θ1を変更することによって同一の誘電体多層膜フィルタ4を用いて、ロック波長を885nmあるいは880nmに合わせることができる。
同一の誘電体多層膜フィルタ4を異なる固定角度のサポートを用いてマウント14に取り付けるようにすれば、容易に波長調整を行うことができる。この構成ではキーパーツである誘電体多層膜フィルタ4を共用化ができるという利点がある。
なお、上記の固定角度θ1はレーザ光15の進行方向に対して垂直な方向を基準とした傾斜角度と言い換えることもできる。レーザ光15の進行方向に対して垂直な方向に対して誘電体多層膜フィルタ4を傾斜させるのは、誘電体多層膜フィルタ4からの反射光が半導体レーザチップ1へ帰還するのを防ぐためである。
誘電体多層膜フィルタ4は、透過光以外は反射してしまうので、誘電体多層膜フィルタ4をマウント14に対して垂直に取り付けると、反射光が半導体レーザチップ1へ帰還してしまい、適切な波長ロックが行えなくなってしまう。
誘電体多層膜フィルタ4の透過波長は、厳密には、スペーサ層23の厚さによって決まる。したがって、スペーサ層23の材料として熱膨張係数が低く、屈折率の温度変化が小さい材料を用いると誘電体多層膜フィルタ4の透過波長は安定となる。ひいては、ビーム結合型半導体レーザ光源10のロック波長が安定化する。
熱膨張係数が低く、屈折率の温度変化が小さい材料としては酸化シリコン(SiO2)をあげることができる。スペーサ層23として酸化シリコンを用いることによってロック波長が安定なビーム結合型半導体レーザ光源10を実現することができる。
図3(a)にnがより大きい自然数である場合の誘電体多層膜フィルタ4の構成を示す。キャビティ34は、スペーサ23に代えてスペーサ層33を備えている。スペーサ層33はスペーサ層23より厚く、n≧2の次数を有している。
また、図3(b)に図3(a)の構成の誘電体多層膜フィルタ4の特性を示す。阻止帯27中に複数の透過ピーク35が生じる。また、透過ピーク35の透過帯域幅は透過ピーク28よりも狭い。
図3に示した構成の誘電体多層膜フィルタ4を図1の構成に適用すると、レーザ光15の発振波長をより狭帯域でロックさせることができる。また、半導体レーザチップ1として異なる発振可能帯域を有する半導体レーザチップを用いることによって、複数の透過ピーク35の中から特定のピークを選択することができる。したがって、同一構成の誘電体多層膜フィルタ4を用いて異なるロック波長のビーム結合型半導体レーザ光源10を実現することができる。
本実施例のビーム結合型半導体レーザ光源10は固体レーザの励起光源として用いることができる。特にファイバーレーザの励起光源に適する。また、ロッド状の固体レーザの端面励起のための励起光源に適する。さらに、光ファイバに結合した半導体レーザ光を用いたレーザ加工にも用いることができる。
[第二実施例]
図4に本発明の第二実施例のビーム結合型半導体レーザ光源40を示す。本実施例は、ビーム結合型半導体レーザ光源10の変形例である。ビーム結合型半導体レーザ光源40は、誘電体多層膜フィルタ4の傾斜方向を変えた点が、ビーム結合型半導体レーザ光源10とは異なる。
図4に本発明の第二実施例のビーム結合型半導体レーザ光源40を示す。本実施例は、ビーム結合型半導体レーザ光源10の変形例である。ビーム結合型半導体レーザ光源40は、誘電体多層膜フィルタ4の傾斜方向を変えた点が、ビーム結合型半導体レーザ光源10とは異なる。
ビーム結合型半導体レーザ光源40においては、誘電体多層膜フィルタ4をマウント14の部品載置面内方向に固定角度θ2だけ傾斜させている。この固定角度θ2はレーザ光15の進行方向に対して垂直な方向を基準とした傾斜角度である。
ビーム結合型半導体レーザ光源40の構成においても、誘電多薄膜フィルタ4からの反射光を半導体レーザチップ1へ帰還させることを防ぐことができるので、所望の波長ロックを実現することができる。
ビーム結合型半導体レーザ光源40の構成においては、固定角度θ2を変えることによってレーザ光15がロックする波長を変えることができる。
[第三実施例]
図5に本発明の第三実施例のビーム結合型半導体レーザ光源50の構成を示す。本実施例は、ビーム結合型半導体レーザ光源10の変形例である。ビーム結合型半導体レーザ光源50は、誘電体多層膜フィルタ4と部分反射鏡5に代えて体積ブラッグ回折格子51を設けた点が、ビーム結合型半導体レーザ光源10とは異なる。
図5に本発明の第三実施例のビーム結合型半導体レーザ光源50の構成を示す。本実施例は、ビーム結合型半導体レーザ光源10の変形例である。ビーム結合型半導体レーザ光源50は、誘電体多層膜フィルタ4と部分反射鏡5に代えて体積ブラッグ回折格子51を設けた点が、ビーム結合型半導体レーザ光源10とは異なる。
体積ブラッグ回折格子51は、ある波長λに対してλ/4の厚さを有する低屈折率層とλ/4の厚さを有する高屈折率層を交互積層した構造を有している。ただし、積層数は非常に多い。紫外線照射により屈折率が変化する特性を有するガラスに対して干渉露光を行うことによって、この素子は製造される。
本実施例では、波長ロックに必要な光学素子が少なくて済み、簡易な構成が実現できるという利点がある。ただし、回折格子4の場合のように固定角度を変えてロックする波長を変えることはできない。
[第四実施例]
図6に本発明の第四実施例のビーム結合型半導体レーザ光源60の構成を示す。ビーム結合型半導体レーザ光源60は二つのレーザビーム群61と62、一つの1/2波長位相板(偏光変換器)63、一つの偏光ビーム結合器64、一つの誘電体多層膜フィルタ4、一つの部分反射鏡5、一つのFA方向結像レンズ6、一つのSA方向結像レンズ7、及び、一つのマルチモード光ファイバ8を備えている。
図6に本発明の第四実施例のビーム結合型半導体レーザ光源60の構成を示す。ビーム結合型半導体レーザ光源60は二つのレーザビーム群61と62、一つの1/2波長位相板(偏光変換器)63、一つの偏光ビーム結合器64、一つの誘電体多層膜フィルタ4、一つの部分反射鏡5、一つのFA方向結像レンズ6、一つのSA方向結像レンズ7、及び、一つのマルチモード光ファイバ8を備えている。
レーザビーム群61と62は、それぞれ、複数の半導体レーザチップ1、複数のFA方向シリンドリカルコリメータ2、及び、一つのSA方向シリンドリカルコリメータ3を備えている。
レーザビーム群62からのレーザ光は1/2波長位相板(偏光変換器)63によって偏光方向が変換されて、偏光ビーム結合器64に導かれる。偏光ビーム結合器64によってレーザビーム群61からのレーザ光とレーザビーム群62からのレーザ光が結合される。
偏光ビーム結合器64からのレーザ光は誘電体多層膜フィルタ4と部分反射鏡5によって波長ロックされる。この波長ロックの原理は第一実施例において説明した通りである。
部分反射鏡5からのレーザ光は、FA方向結像レンズ6とSA方向結像レンズ7によってマルチモード光ファイバ8に結合される。
ビーム結合型半導体レーザ光源60では、偏光ビーム結合器64によって、二群のレーザビーム群からのレーザ光をマルチモード光ファイバ8に結合するので、マルチモード光ファイバ8に結合されるレーザ光電力をおよそ2倍に増加させることができる。
ビーム結合型半導体レーザ光源60においても、図2に示したような誘電体多層膜フィルタ4と部分反射鏡5の配置を用いることができる。また、ビーム結合型半導体レーザ光源60においても、図3に示したように、誘電体多層膜フィルタ4と部分反射鏡5に代えて体積ブラッグ回折格子51を用いることができる。
[第五実施例]
図7に本発明の第五実施例のビーム結合型半導体レーザ光源70の構成を示す。本実施例は、ビーム結合型半導体レーザ光源10の変形例である。図7(a)はビーム結合型半導体レーザ光源70を上面側から見た図である。図7(b)はビーム結合型半導体レーザ光源70の側面図である。図7(c)は図7(a)におけるX-X'断面におけるレーザビームプロファイルを示す。図7(d)は図7(a)におけるY-Y'断面におけるレーザビームプロファイルを示す。
図7に本発明の第五実施例のビーム結合型半導体レーザ光源70の構成を示す。本実施例は、ビーム結合型半導体レーザ光源10の変形例である。図7(a)はビーム結合型半導体レーザ光源70を上面側から見た図である。図7(b)はビーム結合型半導体レーザ光源70の側面図である。図7(c)は図7(a)におけるX-X'断面におけるレーザビームプロファイルを示す。図7(d)は図7(a)におけるY-Y'断面におけるレーザビームプロファイルを示す。
ビーム結合型半導体レーザ光源70は、半導体レーザチップ1とFA方向シリンドリカルコリメータ3に代えて、半導体レーザアレイチップ71、FA方向シリンドリカルコリメータ72、及び、光路変換素子73を備えている。
半導体レーザアレイチップ71はサブマウント74に取り付けられている。複数のサブマウント74が、一つのマウント14上に絶縁スペーサ75を介して取り付けられている。
半導体レーザアレイチップ71からのレーザ光はFA方向シリンドリカルコリメータ72によって平行光に変換される。FA方向シリンドリカルコリメータ72を経たレーザ光は図7(c)に示すようなレーザビームプロファイルを有している。
光路変換素子73は個々のレーザビームの角度を90°回転させる機能を有している。光路変換素子73は図7(c)に示すようなレーザビームプロファイルを、図7(d)に示すようなレーザビームプロファイルに変換する。光路変換素子73は特許文献1に開示された手法によって構築することができる。
光路変換素子73からのレーザ光は誘電体多層膜フィルタ4と部分反射鏡5によって波長ロックされる。波長ロックされたレーザ光はFA方向結像レンズ6とSA方向結像レンズ7によってマルチモード光ファイバ8に結合される。
ビーム結合型半導体レーザ光源70は、ビーム結合型半導体レーザ光源10に比べて、個別の半導体レーザチップ1を多数実装するのではなく、一つの半導体レーザアレイチップ71を用いて一括して実装するので製造が容易になるという利点がある。
一方、ビーム結合型半導体レーザ光源10は、ビーム結合型半導体レーザ光源70に比べて、光路変換素子73が不要であるという利点がある。光路変換素子73は光路変換に当たって光量損失を生じたり、有効な開口率に制限を与えたりするという欠点がある。ビーム結合型半導体レーザ光源10ではこのような問題が生じない。
ビーム結合型半導体レーザ光源70に、図4に示した構成を適用することができる。すなわち、誘電体多層膜フィルタ4を固定角度θ2で取り付けた構成とすることができる。
ビーム結合型半導体レーザ光源70において、誘電体多層膜フィルタ4と部分反射鏡5に代えて体積ブラッグ回折格子51を設けることができる。
[第六実施例]
図8に本発明の第六実施例のビーム結合型半導体レーザ光源80の構成を示す。本実施例は、図6に示したビーム結合型半導体レーザ光源60の変形例である。ビーム結合型半導体レーザ光源80は、レーザビーム群61と62に代えて、レーザビーム群81と82を設けた点が、ビーム結合型半導体レーザ光源60とは異なる。
図8に本発明の第六実施例のビーム結合型半導体レーザ光源80の構成を示す。本実施例は、図6に示したビーム結合型半導体レーザ光源60の変形例である。ビーム結合型半導体レーザ光源80は、レーザビーム群61と62に代えて、レーザビーム群81と82を設けた点が、ビーム結合型半導体レーザ光源60とは異なる。
レーザビーム群81と82は、それぞれ、半導体レーザアレイチップ71、FA方向シリンドリカルコリメータ72、及び、光路変換素子73を備えている。レーザビーム群81と82の構成は図7に示したビーム結合型半導体レーザ光源70の構成に準じている。
したがって、ビーム結合型半導体レーザ光源80の構成は、ビーム結合型半導体レーザ光源60の構成とビーム結合型半導体レーザ光源70の構成を組み合わせたものでもある。
ビーム結合型半導体レーザ光源80では、偏光ビーム結合器64によって、二群のレーザビーム群からのレーザ光をマルチモード光ファイバ8に結合するので、マルチモード光ファイバ8に結合されるレーザ光電力をおよそ2倍に増加させることができる。
ビーム結合型半導体レーザ光源80は、ビーム結合型半導体レーザ光源60に比べて、個別の半導体レーザチップ1を多数実装するのではなく、半導体レーザアレイチップ71を用いて一括して実装するので製造が容易になるという利点がある。
ビーム結合型半導体レーザ光源80に、図4に示した構成を適用することができる。すなわち、誘電体多層膜フィルタ4を固定角度θ2で取り付けた構成とすることができる。
ビーム結合型半導体レーザ光源80において、誘電体多層膜フィルタ4と部分反射鏡5に代えて体積ブラッグ回折格子51を設けることができる。
[第七実施例]
図9と図10に本発明の第七実施例のビーム結合型半導体レーザ光源90の構成を示す。図9はビーム結合型半導体レーザ光源90の上面図である。図10はビーム結合型半導体レーザ光源90の側面図である。
図9と図10に本発明の第七実施例のビーム結合型半導体レーザ光源90の構成を示す。図9はビーム結合型半導体レーザ光源90の上面図である。図10はビーム結合型半導体レーザ光源90の側面図である。
本実施例は、図6に示したビーム結合型半導体レーザ光源60の変形例である。ビーム結合型半導体レーザ光源90は、レーザビーム群61と62に代えて、レーザビーム群91と92を備えている。また、マウント95はひな壇状の構造を有しており、壇96、97、及び、98を有している。
半導体レーザチップ1はサブマウント93に取り付けられている。複数のサブマウント93が、一つのマウント95上に、それぞれ、絶縁スペーサ94を介して取り付けられている。
レーザビーム群91に属する半導体レーザチップ1からのレーザ光は、FA方向シリンドリカルコリメータ2、SA方向シリンドリカルコリメータ3、及び、反射鏡88を経て、偏光ビーム結合器64に導かれる。
レーザビーム群92に属する半導体レーザチップ1からのレーザ光は、FA方向シリンドリカルコリメータ2、SA方向シリンドリカルコリメータ3、反射鏡88、反射鏡89、及び、1/2波長位相板63を経て偏光ビーム結合器64に導かれる。
偏光ビーム結合器64によって、レーザビーム群91からのレーザ光とレーザビーム群92からのレーザ光が結合される。偏光ビーム結合器64は、レーザビーム群91と92からのレーザ光をマルチモード光ファイバ8に結合するので、マルチモード光ファイバ8に結合されるレーザ光電力をおよそ2倍に増加させることができる。
ひな壇状のマウント95を用いた複数のレーザ光の結合方法は特許文献7及び9に開示されている手法に準じている。
特許文献9に開示されているビーム結合光源においては、体積ブラッグ回折格子を用いて波長ロックを行っている。これに対して、ビーム結合型半導体レーザ光源90では誘電体多層膜フィルタ4と部分反射鏡5によって波長ロックを行っている。
前述の通り、図1(b)に示した固定角度θ1を変えることによって、誘電体多層膜フィルタ4が透過する波長を変えることができる。この特性を利用して、異なるロック波長を有するビーム結合型半導体レーザ光源90の製品ファミリーを構成することができる。
体積ブラッグ回折格子を用いた構成では、このようにロック波長を変えることはできない。この点では、ビーム結合型半導体レーザ光源90は先行技術文献9の構成に比べて優れている。
ビーム結合型半導体レーザ光源90において、図2に示したような誘電体多層膜フィルタ4と部分反射鏡5の配置を用いることができる。
[第八実施例]
図11(a)に本発明の第八実施例の波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源100の構成を示す。波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源100は、波長多重化の手法を用いてレーザ光の強度を増加させる構成を有している。ビーム結合型半導体レーザ光源100は、出力レーザ光106を被加工物107に照射してレーザ加工をする用途に用いることができる。ただし、波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源100の用途はレーザ加工に限定されない。
図11(a)に本発明の第八実施例の波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源100の構成を示す。波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源100は、波長多重化の手法を用いてレーザ光の強度を増加させる構成を有している。ビーム結合型半導体レーザ光源100は、出力レーザ光106を被加工物107に照射してレーザ加工をする用途に用いることができる。ただし、波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源100の用途はレーザ加工に限定されない。
波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源100は、複数の単一波長ビーム結合型半導体レーザ光源101a、101b、101c、101d、及び、誘電体多層膜フィルタに基づく波長多重化器103を備えている。単一波長ビーム結合型半導体レーザ光源101a、101b、101c、101dは波長多重化器103のマルチモード光ファイバ102によって接続されている。
単一波長ビーム結合型半導体レーザ光源101a、101b、101c、101dは、それぞれ、波長λ1、λ2、λ3、λ4の波長のレーザ光を発生する。
波長多重化器103によって波長多重化されたレーザ光はマルチモード光ファイバ104を経て出力ポート105に送られる。出力ポート105からのレーザ光106は被加工物107に照射される。
複数の単一波長ビーム結合型半導体レーザ光源101は、それぞれ、別の波長のレーザ光を発振するようにロック波長が調整されている。
図11(b)に単一波長ビーム結合型半導体レーザ光源101の構成を示す。単一波長ビーム結合型半導体レーザ光源101は複数のブロードエリア型の半導体レーザチップ108、空間多重化器109、波長ロック機構110、偏光多重化器111、及び、マルチモード光ファイバ(出力光ファイバ)102を備えている。ただし、偏光多重化器111は必須要素ではなく、省略することができる。
空間多重化器109は複数の半導体レーザチップ108からのレーザ光を、空間光学系を用いて一つのマルチモード光ファイバ102に結合させる機能を有している。波長ロック機構は、ブロードエリア型の半導体レーザチップ108のレーザ発振波長を特定の波長に固定する機能を有している。偏光多重化器111は偏光変換器と偏光ビーム結合を用いて複数のレーザ光を結合する機能を有している。
単一波長ビーム結合型半導体レーザ光源101の具体的構成としては、前述のビーム結合型半導体レーザ光源10、40、50、60、70、80、及び、90を挙げることができる。
光ファイバ通信用の波長多重化システムでは、光源として分布帰還型半導体レーザ(DFBレーザ)を用いることが多い。DFBレーザではレーザ光出力を大きくすることは困難である。これに対して、本実施例では波長ロックされたブロードエリア型半導体レーザを用いたので、出力レーザ光106を大出力化できる。
さらに、本実施例に用いた単一波長ビーム結合型半導体レーザ光源101では、複数の半導体レーザチップ108からのレーザ光を空間多重化と偏光多重化の技術を用いて、一本のマルチモード光ファイバに結合したので、出力レーザ光106をより大出力化できる。
複数の単一波長ビーム結合型半導体レーザ光源101からの、異なる波長のレーザ光は、波長多重化器103によってマルチモード光ファイバ104に結合される。波長多重化器103は誘電体多層膜フィルタに基づいているが、回折格子などの他の原理によるものも用いることができる。
本実施例で用いた誘電体多層膜フィルタに基づく波長多重化器は、回折格子を用いて構築した波長多重化器などよりも挿入損失が小さいというという特徴がある。このため、大出力のレーザ光を必要とする用途に適している。また、高いエネルギー効率が得られるという利点がある。
図11(c)に波長多重化器103の構成を示す。波長多重化器103は複数のスリーポートデバイス113a、113b、113cを備えている。これらの複数のスリーポートデバイス113はタンデム接続されて、複数の波長(一例としてλ1、λ2、λ3、λ4)の光を合波する。波長多重化器103は任意の波長数のものを用いることができる。
波長多重化器103のスリーポートデバイス113の数は波長数より一つ少ない数としている。波長多重化器103は合波のみを行い、分波は行わないためにこのように構成することができる。
図12(a)にスリーポートデバイス113の構造を示す。スリーポートデバイス113は、光ファイバ(反射ポート)114、光ファイバ(透過ポート)115、光ファイバ(共通ポート)116、誘電体多層膜フィルタ117、共通レンズ118、及び、透過ポート側レンズ119を備えている。共通レンズ118と透過ポート側レンズ119はコリメートレンズとして機能する。光ファイバ114、115、及び、116はマルチモード光ファイバである。
一例として、誘電体多層膜フィルタ117はある特定の波長λ1の光のみを透過し、それ以外の波長の光は反射する。光ファイバ(透過ポート)115に入射する光121はこの波長λ1の光である。光ファイバ(透過ポート)115からの光121は透過ポート側レンズ119を経て薄膜フィルタ117に照射される。透過した波長λ1の光は共通レンズ118を経て光ファイバ(共通ポート)116へと導かれる。
一方、光ファイバ(反射ポート)114に入射する光120は別の波長λ2の光である。光ファイバ(反射ポート)114からの光120は共通レンズ118を経て薄膜フィルタ117に照射される。波長λ2の光120は薄膜フィルタ117によって反射されて、共通レンズ118を経て光ファイバ(共通ポート)116へと導かれる。
したがって、波長λ1の光121と波長λ2の光120が合波されて、合波光122として光ファイバ(共通ポート)116へと導かれる。
誘電体多層膜フィルタ117の表面に対する法線と光121のなす角度をθ3と定義する。後述のように、このθ3を変えることによって、誘電体多層膜フィルタ117の透過波長λ1を変えることができる。
また、誘電体多層膜フィルタ117の層構造のパラメータを変えることによって透過波長を変えることができる。前述のスリーポートデバイス113a、113b、113cは、それぞれ、波長λ1、λ2、λ3を透過するような構成されている。
図12(b)は別の構造のスリーポートデバイス130の構造を示す。スリーポートデバイス130では、光ファイバ(反射ポート)114、光ファイバ(透過ポート)115、及び、光ファイバ(共通ポート)116に対応して結合レンズ131を設けている。
誘電体多層膜フィルタ117の表面に対する法線と光121のなす角度をθ3と定義する。後述のように、このθ3を変えることによって、誘電体多層膜フィルタ117の透過波長λ1を変えることができる。
また、誘電体多層膜フィルタ117の層構造のパラメータを変えることによって透過波長を変えることができる。前述のスリーポートデバイス113a、113b、113cは、それぞれ、波長λ1、λ2、λ3を透過するような構成されている。
図12(b)は別の構造のスリーポートデバイス130の構造を示す。スリーポートデバイス130では、光ファイバ(反射ポート)114、光ファイバ(透過ポート)115、及び、光ファイバ(共通ポート)116に対応して結合レンズ131を設けている。
スリーポートデバイス130では、光ファイバ114、115、及び、116にそれぞれコリメータとして機能するレンズ131、119、及び、132を設けている。さらに、レンズ131、119、及び、132の光軸を光ファイバ114、115、及び、116のコアの光軸に一致させている。このため、θ3の値を大きく取ってもレンズの収差の影響を受けることが無い。
図13(a)に誘電体多層膜フィルタ117の構成を示す。誘電体多層膜フィルタ117は透明基板20上に複数のキャビティ26が設けられている。複数のキャビティ26は結合層133を介して結合されている。キャビティ26は図2において説明した構造を有している。このようなマルチキャビティ構造の誘電体多層膜フィルタとその特性については非特許文献1中に詳しく開示されている。
図13(b)に誘電体多層膜フィルタ117の透過率対波長特性を示す。図13(b)のグラフでは、X軸は波長であり、Y軸は透過率である。誘電体多層膜フィルタ117は阻止帯27を有し、阻止帯27中にトップフラット型の透過ピーク134を有している。また、フィルタ特性の"裾切れ"が良好である。これらの特性はマルチキャビティ構造によってもたらされている。
なお、前述のθ3の値が変化すると、透過ピーク波長は短波長側にシフトし、例えば、図13(b)に示す透過ピーク135となる。図12(a)と(b)に示した構造において、θ3を変えると誘電体多層膜フィルタ117の透過ピーク波長を変えることができる。この特性を利用して、同一の積層膜構造を有する誘電体多層膜フィルタ117を用いて異なる透過波長のスリーポートデバイスを作ることができる。
このような構成では、少ない種類の誘電体多層膜フィルタ117を用いて、多数の異なる透過波長を有するスリーポートデバイスを作ることができる。したがって、キーパーツを共通化することができる。
図13(b)に示したスリーポートデバイスでは、θ3を広い範囲で変えることができるので、共通の誘電体多層膜フィルタ117を用いて、より多種類の透過波長のスリーポートデバイスを作ることができる。
[第九実施例]
図14に波長多重化器140の構成を示す。本発明の第九実施例の波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源は、波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源100において、波長多重化器103に代えてこの波長多重化器140を用いている。
図14に波長多重化器140の構成を示す。本発明の第九実施例の波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源は、波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源100において、波長多重化器103に代えてこの波長多重化器140を用いている。
波長多重化器140は透明基板141、誘電体多層膜フィルタ117a、117b、117c、複数のレンズ131、及び、複数のマルチモード光ファイバ142を備えている。この波長多重化器の原理は特許文献12に開示されている通りである。
スリーポートデバイス113においては、誘電体多層膜フィルタ117によって反射された光はレンズ118によって光ファイバ116に結合される。このため、光ファイバ116への結合損失が生じてしまう。図11(c)に示した波長多重化器103では3つのスリーポートデバイス113a、113b、113cを用いているので、このような損失は3回生じることになる。
一方、波長多重化器140では誘電体多層膜フィルタ117によって反射された光は透明基板141中を伝播して、光ファイバ142(出力ポート143)にはレンズ131を介して結合される。このため、光ファイバ142への結合損失は1回しか生じない。したがって、波長多重化器140は波長多重化器103よりも挿入損失が小さい。
以上より、波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源100において、波長多重化器140を用いた構成は、レーザ光出力が大きく、エネルギー効率が高いという利点がある。
[第十実施例]
図15に本発明の第十実施例の波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源150の構成を示す。波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源150は波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源100の変形例である。
波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源150は、複数の単一波長ビーム結合型半導体レーザ光源101a、101b、101c、101d、101e、101f、101g、101h、波長多重化器103a、波長多重化器103b、及び、波長多重化器151を備えている。波長多重化器103aと103b波長多重化器103と同様の構造を有しているが、備えているスリーポートデバイスの透過波長が異なる。
波長多重化器103aと波長多重化器151はマルチモード光ファイバ152で接続されている。また、波長多重化器103bと波長多重化器151はマルチモード光ファイバ153で接続されている。波長多重化器151と出力ポート105はマルチモード光ファイバ154で接続されている。すなわち、波長多重化器103a、波長多重化器103b、及び、波長多重化器151はツリー状に接続されている。
単一波長ビーム結合型半導体レーザ光源101a、101b、101c、101dからの波長λ1、λ2、λ3、λ4の光は波長多重化器103aによって合波される。また、単一波長ビーム結合型半導体レーザ光源101e、101f、101g、101hからの波長λ5、λ6、λ7、λ8の光は波長多重化器103bによって合波される。
波長多重化器151は単一のスリーポートデバイスであり、図12(a)に示したスリーポートデバイス113もしくは、図12(b)に示したスリーポートデバイス130と同様に構造を有している。ただし、波長多重化器151は波長λ1、λ2、λ3、λ4を透過する特性の誘電体薄層膜フィルタを備えている。このようなフィルタは光ファイバ通信においては、4スキップ1フィルタとして公知である。
長多重化器151は波長多重化器140aからの波長λ1、λ2、λ3、λ4の光と、波長多重化器103bからの波長λ5、λ6、λ7、λ8の光を合波する。8つの波長の光は合波されてマルチモード光ファイバ154を経て出力ポート105より出射し、被加工物107に照射される。
8つの波長の光を合波する場合に図11に示した波長多重化器103の構成を用いると、スリーポートデバイスは7個必要である。そして、合波される光は、最大で7回反射されてから出力用の光ファイバに結合される。
これに対して本実施例では、波長多重化器103aでは合波される光は、最大で3回反射される。そして、その後に波長多重化器151の誘電体薄層膜フィルタを1回透過する。また、波長多重化器103bでは合波される光は、最大で3回反射される。そして、その後に波長多重化器151において1回反射される。すなわち、合計4回反射される。
波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源150の構成は、単純に8つの波長の光を合波する波長多重化器を用いる場合に比べて、少ない反射回数で合波が行われる。このため、合波損失が小さくなるという利点が生じる。
なお、波長多重化器151として、3個以上のスリーポートデバイスを備えた波長多重化器を用いても良い。この場合は、さらに多数の波長多重化器103からの光を合波することができる。また、波長多重化器103に代えて波長多重化器140を用いても良い。波長多重化器151として波長多重化器140を用いることもできる。
波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源150は波長多重化器を二段階のツリー状に接続したが、さらに段数の多いツリー状接続とすることもできる。
[技術的特徴]
以下、ここで説明した技術的特徴をまとめておく。
(図1の特徴について)
[技術的特徴1]複数の半導体レーザチップ、半導体レーザチップに対応した進相軸方向シリンドリカルコリメータ、結像光学系、及び、マルチモード光ファイバを備えたビーム結合型半導体レーザ光源において、
さらに帯域通過型の誘電体多層膜フィルタと部分反射鏡を備えていることを特徴とするビーム結合型半導体レーザ光源。
[技術的特徴2]技術的特徴1のビーム結合型半導体レーザ光源において、
さらに、遅相軸シリンドリカルコリメータを備えていることを特徴とするビーム結合型半導体レーザ光源。
[技術的特徴3]技術的特徴1のビーム結合型半導体レーザ光源において、
前記結像光学系は進相軸シリンドリカル結像レンズと遅相軸シリンドリカルレンズからなることを特徴とするビーム結合型半導体レーザ光源。
(図1、図4の特徴について)
[技術的特徴4]技術的特徴1のビーム結合型半導体レーザ光源において、
前記誘電体多層膜フィルタの取り付け角度を変えることによって、異なる波長のレーザ発振を生じる製品ファミリーを構築したことを特徴とするビーム結合型半導体レーザ光源。
(図2の特徴について)
[技術的特徴5]技術的特徴1のビーム結合型半導体レーザ光源において、
前記誘電体多層膜フィルタは二つの誘電体多層膜反射層にスペーサ層が挟まれた構造であり、スペーサ層の厚さはnλ/2であることを特徴とするビーム結合型半導体レーザ光源。
ただし、λは前記誘電体多層膜フィルタの透過波長であり、nは自然数である。
(図3の特徴について)
[技術的特徴6]技術的特徴5のビーム結合型半導体レーザ光源において、
前記スペーサ層の厚さを規定するnの値が2以上であることを特徴とするビーム結合型半導体レーザ光源。
(図5の特徴について)
[技術的特徴7]複数の半導体レーザチップ、半導体レーザチップに対応した進相軸方向シリンドリカルコリメータ、結像レンズ、及び、マルチモード光ファイバを備えたビーム結合型半導体レーザ光源において、
体積ブラッグ回折格子を備えていることを特徴とするビーム結合型半導体レーザ光源。
(図6の特徴について)
[技術的特徴8]2つのレーザビーム群を、偏光ビーム結合器を用いて合波するビーム結合型半導体レーザ光源において、
各レーザビーム群は複数の半導体レーザチップ、半導体レーザチップに対応した進相軸方向シリンドリカルコリメータ、及び、マウントを備え、
マウントの表面は平坦であり、
半導体レーザチップから出射されるレーザ光の進相軸がマウント表面に対して水平になるように半導体レーザチップがマウントに対して配置されていることを特徴とするビーム結合型半導体レーザ光源。
[技術的特徴9]技術的特徴8のビーム結合型半導体レーザ光源において、
さらに波長選択手段を備え、
この波長選択手段はレーザビームが偏光結合された後の位置に設けられていることを特徴とするーム結合型半導体レーザ光源。
[技術的特徴10]技術的特徴9のビーム結合型半導体レーザ光源において、
前記波長選択手段は誘電体多層膜フィルタと部分反射鏡からなることを特徴とするビーム結合型半導体レーザ光源。
[技術的特徴11]技術的特徴9のビーム結合型半導体レーザ光源において、
前記波長選択手段は体積ブラッグ回折格子からなることを特徴とするビーム結合型半導体レーザ光源。
(図7の特徴について)
[技術的特徴12]半導体レーザアレイチップ、進相軸方向シリンドリカルコリメータ、
光路変換素子、結像光学系、及び、マルチモード光ファイバを備えたビーム結合型半導体レーザ光源において、
光路変換素子と結像光学系の間に波長選択手段を設けたことを特徴とするビーム結合型半導体レーザ光源。
(図8の特徴について)
[技術的特徴13]2つのレーザビーム群を、偏光ビーム結合器を用いて合波するビーム結合型半導体レーザ光源において、
各レーザビーム群は半導体レーザアレイチップ、進相軸方向シリンドリカルコリメータ、及び、光路変換素子を備えていることを特徴とするビーム結合型半導体レーザ光源。
(図9、図10の特徴について)
[技術的特徴14]2つのレーザビーム群を、偏光ビーム結合器を用いて合波するビーム結合型半導体レーザ光源において、
各レーザビーム群は複数の半導体レーザチップ、半導体レーザチップに対応した進相軸方向シリンドリカルコリメータ、波長選択手段、及び、ひな壇状のマウントを備え、
レーザビームが偏光結合された後の位置に誘電体多層膜フィルタと部分反射鏡が設けられていることを特徴とするビーム結合型半導体レーザ光源。
(図11の特徴について)
[技術的特徴15]複数の異なる波長のビーム結合型半導体レーザ光源、及び、波長多重化器を備えた波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源において、
ビーム結合型半導体レーザ光源は、複数のブロードエリア型の半導体レーザチップ、空間多重化器、波長ロック機構を備えていることを特徴とする波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源。
[技術的特徴16]技術的特徴15の波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源において、
前記波長多重化器は誘電体多層膜フィルタを備えていることを特徴とする波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源。
[技術的特徴17]技術的特徴15の波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源において、
出力レーザ光の横モードがマルチモードであることを特徴とする波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源。
(図12の特徴について)
[技術的特徴18]技術的特徴16の波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源において、
前記波長多重化器は3つのレンズを備えたスリーポートデバイスを備えていることを特徴とする波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源。
(図13の特徴について)
[技術的特徴19]技術的特徴16の波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源において、
前記波長多重化器は複数のキャビティを結合層によって結合した誘電体多層膜フィルタを備えていることを特徴とする波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源。
(図14の特徴について)
[技術的特徴20]技術的特徴16の波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源において、
前記波長多重化器は一つの透明基板と複数の誘電体多層膜フィルタを備え、誘電体多層膜フィルタは透明基板に貼り付けられており、誘電体多層膜フィルタによって反射された光が透明基板中を伝播することを特徴とする波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源。
(図15の特徴について)
[技術的特徴21]技術的特徴15波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源において、
前記波長多重化器は複数の波長多重化器をツリー状に接続して構築したものであることを特徴とする波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源。
以下、ここで説明した技術的特徴をまとめておく。
(図1の特徴について)
[技術的特徴1]複数の半導体レーザチップ、半導体レーザチップに対応した進相軸方向シリンドリカルコリメータ、結像光学系、及び、マルチモード光ファイバを備えたビーム結合型半導体レーザ光源において、
さらに帯域通過型の誘電体多層膜フィルタと部分反射鏡を備えていることを特徴とするビーム結合型半導体レーザ光源。
[技術的特徴2]技術的特徴1のビーム結合型半導体レーザ光源において、
さらに、遅相軸シリンドリカルコリメータを備えていることを特徴とするビーム結合型半導体レーザ光源。
[技術的特徴3]技術的特徴1のビーム結合型半導体レーザ光源において、
前記結像光学系は進相軸シリンドリカル結像レンズと遅相軸シリンドリカルレンズからなることを特徴とするビーム結合型半導体レーザ光源。
(図1、図4の特徴について)
[技術的特徴4]技術的特徴1のビーム結合型半導体レーザ光源において、
前記誘電体多層膜フィルタの取り付け角度を変えることによって、異なる波長のレーザ発振を生じる製品ファミリーを構築したことを特徴とするビーム結合型半導体レーザ光源。
(図2の特徴について)
[技術的特徴5]技術的特徴1のビーム結合型半導体レーザ光源において、
前記誘電体多層膜フィルタは二つの誘電体多層膜反射層にスペーサ層が挟まれた構造であり、スペーサ層の厚さはnλ/2であることを特徴とするビーム結合型半導体レーザ光源。
ただし、λは前記誘電体多層膜フィルタの透過波長であり、nは自然数である。
(図3の特徴について)
[技術的特徴6]技術的特徴5のビーム結合型半導体レーザ光源において、
前記スペーサ層の厚さを規定するnの値が2以上であることを特徴とするビーム結合型半導体レーザ光源。
(図5の特徴について)
[技術的特徴7]複数の半導体レーザチップ、半導体レーザチップに対応した進相軸方向シリンドリカルコリメータ、結像レンズ、及び、マルチモード光ファイバを備えたビーム結合型半導体レーザ光源において、
体積ブラッグ回折格子を備えていることを特徴とするビーム結合型半導体レーザ光源。
(図6の特徴について)
[技術的特徴8]2つのレーザビーム群を、偏光ビーム結合器を用いて合波するビーム結合型半導体レーザ光源において、
各レーザビーム群は複数の半導体レーザチップ、半導体レーザチップに対応した進相軸方向シリンドリカルコリメータ、及び、マウントを備え、
マウントの表面は平坦であり、
半導体レーザチップから出射されるレーザ光の進相軸がマウント表面に対して水平になるように半導体レーザチップがマウントに対して配置されていることを特徴とするビーム結合型半導体レーザ光源。
[技術的特徴9]技術的特徴8のビーム結合型半導体レーザ光源において、
さらに波長選択手段を備え、
この波長選択手段はレーザビームが偏光結合された後の位置に設けられていることを特徴とするーム結合型半導体レーザ光源。
[技術的特徴10]技術的特徴9のビーム結合型半導体レーザ光源において、
前記波長選択手段は誘電体多層膜フィルタと部分反射鏡からなることを特徴とするビーム結合型半導体レーザ光源。
[技術的特徴11]技術的特徴9のビーム結合型半導体レーザ光源において、
前記波長選択手段は体積ブラッグ回折格子からなることを特徴とするビーム結合型半導体レーザ光源。
(図7の特徴について)
[技術的特徴12]半導体レーザアレイチップ、進相軸方向シリンドリカルコリメータ、
光路変換素子、結像光学系、及び、マルチモード光ファイバを備えたビーム結合型半導体レーザ光源において、
光路変換素子と結像光学系の間に波長選択手段を設けたことを特徴とするビーム結合型半導体レーザ光源。
(図8の特徴について)
[技術的特徴13]2つのレーザビーム群を、偏光ビーム結合器を用いて合波するビーム結合型半導体レーザ光源において、
各レーザビーム群は半導体レーザアレイチップ、進相軸方向シリンドリカルコリメータ、及び、光路変換素子を備えていることを特徴とするビーム結合型半導体レーザ光源。
(図9、図10の特徴について)
[技術的特徴14]2つのレーザビーム群を、偏光ビーム結合器を用いて合波するビーム結合型半導体レーザ光源において、
各レーザビーム群は複数の半導体レーザチップ、半導体レーザチップに対応した進相軸方向シリンドリカルコリメータ、波長選択手段、及び、ひな壇状のマウントを備え、
レーザビームが偏光結合された後の位置に誘電体多層膜フィルタと部分反射鏡が設けられていることを特徴とするビーム結合型半導体レーザ光源。
(図11の特徴について)
[技術的特徴15]複数の異なる波長のビーム結合型半導体レーザ光源、及び、波長多重化器を備えた波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源において、
ビーム結合型半導体レーザ光源は、複数のブロードエリア型の半導体レーザチップ、空間多重化器、波長ロック機構を備えていることを特徴とする波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源。
[技術的特徴16]技術的特徴15の波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源において、
前記波長多重化器は誘電体多層膜フィルタを備えていることを特徴とする波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源。
[技術的特徴17]技術的特徴15の波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源において、
出力レーザ光の横モードがマルチモードであることを特徴とする波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源。
(図12の特徴について)
[技術的特徴18]技術的特徴16の波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源において、
前記波長多重化器は3つのレンズを備えたスリーポートデバイスを備えていることを特徴とする波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源。
(図13の特徴について)
[技術的特徴19]技術的特徴16の波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源において、
前記波長多重化器は複数のキャビティを結合層によって結合した誘電体多層膜フィルタを備えていることを特徴とする波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源。
(図14の特徴について)
[技術的特徴20]技術的特徴16の波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源において、
前記波長多重化器は一つの透明基板と複数の誘電体多層膜フィルタを備え、誘電体多層膜フィルタは透明基板に貼り付けられており、誘電体多層膜フィルタによって反射された光が透明基板中を伝播することを特徴とする波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源。
(図15の特徴について)
[技術的特徴21]技術的特徴15波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源において、
前記波長多重化器は複数の波長多重化器をツリー状に接続して構築したものであることを特徴とする波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源。
1…半導体レーザチップ1、2…FA方向シリンドリカルコリメータ、3…SA方向シリンドリカルコリメータ、4…誘電体多層膜フィルタ、5…部分反射鏡、6…FA方向結像レンズ、7…SA方向結像レンズ、8…マルチモード光ファイバ、9…光ファイバサポート、10…ビーム結合型半導体レーザ光源、11…半導体レーザチップ1の端面、12…ストライプ、13…サブマウント、14…マウント、15…レーザ光、16…反射光、17…絶縁スペーサ、20…透明基板、23…スペーサ層、24、25…誘電体多層膜反射層、26…キャビティ、27…阻止帯、28…透過ピーク、29…シフトした透過ピーク、30…入射光、31…透過光、32…反射光、33…スペーサ層、34…キャビティ、35…透過ピーク、40…ビーム結合型半導体レーザ光源、50…ビーム結合型半導体レーザ光源、51…体積ブラッグ回折格子、60…ビーム結合型半導体レーザ光源、61、62…レーザビーム群、63…1/2波長位相板(偏光変換器)、64…偏光ビーム結合器、70ビーム結合型半導体レーザ光源、71…半導体レーザアレイチップ、72…FA方向シリンドリカルコリメータ、73…光路変換素子、74…サブマウント、75…絶縁スペーサ、80…ビーム結合型半導体レーザ光源、81、82…レーザビーム群、88、89…反射鏡、ビーム結合型半導体レーザ光源…90、91、92…レーザビーム群、93…サブマウント、94…絶縁スペーサ、95…ひな壇状のマウント、96、97、98…壇、100長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源、101、101a、101b、101c、101d…単一波長ビーム結合型半導体レーザ光源、102…マルチモード光ファイバ、103、103a、103b…波長多重化器、104…マルチモード光ファイバ、105…出力ポート、106…出力レーザ光、107…被加工物、108…ブロードエリア型の半導体レーザチップ、109…空間多重化器、110…波長ロック機構、111…偏光多重化器、113、113a、113b、113c…スリーポートデバイス、114…光ファイバ(反射ポート)、115…光ファイバ(透過ポート)、116…光ファイバ(共通ポート)、117…誘電体多層膜フィルタ、118…共通レンズ、119…透過ポート側レンズ、120…波長λ2の光、121…波長λ1の光、122…合波光、130…スリーポートデバイス、131…結合レンズ、133…結合層、134…透過ピーク、135…シフトした透過ピーク、140…波長多重化器、141…透明基板、142…マルチモード光ファイバ、143…出力ポート、150…波長多重化ビーム結合型半導体レーザ光源、151…波長多重化器、152、153、154…マルチモード光ファイバ。
Claims (7)
- 複数の半導体レーザチップ、前記複数の半導体レーザチップに対応した進相軸方向シリンドリカルコリメータ、結像光学系、及び、マルチモード光ファイバを備えたビーム結合型半導体レーザ光源において、
さらに帯域通過型の誘電体多層膜フィルタと部分反射鏡を備えていることを特徴とするビーム結合型半導体レーザ光源。 - 請求項1のビーム結合型半導体レーザ光源において、
さらに、遅相軸シリンドリカルコリメータを備えていることを特徴とするビーム結合型半導体レーザ光源。 - 請求項1のビーム結合型半導体レーザ光源において、
前記結像光学系は進相軸シリンドリカル結像レンズと遅相軸シリンドリカル結像レンズからなることを特徴とするビーム結合型半導体レーザ光源。 - 請求項1のビーム結合型半導体レーザ光源において、
前記誘電体多層膜フィルタの取り付け角度を変えることによって、異なる波長のレーザ発振を生じる製品ファミリーを構築したことを特徴とするビーム結合型半導体レーザ光源。 - 請求項1のビーム結合型半導体レーザ光源において、
前記誘電体多層膜フィルタは二つの誘電体多層膜反射層にスペーサ層が挟まれた構造であり、スペーサ層の厚さはnλ/2であることを特徴とするビーム結合型半導体レーザ光源。
ただし、λは前記誘電体多層膜フィルタの透過波長であり、nは自然数である。 - 請求項1のビーム結合型半導体レーザ光源において、
前記スペーサ層の厚さを規定するnの値が2以上であることを特徴とするビーム結合型半導体レーザ光源。 - 複数の半導体レーザチップ、前記複数の半導体レーザチップに対応した進相軸方向シリンドリカルコリメータ、結像光学系、及び、マルチモード光ファイバを備えたビーム結合型半導体レーザ光源において、
体積ブラッグ回折格子を備えていることを特徴とするビーム結合型半導体レーザ光源。
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