JP4080608B2

JP4080608B2 - 半導体レーザ光源装置

Info

Publication number: JP4080608B2
Application number: JP27147998A
Authority: JP
Inventors: 新高; 正臣高坂; 英夫鈴木; 寧大林
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1998-09-25
Filing date: 1998-09-25
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2018-09-25
Also published as: JP2000098191A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザアレイからの光をコリメート・集光して、光ファイバによって出力する半導体レーザ光源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザから出射されるレーザ光の出力・伝送を効率良く行うために光ファイバが用いられるが、このとき、半導体レーザと光ファイバとの結合効率が問題となる。一般に、半導体レーザの出射パラメータと、光ファイバの入射パラメータとは異なるので、このような結合効率を高くするために、半導体レーザと光ファイバとの間にレンズ系を設置する等の方法が用いられている。
【０００３】
特に、例えば半導体レーザを固体レーザの励起光源として用いる場合、励起に用いられるレーザ光の高出力化が不可欠であるが、単一の発光点（ストライプ状の活性層など）による半導体レーザではその出力強度に限界があり、より高出力とするためには、複数の発光点からなる半導体レーザアレイと、そのような半導体レーザアレイのそれぞれの発光点から出射されるレーザ光を、光ファイバに効率良く入射させるレンズアレイの実現が必要となる。
【０００４】
そのような半導体レーザアレイに適用可能なものとして、例えば特開平４−２８４４０１号に示されたレンズアレイがある。このレンズアレイは、例えば単一の半導体レーザに対して球レンズを用いずに、隣り合う円柱レンズの方向が互いに直交するように順次配置された３本の円柱レンズによって、垂直・水平の２方向についての光収束を行うものである。特に半導体レーザアレイを用いた場合に、球レンズが効率的なアレイ化が困難であるのに対して、このような構成による円柱レンズを用いたレンズ系は、３本の円柱レンズを、それぞれ半導体レーザアレイの発光点配列の垂直・水平方向をその配列方向とした複数の円柱レンズからなる３層の円柱レンズアレイとすることによって、単一の半導体レーザの場合と同様に適用することができる。
【０００５】
また、特開平６−１０４５１６号に示された固体レーザ装置に用いられているレンズアレイがある。この装置では、マルチストライプによる複数の発光点が１次元上に配列された一体のアレイ型半導体レーザに対して、個々の発光点から出射されるレーザ光をそれぞれコリメートするための分布屈折率レンズアレイと、それぞれコリメートされた複数の発光点からのレーザ光を固体レーザ素子の端面に一括して集光させる集光レンズとからなるレンズアレイを用いている。また、このレンズアレイと固体レーザ素子との間に、光伝送手段として単一の光ファイバを介在させる方法についても記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
半導体レーザをさらに高出力化してその利用・適用範囲を広げるためには、２次元的に配列された半導体レーザアレイ、すなわち複数の半導体レーザまたは複数のアレイ型半導体レーザを配列したものと、そのような２次元配列の半導体レーザアレイの複数の発光点から出射されたレーザ光を効率的にコリメート・集光して、光ファイバに入射させることが可能なレンズアレイが必要不可欠である。
【０００７】
しかしながら、特開平４−２８４４０１号に示されたレンズアレイは、その円柱レンズアレイの構造が、半導体レーザアレイの発光点の構造と個々に対応しており、したがって個々の発光点についてそれぞれコリメートを行って、それぞれに対して設置された半導体レーザアレイの発光点と同数の光ファイバに入射させるものであって、複数の発光点からのレーザ光を１つの光ファイバに集光する機能を有していない。さらに、使用される円柱レンズの数が多く、その組立工程や組立精度の点で問題がある。
【０００８】
また、特開平６−１０４５１６号に示されたレンズアレイは、１次元に配列された半導体レーザアレイについて、すべての発光点からのレーザ光を単一の光ファイバに集光・入射させるものであるが、半導体レーザアレイを２次元化した場合、それらすべての発光点からのレーザ光を効率良く単一の光ファイバに集光・入射させることは極めて困難であり、レンズアレイ等も複雑なものとなる。
【０００９】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、２次元配列された複数の発光点を有する半導体レーザアレイからのレーザ光を効率良くコリメート・集光し光ファイバに入射して、外部に出力することができる高出力の半導体レーザ光源装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明による半導体レーザ光源装置は、複数の発光点を有する半導体レーザアレイと、半導体レーザアレイのそれぞれの発光点から出射されたレーザ光が入射され外部へと出力する光ファイバからなる光ファイバアレイと、レーザ光を光ファイバアレイの光ファイバの入射端にコリメートまたは集光するレンズアレイと、を備えた半導体レーザ光源装置であって、半導体レーザアレイは、複数のアレイ型半導体レーザを垂直方向にスタック・配列することによって構成されるとともに、垂直方向にＮ０行（Ｎ０は２以上の整数）の発光点行、水平方向にＭ０列（Ｍ０は２以上の整数）の発光点列を有するマトリクス状に、２次元配列された最大Ｎ０×Ｍ０個の複数の発光点を有するスタック型半導体レーザアレイからなり、光ファイバアレイは、複数の発光点よりも少ない本数の複数の光ファイバから構成されて、それぞれの入射端が配列された入射部と、複数の光ファイバが束ねられたバンドル部とからなるとともに、Ｎ＜Ｎ０かつＭ＜Ｍ０である垂直方向にＮ行（Ｎは１以上の整数）の入射端行、水平方向にＭ列（Ｍは１以上の整数、ただしＮまたはＭの少なくとも一方は２以上の整数）の入射端列を有するマトリクス状に、それぞれの入射端が入射部において１次元または２次元配列されたＮ×Ｍ本の複数の光ファイバを有して構成され、レンズアレイは、複数の発光点の２次元配列の、垂直方向のみについて、レーザ光のコリメートを行うように構成されたコリメートレンズアレイと、複数の発光点の２次元配列の、垂直方向及び水平方向の両方向について、レーザ光の集光を行うように構成された集光レンズアレイと、を有し、コリメートレンズアレイは、垂直方向に配列されたＮ０行の発光点行に含まれる発光点からのレーザ光を、それぞれ垂直方向にコリメートする複数のコリメートレンズからなる垂直コリメートレンズアレイを有して構成され、集光レンズアレイは、スタック型半導体レーザアレイの最大Ｎ０×Ｍ０個の複数の発光点を、垂直方向にＮ行の発光領域行、水平方向にＭ列の発光領域列を有するマトリクス状に２次元配列されたＮ×Ｍ個の発光領域に区分して、それぞれの発光領域に含まれる発光点からのレーザ光を、Ｎ×Ｍ本の複数の光ファイバのうち対応する光ファイバの入射端に集光するように、垂直方向に配列されたＮ行の発光領域行に含まれる発光点からのレーザ光を、Ｎ行の入射端行にそれぞれ集光する単一または複数の集光レンズからなる垂直集光レンズアレイと、水平方向に配列されたＭ列の発光領域列に含まれる発光点からのレーザ光を、Ｍ列の入射端列にそれぞれ集光する単一または複数の集光レンズからなる水平集光レンズアレイとを有して構成され、レンズアレイは、スタック型半導体レーザアレイ側から光ファイバアレイ側へ向けて、垂直コリメートレンズアレイ、垂直集光レンズアレイ、及び水平集光レンズアレイの順で各レンズが配置されていることを特徴とする。
【００１２】
単一の発光点を有する半導体レーザ、または複数の発光点を有するアレイ型半導体レーザ、を複数個スタックし、２次元配列して形成されたスタック型半導体レーザアレイと、それに対してこのスタック型半導体レーザアレイの発光点の個数よりも少ない本数の光ファイバからなる光ファイバアレイを用い、コリメートレンズアレイ及び集光レイズアレイによって光ファイバアレイの入射部に向けてそれぞれレーザ光のコリメート・集光を行って、レーザ光が入射された光ファイバをバンドル部において束ねることによって、２次元配列の発光点からのレーザ光を効率的に出力することができる高出力の半導体レーザ光源装置とすることができる。
【００１３】
特に、スタック型半導体レーザアレイの発光点の２次元配列から、光ファイバアレイの１次元または２次元配列へ、垂直方向及び水平方向の両方向について集光レンズアレイによって集光を行うことによって、その集光の効率を高め、かつ光源装置のレンズや光ファイバなどの構成要素を減少させて、その製造を容易とすることができる。なお、集光とは、ここでは複数の発光点からのレーザ光を一点に収束させることをいう。
【００１４】
このような光源装置は、例えばスタック型半導体レーザアレイの各発光点と、光ファイバアレイの各光ファイバの入射端をそれぞれマトリクス状に配列し、それらの配列に対応して集光レンズアレイを構成することによって、実現することができる。
【００１５】
上記のような装置に用いられる、マトリクス状の複数の発光点を有するスタック型半導体レーザアレイは、例えば、水平方向にＭ０個の発光点を有するアレイ型半導体レーザを、垂直方向にＮ０個スタック・配列して構成することが好ましい。また、垂直方向にＮ１行（Ｎ１は１以上の整数）、水平方向にＭ１列（Ｍ１は１以上の整数）に２次元配列されたＮ１×Ｍ１個の発光点を有する半導体レーザまたはアレイ型半導体レーザを、垂直方向にＮ１×Ｎ２＝Ｎ０であるＮ２個（Ｎ２は１以上の整数）、水平方向にＭ１×Ｍ２＝Ｍ０であるＭ２個（Ｍ２は１以上の整数、ただしＮ２またはＭ２の少なくとも一方は２以上の整数）スタック・配列して構成しても良い。
【００１６】
集光レンズアレイは、例えば、垂直方向に配列されたＮ行の発光領域行に含まれる発光点からのレーザ光を、Ｎ行の入射端行にそれぞれ集光する単一または複数の集光レンズからなる垂直集光レンズアレイと、水平方向に配列されたＭ列の発光領域列に含まれる発光点からのレーザ光を、Ｍ列の入射端列にそれぞれ集光する単一または複数の集光レンズからなる水平集光レンズアレイと、の２つのアレイを有して構成することができる。また、垂直方向に配列されたＮ行の発光領域行に含まれる発光点からのレーザ光を、Ｎ行の入射端行にそれぞれ集光し、かつ、水平方向に配列されたＭ列の発光領域列に含まれる発光点からのレーザ光を、Ｍ列の入射端列にそれぞれ集光する複数の集光レンズからなる二方向集光レンズアレイ、の１つのアレイを有して構成しても良い。
【００１７】
このように、垂直集光レンズアレイ及び水平集光レンズアレイ、または二方向集光レンズアレイによって集光レンズアレイを構成することによって、上記のような両方向についての集光を実現することができる。
【００１８】
また、コリメートレンズアレイは、垂直方向に配列されたＮ０行の発光点行に含まれる発光点からのレーザ光を、それぞれ垂直方向にコリメートする複数のコリメートレンズからなる垂直コリメートレンズアレイを有して構成することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明による半導体レーザ光源装置の好適な実施形態について詳細に説明する。図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００２０】
なお、以下に示す光源装置における座標系については、レーザ光が出射される方向である縦方向をｚ軸・ｚ方向とし、それ以外の２方向については、垂直方向をｘ軸・ｘ方向、水平方向をｙ軸・ｙ方向とする。ここで、以下に示す実施形態においては、この光源装置に関する座標系における垂直方向及び水平方向と、半導体レーザの各発光点であるストライプにおける接合面に対する垂直方向及び平行方向は、それぞれ一致している。
【００２１】
また、発光点等の２次元配列における行及び列については、通常の行列の定義と同様に、垂直方向を分割して水平方向を長手方向とするものを行、水平方向を分割して垂直方向を長手方向とするものを列とする。
【００２２】
図１は、本発明による半導体レーザ光源装置の一実施形態について、展開して各要素の構成について示す斜視図である。この図においては、近接して設置される要素についてもすべて距離をおいて示してある。本実施形態においては、レーザ光が出射される光源であるスタック型半導体レーザアレイ１は、垂直方向にＮ０行の発光点行Ｖ₁〜Ｖ_N0、及び水平方向にＭ０列の発光点列Ｈ₁〜Ｈ_M0を有して２次元配列されたＮ０×Ｍ０個の発光点を有して構成され、一方、レーザ光が入射され外部への出力を行う光ファイバアレイ２は、水平方向について１次元にそれぞれの入射端が配列されたＭ本の光ファイバを有して構成されている。
【００２３】
スタック型半導体レーザアレイ１は、Ｎ０個のアレイ型半導体レーザ１１₁〜１１_N0が垂直方向にスタック・配列されて構成されている。それぞれのアレイ型半導体レーザ１１_i（ｉ＝１〜Ｎ０）には、水平方向に等間隔に配列されたＭ０個の発光点１１０_i,1〜１１０_i,M0が形成されている。アレイ型半導体レーザ１１₁〜１１_N0は、それぞれ垂直方向に対応する発光点１１０_1,j〜１１０_N0,jの水平方向の位置が一致するように配置され、これによって、スタック型半導体レーザアレイ１は、垂直方向に、Ｍ０個の発光点１１０_i,1〜１１０_i,M0を有するＮ０行の発光点行Ｖ_i（ｉ＝１〜Ｎ０）、水平方向に、Ｎ０個の発光点１１０_1,j〜１１０_N0,jを有するＭ０列の発光点列Ｈ_j（ｊ＝１〜Ｍ０）から構成されるマトリクス状に配列された、Ｎ０×Ｍ０個の発光点１１０_1,1〜１１０_N0,M0を有して構成されている。
【００２４】
光ファイバアレイ２は、１×Ｍ本（ただし、Ｍ＜Ｍ０）の光ファイバ２１０_1,1〜２１０_1,Mから構成され、これらＭ本の光ファイバとその入射端がそれぞれ配列される入射部２１と、Ｍ本の光ファイバが束ねられたバンドル部２２とからなる。本実施形態の入射部２１においては、垂直方向の入射端行は１行（すなわちＮ＝１）、水平方向の入射端列はＭ列であり、Ｍ本の光ファイバ２１０_1,1〜２１０_1,Mは、水平方向に１次元に配列されている。
【００２５】
スタック型半導体レーザアレイ１のＮ０×Ｍ０個の発光点１１０_1,1〜１１０_N0,M0からそれぞれ出射されたレーザ光を、光ファイバアレイ２の１×Ｍ個の光ファイバ２１０_1,1〜２１０_1,Mに入射させるために、コリメートレンズアレイ３及び集光レンズアレイ４からなるレンズアレイが設置されている。
【００２６】
コリメートレンズアレイ３は、スタック型半導体レーザアレイ１のそれぞれの発光点から出射されたレーザ光をコリメートして、その拡散角、すなわちｚ方向に対する傾き角、を小さくする機能を有して構成・設置される。
【００２７】
ここで半導体レーザにおいては、一般にその垂直方向及び水平方向に対してその拡散角の大きさが異なる。垂直方向（ｘ方向）についてはその拡散角θ_xは大きく、４０°程度である。それに対して水平方向（ｙ方向）についてはその拡散角θ_yは小さく、５〜１２°程度である。
【００２８】
また、本実施形態のようなスタック型半導体レーザアレイ１の構成においては、垂直方向を分割して水平方向を長手方向として配列されている発光点行Ｖ_iの発光点１１０_i,1〜１１０_i,M0のそれぞれの垂直方向の位置は、同一のアレイ型半導体レーザ１１_iに形成されているために精度良く一致している。それに対して、水平方向を分割して垂直方向を長手方向として配列されている発光点列Ｈ_jの発光点１１０_1,j〜１１０_N0,jのそれぞれの水平方向の位置は、アレイ型半導体レーザ１１₁〜１１_N0をスタック・配列する精度によるので、比較的精度が出ない。
【００２９】
このため、本実施形態におけるコリメートレンズアレイ３は、垂直方向の拡散角θ_xのみについてコリメートを行う垂直コリメートレンズアレイ３１から構成され、水平方向についてはコリメートを行っていない。ただし、必要があれば、水平方向の拡散角θ_yについてコリメートを行う水平コリメートレンズアレイをさらに設置する構成としても良い。
【００３０】
垂直コリメートレンズアレイ３１は、水平方向を長手方向とし断面が円であるＮ０個のシリンドリカルレンズ３１０₁〜３１０_N0から構成されている。それぞれのシリンドリカルレンズの中心軸の位置は、発光点の位置に対応して設置されている。すなわち、シリンドリカルレンズ３１０_iの中心軸の垂直方向の位置は、発光点１１０_i,1〜１１０_i,M0からなる対応する発光点行Ｖ_iの垂直方向の位置と一致するようにそれぞれ設置されている。これによってＮ０個のシリンドリカルレンズ３１０_iは、Ｍ０個の発光点１１０_i,1〜１１０_i,M0から出射されたレーザ光に対して、それぞれ垂直方向の拡散角θ_xについてのコリメートを行う。コリメート後の拡散角θ_xは、およそ１°程度である。
【００３１】
集光レンズアレイ４は、コリメートレンズアレイ３によってコリメートされたレーザ光を、光ファイバアレイ２の各光ファイバの入射端に集光する機能を有して構成・設置される。ここで集光とは、複数の発光点からのレーザ光を一点に収束させることをいう。
【００３２】
本実施形態における集光レンズアレイ４は、垂直方向について集光を行う垂直集光レンズアレイ４１、及び水平方向について集光を行う水平集光レンズアレイ４２から構成されている。ここで、スタック型半導体レーザアレイ１はＮ０×Ｍ０個の発光点１１０_1,1〜１１０_N0,M0からなり、一方、光ファイバアレイ２はＮ×Ｍ本の光ファイバ（ただし、本実施形態においてはＮ＝１）からなってそれぞれ構成されていることに対応して、集光レンズアレイ４は、このＮ０×Ｍ０個の発光点１１０_1,1〜１１０_N0,M0から出射されたレーザ光を、垂直方向にＮ行の発光領域行、水平方向にＭ列の発光領域列を有するＮ×Ｍ個の発光領域に区分して、それぞれの区分された発光領域内に含まれる発光点からのレーザ光が、対応する光ファイバにそれぞれ入射されるように構成・設置される。
【００３３】
すなわち、垂直方向の集光は、本実施形態における光ファイバアレイ２の入射端行が１行（Ｎ＝１）であるので、Ｎ０行の発光点行Ｖ_iからのレーザ光を１行の入射端行に集光するように垂直集光レンズアレイ４１が構成されている。一方、水平方向の集光は、光ファイバアレイ２の入射端列がＭ列であるので、Ｍ０列の発光点列Ｈ_jからのレーザ光をＭ列の入射端列に分割・集光するように水平集光レンズアレイ４２が構成されている。
【００３４】
垂直集光レンズアレイ４１は、水平方向を長手方向とし断面が楕円である単一のシリンドリカルレンズ４１０から構成されている。シリンドリカルレンズ４１０の中心軸の位置は、発光点１１０_1,1〜１１０_N0,M0の垂直方向の中心位置と一致するように設置されている。
【００３５】
水平集光レンズアレイ４２は、垂直方向を長手方向とし断面が円であるＭ個のシリンドリカルレンズ４２０₁〜４２０_Mから構成されている。それぞれのシリンドリカルレンズの中心軸の位置は、発光領域の位置に対応して設置されている。すなわち、シリンドリカルレンズ４２０_jの中心軸の水平方向の位置は、対応するｊ番目の発光領域列の水平方向の中心位置と一致するようにそれぞれ設置されている。
【００３６】
本実施形態によるレンズアレイにおける、レーザ光のコリメート及び集光について説明する。図２は、図１に示した半導体レーザ光源装置の側面図、すなわちｙ方向から見た図であり、ｘ方向（垂直方向）についてのレーザ光のコリメート及び集光が点線によって図示されている。また、図３は、図１に示した半導体レーザ光源装置の上面図、すなわちｘ方向から見た図であり、ｙ方向（水平方向）についてのレーザ光の集光が点線によって図示されている。
【００３７】
垂直方向については、拡散角θ_xが４０°程度と大きいので、レーザ光は垂直コリメートレンズアレイ３１によってコリメートされて、拡散角が小さい（１°程度）レーザ光とされ、垂直集光レンズアレイ４１によって光ファイバアレイ２の入射部２１の、対応する光ファイバ入射端に集光される。また、水平方向については、拡散角θ_yが５〜１２°程度と小さいので、コリメートは行われず、水平集光レンズアレイ４２によって光ファイバアレイ２の入射部２１の、対応する光ファイバ入射端に集光される。
【００３８】
なお、これらのレンズアレイを構成するそれぞれのレンズの焦点距離等は、すべて図２及び図３に示したコリメート及び集光が実現されるように選択されている。
【００３９】
特に、垂直集光レンズアレイ４１から光ファイバ入射端までの距離（垂直集光レンズアレイ４１のレンズの焦点距離）をｆ_x、水平集光レンズアレイ４２から光ファイバ入射端までの距離（水平集光レンズアレイ４２の各レンズの焦点距離）をｆ_yとすると、光ファイバの入射端におけるｘ方向及びｙ方向の集光の幅ｄ_x及びｄ_yは、およそｄ_x＝ｆ_x×θ_x、ｄ_y＝ｆ_y×θ_yとなる。ここで、コリメートレンズアレイ３を通過した後の拡散角θ_x及びθ_yは、上記したようにθ_xの方が小さいので、光ファイバへの効率的な集光・入射を行うために、それぞれの焦点距離が、集光の幅ｄ_x及びｄ_yが同程度の大きさとなるｆ_x＞ｆ_yである所定の値となるように、垂直集光レンズアレイ４１及び水平集光レンズアレイ４２がそれぞれ設置されている。また、一定の開口数を有する光ファイバに対して、ｘ方向及びｙ方向の入射効率を同程度とするために、垂直集光レンズアレイ４１及び水平集光レンズアレイ４２を構成する各レンズの幅は、水平集光レンズアレイ４２のものの方が小さくなるように構成することが望ましい。なお、光ファイバ入射端の大きさ及び集光の大きさ等の条件によっては、焦点距離やレンズ幅等についてのこれらの条件を満たさない構成としても良い。
【００４０】
また、図１、図２及び図３は、具体的には、Ｎ０＝８、Ｍ０＝１２、Ｎ＝１、Ｍ＝６の上記の条件を満たす構成として作図されているが、これらの個数・本数の選択は単に例示に過ぎず、他の構成であっても構わない。特にＮについては、２以上の整数として光ファイバが２次元配列される構成とすることも可能である。この場合、垂直集光レンズアレイ４１は、例えばＮ個のシリンドリカルレンズによって構成することができる。
【００４１】
図４は、本発明による半導体レーザ光源装置の他の実施形態について、図１と同様に展開して各要素の構成について示す斜視図である。本実施形態においては、レーザ光が出射される光源であるスタック型半導体レーザアレイ１の構成については、図１に示した実施形態のものと同様である。
【００４２】
光ファイバアレイ２は、２×Ｍ本（ただし、Ｍ＜Ｍ０）の光ファイバ２１０_1,1〜２１０_2,Mから構成され、これら２×Ｍ本の光ファイバとその入射端がそれぞれ配列される入射部２１と、２×Ｍ本の光ファイバが束ねられたバンドル部２２とからなる。本実施形態の入射部２１においては、垂直方向の入射端行は２行（すなわちＮ＝２）、水平方向の入射端列はＭ列であり、２×Ｍ本の光ファイバ２１０_1,1〜２１０_2,Mは、２次元に配列されている。
【００４３】
スタック型半導体レーザアレイ１のＮ０×Ｍ０個の発光点１１０_1,1〜１１０_N0,M0から出射されたレーザ光を、光ファイバアレイ２の２×Ｍ本の光ファイバ２１０_1,1〜２１０_2,Mに入射させるために、コリメートレンズアレイ３及び集光レンズアレイ４からなるレンズアレイが設置されている。なお、コリメートレンズアレイ３の垂直コリメートレンズアレイ３１の構成については、図１に示した実施形態のものと同様である。
【００４４】
本実施形態における集光レンズアレイ４は、垂直方向及び水平方向の二方向について集光を行う二方向集光レンズアレイ４０から構成されている。二方向集光レンズアレイ４０は、その中心位置がそれぞれ２×Ｍ個の光ファイバ２１０_1,1〜２１０_2,Mの位置、及びそれに対応する発光領域の位置、に対応して設置されている２×Ｍ個の長方形球面レンズ４００_1,1〜４００_2,Mから構成されている。これによって、区分された各発光領域に含まれる発光点からのレーザ光が、対応する光ファイバにそれぞれ入射される。
【００４５】
本実施形態によるレンズアレイにおける、レーザ光のコリメート及び集光について説明する。図５は、図４に示した半導体レーザ光源装置の側面図、すなわちｙ方向から見た図であり、ｘ方向（垂直方向）についてのレーザ光のコリメート及び集光が点線によって図示されている。また、図６は、図４に示した半導体レーザ光源装置の上面図、すなわちｘ方向から見た図であり、ｙ方向（水平方向）についてのレーザ光の集光が点線によって図示されている。
【００４６】
垂直方向について垂直コリメートレンズアレイ３１によってコリメートされたレーザ光は、二方向集光レンズアレイ４０によって垂直方向及び水平方向の両方向について、光ファイバアレイ２の入射部２１の、対応する光ファイバ入射端に集光される。
【００４７】
なお、これらのレンズアレイを構成するそれぞれのレンズの焦点距離等は、すべて図５及び図６に示したコリメート及び集光が実現されるように選択されている。また、図４、図５及び図６は、具体的には、Ｎ０＝８、Ｍ０＝１２、Ｎ＝２、Ｍ＝６として作図されている。
【００４８】
本発明による半導体レーザ光源装置は、上記した実施形態に限られるものではなく、様々な形態とすることができる。例えば、その光源部分については、図７に示すように、垂直方向及び水平方向をともに分割してアレイ型半導体レーザ、図７においては４個のアレイ型半導体レーザ１１_1,1〜１１_2,2、をスタック・配列してスタック型半導体レーザアレイ１を構成しても良い。アレイ型半導体レーザではなく、単一の発光点を有する半導体レーザをマトリクス状にスタック・配列してスタック型半導体レーザアレイを構成することも可能である。また、発光点の配列が図１に示したような完全なマトリクス状になっていないもの、例えば図８に示すように発光点が交互に配置されているもの、についても同様のレンズアレイを適用するように構成することが可能である。
【００４９】
また、図９に示すように、複数のスタック型半導体レーザアレイを用いても良い。図９に示す装置においては、スタック型半導体レーザアレイ１ａ及び１ｂはそのそれぞれの発光点の垂直方向の位置が交互になるように配置されており、ストライプ状光学板１ｃには、スタック型半導体レーザアレイ１ａの発光点に対応する位置には光透過膜が、またスタック型半導体レーザアレイ１ｂの発光点に対応する位置には光反射膜が、水平方向を長手方向として形成されている。これによって２つのスタック型半導体レーザアレイ１ａ及び１ｂからのレーザ光をすべて光ファイバアレイ２のそれぞれの光ファイバに入射させて、さらに強度を高めた光源装置とすることができる。
【００５０】
また、レンズアレイに用いる各レンズの形状・構成等についても、コリメートまたは集光の機能を有するものであれば、必要に応じて他の形状・構成のものを用いても良い。また、分布屈折率レンズ等を用いることも可能である。
【００５１】
【発明の効果】
本発明による半導体レーザ光源装置は、以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、Ｎ０×Ｍ０個のマトリクス状に配列された発光点を有するスタック型半導体レーザアレイから出射されたレーザ光を、コリメートレンズアレイによって必要な方向についてコリメートし、さらに集光レンズアレイによって垂直方向及び水平方向の両方向について集光を行って、Ｎ＜Ｎ０かつＭ＜Ｍ０であるＮ×Ｍ本の光ファイバを有する光ファイバアレイのマトリクス状に配列された入射端に集光・入射させ、その光ファイバをバンドルとすることによって、効率的にレーザ光を取り込んた、高出力の半導体レーザ光源装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による半導体レーザ光源装置の一実施形態を展開して示す斜視図である。
【図２】図１に示した半導体レーザ光源装置の側面図である。
【図３】図１に示した半導体レーザ光源装置の上面図である。
【図４】本発明による半導体レーザ光源装置の他の実施形態を展開して示す斜視図である。
【図５】図４に示した半導体レーザ光源装置の側面図である。
【図６】図４に示した半導体レーザ光源装置の上面図である。
【図７】スタック型半導体レーザアレイの他の実施形態を示す斜視図である。
【図８】スタック型半導体レーザアレイの他の実施形態を示す斜視図である。
【図９】本発明による半導体レーザ光源装置の他の実施形態を示す上面図である。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ…スタック型半導体レーザアレイ、１ｃ…ストライプ状光学板、１１₁〜１１_N0、１１_1,1〜１１_2,2…アレイ型半導体レーザ、１１０_1,1〜１１０_N0,M0…発光点、
２…光ファイバアレイ、２１…入射部、２２…バンドル部、２１０_1,1〜２１０_2,M…光ファイバ、
３…コリメートレンズアレイ、３１…垂直コリメートレンズアレイ、３１０₁〜３１０_N0…シリンドリカルレンズ、
４…集光レンズアレイ、４０…二方向集光レンズアレイ、４００_1,1〜４００_2,M…長方形球面レンズ、４１…垂直集光レンズアレイ、４１０…シリンドリカルレンズ、４２…水平集光レンズアレイ、４２０₁〜４２０_M…シリンドリカルレンズ。

Claims

複数の発光点を有する半導体レーザアレイと、前記半導体レーザアレイのそれぞれの前記発光点から出射されたレーザ光が入射され外部へと出力する光ファイバからなる光ファイバアレイと、前記レーザ光を前記光ファイバアレイの前記光ファイバの入射端にコリメートまたは集光するレンズアレイと、を備えた半導体レーザ光源装置であって、
前記半導体レーザアレイは、複数のアレイ型半導体レーザを垂直方向にスタック・配列することによって構成されるとともに、垂直方向にＮ０行（Ｎ０は２以上の整数）の発光点行、水平方向にＭ０列（Ｍ０は２以上の整数）の発光点列を有するマトリクス状に、２次元配列された最大Ｎ０×Ｍ０個の前記複数の発光点を有するスタック型半導体レーザアレイからなり、
前記光ファイバアレイは、前記複数の発光点よりも少ない本数の複数の光ファイバから構成されて、それぞれの入射端が配列された入射部と、前記複数の光ファイバが束ねられたバンドル部とからなるとともに、Ｎ＜Ｎ０かつＭ＜Ｍ０である垂直方向にＮ行（Ｎは１以上の整数）の入射端行、水平方向にＭ列（Ｍは１以上の整数、ただしＮまたはＭの少なくとも一方は２以上の整数）の入射端列を有するマトリクス状に、それぞれの前記入射端が前記入射部において１次元または２次元配列されたＮ×Ｍ本の前記複数の光ファイバを有して構成され、
前記レンズアレイは、
前記複数の発光点の２次元配列の、垂直方向のみについて、前記レーザ光のコリメートを行うように構成されたコリメートレンズアレイと、
前記複数の発光点の２次元配列の、垂直方向及び水平方向の両方向について、前記レーザ光の集光を行うように構成された集光レンズアレイと、を有し、
前記コリメートレンズアレイは、
垂直方向に配列された前記Ｎ０行の発光点行に含まれる前記発光点からの前記レーザ光を、それぞれ垂直方向にコリメートする複数のコリメートレンズからなる垂直コリメートレンズアレイを有して構成され、
前記集光レンズアレイは、
前記スタック型半導体レーザアレイの最大Ｎ０×Ｍ０個の前記複数の発光点を、垂直方向にＮ行の発光領域行、水平方向にＭ列の発光領域列を有するマトリクス状に２次元配列されたＮ×Ｍ個の発光領域に区分して、それぞれの前記発光領域に含まれる前記発光点からの前記レーザ光を、Ｎ×Ｍ本の前記複数の光ファイバのうち対応する前記光ファイバの前記入射端に集光するように、
垂直方向に配列された前記Ｎ行の発光領域行に含まれる前記発光点からの前記レーザ光を、前記Ｎ行の入射端行にそれぞれ集光する単一または複数の集光レンズからなる垂直集光レンズアレイと、
水平方向に配列された前記Ｍ列の発光領域列に含まれる前記発光点からの前記レーザ光を、前記Ｍ列の入射端列にそれぞれ集光する単一または複数の集光レンズからなる水平集光レンズアレイとを有して構成され、
前記レンズアレイは、前記スタック型半導体レーザアレイ側から前記光ファイバアレイ側へ向けて、前記垂直コリメートレンズアレイ、前記垂直集光レンズアレイ、及び前記水平集光レンズアレイの順で各レンズが配置されていることを特徴とする半導体レーザ光源装置。
前記スタック型半導体レーザアレイは、水平方向にＭ０個の前記発光点を有する前記アレイ型半導体レーザを、垂直方向にＮ０個スタック・配列して、Ｎ０×Ｍ０個の前記複数の発光点を有して構成されたことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ光源装置。
前記集光レンズアレイは、前記水平集光レンズアレイを構成する集光レンズの幅が、前記垂直集光レンズアレイを構成する集光レンズの幅よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の半導体レーザ光源装置。