JP3802456B2 - 積層型光導波路及びレーザ発光装置 - Google Patents
積層型光導波路及びレーザ発光装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3802456B2 JP3802456B2 JP2002188487A JP2002188487A JP3802456B2 JP 3802456 B2 JP3802456 B2 JP 3802456B2 JP 2002188487 A JP2002188487 A JP 2002188487A JP 2002188487 A JP2002188487 A JP 2002188487A JP 3802456 B2 JP3802456 B2 JP 3802456B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- axis direction
- light emitting
- optical waveguide
- laser
- laser light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層型光導波路及びレーザ発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１に、従来の半導体レーザ集光装置の概略構成の例を示す。半導体レーザ（レーザダイオード等）の活性層１４の発光部１２から出射される半導体レーザ光（以下、「レーザ光」と記載する）は、レーザ光２の進行方向に対して垂直な面においてほぼ楕円状であり、当該楕円状のレーザ光２は、長軸方向（fast軸方向）と、短軸方向（slow軸方向）とを有する。また、当該楕円は、発光部１２からの距離が長くなるほど大きくなる。そして、長軸方向と短軸方向に２次元的に配列した複数の発光部を持つ半導体レーザアレイから出射されるレーザ光を、光ファイバに集光してレーザ光の出力を増大させる半導体レーザ集光装置が知られている。
例えば、半導体レーザをレーザ加工装置の光源として用いる場合、加工に用いるレーザ光の高出力化が必要であるが、単一の発光部から出射されるレーザ光では、出力強度に限界がある。そこで、レンズ群等を用いて複数の発光部から出射されるレーザ光を集光して、レーザ光の出力を増大させている。
従来の半導体レーザ集光装置の技術として、例えば、特開２０００−９８１９１号公報では、図１１に示すように、レンズ群と光ファイバ３０を備え、レーザ光の発光部１２から光ファイバ３０までの間に、長軸方向コリメートレンズアレイ７０、長軸方向集光レンズ８０、短軸方向集光レンズアレイ９０、の順にレンズを配置してレーザ光を光ファイバ３０に集光し、レーザ光の出力を増大させることを提案している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
半導体レーザの発光部１２から出射されるレーザ光を効率良く光ファイバ３０に集光してレーザ光の出力を増大させるには、より細い光ファイバに、より多くの発光部からのレーザ光を入射して密度を高めることと、より小さな入射角で入射端面に入射して、入射したレーザ光を外部に反射させることなく、効率よく光ファイバに入射する（入射端面に対して、より直角に近い角度で入射する）ことが必要である。
ここで、発光部１２から出射されたレーザ光は、長軸方向及び短軸方向に拡がりながら進行する。拡がりながら進行するレーザ光を集光する場合、レンズ自身に非常に高い精度が要求され、そのレンズの配置位置も、非常に高い精度が要求される。
従来の半導体レーザ集光装置（例えば、特開２０００−９８１９１号公報）は、発光部の間隔が比較的広い長軸方向においては、一旦、（長軸方向コリメートレンズアレイ７０にて）平行光に変換してから、（長軸方向集光レンズ８０にて）集光しているが、発光部の間隔が比較的狭い短軸方向においては、レンズの径が非常に小さく、配置も困難であるため、平行光にしてから集光することをせず、（短軸方向集光レンズアレイ９０にて）集光のみを行っている。
【０００４】
従来の半導体レーザ集光装置（例えば、特開２０００−９８１９１号公報）では、図１１に示すように、半導体レーザアレイ１０の各発光部１２（ｍ、ｎ）（ｍ行ｎ列、図１１の例では、５行１６列）から出射されるレーザ光を、長軸方向コリメートレンズアレイ７０を通過させ、長軸方向集光レンズ８０を通過させ、更に、短軸方向集光レンズアレイ９０を通過させて光ファイバ３０（ｓ、ｔ）（ｓ行ｔ列、図１１の例では、１行８列）に入射している。
なお、全ての図面において、座標軸は、レーザ光の進行方向をＺ軸、fast軸方向（長軸方向）をＸ軸、slow軸方向（短軸方向）をＹ軸としている。
なお、全ての図面は、説明を容易にするため、あるいは比較等を容易にするために、実際の寸法とは異なる寸法で記載している部分を含んでいる。
【０００５】
また、図１１（従来の半導体レーザ集光装置）の構成における、各レンズ及びレーザ光の様子を図１２（Ａ）及び（Ｂ）に示す。図１２（Ａ）は、短軸方向に配列された２個の発光部から出射される２本のレーザ光と、長軸方向に配列された５個の発光部から出射される５本のレーザ光の合計１０本のレーザ光を、１本の光ファイバに集光している。図１２（Ａ）は、図１１をＸ軸方向から見た図（上から見た図）であり、図１２（Ｂ）は、図１１をＹ軸方向から見た図（横から見た図）である。
一般的によく用いられる半導体レーザアレイでは、短軸方向においては、各発光部１２の幅（図１２（Ａ）中のＤw）は約０．２ｍｍであり、発光部と発光部の間隔（図１２（Ａ）中のＤp）は約０．２ｍｍである。よって、短軸方向において隣り合う２個の発光部をグループとした場合の幅（図１２（Ａ）中のＤin）は約０．６ｍｍである。また、各発光部から出射されるレーザ光の短軸方向の拡がり角（図１２（Ａ）中のθiny）は約３．５°である。
また、長軸方向において隣り合う発光部の間隔（図１２（Ｂ）中のＤh）は約１．７５ｍｍであり、各発光部の厚さ（図１２（Ｂ）中のＤt）は約０．００２ｍｍである。また、各発光部から出射されるレーザ光の長軸方向の拡がり角（図１２（Ｂ）中のθinx）は約４０°である。
【０００６】
例えば、このレーザ光を、光ファイバ３０に、短軸方向において２本のレーザ光を集光し、長軸方向において５本のレーザ光を集光する。また、短軸方向の入射角（図１２（Ａ）中のθouty）が約１０°以下になるように（より小さな入射角で）集光する。
この場合、最も効率良く集光するためには、図１２（Ａ）において、短軸方向に隣り合う発光部１２から出射されるレーザ光が重なる前に短軸方向集光レンズアレイ９０を配置する必要がある。レーザ光が重なる位置は、上記の数値の場合は、発光部１２から約１．６ｍｍの位置である。また、長軸方向は、拡がり角が大きいので、発光部１２により近い位置で平行光にすることが好ましい（距離を大きくして幅がより大きくなったレーザ光を集光すると、光ファイバへの入射角（θoutx）が大きくなるため）。よって、発光部１２にほぼ隣接して長軸方向コリメートレンズアレイ７０を配置している。
【０００７】
以上より、発光部１２から約１．６ｍｍまでの距離の間に、長軸方向コリメートレンズアレイ７０と短軸方向集光レンズアレイ９０を配置する必要があり、事実上、配置は非常に困難である。なお、長軸方向集光レンズ８０は、図１２（Ａ、（Ｂ）においては、長軸方向コリメートレンズアレイ７０と短軸方向集光レンズアレイ９０の間に配置したが、短軸方向集光レンズアレイ９０と光ファイバ３０の間に配置してもよい。ただし、この場合は、長軸方向集光レンズ８０と光ファイバ３０までの距離がより短くなるので、光ファイバ３０への長軸方向の入射角（図１２（Ｂ）中のθoutx）が大きくなり、集光の効率が低下する可能性がある。
【０００８】
また、この場合、短軸方向集光レンズアレイ９０の焦点距離（ｆ９０）を、発光部１２から短軸方向集光レンズアレイ９０までの距離（この場合、約１．６ｍｍ）に設定すると、短軸方向における集光の効率がほぼ最適になるので、光ファイバ３０の位置が短軸方向集光レンズアレイ９０から焦点距離（ｆ９０）の位置に自動的に決まる。つまり、発光部１２から光ファイバ３０までの距離（図１２（Ａ）中のＬ）は、約３．２ｍｍとなる。
しかし、例えば長軸方向に１．７５ｍｍ間隔で配列された５個の発光部から出射されるレーザ光を、長軸方向の入射角を１０°未満とするためには、約１９．８５ｍｍ以上の距離が必要であり、必要な数のレーザ光を集光することが非常に困難である。
【０００９】
以上に説明したように、従来の半導体レーザ集光装置では、短軸方向集光レンズアレイ９０と発光部１２との間の距離が短い。このため、所定距離の間に、長軸方向コリメートレンズアレイ７０と短軸方向集光レンズアレイ９０を適切に配置することが困難である。また、光ファイバ３０の位置も発光部１２から短い距離になり、長軸方向の入射角（θoutx）を小さく設定すると、長軸方向に集光できるレーザ光の本数が少なくなる。これらは、半導体レーザアレイ１０の複数の発光部１２から出射されるレーザ光を光ファイバ３０に集光するまでに、複数のレンズを用いて集光するために発生している。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、半導体レーザアレイの複数の発光部から出射された各レーザ光を、より効率良く集光でき、且つより容易に実現できる積層型光導波路及びレーザ発光装置を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、本発明の第１発明〜第４発明は、請求項１〜請求項４に記載されたとおりのレーザ発光装置である。
請求項１〜４に記載のレーザ発光装置を用いれば、隣り合う光導波路と光導波路との間に、円柱状の形状を有し、且つ光導波路の屈折率よりも低い屈折率を有する部材（例えば、径が高精度に設定され、且つ様々な径（数十μｍ〜数百μｍレベル）及び様々な屈折率の光ファイバ等）を挟み込むことにより、隣り合う光導波路と光導波路との間隙の寸法を、高精度に、且つ容易に設定することが可能である。
隣り合う光導波路と光導波路との間隙を高精度に設定することと、光導波路の屈折率よりも低い屈折率を有する部材で間隙部材を構成することで、半導体レーザアレイの複数の発光部から出射された各レーザ光を、より効率良く集光できる。また、例えば光ファイバにおいて、所望する径及び屈折率を有する光ファイバを選定することは比較的容易であり、当該積層型光導波路の実現は、非常に容易である。
【００１１】
また、請求項１〜４に記載のレーザ発光装置を用いれば、円柱状の形状の間隙部材の代わりに、球状の形状を有し、且つ光導波路の屈折率よりも低い屈折率を有する部材（例えば、径が高精度に設定され、且つ様々な径（数μｍ〜数百μｍレベル）及び様々な屈折率のスペーサボール等）を挟み込むことにより、隣り合う光導波路と光導波路との間隙の寸法を、高精度に、且つ容易に設定することが可能である。
隣り合う光導波路と光導波路との間隙を高精度に設定することと、光導波路の屈折率よりも低い屈折率を有する部材で間隙部材を構成することで、半導体レーザアレイの複数の発光部から出射された各レーザ光を、より効率良く集光できる。また、例えばスペーサボールにおいて、所望する径及び屈折率を有するスペーサボールを選定することは比較的容易であり、当該積層型光導波路の実現は、非常に容易である。
【００１２】
また、請求項１〜４に記載のレーザ発光装置を用いれば、円柱状の形状の間隙部材の代わりに、板状の形状を有し、且つ光導波路の屈折率よりも低い屈折率を有する部材を形成して挟み込むことにより、隣り合う光導波路と光導波路との間隙の寸法を、高精度に、且つ容易に設定することが可能である。板状で曲面部分を含まず、厚さの精度を確保すればよいため、比較的容易に形成することができる。
隣り合う光導波路と光導波路との間隙を高精度に設定することと、光導波路の屈折率よりも低い屈折率を有する部材で間隙部材を構成することで、半導体レーザアレイの複数の発光部から出射された各レーザ光を、より効率良く集光できる。また、当該間隙部材において、所望する厚さ及び屈折率を有する板状の間隙部材を形成することは比較的容易であり、当該積層型光導波路の実現は、非常に容易である。
【００１３】
また、本発明の第５発明は、請求項５に記載されたとおりのレーザ発光装置である。
請求項５に記載のレーザ発光装置を用いれば、光導波路と間隙部材とを交互に複数積層した光導波路において、間隙部材の層の隙間に光導波路の屈折率よりも低い屈折率を有する樹脂を充填することにより、各光導波路を容易に固定（固着）することができる。
また、充填する部材に、例えば紫外線硬化樹脂を用いることで、充填部分の硬化速度、硬化範囲等を任意に設定することができる。また、光導波路の屈折率よりも低い屈折率を有する樹脂で充填することで、半導体レーザアレイの複数の発光部から出射された各レーザ光を、より効率良く集光できる。また、例えば紫外線硬化樹脂において、所望する屈折率を有する紫外線硬化樹脂を選定することは比較的容易であり、当該積層型光導波路の実現は、非常に容易である。
また、積層型光導波路の各層を樹脂で固定（固着）することで、安定した形状を維持することができるので、積層型光導波路の各層を構成する各光導波路の位置ずれ等に起因する誤差の発生を抑制することができる。
【００１４】
また、本発明の第６発明は、請求項６に記載されたとおりのレーザ発光装置である。
請求項６に記載のレーザ発光装置を用いれば、光導波路と間隙部材とを交互に複数積層した光導波路において、固定部材で各層をまとめて固定することにより、各光導波路の層及び間隙部材の層を容易に固定（固着）することができる。
これにより、積層型光導波路の形状を安定して維持することができ、積層型光導波路の各層を構成する各光導波路の位置ずれ等に起因する誤差の発生を抑制することができる。
【００１５】
また、本発明の第７発明は、請求項７に記載されたとおりのレーザ発光装置である。
請求項７に記載のレーザ発光装置を用いれば、光導波路及び間隙部材を積層した部材と、固定部材との間に緩衝部材を配置する。
これにより、光導波路及び間隙部材を積層した部材にかかる応力を、緩衝部材で適切に吸収することができるため、積層型光導波路の変形（誤差の発生）あるいは破損等を防止することができる。
【００１６】
また、本発明の第８発明は、請求項８に記載されたとおりのレーザ発光装置である。
請求項８に記載のレーザ発光装置を用いれば、半導体レーザアレイの複数の発光部から出射されるレーザ光を、積層型光導波路を用いて効率的に、且つ容易に光ファイバに集光することができる。また、複数のレーザ光を集光した光ファイバから出射されたレーザ光を、更に集光レンズで集光することで、レーザ光の出力を、更に増大させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明の積層型光導波路２００を用いたレーザ発光装置の一実施の形態の概略構成図を示している。
図１に示す実施の形態では、図１１に示す従来のレーザ集光装置に対して、半導体レーザアレイ１０と光ファイバ３０との距離を非常に大きくできる（従来では約３．２ｍｍのところを、本実施の形態ではレーザ光の進行方向に対する積層型光導波路２００の長さに応じて、数ｃｍ以上（本実施の形態の例では、約２０ｃｍ）に設定することも可能）。このため、光ファイバ３０への入射角を小さくできるので、より効率良くレーザ光を集光することができる。
また、図１１に示す従来のレーザ集光装置に対して、長軸方向コリメートレンズアレイ７０、長軸方向集光レンズ８０、短軸方向集光レンズアレイ９０とを省略し、その代わりに積層型光導波路２００を設けているので、構成が簡素化され、組み付け時の調整等（各レンズ等の配置位置の微調整等）が従来のレーザ集光装置に比して、非常に容易である。
【００１８】
●［全体構成］
図１に示す本実施の形態では、発光部１２（ｍ，ｎ）（ｍ行ｎ列、図１の例では５行１６列）を、長軸方向毎の複数の第１グループに分割し、各第１グループ毎のレーザ光を各光導波路２０（ｓ，ｔ）（ｓ行ｔ列、図１の例では１行１６列）で集光して、各光ファイバ３０（ｓ，ｔ）（ｓ行ｔ列、図１の例では１行１６列）に入射する。
【００１９】
半導体レーザアレイ１０は、複数の発光部１２を有し、単一の発光部を有する半導体レーザを２次元的に配列して、あるいは一列に複数の発光部を有するアレイ型半導体レーザを積層または配列して、あるいは２次元配列されたスタック型半導体レーザで、構成されている。本実施の形態では、スタック型レーザダイオードを用いている。
積層型光導波路２００は、発光部１２（ｍ，ｎ）の長軸方向毎の各第１グループ毎に対応する光導波路２０（ｓ，ｔ）が、短軸方向に複数配列されて構成されている。各光導波路２０（ｓ，ｔ）内に入射されたレーザ光は、入射された光導波路２０（ｓ，ｔ）内を、ほぼ全反射しながら進行する（詳細は後述する）。
積層型光導波路２００は、半導体レーザアレイ１０の各発光部１２から入射された複数のレーザ光を、長軸方向に対して各光ファイバ３０（ｓ，ｔ）の入射面に集まるように、長軸方向に集光（束ね、あるいは集約）する。
なお、以下、「束ねる」とは、各レーザ光の径をほぼ縮めることなく複数のレーザ光を集めることをいい、「集約する」とは、各レーザ光の径を縮めるあるいは径を縮めるとともに複数のレーザ光を集めることをいう。また、「集光する」とは、「束ねる」あるいは「集約する」方法を用いて、レーザ光の出力を高めることをいう。
【００２０】
各光ファイバ３０（ｓ，ｔ）の入射面には、各光導波路２０（ｓ，ｔ）の出射面から、少なくとも長軸方向に集光されたレーザ光が入射される。そして、集光レンズ１００は、任意の形状に束ねられた光ファイバ３０の出射面から出射されたレーザ光を、各々所定の位置に集光する。これにより、半導体レーザアレイ１０の複数の発光部１２（ｍ，ｎ）から出射された複数のレーザ光は、所定の位置に集光され、加工等に用いることができるように、レーザ光の出力を増大させることができる。
【００２１】
●［光導波路２０（ｓ，ｔ）の概略構造］
次に、図２を用いて光導波路２０の概略構造について説明する。光導波路２０は、複数のレンズ（例えば、ほぼ短軸方向に中心軸を有するシリンドリカル状のレンズ２２ａ〜２２ｅ（第１レンズ））を長軸方向に複数配列して構成されている。
また、図２に示す光導波路２０の例では、第１レンズ２２ａ〜２２ｅが配置された面をレーザ光の入射面として、当該入射面と対向する面をレーザ光の出射面としている。そして、入射されたレーザ光を集光して出射面から出射するために、図２に示す例では、長軸方向（Ｘ軸方向）において、入射面の寸法よりも出射面の寸法の方が小さくなるように構成されている（テーパ形状に構成されている）。なお、本実施の形態では、入射面と出射面の短軸方向（Ｙ軸方向）における寸法はほぼ同じであるが、出射面の方が小さな寸法となるように構成してもよい。また、第１レンズを適切に構成すれば、特に長軸方向に対してテーパ形状にしなくとも長軸方向に集光することができる。
なお、光導波路２０は、ガラス等様々な材質を用いることができる。
【００２２】
●［各構成要素の配置と、光ファイバまでのレーザ光の集光状態（概略）］
次に、図３（Ａ）及び（Ｂ）を用いて、発光部１２、積層型光導波路２００、光ファイバ３０の配置位置と、光ファイバ３０までのレーザ光の集光状態について説明する。
図３（Ａ）は、長軸（fast軸）方向から見た図である。各発光部１２から出射されたレーザ光は、積層型光導波路２００の各光導波路２０の入射面に入射されると、短軸方向においては各光導波路２０内を反射しながら当該光導波路２０からほとんど外部に漏れることなく進行し、（当該光導波路２０の出射面に到達し、）光ファイバ３０の入射面に入射される。
【００２３】
また、図３（B）は、短軸（slow軸）方向から見た図であり、レーザ光を長軸（fast軸）方向に屈折及び集光する様子を示している。
図３（Ｂ）において、光導波路２０（ｓ，ｔ）の各第１レンズ２２ａ〜２２ｅの焦点距離を（ｆ）とする。
なお、図３（Ｂ）において、光導波路２０（ｓ，ｔ）を、発光部１２（ｍ、ｎ）から当該光導波路２０（ｓ，ｔ）の第１レンズの焦点距離（ｆ）の位置に配置すると、光導波路２０（ｓ，ｔ）を通過したレーザ光は、幅がほぼ均一化され、図３（Ｂ）中に２ａで示すように集光される（この場合は束ねられる）。
また、光導波路２０（ｓ，ｔ）を発光部１２（ｍ、ｎ）から当該光導波路２０（ｓ，ｔ）の焦点距離（ｆ）よりもやや遠い（Ｓ6）の位置に配置し、（１／Ｓ6＋１／Ｔ6＝１／ｆ）が成立するＳ6及びＴ6を設定し、発光部１２からＳ6＋Ｔ6の距離に光ファイバ３０（ｓ、ｔ）の入射面を配置すると、光導波路２０（ｓ，ｔ）を通過したレーザ光は、図３（Ｂ）中に２ｃ〜２ｅで示すように集光される（この場合は集約される）。
【００２４】
●［光導波路２０における、各第１レンズの構造（光軸）及び配置］
次に、図４（Ａ）及び（Ｂ）に、積層型光導波路２００の光導波路２０（この場合、図２に示す光導波路２０）における、各第１レンズ（ここでは、第１レンズ２２ｂ、２２ｃ）の構造（光軸）及び配置の例について、詳細を説明する。
図４（Ａ）及び（Ｂ）に示す図では、各第１レンズの光軸をほぼ光ファイバ３０（ｓ，ｔ）の入射面の方向に向けるとともに、各第１レンズの位置をレーザ光の進行方向（Ｚ軸方向）と長軸方向（Ｘ軸方向）に移動させて配置している。
【００２５】
次に、図４（Ａ）、（Ｂ）を用いて、第１レンズの光軸を傾斜させた場合の、発光部１２（２、１）に対応する第１レンズ２２ｂの配置等について詳細を説明する。図４（Ａ）は、レーザ光を「束ねる」方法を実現する配置の例であり、図４（Ｂ）は、レーザ光を「集約する」方法を実現する配置の例である。
【００２６】
●［光軸を傾斜させるとともにレーザ光を束ねる配置（図４（Ａ））］
以下、図４（Ａ）を用いて説明する。
第１レンズ２２ｃは、発光部１２（３、１）と、レーザ集光位置（この場合、光ファイバ３０（１、１）の入射面のほぼ中心）を結んだ直線と、第１レンズ２２ｃの光軸（Kc）が一致するように配置する。また、対応する発光部１２（３、１）から第１レンズ２２ｃの中心（Cc）までの距離が、第１レンズ２２ｃの焦点距離（ｆ）となる位置に配置する。
これにより、発光部（３、１）から出射されたレーザ光は、第１レンズ２２ｃを通過すると、幅がほぼ均一なレーザ光となる。また、焦点距離（ｆ）の選定は、光ファイバ３０（１、１）の径を考慮して選定する（焦点距離（ｆ）を大きくすると、通過後のレーザ光の幅が大きくなるため）。
【００２７】
次に、第１レンズ２２ｂの配置を説明する。
まず、光ファイバ３０において、入射可能な最大受光角の正弦で表される開口数（以下、ＮＡという）より、光ファイバ３０への入射角（θ）を、以下のように設定する。
θ＜arcsin（ＮＡ）
発光部１２（２，１）と発光部１２（３，１）の長軸方向の距離を（ｄ）として、第１レンズ２２ｂの中心（Cb）が、対応する発光部１２（２、１）から、長軸方向の距離（Lx1）、レーザ光の進行方向の距離（Lz1）を、以下のように設定する。
Lx1＝ｆ＊sinθ
Lz1＝ｆ＊cosθ
【００２８】
そして、第１レンズ２２ｂを通過して幅がほぼ均一化されたレーザ光の幅の半分を（ｂ）として、光ファイバ３０（１，１）の入射面までの距離（Mz1＋Nz1）を以下のように設定する。
Mz1＝ｄ／tanθ
Nz1＝ｂ／sinθ
なお、発光部１２（３、１）から光ファイバ３０（１、１）までの距離（Ｌ）は、図３（Ａ）に示すように、ほぼ光導波路２０の長さ（レーザ光の進行方向の長さ）である。よって、以下の式が成立するように、光導波路２０の長さを選定する。
ｄ／tanθ＋ｂ／sinθ＝（ほぼ光導波路２０のＺ軸方向の長さ）
その他の発光部１２（ｍ，ｎ）に対しても同様に設定することができる。
【００２９】
●［光軸を傾斜させるとともにレーザ光を集約する配置（図４（Ｂ））］
以下、図４（Ｂ）を用いて説明する。
第１レンズ２２ｃは、発光部１２（３，１）と、レーザ集光位置（この場合、光ファイバ３０（１、１）の入射面のほぼ中心）を結んだ直線と、第１レンズ２２ｃの光軸（Kc）が一致するように配置する。また、対応する発光部１２（３、１）から第１レンズ２２ｃの中心（Cc）までの距離が、第１レンズ２２ｃの焦点距離（ｆ）よりも長い距離（Ｓ）となる位置に配置する。また、第１レンズ２２ｃの中心（Cc）から光ファイバ３０（１，１）の入射面までの距離を（Ｔ）として、以下の式が成立するようにｆ、Ｓ、Ｔを設定する。
１／ｆ＝１／Ｓ＋１／Ｔ
また、Ｓ＋Ｔ＝Ｌであるため、Ｓ、Ｔは以下となる。
Ｓ＝［Ｌ−√（Ｌ2−４＊Ｌ＊ｆ）］／２
Ｔ＝［Ｌ＋√（Ｌ2−４＊Ｌ＊ｆ）］／２（なお、Ｓ＜Ｔとする）
これにより、発光部（３、１）から出射されたレーザ光は、第１レンズ２２ｃを通過すると、幅が集約されていく。
【００３０】
次に、第１レンズ２２ｂの配置を説明する。
まず、光ファイバ３０への入射角（θ）を、以下のように設定する。
θ＜arcsin（ＮＡ）
発光部１２（２，１）から光ファイバ３０（１，１）の入射面までの距離を（Ｌ1）、発光部１２（２，１）から第１レンズ２２ｂの中心（Cb）までの距離を（Ｓ1）、第１レンズ２２ｂの中心（Cb）から光ファイバ３０（１，１）の入射面までの距離を（Ｔ1）とすると、以下の式が成立する。
Ｌ1＝ｄ／sinθ
Ｓ1＝［Ｌ1−√（Ｌ1 2−４＊Ｌ1＊ｆ）］／２
Ｔ1＝［Ｌ1＋√（Ｌ1 2−４＊Ｌ1＊ｆ）］／２
【００３１】
また、第１レンズ２２ｂの中心（Cb）が、対応する発光部１２（２、１）から、長軸方向の距離（Lx2）、レーザ光進行方向の距離（Lz2）を、以下のように設定する。
Lx2＝Ｓ1＊sinθ
Lz2＝Ｓ1＊cosθ
そして、発光部１２（３，１）から光ファイバ３０（１，１）の入射面までの距離（Ｌ）を以下のように設定する。
Ｌ＝ｄ／tanθ
なお、発光部１２（３、１）から光ファイバ３０（１、１）までの距離（Ｌ）は、図３（Ａ）に示すように、ほぼ光導波路２０の長さ（レーザ光の進行方向の長さ）である。よって、以下の式が成立するように、光導波路２０の長さを選定する。
ｄ／tanθ＝（ほぼ光導波路２０のＺ軸方向の長さ）
その他の発光部１２（ｍ，ｎ）に対しても同様に設定することができる。
【００３２】
以上では、各第１レンズの焦点距離（ｆ）を一定として、距離（Ｓ1）を各第１レンズ毎に設定したが、距離（Ｓ1）を一定として、各第１レンズ毎に焦点距離（ｆ）を設定することも可能である。
この場合、距離（Ｓ1）を一定として、焦点距離（ｆ）及び距離（Ｔ1）を以下のように設定する。
ｆ＝Ｓ1−（Ｓ1）2／Ｌ1
Ｔ1＝Ｌ1−Ｓ1
この場合、各第１レンズ毎に焦点距離（ｆ）が異なるため、各第１レンズ毎に曲率が異なる。発光部が中心から離れる程（光ファイバへの入射角が大きくなる程）、距離（Ｌ1）が大きくなり、対応する第１レンズの焦点距離（ｆ）が大きくなるため、曲率が大きくなる。従って、距離（Ｓ1）を一定にすることによって第１レンズの有効径をほぼ一定にできるため、各第１レンズの間隔に制約がある場合等において、第１レンズの設計の自由度が増す。
【００３３】
なお、第１レンズの断面が真円である場合、第１レンズのレンズ面が、当該真円の中心（図４（Ａ）及び（Ｂ）のＰｂ、Ｐｃ）まわりに回転しても、その特性は変わらない。そこで、図４（Ａ）に示した光軸を傾斜させた第１レンズにおいて、入射されるレーザ光の進行方向に対して、当該光軸がほぼ平行になるように回転させれば、光軸を傾斜させることなく、図４（Ａ）と同じ効果を実現できる。また、図４（Ｂ）においても同様である。
【００３４】
●［光ファイバから出射されたレーザ光の集光］
次に、図５（Ａ）及び（Ｂ）を用いて、図１において光ファイバ３０（ｓ，ｔ）から出射されるレーザ光が、集光レンズ１００で所定の位置（図５の［位置ＳＭ］）に集光される様子について説明する。
なお、光ファイバ３０（ｓ，ｔ）の出射面は、図５（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、任意の形状に束ねられている。任意の形状とすることで、例えば、レーザ加工の場合、所望の形状で加工することができる。また、束ねる形状は、円形（図５（Ｃ））、四角形（図５（Ｄ））等に限定されず、様々な形状とすることが可能である。また、束ねる場合において光ファイバの本数も、必要に応じて様々な本数を束ねることが可能である。
【００３５】
図５（Ａ）及び（Ｂ）において、レーザ光を集光する所定の位置を［位置ＳＭ］、集光レンズ１００の焦点距離を［ｆ１００］、［位置ＳＭ］から集光レンズ１００の中心までの距離（集光レンズ１００の光軸方向における距離）を［距離Ｔ2］及び［距離Ｔ3］、集光レンズ１００の中心から光ファイバ３０（ｓ，ｔ）の出射面までの距離（集光レンズ１００の光軸方向における距離）を［距離Ｓ2］及び［距離Ｓ3］とする。
また、以下のように、（Ｓ2、Ｔ2）、（Ｓ3、Ｔ3）を設定する。
１／Ｓ2＋１／Ｔ2＝１／ｆ１００
１／Ｓ3＋１／Ｔ3＝１／ｆ１００、且つＳ3＞Ｓ2
上記式に基づいた図５（Ａ）と（Ｂ）を比較すれば明らかなように、光ファイバ３０（ｓ，ｔ）の出射面から集光レンズ１００の中心までの距離［距離ＳX］が大きくなるほど、集光レンズ１００の中心から［位置ＳＭ］までの距離［距離ＴX］が小さくなる。また、［距離ＴX］が小さくなるほど、［位置ＳＭ］上の［集光スポット距離Sout］が小さくなる。［集光スポット距離Sout］が小さいほど、単位面積当たりのレーザ出力が増大され、レーザ加工等に有効となる。
なお、本実施例では、集光レンズ１００から距離ＴXの位置［位置ＳＭ］を集光点としているが、集光レンズ１００から距離ｆ１００の位置（集光レンズ１００の焦点距離の位置）を集光点としてもよい。
【００３６】
●［積層型光導波路の概略構造］
次に、図６を用いて、図３（Ａ）に示した積層型光導波路２００の概略構成について説明する。なお、図６は、長軸方向から見た図であり、理解を容易にするために、図３（Ａ）とは異なる寸法で記載している。
図６では、各光導波路２０（ｓ，ｔ）の短軸方向の寸法を、ほぼ発光部１２（ｍ，ｎ）の短軸方向の長さに設定している。これにより、短軸方向においては、１個の発光部１２（ｍ，ｎ）から出射されたレーザ光を、当該発光部１２（ｍ，ｎ）に対応する１個の光導波路２０（ｓ，ｔ）に適切に入射することができる。また、各光導波路２０（ｓ，ｔ）が、短軸方向において、互いに干渉することがない。
【００３７】
更に、各光導波路２０（ｓ，ｔ）の間の間隙を、当該光導波路２０（ｓ，ｔ）よりも小さな屈折率を有する間隙部材２５で埋めて、光導波路２０と間隙部材２５とを短軸方向に交互に複数配列した積層型光導波路２００を構成する。これにより、積層した光導波路（積層型光導波路２００）のサイズを（短軸方向に）大きくすることができるので、第１レンズの加工等を行う場合の保持がより容易になり、加工等をより容易に行うことができる。また、レーザ発光装置として所定の位置に配置して、その配置位置を微調整する際、個々の光導波路毎に微調整する必要がなく、一括して微調整することができるので便利である。
【００３８】
●［積層型光導波路の詳細構造］
次に、図７〜図１０を用いて、図３（Ａ）に示した積層型光導波路２００の詳細構成について、第１の実施の形態〜第３の実施の形態を説明する。
第１の実施の形態〜第３の実施の形態は、隣り合う光導波路２０（ｓ，ｔ）の間に挟み込む間隙部材２５の具体的な部材の例を示す。
【００３９】
◆［第１の実施の形態］
第１の実施の形態では、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、隣り合う光導波路２０（ｓ，ｔ）の間に挟み込む間隙部材２５に、円柱状間隙部材２５ａを使用する。光導波路２０内に入射されたレーザ光を、当該光導波路２０内で全反射させながら進行させるには、当該光導波路２０との境界部分（光導波路２０に当接する部分）は、光導波路２０の屈折率よりも低いことが必要である。なお、例えば光導波路２０が石英ガラス（屈折率約１．４５）の場合、境界部分が空気（屈折率約１．００）であってもよい。
図７（Ａ）は、隣り合う光導波路（この場合、光導波路２０（１，１）と光導波路（１，２））の間への円柱状間隙部材２５ａの配置状態を説明するための図である。また、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）における光導波路２０（ｓ，ｔ）と円柱状間隙部材２５ａを交互に複数積層した積層型光導波路２００の外観の例である。なお、図７（Ａ）及び（Ｂ）は積層の状態を説明する図であるため、光導波路２０の形状を図２に示す形状で示さず、四角形の形状としている。
【００４０】
円柱状間隙部材２５ａに要求される事柄は、屈折率が光導波路２０（ｓ，ｔ）よりも低い屈折率であるということと、径（図７（Ａ）に示す「Ｒａ」）の誤差が小さく高精度であるということである。
好適には、光ファイバを用いた場合、屈折率について、光導波路２０（ｓ，ｔ）の屈折率（例えば、石英ガラスの光導波路の場合、屈折率は約１．４５）よりも低い屈折率の光ファイバは、比較的容易に入手可能である。また、径（Ｒａ）の精度においても、径（数十μｍ〜数百μｍ）の精度が高く、且つ誤差が非常に小さい光ファイバは、比較的容易に入手可能である。これにより、積層型光導波路２００の各層を構成する光導波路２０と光導波路２０との間隔を、高精度に設定することができるため集光効率をより向上させることが可能であり、且つ比較的安価に構成することが可能である。
【００４１】
例えば、図６において、発光部１２（ｍ，ｎ）の短軸方向の長さDwが２００μｍ、各発光部の間隔Dpが２００μｍの場合、光導波路２０（ｓ，ｔ）の厚さ（短軸方向の厚さ）を２００μｍ、円柱状間隙部材２５ａの径（Ｒａ）を２００μｍに設定すれば、効率的に、より細い光ファイバ３０（ｓ，ｔ）にレーザ光を集光することができる積層型光導波路２００を構成することができる。
なお、円柱状間隙部材２５ａの長軸方向の配列は、短軸方向（Ｙ軸方向）に対して垂直な方向であれば（ＸＺ平面と平行であれば）、円柱状間隙部材２５ａの軸の方向は、どの方向であってもよい（Ｘ軸に平行、またはＺ軸に平行、または各円柱状間隙部材２５ａの軸の方向がＸＺ平面と平行であり且つ互いに異なる方向（異なる斜めの方向等）であってもよい）。
【００４２】
また、円柱状間隙部材２５ａを隣り合う光導波路２０（ｓ，ｔ）の間の層に配置した場合、当該層において円柱状間隙部材２５ａで充填されない空間ができる。また、積層型光導波路２００の各層（光導波路２０（ｓ，ｔ）の層、円柱状間隙部材２５ａの層）が固着されていないため、積層型光導波路２００の形状が不安定になる可能性がある。そこで、円柱状間隙部材２５ａで充填されない空間に充填材を充填することによって各層を固着（固定）することができ、積層型光導波路２００の形状を安定して維持することができ、各層を構成する各光導波路２０の位置ずれ等に起因する誤差の発生を抑制することができる。
充填材は、光導波路２０（ｓ，ｔ）よりも低い屈折率を有するもので、例えば紫外線硬化樹脂を用いる。紫外線硬化樹脂は、硬化前は液状であるため空間に充填可能で、且つ硬化後は各層を固着可能で、且つ光導波路２０（ｓ，ｔ）よりも低い屈折率を有するものを選定可能である。それに加えて、時間の経過で硬化せず、硬化させたい場合に紫外線を照射して硬化させることができるため、微細な部材（数十μｍ〜数百μｍの径の円柱状間隙部材２５ａ等）を適切な位置に配置してから固着させるのに適している。
【００４３】
なお、充填材を用いる方法の他にも、後述する機械的に固着する方法がある。充填材を用いない場合、円柱状間隙部材２５ａの層内の空間は、空気が充填されていることになる。例えば光導波路２０が石英ガラス（屈折率は約１．４５）の場合、円柱状間隙部材２５ａの層内の空間に充填されている空気の屈折率は約１．００であり、光導波路２０の屈折率よりも低い。この場合、空間に充填材を充填しなくても、光導波路２０よりも低い屈折率を維持できる。あとは固着できればよい。
【００４４】
図１０に、積層型光導波路２００を機械的に固着する例を示す。この例では、積層型光導波路２００を２個の固定部材２９で、短軸方向（Ｙ軸方向）から圧力をかけて固着させている（例えばネジ等で固定する）。
また、積層型光導波路２００の積層方向（図１０中のＹ軸方向）における両端面と固定部材２９との当接面には、固定部材２９の圧力により応力がかかるため、光導波路２０よりも低い屈折率を有する緩衝部材２８ｄを設けることが好ましい。これにより、積層型光導波路２００の変形、破損等を適切に防止することができる。
【００４５】
◆［第２の実施の形態］
第２の実施の形態では、図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、隣り合う光導波路２０（ｓ，ｔ）の間に挟み込む間隙部材２５に、球状間隙部材２５ｂを使用する。第１の実施の形態と同様に、例えば光導波路２０が石英ガラス（屈折率約１．４５）の場合、境界部分が空気（屈折率約１．００）であってもよい。
図８（Ａ）は、隣り合う光導波路（この場合、光導波路２０（１，１）と光導波路（１，２））の間への球状間隙部材２５ｂの配置状態を説明するための図である。また、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）における光導波路２０（ｓ，ｔ）と球状間隙部材２５ｂを交互に複数積層した積層型光導波路２００の外観の例である。なお、図８（Ａ）及び（Ｂ）は積層の状態を説明する図であるため、光導波路２０の形状を図２に示す形状で示さず、四角形の形状としている。
【００４６】
球状間隙部材２５ｂに要求される事柄は、屈折率が光導波路２０（ｓ，ｔ）よりも低い屈折率であるということと、径（図８（Ａ）に示す「Ｒｂ」）の誤差が小さく高精度であるということである。
もう１つの好適な形態として、ＬＣＤパネル等で使用されるスペーサボールを用いた場合、屈折率について、光導波路２０（ｓ，ｔ）の屈折率（例えば、石英ガラスの光導波路の場合、屈折率は約１．４５）よりも低い屈折率のスペーサボールは、比較的容易に入手可能である。また、径（Ｒｂ）の精度においても、径（数十μｍ〜数百μｍ）の精度が高く、且つ誤差が非常に小さいスペーサボールは、比較的容易に入手可能である。これにより、積層型光導波路２００の各層を構成する光導波路２０と光導波路２０との間隔を、高精度に設定することができるため集光効率をより向上させることが可能であり、且つ比較的安価に構成することが可能である。
【００４７】
例えば、図６において、発光部１２（ｍ，ｎ）の短軸方向の長さDwが２００μｍ、各発光部の間隔Dpが２００μｍの場合、光導波路２０（ｓ，ｔ）の厚さ（短軸方向の厚さ）を２００μｍ、球状間隙部材２５ｂの径（Ｒｂ）を２００μｍに設定すれば、効率的に、より細い光ファイバ３０（ｓ，ｔ）にレーザ光を集光することができる積層型光導波路２００を構成することができる。
【００４８】
また、球状間隙部材２５ｂを隣り合う光導波路２０（ｓ，ｔ）の間の層に配置した場合、当該層において球状間隙部材２５ｂで充填されない空間ができる。以下、空間及び充填材については第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００４９】
なお、充填材を用いる方法の他にも、機械的に固着する方法がある。以下、機械的に固着する方法については第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
また、スペーサボールには、表面に強い固着性を有するものもあり、当該スペーサボールを用いた場合、充填材、固定部材２９を省略して積層型光導波路２００の各層を固着することが可能である。
【００５０】
◆［第３の実施の形態］
第３の実施の形態では、図９（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、隣り合う光導波路２０（ｓ，ｔ）の間に挟み込む間隙部材２５に、板状間隙部材２５ｃを使用する。ここで、図９（Ａ）に示す例では、間隙部材の１つの層において、１枚の板状間隙部材２５ｃを使用しているが、間隙部材の１つの層において、板状間隙部材２５ｃを複数配置（板状間隙部材２５ｃのＹ軸方向における厚みをｎ分割し、ｎ枚をＹ軸方向に積層して１つの層を構成する、あるいは厚さがＲｃでＸＺ平面における面積が小さな板状間隙部材２５ｃをＸＺ平面に複数並べて１つの層を構成する等）してもよい。また、第１の実施の形態と同様に、例えば光導波路２０が石英ガラス（屈折率約１．４５）の場合、板状間隙部材２５ｃをＸＺ平面に複数並べた際にできる隙間による、光導波路２０と間隙部材の層との境界部分が空気（屈折率約１．００）であってもよい。（間隙部材の１つの層において、板状間隙部材２５ｃで層内の全空間を埋めることなく、空間部分があってもよい。）
図９（Ａ）は、隣り合う光導波路（この場合、光導波路２０（１，１）と光導波路（１，２））の間への板状間隙部材２５ｃの配置状態を説明するための図である。また、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）における光導波路２０（ｓ，ｔ）と板状間隙部材２５ｃを交互に複数積層した積層型光導波路２００の外観の例である。なお、図９（Ａ）及び（Ｂ）は積層の状態を説明する図であるため、光導波路２０の形状を図２に示す形状で示さず、四角形の形状としている。
【００５１】
板状間隙部材２５ｃに要求される事柄は、屈折率が光導波路２０（ｓ，ｔ）よりも低い屈折率であるということと、厚さ（図９（Ａ）に示す「Ｒｃ」）の誤差が小さく高精度であるということである。
屈折率について、光導波路２０（ｓ，ｔ）の屈折率（例えば、石英ガラスの光導波路の場合、屈折率は約１．４５）よりも低い屈折率の板状間隙部材２５ｃは、比較的容易に入手可能である。また、厚さ（Ｒｃ）の精度においても、厚さ（数十μｍ〜数百μｍ）の精度が高く、且つ誤差が非常に小さい板状間隙部材２５ｃは、比較的容易に入手可能である。これにより、積層型光導波路２００の各層を構成する光導波路２０と光導波路２０との間隔を、高精度に設定することができるため集光効率をより向上させることが可能であり、且つ比較的安価に構成することが可能である。
【００５２】
例えば、図６において、発光部１２（ｍ，ｎ）の短軸方向の長さDwが２００μｍ、各発光部の間隔Dpが２００μｍの場合、光導波路２０（ｓ，ｔ）の厚さ（短軸方向の厚さ）を２００μｍ、板状間隙部材２５ｃの厚さ（Ｒｃ）を２００μｍに設定すれば、効率的に、より細い光ファイバ３０（ｓ，ｔ）にレーザ光を集光することができる積層型光導波路２００を構成することができる。
【００５３】
また、板状間隙部材２５ｃを隣り合う光導波路２０（ｓ，ｔ）の間の層に配置した場合、当該層において板状間隙部材２５ｃで充填されない空間ができる場合がある（１つの層において、複数の細かな板状間隙部材２５ｃを配置した場合等）。以下、空間及び充填材については第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００５４】
なお、充填材を用いる方法の他にも、機械的に固着する方法がある。以下、機械的に固着する方法については第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００５５】
以上の説明では、積層型光導波路２００の間隙部材２５に、光導波路２０よりも低い屈折率を有する部材を使用した。しかし、各光導波路２０に入射されたレーザ光が当該光導波路２０の外部に漏れることを抑制し、当該光導波路２０の内部で全反射しながら進行すればよいため、間隙部材２５にはレーザ光を全反射する部材を用いてもよい。
例えば、図９（Ａ）及び（Ｂ）において、板状間隙部材２５ｃにレーザ光を全反射するミラー等を用いて、積層型光導波路２００を構成してもよい。この場合、短軸方向（Ｙ軸方向）において、レーザ光をより確実に全反射させることができるため、集光効率をより向上させることができる。
【００５６】
本発明の積層型光導波路及びレーザ発光装置は、本実施の形態で説明した形状、構成等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
本発明の積層型光導波路を用いたレーザ発光装置は、レーザ加工装置等、レーザ光を用いた種々の装置に適用することが可能である。
本実施の形態の説明に用いた数値は一例であり、この数値に限定されるものではない。
また、積層型光導波路の形状、サイズ、材質等は、実施の形態の説明及び図に限定されるものではない。
また、各実施の形態における積層型光導波路２００は、図１の集光システム（レーザ発光装置）に組み込まれる場合、図２に示す第１レンズ２２ａ〜２２ｅが精密加工されるが、全体形状は、図２に示す三角形にせずとも、図７（Ｂ）、図８（Ｂ）、図９（Ｂ）のように、方形のままでもよい。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜７のいずれかに記載のレーザ発光装置を用いれば、半導体レーザアレイの複数の発光部から出射された各レーザ光を、より効率良く集光でき、且つより容易に実現できるレーザ発光装置を提供できる。
また、請求項８に記載のレーザ発光装置によれば、請求項１〜７のいずれかに記載のレーザ発光装置を用いて、半導体レーザアレイの複数の発光部から出射されるレーザ光を、効率的に、且つ容易に集光でき、レーザ光の出力を増大することができるレーザ発光装置を容易に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の積層型光導波路２００を用いたレーザ発光装置の一実施の形態の概略構成図である。
【図２】光導波路２０の概略構造について説明する図である。
【図３】発光部１２、積層型光導波路２００、光ファイバ３０の配置位置と、光ファイバ３０までのレーザ光の集光状態について説明する図である。
【図４】積層型光導波路２００の光導波路２０における、各第１レンズの構造（光軸）及び配置の例について説明する図である。
【図５】光ファイバ３０（ｓ，ｔ）から出射されるレーザ光が、集光レンズ１００で所定の位置に集光される様子について説明する図である。
【図６】積層型光導波路２００の概略構成について説明する図である。
【図７】積層型光導波路２００の第１の実施の形態を説明する図である。
【図８】積層型光導波路２００の第２の実施の形態を説明する図である。
【図９】積層型光導波路２００の第３の実施の形態を説明する図である。
【図１０】積層型光導波路２００の固着（固定）方法の例を説明する図である。
【図１１】従来の半導体レーザ集光装置の概略構成を説明する図である。
【図１２】従来の半導体レーザ集光装置において、各レンズの配置位置と、各レンズを通過したレーザ光が集光される様子を説明する図である。
【符号の説明】
１０ 半導体レーザアレイ
１２ 発光部
２０ 光導波路
２５ 間隙部材
２５ａ 円柱状間隙部材
２５ｂ 球状間隙部材
２５ｃ 板状間隙部材
２９ 固定部材
３０ 光ファイバ
１００ 集光レンズ
２００ 積層型光導波路
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層型光導波路及びレーザ発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１に、従来の半導体レーザ集光装置の概略構成の例を示す。半導体レーザ（レーザダイオード等）の活性層１４の発光部１２から出射される半導体レーザ光（以下、「レーザ光」と記載する）は、レーザ光２の進行方向に対して垂直な面においてほぼ楕円状であり、当該楕円状のレーザ光２は、長軸方向（fast軸方向）と、短軸方向（slow軸方向）とを有する。また、当該楕円は、発光部１２からの距離が長くなるほど大きくなる。そして、長軸方向と短軸方向に２次元的に配列した複数の発光部を持つ半導体レーザアレイから出射されるレーザ光を、光ファイバに集光してレーザ光の出力を増大させる半導体レーザ集光装置が知られている。
例えば、半導体レーザをレーザ加工装置の光源として用いる場合、加工に用いるレーザ光の高出力化が必要であるが、単一の発光部から出射されるレーザ光では、出力強度に限界がある。そこで、レンズ群等を用いて複数の発光部から出射されるレーザ光を集光して、レーザ光の出力を増大させている。
従来の半導体レーザ集光装置の技術として、例えば、特開２０００−９８１９１号公報では、図１１に示すように、レンズ群と光ファイバ３０を備え、レーザ光の発光部１２から光ファイバ３０までの間に、長軸方向コリメートレンズアレイ７０、長軸方向集光レンズ８０、短軸方向集光レンズアレイ９０、の順にレンズを配置してレーザ光を光ファイバ３０に集光し、レーザ光の出力を増大させることを提案している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
半導体レーザの発光部１２から出射されるレーザ光を効率良く光ファイバ３０に集光してレーザ光の出力を増大させるには、より細い光ファイバに、より多くの発光部からのレーザ光を入射して密度を高めることと、より小さな入射角で入射端面に入射して、入射したレーザ光を外部に反射させることなく、効率よく光ファイバに入射する（入射端面に対して、より直角に近い角度で入射する）ことが必要である。
ここで、発光部１２から出射されたレーザ光は、長軸方向及び短軸方向に拡がりながら進行する。拡がりながら進行するレーザ光を集光する場合、レンズ自身に非常に高い精度が要求され、そのレンズの配置位置も、非常に高い精度が要求される。
従来の半導体レーザ集光装置（例えば、特開２０００−９８１９１号公報）は、発光部の間隔が比較的広い長軸方向においては、一旦、（長軸方向コリメートレンズアレイ７０にて）平行光に変換してから、（長軸方向集光レンズ８０にて）集光しているが、発光部の間隔が比較的狭い短軸方向においては、レンズの径が非常に小さく、配置も困難であるため、平行光にしてから集光することをせず、（短軸方向集光レンズアレイ９０にて）集光のみを行っている。
【０００４】
従来の半導体レーザ集光装置（例えば、特開２０００−９８１９１号公報）では、図１１に示すように、半導体レーザアレイ１０の各発光部１２（ｍ、ｎ）（ｍ行ｎ列、図１１の例では、５行１６列）から出射されるレーザ光を、長軸方向コリメートレンズアレイ７０を通過させ、長軸方向集光レンズ８０を通過させ、更に、短軸方向集光レンズアレイ９０を通過させて光ファイバ３０（ｓ、ｔ）（ｓ行ｔ列、図１１の例では、１行８列）に入射している。
なお、全ての図面において、座標軸は、レーザ光の進行方向をＺ軸、fast軸方向（長軸方向）をＸ軸、slow軸方向（短軸方向）をＹ軸としている。
なお、全ての図面は、説明を容易にするため、あるいは比較等を容易にするために、実際の寸法とは異なる寸法で記載している部分を含んでいる。
【０００５】
また、図１１（従来の半導体レーザ集光装置）の構成における、各レンズ及びレーザ光の様子を図１２（Ａ）及び（Ｂ）に示す。図１２（Ａ）は、短軸方向に配列された２個の発光部から出射される２本のレーザ光と、長軸方向に配列された５個の発光部から出射される５本のレーザ光の合計１０本のレーザ光を、１本の光ファイバに集光している。図１２（Ａ）は、図１１をＸ軸方向から見た図（上から見た図）であり、図１２（Ｂ）は、図１１をＹ軸方向から見た図（横から見た図）である。
一般的によく用いられる半導体レーザアレイでは、短軸方向においては、各発光部１２の幅（図１２（Ａ）中のＤw）は約０．２ｍｍであり、発光部と発光部の間隔（図１２（Ａ）中のＤp）は約０．２ｍｍである。よって、短軸方向において隣り合う２個の発光部をグループとした場合の幅（図１２（Ａ）中のＤin）は約０．６ｍｍである。また、各発光部から出射されるレーザ光の短軸方向の拡がり角（図１２（Ａ）中のθiny）は約３．５°である。
また、長軸方向において隣り合う発光部の間隔（図１２（Ｂ）中のＤh）は約１．７５ｍｍであり、各発光部の厚さ（図１２（Ｂ）中のＤt）は約０．００２ｍｍである。また、各発光部から出射されるレーザ光の長軸方向の拡がり角（図１２（Ｂ）中のθinx）は約４０°である。
【０００６】
例えば、このレーザ光を、光ファイバ３０に、短軸方向において２本のレーザ光を集光し、長軸方向において５本のレーザ光を集光する。また、短軸方向の入射角（図１２（Ａ）中のθouty）が約１０°以下になるように（より小さな入射角で）集光する。
この場合、最も効率良く集光するためには、図１２（Ａ）において、短軸方向に隣り合う発光部１２から出射されるレーザ光が重なる前に短軸方向集光レンズアレイ９０を配置する必要がある。レーザ光が重なる位置は、上記の数値の場合は、発光部１２から約１．６ｍｍの位置である。また、長軸方向は、拡がり角が大きいので、発光部１２により近い位置で平行光にすることが好ましい（距離を大きくして幅がより大きくなったレーザ光を集光すると、光ファイバへの入射角（θoutx）が大きくなるため）。よって、発光部１２にほぼ隣接して長軸方向コリメートレンズアレイ７０を配置している。
【０００７】
以上より、発光部１２から約１．６ｍｍまでの距離の間に、長軸方向コリメートレンズアレイ７０と短軸方向集光レンズアレイ９０を配置する必要があり、事実上、配置は非常に困難である。なお、長軸方向集光レンズ８０は、図１２（Ａ、（Ｂ）においては、長軸方向コリメートレンズアレイ７０と短軸方向集光レンズアレイ９０の間に配置したが、短軸方向集光レンズアレイ９０と光ファイバ３０の間に配置してもよい。ただし、この場合は、長軸方向集光レンズ８０と光ファイバ３０までの距離がより短くなるので、光ファイバ３０への長軸方向の入射角（図１２（Ｂ）中のθoutx）が大きくなり、集光の効率が低下する可能性がある。
【０００８】
また、この場合、短軸方向集光レンズアレイ９０の焦点距離（ｆ９０）を、発光部１２から短軸方向集光レンズアレイ９０までの距離（この場合、約１．６ｍｍ）に設定すると、短軸方向における集光の効率がほぼ最適になるので、光ファイバ３０の位置が短軸方向集光レンズアレイ９０から焦点距離（ｆ９０）の位置に自動的に決まる。つまり、発光部１２から光ファイバ３０までの距離（図１２（Ａ）中のＬ）は、約３．２ｍｍとなる。
しかし、例えば長軸方向に１．７５ｍｍ間隔で配列された５個の発光部から出射されるレーザ光を、長軸方向の入射角を１０°未満とするためには、約１９．８５ｍｍ以上の距離が必要であり、必要な数のレーザ光を集光することが非常に困難である。
【０００９】
以上に説明したように、従来の半導体レーザ集光装置では、短軸方向集光レンズアレイ９０と発光部１２との間の距離が短い。このため、所定距離の間に、長軸方向コリメートレンズアレイ７０と短軸方向集光レンズアレイ９０を適切に配置することが困難である。また、光ファイバ３０の位置も発光部１２から短い距離になり、長軸方向の入射角（θoutx）を小さく設定すると、長軸方向に集光できるレーザ光の本数が少なくなる。これらは、半導体レーザアレイ１０の複数の発光部１２から出射されるレーザ光を光ファイバ３０に集光するまでに、複数のレンズを用いて集光するために発生している。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、半導体レーザアレイの複数の発光部から出射された各レーザ光を、より効率良く集光でき、且つより容易に実現できる積層型光導波路及びレーザ発光装置を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、本発明の第１発明〜第４発明は、請求項１〜請求項４に記載されたとおりのレーザ発光装置である。
請求項１〜４に記載のレーザ発光装置を用いれば、隣り合う光導波路と光導波路との間に、円柱状の形状を有し、且つ光導波路の屈折率よりも低い屈折率を有する部材（例えば、径が高精度に設定され、且つ様々な径（数十μｍ〜数百μｍレベル）及び様々な屈折率の光ファイバ等）を挟み込むことにより、隣り合う光導波路と光導波路との間隙の寸法を、高精度に、且つ容易に設定することが可能である。
隣り合う光導波路と光導波路との間隙を高精度に設定することと、光導波路の屈折率よりも低い屈折率を有する部材で間隙部材を構成することで、半導体レーザアレイの複数の発光部から出射された各レーザ光を、より効率良く集光できる。また、例えば光ファイバにおいて、所望する径及び屈折率を有する光ファイバを選定することは比較的容易であり、当該積層型光導波路の実現は、非常に容易である。
【００１１】
また、請求項１〜４に記載のレーザ発光装置を用いれば、円柱状の形状の間隙部材の代わりに、球状の形状を有し、且つ光導波路の屈折率よりも低い屈折率を有する部材（例えば、径が高精度に設定され、且つ様々な径（数μｍ〜数百μｍレベル）及び様々な屈折率のスペーサボール等）を挟み込むことにより、隣り合う光導波路と光導波路との間隙の寸法を、高精度に、且つ容易に設定することが可能である。
隣り合う光導波路と光導波路との間隙を高精度に設定することと、光導波路の屈折率よりも低い屈折率を有する部材で間隙部材を構成することで、半導体レーザアレイの複数の発光部から出射された各レーザ光を、より効率良く集光できる。また、例えばスペーサボールにおいて、所望する径及び屈折率を有するスペーサボールを選定することは比較的容易であり、当該積層型光導波路の実現は、非常に容易である。
【００１２】
また、請求項１〜４に記載のレーザ発光装置を用いれば、円柱状の形状の間隙部材の代わりに、板状の形状を有し、且つ光導波路の屈折率よりも低い屈折率を有する部材を形成して挟み込むことにより、隣り合う光導波路と光導波路との間隙の寸法を、高精度に、且つ容易に設定することが可能である。板状で曲面部分を含まず、厚さの精度を確保すればよいため、比較的容易に形成することができる。
隣り合う光導波路と光導波路との間隙を高精度に設定することと、光導波路の屈折率よりも低い屈折率を有する部材で間隙部材を構成することで、半導体レーザアレイの複数の発光部から出射された各レーザ光を、より効率良く集光できる。また、当該間隙部材において、所望する厚さ及び屈折率を有する板状の間隙部材を形成することは比較的容易であり、当該積層型光導波路の実現は、非常に容易である。
【００１３】
また、本発明の第５発明は、請求項５に記載されたとおりのレーザ発光装置である。
請求項５に記載のレーザ発光装置を用いれば、光導波路と間隙部材とを交互に複数積層した光導波路において、間隙部材の層の隙間に光導波路の屈折率よりも低い屈折率を有する樹脂を充填することにより、各光導波路を容易に固定（固着）することができる。
また、充填する部材に、例えば紫外線硬化樹脂を用いることで、充填部分の硬化速度、硬化範囲等を任意に設定することができる。また、光導波路の屈折率よりも低い屈折率を有する樹脂で充填することで、半導体レーザアレイの複数の発光部から出射された各レーザ光を、より効率良く集光できる。また、例えば紫外線硬化樹脂において、所望する屈折率を有する紫外線硬化樹脂を選定することは比較的容易であり、当該積層型光導波路の実現は、非常に容易である。
また、積層型光導波路の各層を樹脂で固定（固着）することで、安定した形状を維持することができるので、積層型光導波路の各層を構成する各光導波路の位置ずれ等に起因する誤差の発生を抑制することができる。
【００１４】
また、本発明の第６発明は、請求項６に記載されたとおりのレーザ発光装置である。
請求項６に記載のレーザ発光装置を用いれば、光導波路と間隙部材とを交互に複数積層した光導波路において、固定部材で各層をまとめて固定することにより、各光導波路の層及び間隙部材の層を容易に固定（固着）することができる。
これにより、積層型光導波路の形状を安定して維持することができ、積層型光導波路の各層を構成する各光導波路の位置ずれ等に起因する誤差の発生を抑制することができる。
【００１５】
また、本発明の第７発明は、請求項７に記載されたとおりのレーザ発光装置である。
請求項７に記載のレーザ発光装置を用いれば、光導波路及び間隙部材を積層した部材と、固定部材との間に緩衝部材を配置する。
これにより、光導波路及び間隙部材を積層した部材にかかる応力を、緩衝部材で適切に吸収することができるため、積層型光導波路の変形（誤差の発生）あるいは破損等を防止することができる。
【００１６】
また、本発明の第８発明は、請求項８に記載されたとおりのレーザ発光装置である。
請求項８に記載のレーザ発光装置を用いれば、半導体レーザアレイの複数の発光部から出射されるレーザ光を、積層型光導波路を用いて効率的に、且つ容易に光ファイバに集光することができる。また、複数のレーザ光を集光した光ファイバから出射されたレーザ光を、更に集光レンズで集光することで、レーザ光の出力を、更に増大させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明の積層型光導波路２００を用いたレーザ発光装置の一実施の形態の概略構成図を示している。
図１に示す実施の形態では、図１１に示す従来のレーザ集光装置に対して、半導体レーザアレイ１０と光ファイバ３０との距離を非常に大きくできる（従来では約３．２ｍｍのところを、本実施の形態ではレーザ光の進行方向に対する積層型光導波路２００の長さに応じて、数ｃｍ以上（本実施の形態の例では、約２０ｃｍ）に設定することも可能）。このため、光ファイバ３０への入射角を小さくできるので、より効率良くレーザ光を集光することができる。
また、図１１に示す従来のレーザ集光装置に対して、長軸方向コリメートレンズアレイ７０、長軸方向集光レンズ８０、短軸方向集光レンズアレイ９０とを省略し、その代わりに積層型光導波路２００を設けているので、構成が簡素化され、組み付け時の調整等（各レンズ等の配置位置の微調整等）が従来のレーザ集光装置に比して、非常に容易である。
【００１８】
●［全体構成］
図１に示す本実施の形態では、発光部１２（ｍ，ｎ）（ｍ行ｎ列、図１の例では５行１６列）を、長軸方向毎の複数の第１グループに分割し、各第１グループ毎のレーザ光を各光導波路２０（ｓ，ｔ）（ｓ行ｔ列、図１の例では１行１６列）で集光して、各光ファイバ３０（ｓ，ｔ）（ｓ行ｔ列、図１の例では１行１６列）に入射する。
【００１９】
半導体レーザアレイ１０は、複数の発光部１２を有し、単一の発光部を有する半導体レーザを２次元的に配列して、あるいは一列に複数の発光部を有するアレイ型半導体レーザを積層または配列して、あるいは２次元配列されたスタック型半導体レーザで、構成されている。本実施の形態では、スタック型レーザダイオードを用いている。
積層型光導波路２００は、発光部１２（ｍ，ｎ）の長軸方向毎の各第１グループ毎に対応する光導波路２０（ｓ，ｔ）が、短軸方向に複数配列されて構成されている。各光導波路２０（ｓ，ｔ）内に入射されたレーザ光は、入射された光導波路２０（ｓ，ｔ）内を、ほぼ全反射しながら進行する（詳細は後述する）。
積層型光導波路２００は、半導体レーザアレイ１０の各発光部１２から入射された複数のレーザ光を、長軸方向に対して各光ファイバ３０（ｓ，ｔ）の入射面に集まるように、長軸方向に集光（束ね、あるいは集約）する。
なお、以下、「束ねる」とは、各レーザ光の径をほぼ縮めることなく複数のレーザ光を集めることをいい、「集約する」とは、各レーザ光の径を縮めるあるいは径を縮めるとともに複数のレーザ光を集めることをいう。また、「集光する」とは、「束ねる」あるいは「集約する」方法を用いて、レーザ光の出力を高めることをいう。
【００２０】
各光ファイバ３０（ｓ，ｔ）の入射面には、各光導波路２０（ｓ，ｔ）の出射面から、少なくとも長軸方向に集光されたレーザ光が入射される。そして、集光レンズ１００は、任意の形状に束ねられた光ファイバ３０の出射面から出射されたレーザ光を、各々所定の位置に集光する。これにより、半導体レーザアレイ１０の複数の発光部１２（ｍ，ｎ）から出射された複数のレーザ光は、所定の位置に集光され、加工等に用いることができるように、レーザ光の出力を増大させることができる。
【００２１】
●［光導波路２０（ｓ，ｔ）の概略構造］
次に、図２を用いて光導波路２０の概略構造について説明する。光導波路２０は、複数のレンズ（例えば、ほぼ短軸方向に中心軸を有するシリンドリカル状のレンズ２２ａ〜２２ｅ（第１レンズ））を長軸方向に複数配列して構成されている。
また、図２に示す光導波路２０の例では、第１レンズ２２ａ〜２２ｅが配置された面をレーザ光の入射面として、当該入射面と対向する面をレーザ光の出射面としている。そして、入射されたレーザ光を集光して出射面から出射するために、図２に示す例では、長軸方向（Ｘ軸方向）において、入射面の寸法よりも出射面の寸法の方が小さくなるように構成されている（テーパ形状に構成されている）。なお、本実施の形態では、入射面と出射面の短軸方向（Ｙ軸方向）における寸法はほぼ同じであるが、出射面の方が小さな寸法となるように構成してもよい。また、第１レンズを適切に構成すれば、特に長軸方向に対してテーパ形状にしなくとも長軸方向に集光することができる。
なお、光導波路２０は、ガラス等様々な材質を用いることができる。
【００２２】
●［各構成要素の配置と、光ファイバまでのレーザ光の集光状態（概略）］
次に、図３（Ａ）及び（Ｂ）を用いて、発光部１２、積層型光導波路２００、光ファイバ３０の配置位置と、光ファイバ３０までのレーザ光の集光状態について説明する。
図３（Ａ）は、長軸（fast軸）方向から見た図である。各発光部１２から出射されたレーザ光は、積層型光導波路２００の各光導波路２０の入射面に入射されると、短軸方向においては各光導波路２０内を反射しながら当該光導波路２０からほとんど外部に漏れることなく進行し、（当該光導波路２０の出射面に到達し、）光ファイバ３０の入射面に入射される。
【００２３】
また、図３（B）は、短軸（slow軸）方向から見た図であり、レーザ光を長軸（fast軸）方向に屈折及び集光する様子を示している。
図３（Ｂ）において、光導波路２０（ｓ，ｔ）の各第１レンズ２２ａ〜２２ｅの焦点距離を（ｆ）とする。
なお、図３（Ｂ）において、光導波路２０（ｓ，ｔ）を、発光部１２（ｍ、ｎ）から当該光導波路２０（ｓ，ｔ）の第１レンズの焦点距離（ｆ）の位置に配置すると、光導波路２０（ｓ，ｔ）を通過したレーザ光は、幅がほぼ均一化され、図３（Ｂ）中に２ａで示すように集光される（この場合は束ねられる）。
また、光導波路２０（ｓ，ｔ）を発光部１２（ｍ、ｎ）から当該光導波路２０（ｓ，ｔ）の焦点距離（ｆ）よりもやや遠い（Ｓ6）の位置に配置し、（１／Ｓ6＋１／Ｔ6＝１／ｆ）が成立するＳ6及びＴ6を設定し、発光部１２からＳ6＋Ｔ6の距離に光ファイバ３０（ｓ、ｔ）の入射面を配置すると、光導波路２０（ｓ，ｔ）を通過したレーザ光は、図３（Ｂ）中に２ｃ〜２ｅで示すように集光される（この場合は集約される）。
【００２４】
●［光導波路２０における、各第１レンズの構造（光軸）及び配置］
次に、図４（Ａ）及び（Ｂ）に、積層型光導波路２００の光導波路２０（この場合、図２に示す光導波路２０）における、各第１レンズ（ここでは、第１レンズ２２ｂ、２２ｃ）の構造（光軸）及び配置の例について、詳細を説明する。
図４（Ａ）及び（Ｂ）に示す図では、各第１レンズの光軸をほぼ光ファイバ３０（ｓ，ｔ）の入射面の方向に向けるとともに、各第１レンズの位置をレーザ光の進行方向（Ｚ軸方向）と長軸方向（Ｘ軸方向）に移動させて配置している。
【００２５】
次に、図４（Ａ）、（Ｂ）を用いて、第１レンズの光軸を傾斜させた場合の、発光部１２（２、１）に対応する第１レンズ２２ｂの配置等について詳細を説明する。図４（Ａ）は、レーザ光を「束ねる」方法を実現する配置の例であり、図４（Ｂ）は、レーザ光を「集約する」方法を実現する配置の例である。
【００２６】
●［光軸を傾斜させるとともにレーザ光を束ねる配置（図４（Ａ））］
以下、図４（Ａ）を用いて説明する。
第１レンズ２２ｃは、発光部１２（３、１）と、レーザ集光位置（この場合、光ファイバ３０（１、１）の入射面のほぼ中心）を結んだ直線と、第１レンズ２２ｃの光軸（Kc）が一致するように配置する。また、対応する発光部１２（３、１）から第１レンズ２２ｃの中心（Cc）までの距離が、第１レンズ２２ｃの焦点距離（ｆ）となる位置に配置する。
これにより、発光部（３、１）から出射されたレーザ光は、第１レンズ２２ｃを通過すると、幅がほぼ均一なレーザ光となる。また、焦点距離（ｆ）の選定は、光ファイバ３０（１、１）の径を考慮して選定する（焦点距離（ｆ）を大きくすると、通過後のレーザ光の幅が大きくなるため）。
【００２７】
次に、第１レンズ２２ｂの配置を説明する。
まず、光ファイバ３０において、入射可能な最大受光角の正弦で表される開口数（以下、ＮＡという）より、光ファイバ３０への入射角（θ）を、以下のように設定する。
θ＜arcsin（ＮＡ）
発光部１２（２，１）と発光部１２（３，１）の長軸方向の距離を（ｄ）として、第１レンズ２２ｂの中心（Cb）が、対応する発光部１２（２、１）から、長軸方向の距離（Lx1）、レーザ光の進行方向の距離（Lz1）を、以下のように設定する。
Lx1＝ｆ＊sinθ
Lz1＝ｆ＊cosθ
【００２８】
そして、第１レンズ２２ｂを通過して幅がほぼ均一化されたレーザ光の幅の半分を（ｂ）として、光ファイバ３０（１，１）の入射面までの距離（Mz1＋Nz1）を以下のように設定する。
Mz1＝ｄ／tanθ
Nz1＝ｂ／sinθ
なお、発光部１２（３、１）から光ファイバ３０（１、１）までの距離（Ｌ）は、図３（Ａ）に示すように、ほぼ光導波路２０の長さ（レーザ光の進行方向の長さ）である。よって、以下の式が成立するように、光導波路２０の長さを選定する。
ｄ／tanθ＋ｂ／sinθ＝（ほぼ光導波路２０のＺ軸方向の長さ）
その他の発光部１２（ｍ，ｎ）に対しても同様に設定することができる。
【００２９】
●［光軸を傾斜させるとともにレーザ光を集約する配置（図４（Ｂ））］
以下、図４（Ｂ）を用いて説明する。
第１レンズ２２ｃは、発光部１２（３，１）と、レーザ集光位置（この場合、光ファイバ３０（１、１）の入射面のほぼ中心）を結んだ直線と、第１レンズ２２ｃの光軸（Kc）が一致するように配置する。また、対応する発光部１２（３、１）から第１レンズ２２ｃの中心（Cc）までの距離が、第１レンズ２２ｃの焦点距離（ｆ）よりも長い距離（Ｓ）となる位置に配置する。また、第１レンズ２２ｃの中心（Cc）から光ファイバ３０（１，１）の入射面までの距離を（Ｔ）として、以下の式が成立するようにｆ、Ｓ、Ｔを設定する。
１／ｆ＝１／Ｓ＋１／Ｔ
また、Ｓ＋Ｔ＝Ｌであるため、Ｓ、Ｔは以下となる。
Ｓ＝［Ｌ−√（Ｌ2−４＊Ｌ＊ｆ）］／２
Ｔ＝［Ｌ＋√（Ｌ2−４＊Ｌ＊ｆ）］／２（なお、Ｓ＜Ｔとする）
これにより、発光部（３、１）から出射されたレーザ光は、第１レンズ２２ｃを通過すると、幅が集約されていく。
【００３０】
次に、第１レンズ２２ｂの配置を説明する。
まず、光ファイバ３０への入射角（θ）を、以下のように設定する。
θ＜arcsin（ＮＡ）
発光部１２（２，１）から光ファイバ３０（１，１）の入射面までの距離を（Ｌ1）、発光部１２（２，１）から第１レンズ２２ｂの中心（Cb）までの距離を（Ｓ1）、第１レンズ２２ｂの中心（Cb）から光ファイバ３０（１，１）の入射面までの距離を（Ｔ1）とすると、以下の式が成立する。
Ｌ1＝ｄ／sinθ
Ｓ1＝［Ｌ1−√（Ｌ1 2−４＊Ｌ1＊ｆ）］／２
Ｔ1＝［Ｌ1＋√（Ｌ1 2−４＊Ｌ1＊ｆ）］／２
【００３１】
また、第１レンズ２２ｂの中心（Cb）が、対応する発光部１２（２、１）から、長軸方向の距離（Lx2）、レーザ光進行方向の距離（Lz2）を、以下のように設定する。
Lx2＝Ｓ1＊sinθ
Lz2＝Ｓ1＊cosθ
そして、発光部１２（３，１）から光ファイバ３０（１，１）の入射面までの距離（Ｌ）を以下のように設定する。
Ｌ＝ｄ／tanθ
なお、発光部１２（３、１）から光ファイバ３０（１、１）までの距離（Ｌ）は、図３（Ａ）に示すように、ほぼ光導波路２０の長さ（レーザ光の進行方向の長さ）である。よって、以下の式が成立するように、光導波路２０の長さを選定する。
ｄ／tanθ＝（ほぼ光導波路２０のＺ軸方向の長さ）
その他の発光部１２（ｍ，ｎ）に対しても同様に設定することができる。
【００３２】
以上では、各第１レンズの焦点距離（ｆ）を一定として、距離（Ｓ1）を各第１レンズ毎に設定したが、距離（Ｓ1）を一定として、各第１レンズ毎に焦点距離（ｆ）を設定することも可能である。
この場合、距離（Ｓ1）を一定として、焦点距離（ｆ）及び距離（Ｔ1）を以下のように設定する。
ｆ＝Ｓ1−（Ｓ1）2／Ｌ1
Ｔ1＝Ｌ1−Ｓ1
この場合、各第１レンズ毎に焦点距離（ｆ）が異なるため、各第１レンズ毎に曲率が異なる。発光部が中心から離れる程（光ファイバへの入射角が大きくなる程）、距離（Ｌ1）が大きくなり、対応する第１レンズの焦点距離（ｆ）が大きくなるため、曲率が大きくなる。従って、距離（Ｓ1）を一定にすることによって第１レンズの有効径をほぼ一定にできるため、各第１レンズの間隔に制約がある場合等において、第１レンズの設計の自由度が増す。
【００３３】
なお、第１レンズの断面が真円である場合、第１レンズのレンズ面が、当該真円の中心（図４（Ａ）及び（Ｂ）のＰｂ、Ｐｃ）まわりに回転しても、その特性は変わらない。そこで、図４（Ａ）に示した光軸を傾斜させた第１レンズにおいて、入射されるレーザ光の進行方向に対して、当該光軸がほぼ平行になるように回転させれば、光軸を傾斜させることなく、図４（Ａ）と同じ効果を実現できる。また、図４（Ｂ）においても同様である。
【００３４】
●［光ファイバから出射されたレーザ光の集光］
次に、図５（Ａ）及び（Ｂ）を用いて、図１において光ファイバ３０（ｓ，ｔ）から出射されるレーザ光が、集光レンズ１００で所定の位置（図５の［位置ＳＭ］）に集光される様子について説明する。
なお、光ファイバ３０（ｓ，ｔ）の出射面は、図５（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、任意の形状に束ねられている。任意の形状とすることで、例えば、レーザ加工の場合、所望の形状で加工することができる。また、束ねる形状は、円形（図５（Ｃ））、四角形（図５（Ｄ））等に限定されず、様々な形状とすることが可能である。また、束ねる場合において光ファイバの本数も、必要に応じて様々な本数を束ねることが可能である。
【００３５】
図５（Ａ）及び（Ｂ）において、レーザ光を集光する所定の位置を［位置ＳＭ］、集光レンズ１００の焦点距離を［ｆ１００］、［位置ＳＭ］から集光レンズ１００の中心までの距離（集光レンズ１００の光軸方向における距離）を［距離Ｔ2］及び［距離Ｔ3］、集光レンズ１００の中心から光ファイバ３０（ｓ，ｔ）の出射面までの距離（集光レンズ１００の光軸方向における距離）を［距離Ｓ2］及び［距離Ｓ3］とする。
また、以下のように、（Ｓ2、Ｔ2）、（Ｓ3、Ｔ3）を設定する。
１／Ｓ2＋１／Ｔ2＝１／ｆ１００
１／Ｓ3＋１／Ｔ3＝１／ｆ１００、且つＳ3＞Ｓ2
上記式に基づいた図５（Ａ）と（Ｂ）を比較すれば明らかなように、光ファイバ３０（ｓ，ｔ）の出射面から集光レンズ１００の中心までの距離［距離ＳX］が大きくなるほど、集光レンズ１００の中心から［位置ＳＭ］までの距離［距離ＴX］が小さくなる。また、［距離ＴX］が小さくなるほど、［位置ＳＭ］上の［集光スポット距離Sout］が小さくなる。［集光スポット距離Sout］が小さいほど、単位面積当たりのレーザ出力が増大され、レーザ加工等に有効となる。
なお、本実施例では、集光レンズ１００から距離ＴXの位置［位置ＳＭ］を集光点としているが、集光レンズ１００から距離ｆ１００の位置（集光レンズ１００の焦点距離の位置）を集光点としてもよい。
【００３６】
●［積層型光導波路の概略構造］
次に、図６を用いて、図３（Ａ）に示した積層型光導波路２００の概略構成について説明する。なお、図６は、長軸方向から見た図であり、理解を容易にするために、図３（Ａ）とは異なる寸法で記載している。
図６では、各光導波路２０（ｓ，ｔ）の短軸方向の寸法を、ほぼ発光部１２（ｍ，ｎ）の短軸方向の長さに設定している。これにより、短軸方向においては、１個の発光部１２（ｍ，ｎ）から出射されたレーザ光を、当該発光部１２（ｍ，ｎ）に対応する１個の光導波路２０（ｓ，ｔ）に適切に入射することができる。また、各光導波路２０（ｓ，ｔ）が、短軸方向において、互いに干渉することがない。
【００３７】
更に、各光導波路２０（ｓ，ｔ）の間の間隙を、当該光導波路２０（ｓ，ｔ）よりも小さな屈折率を有する間隙部材２５で埋めて、光導波路２０と間隙部材２５とを短軸方向に交互に複数配列した積層型光導波路２００を構成する。これにより、積層した光導波路（積層型光導波路２００）のサイズを（短軸方向に）大きくすることができるので、第１レンズの加工等を行う場合の保持がより容易になり、加工等をより容易に行うことができる。また、レーザ発光装置として所定の位置に配置して、その配置位置を微調整する際、個々の光導波路毎に微調整する必要がなく、一括して微調整することができるので便利である。
【００３８】
●［積層型光導波路の詳細構造］
次に、図７〜図１０を用いて、図３（Ａ）に示した積層型光導波路２００の詳細構成について、第１の実施の形態〜第３の実施の形態を説明する。
第１の実施の形態〜第３の実施の形態は、隣り合う光導波路２０（ｓ，ｔ）の間に挟み込む間隙部材２５の具体的な部材の例を示す。
【００３９】
◆［第１の実施の形態］
第１の実施の形態では、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、隣り合う光導波路２０（ｓ，ｔ）の間に挟み込む間隙部材２５に、円柱状間隙部材２５ａを使用する。光導波路２０内に入射されたレーザ光を、当該光導波路２０内で全反射させながら進行させるには、当該光導波路２０との境界部分（光導波路２０に当接する部分）は、光導波路２０の屈折率よりも低いことが必要である。なお、例えば光導波路２０が石英ガラス（屈折率約１．４５）の場合、境界部分が空気（屈折率約１．００）であってもよい。
図７（Ａ）は、隣り合う光導波路（この場合、光導波路２０（１，１）と光導波路（１，２））の間への円柱状間隙部材２５ａの配置状態を説明するための図である。また、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）における光導波路２０（ｓ，ｔ）と円柱状間隙部材２５ａを交互に複数積層した積層型光導波路２００の外観の例である。なお、図７（Ａ）及び（Ｂ）は積層の状態を説明する図であるため、光導波路２０の形状を図２に示す形状で示さず、四角形の形状としている。
【００４０】
円柱状間隙部材２５ａに要求される事柄は、屈折率が光導波路２０（ｓ，ｔ）よりも低い屈折率であるということと、径（図７（Ａ）に示す「Ｒａ」）の誤差が小さく高精度であるということである。
好適には、光ファイバを用いた場合、屈折率について、光導波路２０（ｓ，ｔ）の屈折率（例えば、石英ガラスの光導波路の場合、屈折率は約１．４５）よりも低い屈折率の光ファイバは、比較的容易に入手可能である。また、径（Ｒａ）の精度においても、径（数十μｍ〜数百μｍ）の精度が高く、且つ誤差が非常に小さい光ファイバは、比較的容易に入手可能である。これにより、積層型光導波路２００の各層を構成する光導波路２０と光導波路２０との間隔を、高精度に設定することができるため集光効率をより向上させることが可能であり、且つ比較的安価に構成することが可能である。
【００４１】
例えば、図６において、発光部１２（ｍ，ｎ）の短軸方向の長さDwが２００μｍ、各発光部の間隔Dpが２００μｍの場合、光導波路２０（ｓ，ｔ）の厚さ（短軸方向の厚さ）を２００μｍ、円柱状間隙部材２５ａの径（Ｒａ）を２００μｍに設定すれば、効率的に、より細い光ファイバ３０（ｓ，ｔ）にレーザ光を集光することができる積層型光導波路２００を構成することができる。
なお、円柱状間隙部材２５ａの長軸方向の配列は、短軸方向（Ｙ軸方向）に対して垂直な方向であれば（ＸＺ平面と平行であれば）、円柱状間隙部材２５ａの軸の方向は、どの方向であってもよい（Ｘ軸に平行、またはＺ軸に平行、または各円柱状間隙部材２５ａの軸の方向がＸＺ平面と平行であり且つ互いに異なる方向（異なる斜めの方向等）であってもよい）。
【００４２】
また、円柱状間隙部材２５ａを隣り合う光導波路２０（ｓ，ｔ）の間の層に配置した場合、当該層において円柱状間隙部材２５ａで充填されない空間ができる。また、積層型光導波路２００の各層（光導波路２０（ｓ，ｔ）の層、円柱状間隙部材２５ａの層）が固着されていないため、積層型光導波路２００の形状が不安定になる可能性がある。そこで、円柱状間隙部材２５ａで充填されない空間に充填材を充填することによって各層を固着（固定）することができ、積層型光導波路２００の形状を安定して維持することができ、各層を構成する各光導波路２０の位置ずれ等に起因する誤差の発生を抑制することができる。
充填材は、光導波路２０（ｓ，ｔ）よりも低い屈折率を有するもので、例えば紫外線硬化樹脂を用いる。紫外線硬化樹脂は、硬化前は液状であるため空間に充填可能で、且つ硬化後は各層を固着可能で、且つ光導波路２０（ｓ，ｔ）よりも低い屈折率を有するものを選定可能である。それに加えて、時間の経過で硬化せず、硬化させたい場合に紫外線を照射して硬化させることができるため、微細な部材（数十μｍ〜数百μｍの径の円柱状間隙部材２５ａ等）を適切な位置に配置してから固着させるのに適している。
【００４３】
なお、充填材を用いる方法の他にも、後述する機械的に固着する方法がある。充填材を用いない場合、円柱状間隙部材２５ａの層内の空間は、空気が充填されていることになる。例えば光導波路２０が石英ガラス（屈折率は約１．４５）の場合、円柱状間隙部材２５ａの層内の空間に充填されている空気の屈折率は約１．００であり、光導波路２０の屈折率よりも低い。この場合、空間に充填材を充填しなくても、光導波路２０よりも低い屈折率を維持できる。あとは固着できればよい。
【００４４】
図１０に、積層型光導波路２００を機械的に固着する例を示す。この例では、積層型光導波路２００を２個の固定部材２９で、短軸方向（Ｙ軸方向）から圧力をかけて固着させている（例えばネジ等で固定する）。
また、積層型光導波路２００の積層方向（図１０中のＹ軸方向）における両端面と固定部材２９との当接面には、固定部材２９の圧力により応力がかかるため、光導波路２０よりも低い屈折率を有する緩衝部材２８ｄを設けることが好ましい。これにより、積層型光導波路２００の変形、破損等を適切に防止することができる。
【００４５】
◆［第２の実施の形態］
第２の実施の形態では、図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、隣り合う光導波路２０（ｓ，ｔ）の間に挟み込む間隙部材２５に、球状間隙部材２５ｂを使用する。第１の実施の形態と同様に、例えば光導波路２０が石英ガラス（屈折率約１．４５）の場合、境界部分が空気（屈折率約１．００）であってもよい。
図８（Ａ）は、隣り合う光導波路（この場合、光導波路２０（１，１）と光導波路（１，２））の間への球状間隙部材２５ｂの配置状態を説明するための図である。また、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）における光導波路２０（ｓ，ｔ）と球状間隙部材２５ｂを交互に複数積層した積層型光導波路２００の外観の例である。なお、図８（Ａ）及び（Ｂ）は積層の状態を説明する図であるため、光導波路２０の形状を図２に示す形状で示さず、四角形の形状としている。
【００４６】
球状間隙部材２５ｂに要求される事柄は、屈折率が光導波路２０（ｓ，ｔ）よりも低い屈折率であるということと、径（図８（Ａ）に示す「Ｒｂ」）の誤差が小さく高精度であるということである。
もう１つの好適な形態として、ＬＣＤパネル等で使用されるスペーサボールを用いた場合、屈折率について、光導波路２０（ｓ，ｔ）の屈折率（例えば、石英ガラスの光導波路の場合、屈折率は約１．４５）よりも低い屈折率のスペーサボールは、比較的容易に入手可能である。また、径（Ｒｂ）の精度においても、径（数十μｍ〜数百μｍ）の精度が高く、且つ誤差が非常に小さいスペーサボールは、比較的容易に入手可能である。これにより、積層型光導波路２００の各層を構成する光導波路２０と光導波路２０との間隔を、高精度に設定することができるため集光効率をより向上させることが可能であり、且つ比較的安価に構成することが可能である。
【００４７】
例えば、図６において、発光部１２（ｍ，ｎ）の短軸方向の長さDwが２００μｍ、各発光部の間隔Dpが２００μｍの場合、光導波路２０（ｓ，ｔ）の厚さ（短軸方向の厚さ）を２００μｍ、球状間隙部材２５ｂの径（Ｒｂ）を２００μｍに設定すれば、効率的に、より細い光ファイバ３０（ｓ，ｔ）にレーザ光を集光することができる積層型光導波路２００を構成することができる。
【００４８】
また、球状間隙部材２５ｂを隣り合う光導波路２０（ｓ，ｔ）の間の層に配置した場合、当該層において球状間隙部材２５ｂで充填されない空間ができる。以下、空間及び充填材については第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００４９】
なお、充填材を用いる方法の他にも、機械的に固着する方法がある。以下、機械的に固着する方法については第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
また、スペーサボールには、表面に強い固着性を有するものもあり、当該スペーサボールを用いた場合、充填材、固定部材２９を省略して積層型光導波路２００の各層を固着することが可能である。
【００５０】
◆［第３の実施の形態］
第３の実施の形態では、図９（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、隣り合う光導波路２０（ｓ，ｔ）の間に挟み込む間隙部材２５に、板状間隙部材２５ｃを使用する。ここで、図９（Ａ）に示す例では、間隙部材の１つの層において、１枚の板状間隙部材２５ｃを使用しているが、間隙部材の１つの層において、板状間隙部材２５ｃを複数配置（板状間隙部材２５ｃのＹ軸方向における厚みをｎ分割し、ｎ枚をＹ軸方向に積層して１つの層を構成する、あるいは厚さがＲｃでＸＺ平面における面積が小さな板状間隙部材２５ｃをＸＺ平面に複数並べて１つの層を構成する等）してもよい。また、第１の実施の形態と同様に、例えば光導波路２０が石英ガラス（屈折率約１．４５）の場合、板状間隙部材２５ｃをＸＺ平面に複数並べた際にできる隙間による、光導波路２０と間隙部材の層との境界部分が空気（屈折率約１．００）であってもよい。（間隙部材の１つの層において、板状間隙部材２５ｃで層内の全空間を埋めることなく、空間部分があってもよい。）
図９（Ａ）は、隣り合う光導波路（この場合、光導波路２０（１，１）と光導波路（１，２））の間への板状間隙部材２５ｃの配置状態を説明するための図である。また、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）における光導波路２０（ｓ，ｔ）と板状間隙部材２５ｃを交互に複数積層した積層型光導波路２００の外観の例である。なお、図９（Ａ）及び（Ｂ）は積層の状態を説明する図であるため、光導波路２０の形状を図２に示す形状で示さず、四角形の形状としている。
【００５１】
板状間隙部材２５ｃに要求される事柄は、屈折率が光導波路２０（ｓ，ｔ）よりも低い屈折率であるということと、厚さ（図９（Ａ）に示す「Ｒｃ」）の誤差が小さく高精度であるということである。
屈折率について、光導波路２０（ｓ，ｔ）の屈折率（例えば、石英ガラスの光導波路の場合、屈折率は約１．４５）よりも低い屈折率の板状間隙部材２５ｃは、比較的容易に入手可能である。また、厚さ（Ｒｃ）の精度においても、厚さ（数十μｍ〜数百μｍ）の精度が高く、且つ誤差が非常に小さい板状間隙部材２５ｃは、比較的容易に入手可能である。これにより、積層型光導波路２００の各層を構成する光導波路２０と光導波路２０との間隔を、高精度に設定することができるため集光効率をより向上させることが可能であり、且つ比較的安価に構成することが可能である。
【００５２】
例えば、図６において、発光部１２（ｍ，ｎ）の短軸方向の長さDwが２００μｍ、各発光部の間隔Dpが２００μｍの場合、光導波路２０（ｓ，ｔ）の厚さ（短軸方向の厚さ）を２００μｍ、板状間隙部材２５ｃの厚さ（Ｒｃ）を２００μｍに設定すれば、効率的に、より細い光ファイバ３０（ｓ，ｔ）にレーザ光を集光することができる積層型光導波路２００を構成することができる。
【００５３】
また、板状間隙部材２５ｃを隣り合う光導波路２０（ｓ，ｔ）の間の層に配置した場合、当該層において板状間隙部材２５ｃで充填されない空間ができる場合がある（１つの層において、複数の細かな板状間隙部材２５ｃを配置した場合等）。以下、空間及び充填材については第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００５４】
なお、充填材を用いる方法の他にも、機械的に固着する方法がある。以下、機械的に固着する方法については第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００５５】
以上の説明では、積層型光導波路２００の間隙部材２５に、光導波路２０よりも低い屈折率を有する部材を使用した。しかし、各光導波路２０に入射されたレーザ光が当該光導波路２０の外部に漏れることを抑制し、当該光導波路２０の内部で全反射しながら進行すればよいため、間隙部材２５にはレーザ光を全反射する部材を用いてもよい。
例えば、図９（Ａ）及び（Ｂ）において、板状間隙部材２５ｃにレーザ光を全反射するミラー等を用いて、積層型光導波路２００を構成してもよい。この場合、短軸方向（Ｙ軸方向）において、レーザ光をより確実に全反射させることができるため、集光効率をより向上させることができる。
【００５６】
本発明の積層型光導波路及びレーザ発光装置は、本実施の形態で説明した形状、構成等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
本発明の積層型光導波路を用いたレーザ発光装置は、レーザ加工装置等、レーザ光を用いた種々の装置に適用することが可能である。
本実施の形態の説明に用いた数値は一例であり、この数値に限定されるものではない。
また、積層型光導波路の形状、サイズ、材質等は、実施の形態の説明及び図に限定されるものではない。
また、各実施の形態における積層型光導波路２００は、図１の集光システム（レーザ発光装置）に組み込まれる場合、図２に示す第１レンズ２２ａ〜２２ｅが精密加工されるが、全体形状は、図２に示す三角形にせずとも、図７（Ｂ）、図８（Ｂ）、図９（Ｂ）のように、方形のままでもよい。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜７のいずれかに記載のレーザ発光装置を用いれば、半導体レーザアレイの複数の発光部から出射された各レーザ光を、より効率良く集光でき、且つより容易に実現できるレーザ発光装置を提供できる。
また、請求項８に記載のレーザ発光装置によれば、請求項１〜７のいずれかに記載のレーザ発光装置を用いて、半導体レーザアレイの複数の発光部から出射されるレーザ光を、効率的に、且つ容易に集光でき、レーザ光の出力を増大することができるレーザ発光装置を容易に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の積層型光導波路２００を用いたレーザ発光装置の一実施の形態の概略構成図である。
【図２】光導波路２０の概略構造について説明する図である。
【図３】発光部１２、積層型光導波路２００、光ファイバ３０の配置位置と、光ファイバ３０までのレーザ光の集光状態について説明する図である。
【図４】積層型光導波路２００の光導波路２０における、各第１レンズの構造（光軸）及び配置の例について説明する図である。
【図５】光ファイバ３０（ｓ，ｔ）から出射されるレーザ光が、集光レンズ１００で所定の位置に集光される様子について説明する図である。
【図６】積層型光導波路２００の概略構成について説明する図である。
【図７】積層型光導波路２００の第１の実施の形態を説明する図である。
【図８】積層型光導波路２００の第２の実施の形態を説明する図である。
【図９】積層型光導波路２００の第３の実施の形態を説明する図である。
【図１０】積層型光導波路２００の固着（固定）方法の例を説明する図である。
【図１１】従来の半導体レーザ集光装置の概略構成を説明する図である。
【図１２】従来の半導体レーザ集光装置において、各レンズの配置位置と、各レンズを通過したレーザ光が集光される様子を説明する図である。
【符号の説明】
１０ 半導体レーザアレイ
１２ 発光部
２０ 光導波路
２５ 間隙部材
２５ａ 円柱状間隙部材
２５ｂ 球状間隙部材
２５ｃ 板状間隙部材
２９ 固定部材
３０ 光ファイバ
１００ 集光レンズ
２００ 積層型光導波路
Claims (8)
- レーザ光の進行方向に対して垂直な面において長軸と短軸を有し、長軸方向及び短軸方向に拡散しながら進行するほぼ楕円状のレーザ光を出射する発光部が長軸方向及び短軸方向に複数配列された半導体レーザアレイと、
複数の光ファイバと、
前記半導体レーザアレイの複数の発光部から出射されるレーザ光を集光して前記複数の光ファイバに入射する積層型光導波路とを有するレーザ発光装置であって、
前記積層型光導波路は、任意の屈折率を有する部材で形成された板状の光導波路と、当該光導波路の屈折率よりも低い屈折率を有する間隙部材とを交互に短軸方向に複数積層した構成を有しており、前記発光部から入射されたレーザ光を長軸方向に集光して前記光ファイバに入射し、
前記間隙部材は、円柱状または球状または板状の形状を有している、
ことを特徴とするレーザ発光装置。 - レーザ光の進行方向に対して垂直な面において長軸と短軸を有し、長軸方向及び短軸方向に拡散しながら進行するほぼ楕円状のレーザ光を出射する発光部が長軸方向及び短軸方向に複数配列された半導体レーザアレイと、
複数の光ファイバと、
前記半導体レーザアレイの複数の発光部から出射されるレーザ光を集光して前記複数の光ファイバに入射する積層型光導波路とを有するレーザ発光装置であって、
前記積層型光導波路は、任意の屈折率を有する部材で形成された板状であるとともに入射されたレーザ光を長軸方向に集光する複数のレンズが配置された光導波路と、当該光導波路の屈折率よりも低い屈折率を有する間隙部材とを交互に短軸方向に複数積層した構成を有しており、前記発光部から入射されたレーザ光を長軸方向に集光して前記光ファイバに入射し、
前記間隙部材は、円柱状または球状または板状の形状を有している、
ことを特徴とするレーザ発光装置。 - レーザ光の進行方向に対して垂直な面において長軸と短軸を有し、長軸方向及び短軸方向に拡散しながら進行するほぼ楕円状のレーザ光を出射する発光部が長軸方向及び短軸方向に複数配列された半導体レーザアレイと、
複数の光ファイバと、
前記半導体レーザアレイの複数の発光部から出射されるレーザ光を集光して前記複数の光ファイバに入射する積層型光導波路とを有するレーザ発光装置であって、
前記積層型光導波路は、任意の屈折率を有する部材で形成された板状であるとともにほぼ前記発光部の短軸方向の長さの厚さを有し、入射されたレーザ光を長軸方向に集光する複数のレンズが配置された光導波路と、当該光導波路の屈折率よりも低い屈折率を有するとともにほぼ前記発光部の短軸方向の間隔の厚さを有する間隙部材とを交互に短軸方向に複数積層した構成を有しており、前記発光部から入射されたレーザ光を長軸方向に集光するとともに短軸方向には全反射させて前記光ファイバに入射し、
前記間隙部材は、円柱状または球状または板状の形状を有している、
ことを特徴とするレーザ発光装置。 - レーザ光の進行方向に対して垂直な面において長軸と短軸を有し、長軸方向及び短軸方向に拡散しながら進行するほぼ楕円状のレーザ光を出射する発光部が長軸方向及び短軸方向に複数配列された半導体レーザアレイと、
複数の光ファイバと、
前記半導体レーザアレイの複数の発光部から出射されるレーザ光を集光して前記複数の光ファイバに入射する積層型光導波路とを有するレーザ発光装置であって、
前記積層型光導波路は、任意の屈折率を有する部材で形成された板状であるとともにほぼ前記発光部の短軸方向の長さの厚さを有し、入射されたレーザ光を長軸方向に集光する複数のレンズが配置された光導波路と、当該光導波路の屈折率よりも低い屈折率を有するとともにほぼ前記発光部の短軸方向の間隔の厚さを有する間隙部材とを交互に短軸方向に複数積層した構成を有しており、前記発光部から入射されたレーザ光を長軸方向に集光するとともに短軸方向には全反射させて前記光ファイバに入射し、
前記間隙部材を、前記発光部の短軸方向の間隔の径を有する円柱状間隙部材を複数配置して構成、または前記発光部の短軸方向の間隔の径を有する球状間隙部材を複数配置して構成、または前記発光部の短軸方向の間隔の厚さを有する小板状間隙部材を複数並べて構成、または前記発光部の短軸方向の間隔をｎ分割した厚さの板状間隙部材をｎ枚積層して構成する、
ことを特徴とするレーザ発光装置。 - 請求項１〜４のいずれかに記載のレーザ発光装置であって、
隣り合う光導波路と光導波路との間の間隙部材の各層において、間隙部材が配置されていない隙間を、光導波路の屈折率よりも低い屈折率を有する樹脂で充填し、隣り合う光導波路と光導波路を固定する、
ことを特徴とするレーザ発光装置。 - 請求項１〜５のいずれかに記載のレーザ発光装置であって、
積層型光導波路の各層をまとめて固定する固定部材を備え、
固定部材は、積層型光導波路の積層方向における両端面から圧力をかけて各層を固定する、
ことを特徴とするレーザ発光装置。 - 請求項６に記載のレーザ発光装置であって、
積層型光導波路の積層方向における両端面と、固定部材との間隙に、光導波路の屈折率よりも低い屈折率を有する緩衝部材を配置する、
ことを特徴とするレーザ発光装置。 - 請求項１〜７のいずれかに記載のレーザ発光装置であって、更に集光レンズを備え、
各光導波路は、積層方向に平行な所定の面を入射面として有しているとともに、当該入射面と対向する方向に出射面を有しており、
前記積層型光導波路の各光導波路の入射面には、前記半導体レーザアレイの長軸方向に配列された複数の発光部から出射されるそれぞれのレーザ光が入射され、前記積層型光導波路は、入射されたレーザ光を長軸方向に集光して出射面から出射し、
各光ファイバは、各々の入射面が前記積層型光導波路の各光導波路の出射面に対向するように配置され、出射面が任意の形状に束ねられており、前記積層型光導波路の各光導波路から入射されたレーザ光を出射面から出射し、
前記集光レンズは、任意の形状に束ねられた複数の光ファイバの出射面から出射される複数のレーザ光を所定の位置に集光する、
ことを特徴とするレーザ発光装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002188487A JP3802456B2 (ja) | 2002-06-27 | 2002-06-27 | 積層型光導波路及びレーザ発光装置 |
| EP05004084A EP1533637B1 (en) | 2002-06-27 | 2003-06-26 | Beam collecting device and laser emission device |
| EP03014649A EP1376179A3 (en) | 2002-06-27 | 2003-06-26 | Laminated optical waveguide array, optical beam collecting device and laser emission device |
| US10/606,756 US6819861B2 (en) | 2002-06-27 | 2003-06-27 | Laminated optical waveguide array, beam collecting device and laser emission device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002188487A JP3802456B2 (ja) | 2002-06-27 | 2002-06-27 | 積層型光導波路及びレーザ発光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004029570A JP2004029570A (ja) | 2004-01-29 |
| JP3802456B2 true JP3802456B2 (ja) | 2006-07-26 |
Family
ID=31183227
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002188487A Expired - Fee Related JP3802456B2 (ja) | 2002-06-27 | 2002-06-27 | 積層型光導波路及びレーザ発光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3802456B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7116690B2 (en) * | 2004-05-17 | 2006-10-03 | Textron Systems Corporation | Staggered array coupler |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57139711A (en) * | 1981-02-25 | 1982-08-28 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | Flat plate optical waveguide |
| JPH07168040A (ja) * | 1993-12-14 | 1995-07-04 | Nippon Steel Corp | 半導体レーザー集光装置 |
| JPH11183747A (ja) * | 1997-12-22 | 1999-07-09 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 三次元高分子光導波路アレイおよびその製造方法 |
| JP2000147331A (ja) * | 1998-11-12 | 2000-05-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Ｌｄアレイ光の集光装置 |
| JP4471522B2 (ja) * | 2000-03-15 | 2010-06-02 | 浜松ホトニクス株式会社 | 集光部品並びにこれを用いた光源モジュール、レーザー装置及び光信号増幅装置 |
-
2002
- 2002-06-27 JP JP2002188487A patent/JP3802456B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2004029570A (ja) | 2004-01-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3917491B2 (ja) | レンズアレイ及びレーザ集光装置 | |
| US6757106B2 (en) | Optical lens, optical lens unit, stacked type optical lens, optical system and semiconductor laser apparatus | |
| US6443594B1 (en) | One-piece lens arrays for collimating and focusing light and led light generators using same | |
| JP3862657B2 (ja) | 半導体レーザ装置およびそれを用いた固体レーザ装置 | |
| US6819861B2 (en) | Laminated optical waveguide array, beam collecting device and laser emission device | |
| CN107121781B (zh) | 光束整形装置 | |
| JP4739819B2 (ja) | 光束配列密度変換方法および光束配列密度変換部材および光源装置 | |
| JP2000098191A (ja) | 半導体レーザ光源装置 | |
| KR20160026988A (ko) | 레이저 장치 | |
| JP4264231B2 (ja) | 集光装置 | |
| KR101671332B1 (ko) | 레이저 방사선 셰이핑 장치 | |
| JP2007528509A (ja) | 光を均一化するための装置および照射のための配置またはそのような装置による集光 | |
| JP4040934B2 (ja) | 集光装置 | |
| JP3802456B2 (ja) | 積層型光導波路及びレーザ発光装置 | |
| JP2008064994A (ja) | 光源装置および光学装置 | |
| JP4997543B2 (ja) | レーザ集光プリズム | |
| JP4211837B2 (ja) | 光導波路、光導波路アレイ及びレーザ集光装置 | |
| JP3858349B2 (ja) | 半導体レーザ装置 | |
| US9837782B2 (en) | Laser module | |
| JP2965203B1 (ja) | プリズムを用いたレーザ装置 | |
| JP2004287181A (ja) | 光導波路、光導波路アレイ及びレーザ集光装置 | |
| JP3952894B2 (ja) | レーザ発光装置 | |
| JP2007041623A5 (ja) | ||
| CN205539734U (zh) | 一种大功率半导体激光器线阵束参积调整的装置 | |
| JP2004361837A (ja) | 光導波路、光導波路アレイ、及びレーザ発光装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040401 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20051111 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051115 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060104 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20060106 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060302 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060425 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060427 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100512 Year of fee payment: 4 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |