JP3502659B2 - マルチプリズムアレイの製造方法 - Google Patents

マルチプリズムアレイの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、マルチストライプアレ
イ半導体レーザ光の形状を変換するマルチプリズムアレ
イの製造方法に関するものである。 【0002】 【従来の技術】比較的高出力が得られる半導体レーザ発
生素子として、マルチストライプアレイ半導体レーザが
知られている。これは10〜100本のストライプ状活
性層が半導体チップに刻まれており、1次元上に破線状
に配列した10〜100箇所の偏平な光源からレーザ光
が出射するようになっている。 【0003】多数の偏平な光源から発せられた各ストラ
イプ光のビーム放射角は、活性層に対する垂直成分は約
40度〜50度と大きく、水平成分は約10度と小さ
い。そして発光源の寸法は、垂直成分が0.1μm〜1
μmであり、水平成分が100μm〜200μmであ
る。このため、マルチストライプアレイ半導体レーザか
らの出射光をレンズを用いて集光して絞り込む場合、垂
直成分は容易に絞ることができるが、水平成分は光源の
全幅が広いために微小スポットに絞ることが困難であ
る。 【0004】このため、各光源に対して1対1でマイク
ロレンズを対応させて配列し、各々のストライプ光を集
光してコリメートした後にレンズで絞ることが考えられ
るが、絞り込んだビームスポット径は、マイクロレンズ
〜ビームスポット間距離とストライプ〜マイクロレンズ
間距離との比で決まる倍率をストライプの幅に掛けたス
ポット径となる。従って、マイクロレンズは、光源から
なるべく離して配置した方が良いが、ストライプ光の垂
直成分の放射角が大きいことを考えると、これは困難で
ある。 【0005】垂直成分と水平成分とを別々のレンズで集
光し、垂直成分集光用レンズは光源から至近距離に、水
平成分集光用レンズは光源から離間してそれぞれ配置す
ることも考えられるが、水平成分についても10度とい
う放射角があるため、ある一定以上の距離をおくと隣同
士のストライプ光が重なり合うので、その距離には限度
がある。 【0006】そこで、隣同士のストライプ光が互いに重
なり合わないようにするために、破線状に配列されたス
トライプ光を、各々見かけ上90度回転させて梯子状の
配列に変換するとその取扱いが容易になる。 【0007】 【発明が解決しようとする課題】しかるに、レーザ光学
系に用いられる光路変換器としては、レーザ光の進行方
向を変換するプリズムや、分光することが可能な分散プ
リズム等が知られているが、上記した偏平な光線の形状
を変換して90度の回転を与えるプリズムを、マルチス
トライプアレイの多数の光源に対応させて製造すること
はきわめて困難であり、その製造方法の開発が望まれて
いた。 【0008】本発明は、かかる状況に鑑みなされたもの
であり、その主な目的は、マルチストライプアレイ半導
体レーザから出射される発散角が大きい多数のビーム
を、通常のレンズ系を用いて一つのスポット状に絞り込
むことができるマルチプリズムアレイの製造方法を提供
することにある。 【0009】 【課題を解決するための手段】このような目的は、本発
明によれば、透光性材料にて3つの側面が研磨された正
三角柱を形成する工程と、該正三角柱の3つの側面のう
ちの一つに平行な平面に沿って該正三角柱を切断して台
形柱を形成する工程と、該台形柱の底面に垂直かつ該台
形柱の軸線と所定の角度をなす互いに平行な複数の平面
に沿って該台形柱を切断して複数のプリズム要素を形成
する工程と、該プリズム要素の底面に連なる2つの斜面
のうちの一方を同一平面内においた状態でこれら複数の
プリズム要素の上底の面と下底の面とを互いに重ね合わ
せて貼り合わせる工程と、前記複数のプリズム要素を貼
り合わせて形成されたプリズム要素列に於ける前記一方
の斜面および互いに平行に切断された一対の端面を一括
研磨する工程とを具備することを特徴とするマルチプリ
ズムアレイの製造方法を提供することによって達成され
る。 【0010】 【作用】本発明によるマルチプリズムアレイの製造方法
によれば、予め均一な断面の角柱を作製し、これより複
数のプリズム要素を切り出し、これら複数のプリズム要
素を貼り合わせた後に一括して研磨することができる。
従って、1つ1つのプリズム要素の均一性が高められ、
きわめて高い精度のマルチプリズムアレイを製造するこ
とができる。 【0011】 【実施例】以下に添付の図面に示された具体的な実施例
に基づいて本発明の構成について詳細の説明する。 【0012】図1は、マルチプリズムアレイのプリズム
要素を切り出す素材となる正三角柱の正面図であり、図
2は、同底面図である。この正三角柱1は、例えば高屈
折率(n=1.78)の光学ガラスなどの透光性材料を
研磨機を用いて研磨することにより、3つの側面2・3
・4を有する正三角形プリズムとして作製される。 【0013】この正三角柱1の1つの頂部を、3つの側
面2・3・4のうちの一つの面2に平行な平面6から切
除することにより、図3および図4に示す台形柱5を作
製する。この台形柱5は、図4に示すように、正三角柱
1の一側面2が下底の面を、頂部を切除して現れた平面
6が上底の面を、元の正三角柱1の2つの側面3・4の
残りの部分が一対の斜面3a・4aを構成する台形断面
になる。ここでこの台形柱を以下の工程で切断してでき
る斜辺の辺長とマルチストライプアレイ半導体レーザの
活性層の配列ピッチとが等しくなる寸法に、その高さh
を設定すると良い。 【0014】次に、図5に示すようにして複数のプリズ
ム要素8を作製する。このプリズム要素8を作製するに
は、台形柱5の上底の面6および下底の面2のいずれに
も垂直であり、かつ台形柱5の中心軸線とのなす角θが
sin-11/√3(約35.26度)の複数の平面9に
沿って台形柱5を切断する。なお、切り出しピッチL
は、次の工程で行う研磨代を加えた寸法としておく。 【0015】 このようにして作製されたプリズム要素
8は、図6に示すように、後の工程での研磨後に半導体
レーザ光の入射面となる一方の切断面9a(Ai〜Ai+1
i+1 〜D i)、第1全反射面となる一方の斜面4a
(Ci〜Di〜Ei+1〜Fi+1)、第2全反射面となる下底
の面2(Ai+1〜Bi+1〜Fi+1〜Ei+1)、後の工程での
研磨後に第3全反射面となる他方の斜面3a(Bi〜Bi
+1〜Ai+1〜Ai)、後の工程での研磨後に出射面となる
他方の切断面9b(Bi〜Ci〜Fi+1〜Bi+1)、および
接着面となる上底の面6(Bi〜Ai〜Di〜Ci)で囲ま
れている。ここで台形柱5から複数のプリズム要素8を
切り出す角度θは均一なので、一対の切断面9a・9b
は互いに平行となる。 【0016】このプリズム要素8を複数個貼り合わせる
ことにより、図7に示すマルチプリズムアレイ10の素
材としてのプリズム要素列が得られる。ここで本実施例
では、10個のプリズム要素8の各2つの斜面3a・4
aのうちの一方の斜面3aを基準面となる同一平面上に
おいた状態で下底の面2と上底の面6とを互いに重ね合
わせ、かつ各切断面9a・9bを揃えて整列させ、重な
り合う面2・6同士間を接着剤を介して接着するものと
した。 【0017】 このようにして、n個(例えば10個)
のプリズム要素8を接着一体化されたプリズム要素列の
基準面(一方の斜面)3aの集合面B1〜 n+1 n+1
〜A1、一方の切断面9aの集合面A1〜 n+1 n+1
2〜D1、および他方の切断面9bの集合面B1〜 n+1
n+1 2〜C1を一括研磨し、それぞれ第3全反射
面、入射面、および出射面を形成してマルチプリズムア
レイ10を作製する。 【0018】以上のようにして作製されたマルチプリズ
ムアレイ10では、マルチストライプアレイ半導体の破
線状に並んだストライプ光が、対応するプリズム要素に
入射すると、図8に示すように、各プリズム要素8の入
射面9aに入射した水平面に沿う光(PQ)は、第1全
反射面4aで全反射し(P'Q')、続いて第2全反射面
2(P''Q'')および第3全反射面3a(P'''Q''')
で全反射を繰り返し、入射光線の偏平の向きが90度だ
け回転した垂直面に沿う光(P''''Q'''')となって出
射面9bから出射する。 【0019】このようなマルチプリズムアレイ10は、
例えば図9に示すレーザ集光器に用いることができる。
このレーザ集光器は、マルチストライプアレイ半導体レ
ーザ11と、このマルチストライプアレイ半導体レーザ
11から出射された水平方向に偏平なビーム断面を有す
るレーザ光の垂直方向の広がりを収束させる円柱レンズ
12と、この円柱レンズ12から出射された偏平なレー
ザ光の形状を変換して90度の回転を与えるマルチプリ
ズムアレイ10と、このマルチプリズムアレイ10によ
って垂直方向に偏平な形状に変換されて出射されたレー
ザ光の垂直方向の広がりを収束させるシリンドリカルレ
ンズ13と、このシリンドリカルレンズ13から出射さ
れたレーザ光を集光するフォーカシングレンズ14と、
導光用光ファイバ15とを備えている。 【0020】マルチプリズムアレイ10を実際に使用す
るに当たっては、図10〜図12に示すように、マルチ
プリズムアレイ10と同様な透光性材料からなる平面基
板16に対し、マルチプリズムアレイ10と半円柱レン
ズ17とを一体的に固定したプリズムアレイ装置として
構成すると良い。このプリズムアレイ装置は、平面基板
16にマルチプリズムアレイ10の入射面を接着すると
共に、平面基板16に固定されたスペーサ18を介し、
マルチプリズムアレイ10の出射面と平行に、かつ出射
面から一定距離離間して半円柱レンズ17を取付けてな
っている。 【0021】 【発明の効果】以上説明したように、本発明のマルチプ
リズムアレイの製造方法によれば、1つ1つのプリズム
要素の均一性を比較的容易に高めることができるため、
半導体レーザの活性層ストライプを一次元的に配列した
マルチストライプアレイ半導体レーザ光の形状を変換し
て90度の回転を与えることにより、通常のレンズ系を
用いて複数ビームを高効率に一つのスポット状に絞り込
むことのできるマルチプリズムアレイを高精度に製造す
る上に、多大な効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明に基づくマルチプリズムアレイの製造方
法の一工程を示す正三角柱の正面図。 【図2】図1と同じ工程を示す正三角柱の底面図。 【図3】本発明に基づくマルチプリズムアレイの製造方
法の一工程を示す台形柱の正面図。 【図4】図3と同じ工程を示す台形柱の底面図。 【図5】本発明に基づくマルチプリズムアレイの製造方
法の一工程である複数のプリズム要素を形成する工程を
示す工程図。 【図6】本発明に基づくマルチプリズムアレイの製造方
法の一工程で作製されたプリズム要素の斜視図。 【図7】本発明に基づくマルチプリズムアレイの製造方
法の一工程である複数のプリズム要素を貼り合わせる工
程を示すプリズム要素列の斜視図。 【図8】1つのプリズム要素について光路変換の様子を
示す斜視図。 【図9】本発明に基づいて製造されたマルチプリズムア
レイを用いた集光器の構成を示す模式的側面図。 【図10】本発明に基づいて製造されたマルチプリズム
アレイと半円柱レンズとを平面基板に一体的に固定した
プリズムアレイ装置の正面図。 【図11】図10に示したプリズムアレイ装置の平面
図。 【図12】図10に示したプリズムアレイ装置の要部側
面図。 【符号の説明】 1 正三角柱 2〜4 側面 5 台形柱 6 平面 8 プリズム要素 9 切断面 10 マルチプリズムアレイ 11 マルチストライプアレイ半導体レーザ 12 円柱レンズ 13 シリンドリカルレンズ 14 フォーカシングレンズ 15 光ファイバ 16 平面基板 17 半円柱レンズ 18 スペーサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−43508(JP,A) 特開 平2−154203(JP,A) 特開 平2−167502(JP,A) 特開 平5−66303(JP,A) 特許3071360(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 5/04 G02B 27/00

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 透光性材料にて3つの側面が研磨された
    正三角柱を形成する工程と、 該正三角柱の3つの側面のうちの一つに平行な平面に沿
    って該正三角柱を切断して台形柱を形成する工程と、 該台形柱の底面に垂直かつ該台形柱の軸線と所定の角度
    をなす互いに平行な複数の平面に沿って該台形柱を切断
    して複数のプリズム要素を形成する工程と、 該プリズム要素の底面に連なる2つの斜面のうちの一方
    を同一平面内においた状態でこれら複数のプリズム要素
    の上底の面と下底の面とを互いに重ね合わせて貼り合わ
    せる工程と、 前記複数のプリズム要素を貼り合わせて形成されたプリ
    ズム要素列に於ける前記一方の斜面および互いに平行に
    切断された一対の端面を一括研磨する工程とを具備する
    ことを特徴とするマルチプリズムアレイの製造方法。
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CN104836115A (zh) * 2015-05-26 2015-08-12 中国工程物理研究院应用电子学研究所 一种基于全反射的半导体激光器光束分割重排器件

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