JP2006147879A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】戻り光の影響を受けにくい半導体レーザ装置を提供する。
【解決手段】半導体レーザ２から照射されたレーザ光Ｌ１は、シリンドリカルレンズ３ａによって垂直方向の放射角を狭めて横長のビーム形状に整形され、非球面レンズ３ｂによって平行光に変換される。非球面レンズ３ｂで平行光に変換されたレーザ光Ｌ１は、非球面レンズ３ｃによって光ファイバ４の入射端面４ａに傾斜して入射する。光ファイバ４の入射端面４ａに入射した光の一部は反射して戻り光Ｌ２となる。戻り光Ｌ２は、レーザ光Ｌ１が入射端面４ａに傾斜して入射することで、レーザ光Ｌ１と光路分離されて、非球面レンズ３ｃで平行光に変換される。戻り光Ｌ２の光路中にはフィルタ５Ａが配置され、フィルタ５Ａによって、レーザ光Ｌ１を遮断することなく、戻り光Ｌ２を遮断する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体レーザから照射されたレーザ光を光ファイバで導波して、各種加工に利用する半導体レーザ装置に関する。詳しくは、半導体レーザから照射されたレーザ光の戻り光が半導体レーザに入射しないようにすることで、半導体レーザの障害の発生を防ぐものである。
半導体レーザから照射されたレーザ光を光ファイバに結合し、半導体レーザのレーザ光を光ファイバで導波して切断等の各種加工に利用する半導体レーザ装置が従来より提案されている。
半導体レーザ装置に使用される半導体レーザは、へき開面から光が照射される形態である。このような半導体レーザは、水平方向の放射角と垂直方向の放射角が異なり、出射パターンが縦長の楕円形状である。
これに対して、光ファイバは放射角が対称である。このため、半導体レーザから照射される光の対称性を高め、光ファイバとの結合効率を高めることを目的として、ビーム形状を真円に近い形状とした装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、加工用に使用される半導体レーザ装置では、高出力の半導体レーザが使用される。高出力の半導体レーザは、出力端面でのパワー密度が高く、自身が発した光、あるいは自身が発光した光に起因して他のデバイスが発する光が、自身の出力端面に戻った場合に、発振スペクトルの変動や表面吸収による端面劣化、端面破壊が発生することが問題となっている。
このため、半導体レーザのレーザ光と、光ファイバの入射端面での反射による戻り光を光路分離し、遮蔽板により半導体レーザへの戻り光を遮断する装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平８−３０７００６号公報 特開平５−３２３４０４号公報
しかし、半導体レーザと光ファイバとの間の結合効率が高くなると、光ファイバの入射端面で反射した半導体レーザのレーザ光の戻り光が半導体レーザの出力端面を照射したり、また、光ファイバに入射した光が光ファイバの出射端面側で反射する等により戻り光となって入射端面から出射して、半導体レーザの出力端面を照射する。これにより、半導体レーザの発振スペクトルの変動や表面吸収による端面劣化、端面破壊が発生するという問題がある。
また、半導体レーザと光ファイバとの間の結合効率を高めるため、ビーム形状を真円に近い形状とし、かつ、戻り光を光路分離して遮蔽板で遮断する構成では、半導体レーザのレーザ光と戻り光の光路のずれ量を大きくしないと戻り光のみを遮断することができないので、装置が大型化するという問題がある。
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、半導体レーザの発振スペクトルの変動や表面劣化、端面破壊の発生を低減し、かつ小型の半導体レーザ装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決するため、本発明に係る半導体レーザ装置は、レーザ光を出射する光源と、レーザ光を導波する光ガイドと、光源から出射されたレーザ光を整形し、光ガイドに集光させる光学素子と、光源から出射され、光学素子で整形されたレーザ光は通し、光ガイドで発生した戻り光は遮断するフィルタとを備えたものである。
本発明の半導体レーザ装置は、光源から出射されたレーザ光は光学素子で整形され、フィルタを透過して光ガイドに集光する。光ガイドに集光したレーザ光の大部分は光ガイドを導波される。これに対して、光ガイドに集光したレーザ光の一部は光ガイドの端面で反射して戻り光となる。光ガイドから光源へ戻る戻り光は、フィルタで遮断され、光源には入射しない。
例えば、光源から出射されたレーザ光の垂直方向の放射角を狭めて横長のビーム形状に整形し、光ガイドの入射端面に斜めに入射させて戻り光との光路分離を行うことで、半導体レーザのレーザ光と戻り光の光路のずれ量を大きくすることなく、フィルタによって戻り光のみを遮断できる。
また、光源から出射されたレーザ光の垂直方向の放射角を狭めて横長のビーム形状に整形し、光ガイドを導波されて入射端面から出射した戻り光のビーム形状より小さくなるように構成することで、光ガイドを導波された戻り光を遮断することができる。
更に、光源から出射された波長のレーザ光は通す波長選択フィルタを備えることで、光ガイドを導波された波長の異なる戻り光を遮断することができる。
本発明の半導体レーザ装置によれば、光源から照射されたレーザ光を、光ガイドの端面での戻り光と分離できるように整形すると共に、光源から照射されたレーザ光は透過し、戻り光は遮断するフィルタを配置したので、装置を大型にすることなく戻り光が光源に入射することを防ぎ、光源の発振スペクトルの変動や表面劣化、端面破壊の発生を低減することができる。
以下、図面を参照して本発明の半導体レーザ装置の実施の形態について説明する。
＜第１の実施の形態の半導体レーザ装置の構成例＞
図１は第１の実施の形態の半導体レーザ装置１Ａの一例を示す構成図である。図１は半導体レーザ装置１Ａの構成を模式的に示し、図１（ａ）はＹ−Ｚ平面図、図１（ｂ）はＸ−Ｚ平面図、図１（ｃ）は要部拡大図である。
第１の実施の形態の半導体レーザ装置１Ａは各種加工用に使用される装置で、半導体レーザ２とシリンドリカルレンズ３ａと、非球面レンズ３ｂ，３ｃと、光ファイバ４と、フィルタ５Ａを備える。半導体レーザ装置１Ａは、図示しないパッケージ内に半導体レーザ２とシリンドリカルレンズ３ａと非球面レンズ３ｂ，３ｃとフィルタ５Ａ等が実装され、半導体レーザ２から照射されたレーザ光Ｌ１を、シリンドリカルレンズ３ａ及び非球面レンズ３ｂ，３ｃによって光ファイバ４へ導光し、光ファイバ４で光を導波して切断加工等に利用する。
そして、半導体レーザ２から照射され、シリンドリカルレンズ３ａ及び非球面レンズ３ｂ，３ｃによって光ファイバ４へ導かれるレーザ光Ｌ１と、光ファイバ４の入射端面４ａで反射した戻り光Ｌ２を光路分離すると共に、半導体レーザ２のレーザ光Ｌ１は透過し、戻り光Ｌ２は遮断する形状のフィルタ５Ａを配置して、戻り光Ｌ２が半導体レーザ２に入射することを防ぐものである。
半導体レーザ２は光源の一例で、基板等に実装される。半導体レーザ２から照射されるレーザ光Ｌ１は、図示しない活性層に水平なＸ−Ｚ平面に沿った方向と、垂直なＹ−Ｚ平面に沿った方向とでビームの広がり角が異なる。半導体レーザ２の放射角は光出力の半値全幅で表し、水平方向の半値全幅θｈは８度前後、垂直方向の半値全幅θｖは２５度程度である。これにより、半導体レーザ２から照射されるレーザ光Ｌ１の出射パターンは、縦長の略楕円形状である。
光ファイバ４は光ガイドの一例で、本例では、例えばマルチモード光ファイバが使用される。光ファイバ４における許容入射角度は、光ファイバ４のＮＡ（開口数）で制限されており、半導体レーザ２のレーザ光Ｌ１を光ファイバ４に入射するには、半導体レーザ２の放射角度を光ファイバ４の許容入射角度以下に、ビーム整形する必要がある。
このため、図１に示す半導体レーザ装置１Ａでは、半導体レーザ２のビームを整形し、光ファイバ４に導いて入射する光学素子として、シリンドリカルレンズ３ａ、非球面レンズ３ｂ及び非球面レンズ３ｃを備える。
シリンドリカルレンズ３ａは第１のレンズを構成し、半導体レーザ２から照射されるレーザ光Ｌ１の垂直方向の放射角を約１０分の１に変換する。なお、シリンドリカルレンズ３ａでは、水平方向の放射角は変化しない。これにより、半導体レーザ２から照射されたレーザ光Ｌ１のビーム形状は、シリンドリカルレンズ３ａを透過すると、横長の略楕円形状となる。
非球面レンズ３ｂと非球面レンズ３ｃは第２のレンズを構成し、非球面レンズ３ｂは、シリンドリカルレンズ３ａを透過したレーザ光Ｌ１を平行光に変換し、非球面レンズ３ｃによって光ファイバ４の入射端面４ａ上に集光する。
ここで、光ファイバ４の入射端面４ａには、無反射コーティングが施されているが、半導体レーザ２から照射され、光ファイバ４の入射端面４ａ上に集光したレーザ光Ｌ１の一部は、入射端面４ａで反射する。光ファイバ４の入射端面４ａで反射した戻り光Ｌ２は、非球面レンズ３ｃで平行光に変換される。なお、戻り光Ｌ２のビーム形状は、レーザ光Ｌ１のビーム形状が横長の略楕円形状であるので、同様に横長の略楕円形状となる。
図１に示す半導体レーザ装置１Ａでは、Ｚ軸に沿った半導体レーザ２の光軸Ｐ１上にシリンドリカルレンズ３ａ及び非球面レンズ３ｂが配置される。非球面レンズ３ｃ及び光ファイバ４は、光軸Ｐ２が半導体レーザ２の光軸Ｐ１に対してＹ軸に沿って所定の長さ（−ｙ）だけ平行にずらして配置され、光路分離手段を構成する。
これにより、半導体レーザ２から照射され、非球面レンズ３ｃを透過したレーザ光Ｌ１は、図１（ｃ）に示すように、角度θ2で光ファイバ４の入射端面４ａに入射する。
ここで、角度θ2は、半導体レーザ２のレーザ光Ｌ１による入射ビームと光ファイバ４の入射端面４ａの法線とのなす角度である。入射ビームの広がり角度（半角）をθ1とすると、θ1＜θ2となるように光学系を構成してあり、非球面レンズ３ｂと非球面レンズ３ｃの間では、半導体レーザ２のレーザ光Ｌ１と光ファイバ４の入射端面４ａで反射した戻り光Ｌ２の光路は、空間的に分離している。
フィルタ５Ａは、非球面レンズ３ｂと非球面レンズ３ｃの間に配置され、半導体レーザ２から照射されたレーザ光Ｌ１は透過し、光ファイバ４の入射端面４ａで反射した戻り光Ｌ２は遮断する形状を備える。フィルタ５Ａとしては、非球面レンズ３ｂと非球面レンズ３ｃの間で、例えば戻り光Ｌ２の光路中に板状部材を配置しても良い。また、半導体レーザ２からのレーザ光Ｌ１は透過するスリット状の開口部を備えた板状部材を配置しても良い。
ここで、非球面レンズ３ｂと非球面レンズ３ｃの間では、半導体レーザ２から照射されたレーザ光Ｌ１と、光ファイバ４の入射端面４ａで反射した戻り光Ｌ２のビーム形状は、共に横長の略楕円形状である。このため、非球面レンズ３ｃ及び光ファイバ４の光軸からのずれ量を大きくすることなく、半導体レーザ２からのレーザ光Ｌ１と、入射端面４ａで反射した戻り光Ｌ２が光路分離される。
＜第１の実施の形態の半導体レーザ装置の動作例＞
次に、第１の実施の形態の半導体レーザ装置１Ａの動作例について、図１を参照して説明する。
半導体レーザ２から照射されたレーザ光Ｌ１は、シリンドリカルレンズ３ａによって垂直方向の放射角が約１０分の１に変換されることで、横長の略楕円形状のビーム形状となる。
半導体レーザ２から照射され、シリンドリカルレンズ３ａを透過したレーザ光Ｌ１は、非球面レンズ３ｂによって平行光に変換される。非球面レンズ３ｂと非球面レンズ３ｃの間に配置されるフィルタ５Ａは、半導体レーザ２から照射され、シリンドリカルレンズ３ａ及び非球面レンズ３ｂを透過して整形されたレーザ光Ｌ１は透過する形状であるので、半導体レーザ２から照射されたレーザ光Ｌ１は、フィルタ５Ａを透過して非球面レンズ３ｃに入射する。
上述したように、非球面レンズ３ｃ及び光ファイバ４は、光軸Ｐ２が半導体レーザ２の光軸Ｐ１に対してＹ軸に沿って平行にずらして配置されるので、半導体レーザ２から照射されたレーザ光Ｌ１は、非球面レンズ３ｃによって図１（ｃ）に示すように入射角θ2で光ファイバ４の入射端面４ａに集光する。
光ファイバ４の入射端面４ａに集光したレーザ光Ｌ１の大部分は、光ファイバ４の図示しないコアに入射して導波される。これに対して、光ファイバ４の入射端面４ａに集光したレーザ光Ｌ１の一部は、入射端面４ａで反射する。
光ファイバ４の入射端面４ａに集光したレーザ光Ｌ１は、入射角θ2で入射するので、入射端面４ａで反射する戻り光Ｌ２は、入射角θ2と同じ反射角で反射する。そして、光ファイバ４への入射ビームの広がり角度θ1（半角）に対して、θ1＜θ2としてあるので、非球面レンズ３ｂと非球面レンズ３ｃの間では、半導体レーザ２のレーザ光Ｌ１と光ファイバ４の入射端面４ａで反射した戻り光Ｌ２の光路は空間的に分離する。そして、光ファイバ４の入射端面４ａで反射した戻り光Ｌ２は、フィルタ５Ａで遮断され、半導体レーザ２に再入射することが阻止される。
ここで、半導体レーザ２から照射されたレーザ光Ｌ１のビーム形状を、シリンドリカルレンズ３ａ及び非球面レンズ３ｂで横長の略楕円形状に整形することで、非球面レンズ３ｃ及び光ファイバ４の光軸Ｐ１からのずれ量を大きくすることなく、半導体レーザ２のレーザ光Ｌ１と、光ファイバ４の入射端面４ａで反射した戻り光Ｌ２を空間的に分離し、半導体レーザ２のレーザ光Ｌ１を遮断することなく、戻り光Ｌ２をフィルタ５Ａで遮断することができる。
なお、第１の実施の形態の半導体レーザ装置１Ａでは、非球面レンズ３ｃ及び光ファイバ４を光軸Ｐ１に対して平行にずらして配置しているが、例えば入射端面４ａを傾斜させた斜め研磨ファイバを用いれば、非球面レンズ３ｃ及び光ファイバ４の光軸Ｐ２をずらさずとも、光路分離が実現可能である。
このような構成によれば、光ファイバ４の入射端面４ａで反射した戻り光Ｌ２が、再び半導体レーザ２に入射することを阻止することができ、半導体レーザ２の発振スペクトルの変動や表面劣化、端面破壊の発生を低減した半導体レーザ装置１Ａを提供することができる。
＜第２の実施の形態の半導体レーザ装置の構成例＞
図２は第２の実施の形態の半導体レーザ装置１Ｂの一例を示す構成図で、次に、半導体レーザ装置の第２の実施の形態について説明する。ここで、図２は半導体レーザ装置１Ｂの構成を模式的に示し、図１で説明した半導体レーザ装置１Ａと同等の構成を有する部位については、同じ番号を付して説明する。
第２の実施の形態の半導体レーザ装置１Ｂは、半導体レーザ２から照射されたレーザ光Ｌ１は透過し、光ファイバ４を出射端面４ｂ側から入射端面４ａ側へと導波され、入射端面４ａから出射した戻り光Ｌ３の一部は遮断するフィルタ５Ｂを備えて、光ファイバ４の入射端面４ａから出射する戻り光Ｌ３が半導体レーザ２に入射することを防ぐものである。
半導体レーザ装置１Ｂでは、シリンドリカルレンズ３ａ及び非球面レンズ３ｂと共に、非球面レンズ３ｃ及び光ファイバ４は、半導体レーザ２の光軸Ｐ１上に配置される。
半導体レーザ２から照射されたレーザ光Ｌ１は、本例ではシリンドリカルレンズ３ａ及び非球面レンズ３ｂ，３ｃで構成される光学素子によって光ファイバ４へ導光及び入射端面４ａに集光され、光ファイバ４を入射端面４ａ側から出射端面４ｂ側へ導波される。この半導体レーザ２から照射され、光ファイバ４を導波される光の一部が、光ファイバ４の出射端面４ｂ側から入射端面４ａ側へ導波される戻り光Ｌ３となる。
光ファイバ４を出射端面４ｂ側から入射端面４ａ側へ導波される光としては、半導体レーザ２から照射され、光ファイバ４の入射端面４ａから入射して光ファイバ４を導波され、この光ファイバ４の出射端面４ｂ側で反射した戻り光がある。
また、光ファイバ４と接続された図示しない光ファイバ増幅器等の他装置で反射等することにより、光ファイバ４の出射端面４ｂに結合した光がある。
光ファイバ４の入射端面４ａから出射する戻り光Ｌ３は、光ファイバ４のＮＡで決まる放射角θ3（ＮＡ＝ｓｉｎ（θ3））で、光ファイバ４の入射端面４ａから放射される。この戻り光Ｌ３は非球面レンズ３ｃで平行光に変換され、Ｗ２のビーム径をもつ略円形状のパターンとなる。
半導体レーザ２から照射されたレーザ光Ｌ１は、シリンドリカルレンズ３ａ及び非球面レンズ３ｂを透過することで、上述したように横長の略楕円形状のビーム形状となる。この半導体レーザ２のレーザ光Ｌ１は、Ｙ軸方向にＷ１の大きさを持つ。ここで、Ｗ１＜Ｗ２となるように、光学系が構成される。
フィルタ５Ｂは、非球面レンズ３ｂと非球面レンズ３ｃの間に配置され、Ｙ軸方向にＷ３の大きさを有する開口部６が形成される。ここで、フィルタ５Ｂの開口部６のＹ軸方向の大きさＷ３は、図２（ｂ）に示すように、Ｗ１＜Ｗ３＜Ｗ２となるように構成される。なお、開口部６のＸ軸方向の大きさは、半導体レーザ２から照射されたレーザ光Ｌ１が透過できる大きさとする。
これにより、半導体レーザ２から照射されたレーザ光Ｌ１は、フィルタ５Ｂの開口部６を透過する。これに対して、光ファイバ４の入射端面４ａから出射した戻り光Ｌ３は、フィルタ５Ｂの開口部６より外側の部分はフィルタ５Ｂで遮断される。
＜第２の実施の形態の半導体レーザ装置の動作例＞
次に、第２の実施の形態の半導体レーザ装置１Ｂの動作例について、図２を参照して説明する。
半導体レーザ２から照射されたレーザ光Ｌ１は、シリンドリカルレンズ３ａによって垂直方向の放射角が約１０分の１に変換されることで、横長の略楕円形状のビーム形状となる。
半導体レーザ２から照射され、シリンドリカルレンズ３ａを透過したレーザ光Ｌ１は、非球面レンズ３ｂによって平行光に変換される。半導体レーザ２から照射され、シリンドリカルレンズ３ａ及び非球面レンズ３ｂを透過して整形されたレーザ光Ｌ１は、Ｙ軸方向にＷ１の大きさを持つ。
非球面レンズ３ｂと非球面レンズ３ｃの間に配置されるフィルタ５Ｂは、Ｙ軸方向にＷ３の大きさを持つ開口部６を備えるので、半導体レーザ２から照射され、非球面レンズ３ｂを透過したレーザ光Ｌ１は、フィルタ５Ｂの開口部６を透過して非球面レンズ３ｃに入射する。
そして、非球面レンズ３ｃに入射したレーザ光Ｌ１は、光ファイバ４の入射端面４ａ上に集光され、光ファイバ４に入射する。光ファイバ４に入射した光は、入射端面４ａ側から出射端面４ｂ側へ導波される。光ファイバ４の入射端面４ａ側から出射端面４ｂ側へ導波される光の一部は、出射端面４ｂで反射して戻り光となり、光ファイバ４を出射端面４ｂ側から入射端面４ａ側へ導波される。
また、光ファイバ４の出射端面４ｂから出射された光の一部は、光ファイバ４と接続された図示しない光ファイバ増幅器等の他装置で反射等することにより、光ファイバ４の出射端面４ｂに結合し、光ファイバ４を出射端面４ｂ側から入射端面４ａ側へ導波される。
光ファイバ４を出射端面４ｂ側から入射端面４ａ側へ導波される戻り光Ｌ３は、入射端面４ａから出射する。光ファイバ４の入射端面４ａから出射した戻り光Ｌ３は、非球面レンズ３ｃで平行光に変換される。この戻り光Ｌ３のビーム形状は、Ｗ２のビーム径をもつ略円形状である。
そして、フィルタ５Ｂの開口部６のＹ軸方向の大きさＷ３は、Ｗ１＜Ｗ３＜Ｗ２となるように構成されるので、光ファイバ４の入射端面４ａから出射した戻り光Ｌ３は、図２（ｂ）に斜線で示すように、フィルタ５Ｂの開口部６より外側の部分がフィルタ５Ｂで遮断される。
なお、フィルタ５Ｂの開口部６の内側を透過した戻り光Ｌ３は、半導体レーザ２を照射するが、フィルタ５Ｂが存在しない場合と比較し、その光量は減少している。
このような構成によれば、光ファイバ４の出射端面４ｂ側から入射端面４ａ側へ導波され、入射端面４ａから出射した戻り光Ｌ３の一部を遮断することができ、半導体レーザ２の発振スペクトルの変動や表面劣化、端面破壊の発生を低減した半導体レーザ装置１Ｂを提供することができる。
＜第３の実施の形態の半導体レーザ装置の構成例＞
図３は第３の実施の形態の半導体レーザ装置１Ｃの一例を示す構成図で、次に、半導体レーザ装置の第３の実施の形態について説明する。ここで、図３は半導体レーザ装置１Ｃの構成を模式的に示し、図１で説明した半導体レーザ装置１Ａと同等の構成を有する部位については、同じ番号を付して説明する。
第３の実施の形態の半導体レーザ装置１Ｃは、半導体レーザ２から照射された波長のレーザ光Ｌ１は透過し、光ファイバ４を出射端面４ｂ側から入射端面４ａ側へと導波され、入射端面４ａから出射した半導体レーザ２のレーザ光Ｌ１と異なる波長の戻り光Ｌ４は遮断するフィルタ５Ｃを備えて、光ファイバ４の入射端面４ａから出射する戻り光Ｌ４が半導体レーザ２に入射することを防ぐものである。
半導体レーザ装置１Ｃでは、シリンドリカルレンズ３ａ及び非球面レンズ３ｂと共に、非球面レンズ３ｃ及び光ファイバ４は、半導体レーザ２の光軸Ｐ１上に配置される。
上述したように、半導体レーザ２から照射されたレーザ光Ｌ１の一部が、光ファイバ４の出射端面４ｂ側から入射端面４ａ側へ導波される戻り光となる。
ここで、光ファイバ４を出射端面４ｂ側から入射端面４ａ側へ導波される光は、半導体レーザ装置１Ｃの半導体レーザ２で照射されるレーザ光Ｌ１の波長と異なる場合がある。
例えば、半導体レーザ装置１Ｃの光ファイバ４にグレーティングミラーを備えた図示しない光ファイバ増幅器を接続し、半導体レーザ２の発振波長λ１のレーザ光Ｌ１を結晶の励起に使用して、結晶の発振波長λ２（≠λ１）の光を出力する構成とした装置がある。
このような装置では、パルス出力で数ｋｗ級の大出力で光を出力できるものがあり、各種加工に使用される。しかし、結晶の発振波長λ２の光が戻り光Ｌ４となって光ファイバ４の出射端面４ｂに結合し、光ファイバ４を出射端面４ｂ側から入射端面４ａ側へ導波されて半導体レーザ装置１Ｃに入射すると、戻り光Ｌ４は大出力であるため、半導体レーザ２に大きな悪影響を与える。
このため、本例の半導体レーザ装置１Ｃでは、非球面レンズ３ｂと非球面レンズ３ｃの間に、フィルタ５Ｃを光軸Ｐ１に対し斜めに配置する。フィルタ５Ｃは、半導体レーザ２から照射された波長λ１のレーザ光Ｌ１は透過し、光ファイバ４から出射された波長λ２の戻り光Ｌ４は反射する波長選択フィルタである。
＜第３の実施の形態の半導体レーザ装置の動作例＞
次に、第３の実施の形態の半導体レーザ装置１Ｃの動作例について、図３を参照して説明する。
半導体レーザ２から照射されたレーザ光Ｌ１は、シリンドリカルレンズ３ａによって垂直方向の放射角が約１０分の１に変換されることで、横長の略楕円形状のビーム形状となる。
半導体レーザ２から照射され、シリンドリカルレンズ３ａを透過したレーザ光Ｌ１は、非球面レンズ３ｂによって平行光に変換される。
非球面レンズ３ｂと非球面レンズ３ｃの間に配置されるフィルタ５Ｃは、半導体レーザ２から照射された波長λ１のレーザ光Ｌ１は透過するので、半導体レーザ２から照射され、シリンドリカルレンズ３ａ及び非球面レンズ３ｂを透過して整形されたレーザ光Ｌ１は、フィルタ５Ｃを透過して非球面レンズ３ｃに入射する。
そして、非球面レンズ３ｃに入射したレーザ光Ｌ１は、光ファイバ４の入射端面４ａ上に集光され、光ファイバ４に入射する。光ファイバ４に入射した光は、入射端面４ａ側から出射端面４ｂ側へ導波される。光ファイバ４の入射端面４ａ側から出射端面４ｂ側へ導波された光の一部は、光ファイバ４と接続された図示しない光ファイバ増幅器等の他装置で反射等することにより、光ファイバ４の出射端面４ｂに結合し、光ファイバ４を出射端面４ｂ側から入射端面４ａ側へ導波される。
光ファイバ４を出射端面４ｂ側から入射端面４ａ側へ導波される戻り光Ｌ４は、入射端面４ａから出射する。光ファイバ４の入射端面４ａから出射した戻り光Ｌ４は、非球面レンズ３ｃで平行光に変換される。この戻り光Ｌ４のビーム形状は、略円形状である。
ここで、半導体レーザ装置１Ｃの光ファイバ４に光ファイバ増幅器等が接続されている場合、光ファイバ増幅器で半導体レーザ２の波長λ１の光を波長λ２の光に変換するので、光ファイバ増幅器で発生した戻り光Ｌ４は、波長λ２の光となる。
フィルタ５Ｃは、波長λ２の光は透過しないので、光ファイバ４の入射端面４ａから出射した戻り光Ｌ４はフィルタ５Ｃで遮断され、半導体レーザ２には入射しない。また、フィルタ５Ｃは光ファイバ４の光軸に対して傾斜しているので、フィルタ５Ｃで遮断され反射した戻り光Ｌ４は、再び光ファイバ４の入射端面４ａに入射しない。
このような構成によれば、光ファイバ４を出射端面４ｂ側から入射端面４ａ側へ導波された半導体レーザ２の発振波長以外の戻り光Ｌ４は、半導体レーザ２に入射しないので、半導体レーザ２の発振スペクトルの変動や表面劣化、端面破壊の発生を低減した半導体レーザ装置１Ｃを提供することができる。
＜第４の実施の形態の半導体レーザ装置の構成例＞
図４は第４の実施の形態の半導体レーザ装置１Ｄの一例を示す構成図で、次に、半導体レーザ装置の第４の実施の形態について説明する。第４の実施の形態の半導体レーザ装置１Ｄは、図１で説明した第１の実施の形態の半導体レーザ装置１Ａのフィルタ５Ａと、図２で説明した第２の実施の形態の半導体レーザ装置１Ｂのフィルタ５Ｂを備えて、光ファイバ４の入射端面４ａで反射した戻り光Ｌ２と、光ファイバ４を出射端面４ｂ側から入射端面４ａ側へ導波され、入射端面４ａから出射した戻り光Ｌ３の双方を遮断できるようにしたものである。
ここで、図４は半導体レーザ装置１Ｄの構成を模式的に示し、図１で説明した半導体レーザ装置１Ａ及び図２で説明した半導体レーザ装置１Ｂと同等の構成を有する部位については、同じ番号を付して説明する。
半導体レーザ装置１Ｄは、第１の実施の形態の半導体レーザ装置１Ａと同様に、シリンドリカルレンズ３ａ及び非球面レンズ３ｂは、半導体レーザ２の光軸Ｐ１上に配置され、非球面レンズ３ｃ及び光ファイバ４は、光軸Ｐ２が半導体レーザ２の光軸Ｐ１に対して平行にずらして配置される。
半導体レーザ２から照射されたレーザ光Ｌ１は、シリンドリカルレンズ３ａで横長の略楕円形状のビーム形状に整形され、非球面レンズ３ｂ及び非球面レンズ３ｃによって光ファイバ４へ導光されて、図４（ｂ）に示すように、入射角θ2で入射端面４ａに入射するように構成される。
入射ビームの広がり角度（半角）をθ1とすると、θ1＜θ2となるように光学系を構成してあり、非球面レンズ３ｂと非球面レンズ３ｃの間では、半導体レーザ２のレーザ光Ｌ１と光ファイバ４の入射端面４ａで反射した戻り光Ｌ２の光路は、空間的に分離する。
フィルタ５Ａは、非球面レンズ３ｂと非球面レンズ３ｃの間で光路分離された半導体レーザ２のレーザ光Ｌ１は透過し、光ファイバ４の入射端面４ａで反射した戻り光Ｌ２は遮断する形状を有する。
また、光ファイバ４を導波されて、出射端面４ｂで反射する等によって、光ファイバ４を出射端面４ｂ側から入射端面４ａへ導波される戻り光Ｌ３は、入射端面４ａから放射角θ3で出射する。
光ファイバ４を出射端面４ｂ側から入射端面４ａへ導波されて、入射端面４ａから出射し、非球面レンズ３ｃで平行光に変換された戻り光Ｌ３のビーム径をＷ２とする。また、半導体レーザ２から照射され、シリンドリカルレンズ３ａで整形され、非球面レンズ３ｂで平行光に変換されたレーザ光Ｌ１のＹ軸方向のビーム径をＷ１とする。半導体レーザ装置１Ｄは、第２の実施の形態の半導体レーザ装置１Ｂと同様に、Ｗ１＜Ｗ２となるように、光学系が構成される。
そして、フィルタ５Ｂは、開口部６のＹ軸方向の大きさＷ３が、Ｗ１＜Ｗ３＜Ｗ２となるように構成される。
＜第４の実施の形態の半導体レーザ装置の動作例＞
次に、第４の実施の形態の半導体レーザ装置１Ｄの動作例について、図４等を参照して説明する。
半導体レーザ２から照射されたレーザ光Ｌ１は、シリンドリカルレンズ３ａによって垂直方向の放射角が約１０分の１に変換されることで、横長の略楕円形状のビーム形状となり、非球面レンズ３ｂによって平行光に変換される。
非球面レンズ３ｂと非球面レンズ３ｃの間に配置されるフィルタ５Ａは、半導体レーザ２から照射され、シリンドリカルレンズ３ａで整形され非球面レンズ３ｂで平行光に変換されたレーザ光Ｌ１は透過する形状であるので、半導体レーザ２から照射されたレーザ光Ｌ１は、フィルタ５Ａを透過する。
また、非球面レンズ３ｂで平行光に変換されたレーザ光Ｌ１のＹ軸方向のビーム径をＷ１とすると、非球面レンズ３ｂと非球面レンズ３ｃの間に配置されるフィルタ５Ｂは、Ｙ軸方向にＷ３（＞Ｗ１）の大きさを持つ開口部６を備えるので、フィルタ５Ａを透過したレーザ光Ｌ１は、フィルタ５Ｂの開口部６を透過して非球面レンズ３ｃに入射する。
非球面レンズ３ｃ及び光ファイバ４は、半導体レーザ２の光軸Ｐ１に対して平行にずらして配置されるので、半導体レーザ２から照射されたレーザ光Ｌ１は、非球面レンズ３ｃによって入射角θ2で光ファイバ４の入射端面４ａに集光する。
光ファイバ４の入射端面４ａに集光したレーザ光Ｌ１の大部分は、光ファイバ４の図示しないコアに入射して導波される。これに対して、光ファイバ４の入射端面４ａに集光したレーザ光Ｌ１の一部は、入射端面４ａで反射する。
光ファイバ４の入射端面４ａに集光したレーザ光Ｌ１は、入射角θ2で入射するので、入射端面４ａで反射する戻り光Ｌ２は、入射角θ2と同じ反射角で反射する。そして、光ファイバ４への入射ビームの広がり角度θ1（半角）に対して、θ1＜θ2としてあるので、非球面レンズ３ｂと非球面レンズ３ｃの間では、半導体レーザ２のレーザ光Ｌ１と光ファイバ４の入射端面４ａで反射した戻り光Ｌ２の光路は空間的に分離する。そして、光ファイバ４の入射端面４ａで反射した戻り光Ｌ２は、フィルタ５Ａで遮断され、半導体レーザ２に再入射することが阻止される。
光ファイバ４に入射した光は、入射端面４ａ側から出射端面４ｂ側へ導波される。光ファイバ４の入射端面４ａ側から出射端面４ｂ側へ導波される光の一部は、出射端面４ｂで反射する等によって戻り光となり、光ファイバ４を出射端面４ｂ側から入射端面４ａ側へ導波される。
光ファイバ４を出射端面４ｂ側から入射端面４ａ側へ導波される戻り光Ｌ３は、入射端面４ａから出射する。光ファイバ４の入射端面４ａから出射した戻り光Ｌ３は、非球面レンズ３ｃで平行光に変換される。
上述したように、非球面レンズ３ｃで平行光に変換された戻り光Ｌ３のビーム径をＷ２とすると、フィルタ５Ｂの開口部６のＹ軸方向の大きさＷ３は、Ｗ３＜Ｗ２となるように構成されるので、光ファイバ４の入射端面４ａから出射した戻り光Ｌ３は、フィルタ５Ｂの開口部６より外側の部分がフィルタ５Ｂで遮断される。
なお、フィルタ５Ｂの開口部６の内側を透過した戻り光Ｌ３は、一部がフィルタ５Ａで遮断される。これにより、半導体レーザ２を照射する戻り光の光量は更に減少する。
このような構成によれば、光ファイバ４の入射端面４ａで反射した戻り光Ｌ２が、再び半導体レーザ２に入射することを阻止することができる。また、光ファイバ４の出射端面４ｂ側から入射端面４ａ側へ導波され、入射端面４ａから出射した戻り光Ｌ３の一部を遮断することができる。これにより、半導体レーザ２の発振スペクトルの変動や表面劣化、端面破壊の発生を低減した半導体レーザ装置１Ｄを提供することができる。
なお、第４の実施の形態の半導体レーザ装置１Ｄでは、非球面レンズ３ｃ及び光ファイバ４を光軸Ｐ１に対して平行にずらして配置しているが、例えば入射端面４ａを傾斜させた斜め研磨ファイバを用いれば、光軸をずらさずとも、光路分離が実現可能である。また、フィルタ５Ａとフィルタ５Ｂを一体で構成しても良い。
＜第５の実施の形態の半導体レーザ装置の構成例＞
図５は第５の実施の形態の半導体レーザ装置１Ｅの一例を示す構成図で、次に、半導体レーザ装置の第５の実施の形態について説明する。第５の実施の形態の半導体レーザ装置１Ｅは、図１で説明した第１の実施の形態の半導体レーザ装置１Ａのフィルタ５Ａと、図３で説明した第３の実施の形態の半導体レーザ装置１Ｃのフィルタ５Ｃを備えて、光ファイバ４の入射端面４ａで反射した戻り光Ｌ２と、半導体レーザ２の発振波長と異なる波長の戻り光Ｌ４の双方を遮断できるようにしたものである。
ここで、図５は半導体レーザ装置１Ｅの構成を模式的に示し、図１で説明した半導体レーザ装置１Ａ及び図３で説明した半導体レーザ装置１Ｃと同等の構成を有する部位については、同じ番号を付して説明する。
半導体レーザ装置１Ｅは、第１の実施の形態の半導体レーザ装置１Ａと同様に、シリンドリカルレンズ３ａ及び非球面レンズ３ｂは、半導体レーザ２の光軸Ｐ１上に配置され、非球面レンズ３ｃ及び光ファイバ４は、光軸Ｐ２が半導体レーザ２の光軸Ｐ１に対して平行にずらして配置される。
半導体レーザ２から照射されたレーザ光Ｌ１は、シリンドリカルレンズ３ａで横長の略楕円形状のビーム形状に整形され、非球面レンズ３ｂ及び非球面レンズ３ｃによって光ファイバ４へ導光されて、図４（ｂ）で説明したように、入射角θ2で入射端面４ａに入射するように構成される。
入射ビームの広がり角度（半角）をθ1とすると、θ1＜θ2となるように光学系を構成してあり、非球面レンズ３ｂと非球面レンズ３ｃの間では、半導体レーザ２のレーザ光Ｌ１と光ファイバ４の入射端面４ａで反射した戻り光Ｌ２の光路は、空間的に分離する。
フィルタ５Ａは、非球面レンズ３ｂと非球面レンズ３ｃの間で光路分離された半導体レーザ２のレーザ光Ｌ１は透過し、光ファイバ４の入射端面４ａで反射した戻り光Ｌ２は遮断する形状を有する。
また、フィルタ５Ｃは、半導体レーザ２から照射された波長λ１のレーザ光Ｌ１は透過し、波長λ１と異なる波長の光は反射する波長選択フィルタで、光ファイバ４の光軸Ｐ２に対して斜めに配置される。
＜第５の実施の形態の半導体レーザ装置の動作例＞
次に、第５の実施の形態の半導体レーザ装置１Ｅの動作例について、図５等を参照して説明する。
半導体レーザ２から照射されたレーザ光Ｌ１は、シリンドリカルレンズ３ａによって垂直方向の放射角が約１０分の１に変換されることで、横長の略楕円形状のビーム形状となり、非球面レンズ３ｂによって平行光に変換される。
非球面レンズ３ｂと非球面レンズ３ｃの間に配置されるフィルタ５Ｃは、半導体レーザ２から照射された波長λ１のレーザ光Ｌ１は透過するので、半導体レーザ２から照射されたレーザ光Ｌ１は、フィルタ５Ｃを透過する。
また、フィルタ５Ａは、半導体レーザ２から照射され、シリンドリカルレンズ３ａで整形され非球面レンズ３ｂで平行光に変換されたレーザ光Ｌ１は透過する形状であるので、フィルタ５Ｃを透過したレーザ光Ｌ１は、フィルタ５Ａを透過して非球面レンズ３ｃに入射する。
非球面レンズ３ｃ及び光ファイバ４は、半導体レーザ２の光軸Ｐ１に対して平行にずらして配置されるので、半導体レーザ２から照射されたレーザ光Ｌ１は、非球面レンズ３ｃによって入射角θ2で光ファイバ４の入射端面４ａに集光する。
光ファイバ４の入射端面４ａに集光したレーザ光Ｌ１の大部分は、光ファイバ４の図示しないコアに入射して導波される。これに対して、光ファイバ４の入射端面４ａに集光したレーザ光Ｌ１の一部は、入射端面４ａで反射する。
光ファイバ４の入射端面４ａに集光したレーザ光Ｌ１は、入射角θ2で入射するので、入射端面４ａで反射する戻り光Ｌ２は、入射角θ2と同じ反射角で反射する。そして、光ファイバ４への入射ビームの広がり角度θ1（半角）に対して、θ1＜θ2としてあるので、非球面レンズ３ｂと非球面レンズ３ｃの間では、半導体レーザ２のレーザ光Ｌ１と光ファイバ４の入射端面４ａで反射した戻り光Ｌ２の光路は空間的に分離する。そして、光ファイバ４の入射端面４ａで反射した戻り光Ｌ２は、フィルタ５Ａで遮断され、半導体レーザ２に再入射することが阻止される。
光ファイバ４に入射した光は、入射端面４ａ側から出射端面４ｂ側へ導波される。光ファイバ４の入射端面４ａ側から出射端面４ｂ側へ導波された光の一部は、光ファイバ４と接続された図示しない光ファイバ増幅器等の他装置で反射等することにより、光ファイバ４の出射端面４ｂに結合し、光ファイバ４を出射端面４ｂ側から入射端面４ａ側へ導波される。
ここで、半導体レーザ装置１Ｅの光ファイバ４に光ファイバ増幅器が接続されている場合、光ファイバ増幅器で半導体レーザ２の波長λ１の光を波長λ２の光に変換するので、光ファイバ増幅器で発生した戻り光は、波長λ２の光となる。
光ファイバ４を出射端面４ｂ側から入射端面４ａ側へ導波される戻り光Ｌ４は、入射端面４ａから出射する。光ファイバ４の入射端面４ａから出射した戻り光Ｌ４は、非球面レンズ３ｃで平行光に変換される。
非球面レンズ３ｃで平行光に変換された戻り光Ｌ４の一部は、フィルタ５Ａで遮断される。また、フィルタ５Ｃは、波長λ２の光は透過しないので、フィルタ５Ａを透過した波長λ２の戻り光Ｌ４はフィルタ５Ｃで遮断され、半導体レーザ２には入射しない。更に、フィルタ５Ｃは光ファイバ４の光軸Ｐ２に対して傾斜しているので、フィルタ５Ｃで遮断され反射した戻り光Ｌ４は、再び光ファイバ４の入射端面４ａに入射しない。
このような構成によれば、光ファイバ４の入射端面４ａで反射した戻り光Ｌ２が、再び半導体レーザ２に入射することを阻止することができる。また、光ファイバ４を出射端面４ｂ側から入射端面４ａ側へ導波された半導体レーザ２の発振波長以外の戻り光Ｌ４は、半導体レーザ２に入射しない。これにより、半導体レーザ２の発振スペクトルの変動や表面劣化、端面破壊の発生を低減した半導体レーザ装置１Ｅを提供することができる。
なお、第５の実施の形態の半導体レーザ装置１Ｅでは、非球面レンズ３ｃ及び光ファイバ４を光軸Ｐ１に対して平行にずらして配置しているが、例えば入射端面４ａを傾斜させた斜め研磨ファイバを用いれば、光軸をずらさずとも、光路分離が実現可能である。
＜第６の実施の形態の半導体レーザ装置の構成例＞
図６は第６の実施の形態の半導体レーザ装置１Ｆの一例を示す構成図で、次に、半導体レーザ装置の第６の実施の形態について説明する。第６の実施の形態の半導体レーザ装置１Ｆは、図２で説明した第２の実施の形態の半導体レーザ装置１Ｂのフィルタ５Ｂと、図３で説明した第３の実施の形態の半導体レーザ装置１Ｃのフィルタ５Ｃを備えて、光ファイバ４を出射端面４ｂ側から入射端面４ａ側へ導波され、入射端面４ａから出射した戻り光Ｌ３と、半導体レーザ２の発振波長と異なる波長の戻り光Ｌ４の双方を遮断できるようにしたものである。
ここで、図６は半導体レーザ装置１Ｆの構成を模式的に示し、図２で説明した半導体レーザ装置１Ｂ及び図３で説明した半導体レーザ装置１Ｃと同等の構成を有する部位については、同じ番号を付して説明する。
半導体レーザ装置１Ｆは、第２の実施の形態の半導体レーザ装置１Ｂと同様に、シリンドリカルレンズ３ａ及び非球面レンズ３ｂと共に、非球面レンズ３ｃ及び光ファイバ４は、半導体レーザ２の光軸Ｐ１上に配置される。
上述したように、半導体レーザ２から照射され、光ファイバ４に入射したレーザ光Ｌ１の一部は、光ファイバ４の出射端面４ｂで反射する等によって戻り光となり、出射端面４ｂ側から入射端面４ａへ導波され、入射端面４ａから出射する。
光ファイバ４の入射端面４ａから出射し、非球面レンズ３ｃで平行光に変換された戻り光Ｌ３（Ｌ４）のビーム径をＷ２とする。また、半導体レーザ２から照射され、シリンドリカルレンズ３ａで整形され、非球面レンズ３ｂで平行光に変換されたレーザ光Ｌ１のＹ軸方向のビーム径をＷ１とする。半導体レーザ装置１Ｆは、第２の実施の形態の半導体レーザ装置１Ｂと同様に、Ｗ１＜Ｗ２となるように、光学系が構成される。
そして、フィルタ５Ｂは、開口部６のＹ軸方向の大きさＷ３が、Ｗ１＜Ｗ３＜Ｗ２となるように構成される。
また、フィルタ５Ｃは、半導体レーザ２から照射された波長λ１のレーザ光Ｌ１は透過し、波長λ１と異なる波長の光は反射する波長選択フィルタで、光ファイバ４の光軸Ｐ１に対して斜めに配置される。
＜第６の実施の形態の半導体レーザ装置の動作例＞
次に、第６の実施の形態の半導体レーザ装置１Ｆの動作例について、図６等を参照して説明する。
半導体レーザ２から照射されたレーザ光Ｌ１は、シリンドリカルレンズ３ａによって垂直方向の放射角が約１０分の１に変換されることで、横長の略楕円形状のビーム形状となり、非球面レンズ３ｂによって平行光に変換される。
非球面レンズ３ｂと非球面レンズ３ｃの間に配置されるフィルタ５Ｃは、半導体レーザ２から照射された波長λ１のレーザ光Ｌ１は透過するので、半導体レーザ２から照射されたレーザ光Ｌ１は、フィルタ５Ｃを透過する。
また、非球面レンズ３ｂで平行光に変換されたレーザ光Ｌ１のＹ軸方向のビーム径をＷ１とすると、非球面レンズ３ｂと非球面レンズ３ｃの間に配置されるフィルタ５Ｂは、Ｙ軸方向にＷ３（＞Ｗ１）の大きさを持つ開口部６を備えるので、フィルタ５Ｃを透過したレーザ光Ｌ１は、フィルタ５Ｂの開口部６を透過して非球面レンズ３ｃに入射する。
非球面レンズ３ｃに入射したレーザ光Ｌ１は光ファイバ４の入射端面４ａに集光する。光ファイバ４に入射した光は、入射端面４ａ側から出射端面４ｂ側へ導波される。光ファイバ４の入射端面４ａ側から出射端面４ｂ側へ導波される光の一部は、出射端面４ｂで反射する等によって戻り光となり、光ファイバ４を出射端面４ｂ側から入射端面４ａ側へ導波される。
光ファイバ４を出射端面４ｂ側から入射端面４ａ側へ導波される戻り光Ｌ３は、入射端面４ａから出射する。光ファイバ４の入射端面４ａから出射した戻り光Ｌ３は、非球面レンズ３ｃで平行光に変換される。
上述したように、非球面レンズ３ｃで平行光に変換された戻り光Ｌ３のビーム径をＷ２とすると、フィルタ５Ｂの開口部６のＹ軸方向の大きさＷ３は、Ｗ３＜Ｗ２となるように構成されるので、光ファイバ４の入射端面４ａから出射した戻り光Ｌ３は、フィルタ５Ｂの開口部６より外側の部分がフィルタ５Ｂで遮断される。
ここで、半導体レーザ装置１Ｆの光ファイバ４に光ファイバ増幅器が接続されている場合、光ファイバ増幅器で半導体レーザ２の波長λ１の光を波長λ２の光に変換するので、光ファイバ増幅器で発生した戻り光は、波長λ２の光となる。
フィルタ５Ｃは、波長λ２の光は透過しないので、フィルタ５Ｂを透過した波長λ２の戻り光Ｌ４はフィルタ５Ｃで遮断され、半導体レーザ２には入射しない。更に、フィルタ５Ｃは光ファイバ４の光軸に対して傾斜しているので、フィルタ５Ｃで遮断され反射した戻り光Ｌ４は、再び光ファイバ４の入射端面４ａに入射しない。
このような構成によれば、光ファイバ４の出射端面４ｂ側から入射端面４ａ側へ導波され、入射端面４ａから出射した戻り光Ｌ３の一部を遮断することができる。また、半導体レーザ２の発振波長以外の戻り光Ｌ４は、半導体レーザ２に入射しない。これにより、半導体レーザ２の発振スペクトルの変動や表面劣化、端面破壊の発生を低減した半導体レーザ装置１Ｅを提供することができる。
＜第７の実施の形態の半導体レーザ装置の構成例＞
図７は第７の実施の形態の半導体レーザ装置１Ｇの一例を示す構成図で、次に、半導体レーザ装置の第７の実施の形態について説明する。第７の実施の形態の半導体レーザ装置１Ｇは、図１で説明した第１の実施の形態の半導体レーザ装置１Ａのフィルタ５Ａと、図２で説明した第２の実施の形態の半導体レーザ装置１Ｂのフィルタ５Ｂと、図３で説明した第３の実施の形態の半導体レーザ装置１Ｃのフィルタ５Ｃを備えて、光ファイバ４の入射端面４ａで反射した戻り光Ｌ２と、光ファイバ４を出射端面４ｂ側から入射端面４ａ側へ導波され、入射端面４ａから出射した戻り光Ｌ３と、半導体レーザ２の発振波長と異なる波長の戻り光Ｌ４を遮断できるようにしたものである。
ここで、図７は半導体レーザ装置１Ｇの構成を模式的に示し、図１で説明した半導体レーザ装置１Ａ、図２で説明した半導体レーザ装置１Ｂ及び図３で説明した半導体レーザ装置１Ｃと同等の構成を有する部位については、同じ番号を付して説明する。
半導体レーザ装置１Ｇは、第１の実施の形態の半導体レーザ装置１Ａと同様に、シリンドリカルレンズ３ａ及び非球面レンズ３ｂは、半導体レーザ２の光軸Ｐ１上に配置され、非球面レンズ３ｃ及び光ファイバ４は、光軸Ｐ２が半導体レーザ２の光軸Ｐ１に対して平行にずらして配置される。
半導体レーザ２から照射されたレーザ光Ｌ１は、シリンドリカルレンズ３ａで横長の略楕円形状のビーム形状に整形され、非球面レンズ３ｂ及び非球面レンズ３ｃによって光ファイバ４へ導光されて、図４（ｂ）等で説明したように、入射角θ2で入射端面４ａに入射するように構成される。
入射ビームの広がり角度（半角）をθ1とすると、θ1＜θ2となるように光学系を構成してあり、非球面レンズ３ｂと非球面レンズ３ｃの間では、半導体レーザ２のレーザ光Ｌ１と光ファイバ４の入射端面４ａで反射した戻り光Ｌ２の光路は、空間的に分離する。
フィルタ５Ａは、非球面レンズ３ｂと非球面レンズ３ｃの間で光路分離された半導体レーザ２のレーザ光Ｌ１は透過し、光ファイバ４の入射端面４ａで反射した戻り光Ｌ２は遮断する形状を有する。
また、光ファイバ４の出射端面４ｂで反射する等によって、光ファイバ４を出射端面４ｂ側から入射端面４ａへ導波される戻り光Ｌ３は、入射端面４ａから放射角θ3で出射する。
光ファイバ４を出射端面４ｂ側から入射端面４ａへ導波されて、入射端面４ａから出射し、非球面レンズ３ｃで平行光に変換された戻り光Ｌ３のビーム径をＷ２とする。また、半導体レーザ２から照射され、シリンドリカルレンズ３ａで整形され、非球面レンズ３ｂで平行光に変換されたレーザ光Ｌ１のＹ軸方向のビーム径をＷ１とする。半導体レーザ装置１Ｇは、第２の実施の形態の半導体レーザ装置１Ｂと同様に、Ｗ１＜Ｗ２となるように、光学系が構成される。
そして、フィルタ５Ｂは、開口部６のＹ軸方向の大きさＷ３が、Ｗ１＜Ｗ３＜Ｗ２となるように構成される。
また、フィルタ５Ｃは、半導体レーザ２から照射された波長λ１のレーザ光Ｌ１は透過し、波長λ１と異なる波長の光は反射する波長選択フィルタで、光ファイバ４の光軸Ｐ２に対して斜めに配置される。
＜第７の実施の形態の半導体レーザ装置の動作例＞
次に、第７の実施の形態の半導体レーザ装置１Ｇの動作例について、図７等を参照して説明する。
半導体レーザ２から照射されたレーザ光Ｌ１は、シリンドリカルレンズ３ａによって垂直方向の放射角が約１０分の１に変換されることで、横長の略楕円形状のビーム形状となり、非球面レンズ３ｂによって平行光に変換される。
非球面レンズ３ｂと非球面レンズ３ｃの間に配置されるフィルタ５Ｃは、半導体レーザ２から照射された波長λ１のレーザ光Ｌ１は透過するので、半導体レーザ２から照射されたレーザ光Ｌ１は、フィルタ５Ｃを透過する。
また、フィルタ５Ａは、半導体レーザ２から照射され、シリンドリカルレンズ３ａで整形され非球面レンズ３ｂで平行光に変換されたレーザ光Ｌ１は透過する形状であるので、フィルタ５Ｃを透過したレーザ光Ｌ１は、フィルタ５Ａを透過する。
更に、非球面レンズ３ｂで平行光に変換されたレーザ光Ｌ１のＹ軸方向のビーム径をＷ１とすると、フィルタ５Ｂは、Ｙ軸方向にＷ３（＞Ｗ１）の大きさを持つ開口部６を備えるので、フィルタ５Ａを透過したレーザ光Ｌ１は、フィルタ５Ｂの開口部６を透過して非球面レンズ３ｃに入射する。
非球面レンズ３ｃ及び光ファイバ４は、半導体レーザ２の光軸Ｐ１に対して平行にずらして配置されるので、半導体レーザ２から照射されたレーザ光Ｌ１は、非球面レンズ３ｃによって入射角θ2で光ファイバ４の入射端面４ａに集光する。
光ファイバ４の入射端面４ａに集光したレーザ光Ｌ１の大部分は、光ファイバ４の図示しないコアに入射して導波される。これに対して、光ファイバ４の入射端面４ａに集光したレーザ光Ｌ１の一部は、入射端面４ａで反射する。
光ファイバ４の入射端面４ａに集光したレーザ光Ｌ１は、入射角θ2で入射するので、入射端面４ａで反射する戻り光Ｌ２は、入射角θ2と同じ反射角で反射する。そして、光ファイバ４への入射ビームの広がり角度θ1（半角）に対して、θ1＜θ2としてあるので、非球面レンズ３ｂと非球面レンズ３ｃの間では、半導体レーザ２のレーザ光Ｌ１と光ファイバ４の入射端面４ａで反射した戻り光Ｌ２の光路は空間的に分離する。そして、光ファイバ４の入射端面４ａで反射した戻り光Ｌ２は、フィルタ５Ａで遮断され、半導体レーザ２に再入射することが阻止される。
光ファイバ４に入射した光は、入射端面４ａ側から出射端面４ｂ側へ導波される。光ファイバ４の入射端面４ａ側から出射端面４ｂ側へ導波される光の一部は、出射端面４ｂで反射する等によって戻り光となり、光ファイバ４を出射端面４ｂ側から入射端面４ａ側へ導波される。
光ファイバ４を出射端面４ｂ側から入射端面４ａ側へ導波される戻り光Ｌ３は、入射端面４ａから出射する。光ファイバ４の入射端面４ａから出射した戻り光Ｌ３は、非球面レンズ３ｃで平行光に変換される。
上述したように、非球面レンズ３ｃで平行光に変換された戻り光Ｌ３のビーム径をＷ２とすると、フィルタ５Ｂの開口部６のＹ軸方向の大きさＷ３は、Ｗ３＜Ｗ２となるように構成されるので、光ファイバ４の入射端面４ａから出射した戻り光Ｌ３は、フィルタ５Ｂの開口部６より外側の部分がフィルタ５Ｂで遮断される。なお、フィルタ５Ｂの開口部６の内側を透過した戻り光Ｌ３は、一部がフィルタ５Ａで遮断される。
ここで、半導体レーザ装置１Ｇの光ファイバ４に光ファイバ増幅器が接続されている場合、光ファイバ増幅器で半導体レーザ２の波長λ１の光を波長λ２の光に変換するので、光ファイバ増幅器で発生した戻り光は、波長λ２の光となる。
フィルタ５Ｃは、波長λ２の光は透過しないので、フィルタ５Ｂ及びフィルタ５Ａを透過した波長λ２の戻り光Ｌ４はフィルタ５Ｃで遮断され、半導体レーザ２には入射しない。更に、フィルタ５Ｃは光ファイバ４の光軸に対して傾斜しているので、フィルタ５Ｃで遮断され反射した戻り光Ｌ４は、再び光ファイバ４の入射端面４ａに入射しない。
このような構成によれば、光ファイバ４の入射端面４ａで反射した戻り光Ｌ２が、再び半導体レーザ２に入射することを阻止することができる。また、光ファイバ４の出射端面４ｂ側から入射端面４ａ側へ導波され、入射端面４ａから出射した戻り光Ｌ３の一部を遮断することができる。更に、半導体レーザ２の発振波長以外の戻り光Ｌ４は、半導体レーザ２に入射しない。これにより、半導体レーザ２の発振スペクトルの変動や表面劣化、端面破壊の発生を低減した半導体レーザ装置１Ｇを提供することができる。
なお、第７の実施の形態の半導体レーザ装置１Ｇでは、非球面レンズ３ｃ及び光ファイバ４を光軸に対して平行にずらして配置しているが、例えば入射端面４ａを傾斜させた斜め研磨ファイバを用いれば、光軸をずらさずとも、光路分離が実現可能である。また、フィルタ５Ａとフィルタ５Ｂを一体で構成しても良い。
本発明は、加工に利用される光を出力する半導体レーザ装置に適用される。
第１の実施の形態の半導体レーザ装置１Ａの一例を示す構成図である。 第２の実施の形態の半導体レーザ装置１Ｂの一例を示す構成図である。 第３の実施の形態の半導体レーザ装置１Ｃの一例を示す構成図である。 第４の実施の形態の半導体レーザ装置１Ｄの一例を示す構成図である。 第５の実施の形態の半導体レーザ装置１Ｅの一例を示す構成図である。 第６の実施の形態の半導体レーザ装置１Ｆの一例を示す構成図である。 第７の実施の形態の半導体レーザ装置１Ｇの一例を示す構成図である。
符号の説明
１・・・半導体レーザ装置、２・・・半導体レーザ、３ａ・・・シリンドリカルレンズ、３ｂ・・・非球面レンズ、３ｃ・・・非球面レンズ、４・・・光ファイバ、５・・・フィルタ、６・・・開口部

Claims (11)

  1. レーザ光を出射する光源と、
    レーザ光を導波する光ガイドと、
    前記光源から出射されたレーザ光を整形し、前記光ガイドに集光させる光学素子と、
    前記光源から出射され、前記光学素子で整形されたレーザ光は通し、前記光ガイドで発生した戻り光は遮断するフィルタと
    を備えたことを特徴とする半導体レーザ装置。
  2. 前記光源から出射され、前記光学素子で整形されたレーザ光と、前記光ガイドの入射端面で反射した戻り光の光路を分離する光路分離手段を備え、前記戻り光の光路に前記フィルタを配置した
    ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
  3. 前記光学素子は、前記光源から出射されたレーザ光の垂直方向の放射角を狭めて横長のビーム形状に整形する第１のレンズと、前記第１のレンズを透過したレーザ光を前記光ガイドに集光する第２のレンズを少なくとも備え、
    前記第１のレンズで整形され、前記第２のレンズで集光されたレーザ光を前記光ガイドの前記入射端面に斜めに入射させて光路分離手段を構成する
    ことを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ装置。
  4. 前記光学素子は、前記光源から出射されたレーザ光の垂直方向の放射角を狭めて横長のビーム形状に整形する第１のレンズと、前記第１のレンズを透過したレーザ光を前記光ガイドに集光する第２のレンズを少なくとも備えて、前記第１のレンズで整形したレーザ光のビーム形状が、前記光ガイドを導波されて入射端面から出射した戻り光のビーム形状より小さくなるように構成され、
    前記フィルタは、前記第１のレンズで整形されたレーザ光は通す開口部を備えた
    ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
  5. 前記フィルタは、前記光源から出射された波長のレーザ光は通す波長選択フィルタで、前記光ガイドの光軸の鉛直面に対して傾斜して配置された
    ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
  6. 前記光学素子で整形されたレーザ光を前記光ガイドの前記入射端面に斜めに入射させて、前記光源から出射されたレーザ光と、前記光ガイドの入射端面で反射した戻り光の光路を分離する光路分離手段を備えると共に、
    前記光学素子は、前記光源から出射されたレーザ光の垂直方向の放射角を狭めて横長のビーム形状に整形する第１のレンズと、前記第１のレンズを透過したレーザ光を前記光ガイドに集光する第２のレンズを少なくとも備えて、前記第１のレンズで整形したレーザ光のビーム形状が、前記光ガイドを導波されて入射端面から出射した戻り光のビーム形状より小さくなるように構成され、
    前記フィルタは、前記戻り光の光路に配置される第１のフィルタと、
    前記第１のレンズで整形されたレーザ光は通す開口部を有する第２のフィルタを備えた
    ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
  7. 前記第１のフィルタと前記第２のフィルタを一体に構成した
    ことを特徴とする請求項６記載の半導体レーザ装置。
  8. 前記光学素子で整形されたレーザ光を前記光ガイドの前記入射端面に斜めに入射させて、前記光源から出射されたレーザ光と、前記光ガイドの入射端面で反射した戻り光の光路を分離する光路分離手段を備えると共に、
    前記フィルタは、前記戻り光の光路に配置される第１のフィルタと、前記光源から出射された波長のレーザ光は通す第２のフィルタを備え、前記第２のフィルタを、前記光ガイドの光軸の鉛直面に対して傾斜して配置した
    ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
  9. 前記光学素子は、前記光源から出射されたレーザ光の垂直方向の放射角を狭めて横長ビーム形状に整形する第１のレンズと、前記第１のレンズを透過したレーザ光を前記光ガイドに集光する第２のレンズを少なくとも備えて、前記第１のレンズで整形したレーザ光のビーム形状が、前記光ガイドを導波されて入射端面から出射した戻り光のビーム形状より小さくなるように構成され、
    前記フィルタは、前記第１のレンズで整形されたレーザ光は通す開口部を有する第１のフィルタと、前記光源から出射された波長のレーザ光は通す第２のフィルタを備え、前記第２のフィルタを、前記光ガイドの光軸の鉛直面に対して傾斜して配置した
    ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
  10. 前記光学素子で整形されたレーザ光を前記光ガイドの前記入射端面に斜めに入射させて、前記光源から出射されたレーザ光と、前記光ガイドの入射端面で反射した戻り光の光路を分離する光路分離手段を備えると共に、
    前記光学素子は、前記光源から出射されたレーザ光の垂直方向の放射角を狭めて横長のビーム形状に整形する第１のレンズと、前記第１のレンズを透過したレーザ光を前記光ガイドに集光する第２のレンズを少なくとも備えて、前記第１のレンズで整形したレーザ光のビーム形状が、前記光ガイドを導波されて入射端面から出射した戻り光のビーム形状より小さくなるように構成され、
    前記フィルタは、前記戻り光の光路に配置される第１のフィルタと、前記第１のレンズで整形されたレーザ光は通す開口部を有する第２のフィルタと、前記光源から出射された波長のレーザ光は通す第３のフィルタを備え、前記第３のフィルタを、前記光ガイドの光軸の鉛直面に対して傾斜して配置した
    ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
  11. 前記第１のフィルタと前記第２のフィルタを一体に構成した
    ことを特徴とする請求項１０記載の半導体レーザ装置。
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