JP2018067576A - レーザ発振器 - Google Patents
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Abstract
Description
一方、プラスチック製のレンズは、成形が比較的容易である。このため、レンズの形状をほぼ自由に設計することができる。例えば、曲率が縦方向と横方向とで異なる非球面形状も可能である。他にも、取り付け部材や放熱機構をも一体的に成形することが可能である。
本実施形態のレーザ発振器1は、複数個(図示の例では3個)の半導体レーザモジュール10(11,12,13)を有する。これらの半導体レーザモジュール10(11,12,13)から光ファイバ20(21,22,23)を通して、共振器もしくはコンバイナ30(共振器31,コンバイナ32)にレーザ光が供給される。共振器31を備える場合には、半導体レーザモジュール10(11,12,13)からのレーザ光は、共振器31の励起光として使用される。コンバイナ32のみを備える場合には、複数の半導体レーザモジュール11,12,13からのレーザ光をコンバイナ32でひとつに集光して、使用する。共振器31及びコンバイナ32の両方を備える場合もある。何れかの方式で、レーザ発振器1は、出力用光ファイバ40を通してレーザ光を放射する。
半導体レーザモジュール10は、その筐体2の中に、半導体レーザ素子3とレンズ4とを備える。筐体2から、光ファイバ20が導出される。半導体レーザ素子3から放出されたレーザ光は、レンズ4で光ファイバ20に結合される。
一方、半導体レーザ素子3の出力が上昇すると、レンズ4の発熱が大きくなり、形状の変化及び屈折率の変化から、焦点距離は変化する。従って、図3(b)に示すように、レンズ4は、レーザ光を光ファイバ20の端面20aからずれた位置に集光することになり、半導体レーザ素子3によるレーザ光の光ファイバ20への結合効率は低下する。この現象は、ガラスレンズよりもプラスチックレンズの方が顕著である。
図4の半導体レーザモジュール10bは、複数(図示の例では3個)の半導体レーザ素子301,302,303を有する。更に、これら複数個の半導体レーザ素子301,302,303によるレーザ光をそれぞれ透過させる第1群のレンズ400(401,402,403)と、第1群のレンズ400(401,402,403)の透過光の光軸をそれぞれ直角に屈曲させるミラー500(501,502,503)と、ミラー501,502,503の反射光が全て透過する第2群のレンズ600(610)が設けられている。半導体レーザ素子301,302,303によるレーザ光は、第1群のレンズ400(401,402,403)、及び、ミラー501,502,503により個々に第2群のレンズ600(610)に導光された後、第2群のレンズ600(610)で集光されて光ファイバ20に結合される。本例では、第2群のレンズ600(610)は単一のレンズである。
このように、第1群のレンズ400(401,402,403)はプラスチックレンズであるため、形状を自由に設計でき、非球面形状などで最適化することが可能となる。焦点位置の変化による結合効率の悪化を上回る効果があるため、全体としての結合効率を上げることができる。
図5において図4との対応部は同一の符号によって示されている。図5の実施形態における図4の実施形態との相違点は、図5の半導体レーザモジュール10aが複合光学素子451,452,453を有している点である。複合光学素子451,452,453は、それぞれ、図4を参照して既述の半導体レーザ素子301,302,303のレーザ光が入射する第1群のレンズ400(401,402,403)としての機能部と、半導体レーザ素子301,302,303からのレーザ光を反射するミラー501,502,503としての機能部とが、それぞれ対応するもの同士で一体化されたものである。本実施形態では、これらの複合光学素子451,452,453もプラスチック製である。
図6の実施形態では、半導体レーザ素子3とレンズ4が別々の温度調節部である冷却機構の上に配置されている。即ち、図6の実施形態は、半導体レーザ素子3の温度調節を行う半導体レーザ素子用温度調節部61と、レンズ4(第1群のレンズ400及び/又は第2群のレンズ600)の温度調整を行うレンズ用温度調節部62とを備える。
レンズ用温度調節部62は、半導体レーザ素子用温度調節部61とは独立に、半導体レーザ素子3の出力に応じてレンズの温度制御を行う。
図7の実施形態では、半導体レーザ素子3は、筐体2の下部であるベース部2a側に固定され、レンズ4(第1群のレンズ400及び/又は第2群のレンズ600)は、筐体2の上部である蓋体2b側に固定されている。半導体レーザ素子用温度調節部61は、図6の例と同様に、筐体2のベース部2aに設けられる。一方、レンズ用温度調節部62aは、レンズ4の配置に対応して蓋体2b側に配置される。
この実施形態では、半導体レーザ素子3の発熱がレンズ4に伝わり難くなることで、結合効率の悪化を防ぐことができ、レンズ用温度調節部62aである冷却機構(例えば、ペルチェ素子)による温度制御性も向上させることができる。
図8において、レーザ発振器1aは、複数個(図示の例では5個)の半導体レーザモジュール10(11,12,13,14,15)を有する。これらの半導体レーザモジュール10(11,12,13,14,15)から光ファイバ20(21,22,23,24,25)を通して、共振器もしくはコンバイナ30(31,32)にレーザ光が供給される。図1の実施形態について述べたところと同様に、共振器31を備える場合には、半導体レーザモジュール10(11,12,13,14,15)からのレーザ光は、共振器31の励起光として使用される。コンバイナ32のみを備える場合には、複数の半導体レーザモジュール11,12,13からのレーザ光をコンバイナ32でひとつに集光して、使用する。共振器31及びコンバイナ32の両方を備える場合もある。何れかの方式で、レーザ発振器1は、出力用光ファイバ40を通してレーザ光を放射する。
モジュール駆動部110は、電源部100から半導体レーザモジュール11,12,13,14,15に励起電流を供給する回路中に介挿されたスイッチ部111,112,113,114,115と、これらスイッチ部111,112,113,114,115を制御する制御信号SC1,SC2,SC3,SC4,SC5を発生する制御信号発生部116とを含んで構成される。
即ち、図8の実施形態では、モジュール駆動部110によって、定格出力を出力させるように駆動する定格駆動モードと、駆動しない停止モードとの二通りの制御モードを、複数の半導体レーザモジュール10(11,12,13,14,15)に対して選択的に適用して駆動している。これに対して、定格駆動モードに代えて、定格出力の近傍の出力が出力されるように駆動する準定格駆動モードを適用するようにしてもよい。
具体的には、準定格駆動モードにおいて、定格出力付近、例えば定格±10%で制御する。これには、例えば、図8のモジュール駆動部110によって、スイッチ部111,112,113,114,115に対するON/OFFの制御と共に、電源部100の出力を調節するように構成すればよい。
即ち、図8の実施形態では、半導体レーザモジュール11,12,13,14,15の駆動モードを、定格か停止かの二通りのものとして、半導体レーザモジュール11,12,13,14,15それぞれに対して選択的に適用したが、半導体レーザモジュール11,12,13,14,15の仕様(定格出力)自体は共通のものであった。
これに対し、他の変形例では、半導体レーザモジュール10(11,12,13,14,15)として、定格出力の異なるものを混在させて半導体レーザモジュール群を構成する。
図9において、既述の図4との対応部は同一の符号を付して示し、これらそれぞれの対応部の説明は省略する。
図9の実施形態は、複数の半導体レーザ素子301,302,303を個別に駆動する半導体レーザ素子駆動部310を備えている。
半導体レーザ素子駆動部310は、電源部300から半導体レーザ素子301,302,303に励起電流を供給する回路中に介挿されたスイッチ部311,312,313と、これらスイッチ部311,312,313を制御する制御信号SC11,SC12,SC13を発生する制御信号発生部314とを含んで構成される。
図10において、既述の図5及び図9との対応部は同一の符号を付して示し、これらそれぞれの対応部の説明は省略する。
図10を既述の図5及び図9と対照して理解される通り、図10の実施形態では、複数の半導体レーザ素子301,302,303を半導体レーザ素子駆動部310によって個別に駆動する部分の構成については、図9の構成と同様である。相違点は、レンズ及びミラーが複合光学素子451,452,453に置き換えられている点である。複合光学素子451,452,453は、それぞれ、図9における第1群のレンズ400(401,402,403)としての機能部と、半導体レーザ素子301,302,303からのレーザ光を反射するミラー501,502,503としての機能部とが、それぞれ対応するもの同士で一体化されたものである。これらの複合光学素子451,452,453を有する部分の構成については、図5を参照して既述の態様と変わりがない。
図10の実施形態においては、既述の図5及び図9の実施形態におけるそれぞれの長所を併せ持つレーザ発振器が実現される。
半導体レーザ素子3とこれに対応する第1群のレンズ400との相対位置をこのように設定しておくことにより、特に、定格出力でのみ半導体レーザモジュール10,10bを使用する場合には、常に結合効率が最大になる。
(1)本発明の実施形態としてのレーザ発振器は、複数の半導体レーザ素子3(301,302,303)を有する半導体レーザモジュール10(11〜13;11〜15)を備えるレーザ発振器1であって、半導体レーザモジュール10(11〜13;11〜15)に設けられ、半導体レーザ素子3(301,302,303)からのレーザ光が透過する複数の第1群のレンズ400(401,402,403)と、複数の第1群のレンズ400(401,402,403)を透過した透過光の全てが透過する第2群のレンズ600(610)と、を備え、第1群のレンズ400(401,402,403)はプラスチックレンズであり、且つ、第2群のレンズ600(610)はガラスレンズである。
また、第1群のレンズ400(401,402,403)としてプラスチックレンズを用いることから、レンズ400について、形状を自由に設計でき、非球面形状などで最適化することが可能となる。焦点位置の変化による結合効率の悪化を上回る効果があるため、全体としての結合効率を上げることができる。
3,301,302,303 半導体レーザ素子
10,10a,10b,11,12,13,14,15 半導体レーザモジュール
61 半導体レーザ素子用温度調節部
62 レンズ用温度調節部
110 モジュール駆動部
310 半導体レーザ素子駆動部
400,401,402,403 第1群のレンズ
451,452,453 複合光学素子
500,501,502,503 ミラー
600,610 第2群のレンズ
Claims (8)
- 複数の半導体レーザ素子を有する半導体レーザモジュールを備えるレーザ発振器であって、
前記半導体レーザモジュールに設けられ、前記半導体レーザ素子からのレーザ光が透過する複数の第1群のレンズと、
複数の前記第1群のレンズを透過した透過光の全てが透過する第2群のレンズと、を備え、
前記第1群のレンズはプラスチックレンズであり、且つ、前記第2群のレンズはガラスレンズである、
レーザ発振器。 - 前記半導体レーザモジュールは、前記半導体レーザ素子からのレーザ光を反射するミラーを更に有し、
前記第1群のレンズと前記ミラーとは一体化されている、
請求項1に記載のレーザ発振器。 - 前記半導体レーザ素子の温度調節を行う半導体レーザ素子用温度調節部と、前記第1群のレンズ及び/又は前記第2群のレンズの温度調整を行うレンズ用温度調節部とを備え、
前記レンズ用温度調節部は、前記半導体レーザ素子用温度調節部とは独立に、前記半導体レーザ素子の出力に応じてレンズの温度制御を行う、
請求項1又は2に記載のレーザ発振器。 - 複数の前記半導体レーザモジュールそれぞれを個別に駆動するモジュール駆動部を備え、
前記モジュール駆動部は、定格出力を出力させるように前記半導体レーザモジュールを駆動する定格駆動モードと、駆動しない停止モードとの二通りの制御モードを、複数の前記半導体レーザモジュールそれぞれに対して選択的に適用して実行する、
請求項1から3の何れか一項に記載のレーザ発振器。 - 複数の前記半導体レーザモジュールそれぞれを個別に駆動するモジュール駆動部を備え、
前記モジュール駆動部は、定格出力の近傍の出力が出力されるように前記半導体レーザモジュールを駆動する準定格駆動モードと、駆動しない停止モードとの二通りの制御モードを、複数の前記半導体レーザモジュールそれぞれに対して選択的に適用して実行する、
請求項1から3の何れか一項に記載のレーザ発振器。 - 複数の前記半導体レーザモジュールは、定格出力が異なるものを含む半導体レーザモジュール群を構成している
請求項4又は5記載のレーザ発振器。 - 前記半導体レーザモジュールは、複数の半導体レーザ素子と、前記複数の半導体レーザ素子を個別に駆動する半導体レーザ素子駆動部とを備え、
前記半導体レーザ素子駆動部は、定格出力を出力させるように前記複数の半導体レーザ素子を駆動する定格駆動モードと、駆動しない停止モードとの二通りの制御モードを、前記半導体レーザ素子に対して選択的に適用して実行する、
請求項1から3の何れか一項に記載のレーザ発振器。 - 前記半導体レーザモジュールは、自己に搭載された前記半導体レーザ素子とこれに対応する前記第1群のレンズとの相対位置が、当該半導体レーザモジュールにおける定格出力時に結合効率が最大となるように、設定されている、
請求項1から7の何れか一項に記載のレーザ発振器。
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