JPH0743643A - 半導体レーザ集光器 - Google Patents
半導体レーザ集光器Info
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- JPH0743643A JPH0743643A JP5207193A JP20719393A JPH0743643A JP H0743643 A JPH0743643 A JP H0743643A JP 5207193 A JP5207193 A JP 5207193A JP 20719393 A JP20719393 A JP 20719393A JP H0743643 A JPH0743643 A JP H0743643A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
- H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
Landscapes
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 モード空間の劣った半導体レーザ光の効果的
な集光を可能にする半導体レーザ集光器を提供する。 【構成】 中央で最も高く、周辺に向かって漸減するよ
うに屈折率が分布する光学ガラス体からなる分布屈折率
レンズを、半導体レーザ素子の活性層に対して垂直な一
軸方向に沿ってその屈折率が変化する向きにして半導体
レーザ素子の出射面に対向配置することにより、半導体
レーザ素子の出射光の垂直成分をコリメートする。
な集光を可能にする半導体レーザ集光器を提供する。 【構成】 中央で最も高く、周辺に向かって漸減するよ
うに屈折率が分布する光学ガラス体からなる分布屈折率
レンズを、半導体レーザ素子の活性層に対して垂直な一
軸方向に沿ってその屈折率が変化する向きにして半導体
レーザ素子の出射面に対向配置することにより、半導体
レーザ素子の出射光の垂直成分をコリメートする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ応用機器
としてのレーザ加工機や、光ファイバへの導光、あるい
は固体レーザの励起光源に利用するための半導体レーザ
集光器に関し、特に高効率に集光し得る半導体レーザ集
光器に関するものである。
としてのレーザ加工機や、光ファイバへの導光、あるい
は固体レーザの励起光源に利用するための半導体レーザ
集光器に関し、特に高効率に集光し得る半導体レーザ集
光器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザ素子は、活性層ストライプ
からレーザ光を出射する。図１０に示すように、１Ｗ程
度の高出力半導体レーザ素子１２の活性層１１の構造
は、幅寸法（活性層に対して平行方向）が広く（１００
〜２００μｍ）、厚さ寸法（活性層に対して垂直方向）
が薄く（０．１〜１μｍ）、その全長は１mmに満たない
程度のものである。このため、光の出射端は、線状光源
となる。
からレーザ光を出射する。図１０に示すように、１Ｗ程
度の高出力半導体レーザ素子１２の活性層１１の構造
は、幅寸法（活性層に対して平行方向）が広く（１００
〜２００μｍ）、厚さ寸法（活性層に対して垂直方向）
が薄く（０．１〜１μｍ）、その全長は１mmに満たない
程度のものである。このため、光の出射端は、線状光源
となる。
【０００３】これのビーム放射角は、活性層１１に対し
て垂直成分θVが大きく（５０〜６０度）、平行成分θH
が小さい（〜１０度）。そのため、この半導体レーザ光
を単レンズを用いて集光しようとすると、半導体レーザ
素子自体に比べて比較的大きな光学系を要することとな
る。垂直成分θVと平行成分θHとのビーム放射角の違い
に対応して２種類のシリンドリカルレンズを用い、焦点
距離の短いシリンドリカルレンズにて放射角が大きい垂
直成分θVをコリメートし、焦点距離の長いシリンドリ
カルレンズにて放射角が小さい平行成分θHをコリメー
トして集光する試みもなされてきたが、やはり光学系が
大きくなるという欠点があった。
て垂直成分θVが大きく（５０〜６０度）、平行成分θH
が小さい（〜１０度）。そのため、この半導体レーザ光
を単レンズを用いて集光しようとすると、半導体レーザ
素子自体に比べて比較的大きな光学系を要することとな
る。垂直成分θVと平行成分θHとのビーム放射角の違い
に対応して２種類のシリンドリカルレンズを用い、焦点
距離の短いシリンドリカルレンズにて放射角が大きい垂
直成分θVをコリメートし、焦点距離の長いシリンドリ
カルレンズにて放射角が小さい平行成分θHをコリメー
トして集光する試みもなされてきたが、やはり光学系が
大きくなるという欠点があった。
【０００４】一方、中心軸上の屈折率が最も高く、周辺
に向かって屈折率が漸減している円柱状をなす放射状分
布屈折率レンズを用いれば、微小なレンズ内で光線を連
続的に曲げることができることが知られている。この分
布屈折率レンズは、一般にガラスを溶融塩中に浸してガ
ラスに予めドープした銀イオン（Ａｇ+）などの一価イ
オンをアルカリイオンと交換し、イオン拡散分布を利用
して屈折率分布を形成するものである。また、レンズの
球面収差を補正するために、光軸方向に屈折率変化をつ
けたものもある。円柱ガラスに代えて平板ガラスを用い
れば、イオン拡散の時間を適当に選んで中央部で高く両
側端部で低い屈折率分布のものを形成することができ
る。
に向かって屈折率が漸減している円柱状をなす放射状分
布屈折率レンズを用いれば、微小なレンズ内で光線を連
続的に曲げることができることが知られている。この分
布屈折率レンズは、一般にガラスを溶融塩中に浸してガ
ラスに予めドープした銀イオン（Ａｇ+）などの一価イ
オンをアルカリイオンと交換し、イオン拡散分布を利用
して屈折率分布を形成するものである。また、レンズの
球面収差を補正するために、光軸方向に屈折率変化をつ
けたものもある。円柱ガラスに代えて平板ガラスを用い
れば、イオン拡散の時間を適当に選んで中央部で高く両
側端部で低い屈折率分布のものを形成することができ
る。
【０００５】ところで、円柱状の放射状分布屈折率レン
ズに、その軸線方向端面から半導体レーザ光を入射する
と、これは異なる屈折率が放射状に分布しているので、
半導体レーザ出射光の垂直、平行両成分に対して等しい
屈折率を与える。そのため、発光源の幅が小さくてビー
ム放射角が大きい垂直成分θVの集光には好適である
が、発光源の幅が大きくてビーム放射角が小さい平行成
分θHの集光には必ずしも適していない。これは放射角
が大きい垂直成分θVを集光するために半導体レーザ素
子にレンズを近接配置すると、集束光学系との組合せで
決まる倍率を平行成分の光源幅に乗じて求めた結像の大
きさが過大になるきらいがあり、集束スポット径をあま
り小さくできないからである。
ズに、その軸線方向端面から半導体レーザ光を入射する
と、これは異なる屈折率が放射状に分布しているので、
半導体レーザ出射光の垂直、平行両成分に対して等しい
屈折率を与える。そのため、発光源の幅が小さくてビー
ム放射角が大きい垂直成分θVの集光には好適である
が、発光源の幅が大きくてビーム放射角が小さい平行成
分θHの集光には必ずしも適していない。これは放射角
が大きい垂直成分θVを集光するために半導体レーザ素
子にレンズを近接配置すると、集束光学系との組合せで
決まる倍率を平行成分の光源幅に乗じて求めた結像の大
きさが過大になるきらいがあり、集束スポット径をあま
り小さくできないからである。
【０００６】他方、単一ストライプ半導体レーザ素子
は、その出力限度が比較的低く、レーザ加工等の高出力
レーザ光が要求される分野にはそのまま用いることが困
難であるため、高出力を必要とする場合はマルチストラ
イプアレイ半導体レーザ素子が用いられる。このマルチ
ストライプアレイ半導体レーザ素子２２は、図１１に示
すように、複数の活性層ストライプ２１をアレイ状に配
列したものであり、１０〜１００本の活性層が１つの半
導体チップに刻まれており、１次元上に配列した１０〜
１００箇所の線分状の各点から光が出射する破線状の光
源を有している。このようなマルチストライプアレイ半
導体レーザ光を集光すると、上記した単一ストライプ半
導体レーザ光の集光時の問題点が更に増幅される。
は、その出力限度が比較的低く、レーザ加工等の高出力
レーザ光が要求される分野にはそのまま用いることが困
難であるため、高出力を必要とする場合はマルチストラ
イプアレイ半導体レーザ素子が用いられる。このマルチ
ストライプアレイ半導体レーザ素子２２は、図１１に示
すように、複数の活性層ストライプ２１をアレイ状に配
列したものであり、１０〜１００本の活性層が１つの半
導体チップに刻まれており、１次元上に配列した１０〜
１００箇所の線分状の各点から光が出射する破線状の光
源を有している。このようなマルチストライプアレイ半
導体レーザ光を集光すると、上記した単一ストライプ半
導体レーザ光の集光時の問題点が更に増幅される。
【０００７】マルチストライプアレイ半導体レーザ光を
集光する方法として、光ファイバなどの外径の小さな円
柱レンズを用いる方法がある。しかしながらこの方法
は、活性層の配列と光ファイバの向きとの平行度のずれ
が、光ファイバからのマルチビーム出射光の平行度のず
れとなって現れるため、集束レンズで絞った時にうまく
重畳できないという欠点がある上、一般に光ファイバを
半導体レーザの出射面に極めて近接して配置せねばなら
ないという不都合がある。特に、光ファイバに於ける光
の反射ロスを抑えるために反射防止コーティングを施し
た光ファイバは、光ファイバの直径が小さいため、光軸
からわずかにずれた光線に対しては、入射角が０度から
ずれた波長に対応して施した反射防止膜が適合せず、反
射ロスを生じていた。
集光する方法として、光ファイバなどの外径の小さな円
柱レンズを用いる方法がある。しかしながらこの方法
は、活性層の配列と光ファイバの向きとの平行度のずれ
が、光ファイバからのマルチビーム出射光の平行度のず
れとなって現れるため、集束レンズで絞った時にうまく
重畳できないという欠点がある上、一般に光ファイバを
半導体レーザの出射面に極めて近接して配置せねばなら
ないという不都合がある。特に、光ファイバに於ける光
の反射ロスを抑えるために反射防止コーティングを施し
た光ファイバは、光ファイバの直径が小さいため、光軸
からわずかにずれた光線に対しては、入射角が０度から
ずれた波長に対応して施した反射防止膜が適合せず、反
射ロスを生じていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
半導体レーザ光をコリメートし、できるだけ細く、かつ
平行な光線に変換することがレーザ光を利用する上で重
要なポイントである。しかるに半導体レーザは、活性層
に対する垂直成分と平行成分とで出射光の特性が異なる
ので、別々に集光することが望まれる。しかも、垂直成
分のビーム放射角が非常に大きいことを考えると、垂直
成分の集光には、短い光路長で光の進行方向を大きく変
えることのできる光学系が求められる。
半導体レーザ光をコリメートし、できるだけ細く、かつ
平行な光線に変換することがレーザ光を利用する上で重
要なポイントである。しかるに半導体レーザは、活性層
に対する垂直成分と平行成分とで出射光の特性が異なる
ので、別々に集光することが望まれる。しかも、垂直成
分のビーム放射角が非常に大きいことを考えると、垂直
成分の集光には、短い光路長で光の進行方向を大きく変
えることのできる光学系が求められる。
【０００９】本発明は、このような従来の状況に鑑みて
なされたものであり、その主な目的は、半導体レーザ光
を絞ってビームスポット径の小さいものを得るために、
モード空間の悪い半導体レーザ出射光をうまくコリメー
トし、これによって微小スポットに絞られた高密度エネ
ルギー光を直接利用したり、高効率で光ファイバに導光
したり、固体レーザ発振のモード空間に半導体レーザ出
力光による励起空間がマッチングするように、高効率に
固体レーザ基本波を生起せしめる半導体レーザを得るた
めの半導体レーザー集光器を提供することにある。
なされたものであり、その主な目的は、半導体レーザ光
を絞ってビームスポット径の小さいものを得るために、
モード空間の悪い半導体レーザ出射光をうまくコリメー
トし、これによって微小スポットに絞られた高密度エネ
ルギー光を直接利用したり、高効率で光ファイバに導光
したり、固体レーザ発振のモード空間に半導体レーザ出
力光による励起空間がマッチングするように、高効率に
固体レーザ基本波を生起せしめる半導体レーザを得るた
めの半導体レーザー集光器を提供することにある。
【００１０】
【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、中央で最も高く、周辺に向かって漸減する
ように屈折率が分布する光学ガラス体からなる分布屈折
率レンズを、半導体レーザ素子の活性層に対して垂直な
一軸方向に沿ってその屈折率が変化する向きにして前記
半導体レーザ素子の出射面に対向配置することにより、
前記半導体レーザ素子の出射光の垂直成分をコリメート
することを特徴とする半導体レーザ集光器を提供するこ
とによって達成される。
明によれば、中央で最も高く、周辺に向かって漸減する
ように屈折率が分布する光学ガラス体からなる分布屈折
率レンズを、半導体レーザ素子の活性層に対して垂直な
一軸方向に沿ってその屈折率が変化する向きにして前記
半導体レーザ素子の出射面に対向配置することにより、
前記半導体レーザ素子の出射光の垂直成分をコリメート
することを特徴とする半導体レーザ集光器を提供するこ
とによって達成される。
【００１１】
【作用】半導体レーザは、偏平な光源から発したもので
あり、前述のように、ビーム放射角は、半導体レーザ素
子の活性層に対する垂直成分θVが大きく、平行成分θH
が小さい。そして発光源の幅は垂直成分が狭く、平行成
分は広い。（単一ストライプ半導体レーザ素子は、この
ような活性層ストライプが一本だけからなるレーザ素子
である）
あり、前述のように、ビーム放射角は、半導体レーザ素
子の活性層に対する垂直成分θVが大きく、平行成分θH
が小さい。そして発光源の幅は垂直成分が狭く、平行成
分は広い。（単一ストライプ半導体レーザ素子は、この
ような活性層ストライプが一本だけからなるレーザ素子
である）
【００１２】このような半導体レーザを集光するには、
まず垂直成分と同一の一軸方向についての屈折率分布が
連続的に変化している分布屈折率レンズを用いて垂直成
分コリメートした後、別のコリメータレンズを用いて平
行成分をコリメートする。このような分布屈折率レンズ
によれば、連続的に光路変化を与えることができるた
め、狭い領域内でのコリメートを可能とする。
まず垂直成分と同一の一軸方向についての屈折率分布が
連続的に変化している分布屈折率レンズを用いて垂直成
分コリメートした後、別のコリメータレンズを用いて平
行成分をコリメートする。このような分布屈折率レンズ
によれば、連続的に光路変化を与えることができるた
め、狭い領域内でのコリメートを可能とする。
【００１３】半導体レーザ素子の活性層を一次元的に多
数配列したマルチストライプアレイ半導体レーザは、上
記したように、一つの半導体レーザ素子から１０〜１０
０本のレーザ光が出射する点線状の光源を与えるが、こ
のような半導体レーザに対しても、単一ストライプ半導
体レーザと同様に、一軸方向についての屈折率分布が連
続変化している分布屈折率レンズによってコリメートす
ることができる。
数配列したマルチストライプアレイ半導体レーザは、上
記したように、一つの半導体レーザ素子から１０〜１０
０本のレーザ光が出射する点線状の光源を与えるが、こ
のような半導体レーザに対しても、単一ストライプ半導
体レーザと同様に、一軸方向についての屈折率分布が連
続変化している分布屈折率レンズによってコリメートす
ることができる。
【００１４】
【実施例】以上に添付の図面に示された具体的な実施例
を参照して本発明を詳細に説明する。
を参照して本発明を詳細に説明する。
【００１５】一軸方向に沿ってのみ屈折率に連続的変化
を与える分布屈折率レンズの一例として、平板状の光学
ガラス体からなる一次元分布屈折率レンズ１を図１−ａ
に示す。これの幅方向（Ｗ）の屈折率分布特性は、図１
−ｂに示すように、中央断面での屈折率ｎ0が最も高
く、幅方向の両端側へ進むにつれて屈折率が次第に低く
なっている。例えば、ｎ0はおよそ１.６程度であり、両
端部との屈折率差は約０.０５である。
を与える分布屈折率レンズの一例として、平板状の光学
ガラス体からなる一次元分布屈折率レンズ１を図１−ａ
に示す。これの幅方向（Ｗ）の屈折率分布特性は、図１
−ｂに示すように、中央断面での屈折率ｎ0が最も高
く、幅方向の両端側へ進むにつれて屈折率が次第に低く
なっている。例えば、ｎ0はおよそ１.６程度であり、両
端部との屈折率差は約０.０５である。
【００１６】この一次元分布屈折率レンズ１に於ては、
半導体レーザ素子１２の活性層１１が発する放射光は、
図１−ａに於ける左方から入射し、入射位置の屈折率に
応じてレンズ内を曲線を描いて進み、平行光線となって
右方から出射する。中央部に入射した光線は、レンズ内
を直進してそのまま出射する。
半導体レーザ素子１２の活性層１１が発する放射光は、
図１−ａに於ける左方から入射し、入射位置の屈折率に
応じてレンズ内を曲線を描いて進み、平行光線となって
右方から出射する。中央部に入射した光線は、レンズ内
を直進してそのまま出射する。
【００１７】この一次元分布屈折率レンズ１を、図２に
示すように、半導体レーザ素子１２に於ける活性層１１
の出射面に対向配置することにより、活性層１１に対し
て垂直方向の出射光の成分がコリメートされる（図２−
ｂ参照）。さらに一次元分布屈折率レンズ１の出射面に
シリンドリカルレンズ２を対向配置することにより、活
性層１１に対して平行方向の出射光の成分がコリメート
される（図２−ａ参照）。例えば幅寸法が２mm、長さ寸
法が２.５mmの一次元分布屈折率レンズ１を用いること
により、垂直成分の幅が１.５mmに、平行成分の幅が
０．５mmに、それぞれコリメートされたビームが得られ
る。また、一次元分布屈折率レンズ１と半導体レーザ素
子１２との間隔は１mmで集光できる。ちなみに、シリン
ドリカルレンズを用いて垂直成分を集光すると、１０mm
程度の比較的大きなビーム径にしかコリメートできな
い。
示すように、半導体レーザ素子１２に於ける活性層１１
の出射面に対向配置することにより、活性層１１に対し
て垂直方向の出射光の成分がコリメートされる（図２−
ｂ参照）。さらに一次元分布屈折率レンズ１の出射面に
シリンドリカルレンズ２を対向配置することにより、活
性層１１に対して平行方向の出射光の成分がコリメート
される（図２−ａ参照）。例えば幅寸法が２mm、長さ寸
法が２.５mmの一次元分布屈折率レンズ１を用いること
により、垂直成分の幅が１.５mmに、平行成分の幅が
０．５mmに、それぞれコリメートされたビームが得られ
る。また、一次元分布屈折率レンズ１と半導体レーザ素
子１２との間隔は１mmで集光できる。ちなみに、シリン
ドリカルレンズを用いて垂直成分を集光すると、１０mm
程度の比較的大きなビーム径にしかコリメートできな
い。
【００１８】分布屈折率レンズとして、図３に示すよう
な、中心軸上での屈折率が最も高く、かつ放射方向に周
辺に向かって次第に屈折率が減少している円柱状の光学
ガラス体からなる放射状分布屈折率レンズ３を用いるこ
ともできる。本発明に於ては、この放射状分布屈折率レ
ンズ３の周面を入射面として半導体レーザ光を集光す
る。これの場合の光路は、図３−ａに示すように、レン
ズ中心を通る光線以外の入射光線は、レンズ内部で連続
的に曲げられて平行光線となって出射する。
な、中心軸上での屈折率が最も高く、かつ放射方向に周
辺に向かって次第に屈折率が減少している円柱状の光学
ガラス体からなる放射状分布屈折率レンズ３を用いるこ
ともできる。本発明に於ては、この放射状分布屈折率レ
ンズ３の周面を入射面として半導体レーザ光を集光す
る。これの場合の光路は、図３−ａに示すように、レン
ズ中心を通る光線以外の入射光線は、レンズ内部で連続
的に曲げられて平行光線となって出射する。
【００１９】この放射状分布屈折率レンズ３を用いた半
導体レーザ集光器の模式図を図４に示す。この場合、直
径２mm、長さ５mmの円柱状の放射状分布屈折率レンズ３
の周面に半導体レーザ光を照射すると、図４−ｂに示す
ように垂直成分がコリメートされる。そして平行成分
は、図４−ａに示すようにシリンドリカルレンズ２を用
いてコリメートされる。このようにして、垂直成分の幅
が１．５mm、平行成分の幅が０．５mmのビームが得られ
る。
導体レーザ集光器の模式図を図４に示す。この場合、直
径２mm、長さ５mmの円柱状の放射状分布屈折率レンズ３
の周面に半導体レーザ光を照射すると、図４−ｂに示す
ように垂直成分がコリメートされる。そして平行成分
は、図４−ａに示すようにシリンドリカルレンズ２を用
いてコリメートされる。このようにして、垂直成分の幅
が１．５mm、平行成分の幅が０．５mmのビームが得られ
る。
【００２０】分布屈折率レンズとして、上記した円柱状
の放射状分布屈折率レンズを中心軸に平行な任意の一平
面で切断したものでも半導体レーザ光を集光することが
できる。この場合、適宜な半径方向厚みを有する片平面
の放射状分布屈折率レンズ４の平面側４ａを入射面とす
ると、光源からの距離を真円柱のものに比してより離間
して集光することができる。この場合の光路は、図５−
ａに示すようになる。
の放射状分布屈折率レンズを中心軸に平行な任意の一平
面で切断したものでも半導体レーザ光を集光することが
できる。この場合、適宜な半径方向厚みを有する片平面
の放射状分布屈折率レンズ４の平面側４ａを入射面とす
ると、光源からの距離を真円柱のものに比してより離間
して集光することができる。この場合の光路は、図５−
ａに示すようになる。
【００２１】なお、曲面側を入射面とし、平面側を出射
面として集光することもでき、また切断面の位置は、所
望の焦点距離に応じて任意の厚さに縦切りにしたものを
用いて集光することもできる。
面として集光することもでき、また切断面の位置は、所
望の焦点距離に応じて任意の厚さに縦切りにしたものを
用いて集光することもできる。
【００２２】この片平面型放射状分布屈折率レンズ４を
用いた半導体レーザ集光器の模式図を図６に示す。この
場合、直径１mm、長さ５mmの片平面型放射状分布屈折率
レンズ４を用い、半導体レーザ光を平面側４ａから入射
し、円筒面から出射することにより、垂直成分がコリメ
ートされる（図６−ｂ参照）。そして平行成分は、上記
と同様にシリンドリカルレンズ２にてコリメートされる
（図６−ａ参照）。これによると、光源とレンズの入射
面との間隔を０．５mm程度と比較的長くとることがで
き、しかも垂直成分の幅が０．７mm、平行成分の幅が
０．５mmという比較的真円に近いビームが得られる。
用いた半導体レーザ集光器の模式図を図６に示す。この
場合、直径１mm、長さ５mmの片平面型放射状分布屈折率
レンズ４を用い、半導体レーザ光を平面側４ａから入射
し、円筒面から出射することにより、垂直成分がコリメ
ートされる（図６−ｂ参照）。そして平行成分は、上記
と同様にシリンドリカルレンズ２にてコリメートされる
（図６−ａ参照）。これによると、光源とレンズの入射
面との間隔を０．５mm程度と比較的長くとることがで
き、しかも垂直成分の幅が０．７mm、平行成分の幅が
０．５mmという比較的真円に近いビームが得られる。
【００２３】分布屈折率レンズとして、円柱形の放射状
分布屈折率レンズを二つの平面で縦切りにしたものを用
いても半導体レーザ光を集光することができる。この場
合の光路図を図７−ａに示す。このような両平面型放射
状分布屈折率レンズ５を用いて半導体レーザを集光する
模式図を図８に示す。直径２mm、厚さ１mm，長さ５mmの
当該レンズにより、半導体レーザ光を集光してその垂直
成分がコリメートされる（図８−ｂ参照）そして平行成
分はシリンドリカルレンズ２によりコリメートされる
（図８−ａ参照）。これによっても垂直成分の幅が０．
７mm、平行成分の幅が０．５mmのビームが得られる。な
お、この両平面型放射状分布屈折率レンズ５は、屈折率
の変化率（図７−ｂ、ｃの特性曲線）を比較的急勾配に
した方が好ましい。
分布屈折率レンズを二つの平面で縦切りにしたものを用
いても半導体レーザ光を集光することができる。この場
合の光路図を図７−ａに示す。このような両平面型放射
状分布屈折率レンズ５を用いて半導体レーザを集光する
模式図を図８に示す。直径２mm、厚さ１mm，長さ５mmの
当該レンズにより、半導体レーザ光を集光してその垂直
成分がコリメートされる（図８−ｂ参照）そして平行成
分はシリンドリカルレンズ２によりコリメートされる
（図８−ａ参照）。これによっても垂直成分の幅が０．
７mm、平行成分の幅が０．５mmのビームが得られる。な
お、この両平面型放射状分布屈折率レンズ５は、屈折率
の変化率（図７−ｂ、ｃの特性曲線）を比較的急勾配に
した方が好ましい。
【００２４】以上は単一ストライプ半導体レーザ素子の
集光方法について述べたが、マルチストライプアレイ半
導体レーザ素子２２の集光も同様に行うことができる。
この場合、例えば図９に示すように、アレイの全幅（１
０mm程度）をカバーできる程度の長さ（例えば直径１m
m、長さ１５mm）を持つ片平面型放射状分布屈折率レン
ズ１４を用い、活性層２１が発するレーザ光を平面側１
４ａから入射し、円筒面から出射して垂直成分をコリメ
ートすればよく、平行成分については、更に各ストライ
プ光をマイクロシリンドリカルレンズアレイ６を用いて
それぞれコリメートすればよい。このようにして、複数
の活性層が発するレーザ光の各々が、単一ストライプの
場合と同様にコリメートされたビーム束が得られる。
集光方法について述べたが、マルチストライプアレイ半
導体レーザ素子２２の集光も同様に行うことができる。
この場合、例えば図９に示すように、アレイの全幅（１
０mm程度）をカバーできる程度の長さ（例えば直径１m
m、長さ１５mm）を持つ片平面型放射状分布屈折率レン
ズ１４を用い、活性層２１が発するレーザ光を平面側１
４ａから入射し、円筒面から出射して垂直成分をコリメ
ートすればよく、平行成分については、更に各ストライ
プ光をマイクロシリンドリカルレンズアレイ６を用いて
それぞれコリメートすればよい。このようにして、複数
の活性層が発するレーザ光の各々が、単一ストライプの
場合と同様にコリメートされたビーム束が得られる。
【００２５】なお、上記各実施例に於ては、平行成分の
コリメートにシリンドリカルレンズを用いたが、これは
各種の分布屈折率レンズを用いてもよい。
コリメートにシリンドリカルレンズを用いたが、これは
各種の分布屈折率レンズを用いてもよい。
【００２６】
【発明の効果】このような構成の半導体レーザ集光器に
よれば、モード空間特性の悪い半導体レーザ光を、従来
のコリメータレンズに比して長い焦点距離でより細いビ
ームにコリメートすることができるので、更に集束光学
系と組み合わせて細く絞れば、パワー密度のより一層高
いビームスポットを得ることができる。また、集束した
半導体レーザ光を光ファイバに導光すれば、ハンドリン
グし易いレーザ光が得られ、更にまた、一つのスポット
に集束したマルチストライプアレイ半導体レーザ光を用
いて固体レーザを励起すれば、高効率にかつビーム質の
良い固体レーザを実現することができる。
よれば、モード空間特性の悪い半導体レーザ光を、従来
のコリメータレンズに比して長い焦点距離でより細いビ
ームにコリメートすることができるので、更に集束光学
系と組み合わせて細く絞れば、パワー密度のより一層高
いビームスポットを得ることができる。また、集束した
半導体レーザ光を光ファイバに導光すれば、ハンドリン
グし易いレーザ光が得られ、更にまた、一つのスポット
に集束したマルチストライプアレイ半導体レーザ光を用
いて固体レーザを励起すれば、高効率にかつビーム質の
良い固体レーザを実現することができる。
【図１】（ａ）は本発明の一次元分布屈折率レンズの光
路図。（ｂ）は屈折率分布の特性線図。
路図。（ｂ）は屈折率分布の特性線図。
【図２】本発明の一次元分布屈折率レンズを用いた半導
体レーザ集光器の模式図。（ａ）は上面図、（ｂ）は側
面図。
体レーザ集光器の模式図。（ａ）は上面図、（ｂ）は側
面図。
【図３】（ａ）は本発明の円柱型放射状分布屈折率レン
ズの光路図。（ｂ）及び（ｃ）は屈折率分布の特性線
図。
ズの光路図。（ｂ）及び（ｃ）は屈折率分布の特性線
図。
【図４】本発明の円柱型放射状分布屈折率レンズを用い
た半導体レーザ集光器の模式図。（ａ）は上面図、
（ｂ）は側面図。
た半導体レーザ集光器の模式図。（ａ）は上面図、
（ｂ）は側面図。
【図５】（ａ）は本発明の片平面型放射状分布屈折率レ
ンズの光路図。（ｂ）及び（ｃ）は屈折率分布の特性線
図。
ンズの光路図。（ｂ）及び（ｃ）は屈折率分布の特性線
図。
【図６】本発明の片平面型放射状分布屈折率レンズを用
いた半導体レーザ集光器の模式図。（ａ）は上面図、
（ｂ）は側面図。
いた半導体レーザ集光器の模式図。（ａ）は上面図、
（ｂ）は側面図。
【図７】（ａ）は本発明の両平面型放射状分布屈折率レ
ンズの光路図。（ｂ）及び（ｃ）は屈折率分布の特性線
図。
ンズの光路図。（ｂ）及び（ｃ）は屈折率分布の特性線
図。
【図８】本発明の両平面型放射状分布屈折率レンズを用
いた半導体レーザ集光器の模式図。（ａ）は上面図、
（ｂ）は側面図。
いた半導体レーザ集光器の模式図。（ａ）は上面図、
（ｂ）は側面図。
【図９】本発明によるマルチストライプアレイ半導体レ
ーザ集光器の模式図。（ａ）は上面図、（ｂ）は側面
図。
ーザ集光器の模式図。（ａ）は上面図、（ｂ）は側面
図。
【図１０】単一ストライプ半導体レーザ素子に於ける活
性層からの出射光パターン図。
性層からの出射光パターン図。
【図１１】マルチストライプアレイ半導体レーザ素子に
於ける活性層からの出射光パターン図。
於ける活性層からの出射光パターン図。
１ 一次元分布屈折率レンズ ２ シリンドリカルレンズ ３ 真円型放射状分布屈折率レンズ ４・１４ 片平面型放射状分布屈折率レンズ ４ａ・１４ａ 平面 ５ 両平面型放射状分布屈折率レンズ ６ マルチシリンドリカルレンズアレイ １１・２１ 活性層 １２ 単一ストライプ半導体レーザ素子 ２２ マルチストライプ半導体レーザ素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 哲郎 東京都千代田区大手町２−６−３ 新日本 製鐵株式会社内 (72)発明者 斉藤 吉正 東京都千代田区大手町２−６−３ 新日本 製鐵株式会社内
Claims (6)
- 【請求項１】 中央で最も高く、周辺に向かって漸減す
るように屈折率が分布する光学ガラス体からなる分布屈
折率レンズを、半導体レーザ素子の活性層に対して垂直
な一軸方向に沿ってその屈折率が変化する向きにして前
記半導体レーザ素子の出射面に対向配置することによ
り、前記半導体レーザ素子の出射光の垂直成分をコリメ
ートすることを特徴とする半導体レーザ集光器。 - 【請求項２】 前記分布屈折率レンズが、透過光の光軸
に直交する一軸方向についての中央面の屈折率が最も高
く、両端面に向かって漸減する平板状をなす一次元分布
屈折率レンズであることを特徴とする請求項１に記載の
半導体レーザ集光器。 - 【請求項３】 前記分布屈折率レンズが、中心軸上の屈
折率が最も高く、周辺に向かって屈折率が漸減している
円柱状をなす放射状分布屈折率レンズであり、該レンズ
の周面を前記半導体レーザ素子の出射面に対向配置した
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ集光
器。 - 【請求項４】 前記分布屈折率レンズが、中心軸上の屈
折率が最も高く、周辺に向かって屈折率が漸減している
円柱状をなす放射状分布屈折率レンズを中心軸と平行な
任意の１平面で切断した片平面型放射状分布屈折率レン
ズであり、その切断面を入射面或いは出射面として前記
半導体レーザ素子の出射面に対向配置したことを特徴と
する請求項１に記載の半導体レーザ集光器。 - 【請求項５】 前記分布屈折率レンズが、中心軸上の屈
折率が最も高く、周辺に向かって屈折率が漸減している
円柱状をなす放射状分布屈折率レンズを中心軸と平行な
任意の２平面で切断した両平面型放射状分布屈折率レン
ズであり、その切断面の一方を前記半導体レーザ素子の
出射面に対向配置したことを特徴とする請求項１に記載
の半導体レーザ集光器。 - 【請求項６】 前記半導体レーザ素子は、マルチストラ
イプアレイ半導体レーザ素子であり、前記分布屈折率レ
ンズにて出射光の垂直成分をコリメートした後に、多数
のシリンドリカルレンズからなるレンズアレイによって
出射光の平行成分をコリメートすることを特徴とする請
求項１乃至請求項５のいずれかに記載の半導体レーザ集
光器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5207193A JPH0743643A (ja) | 1993-07-28 | 1993-07-28 | 半導体レーザ集光器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5207193A JPH0743643A (ja) | 1993-07-28 | 1993-07-28 | 半導体レーザ集光器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0743643A true JPH0743643A (ja) | 1995-02-14 |
Family
ID=16535791
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5207193A Withdrawn JPH0743643A (ja) | 1993-07-28 | 1993-07-28 | 半導体レーザ集光器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0743643A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2784469A1 (fr) * | 1998-10-09 | 2000-04-14 | Thomson Csf | Dispositif pour augmenter la luminance de diodes laser |
| JP2003270585A (ja) * | 2002-03-18 | 2003-09-25 | Ricoh Co Ltd | レーザ照明光学系及びそれを用いた露光装置、レーザ加工装置、投射装置 |
| US7035014B2 (en) | 2001-04-18 | 2006-04-25 | Hentze-Lissotschenko | Device for collimating light emanating from a laser light source and beam transformer for said arrangement |
| JP4995342B1 (ja) * | 2011-11-21 | 2012-08-08 | フェニックス電機株式会社 | 露光用光源およびこれを用いた露光装置 |
| WO2013150864A1 (ja) * | 2012-04-03 | 2013-10-10 | ウシオ電機株式会社 | 半導体レーザ光学装置 |
| JP2016218406A (ja) * | 2015-05-26 | 2016-12-22 | 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 | 光変調器モジュール |
| US20170010417A1 (en) * | 2014-03-26 | 2017-01-12 | Fujikura Ltd. | Light guiding device, manufacturing method, and ld module |
| JP2018074017A (ja) * | 2016-10-31 | 2018-05-10 | 株式会社島津製作所 | レーザ装置 |
| WO2018221389A1 (ja) * | 2017-05-29 | 2018-12-06 | 国立研究開発法人理化学研究所 | 光デバイス、投光装置及び光学式センサ |
| CN109946678A (zh) * | 2019-03-15 | 2019-06-28 | 深圳市速腾聚创科技有限公司 | 激光雷达发射***和方法 |
-
1993
- 1993-07-28 JP JP5207193A patent/JPH0743643A/ja not_active Withdrawn
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2784469A1 (fr) * | 1998-10-09 | 2000-04-14 | Thomson Csf | Dispositif pour augmenter la luminance de diodes laser |
| US7035014B2 (en) | 2001-04-18 | 2006-04-25 | Hentze-Lissotschenko | Device for collimating light emanating from a laser light source and beam transformer for said arrangement |
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| US9864142B2 (en) * | 2014-03-26 | 2018-01-09 | Fujikura Ltd. | Light guiding device, manufacturing method, and LD module |
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| JP2018074017A (ja) * | 2016-10-31 | 2018-05-10 | 株式会社島津製作所 | レーザ装置 |
| WO2018221389A1 (ja) * | 2017-05-29 | 2018-12-06 | 国立研究開発法人理化学研究所 | 光デバイス、投光装置及び光学式センサ |
| JP2018200282A (ja) * | 2017-05-29 | 2018-12-20 | 国立研究開発法人理化学研究所 | 光デバイス、投光装置及び光学式センサ |
| CN109946678A (zh) * | 2019-03-15 | 2019-06-28 | 深圳市速腾聚创科技有限公司 | 激光雷达发射***和方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20001003 |