JPH05297253A - 結合レンズ装置 - Google Patents
結合レンズ装置Info
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- JPH05297253A JPH05297253A JP12409192A JP12409192A JPH05297253A JP H05297253 A JPH05297253 A JP H05297253A JP 12409192 A JP12409192 A JP 12409192A JP 12409192 A JP12409192 A JP 12409192A JP H05297253 A JPH05297253 A JP H05297253A
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- optical fiber
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 放射角の異方性を有するレーザダイオード・
アレー１１を円筒レンズ１２により光ファイバ・アレー
１３に結合する。この円筒レンズ１２の長さ方向をレー
ザダイオード・アレー１１の水平方向に配置する。円筒
レンズ１２には、例えば、光ファイバのコア部分で、直
径１００μｍ〜７００μｍ、典型的には４００μｍのも
のを用いることができる。 【効果】 円筒レンズの入手が容易で、調整が容易で、
レーザダイオードの放射角分布の異方性の補正が不要
で、コンパクトな光学系が構成でき、開口数の小さい光
ファイバに対して高い結合効率が得られる。
アレー１１を円筒レンズ１２により光ファイバ・アレー
１３に結合する。この円筒レンズ１２の長さ方向をレー
ザダイオード・アレー１１の水平方向に配置する。円筒
レンズ１２には、例えば、光ファイバのコア部分で、直
径１００μｍ〜７００μｍ、典型的には４００μｍのも
のを用いることができる。 【効果】 円筒レンズの入手が容易で、調整が容易で、
レーザダイオードの放射角分布の異方性の補正が不要
で、コンパクトな光学系が構成でき、開口数の小さい光
ファイバに対して高い結合効率が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、結合レンズ装置に関
し、特に、レーザダイオード励起固定レーザ装置に励起
レーザ光を送るための光ファイバ等にレーザダイオード
を結合するための結合レンズ装置に関する。
し、特に、レーザダイオード励起固定レーザ装置に励起
レーザ光を送るための光ファイバ等にレーザダイオード
を結合するための結合レンズ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザダイオード励起固体レーザ装置を
高出力化するために、レーザダイオードからの励起レー
ザ光を光ファイバに結合し、該光ファイバの複数本を結
束して高輝度励起光源を作り、これを固体レーザ媒質
（レーザロッド）内に結像する方法が、例えば本件発明
者等による文献である、S. Kubota, M.Oka, Y.Kaneda a
nd H. Masuda, "Thermal aberration analysis of a laser
-diode-pumped Nd:YAGlaser", SPIE Vol.1354 Internat
ional Lens Design Conference (1990), pp.572-580
において開示されている。
高出力化するために、レーザダイオードからの励起レー
ザ光を光ファイバに結合し、該光ファイバの複数本を結
束して高輝度励起光源を作り、これを固体レーザ媒質
（レーザロッド）内に結像する方法が、例えば本件発明
者等による文献である、S. Kubota, M.Oka, Y.Kaneda a
nd H. Masuda, "Thermal aberration analysis of a laser
-diode-pumped Nd:YAGlaser", SPIE Vol.1354 Internat
ional Lens Design Conference (1990), pp.572-580
において開示されている。
【０００３】この場合に用いられるレーザダイオード
は、例えば開口長（発光幅）が１００μｍ程度の線光源
となる利得導波型レーザダイオードであり、その放射角
分布は例えば半値全角で１０°×３０°の異方性を持っ
ている。そこでいわゆるブリュースタ−アナモルフィッ
ク望遠鏡等を用いて異方性を補正すると共に、水平方向
の開口長と放射角１０°に適合するコア径と開口数を持
つ光ファイバを選ぶ必要があった。
は、例えば開口長（発光幅）が１００μｍ程度の線光源
となる利得導波型レーザダイオードであり、その放射角
分布は例えば半値全角で１０°×３０°の異方性を持っ
ている。そこでいわゆるブリュースタ−アナモルフィッ
ク望遠鏡等を用いて異方性を補正すると共に、水平方向
の開口長と放射角１０°に適合するコア径と開口数を持
つ光ファイバを選ぶ必要があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、幾何光学の
ラグランジュ−ヘルムホルツの不変法則によれば、光源
の開口長と放射角が決まると、損失なく結合するために
はファイバのコア径と開口数との積は常に一定にする必
要がある。従って、より高輝度光源を作るためには、小
さいコア径のファイバに結合することが望まれるが、こ
のとき光ファイバの開口数を大きくしなければならな
い。光ファイバの開口数が大きくなると、同様に、固体
レーザ・ロッド内に結像する光束の開口数も大きくな
り、固体レーザのモードとの重なり合いが悪くなり、効
率が下がる欠点があった。
ラグランジュ−ヘルムホルツの不変法則によれば、光源
の開口長と放射角が決まると、損失なく結合するために
はファイバのコア径と開口数との積は常に一定にする必
要がある。従って、より高輝度光源を作るためには、小
さいコア径のファイバに結合することが望まれるが、こ
のとき光ファイバの開口数を大きくしなければならな
い。光ファイバの開口数が大きくなると、同様に、固体
レーザ・ロッド内に結像する光束の開口数も大きくな
り、固体レーザのモードとの重なり合いが悪くなり、効
率が下がる欠点があった。
【０００５】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たものであり、放射角に異方性を有するレーザダイオー
ドから光ファイバへレーザ光を結合する際に、容易に入
手できる部品が使用でき、調整が容易であり、放射角分
布の異方性の補正が不要で、コンパクトな光学系が構成
でき、開口数の小さい光ファイバに対して高効率で結合
できるような結合レンズ装置の提供を目的とするもので
ある。
たものであり、放射角に異方性を有するレーザダイオー
ドから光ファイバへレーザ光を結合する際に、容易に入
手できる部品が使用でき、調整が容易であり、放射角分
布の異方性の補正が不要で、コンパクトな光学系が構成
でき、開口数の小さい光ファイバに対して高効率で結合
できるような結合レンズ装置の提供を目的とするもので
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に係る結合レンズ
装置は、放射角の異方性を有するレーザダイオード・ア
レーからのレーザ光を光ファイバ・アレーに結合する結
合レンズ装置において、円筒状の形状を有し、円筒の長
さ方向を上記レーザダイオード・アレーの水平方向に配
置し、レーザダイオード端面から離して配置される円筒
レンズを用いることにより、上述の課題を解決する。
装置は、放射角の異方性を有するレーザダイオード・ア
レーからのレーザ光を光ファイバ・アレーに結合する結
合レンズ装置において、円筒状の形状を有し、円筒の長
さ方向を上記レーザダイオード・アレーの水平方向に配
置し、レーザダイオード端面から離して配置される円筒
レンズを用いることにより、上述の課題を解決する。
【０００７】上記円筒レンズは、溶融石英または光学ガ
ラスの均質または屈折率分布型材料を用い、１００μｍ
〜７００μｍ、典型的には４００μｍの直径を有するこ
とが好ましい。この円筒レンズの焦点距離は、１００μ
ｍ〜５００μｍ、典型的には３００μｍ程度とすればよ
い。また上記レーザダイオードは、開口長（発光幅）が
１００μｍ程度で１０°×３０°程度の放射角の異方性
を有するものを使用できる。上記円筒レンズは、レーザ
ダイオード端面から１００μｍ程度離して使用し、開口
数が０．１程度の光ファイバに高効率で結合するように
すればよい。
ラスの均質または屈折率分布型材料を用い、１００μｍ
〜７００μｍ、典型的には４００μｍの直径を有するこ
とが好ましい。この円筒レンズの焦点距離は、１００μ
ｍ〜５００μｍ、典型的には３００μｍ程度とすればよ
い。また上記レーザダイオードは、開口長（発光幅）が
１００μｍ程度で１０°×３０°程度の放射角の異方性
を有するものを使用できる。上記円筒レンズは、レーザ
ダイオード端面から１００μｍ程度離して使用し、開口
数が０．１程度の光ファイバに高効率で結合するように
すればよい。
【０００８】光ファイバ・アレーの各ファイバを束ねて
高輝度励起光源を作り、この高輝度励起光源を固体レー
ザ装置への励起光導入に用いることが考えられる。この
固体レーザ装置は、例えばＮｄ：ＹＡＧ等のレーザ媒質
と、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰ4 ）等の非線形光学結晶素子あ
るいは波長変換素子とを、一対の反射鏡の間に配置して
構成されたレーザ共振器を用いることができる。この固
体レーザ装置のレーザ共振器内の上記レーザ媒質として
は、Ｎｄ：ＹＡＧの他にも、Ｎｄ：ＹＶＯ4 、Ｎｄ：Ｂ
ＥＬ、ＬＮＰ等が用いられ、上記波長変換素子あるいは
非線形光学結晶素子としては上記ＫＴＰ以外にも、Ｌ
Ｎ、ＢＢＯ、ＬＢＯ等が用いられる。さらに、上記レー
ザ共振器としては、例えば、励起光によって励起される
レーザ媒質において発生した基本波レーザ光を共振器内
部に設けられた非線形光学結晶素子を通過するように共
振動作させることにより、タイプIIの第２高調波レーザ
光を発生させると共に、上記基本波レーザ光の２つの偏
光モード間の和周波発生によるカップリングを抑制して
２モードで安定な発振を行わせるための１／４波長板等
の複屈折性素子を共振器路内に設けたものを使用でき
る。
高輝度励起光源を作り、この高輝度励起光源を固体レー
ザ装置への励起光導入に用いることが考えられる。この
固体レーザ装置は、例えばＮｄ：ＹＡＧ等のレーザ媒質
と、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰ4 ）等の非線形光学結晶素子あ
るいは波長変換素子とを、一対の反射鏡の間に配置して
構成されたレーザ共振器を用いることができる。この固
体レーザ装置のレーザ共振器内の上記レーザ媒質として
は、Ｎｄ：ＹＡＧの他にも、Ｎｄ：ＹＶＯ4 、Ｎｄ：Ｂ
ＥＬ、ＬＮＰ等が用いられ、上記波長変換素子あるいは
非線形光学結晶素子としては上記ＫＴＰ以外にも、Ｌ
Ｎ、ＢＢＯ、ＬＢＯ等が用いられる。さらに、上記レー
ザ共振器としては、例えば、励起光によって励起される
レーザ媒質において発生した基本波レーザ光を共振器内
部に設けられた非線形光学結晶素子を通過するように共
振動作させることにより、タイプIIの第２高調波レーザ
光を発生させると共に、上記基本波レーザ光の２つの偏
光モード間の和周波発生によるカップリングを抑制して
２モードで安定な発振を行わせるための１／４波長板等
の複屈折性素子を共振器路内に設けたものを使用でき
る。
【０００９】
【作用】上記円筒レンズは、例えば光ファイバのコア部
分等を用いることができ、容易に入手可能であり、調整
が容易で、レーザダイオードの放射角分布の異方性を補
正する必要がなく、コンパクトな光学系が構成でき、開
口数の小さい光ファイバに対して９０％近い高結合効率
がえられる。
分等を用いることができ、容易に入手可能であり、調整
が容易で、レーザダイオードの放射角分布の異方性を補
正する必要がなく、コンパクトな光学系が構成でき、開
口数の小さい光ファイバに対して９０％近い高結合効率
がえられる。
【００１０】
【実施例】図１は、本発明に係る結合レンズ装置の一実
施例の概略構成を示す構成図である。この図１におい
て、放射角に異方性を有する励起用レーザ光源としての
半導体レーザ素子である利得導波型のレーザダイオード
・アレー１１に近接して円筒レンズ１２を配置し、円筒
レンズ１２の後方に配置した光ファイバ・アレー１３に
レーザダイオード・アレー１１からの励起レーザ光を導
くようにしている。レーザダイオード・アレー１１は、
図２に示すような活性層１１Ａにおいて、図１に示す複
数の発光部（開口）１１Ｅが発光幅ｗ、配列ピッチｐで
配列されたものである。具体的な数値としては、ｗを約
１００μｍ程度、ｐを約３００μｍ程度とすることが挙
げられる。
施例の概略構成を示す構成図である。この図１におい
て、放射角に異方性を有する励起用レーザ光源としての
半導体レーザ素子である利得導波型のレーザダイオード
・アレー１１に近接して円筒レンズ１２を配置し、円筒
レンズ１２の後方に配置した光ファイバ・アレー１３に
レーザダイオード・アレー１１からの励起レーザ光を導
くようにしている。レーザダイオード・アレー１１は、
図２に示すような活性層１１Ａにおいて、図１に示す複
数の発光部（開口）１１Ｅが発光幅ｗ、配列ピッチｐで
配列されたものである。具体的な数値としては、ｗを約
１００μｍ程度、ｐを約３００μｍ程度とすることが挙
げられる。
【００１１】このレーザダイオード・アレー１１の配列
方向（水平方向、接合平行方向）に沿って、直径Ｄ（例
えば４００μｍ程度）の円筒レンズ１２の長さ方向を揃
えるように、円筒レンズ１２を配置している。レーザダ
イオード・アレー１１のこの水平面内での出射光の放射
角（発散角）αは、図２に示す垂直面内での出射光の放
射角（発散角）βよりも小さい。具体的には、例えばα
が１０°程度、βが３０°程度である。レーザダイオー
ド・アレー１２から出射されたレーザ光は、円筒レンズ
１２により、上記垂直面内でほぼコリメートされ（平行
光とされ）て、光ファイバ・アレー１３の各光ファイバ
１３Ｆに導かれる。なお、レーザダイオード・アレー１
２の出射光の上記水平面内での光束はコリメートされな
いが、発散角αが小さくかつ円筒レンズ１２の直径が充
分小さいので、充分高い効率で光ファイバ・アレー１３
の各光ファイバ１３Ｆに結合される。
方向（水平方向、接合平行方向）に沿って、直径Ｄ（例
えば４００μｍ程度）の円筒レンズ１２の長さ方向を揃
えるように、円筒レンズ１２を配置している。レーザダ
イオード・アレー１１のこの水平面内での出射光の放射
角（発散角）αは、図２に示す垂直面内での出射光の放
射角（発散角）βよりも小さい。具体的には、例えばα
が１０°程度、βが３０°程度である。レーザダイオー
ド・アレー１２から出射されたレーザ光は、円筒レンズ
１２により、上記垂直面内でほぼコリメートされ（平行
光とされ）て、光ファイバ・アレー１３の各光ファイバ
１３Ｆに導かれる。なお、レーザダイオード・アレー１
２の出射光の上記水平面内での光束はコリメートされな
いが、発散角αが小さくかつ円筒レンズ１２の直径が充
分小さいので、充分高い効率で光ファイバ・アレー１３
の各光ファイバ１３Ｆに結合される。
【００１２】光ファイバ・アレー１３の各光ファイバ１
３Ｆは円柱状に束ねられて、図３に示すような光ファイ
バ束１３Ｂとなり、端部から高輝度励起レーザ光が出射
される。この高輝度励起レーザ光は、レンズ２２で集光
され、レーザ共振器２３の凹面鏡２４及び１／４波長板
２５を介して、例えばＮｄ：ＹＡＧを用いたレーザ媒質
２６に入射される。共振器２３の凹面鏡２４の内側の凹
面が反射面１４Ｒとなっている。Ｎｄ：ＹＡＧ等のレー
ザ媒質２６は、上記励起光に入射に応じて基本波レーザ
光ＬＡ（ω）を発生し、この基本波レーザ光ＬＡ（ω）
が、例えばＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4 ）を用いた非線形光
学結晶素子（波長変換素子）２７を通って平面鏡２８に
達し、反射面２８Ｒで反射される。
３Ｆは円柱状に束ねられて、図３に示すような光ファイ
バ束１３Ｂとなり、端部から高輝度励起レーザ光が出射
される。この高輝度励起レーザ光は、レンズ２２で集光
され、レーザ共振器２３の凹面鏡２４及び１／４波長板
２５を介して、例えばＮｄ：ＹＡＧを用いたレーザ媒質
２６に入射される。共振器２３の凹面鏡２４の内側の凹
面が反射面１４Ｒとなっている。Ｎｄ：ＹＡＧ等のレー
ザ媒質２６は、上記励起光に入射に応じて基本波レーザ
光ＬＡ（ω）を発生し、この基本波レーザ光ＬＡ（ω）
が、例えばＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4 ）を用いた非線形光
学結晶素子（波長変換素子）２７を通って平面鏡２８に
達し、反射面２８Ｒで反射される。
【００１３】ＫＴＰ等の非線形光学結晶素子２７は、タ
イプIIの位相整合により、上記基本波レーザ光ＬＡ
（ω）の２倍の周波数の第２高調波レーザ光ＬＡ（２
ω）を発生する。例えば基本波レーザ光ＬＡ（ω）の波
長λを１０６４ｎｍとすると、第２高調波レーザ光ＬＡ
（２ω）の波長はλ／２の５３２ｎｍとなる。凹面鏡２
４の反射面２４Ｒは、上記励起光（例えば波長８０８ｎ
ｍ）に対して高透過率を有し、レーザ媒質２６で発生し
た基本波レーザ光ＬＡ（ω）に対して高反射率ような特
性を有し、平面鏡２８の反射面２８Ｒは、基本波レーザ
光ＬＡ（ω）に対して高反射率を有し、第２高調波レー
ザ光ＬＡ（２ω）に対して高透過率を有するような特性
を有している。これらの反射面２４Ｒ、２８Ｒは、いわ
ゆるダイクロイックミラーにより形成できる。従って、
レーザ媒質２６で発生した基本波レーザ光ＬＡ（ω）
は、レーザ共振器２３の反射面２４Ｒと反射面２８Ｒと
の間を往復進行し、レーザ光の発振が行われる。なお、
上記１／４波長板２５は、非線形光学結晶素子２７に対
して方位角θ＝４５°だけ傾いた方位に設定されてお
り、共振器２３の各部におけるレーザ光のパワーを安定
化するためのものである。
イプIIの位相整合により、上記基本波レーザ光ＬＡ
（ω）の２倍の周波数の第２高調波レーザ光ＬＡ（２
ω）を発生する。例えば基本波レーザ光ＬＡ（ω）の波
長λを１０６４ｎｍとすると、第２高調波レーザ光ＬＡ
（２ω）の波長はλ／２の５３２ｎｍとなる。凹面鏡２
４の反射面２４Ｒは、上記励起光（例えば波長８０８ｎ
ｍ）に対して高透過率を有し、レーザ媒質２６で発生し
た基本波レーザ光ＬＡ（ω）に対して高反射率ような特
性を有し、平面鏡２８の反射面２８Ｒは、基本波レーザ
光ＬＡ（ω）に対して高反射率を有し、第２高調波レー
ザ光ＬＡ（２ω）に対して高透過率を有するような特性
を有している。これらの反射面２４Ｒ、２８Ｒは、いわ
ゆるダイクロイックミラーにより形成できる。従って、
レーザ媒質２６で発生した基本波レーザ光ＬＡ（ω）
は、レーザ共振器２３の反射面２４Ｒと反射面２８Ｒと
の間を往復進行し、レーザ光の発振が行われる。なお、
上記１／４波長板２５は、非線形光学結晶素子２７に対
して方位角θ＝４５°だけ傾いた方位に設定されてお
り、共振器２３の各部におけるレーザ光のパワーを安定
化するためのものである。
【００１４】すなわち、この上記１／４波長板２５は、
本件出願人が、先に特開平１−２２０８７９号公報や、
特願平２−１２５８５４号の明細書及び図面、特願平３
−１７０６８号の明細書及び図面等において開示した技
術に基づき用いられる複屈折性素子であり、非線形光学
結晶素子２７に対して方位角θ＝４５°だけ傾いた方位
に設定された１／４波長板２５を通ることにより、共振
器２３の各部におけるレーザ光のパワーを安定化するた
めのものである。
本件出願人が、先に特開平１−２２０８７９号公報や、
特願平２−１２５８５４号の明細書及び図面、特願平３
−１７０６８号の明細書及び図面等において開示した技
術に基づき用いられる複屈折性素子であり、非線形光学
結晶素子２７に対して方位角θ＝４５°だけ傾いた方位
に設定された１／４波長板２５を通ることにより、共振
器２３の各部におけるレーザ光のパワーを安定化するた
めのものである。
【００１５】すなわち、この１／４波長板２５を挿入す
ることにより、 （ｉ）和周波発生に起因する偏光モード間の非線形結合
がなくなり、偏光モード間のモード競合を防止できる。 （ii）２つの偏光モード間で空間位相差が９０°となる
ので、２つの偏光モード発振することにより空間的ホー
ルバーニング効果を抑止でき、縦２モード（偏光２モー
ド）の安定発振が得られる。という作用効果が得られる
ものである。
ることにより、 （ｉ）和周波発生に起因する偏光モード間の非線形結合
がなくなり、偏光モード間のモード競合を防止できる。 （ii）２つの偏光モード間で空間位相差が９０°となる
ので、２つの偏光モード発振することにより空間的ホー
ルバーニング効果を抑止でき、縦２モード（偏光２モー
ド）の安定発振が得られる。という作用効果が得られる
ものである。
【００１６】このような構成において、レーザダイオー
ド・アレー１１の複数の発光部１１Ｅからの各励起レー
ザ光が、円筒レンズ１２を介して光ファイバ・アレー１
３の各光ファイバ１３Ｆにそれぞれ結合され、これら複
数の光ファイバ１３Ｆが束ねられて光ファイバ１３Ｂに
よる高輝度励起光源が作られることにより、固体レーザ
装置の高出力化を図ることができる。
ド・アレー１１の複数の発光部１１Ｅからの各励起レー
ザ光が、円筒レンズ１２を介して光ファイバ・アレー１
３の各光ファイバ１３Ｆにそれぞれ結合され、これら複
数の光ファイバ１３Ｆが束ねられて光ファイバ１３Ｂに
よる高輝度励起光源が作られることにより、固体レーザ
装置の高出力化を図ることができる。
【００１７】ところで、複数の光ファイバ１３Ｆより成
るファイバ束の径と開口数の積は、励起光のレーザ媒質
（Ｎｄ：ＹＡＧロッド）２６内でのスポットサイズと収
束光の開口数との積に等しい。従って、集光系の倍率を
一定にして、ファイバ束の径を増加させるとき、レーザ
媒質２６内でのスポットサイズも増加する。レーザモー
ドとの重なり合いを保つためには、レーザ共振器２３の
共振器長（実効長）を長くしなければならない。同様
に、ファイバ束の開口数が増加すると収束光の開口数が
増加し、レーザモードとの重なり合いが悪くなる。一
方、集光系の倍率を上げて収束光の開口数を減少させよ
うとすると、スポットサイズが増加するので上記共振器
長を長くしなければならない。従って、レーザ共振器長
を一定に保ちながら、出力を上げるためにファイバ束の
径を増加させるには、ファイバ束の開口数を小さくする
必要がある。
るファイバ束の径と開口数の積は、励起光のレーザ媒質
（Ｎｄ：ＹＡＧロッド）２６内でのスポットサイズと収
束光の開口数との積に等しい。従って、集光系の倍率を
一定にして、ファイバ束の径を増加させるとき、レーザ
媒質２６内でのスポットサイズも増加する。レーザモー
ドとの重なり合いを保つためには、レーザ共振器２３の
共振器長（実効長）を長くしなければならない。同様
に、ファイバ束の開口数が増加すると収束光の開口数が
増加し、レーザモードとの重なり合いが悪くなる。一
方、集光系の倍率を上げて収束光の開口数を減少させよ
うとすると、スポットサイズが増加するので上記共振器
長を長くしなければならない。従って、レーザ共振器長
を一定に保ちながら、出力を上げるためにファイバ束の
径を増加させるには、ファイバ束の開口数を小さくする
必要がある。
【００１８】ここで、本発明の実施例においては、レー
ザダイオード・アレー１１と光ファイバ・アレー１３と
の間に、直径４００μｍ程度の円筒レンズ１２を配置し
ている。以下、実際の設計例について説明するが、光線
追跡の便宜上、実際のレーザ光の出射方向とは逆に、光
ファイバ１６Ｆ側から出射された平行光束が円筒レンズ
１２により正しくレーザダイオード端面の線上に結像さ
れるかについて評価する。レーザダイオードの垂直方向
の放射角は３０°であるから、円筒レンズ１２の開口数
は０．４以上必要である。
ザダイオード・アレー１１と光ファイバ・アレー１３と
の間に、直径４００μｍ程度の円筒レンズ１２を配置し
ている。以下、実際の設計例について説明するが、光線
追跡の便宜上、実際のレーザ光の出射方向とは逆に、光
ファイバ１６Ｆ側から出射された平行光束が円筒レンズ
１２により正しくレーザダイオード端面の線上に結像さ
れるかについて評価する。レーザダイオードの垂直方向
の放射角は３０°であるから、円筒レンズ１２の開口数
は０．４以上必要である。
【００１９】円筒レンズ１２の材質として、均質な溶融
石英を想定すると、波長８１０ｎｍでの屈折率は１．４
５３であるから、直径Ｄを４００μｍとするときの焦点
距離は３２０μｍである。ここで、開口数０．４に相当
する光束径２６０μｍの場合には、図４に示すように、
球面収差（縦軸）は１０μｍ以下となる。１０μｍの球
面収差は、上記光ファイバ上で、１０μｍ／３２０μｍ
＝０．０３の光束の広がりに対応するから、開口数０．
１の光ファイバに充分結合される。軸外収差の２０μｍ
程度のコマも、同様に開口数０．１の光ファイバに充分
結合される。
石英を想定すると、波長８１０ｎｍでの屈折率は１．４
５３であるから、直径Ｄを４００μｍとするときの焦点
距離は３２０μｍである。ここで、開口数０．４に相当
する光束径２６０μｍの場合には、図４に示すように、
球面収差（縦軸）は１０μｍ以下となる。１０μｍの球
面収差は、上記光ファイバ上で、１０μｍ／３２０μｍ
＝０．０３の光束の広がりに対応するから、開口数０．
１の光ファイバに充分結合される。軸外収差の２０μｍ
程度のコマも、同様に開口数０．１の光ファイバに充分
結合される。
【００２０】開口数０．５以上では、半径方向に屈折率
分布を与えた屈折率分布型光ファイバを円筒レンズ１２
として用いると、収差の発生を小さくすることができ
る。直径４００μｍの屈折率１．５０６の光ファイバ
に、イオン交換等により外側ほど屈折率が高くなるよう
に屈折率分布を与えた円筒レンズ１２によれば、図５に
示すように、球面収差は１０μｍ程度、軸外のコマも２
０μｍ程度となる。屈折率分布は、円筒レンズの径方向
の位置（動径座標）ｒでの屈折率ｎ（ｒ） ｎ（ｒ）＝１．５０６×（１＋（ａｒ）2 ／２） を、ａ＝０．０６３／ｍｍとして与えている。
分布を与えた屈折率分布型光ファイバを円筒レンズ１２
として用いると、収差の発生を小さくすることができ
る。直径４００μｍの屈折率１．５０６の光ファイバ
に、イオン交換等により外側ほど屈折率が高くなるよう
に屈折率分布を与えた円筒レンズ１２によれば、図５に
示すように、球面収差は１０μｍ程度、軸外のコマも２
０μｍ程度となる。屈折率分布は、円筒レンズの径方向
の位置（動径座標）ｒでの屈折率ｎ（ｒ） ｎ（ｒ）＝１．５０６×（１＋（ａｒ）2 ／２） を、ａ＝０．０６３／ｍｍとして与えている。
【００２１】このとき、円筒レンズ１２の焦点距離は３
８０μｍで、光ファイバ上での光束径は近軸近似計算で
は３８０μｍであるが、球面収差を考慮すると２６０μ
ｍとなる。一般に、円筒レンズの収差は相対的に大きい
が、小型のレンズでは焦点距離そのものが小さいので、
収差の絶対値は小さくなる利点がある。
８０μｍで、光ファイバ上での光束径は近軸近似計算で
は３８０μｍであるが、球面収差を考慮すると２６０μ
ｍとなる。一般に、円筒レンズの収差は相対的に大きい
が、小型のレンズでは焦点距離そのものが小さいので、
収差の絶対値は小さくなる利点がある。
【００２２】また円筒レンズ１２は、水平方向に屈折力
を持たないので、レーザダイオードの１０°の放射角で
直接光ファイバに結合される。この水平方向についての
開口数を考慮すると、sin １０°＝０．１７と小さいこ
とから、近似計算によれば、開口数が０．１の光ファイ
バに直接結合しても、９０％程度の結合効率が得られ
る。なお、垂直方向の放射角が３０°では、sin ３０°
＝０．５以上の開口数を想定している。
を持たないので、レーザダイオードの１０°の放射角で
直接光ファイバに結合される。この水平方向についての
開口数を考慮すると、sin １０°＝０．１７と小さいこ
とから、近似計算によれば、開口数が０．１の光ファイ
バに直接結合しても、９０％程度の結合効率が得られ
る。なお、垂直方向の放射角が３０°では、sin ３０°
＝０．５以上の開口数を想定している。
【００２３】このようにして、光ファイバのコア等を円
筒レンズ１２として用い、放射角分布が半値全角で例え
ば１０°×３０°程度の異方性を持つレーザダイオード
・アレー１１からのレーザ光を該円筒レンズ１２を介し
て光ファイバ・アレー１３に導入し、この光ファイバ・
アレー１３の各光ファイバ１３Ｆを束ねて高輝度励起光
源を作ることができる。この場合、容易に入手できる光
ファイバのコア部分を結合用の円筒レンズとして用いる
ことができ、円筒レンズの長さ方向に移動しても位置に
依存しないことより調整が容易であり、レーザダイオー
ドの放射角分布の異方性の補正が不要で、極めてコンパ
クトな光学系が構成でき、開口数の小さい（例えば０．
１程度）光ファイバに対して９０％近い高結合効率が得
られる、という効果が得られる。
筒レンズ１２として用い、放射角分布が半値全角で例え
ば１０°×３０°程度の異方性を持つレーザダイオード
・アレー１１からのレーザ光を該円筒レンズ１２を介し
て光ファイバ・アレー１３に導入し、この光ファイバ・
アレー１３の各光ファイバ１３Ｆを束ねて高輝度励起光
源を作ることができる。この場合、容易に入手できる光
ファイバのコア部分を結合用の円筒レンズとして用いる
ことができ、円筒レンズの長さ方向に移動しても位置に
依存しないことより調整が容易であり、レーザダイオー
ドの放射角分布の異方性の補正が不要で、極めてコンパ
クトな光学系が構成でき、開口数の小さい（例えば０．
１程度）光ファイバに対して９０％近い高結合効率が得
られる、という効果が得られる。
【００２４】なお、本発明は上記実施例のみに限定され
るものではなく、例えば、レーザダイオードの開口長
（発光幅）、放射角分布の半値全角、円筒レンズの材
料、直径、焦点距離、レーザダイオードの端面と円筒レ
ンズとの距離、光ファイバの開口数等は、上述した具体
例に限定されないことは勿論である。
るものではなく、例えば、レーザダイオードの開口長
（発光幅）、放射角分布の半値全角、円筒レンズの材
料、直径、焦点距離、レーザダイオードの端面と円筒レ
ンズとの距離、光ファイバの開口数等は、上述した具体
例に限定されないことは勿論である。
【００２５】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明に係る結合レンズ装置によれば、円筒レンズを、円筒
の長さ方向がレーザダイオード・アレーの長さ方向とな
るようにレーザダイオード端面から離して配置すること
により、レーザダイオードの放射角分布の異方性を補正
する必要なく、コンパクトな光学系で、開口数の小さい
光ファイバに対して９０％近い高結合効率でレーザダイ
オード・アレーを結合することができ、高輝度励起光源
を実現することができる。上記円筒レンズは、例えば光
ファイバのコア部分等を用いることができ、容易に入手
可能であり、調整が容易である。この円筒レンズとして
は、溶融石英または光学ガラスの均質または屈折率分布
型材料を用い、１００μｍ〜７００μｍ、典型的には４
００μｍの直径を有するものを用いることができる。
明に係る結合レンズ装置によれば、円筒レンズを、円筒
の長さ方向がレーザダイオード・アレーの長さ方向とな
るようにレーザダイオード端面から離して配置すること
により、レーザダイオードの放射角分布の異方性を補正
する必要なく、コンパクトな光学系で、開口数の小さい
光ファイバに対して９０％近い高結合効率でレーザダイ
オード・アレーを結合することができ、高輝度励起光源
を実現することができる。上記円筒レンズは、例えば光
ファイバのコア部分等を用いることができ、容易に入手
可能であり、調整が容易である。この円筒レンズとして
は、溶融石英または光学ガラスの均質または屈折率分布
型材料を用い、１００μｍ〜７００μｍ、典型的には４
００μｍの直径を有するものを用いることができる。
【００２６】なお、レーザダイオード・アレーをこのよ
うな結合レンズにより光ファイバ・アレーに結合して作
られた高輝度励起光源からの励起レーザ光は、固体レー
ザ装置に導入され、該固体レーザ装置の高出力化に貢献
する。
うな結合レンズにより光ファイバ・アレーに結合して作
られた高輝度励起光源からの励起レーザ光は、固体レー
ザ装置に導入され、該固体レーザ装置の高出力化に貢献
する。
【図１】本発明に係る結合レンズ装置の基本的な実施例
及びその適用例の概略構成を示す図である。
及びその適用例の概略構成を示す図である。
【図２】該実施例のレーザダイオードから光ファイバへ
のレーザ光の結合を説明するための図である。
のレーザ光の結合を説明するための図である。
【図３】該実施例に用いられる光ファイバの束の端面図
である。
である。
【図４】該実施例に用いられる円筒レンズの球面収差の
一例を示す図である。
一例を示す図である。
【図５】該実施例に用いられる円筒レンズの球面収差の
他の例を示す図である。
他の例を示す図である。
１１・・・・・レーザダイオード・アレー １２・・・・・円筒レンズ １３・・・・・光ファイバ・アレー １３Ｆ・・・・・光ファイバ ２２・・・・・レンズ ２３・・・・・レーザ共振器 ２４・・・・・凹面鏡 ２５・・・・・１／４波長板 ２６・・・・・レーザ媒質 ２７・・・・・非線形光学結晶素子 ２８・・・・・平面鏡
Claims (2)
- 【請求項１】 放射角の異方性を有するレーザダイオー
ド・アレーからのレーザ光を光ファイバ・アレーに結合
する結合レンズ装置において、 円筒状の形状を有し、円筒の長さ方向を上記レーザダイ
オード・アレーの水平方向に配置し、レーザダイオード
端面から離して配置される円筒レンズを用いることを特
徴とする結合レンズ装置。 - 【請求項２】 上記円筒レンズは、溶融石英または光学
ガラスの均質または屈折率分布型材料を用い、１００μ
ｍ〜７００μｍ、典型的には４００μｍの直径を有する
ことを特徴とする請求項１記載の結合レンズ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12409192A JPH05297253A (ja) | 1992-04-17 | 1992-04-17 | 結合レンズ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12409192A JPH05297253A (ja) | 1992-04-17 | 1992-04-17 | 結合レンズ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05297253A true JPH05297253A (ja) | 1993-11-12 |
Family
ID=14876707
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12409192A Pending JPH05297253A (ja) | 1992-04-17 | 1992-04-17 | 結合レンズ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05297253A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6628692B2 (en) | 1998-05-11 | 2003-09-30 | Nec Corporation | Solid-state laser device and solid-state laser amplifier provided therewith |
| JP2008076830A (ja) * | 2006-09-22 | 2008-04-03 | Fujifilm Corp | 光ファイバモジュール |
| JP2012529342A (ja) * | 2009-06-10 | 2012-11-22 | アルコン リサーチ， リミテッド | 低出力レーザ光を使用する眼内照明 |
| JP2018061006A (ja) * | 2016-09-30 | 2018-04-12 | 日亜化学工業株式会社 | 光源装置 |
-
1992
- 1992-04-17 JP JP12409192A patent/JPH05297253A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6628692B2 (en) | 1998-05-11 | 2003-09-30 | Nec Corporation | Solid-state laser device and solid-state laser amplifier provided therewith |
| JP2008076830A (ja) * | 2006-09-22 | 2008-04-03 | Fujifilm Corp | 光ファイバモジュール |
| JP2012529342A (ja) * | 2009-06-10 | 2012-11-22 | アルコン リサーチ， リミテッド | 低出力レーザ光を使用する眼内照明 |
| JP2018061006A (ja) * | 2016-09-30 | 2018-04-12 | 日亜化学工業株式会社 | 光源装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20010605 |