KR20040070445A - Laser multiplexing apparatus - Google Patents

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KR20040070445A
KR20040070445A KR1020040007030A KR20040007030A KR20040070445A KR 20040070445 A KR20040070445 A KR 20040070445A KR 1020040007030 A KR1020040007030 A KR 1020040007030A KR 20040007030 A KR20040007030 A KR 20040007030A KR 20040070445 A KR20040070445 A KR 20040070445A
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optical system
luminous flux
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laser
light
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KR1020040007030A
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야마나카후사오
오카자키요지
고토치아키
시모츠신이치
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후지 샤신 필름 가부시기가이샤
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Abstract

PURPOSE: A laser multiplexing apparatus for causing an entire bundle of light beams emitted from plural semiconductor lasers to enter an optical fiber is provided to acquire laser beams having high energy density by using the entire bundle of the light beams emitted from the plural semiconductor lasers. CONSTITUTION: A laser multiplexing apparatus includes a plurality of semiconductor lasers(11A-11E) in order to offset plural beams emitted from the semiconductor laser diodes to different positions and allow the plural light beams to enter an end side of an optical fiber(40) by converging the plural light beams in a direction of fast axes and in a direction of slow axes of the light beams. The laser multiplexing apparatus further includes an incident angle conversion optic system. The angular conversion optic system converges a bundle of the light beams in the directions of the fast axes and the slow axes of the light beams and allows the converged bundle of the light beams to enter the optical fiber.

Description

레이저광 합파장치{LASER MULTIPLEXING APPARATUS}LASER MULTIPLEXING APPARATUS}

본 발명은, 레이저광 합파장치에 관한 것으로, 상세하게는, 복수의 반도체 레이저로부터 출사된 각 레이저광속으로 이루어지는 전체 광속을 수속시켜서 광섬유에 입사시키는 레이저광 합파장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a laser beam combiner, and more particularly, to a laser beam combiner for converging an entire light beam composed of each laser beam emitted from a plurality of semiconductor lasers and entering the optical fiber.

종래부터, 일방향으로 나란히 배열된 복수의 반도체 레이저로부터 출사된 레이저광의 각 광속을 콜리메이트렌즈를 통과시켜서 일방향으로 나란히 배열되는 서로 평행한 광축을 갖는 평행 광속으로 하고, 이와 같이 나란히 배열된 각 광속의 전체를 집광시켜서 1개의 광섬유에 입사시켜 에너지밀도가 높은 레이저광을 광섬유내에 전파시키는 방법(예를 들면, 특허문헌 1)이 알려져 있다.Conventionally, each luminous flux of laser light emitted from a plurality of semiconductor lasers arranged side by side in one direction is a parallel luminous flux having optical axes parallel to one another arranged in one direction by passing through a collimating lens, and thus the luminous fluxes of each luminous flux arranged side by side The method (for example, patent document 1) is known which condenses the whole, makes it into one optical fiber, and propagates a laser beam with high energy density in an optical fiber.

상기 방법에 있어서, 복수의 반도체 레이저로부터 출사된 레이저광의 각 광속을 1개의 광섬유내에 합파시킬 때의 효율(결합효율)은, 예를 들면 90%로 높지만, 광섬유에 입사시키는 광속의 입사각이, 이 광섬유의 개구수(예를 들면 개구수(NA)=0.2)에 의해 제한을 받으므로, 합파가능한 광속의 수가 제한된다. 즉, 광섬유내에 합파되는 레이저광의 파워가 상기 개구수에 의해 제한된다.In the above method, the efficiency (coupling efficiency) at the time of combining the respective luminous fluxes of the laser beams emitted from the plurality of semiconductor lasers into one optical fiber is high, for example, 90%, but the incidence angle of the luminous flux incident on the optical fiber is equal to this. Since the optical fiber is limited by the numerical aperture (for example, numerical aperture NA) of 0.2, the number of luminous fluxes that can be combined is limited. That is, the power of the laser light that is incorporated in the optical fiber is limited by the numerical aperture.

또, 서로 평행한 광축을 갖는 복수의 레이저광을 발생시키는 방법으로서는, 동일 기판상의 일방향으로 나란히 배열된 복수의 반도체 레이저를 사용하는 방법이 알려져 있으며, 이와 같이 배치된 각 반도체 레이저는 활성층이 동일 평면상에 나란히 배열되므로, 상기 복수의 반도체 레이저로부터 출사된 각 광속은 동일 평면상에 서로 평행한 저속축을 갖는 것이 된다. 이렇게 구성된 복수의 반도체 레이저를 레이저바라고 부르기도 한다. 또, 상기 저속축의 방향과 직교하는 상기 활성층의 두께방향이 상기 광속의 고속축의 방향이 된다.As a method of generating a plurality of laser beams having optical axes parallel to each other, a method of using a plurality of semiconductor lasers arranged side by side in one direction on the same substrate is known. Since they are arranged side by side, the respective luminous fluxes emitted from the plurality of semiconductor lasers have slow axes parallel to each other on the same plane. Such a plurality of semiconductor lasers are also called laser bars. The thickness direction of the active layer orthogonal to the direction of the low speed axis is the direction of the high speed axis of the luminous flux.

상기 광섬유의 개구수에 의해 정해지는 입사각의 범위내에 보다 많은 레이저광속을 집광시켜 이 광섬유내에 합파시키는 방식으로서 하기의 합파방식이 알려져 있다. 도20의 (a)는 레이저광 합파장치를 윗쪽에서 본 평면도, 도20의 (b)는 레이저광 합파장치를 광속의 광축방향에서 본 좌측면도, 도21은 수속각을 설명하는 도이며, 도21의 (a)는 각 광속으로 이루어지는 전체 광속이 수속되는 모양을 나타내는 도이며, 도21의 (b)는 전체 광속의 저속축방향에 있어서의 광강도분포를 나타내는 도이다.The following combining method is known as a method of condensing more laser beams within the range of the incident angle determined by the numerical aperture of the optical fiber and combining the same into the optical fiber. Fig. 20A is a plan view of the laser beam combiner as viewed from above, and Fig. 20B is a left side view of the laser beam combiner as seen from the optical axis direction of the light beam, and Fig. 21 is a view illustrating a convergence angle. 21 (a) is a diagram showing a state in which the entire luminous flux consisting of each luminous flux converges, and FIG. 21 (b) is a diagram showing the light intensity distribution in the low speed axis direction of the entire luminous flux.

상기 합파방식은, 복수의 반도체 레이저(1A,1B,1C…)가 도면중 화살표 Y방향으로 나란히 배열되어 이루어지는 레이저바(1)로부터 상기 Y방향과 직교하는 도면중 화살표 Z방향으로 출사된 각 광속(La,Lb,Lc…)으로 이루어지는 전체 광속을 후술하는 원통형 렌즈(2)에 통과시킨 후, 수속 광학계(6)를 통과시켜서 저속축방향(도면중 화살표 S로 나타내는 방향, 여기에서는 Y방향과 일치한다)의 폭이 좁아지도록 상기 전체 광속을 수속각(α91)으로 수속시키고, 이 전체 광속을 리디렉션(redirection) 시스템(7)상에 위치하는 YZ평면에서 한 점으로 되는 집광위치(Pj)에 수속시키고, 즉, 리디렉션 시스템(7)상에 있어서의 도면중 화살표 X방향(고속축방향, 도면중 화살표 F로 나타낸다)으로 연장되는 선상 영역인 상기 집광위치(Pj)중의 서로 다른 위치에 이 전체 광속을 구성하는 각 광속을 수속시킨다. 그리고, 이 리디렉션 시스템(7)에 의해 각 광속의 광축의 방향을 서로 평행하게 함과 아울러 고속축방향(도면중 화살표 F로 나타내는 방향, 여기에서는 X방향과 일치한다)에서 봤을 때의 각 광속(La,Lb,Lc…)의 광축을 일치시키도록 해서, 상기 각 광속을 이 리디렉션 시스템(7)으로부터 출사시킨다. 그 후, 상기 각 광속으로 이루어지는 전체 광속을 집광 광학계(3)에 통과시키고 이 전체 광속을 수속각(α92)(여기에서, (α92 ＜α91)으로 수속시켜서 광섬유(4)의 코어부(5)에 입사시키는 방식이다. 이렇게 해서, 보다 많은 광속을 1개의 광섬유내에 합파시키는 방법 (예를 들면, 특허문헌2)이 알려져 있다.In the combining method, each of the luminous fluxes emitted from the laser bar 1 in which a plurality of semiconductor lasers 1A, 1B, 1C ... are arranged side by side in the arrow Y direction in the figure is orthogonal to the direction Y in the figure. After passing the entire luminous flux consisting of (La, Lb, Lc ...) through the cylindrical lens 2 to be described later, the converging optical system 6 is passed through the low speed axis direction (direction indicated by arrow S in the drawing, here Y and The total luminous flux is converged at the convergence angle α91 so that the width of the coincidence is narrowed, and the total luminous flux is converged at a point on the YZ plane located on the redirection system 7. This entire procedure is performed at different positions in the condensing position Pj, which is a linear region extending in the direction of arrow X in the drawing (high-speed axial direction, indicated by arrow F in the drawing) on the redirection system 7. Composing beam Convergence each beam. By this redirection system 7, the directions of the optical axes of the respective luminous fluxes are parallel to each other, and each luminous flux as viewed in the high-speed axial direction (the direction indicated by the arrow F in the drawing, here coincides with the X direction). The optical beams of La, Lb, Lc ... are coincident with each other so that the respective luminous fluxes are emitted from the redirection system 7. Thereafter, the entire luminous flux consisting of the luminous fluxes is passed through the condensing optical system 3, and the total luminous flux is converged at the convergence angle? 92 (here,? 92 <? 91), whereby the core portion 5 of the optical fiber 4 In this way, a method (for example, patent document 2) which couples more light beams into one optical fiber is known.

또, 상기 수속각은 이하와 같이 설명되는 것이다.In addition, the said convergence angle is demonstrated as follows.

즉, 도21의 (a), (b)에 나타낸 바와 같이, 특정 위치, 여기에서는 도21의 (a)중의 위치(Yp,Zp)를 기준으로 해서, 수속되어 있는 전체 광속의 저속축방향(Y방향)에 있어서의 광강도분포(도21의 (b)참조)를 구한다. 이 광강도분포에 있어서의 광강도의 최대치(Pmax)의 0.1%의 강도로 되는 위치를 이 광강도분포중에서 구하고, 그 중에서 이 전체 광속의 저속축방향(Y방향)의 가장 외측이 되는 양단의 위치(y1,y2)를 정한다. 그리고 위치(y1)와 위치(y2)의 간격(φ)을 구한다.That is, as shown in Figs. 21A and 21B, the low-speed axial direction of the entire luminous flux converged on the basis of a specific position, here, the positions Yp and Zp in Fig. 21A. The light intensity distribution in the Y direction (see Fig. 21B) is obtained. The position at which the intensity of 0.1% of the maximum value Pmax of the light intensity in the light intensity distribution is obtained is obtained from this light intensity distribution, and among these ends of both ends that are the outermost side of the low-speed axis direction (Y direction) of the entire light flux. The positions y1 and y2 are determined. And the space | interval (phi) of the position y1 and the position y2 is calculated | required.

또, 위치(Yp,Zp)에서 상기 전체 광속의 집광위치(Pj)까지의 광축방향(Z방향)의 거리(L)를 구한다.Further, the distance L in the optical axis direction (Z direction) from the positions Yp and Zp to the condensing position Pj of the entire luminous flux is obtained.

여기에서, 수속각(α)은Here, the convergence angle α is

tan(α/2)= (φ/2)/L=φ/2Ltan (α / 2) = (φ / 2) / L = φ / 2L

로서 정해질 수 있다.It can be determined as.

상기 리디렉션 시스템(7)은, 예를 들면, 도면중 화살표 X방향(고속축방향)에 있어서 두께가 얇은 복수의 미러를 고속축방향으로 적층해서 형성할 수 있으며, 상기 수속 광학계(6)에 의해 수속시킨, 상기 X방향에 있어서 서로 위치가 다른 각 광속(La,Lb,Lc…)을, 상기 적층된 미러 중 소정의 1개의 미러에 각각 입사시키고, 각 미러로 각 광속의 광축을 상기 고속축방향에서 볼 때 일치시키는 것이다.The redirection system 7 can be formed by laminating a plurality of mirrors having a small thickness in the high-speed axis direction, for example, in the arrow X direction (high-speed axis direction) in the drawing, and by the converging optical system 6 Each beam of light (La, Lb, Lc, ...) having different positions in the X-direction converging is incident on a predetermined mirror of the stacked mirrors, and the optical axis of each beam of light is mirrored with each mirror. It's a match in the direction.

보다 구체적으로는, 레이저바(1)에 있어서, 동일 평면상에 형성된 복수의 활성층(8A,8B,8C…)의 각각으로부터 동일 방향으로 출사된, 동일 평면상에 서로 평행한 저속축을 갖는 각 레이저광속(La,Lb,Lc…)을, 상기 저속축에 대하여 원통형 축(원통형 렌즈가 연장되는 방향으로 정해진 축)이 기울어져 배치된 원통형 렌즈(2)에 통과시키고, 각 광속(La,Lb,Lc…)의 저속축이 서로 평행한 상태를 유지한 채 각 광속을 고속축방향에 있어서 서로 다른 위치에 오프셋시키고, 이 오프셋된 각 광속을 수속 광학계(6)를 통해 리디렉션 시스템(7)에 입사시키고 있다. 즉, 원통형 렌즈(2)에 의해 고속축방향에 있어서 서로 다른 위치에 오프셋된 각 광속(La,Lb,Lc…)으로 이루어지는 전체 광속을, 수속 광학계(6)를 통해 저속축방향의 폭이 좁아지도록 수속시킴과 아울러 각 광속(La,Lb,Lc…)을 저속축방향 및 고속축방향으로 수속시켜서, 고속축방향에 있어서 서로 다른 위치에서 상기 리디렉션 시스템(7)에 입사시키고 있다. 또, 레이저바(1)는 블록(9)상에 배치되어 있다.More specifically, in the laser bar 1, each laser having low-speed axes parallel to each other on the same plane, which are emitted in the same direction from each of the plurality of active layers 8A, 8B, 8C ... formed on the same plane. The light beams La, Lb, Lc ... are passed through a cylindrical lens 2 in which a cylindrical axis (an axis defined in the direction in which the cylindrical lens extends) is inclined with respect to the low speed axis, and the respective light beams La, Lb, Lc…) while keeping the low-speed axes parallel to each other, offset each light beam at a different position in the high-speed axis direction, and enter each of the offset light beams into the redirection system 7 through the converging optical system 6. I'm making it. In other words, the entire luminous flux consisting of the luminous fluxes La, Lb, Lc ... offset at different positions in the high-speed axis direction by the cylindrical lens 2 is narrow in the low-speed axis direction through the converging optical system 6. In addition, the luminous fluxes La, Lb, and Lc… are converged in the low-speed axis direction and the high-speed axis direction, and are incident on the redirection system 7 at different positions in the high-speed axis direction. Moreover, the laser bar 1 is arrange | positioned on the block 9. As shown in FIG.

여기에서, 각 광속(La,Lb,Lc…)은 수속 광학계(6)에 의해, 고속축방향에서 볼 때(즉, 도면중 YZ평면에 있어서) 각 광속의 광축이 서로 집광위치(Pj)에서 교차되도록, 또한, 각 광속이 상기 집광위치(Pj)에 집광되도록 수속된다.Here, each of the luminous fluxes La, Lb, Lc ... is converging by the converging optical system 6 in the high-axis direction (i.e., in the YZ plane in the figure). In order to intersect, and also each light beam is converged so that it may be condensed at the said condensing position Pj.

이하, 각 광속(La,Lb,Lc…)이 리디렉션 시스템(7)을 통해 광섬유(4)에 입사되는 모양에 대해서 자세하게 설명한다.Hereinafter, the shape where each light beam La, Lb, Lc ... enters the optical fiber 4 through the redirection system 7 is demonstrated in detail.

도22는 리디렉션 시스템 근방에 있어서의 광속의 광축 및 윤곽을 확대해서 나타낸 평면도, 도23은 도20 또는 도22 중의 화살표 G방향에서 본 리디렉션 시스템 근방의 광속의 광축 및 윤곽을 확대해서 나타낸 도, 도24는 소정의 위치에 배치된 후술하는 리디렉션 시스템으로부터 출사되는 각 광속 및 광섬유에 입사되는 각 광속의 상태를 광속의 전파방향을 따라 본 도이며, 도24의 (a)는 리디렉션 시스템으로부터 출사되는 각 광속의 모양을 나타내는 도, 도24의 (b)는 광섬유에 입사되는 각 광속의 모양을 나타내는 도, 도25는 상기 리디렉션 시스템이 소정의 위치에서 벗어나서 배치된 경우의 광속의 상태를 광속의 전파방향을 따라 본 도이며, 도25의 (a)는 리디렉션 시스템으로부터 출사되는 광속의 모양을 나타내는 도, 도25의 (b)는 광섬유에 입사되는 광속의 모양을 나타내는 도이다. 또, 도22 및 도23에 있어서는 광속(La) 및 광속(Lc)만을 나타내고, 다른 광속(Lb), 광속(Ld) 및 광속(Le)의 도시는 생략했다.22 is an enlarged plan view showing the optical axis and the contour of the light beam in the vicinity of the redirection system, and FIG. 23 is an enlarged view of the optical axis and the contour of the light flux near the redirection system in the arrow G direction in FIG. 20 or FIG. 24 is a view showing the state of each luminous flux emitted from a redirection system described later disposed at a predetermined position and each luminous flux incident on the optical fiber along the propagation direction of the luminous flux, and FIG. 24 (a) shows the angles emitted from the redirecting system. Fig. 24B shows the shape of each light beam incident on the optical fiber. Fig. 25 shows the state of the light beam when the redirection system is arranged out of a predetermined position. 25A is a view showing the shape of the light beam emitted from the redirection system, and FIG. 25B is a view of the light beam incident on the optical fiber. Is a diagram showing the amount. 22 and 23, only the luminous flux La and luminous flux Lc are shown, and the illustration of the other luminous flux Lb, luminous flux Ld, and luminous flux Le is omitted.

도22, 도23에 나타낸 바와 같이, 상기 전체 광속은, 상기 집광위치(Pj)가 리디렉션 시스템(7)상에 위치하고, 각 광속의 빔 웨이스트(Bw)의 위치도 리디렉션 시스템(7)상에 위치하도록 수속된다. 그리고, 리디렉션 시스템(7)은, 고속축방향에서 볼 때 각 광속의 광축이 일치하도록 각 광속의 광축의 방향을 바꿈과 아울러 각 광속의 광축의 방향이 서로 평행하게 되도록 해서, 이 리디렉션 시스템(7)으로부터 각 광속을 출사시킨다. 그 후, 리디렉션 시스템(7)으로부터 출사된 각 광속은 발산되면서 전파되지만, 집광 광학계(3)에 의해 다시 집과되어 광섬유(4)의 코어부(5)에 입사된다.As shown in Figs. 22 and 23, the total luminous flux has the condensing position Pj located on the redirecting system 7, and the position of the beam waist Bw of each luminous flux is also located on the redirecting system 7. Procedure to do it. And the redirection system 7 changes the direction of the optical axis of each luminous flux so that the optical axis of each luminous flux may coincide in the high-speed axial direction, and makes the direction of the optical axis of each luminous flux parallel to each other, and this redirection system 7 Each beam is emitted. Thereafter, each light beam emitted from the redirection system 7 propagates while diverging, but is collected again by the condensing optical system 3 and is incident on the core 5 of the optical fiber 4.

또, 상기한 바와 같이, 리디렉션 시스템(7)이 소정의 위치에 배치되어 있는 경우에는, 이 리디렉션 시스템(7)으로부터 출사된 각 광속의 광축이 고속축방향에서 볼 때 일치하고, 도24의 (a)에 나타낸 바와 같이, 각 광속은 고속축방향으로 직선상으로 나란히 배열되고, 광섬유(4)에 입사되는 각 광속도 도24의 (b)에 나타낸바와 같이 고속축방향으로 직선상으로 나란히 배열된다.As described above, when the redirection system 7 is arranged at a predetermined position, the optical axes of the light beams emitted from the redirection system 7 coincide when viewed in the high-speed axis direction, and FIG. As shown in a), each luminous flux is arranged side by side in a straight line in the high-speed axial direction, and each luminous flux incident on the optical fiber 4 is arranged side by side in a straight line in the high-speed axial direction as shown in Fig. 24B. .

이것에 대하여, 리디렉션 시스템(7)이 소정의 위치로부터 Z방향으로 벗어나서 배치되어 있는 경우에는, 도25의 (a)에 나타낸 바와 같이, 리디렉션 시스템(7)으로부터 출사된 각 광속의 광축이 고속축방향에서 볼 때 어긋나서 각 광속은 고속축방향으로 직선상으로 나란히 배열되지 않고, 광섬유(4)에 입사되는 각 광속도 도25의 (b)에 나타낸 바와 같이 고속축방향으로 직선상으로 나란히 배열되지 않고 어긋나 버리므로, 상기한 바와 같이 각 광속이 고속축방향으로 직선상으로 나란히 배열되는 경우에 비해서 광섬유(4)의 끝면의 지름이 보다 큰 범위, 즉 코어지름으로부터 벗어난 범위에 입사된다. 그 때문에, 전체 광속의 상기 광섬유(4)에의 결합효율이 저하된다. 따라서, 이 결합효율의 저하를 억제하기 위해서는, 리디렉션 시스템(7)을 Z방향에 있어서의 소정 위치에 정확하게 배치하는 것이 요구된다.In contrast, in the case where the redirection system 7 is disposed away from the predetermined position in the Z direction, as shown in Fig. 25A, the optical axis of each light beam emitted from the redirection system 7 is a high-speed axis. The light fluxes incident on the optical fiber 4 are not arranged side by side in a straight line in the high-speed axial direction, as opposed to each other, as shown in FIG. 25 (b). Since the light beams are not shifted, the diameters of the end faces of the optical fiber 4 are incident to a larger range, that is, a range deviating from the core diameter, as compared with the case where the respective luminous fluxes are arranged side by side in a straight line in the high-speed axial direction as described above. Therefore, the coupling efficiency of the whole light beam to the said optical fiber 4 falls. Therefore, in order to suppress this fall of coupling efficiency, it is required to arrange | position the redirection system 7 at the predetermined position in Z direction correctly.

상기한 바와 같이, 복수의 빔 웨이스트가 모이는 매우 작은 영역에 리디렉션 시스템을 고정밀도로 위치시켜 고정함과 아울러, 리디렉션 시스템 자체를 상기 집광위치에서의 각 광속의 형상에 맞춰 소형이며 고정밀도로 제작할 필요가 있어, 이 리디렉션 시스템은 제조가 어렵다. 또한, 빔 웨이스트의 치수는 파장에 비례하므로, 최근의 레이저광원의 단파장화에 따라 상기 치수가 작아지면, 리디렉션 시스템의 고정밀도 고정과 소형화가 더욱 필요하게 되어 제조난이도는 점점 커진다.As described above, the redirection system needs to be precisely positioned and fixed in a very small area where a plurality of beam wastes are collected, and the redirection system itself needs to be made compact and highly accurate according to the shape of each beam at the condensing position. This redirect system is difficult to manufacture. In addition, since the size of the beam waist is proportional to the wavelength, as the size of the beam becomes smaller due to the shorter wavelength of the recent laser light source, the precision of the redirection system and the miniaturization of the redirection system are further required, and the manufacturing difficulty becomes larger.

(특허문헌1) 일본 특허공개 평2002-202442호 공보(Patent Document 1) Japanese Unexamined Patent Publication No. 2002-202442

(특허문헌2) 미국 특허 제6462883B1호 명세서(Patent Document 2) US Patent No. 662883 B1

그런데, 상기 레이저광 합파장치는, 소형이며 고출력의 반도체 레이저의 실현이 어렵기 때문에, 복수의 반도체 레이저로부터 출사된 레이저광을 합파시켜서 출력이 큰(에너지밀도가 높은) 레이저광속을 얻고자 하는 것으로, 장치사이즈를 소형화하는 것이 강하게 요구되고 있다. 즉, 예를 들면, 합파시킨 레이저광의 출력을 저하시키는 일없이 장치 사이즈를 소형화함으로써, 장치 사이즈에 비해서 큰 출력이 얻어지는 레이저광 합파장치를 얻고자 하는 것이 요구되고 있다.However, since the laser beam combiner is small in size and difficult to realize a high power semiconductor laser, it is intended to obtain a laser beam of high output (high energy density) by combining laser light emitted from a plurality of semiconductor lasers. In order to reduce the size of the device, there is a strong demand. That is, for example, it is desired to obtain a laser beam combiner that obtains a larger output than the device size by reducing the size of the device without lowering the output of the laser beam.

그러나, 상기한 바와 같이, 복수의 반도체 레이저로부터 출사되어 오프셋된 각 광속으로 이루어지는 전체 광속을 수속시키고, 리디렉션 시스템을 통해서 각 광속의 전파방향을 일치시킨 후, 다시 집광 광학계에 의해 각 광속을 수속시켜서 광섬유에 입사시켜 합파시키는 방식에서는, 반도체 레이저로부터 광섬유까지의 상기 각 광속이 전파되는 광로가 길어짐과 아울러, 상기 광로 중에, 각 광속을 오프셋시키는 렌즈나 전체 광속을 수속시키는 렌즈 등, 다수의 광학부재를 배치하게 되어 장치 사이즈가 대형화되어 버린다고 하는 문제가 있다. 또, 상기 방식에 있어서는, 광원의 단파장화에 따라 빔 웨이스트에 더욱 소형이며 고정밀도의 리디렉션 시스템을 설치할 필요가 있다고 하는 곤란한 문제도 있다.However, as described above, the entire luminous flux consisting of the luminous fluxes emitted and offset from the plurality of semiconductor lasers is converged, the propagation directions of the luminous fluxes are matched through the redirection system, and the luminous fluxes are converged again by the condensing optical system. In a system in which an optical fiber is incident and combined, a plurality of optical members, such as a lens for offsetting each luminous flux and a lens for converging the total luminous flux in the optical path, increase the optical path through which the respective luminous flux propagates from the semiconductor laser to the optical fiber. There is a problem in that the size of the device is increased, thereby increasing the device size. Moreover, in the said system, there also exists a difficult problem that it is necessary to provide a more compact and high-precision redirecting system in a beam waist with shortening of a light source.

또, 복수의 반도체 레이저로부터 출사된 각 광속을, 이들 광속의 저속축방향에 대해서 원통형(cylindrical) 축을 경사시킨 원통형 렌즈에 통과시켜 오프셋시키면, 원통형 렌즈의 둘레가장자리부를 통과하는 광속의 수차가 커지고, 이러한 큰 수차를 갖는 광속은 정확하게 수속시키는 것이 어렵게 되어서(예를 들면 1개의 광섬유의 지름 50㎛의 코어부에 정확하게 입사시키는 것이 어렵게 되어서), 결합효율이 예를 들면 60%정도로 저하된다고 하는 문제가 있다. 특히 높은 에너지밀도를 갖는 레이저광을 얻기 위해서, 다수의 반도체 레이저를 배치해서 이루어지는 레이저바를 사용해서 다수의 광속을 광섬유내에 합파시키고자 하는 경우에는, 합파시키는 광속의 수에 따라 레이저바가 길어져서 상기 오프셋량을 크게 할 필요가 있기 때문에, 원통형 렌즈의 중심에서 크게 벗어난 위치(원통형 축방향의 끝부)를 통과하는 광속의 수차가 증대해서 높은 결합효율을 얻는 것이 곤란해진다.In addition, when the light beams emitted from the plurality of semiconductor lasers are offset by passing them through a cylindrical lens inclined to a cylindrical axis with respect to the low-speed axis direction of the light beams, the aberration of the light beams passing through the peripheral portion of the cylindrical lens increases. The luminous flux having such a large aberration becomes difficult to converge correctly (for example, it is difficult to accurately enter the core portion having a diameter of 50 µm of one optical fiber), so that the problem that the coupling efficiency is reduced to, for example, about 60% is solved. have. In particular, when a plurality of light beams are to be combined into an optical fiber by using a laser bar formed by arranging a plurality of semiconductor lasers in order to obtain a laser beam having a high energy density, the laser bar is lengthened according to the number of beams to be combined to offset the offset. Since the amount needs to be increased, the aberration of the luminous flux passing through the position (end of the cylindrical axial direction) greatly deviated from the center of the cylindrical lens increases, making it difficult to obtain high coupling efficiency.

또한, 상기 어느 경우에 있어서나, 1개의 광섬유내에 합파가능한 레이저광의 입사범위가 광섬유의 개구수(NA)에 의해 제한된다고 하는 문제도 있다.Further, in any of the above cases, there is also a problem that the incident range of the laser light that can be combined into one optical fiber is limited by the numerical aperture NA of the optical fiber.

본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 소형이며 고출력의 레이저광 합파장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것으로, 보다 상세하게는, 본 발명의 제1목적은, 장치 사이즈를 소형화하고, 이것에 의해 장치 사이즈에 비해서 출력이 큰 레이저광 합파장치를 제공하는 것이며, 본 발명의 제2목적은, 합파시키는 광속의 수의 증가에 따르는 상기 광속의 광섬유에의 결합효율의 저하를 억제할 수 있는 레이저광 합파장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a compact and high power laser beam combiner. More specifically, the first object of the present invention is to reduce the size of an apparatus, and The present invention provides a laser beam combiner having a large output compared to the device size. A second object of the present invention is to provide a laser capable of suppressing a decrease in the coupling efficiency of the light beam to an optical fiber caused by an increase in the number of light beams to be combined. It is to provide an optical combiner.

도1은 본 발명의 제1실시형태에 있어서의 실시예1-1의 레이저광 합파장치의 개략구성을 나타내는 도이다.Fig. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a laser beam combining device of Example 1-1 according to the first embodiment of the present invention.

도2는 반도체 레이저의 활성층으로부터 레이저광속이 출사되는 모양을 나타내는 사시도이다.2 is a perspective view showing a state in which a laser beam is emitted from an active layer of a semiconductor laser.

도3은 수속각 변환 광학계의 구조와 광섬유에 합파되는 광속의 모양을 나타내는 도이다.Fig. 3 is a diagram showing the structure of the convergence angle conversion optical system and the shape of the luminous flux being combined with the optical fiber.

도4는 수속 분산 개별렌즈에 있어서의 광속을 오프셋시켜 수속시키는 기능을 나타내는 도이다.Fig. 4 is a diagram showing a function of offsetting and converging the luminous flux in the convergent dispersion discrete lens.

도5는 실시예1-2의 레이저광 합파장치의 개략구성을 나타내는 평면도이다.Fig. 5 is a plan view showing a schematic configuration of the laser beam combiner of Example 1-2.

도6은 오프셋렌즈가 광속을 오프셋시키는 기능을 나타내는 도이다.Fig. 6 is a diagram showing a function of the offset lens for offsetting the luminous flux.

도7은 수속각 변환 광학계에서의 광속의 광축의 방향을 변환하는 기능을 저속축방향에서 본 도이다.Fig. 7 is a view of the function of changing the direction of the optical axis of the light beam in the convergence angle conversion optical system as seen from the low speed axis direction.

도8은 복수의 반도체 레이저의 배치예를 나타내는 평면도이다.8 is a plan view showing an arrangement example of a plurality of semiconductor lasers.

도9는 제2실시형태에 있어서의 실시예2-1의 레이저광 합파장치의 개략구성을 나타내는 도이다.Fig. 9 is a diagram showing a schematic configuration of a laser beam combining device of Example 2-1 in the second embodiment.

도10은 수속각 변환 광학계에서의 광속의 광축의 방향을 변환하는 기능을 저속축방향에서 본 도이다.Fig. 10 is a view of the function of changing the direction of the optical axis of the light beam in the convergence angle conversion optical system as seen from the low-speed axis direction.

도11은 실시예2-2의 레이저광 합파장치의 개략구성을 나타내는 평면도이다.Fig. 11 is a plan view showing a schematic configuration of a laser beam combiner of Example 2-2.

도12는 실시예2-3의 광속을 편광 합파하는 레이저광 합파장치의 개략구성을 나타내는 평면도이다.Fig. 12 is a plan view showing a schematic configuration of a laser beam combining device for polarizing and combining the light beam of Example 2-3.

도13은 실시예2-4의 파장을 합파하는 레이저광 합파장치의 개략구성을 나타내는 평면도이다.Fig. 13 is a plan view showing a schematic configuration of a laser beam combiner for combining the wavelength of Example 2-4.

도14는 실시예2-4의 레이저광 합파장치에 있어서의 수속렌즈의 기능을 나타내는 도이다.Fig. 14 is a diagram showing the function of a converging lens in the laser beam combiner of Example 2-4.

도15는 실시예2-5의 레이저광 합파장치의 개략구성을 나타내는 평면도이다.Fig. 15 is a plan view showing a schematic configuration of the laser beam combiner of Example 2-5.

도16은 레이저광 합파장치에 사용되는 수속 광학계의 특성을 나타내는 도이다.Fig. 16 is a diagram showing the characteristics of the converging optical system used in the laser beam combining apparatus.

도17은 제3실시형태의 레이저광 합파장치의 개략구성을 나타내는 평면도이다.Fig. 17 is a plan view showing a schematic configuration of a laser beam combining device of a third embodiment.

도18은 광축 시프트 광학계의 구조를 나타내는 도이다.18 is a diagram showing the structure of an optical axis shift optical system.

도19는 수속 광학계에 의해 각 광속이 수속되는 모양을 나타내는 개념도이다.Fig. 19 is a conceptual diagram showing how each light beam is converged by the converging optical system.

도20은 종래의 레이저광 합파장치의 개략구성을 나타내는 도이다.20 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional laser beam combiner.

도21은 수속각을 설명하는 도이다.Fig. 21 is a diagram for explaining the convergence angle.

도22는 광속이 리디렉션 시스템을 통과하는 모양을 나타내는 도이다.Fig. 22 is a diagram showing how the light beam passes through the redirection system.

도23은 광속이 리디렉션 시스템을 통과하는 모양을 나타내는 도이다.Fig. 23 is a diagram showing how the light beam passes through the redirection system.

도24는 소정의 위치에 위치하는 리디렉션 시스템을 통과하는 각 광속의 모양을 나타내는 도이다.Fig. 24 is a view showing the shape of each light beam passing through a redirection system located at a predetermined position.

도25는 소정의 위치에서 벗어나서 위치하는 리디렉션 시스템을 통과하는 각 광속의 모양을 나타내는 도이다.Fig. 25 is a view showing the shape of each light beam passing through a redirection system located out of a predetermined position.

도26은 본 발명의 레이저광 합파장치에 있어서 수속 분산 광학계를 배치할 수 있는 영역을 나타내는 도이다.Fig. 26 is a diagram showing an area where the convergent dispersion optical system can be arranged in the laser beam combiner of the present invention.

(부호의 설명)(Explanation of the sign)

11:반도체 레이저11: Semiconductor laser

12:활성층12: active layer

30:수속각 변환 광학계30: procedure angle conversion optical system

40:광섬유40: Optical fiber

41:코어부41: Core part

110:레이저블록110: laser block

120:수속 분산렌즈120: procedure dispersion lens

본 발명의 레이저광 합파방법은, 복수의 반도체 레이저로부터 출사된 복수의 광속의 각각을, 고속축방향에 있어서 서로 다른 위치에 오프셋시킴과 아울러, 상기 복수의 광속의 각 광축을 고속축방향에서 볼 때 수속시키고, 또한, 상기 복수의 광속의 각각을 저속축방향 및 고속축방향으로 수속시켜서 광섬유의 끝면에 입사시키는 레이저광 합파방법으로서, 상기 고속축방향에서 볼 때 수속된 각 광속의 광축이고속축방향에서 볼 때 서로 교차하는 위치 중 최상류측의 위치보다 더 상류측에 수속각 변환 광학계를 배치하고, 상기 고속축방향에서 볼 때 수속된 각 광속으로 이루어지는 전체 광속을 상기 수속각 변환 광학계에 통과시키고, 상기 각 광속으로 이루어지는 전체 광속 또는 일부의 광속의 고속축방향에서 볼 때의 수속각을 보다 작은 수속각으로 해서 그 전체 광속을 광섬유의 끝면에 입사시키는 것을 특징으로 하는 것이다.The laser beam combining method of the present invention offsets each of the plurality of light beams emitted from the plurality of semiconductor lasers at different positions in the high-speed axis direction, and views each optical axis of the plurality of light beams in the high-speed axis direction. A laser beam combining method for converging at a time, and converging each of the plurality of light beams in a low speed axis direction and a high speed axis direction to enter an end surface of an optical fiber, wherein the optical axis high speed of each light beam converged when viewed in the high speed axis direction The converging angle conversion optical system is arranged on the upstream side more than the position of the most upstream side among the positions that cross each other when viewed in the axial direction, and passes through the converging angle conversion optical system, which includes the entire luminous flux consisting of the converging beams when viewed in the high-speed axial direction. The convergence angle as seen from the high-speed axial direction of the entire luminous flux or part of the luminous flux consisting of the respective luminous fluxes is set to a smaller convergence angle. It will, comprising a step of joining the entire light beam to the end face of the optical fiber.

본 발명의 제1레이저광 합파장치는, 복수의 반도체 레이저를 구비하고, 상기 복수의 반도체 레이저로부터 출사된 복수의 광속의 각각을, 고속축방향에 있어서 서로 다른 위치에 오프셋시킴과 아울러, 상기 복수의 광속의 각 광축을 고속축방향에서 볼 때 수속시키고, 또한, 상기 복수의 광속의 각각을 저속축방향 및 고속축방향으로 수속시켜서 광섬유의 끝면에 입사시키는 레이저광 합파장치로서, 상기 고속축방향에서 볼 때 수속된 각 광속의 광축이 고속축방향에서 볼 때 서로 교차하는 위치 중 최상류측의 위치보다 더 상류측에 배치된 수속각 변환 광학계를 구비하고, 이 수속각 변환 광학계가, 상기 각 광속으로 이루어지는 전체 광속의 고속축방향에서 볼 때의 수속각을, 보다 작은 수속각으로 해서 상기 전체 광속을 광섬유의 끝면에 입사시키는 것이다.The first laser light combiner of the present invention includes a plurality of semiconductor lasers, and offsets each of the plurality of light beams emitted from the plurality of semiconductor lasers at different positions in the high-speed axial direction, and the plurality of the plurality of semiconductor lasers. A laser beam combiner device for converging each optical axis of the luminous flux in the high-speed axial direction and converging each of the plurality of luminous fluxes in the low-speed axial direction and the high-speed axial direction to enter the end face of the optical fiber, wherein the high-speed axial direction And a convergence angle conversion optical system arranged further upstream than the position on the most upstream side among the positions where the optical axes of the converging beams converged in the high-speed axis direction when viewed in the above, and the convergence angle conversion optical system includes The total luminous flux is incident on the end surface of the optical fiber by setting the convergence angle as seen from the high-speed axial direction of the entire luminous flux as a smaller convergence angle. A.

상기 레이저광 합파장치는, 상기 복수의 반도체 레이저로부터 출사된 각 광속을 저속축방향 및 고속축방향으로 수속시키는 광속 수속수단을 구비하고, 상기 광속 수속수단이, 상기 광속 수속수단으로부터 출사되는 각 광속의 저속축방향에서 볼 때의 출사각을, 각 광속의 상기 반도체 레이저로부터 출사되었을 때의 광속의저속축방향에서 볼 때의 방사각보다 작게 하는 것으로 하는 것이 바람직하다.The laser beam combining apparatus includes luminous flux converging means for converging the luminous fluxes emitted from the plurality of semiconductor lasers in a low speed axis direction and a high speed axis direction, and the luminous flux converging means is each luminous flux emitted from the luminous flux converging means. It is preferable to make the emission angle of the light beam as viewed from the low-axis axis direction smaller than the radiation angle of the light beam to be emitted from the semiconductor laser of each luminous flux.

상기 복수의 반도체 레이저 각각으로부터 출사되는 광속의 파장은 350㎚이상, 460㎚이하로 할 수 있다. 이들 단파장의 광속을 출사시키는 복수의 반도체 레이저를 사용한 레이저광 합파장치는, 합파시킨 레이저광의 집광스폿을 작게 할 수 있기 때문에, 즉 레이저광의 에너지밀도를 높일 수 있으므로 레이저가공에 적합하다.The wavelength of the light beam emitted from each of the plurality of semiconductor lasers can be 350 nm or more and 460 nm or less. The laser beam combining apparatus using a plurality of semiconductor lasers that emit light beams having such short wavelengths is suitable for laser processing because the condensation spot of the combined laser beams can be made small, that is, the energy density of the laser beam can be increased.

상기 복수의 반도체 레이저로부터 출사된 복수의 광속의 각각을, 고속축방향에 있어서 서로 다른 위치에 오프셋시키는 방식은, 복수의 반도체 레이저로부터 출사된 복수의 광속의 각각을 광학계에 통과시켜서 오프셋시키는 방식이어도 좋고, 또는 복수의 반도체 레이저를, 이들 반도체 레이저 각각의 활성층의 위치가 상기 활성층의 두께방향에 있어서 서로 다른 위치가 되도록 배치해서, 복수의 반도체 레이저로부터 출사된 복수의 광속의 각각을 고속축방향에 있어서 서로 다른 위치에 오프셋시키는 방식이어도 좋다.The method of offsetting each of the plurality of light beams emitted from the plurality of semiconductor lasers at different positions in the high-speed axis direction may be a method of offsetting each of the plurality of light beams emitted from the plurality of semiconductor lasers through an optical system. Alternatively, a plurality of semiconductor lasers may be arranged so that the positions of the active layers of each of these semiconductor lasers are different from each other in the thickness direction of the active layer, and each of the plurality of light beams emitted from the plurality of semiconductor lasers is placed in the high-speed axis direction Thus, the method may be offset at different positions.

상기 복수의 광속의 각 광축을 고속축방향에서 볼 때 수속시키는 방식은, 상기 복수의 광속의 각각을 광학계에 통과시켜서 수속시키는 방식이어도 좋고, 또는 상기 복수의 반도체 레이저를, 이들 반도체 레이저로부터 출사되었을 때의 각 광속의 광축이 고속축방향에서 볼 때 수속되도록 배치하고, 상기 복수의 광속의 각 광축을 고속축방향에서 볼 때 수속시키는 방식이어도 좋다.The method of converging each optical axis of the plurality of luminous fluxes in the high-speed axis direction may be a method of converging each of the plurality of luminous fluxes through an optical system, or the plurality of semiconductor lasers may be emitted from these semiconductor lasers. The optical axis of each luminous flux at the time of converging may be arranged so that it converges when viewed in the high-speed axis direction, and the optical axis of the plurality of luminous fluxes may be converged when viewed in the high-speed axis direction.

상기 상류측은, 광속의 전파방향에 있어서의 상류측, 즉 광속이 전파되는 광로에 있어서의 광원측(반도체 레이저의 측)을 의미한다.The upstream side means the upstream side in the propagation direction of the light beam, that is, the light source side (side of the semiconductor laser) in the optical path through which the light beam propagates.

상기 수속각은, 수속되는 전체 광속을 고속축방향에서 본 경우에 있어서, 이 전체 광속이 수속방향을 미리 예상한 각도이다. 또, 이 수속각은, 상기 설명한 도21에 나타내는 각도(α)로 나타내는 것이다.The convergence angle is an angle at which the entire luminous flux predicts the convergence direction in advance when the entire luminous flux converged is viewed from the high-speed axis direction. This convergence angle is represented by the angle α shown in FIG. 21 described above.

본 발명의 제2레이저광 합파장치는, 레이저블록과, 수속 분산 광학계와, 수속각 변환 광학계를 구비하고, 레이저블록은, 복수의 반도체 레이저가 상기 반도체 레이저 각각의 활성층이 동일 평면상에 나란히 배열되도록 배치되고, 상기 동일 평면상에 서로 평행한 저속축을 갖는 각 광속을 출사하는 것이며, 수속 분산 광학계는, 상기 복수의 반도체 레이저로부터 출사된 각 광속에 대응해서 배치된 각 수속 분산 개별렌즈로 이루어지고, 상기 각 광속으로 이루어지는 전체 광속을 저속축방향의 폭이 좁아지도록 수속시킴과 아울러 각 광속 각각을 고속축방향에 있어서 서로 다른 위치에 오프셋시키고, 또한, 각 광속 각각을 상기 각 광속의 저속축방향 및 고속축방향으로 수속시켜서, 각 광속 각각을 상기 각 광속의 고속축방향에 있어서 서로 다른 소정의 위치에서 상기 수속각 변환 광학계에 입사시키는 것이며, 수속각 변환 광학계는, 각 광속의 광축이 고속축방향에서 볼 때 서로 교차하는 위치 중 최상류측의 위치보다 더 상류측에 배치되어, 상기 전체 광속의 수속각을 상기 수속 분산 광학계로부터 출사시켰을 때의 전체 광속의 수속각을 보다 작은 수속각으로 해서 이 전체 광속을 광섬유에 입사시키는 것을 특징으로 하는 것이다.The second laser light combining apparatus of the present invention comprises a laser block, a convergence dispersion optical system, and a convergence angle conversion optical system, wherein the plurality of semiconductor lasers are arranged such that a plurality of semiconductor lasers are arranged on the same plane in parallel with each active layer of the semiconductor lasers. Arranged to emit light beams each having a low-speed axis parallel to each other on the same plane, and the convergence dispersion optical system includes each convergent dispersion individual lens disposed corresponding to each light beam emitted from the plurality of semiconductor lasers, And converging the entire luminous flux consisting of the respective luminous fluxes so that the width in the low-speed axial direction becomes narrow, and offsetting each luminous flux at different positions in the high-speed axial direction, and furthermore, each luminous flux each in the low-speed axial direction of each luminous flux. And converging in the high-speed axial direction so that each luminous flux is different from each other in the high-speed axial direction of each luminous flux. Is incident on the convergence angle conversion optical system at a position, and the convergence angle conversion optical system is disposed further upstream than the position on the most upstream side among the positions where the optical axes of the respective light beams cross each other when viewed in the high-speed axis direction, The total luminous flux is made to enter the optical fiber by setting the convergence angle of the entire luminous flux when the convergence angle is emitted from the convergence dispersion optical system as a smaller convergence angle.

상기 수속 분산 광학계는, 상기 각 광속의 각각을 고속축방향에 있어서의 서로 다른 위치에 오프셋시키는 기능과, 상기 각 광속으로 이루어지는 전체 광속을 상기 저속축방향의 폭이 좁아지도록 수속시킴과 아울러, 각 광속 각각을 상기 각광속의 저속축방향 및 고속축방향으로 수속시키는 기능의 쌍방을 겸비하고, 각 광속에 대응해서 배치된 수속 분산 개별렌즈로 할 수 있다.The converging dispersion optical system has a function of offsetting each of the luminous fluxes at different positions in the high-speed axis direction, converges the entire luminous flux consisting of the luminous fluxes so as to narrow the width in the low-speed axis direction, and Both of the functions of converging the luminous fluxes in the low-speed axial direction and the high-speed axial direction of the respective luminous fluxes can be provided as convergent dispersion individual lenses arranged in correspondence with the respective luminous fluxes.

상기 수속 분산 개별렌즈는 트렁케이트(truncate)형 렌즈로 하는 것이 바람직하다.Preferably, the convergent dispersion individual lens is a truncate lens.

상기 수속 분산 광학계는, 상기 각 광속에 대응해서 배치된 상기 각 광속의 각각을 고속축방향에 있어서의 서로 다른 위치에 오프셋시키는 기능을 갖춘 오프셋 광학계와, 상기 오프셋 광학계로부터 출사된 각 광속으로 이루어지는 전체 광속을 저속축방향의 폭이 좁아지도록 수속시킴과 아울러 각 광속 각각을 상기 각 광속의 저속축방향 및 고속축방향으로 수속시켜서, 각 광속을 상기 각 광속의 고속축방향에 있어서 서로 다른 소정의 위치에서 상기 수속각 변환 광학계에 입사시키는 기능을 갖춘 집광 광학계로 구성할 수 있다.The converging dispersion optical system includes an offset optical system having a function of offsetting each of the light beams disposed corresponding to the light beams at different positions in the high-speed axis direction, and an entire light beam emitted from the offset optical system. The luminous flux is converged so that the width of the luminous flux becomes narrower, and each luminous flux is converged in the low-speed and high-axial directions of the luminous fluxes, so that each luminous flux is a predetermined position different from each other in the high-speed axial direction of each luminous flux. The light converging optical system may be configured to have a function of incident on the convergence angle conversion optical system.

상기 오프셋 광학계는 트렁케이트형 렌즈로 하는 것이 바람직하다.The offset optical system is preferably a truncated lens.

상기 복수의 반도체 레이저 각각은 서로 분리된 것으로 할 수 있다.Each of the plurality of semiconductor lasers may be separated from each other.

상기 복수의 반도체 레이저는, 복수의 반도체 레이저 중 2개이상이, 서로 연결되어 일체화된 것으로 할 수 있다.Two or more of the plurality of semiconductor lasers may be connected to each other and integrated in the plurality of semiconductor lasers.

또, 상기 수속 분산 광학계와, 수속각 변환 광학계의 역할은 완전히 분리되어 있는 경우에 한정되지 않고, 서로의 기능의 일부를 겸용하도록 해도 좋다. 예를 들면, 수속각 변환 광학계가, 상기 광속을 고속축방향의 폭이 좁아지도록 수속시키거나, 또는 저속축방향의 폭이 좁아지도록 수속시키는 수속 분산 광학계의 기능의 일부를 갖는 것이어도 좋다.Moreover, the role of the said convergence dispersion optical system and the convergence angle conversion optical system is not limited only when it is completely separated, You may make it use part of each other's function. For example, the convergence angle conversion optical system may have a part of the function of the convergence dispersion optical system which converges the luminous flux so that the width in the high-speed axis direction becomes narrow or converges so that the width of the low-speed axis direction becomes narrow.

본 발명의 제3레이저광 합파장치는, 레이저블록과, 전체 수속 광학계와, 수속각 변환 광학계를 구비하고, 레이저블록은, 복수의 반도체 레이저가 상기 반도체 레이저 각각의 활성층이 평행하게 되고, 또한, 각각의 활성층의 위치가 상기 활성층의 두께방향에 있어서 서로 다른 위치가 되도록 배치되어, 서로 평행한 저속축을 갖는 각 광속을 출사하는 것이며, 전체 수속 광학계는, 상기 복수의 반도체 레이저로부터 출사된 저속축이 서로 평행한 각 광속으로 이루어지는 전체 광속을 상기 저속축방향의 폭이 좁아지도록 수속시킴과 아울러 각 광속 각각을 상기 각 광속의 저속축방향 및 고속축방향으로 수속시켜서, 각 광속 각각을 상기 각 광속의 고속축방향에 있어서 서로 다른 소정의 위치에서 상기 수속각 변환 광학계에 입사시키는 것이며, 상기 수속각 변환 광학계는, 각 광속의 광축이 고속축방향에서 볼 때 서로 교차하는 위치 중 최상류측의 위치보다 더 상류측에 배치되어, 상기 전체 광속의 수속각을 수속 분산 광학계로부터 출사시켰을 때의 수속각을 보다 작은 수속각으로 해서 이 전체 광속을 광섬유에 입사시키는 것을 특징으로 하는 것이다.The third laser light combining apparatus of the present invention includes a laser block, an entire converging optical system, and a converging angle conversion optical system, wherein the plurality of semiconductor lasers have parallel active layers of the semiconductor lasers, The positions of the respective active layers are arranged so as to be different positions in the thickness direction of the active layer, and the respective light beams having the slow axes parallel to each other are emitted, and the total convergence optical system has a low speed axis emitted from the plurality of semiconductor lasers. The entire luminous flux consisting of the luminous fluxes parallel to each other is converged so that the width in the low-speed axial direction is narrowed, and the respective luminous fluxes are converged in the low-speed and high-axial directions of the respective luminous fluxes, so that each luminous flux of each luminous flux is The light is incident on the convergence angle conversion optical system at predetermined positions different from each other in the high-speed axis direction. The conversion optical system is arranged at an upstream side more than the position at the most upstream side among the positions where the optical axes of the respective light beams cross each other when viewed in the high-speed axis direction, and the convergence angle when the convergence angle of the entire luminous flux is emitted from the convergence dispersion optical system This entire light flux is made to enter the optical fiber at a smaller convergence angle.

상기 전체 수속 광학계는, 상기 반도체 레이저로부터 출사된 각 광속으로 이루어지는 전체 광속을, 직접, 저속축방향의 폭이 좁아지도록 수속시킴과 아울러 각 광속 각각을 상기 각 광속의 저속축방향 및 고속축방향으로 수속시켜서, 각 광속 각각을 상기 각 광속의 고속축방향에 있어서 서로 다른 소정의 위치에서 상기 수속각 변환 광학계에 입사시키는 것으로 할 수 있다.The total converging optical system converges the entire luminous flux made up of the luminous flux emitted from the semiconductor laser so as to narrow the width of the low-speed axial direction and directs each luminous flux in the low-speed axial direction and the high-speed axial direction of the respective luminous flux. By converging, each of the luminous fluxes can be incident on the convergence angle conversion optical system at predetermined positions different from each other in the high-speed axis direction of the luminous fluxes.

상기 전체 수속 광학계는 트렁케이트형 렌즈로 하는 것이 바람직하다.It is preferable that the entire converging optical system is a truncated lens.

상기 전체 수속 광학계는, 각 광속에 대응해서 배치된 각 광속의 각각을 평행 광속으로 하는 콜리메이트 광학계와, 상기 평행 광속의 전체를 상기 저속축방향의 폭이 좁아지도록 수속시킴과 아울러 각 광속 각각을 상기 각 광속의 저속축방향 및 고속축방향으로 수속시켜서, 각 광속 각각을 상기 각 광속의 고속축방향에 있어서 서로 다른 소정의 위치에서 상기 수속각 변환 광학계에 입사시키는 집광 광학계로 구성된 것으로 할 수 있다.The total converging optical system converges each of the luminous fluxes by collimating the collimating optical system which makes each of the luminous fluxes disposed in correspondence with the luminous fluxes into parallel luminous fluxes, and narrows the entire width of the parallel luminous fluxes in the low-speed axis direction. The light converging optical system may be configured by converging in the low speed axis direction and the high speed axis direction of each light beam, and injecting each light beam into the converging angle conversion optical system at predetermined positions different from each other in the high speed axis direction of the light beams. .

상기 콜리메이트 광학계는 트렁케이트형 렌즈로 하는 것이 바람직하다.The collimated optical system is preferably a truncated lens.

또, 상기 전체 수속 광학계 및 수속각 변환 광학계의 기능은 완전히 분리되어 있는 경우에 한정되지 않고, 수속각 변환 광학계가 전체 수속 광학계의 기능의 일부를 겸용하도록 해도 좋다. 예를 들면, 수속각 변환 광학계가, 상기 광속을, 저속축방향의 폭이 좁아지도록 수속시키는 기능을 갖는 것이어도 좋다.The functions of the whole convergence optical system and the convergence angle conversion optical system are not limited to being completely separated, and the convergence angle conversion optical system may be used as part of the functions of the entire convergence optical system. For example, the convergence angle conversion optical system may have a function of converging the luminous flux so as to narrow the width in the low-speed axis direction.

본 발명의 제4레이저광 합파장치는, 복수의 반도체 레이저가, 상기 반도체 레이저 각각의 활성층이 평행하게 되고, 또한, 각각의 활성층의 위치가 상기 활성층의 두께방향에 있어서 서로 다른 위치가 되도록 배치되고, 서로 평행한 저속축 및 서로 평행한 광축을 갖는 각 광속을 출사하는 레이저블록과, 복수의 반도체 레이저로부터 출사된 각 광속의 각각을 평행 광속으로 하는 콜리메이트 광학계와, 콜리메이트 광학계를 통과한 각 광속을 상기 각 광속의 저속축의 방향으로 이동시켜서 각 광축이 저속축과 직교하는 일평면상에 나란히 배열되도록 하는 광축 시프트 광학계와, 광축 시프트 광학계에 의해 광축이 상기 일평면상에 나란히 배열된 각 광속으로 이루어지는 전체 광속을 상기 광속의 저속축방향 및 고속축방향으로 수속시켜서 광섬유에 입사시키는 수속 광학계를 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.In the fourth laser light combiner of the present invention, a plurality of semiconductor lasers are arranged such that the active layers of the semiconductor lasers are parallel to each other, and the positions of the respective active layers are different from each other in the thickness direction of the active layer. A laser block that emits light beams each having a low speed axis parallel to each other and an optical axis parallel to each other; a collimated optical system having each of the light beams emitted from the plurality of semiconductor lasers as parallel light beams; and an angle passed through the collimated optical system. An optical axis shift optical system for moving the light flux in the direction of the low speed axis of each light beam such that each optical axis is arranged side by side on one plane orthogonal to the low speed axis, and each light beam having the optical axes arranged side by side on the one plane by the optical axis shift optical system The entire luminous flux consisting of the light beam is converged in the low speed axis direction and the high speed axis direction of the light beam to enter the optical fiber It is characterized by comprising a converging optical system.

상기 콜리메이트 광학계는 트렁케이트형 렌즈로 하는 것이 바람직하다.The collimated optical system is preferably a truncated lens.

또, 상기 콜리메이트 광학계, 광축 시프트 광학계, 및 수속 광학계의 역할은 완전히 분리되어 있는 경우에 한정되지 않고, 서로의 기능의 일부를 겸용하도록 해도 좋다. 예를 들면, 광축 시프트 광학계가 상기 광속을 고속축방향의 폭이 좁아지도록 수속시키는 기능의 일부를 갖는 것이어도 좋고, 또는 콜리메이트 광학계가 상기 광속을 저속축방향의 폭이 좁아지도록 수속시키는 기능의 일부를 갖는 것이어도 좋다.Moreover, the role of the said collimate optical system, an optical axis shift optical system, and a converging optical system is not limited to the case where it is completely isolated, You may make it use | as part of mutual function. For example, the optical axis shift optical system may have a part of the function of converging the luminous flux so that the width in the high speed axis direction becomes narrow, or the collimated optical system may have the function of converging the luminous flux so that the width in the low speed axis direction becomes narrow. It may have a part.

상기 레이저광 합파장치는, 상기 복수의 반도체 레이저와는 상이한 다른 반도체 레이저와, 상기 복수의 반도체 레이저에 의해 출사된 광속이 상기 광섬유에 입사될 때까지의 상기 광속의 광로중에 있어서, 상기 복수의 반도체 레이저에 의해 출사된 광속과 상기 다른 반도체 레이저로부터 출사된 광속을 편광 합파시키는 편광 합파수단을 구비하고, 상기 다른 반도체 레이저로부터 출사된 광속도 상기 광섬유에 입사시키도록 할 수 있다.The laser beam combiner is a plurality of semiconductors in an optical path of another semiconductor laser different from the plurality of semiconductor lasers and the light flux until the light flux emitted by the plurality of semiconductor lasers is incident on the optical fiber. And a polarization combining means for polarizing and combining the luminous flux emitted by the laser and the luminous flux emitted from the other semiconductor laser, and the light velocity emitted from the other semiconductor laser can be incident on the optical fiber.

상기 편광 합파는, 편광방향이 서로 다른 각 광속을 편광의 성질을 이용해서 합파시키는 것이다.The said polarization multiplexing combines each light beam from which a polarization direction differs using the property of polarization.

상기 레이저광 합파장치는, 상기 복수의 반도체 레이저와는 상이한 다른 반도체 레이저와, 상기 복수의 반도체 레이저에 의해 출사된 광속이 상기 광섬유에 입사될 때까지의 상기 광속의 광로중에 있어서, 상기 복수의 반도체 레이저에 의해 출사된 광속과 상기 다른 반도체 레이저로부터 출사된 광속을 파장 합파시키는 파장 합파수단을 구비하고, 상기 다른 반도체 레이저로부터 출사된 광속도 상기 광섬유에 입사시키도록 할 수 있다.The laser beam combiner is a plurality of semiconductors in an optical path of another semiconductor laser different from the plurality of semiconductor lasers and the light flux until the light flux emitted by the plurality of semiconductor lasers is incident on the optical fiber. Wavelength combining means for wavelength-combining the light flux emitted by the laser and the light flux emitted from the other semiconductor laser, it can be made to enter the optical speed of the light velocity emitted from the other semiconductor laser.

상기 파장 합파는, 서로 다른 파장을 갖는 각 광속을 파장의 차이를 이용해서 합파시키는 것이다.The wavelength combining is to combine each light beam having a different wavelength by using a difference in wavelength.

상기 레이저광 합파장치는, 광섬유에 입사되어 상기 광섬유내에 합파된 각 광속으로 이루어지는 합파광에 의해, 고체레이저의 매질 또는 섬유레이저의 매질을 여기하는 것으로 할 수 있다.The laser beam combiner may excite a medium of a solid laser or a medium of a fiber laser by the combined light of each light beam incident on the optical fiber and combined into the optical fiber.

상기 레이저광 합파장치는, 수속각 변환 광학계로부터 출사된 전체 광속에 의해, 직접, 고체레이저의 매질 또는 섬유레이저의 매질을 여기하는 것으로 할 수 있다.The laser beam combiner can excite the medium of the solid state laser or the medium of the fiber laser directly by the total light flux emitted from the convergence angle conversion optical system.

상기 합파광을 적외광으로 하고, 매질이 희토류원소 Nd3+, 희토류원소 Yb3+중 적어도 1개를 함유하는 것으로 할 수 있다.Said combined light can be made into infrared light, and a medium can contain at least 1 of rare earth element Nd3 + , and rare earth element Yb3 + .

상기 합파광의 파장을 350㎚이상, 460㎚이하로 하고, 상기 매질이 희토류원소 Pr3+, 희토류원소 Er3+, 희토류원소 Ho3+중 적어도 1개를 함유하는 것으로 할 수 있다.The wavelength of the combined wave light may be 350 nm or more and 460 nm or less, and the medium may contain at least one of the rare earth element Pr 3+ , the rare earth element Er 3+ , and the rare earth element Ho 3+ .

상기 「각 광속 각각을 고속축방향에 있어서 서로 다른 위치에 오프셋시킨다」란, 각 광속 각각을 상기 각 광속의 광축을 저속축방향에서 볼 때 서로 다른 위치에 위치시키는 것을 의미하는 것이다.The term " offset each luminous flux at different positions in the high-speed axis direction " means that each luminous flux is positioned at different positions when the optical axis of each luminous flux is viewed in the low-speed axis direction.

상기 트렁케이트형 렌즈란, 복수의 렌즈를 렌즈의 광축과 교차하는 방향으로 나란히 배치하는 경우에 있어서, 렌즈가 나란히 배열되는 방향에 있어서의 각 렌즈의 치수를 원형의 상태로부터 상기 렌즈가 나란히 배열되는 방향으로 잘라서 짧게 해서 일정 치수내에 보다 많은 렌즈가 나란히 배열되도록 배치한 렌즈를 의미한다.In the truncated lens, when the plurality of lenses are arranged side by side in the direction crossing the optical axis of the lens, the lenses are arranged side by side in a circular state in the dimensions of the lenses in the direction in which the lenses are arranged side by side. It means a lens which is cut in the direction and made short so that more lenses are arranged side by side within a predetermined dimension.

상기 수속각 변환 광학계는, 반사면, 굴절면, 그레이팅, 포토닉스결정 중 어느 하나를 갖는 것으로 할 수 있다. 예를 들면, 이 수속각 변환 광학계가 상기 각 광속을 입사시키는 두께가 얇은 복수의 프리즘을 적층한 것인 경우에는, 각 프리즘에 반사면, 굴절면, 또는 그레이팅면을 형성해서 수속각 변환 광학계를 구성하거나, 각 프리즘을 포토닉스결정으로 형성해서 수속각 변환 광학계를 구성할 수 있다.The convergence angle conversion optical system may have any one of a reflective surface, a refractive surface, a grating, and a photonic crystal. For example, in the case where the convergence angle conversion optical system is a laminate of a plurality of thin prisms for injecting the respective luminous fluxes, a reflection surface, a refractive surface, or a grating surface is formed on each prism to form the convergence angle conversion optical system. Alternatively, each prism can be formed of a photonic crystal to form a convergence angle conversion optical system.

이하, 본 발명의 제1실시형태에 대해서, 도면을 사용해서 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, 1st Embodiment of this invention is described using drawing.

(실시예1-1)Example 1-1

도1은 본 발명의 제1실시형태에 있어서의 제1실시예(이후, 실시예1-1이라고 한다)의 레이저광 합파장치의 개략구성을 나타내는 도이며, 도1의 (a)는 상기 레이저광 합파장치를 윗쪽에서 본 평면도, 도1의 (b)는 상기 레이저광 합파장치를 반도체 레이저가 나란히 배열되는 방향에서 본 정면도, 도1의 (c)는 상기 레이저광 합파장치를 광속의 광축방향에서 본 좌측면도이다. 또한, 도2는 반도체 레이저의 활성층으로부터 레이저광속이 출사되는 모양을 나타내는 사시도, 도3은 수속각 변환 광학계의 구조와 이 수속각 변환 광학계를 통과해서 광섬유에 합파되는 광속의 모양을 나타내는 도이며, 도3의 (a)는 수속각 변환 광학계의 구조를 나타내는 평면도, 도3의 (b)는 수속각 변환 광학계의 구조를 나타내는 정면도, 도4는 후술하는 수속 분산렌즈가 광속을 오프셋시킴과 아울러 수속시키는 모양을 나타내는 도이며,도4의 (a)는 Y방향을 윗쪽으로 해서 Z방향 및 X방향에서 본 상기 수속 분산렌즈를 통과하는 광속을 나타내는 도, 도4의 (b)는 X방향을 위로 해서 Z방향 및 Y방향에서 본 상기 수속 분산렌즈를 통과하는 광속을 나타내는 도이다.Fig. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a laser beam combiner of a first example (hereinafter referred to as Example 1-1) in the first embodiment of the present invention, and Fig. 1 (a) is the laser. A plan view of the optical combiner from above, FIG. 1 (b) is a front view of the laser beam combiner in a direction in which semiconductor lasers are arranged side by side, and FIG. 1 (c) shows the laser beam combiner of the optical axis of the light beam. It is a left side view seen from the direction. Fig. 2 is a perspective view showing the state in which the laser beam is emitted from the active layer of the semiconductor laser, and Fig. 3 is a view showing the structure of the convergence angle conversion optical system and the shape of the light flux passing through the convergence angle conversion optical system and combined with the optical fiber. Figure 3 (a) is a plan view showing the structure of the convergence angle conversion optical system, Figure 3 (b) is a front view showing the structure of the convergence angle conversion optical system, Figure 4 is a converging dispersion lens to be described later offset the luminous flux 4A is a diagram showing a light flux passing through the converging dispersion lens viewed in the Z direction and the X direction with the Y direction upward, and FIG. 4B is the X direction. It is a figure which shows the light beam which passes the said convergence dispersion lens seen from the Z direction and a Y direction up.

도1에 나타낸 바와 같이, 상기 실시예1-1의 레이저광 합파장치(101)는, 복수의 반도체 레이저가 배치된 레이저블록(110)과, 수속 분산 광학계인 수속 분산렌즈(120)와, 수속각 변환 광학계(30)를 구비하고 있다.As shown in Fig. 1, the laser beam combiner 101 of the above embodiment 1-1 includes a laser block 110 in which a plurality of semiconductor lasers are arranged, a converging dispersion lens 120 that is a converging dispersion optical system, and a converging procedure. Each conversion optical system 30 is provided.

레이저블록(110)은, 복수의 개별로 독립되어 배치된 반도체 레이저(11A,11B,11C…)(이후, 통합하여 반도체 레이저(11)라고도 한다)가, 반도체 레이저(11) 각각의 활성층(12A, 12B, 12C, …)(이후, 통합하여 활성층(12)이라고도 한다)이 동일 평면(H1)상에 나란히 배열되도록 배치되고, 상기 동일 평면(H1)상에 서로 평행한 저속축을 갖는 각 광속(La,Lb,Lc…)을 출사하는 것이다.The laser block 110 is a semiconductor laser 11A, 11B, 11C ... (hereinafter, collectively referred to as a semiconductor laser 11) that is arranged independently of a plurality of active layers 12A of each of the semiconductor lasers 11. 12B, 12C, ...) (hereinafter also referred to as active layer 12 collectively) are arranged so that they are arranged side by side on the same plane H1, and each luminous flux having a slow axis parallel to one another on the same plane H1. La, Lb, Lc…) is emitted.

각 반도체 레이저(11)는, 출력 1W, 발진파장 400∼420㎚의 에지 이미터형 질화물계 반도체 레이저이며, 도2에 나타낸 바와 같이, 활성층(12)의 두께방향(도면중 F축방향, 이후, 고속축방향이라고도 한다)의 발광폭(Df)=1㎛, 이 고속축과 직교하는 활성층(12)과 평행한 방향(도면중 S축방향, 이후, 저속축방향이라고도 한다)의 발광폭(Ds)=10㎛이다. 또한, 각 반도체 레이저(11)로부터 출사되는 광속의 고속축방향의 실효적인 개구수(NAf)는 0.5이며, 저속축방향의 실효적인 개구수(NAs)는 0.2이다. 또, 상기한 바와 같이, 여기에서 말하는 고속축방향은, 상기 에지 이미터형 반도체 레이저의 활성층에 대하여 수직인 방향, 저속축방향은 상기 활성층에 대하여 평행인 방향이다. 또, 상기 개구수(NAf)=0.5는 일반적인 반도체 레이저로부터출사되는 광속의 고속축방향의 실효적인 개구수의 대표적인 값이다.Each semiconductor laser 11 is an edge emitter nitride semiconductor laser having an output of 1 W and an oscillation wavelength of 400 to 420 nm. As shown in Fig. 2, the thickness direction of the active layer 12 (F-axis direction in the figure, Light emission width Df of the high-speed axial direction = 1 占 퐉, and light emission width Ds of the direction parallel to the active layer 12 orthogonal to the high-speed axis (hereinafter referred to as S-axis direction, later referred to as low-speed axis direction). ) = 10 µm. In addition, the effective numerical aperture NAf in the high speed axis direction of the light beam emitted from each semiconductor laser 11 is 0.5, and the effective numerical aperture NAs in the low speed axis direction is 0.2. As described above, the high-speed axis here is a direction perpendicular to the active layer of the edge emitter type semiconductor laser, and the low-speed axis direction is a direction parallel to the active layer. The numerical aperture NAf = 0.5 is a representative value of the effective numerical aperture in the high-speed axial direction of the light beam emitted from a general semiconductor laser.

상기 X방향, Y방향, Z방향은 서로 직교하고, 반도체 레이저(11)로부터 출사된 광속의 고속축방향(광속의 퍼짐각이 큰 방향)은 X방향과 동일방향이 되고, 상기 광속의 저속축방향(광속의 퍼짐각이 작은 방향)은 Y방향과 동일방향이 된다.The X direction, the Y direction, and the Z direction are orthogonal to each other, and the high-speed axis direction of the luminous flux emitted from the semiconductor laser 11 (the direction in which the spreading angle of the luminous flux is large) becomes the same direction as the X-direction, and the low-speed axis of the luminous flux The direction (direction in which the spreading angle of the light beam is small) becomes the same direction as the Y direction.

또한, 상기 레이저블록(110)은, 5개의 반도체 레이저(11A,11B,11C,11D,11E)가 배치되어 이루어지는 것이다.In addition, the laser block 110 includes five semiconductor lasers 11A, 11B, 11C, 11D, and 11E.

수속 분산렌즈(120)는 복수의 반도체 레이저(11)로부터 출사된 각 광속(La,Lb,Lc…)에 대응해서 배치된 각 수속 분산 개별렌즈(121A,121B,121C…)로 이루어지고, 상기 각 광속(La,Lb,Lc…)으로 이루어지는 전체 광속을 상기 저속축방향의 폭이 좁아지도록 수속시킴과 아울러 각 광속 각각을 고속축방향에 있어서 서로 다른 위치(도면중 P1,P2,P3…로 나타냄)에 오프셋시키고, 또한, 각 광속(La,Lb,Lc…) 각각을 상기 각 광속의 저속축방향 및 고속축방향으로 수속시켜서, 각 광속(La,Lb,Lc…) 각각을 상기 각 광속의 고속축방향에 있어서 서로 다른 소정의 위치(39A,39B,39C…)로부터 수속각 변환 광학계(30)에 입사시키는 것이며, 광속을 오프셋시키는 기능, 각 광속의 광축을 수속시키는 기능, 및 각 광속의 각각을 수속시키는 기능을 겸하는 것이다. 여기에서, 상기 수속각은, 전체 광속을 저속축방향의 폭이 좁아지도록 수속시킬 때에, 이 전체 광속이 수속방향을 예상하는 YZ평면에 있어서의 각도, 즉 고속축방향에서 볼 때의 수속각이다. 또한, 수속 분산렌즈(120)는, 각 수속 분산 개별렌즈(121A,121B,121C…)로 이루어지는 트렁케이트형 렌즈이다.The converging dispersion lens 120 is composed of converging dispersion individual lenses 121A, 121B, 121C... Arranged in correspondence with the respective luminous fluxes La, Lb, Lc..., Emitted from the plurality of semiconductor lasers 11. The entire luminous flux consisting of the luminous fluxes La, Lb, Lc ... is converged so that the width in the low-speed axial direction is narrowed, and each of the luminous fluxes is positioned at different positions in the high-speed axial direction (P1, P2, P3 ... in the drawing). Offset) and converging each of the luminous fluxes La, Lb, Lc ... in the low-speed and high-axial directions of the respective luminous fluxes, so that each of the luminous fluxes La, Lb, Lc ... Is incident on the convergence angle conversion optical system 30 from predetermined positions 39A, 39B, 39C, which are different from each other in the high-speed axial direction, and the function of offsetting the luminous flux, the function of converging the optical axis of each luminous flux, and each luminous flux It also serves as a procedure to process each of them. Here, the convergence angle is an angle in the YZ plane where the entire luminous flux predicts the convergence direction when the entire luminous flux converges so that the width in the low-speed axis direction becomes narrow, that is, the convergence angle when viewed in the high-speed axis direction. . The convergence dispersion lens 120 is a truncated lens composed of the convergence dispersion individual lenses 121A, 121B, 121C...

리디렉션 시스템인 수속각 변환 광학계(30)는, 전체 광속의 고속축방향에서 볼 때의 수속각을 수속 분산렌즈(120)로부터 출사시켰을 때의 전체 광속의 수속각(α1)을 보다 작은 수속각(α2)으로 해서 이 전체 광속을 광섬유(40)의 코어부(41)에 입사시키는 것이며, 각 광속의 광축이 고속축방향에서 볼 때(여기에서는 YZ평면에 있어서) 서로 교차하는 위치 중 최상류측의 위치(Pa)보다 더 상류측에 배치되어 있다. 또 광섬유(40)의 코어부(41)의 지름은 50㎛, 개구수(NA)는 0.2이다.The convergence angle conversion optical system 30, which is a redirection system, has a smaller convergence angle α1 of the total luminous flux when the convergence angle when viewed in the high-speed axis direction of the entire luminous flux is emitted from the convergence dispersion lens 120. This total luminous flux enters into the core portion 41 of the optical fiber 40 as α2), and the optical axis of each luminous flux is located at the most upstream side among the positions where the optical axes cross each other in the high-axis direction (here, in the YZ plane). It is arrange | positioned more upstream than position Pa. Moreover, the diameter of the core part 41 of the optical fiber 40 is 50 micrometers, and numerical aperture NA is 0.2.

또, 수속 분산렌즈(120)의 고속축방향에서 볼 때의 개구수(NA)는, 상기 광섬유(40)의 개구수(NA)보다 크게 설정되어 있다.The numerical aperture NA in the high-speed axis direction of the convergence dispersion lens 120 is set larger than the numerical aperture NA of the optical fiber 40.

도3의 (a), (b)에 나타낸 바와 같이, 수속각 변환 광학계(30)는, X방향인 상기 고속축방향으로 두께가 얇은 복수의 프리즘(31A,31B,31C…)이 고속축방향으로 적층되어서 형성되어 있으며, 수속 분산렌즈(120)에 의해 전체 광속의 저속축방향의 폭이 좁아지도록 수속된, 고속축방향에서 볼 때의 수속각 변환 광학계(30)에 입사되는 광축의 각도가 서로 다른 각 광속(La,Lb,Lc…)을, 각 광속이 대응하는 소정의 프리즘(31A,31B,31C…)에 입사시켜 각 프리즘(31A,31B,31C…)에서 각 광속의 전파방향을 변경한다. 즉, 프리즘(31A,31B,31D,31E)은, 고속축방향에서 볼 때, 수속 분산렌즈(120)로부터 출사시킨 전체 광속의 수속각을 보다 작은 수속각으로 바꾸는 동시에, 저속축방향에서 볼 때, 발산상태로 입사한 각 광속의 광축을 수속시킨다(도3의 (b)참조). 여기에서, 중앙에 위치하는 프리즘(31C)은 섬유의 중심을 향해서 전파되는 광속(Lc)을 통과시키므로, 그 전파방향을 구부리지 않도록 설정되어 있다.As shown in Figs. 3A and 3B, in the convergence angle conversion optical system 30, a plurality of prisms 31A, 31B, 31C, which are thin in the high-speed axis direction in the X-direction, are formed in the high-speed axis direction. The angle of the optical axis incident on the convergence angle conversion optical system 30 when viewed in the high-speed axis direction, which is formed by being laminated and formed so that the width of the low-speed axis direction of the entire luminous flux is narrowed by the converging dispersion lens 120. Each of the different luminous fluxes La, Lb, Lc ... is made to enter the predetermined prisms 31A, 31B, 31C ... corresponding to the respective luminous fluxes, and the propagation directions of the respective luminous fluxes in each prism 31A, 31B, 31C ... Change it. That is, the prisms 31A, 31B, 31D, and 31E change the convergence angle of the entire luminous flux emitted from the convergence dispersion lens 120 to a smaller convergence angle when viewed in the high-speed axis direction, and at the same time as viewed in the low-speed axis direction. Then, the optical axis of each luminous flux incident in the divergent state is converged (see Fig. 3B). Here, since the prism 31C located in the center passes the light beam Lc propagated toward the center of the fiber, the prism 31C is set so as not to bend the propagation direction.

다음에 상기 실시형태에 있어서의 작용에 대해서 설명한다.Next, the operation in the above embodiment will be described.

복수의 반도체 레이저(11A,11B,11C…)로부터 출사된, 동일 평면(H1)상에 저속축을 갖는 각 광속(La,Lb,Lc…)은 수속 분산 개별렌즈(121A,121B,121C…)를 통해, 각 광속(La,Lb,Lc…)으로 이루어지는 전체 광속이 상기 저속축방향의 폭이 좁아지도록 수속됨(즉, 고속축방향에서 볼 때 수속된다)과 아울러, 각 광속 각각이 고속축방향에 있어서 서로 다른 위치(P1,P2,P3…)에 오프셋된다. 이것과 함께, 각 광속(La,Lb,Lc…) 각각이 각 광속의 저속축방향 및 고속축방향으로 수속된다.Each of the luminous fluxes La, Lb, Lc ... having a low axis on the same plane H1 emitted from the plurality of semiconductor lasers 11A, 11B, 11C... Through this, the entire luminous flux consisting of the luminous fluxes La, Lb, Lc ... is converged so as to narrow the width in the low-speed axis direction (that is, converged when viewed in the high-speed axis direction), and each light beam is in the high-speed axis direction. Are offset at different positions P1, P2, P3,. At the same time, each of the light beams La, Lb, Lc ... is converged in the low speed axis direction and the high speed axis direction of each light beam.

즉, 수속 분산렌즈(120)를 구성하는 수속 분산 개별렌즈(121A,121B,121C…)의 각각은 광속의 전파방향을 변화시키는 서로 다른 굴절력을 갖고 있다. 도4에 나타낸 바와 같이, 전체 광속의 둘레가장자리부에 위치하는 수속 분산 개별렌즈(121A)는, 입사된 광속(La)의 전파방향을 서로의 광축의 간격이 좁아지도록 저속축(S)방향으로 크게 변화시킴과 아울러 고속축(F)방향으로 서로의 광축의 간격이 넓어지도록 변화시키고, 또한 이 광속(La)을 수속시켜서 수속각 변환 광학계(30)의 소정의 프리즘(31A)에 입사시키는 기능을 갖는다. 또, 전체 광속의 중심부에 위치하는 수속 분산 개별렌즈(121C)는, 입사된 광속(Lc)의 전파방향을 저속축(S)방향으로도 고속축(F)방향으로도 변화시키는 일없이, 이 광속(Lc)을 수속시켜서 수속각 변환 광학계(30)의 소정의 프리즘(31C)에 입사시키는 기능을 갖는다. 또, 도4의 (a) 및 도4의 (b)의 좌측에 나타내는 수속 분산 개별렌즈(121A)를 Z축방향에서 본 도면중의 실선은, 수속 분산 개별렌즈(121A)의 반도체 레이저(11A)측의 렌즈면을 나타내고, 상기 도면중의 파선은, 수속 분산 개별렌즈(121A)의 수속각 변환 광학계(30)측의 렌즈면을 나타내는 것이며, 각각의 렌즈면의 곡률중심의 위치가 X축 및 Y축에 대하여 경사방향으로 어긋나 있다.That is, each of the convergent dispersion discrete lenses 121A, 121B, 121C... Constituting the convergent dispersion lens 120 has different refractive powers for changing the propagation direction of the light flux. As shown in Fig. 4, the convergent dispersion discrete lens 121A positioned at the circumferential edge of the entire luminous flux has a propagation direction of the incident luminous flux La in the low-speed axis S direction so that the interval between the optical axes becomes smaller. A function of varying the optical axis and widening the distance between the optical axes in the high-speed axis (F) direction so as to widen, and condensing the light beam La to enter the predetermined prism 31A of the convergence angle conversion optical system 30. Has In addition, the convergent dispersion individual lens 121C positioned at the center of the entire luminous flux does not change the propagation direction of the incident luminous flux Lc in the low-speed axis S direction or the high-speed axis F direction. The light beam Lc is converged and incident on the predetermined prism 31C of the convergence angle conversion optical system 30. Moreover, the solid line in the figure which looked at the convergent dispersion individual lens 121A shown to the left of FIG.4 (a) and FIG.4 (b) from the Z-axis direction shows the semiconductor laser 11A of the convergence dispersion individual lens 121A. ), The broken line in the figure indicates the lens surface on the convergence angle conversion optical system 30 side of the convergent dispersion individual lens 121A, and the position of the center of curvature of each lens surface is the X axis. And in the inclined direction with respect to the Y axis.

그 후, 각 광속(La,Lb,Lc…) 각각은 고속축(F)방향에 있어서 서로 다른 소정의 위치(39A,39B,39C…)로부터 수속각 변환 광학계(30)의 소정의 프리즘(31A,31B,31C…)에 입사되고, 프리즘(31A,31B,31C…)에 의해, 상술한 바와 같이, 고속축방향에서 볼 때, 수속 분산렌즈(120)로부터 출사되었을 때의 전체 광속의 수속각이 보다 작은 수속각으로 되고, 저속축방향에서 볼 때, 발산 상태로 입사된 각 광속의 광축이 수속되도록 각 광속의 광축의 방향이 변환되어서 상기 전체 광속이 광섬유(40)의 코어부(41)에 입사된다. 여기에서, 상기 코어부(41)의 입사단 면에 상기 각 광속의 빔 웨이스트가 위치하도록, 각 광속이 수속 분산렌즈(120) 및 수속각 변환 광학계(30)를 통해서 전파된다.Thereafter, each of the luminous fluxes La, Lb, Lc, ... is a predetermined prism 31A of the convergence angle conversion optical system 30 from the predetermined positions 39A, 39B, 39C, ... which are different in the high-speed axis F direction. Convergence angle of the entire luminous flux when it is incident on the high-speed axial direction and is incident on the high-speed axial direction by the prism 31A, 31B, 31C. At a lower convergence angle, the direction of the optical axis of each luminous flux is converted so that the optical axis of each luminous flux incident in the divergent state is converged when viewed in the low-speed axis direction, so that the entire luminous flux is the core portion 41 of the optical fiber 40. Is incident on. Here, each luminous flux propagates through the convergence dispersion lens 120 and the convergence angle conversion optical system 30 so that the beam waist of each luminous flux is located on the incident end surface of the core part 41.

상기한 것에 의해, 5개의 반도체 레이저(11A,11B,11C…)로부터 출사된 각 0.5W의 출력을 갖는 광속이 광섬유(40)의 코어부(41)에 합파되어, 코어부(41)로부터 2.25W레이저광을 출력시킬 수 있다. 즉, 5개의 레이저광속이 결합효율 90%로 광섬유에 결합된다.By the above, the luminous flux having an output of 0.5 W emitted from the five semiconductor lasers 11A, 11B, 11C ... is combined with the core portion 41 of the optical fiber 40, and 2.25 from the core portion 41. W laser light can be output. That is, five laser beams are coupled to the optical fiber with a coupling efficiency of 90%.

<실시예1-2><Example 1-2>

이하, 본 발명의 제1실시형태에 있어서의 제2실시예(이하, 실시예1-2라고 한다)의 레이저광 합파장치에 대해서 설명한다. 도5는 상기 레이저광 합파장치의 개략구성을 나타내는 도이며, 도5의 (a)는 이 레이저광 합파장치를 윗쪽에서 본 평면도, 도5의 (b)는 레이저광 합파장치를 반도체 레이저가 배열되는 방향에서 본 평면도, 도5의 (c)는 레이저광 합파장치를 광속의 광축방향에서 본 좌측면도, 도6은 오프셋렌즈를 구성하는 개별렌즈가 광속을 오프셋시키는 기능을 나타내는 도이며, 도6의 (a)는 Y방향을 지면 윗쪽으로 해서 본 상기 개별렌즈의 개념도, 도6의 (b)는 X방향을 지면 윗쪽으로 해서 본 상기 개별렌즈의 개념도, 도7은 수속각 변환 광학계가 저속축방향에서 볼 때 급준하게 수속되는 전체 광속의 광축 수속의 정도를 완만하게 하는 모양을 나타내는 도이다.Hereinafter, the laser beam combiner of the 2nd Example (henceforth Example 1-2) in 1st Embodiment of this invention is demonstrated. Fig. 5 is a diagram showing a schematic configuration of the laser beam combiner, Fig. 5 (a) is a plan view of the laser beam combiner from above, and Fig. 5 (b) is a semiconductor laser arranged with the laser beam combiner. Fig. 5 (c) is a left side view of the laser beam combiner as seen from the optical axis direction of the light beam, and Fig. 6 is a view showing a function in which the individual lenses constituting the offset lens offset the light beam. (A) is a conceptual diagram of the individual lens viewed from the Y direction upward on the ground, and FIG. 6 (b) is a conceptual view of the individual lens viewed from the X direction upward on the ground, and FIG. 7 is a low speed axis of the convergence angle conversion optical system. It is a figure which shows the mode which moderates the degree of optical-axis convergence of the whole luminous flux which converges sharply from the direction.

상기 레이저광 합파장치(102)는, 상기 실시예1-1에 있어서의 수속 분산 광학계인 수속 분산렌즈 대신에, 오프셋수단인 오프셋렌즈와 전체 광속을 수속시키는 집광렌즈를 각각 개별로 배치해서 구성한 것이며, 그 외는 상기 실시예1-1과 동일한 구성으로 이루어진다. 이하, 상기 실시예1-1의 레이저광 합파장치(101)와 동일한 기능을 갖는 구성에 대해서는 같은 부호를 사용해서 설명을 생략한다.The laser beam combiner 102 is configured by separately arranging an offset lens as an offset means and a condenser lens for converging the entire luminous flux instead of the convergent dispersion lens as the convergent dispersion optical system in the first embodiment. And others have the same configuration as in the first embodiment. Hereinafter, the structure which has the same function as the laser beam combiner 101 of the said Example 1-1 is abbreviate | omitted using the same code | symbol.

상기 레이저광 합파장치(102)는, 수속 분산 광학계로서, 복수의 반도체 레이저(11A,11B…)로부터 출사된 각 광속에 대응해서 배치된, 상기 각 광속의 각각을 콜리메이트함과 아울러 고속축방향에 있어서의 서로 다른 위치에 오프셋시키는 기능을 갖춘 오프셋렌즈(123)와, 이 오프셋렌즈(123)로부터 출사된 각 광속으로 이루어지는 전체 광속을 저속축방향의 폭이 좁아지도록 수속시킴과 아울러, 각 광속 각각을 상기 각 광속의 저속축방향 및 고속축방향으로 수속시켜서, 각 광속을 상기 각 광속의 고속축방향에 있어서 서로 다른 소정의 위치에서 상기 수속각 변환 광학계(30B)에 입사시키는 기능을 갖춘 집광렌즈(124)로 구성된 것이다.The laser beam combiner 102 is a convergent dispersion optical system that collimates each of the beams arranged in correspondence with the beams emitted from the plurality of semiconductor lasers 11A, 11B. The total luminous flux consisting of an offset lens 123 having a function of offsetting at different positions in the optical sensor, and each luminous flux emitted from the offset lens 123, converges so that the width in the low-speed axis direction becomes narrow, A light condensing unit has a function of converging each of the light beams in the low-speed axis direction and the high-speed axis direction of each of the light beams, and injecting the light beams into the convergence angle conversion optical system 30B at different predetermined positions in the high-speed axis direction of the light beams. It is composed of a lens (124).

또, 오프셋렌즈(123)는 각 광속에 대응해서 배치된 각 렌즈인 오프셋 개별렌즈(123A,123B…)로 구성된 트렁케이트형 렌즈이다.In addition, the offset lens 123 is a truncated lens composed of offset individual lenses 123A, 123B... That are each lens disposed corresponding to each luminous flux.

또한, 오프셋렌즈(123)와 집광렌즈(124)로 이루어지는 광학계가 상기 실시예1-1에 있어서의 수속 분산렌즈(120)와 동일한 작용을 한다.In addition, the optical system composed of the offset lens 123 and the condenser lens 124 has the same function as that of the converging dispersion lens 120 in the first embodiment.

복수의 반도체 레이저(11A,11B,11C…)로부터 출사된, 동일 평면(H1)상에 저속축을 갖는 각 광속(La,Lb,Lc…)은, 오프셋렌즈(123)를 통과하여 각 광속 각각이 고속축방향에 있어서 서로 다른 위치에 오프셋된다. 보다 상세하게는, 도6에 나타낸 바와 같이, 오프셋렌즈(123)를 구성하는 각 오프셋 개별렌즈(123A,123B,123C…) 각각은 광속의 전파방향을 변화시키는 서로 다른 굴절력을 갖고 있다. 전체 광속의 둘레가장자리부에 위치하는 오프셋 개별렌즈(123A)는, 입사된 광속(La)의 전파방향을 저속축방향으로 변화시키는 일없이 고속축방향으로 변화시켜서 집광렌즈(124)에 입사시킨다. 또, 전체 광속의 중심부에 위치하는 오프셋 개별렌즈(123C)는 입사된 광속(Lc)의 전파방향을 저속축방향으로도 고속축방향으로도 변화시키는 일없이 집광렌즈(124)에 입사시킨다. 또, 도6의 (a) 및 도6의 (b)의 좌측에 나타내는 오프셋 개별렌즈(123A)를 Z축방향에서 본 도면중의 실선은, 오프셋 개별렌즈(123A)의 반도체 레이저(11A)측의 렌즈면을 나타내고, 상기 도면중의 파선은, 이 오프셋 개별렌즈(123A)의 수속각 변환 광학계(30B)측의 렌즈면을 나타내는 것이며, 각각의 렌즈면의 곡률중심의 위치가 X축방향으로 어긋나 있다.Each of the light beams La, Lb, Lc ... having a low axis on the same plane H1 emitted from the plurality of semiconductor lasers 11A, 11B, 11C ... passes through the offset lens 123 and each light beam It is offset at different positions in the high axis direction. More specifically, as shown in Fig. 6, each of the offset individual lenses 123A, 123B, 123C, which constitute the offset lens 123 has different refractive powers to change the propagation direction of the light beam. The offset individual lens 123A positioned at the circumferential edge of the entire luminous flux changes the propagation direction of the incident luminous flux La in the high-speed axis direction without changing it in the low-speed axis direction and enters the condensing lens 124. Further, the offset individual lens 123C located at the center of the entire luminous flux enters the condensing lens 124 without changing the propagation direction of the incident luminous flux Lc in either the low speed axis direction or the high speed axis direction. In addition, the solid line in the figure which looked at the offset individual lens 123A shown to the left of FIG.6 (a) and FIG.6 (b) from the Z-axis direction is the semiconductor laser 11A side of the offset individual lens 123A. Indicates the lens surface of the offset individual lens 123A and the lens surface of the convergence angle conversion optical system 30B side, and the position of the center of curvature of each lens surface is in the X-axis direction. It is out of order.

오프셋렌즈(123)로부터 출사되어 집광렌즈(124)를 통과한 각 광속(La,Lb,Lc…)으로 이루어지는 전체 광속은, 저속축방향의 폭이 좁아지도록 수속됨과 아울러, 각 광속(La,Lb,Lc…)의 각각이 각 광속의 저속축방향 및 고속축방향으로 수속된다.The entire luminous flux made up of the luminous fluxes La, Lb, Lc ... emitted from the offset lens 123 and passed through the condensing lens 124 is converged so that the width in the low-speed axis direction is narrowed, and each luminous flux La, Each of Lb, Lc ...) is converged in the low speed axis direction and the high speed axis direction of each light beam.

그 후, 각 광속(La,Lb,Lc…) 각각은 고속축(F)방향에 있어서 서로 다른 소정의 위치에서 수속각 변환 광학계(30B)의 소정의 프리즘에 입사되고, 고속축방향에서 볼 때, 각 광속으로 이루어지는 전체 광속의 수속각(α1)이 각 프리즘을 통과해서 각 광속으로 이루어지는 전체 광속의 수속각이 보다 작은 수속각(α2)으로 됨과 아울러, 도7에 나타낸 바와 같이 저속축방향에서 볼 때, 각 광속의 광축이 급준하게 수속되는 상태로 전파되는 각 광속의 광축이 보다 완만하게 수속되도록 각 광속의 광축의 방향이 변환되어서 상기 전체 광속이 광섬유(40)의 코어부(41)에 입사된다. 즉, 상기와 마찬가지로 수속각 변환 광학계(30B)로부터 출사된 상기 전체 광속의 수속각(α2)은, 집광렌즈(124)로부터 출사되었을 때의 전체 광속의 수속각(α1)보다 작은 각도로 된다. 이 경우에 있어서도, 이 수속각 변환 광학계(30B)는 집광렌즈(124)로부터 출사되어 수속되는 각 광속(La,Lb,Lc…)의 광축이 고속축방향에서 볼 때 서로 교차하는 위치 중 최상류측의 위치(Pa)보다 더 상류측에 배치되어 있다.Thereafter, each of the luminous fluxes La, Lb, Lc ... is incident on the predetermined prism of the convergence angle conversion optical system 30B at predetermined positions different from each other in the high-speed axis F direction, and viewed from the high-speed axis direction. The convergence angle α1 of the entire luminous flux made up of each luminous flux passes through each prism, and the convergence angle α2 of the entire luminous flux composed of each luminous flux becomes smaller, while the convergence angle α2 is smaller as shown in FIG. In view, the direction of the optical axis of each luminous flux is converted so that the optical axis of each luminous flux propagated in a state where the optical axis of each luminous flux converges sharply more smoothly so that the entire luminous flux is transmitted to the core portion 41 of the optical fiber 40. Incident. In other words, the convergence angle α2 of the total luminous flux emitted from the convergence angle conversion optical system 30B as described above is smaller than the convergence angle α1 of the total luminous flux emitted from the condensing lens 124. Also in this case, the convergence angle conversion optical system 30B has the most upstream side among the positions where the optical axes of the luminous fluxes La, Lb, Lc… emitted from the condensing lens 124 and converged in the high-speed axis direction are intersected with each other. It is arrange | positioned more upstream than the position Pa of.

상기한 바에 의해, 5개의 반도체 레이저(11A,11B,11C…)로부터 출사된 각 0.5W의 출력을 갖는 광속이 광섬유(40)의 코어부(41)에 합파되어, 코어부(41)로부터 2.25W의 레이저광을 출력시킬 수 있다. 즉, 5개의 레이저광속이 결합효율 90%로 광섬유에 결합된다.As described above, the luminous flux having an output of 0.5 W emitted from the five semiconductor lasers 11A, 11B, 11C ... is combined with the core portion 41 of the optical fiber 40, and is 2.25 from the core portion 41. The laser beam of W can be output. That is, five laser beams are coupled to the optical fiber with a coupling efficiency of 90%.

또한, 상기 실시예1-1, 실시예1-2 및 이하에 설명하는 실시예2-1∼2-5 및 실시예3-1의 레이저광 합파장치의 방식은, 반도체 레이저의 실장배치, 트렁케이트형 렌즈로 이루어지는 수속 분산 광학계의 광속 수속 분산기능, 및 수속각 변환 광학계의 수속각 변환기능 등의 설계의 최적화에 의해, 본 출원인에 의해 이미 제안된 특허문헌(예를 들면, 일본 특허출원 2002-287640, 일본 특허출원 2002-201979) 등에 기재되어 있는 스택형(고속축방향으로 반도체 레이저를 적층한 구조)을 갖는 광섬유 레이저(레이저광 합파장치)에도 적용할 수 있는 것이다.The laser beam combiner apparatuses of Examples 1-1, 1-2, and Examples 2-1 to 2-5 and 3-1 described below include a semiconductor laser mounted arrangement and a trunk. Patent documents already proposed by the present applicant (for example, Japanese Patent Application 2002) by optimizing the design of the flux convergence function of the convergence dispersion optical system made of the Kate lens and the convergence angle conversion function of the convergence angle conversion optical system. The present invention can also be applied to an optical fiber laser (laser light combiner) having a stack type (a structure in which semiconductor lasers are stacked in the high-speed axis direction) described in -287640, Japanese Patent Application 2002-201979).

도8은, 복수의 반도체 레이저를 배치할 때의 구성을 나타내는 도이며, 도8의 (a)는 복수의 반도체 레이저의 각각을 개별로 독립시킨 구성을 나타내는 도, 도8의 (b)는 복수의 반도체 레이저를 복수의 기판상에 분산시킨 구성을 나타내는 도, 도8의 (c)는 복수의 반도체 레이저를 레이저바로서 구성한 것을 나타내는 도이다.FIG. 8 is a diagram showing a configuration when a plurality of semiconductor lasers are arranged, and FIG. 8A is a diagram showing a configuration in which each of the plurality of semiconductor lasers is individually independent, and FIG. 8 (c) is a diagram showing a configuration in which a plurality of semiconductor lasers are configured as a laser bar.

상기 실시예1-1, 실시예1-2에 있어서는, 도8의 (a)에 나타낸 바와 같이, 복수의 반도체 레이저(15A,15B…) 각각이 서로 분리되어 있는 것으로 했지만, 이러한 경우에 한정되지 않고, 복수의 반도체 레이저는, 이들 복수의 반도체 레이저 중 2개이상(17A,17B)이 서로 연결되어서 일체화된 레이저바로서 구성된 것을 채용해도 좋다.In Examples 1-1 and 1-2, as shown in Fig. 8A, each of the plurality of semiconductor lasers 15A, 15B ... is separated from each other, but not limited to this case. Instead of the semiconductor lasers, two or more of the semiconductor lasers 17A and 17B may be connected to each other to be integrated as a laser bar.

보다 구체적으로는, 도8의 (b)에 나타낸 바와 같이, 상기 복수의 반도체 레이저는, 반도체 레이저(17A,17B…) 중 2개이상, 즉, 반도체 레이저(17A,17B)가 서로 연결되어서 일체화되고, 반도체 레이저(17C,17D)가 서로 연결되어서 일체화되고, 또한 반도체 레이저(17E,17F)가 서로 연결되어서 일체화된 것을 채용해도 좋고, 또한, 도8의 (c)에 나타낸 바와 같이, 상기 복수의 반도체 레이저는 모든 반도체 레이저(18A∼18E)가 연결되어 1개의 레이저바(18)로서 구성된 것을 채용해도 좋다.More specifically, as shown in Fig. 8B, two or more of the semiconductor lasers 17A, 17B ..., that is, the semiconductor lasers 17A, 17B are connected to each other to integrate the plurality of semiconductor lasers. The semiconductor lasers 17C and 17D are connected to each other to be integrated, and the semiconductor lasers 17E and 17F are connected to and integrated with each other, and as shown in FIG. The semiconductor laser of this invention may employ | adopt what all the semiconductor lasers 18A-18E are connected, and comprised as one laser bar 18. As shown in FIG.

또, 도5에 나타낸 바와 같이, 실시예1-2의 레이저광 합파장치를, 반도체 레이저(11)로부터 출사되어 광섬유(40)의 코어부(41)에 입사되어 이 광섬유(41)내에 합파된 각 광속으로 이루어지는 합파광(Lx)에 의해, 고체레이저의 매질(Kb), 또는 섬유레이저의 매질(Fb)을 여기시키는 것으로 하거나, 또는 반도체 레이저(11)로부터 출사되어 수속각 변환 광학계(30B)를 통과한 전체 광속으로, 직접, 고체레이저의 매질(Kb), 또는 섬유레이저의 매질(Fb)을 여기시키는 것으로 해도 좋다.As shown in Fig. 5, the laser beam combiner of the embodiment 1-2 is emitted from the semiconductor laser 11, enters the core portion 41 of the optical fiber 40, and is combined into the optical fiber 41. The combined light Lx composed of the luminous fluxes excites the medium Kb of the solid laser or the medium Fb of the fiber laser, or is emitted from the semiconductor laser 11 to converge the convergence angle optical system 30B. It is also possible to excite the medium (Kb) of the solid laser or the medium (Fb) of the fiber laser directly with the entire light flux that has passed through.

즉, 상기 레이저광 합파장치에 의해 광섬유(40)의 코어부(41)에 입사되어 합파된 합파광(Lx), 또는, 수속각 변환 광학계(30B)를 통과한 전체 광속(Lg)으로 고체레이저의 매질(Kb)을 여기하고, 이 고체레이저에 있어서의 출력 미러(M1)와 반사 미러(M2) 사이에서 발진시켜서 레이저광(Lk)을 발생시키거나, 또는, 광섬유(40)의 코어부(41)에 배치된 섬유레이저의 매질(Fb)을 여기해서 레이저광(Lf)을 발생시키도록 해도 좋다.That is, the solid-state laser is formed by the combined light Lx incident on the core portion 41 of the optical fiber 40 by the laser beam combiner, or the total luminous flux Lg passing through the convergence angle conversion optical system 30B. The excitation medium Kb, and oscillate between the output mirror M1 and the reflection mirror M2 in the solid state laser to generate the laser light Lk, or the core portion of the optical fiber 40 ( The laser beam Lf may be generated by exciting the medium Fb of the fiber laser disposed at 41).

상기 합파광(Lx)이 적외광인 경우에는, 상기 매질(Kb) 및 매질(Fb)을, 희토류원소(Nd3+), 희토류원소(Yb3+) 중 적어도 1개를 함유하는 것으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 합파광(Lx)의 파장이 350㎚이상, 460㎚이하인 경우에는, 상기 매질(Kb) 및 매질(Fb)을, 희토류원소(Pr3+), 희토류원소(Er3+), 희토류원소(Ho3+) 중 적어도 1개를 함유하는 것으로 하는 것이 바람직하다.In the case where the combined light Lx is infrared light, the medium Kb and the medium Fb contain at least one of rare earth element Nd 3+ and rare earth element Yb 3+ . desirable. When the wavelength of the combined light Lx is 350 nm or more and 460 nm or less, the medium (Kb) and the medium (Fb) are rare earth elements (Pr 3+ ), rare earth elements (Er 3+ ), and rare earths. It is preferable to contain at least 1 of element (Ho3 + ).

또, 상기 광섬유내에 합파시킨 합파광에 의한, 고체레이저의 매질 또는 섬유레이저의 매질의 여기는, 상기 실시예1-1, 또는 후술하는 실시예2-1∼2-5, 실시예3-1에 적용가능하다.In addition, excitation of the medium of the solid laser or the medium of the fiber laser by the light of the combined light in the optical fiber is described in Examples 1-1, or Examples 2-1 to 2-5 and 3-1 described later. Applicable.

이하, 본 발명의 제2실시형태에 대해서, 도면을 사용해서 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, 2nd Embodiment of this invention is described using drawing.

또, 제2실시형태에 있어서 상기 제1실시형태와 같은 기능을 갖는 것에 대해서는, 제1실시형태와 동일한 부호를 사용해서 설명을 생략한다.In addition, about the thing which has the function similar to the said 1st Embodiment in 2nd Embodiment, description is abbreviate | omitted using the same code | symbol as 1st Embodiment.

<실시예2-1><Example 2-1>

도9는 본 발명의 제2실시형태에 있어서의 제1실시예(이후, 실시예2-1이라고 한다)의 레이저광 합파장치(201)의 개략구성을 나타내는 도이며, 도9의 (a)는 상기 레이저광 합파장치를 윗쪽에서 본 평면도, 도9의 (b)는 상기 레이저광 합파장치를 반도체 레이저가 배열되는 방향에서 본 정면도, 도9의 (c)는 상기 레이저광 합파장치를 광속의 광축방향에서 본 도, 도10은 수속각 변환 광학계가 저속축방향에서 볼 때 서로 평행한 각 광속의 광축을 수속시키는 모양을 나타내는 도이다.FIG. 9 is a diagram showing a schematic configuration of a laser beam combining apparatus 201 of a first example (hereinafter referred to as Example 2-1) in the second embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a plan view of the laser beam combiner as seen from above, and FIG. 9B is a front view of the laser beam combiner as viewed from the direction in which the semiconductor laser is arranged, and FIG. 9C is a beam of the laser beam combiner. Fig. 10 is a view showing a state in which the convergence angle conversion optical system converges the optical axes of the light beams parallel to each other when viewed in the low-speed axis direction.

도9에 나타낸 바와 같이, 실시예2-1의 레이저광 합파장치(201)는 레이저블록(10)과, 전체 수속 광학계(20)와, 수속각 변환 광학계(30C)를 구비하고 있다.As shown in Fig. 9, the laser beam combiner 201 of Example 2-1 includes a laser block 10, an entire converging optical system 20, and a converging angle conversion optical system 30C.

레이저블록(10)은 복수의 반도체 레이저(11A,11B,11C…)(이후, 합쳐서 반도체 레이저(11)라고도 한다)가, 반도체 레이저(11) 각각의 활성층(12A,12B,12C…)(이후, 합쳐서 활성층(12)이라고도 한다)이 평행하게 되고, 또한 각각의 활성층(12A,12B,12C…)의 위치가 활성층(12)의 두께방향(도면중 화살표 X방향)에 있어서 서로 다른 위치(13A,13B,13C…)로 되도록 배치되어, 서로 평행한 저속축을 갖는 각 광속을 출사하는 것이다. 즉, 레이저블록(10)에는 각 반도체 레이저(11)를배치하기 위한 단차가 형성되어 있다.The laser block 10 includes a plurality of semiconductor lasers 11A, 11B, 11C... (Hereinafter also referred to as the semiconductor laser 11). The active layer 12A, 12B, 12C... Are collectively referred to as active layers 12, and the positions of each of the active layers 12A, 12B, 12C ... are different from each other in the thickness direction of the active layer 12 (arrow X direction in the figure). 13B, 13C, ...) and emit light beams each having a low speed axis parallel to each other. That is, the laser block 10 is formed with a step for disposing each semiconductor laser 11.

각 반도체 레이저(11)는, 출력 1W, 발진파장 400㎚∼420㎚의 에지 이미터형 질화물계 반도체 레이저이며, 고속축(F)방향의 발광폭(Df)=1㎛, 저속축(S)방향의 발광폭(Ds)=25㎛이다. 또, 각 반도체 레이저(11)로부터 출사되는 광속의 고속축(F)방향의 실효적인 개구수(NAf)는 0.5이며, 저속축(S)방향의 실효적인 개구수(NAs)는 0.2이다. 또, 제1실시형태에서 설명한 바와 같이, 여기에서 말하는 고속축(F)방향은, 에지 이미터형 반도체 레이저의 활성층의 두께방향, 저속축방향은 상기 활성층에 대하여 평행한 방향이며, 반도체 레이저(11)로부터 출사된 광속의 퍼짐각이 큰 방향이 광속의 고속축방향(도면중 화살표 F방향), 광속의 퍼짐각이 작은 방향이 광속의 저속축방향(도면중 화살표 S방향)이 된다.Each semiconductor laser 11 is an edge emitter nitride semiconductor laser having an output of 1 W and an oscillation wavelength of 400 nm to 420 nm, and has a light emission width Df of 1 μm in the high axis direction F and a low speed axis S direction. The emission width Ds is 25 µm. Further, the effective numerical aperture NAf in the high speed axis F direction of the light beam emitted from each semiconductor laser 11 is 0.5, and the effective numerical aperture NAs in the low speed axis S direction is 0.2. As described in the first embodiment, the high-speed axis F referred to here is the thickness direction of the active layer of the edge emitter type semiconductor laser, and the low-speed axis direction is a direction parallel to the active layer, and the semiconductor laser 11 The direction in which the spreading angle of the light beam emitted from the large beam is large is the high speed axis direction (arrow F direction in the figure) of the light beam, and the direction in which the spreading angle of the light beam is small becomes the low speed axis direction (arrow S direction in the figure) of the light beam.

상기 레이저블록(10)은, 5개의 반도체 레이저(11A,11B,11C,11D,11E)를 갖는 것이다.The laser block 10 has five semiconductor lasers 11A, 11B, 11C, 11D, and 11E.

전체 수속 광학계(20)는 복수의 반도체 레이저(11)로부터 출사된 저속축이 서로 평행하고, 고속축(F)방향으로 서로의 위치가 다른 각 광속(La,Lb,Lc…)으로 이루어지는 전체 광속을 저속축방향(여기서는 도면중 화살표 Y방향과 일치한다)의 폭이 좁아지도록 수속시킴과 아울러 각 광속 각각을 저속축방향 및 고속축방향(여기서는 도면중 화살표 X방향과 일치한다)으로 수속시켜서, 각 광속(La,Lb,Lc…) 각각을 고속축(F)방향에 있어서 서로 다른 소정의 위치(39A,39B,39C…)에서 수속각 변환 광학계(30C)에 입사시키는 것이다. 또, 전체 수속 광학계(20)로부터 출사된 각 광속(La,Lb,Lc…)의 광축은 저속축방향에서 볼 때 서로 평행하게 된다.The total converging optical system 20 is made up of total luminous fluxes La, Lb, Lc, etc., in which the low-speed axes emitted from the plurality of semiconductor lasers 11 are parallel to each other and their positions are different from each other in the high-speed axis F direction. To converge in the low speed axis direction (in this case, coincides with the arrow Y direction in the figure), and converge each beam in the low speed axis direction and the high speed axis direction (in this case, coincides with the arrow X direction in the drawing), Each of the luminous fluxes La, Lb, Lc ... is incident on the convergence angle conversion optical system 30C at predetermined positions 39A, 39B, 39C, which are different in the high-speed axis F direction. In addition, the optical axes of the luminous fluxes La, Lb, Lc, etc. emitted from the entire converging optical system 20 are parallel to each other when viewed in the low-speed axis direction.

리디렉션 시스템인 수속각 변환 광학계(30C)는 전체 광속의 고속축방향에서 볼 때의 수속각을 전체 수속 광학계(20)로부터 출사시켰을 때의 전체 광속의 수속각(α11)을 보다 작은 수속각(α12)으로 해서 이 전체 광속을 광섬유(40)의 코어부(41)에 입사시키는 것이며, 각 광속의 광축이 고속축방향에서 볼 때 서로 교차하는 위치 중 최상류측의 위치(Pb)보다 더 상류측에 배치되어 있다. 또, 광섬유(40)의 코어부(41)의 지름은 50㎛, 개구수(NA)는 0.2이다.The convergence angle conversion optical system 30C, which is a redirection system, has a smaller convergence angle α12 when the convergence angle α11 of the total luminous flux when the convergence angle when viewed from the high-speed axis direction of the entire luminous flux is emitted from the total convergence optical system 20. The total luminous flux is incident on the core part 41 of the optical fiber 40, and the optical axis of each luminous flux is located upstream than the position Pb on the most upstream side among the positions where the optical axes cross each other when viewed in the high-speed axis direction. It is arranged. Moreover, the diameter of the core part 41 of the optical fiber 40 is 50 micrometers, and numerical aperture NA is 0.2.

또한, 이 수속각 변환 광학계(30C)는, 도10에 나타낸 바와 같이, 저속축방향에서 볼 때, 전체 수속 광학계(20)로부터 출사된 서로 평행한 각 광속(La,Lb,Lc…)의 광축을 수속시킨다.As shown in Fig. 10, the convergence angle conversion optical system 30C has optical axes of light beams La, Lb, Lc, etc., which are parallel to each other emitted from the entire converging optical system 20 when viewed in the low-speed axis direction. Procedure

또, 전체 수속 광학계(20)의 고속축방향에서 볼 때의 개구수(NA)는, 상기 광섬유(40)의 개구수(NA)보다 크게 설정된다.In addition, the numerical aperture NA when viewed from the high-speed axis direction of the entire converging optical system 20 is set larger than the numerical aperture NA of the optical fiber 40.

상기 전체 수속 광학계(20)는, 복수의 반도체 레이저(11)로부터 출사된 각 광속(La,Lb,Lc…) 각각을 저속축방향 및 고속축방향으로 콜리메이트하는 개별 콜리메이트렌즈(21A,21B,21C…)(이후, 합쳐서 개별 콜리메이트렌즈(21)라고도 한다)와, 각 광속(La,Lb,Lc…)으로 이루어지는 전체 광속을 저속축방향의 폭이 좁아지도록 수속시키는 전체 수속렌즈(22)로 이루어진다. 또, 개별 콜리메이트렌즈(21)는 트렁케이트형 렌즈로서 구성된 것이다.The total converging optical system 20 collimates each of the luminous fluxes La, Lb, Lc ... emitted from the plurality of semiconductor lasers 11 in the low-speed and high-axis directions, respectively. , 21C... (Hereinafter also referred to as individual collimated lenses 21) and the entire converging lens 22 for converging the entire luminous flux consisting of the luminous fluxes La, Lb, Lc ... so that the width in the slow axis direction becomes narrower. ) The individual collimated lens 21 is configured as a truncated lens.

또, 상기의 구성에 있어서는, 고속축방향은 항상 X방향과 일치하고 있다.In the above configuration, the high-speed axis direction always coincides with the X direction.

다음에 상기 실시형태에 있어서의 작용에 대해서 설명한다.Next, the operation in the above embodiment will be described.

복수의 반도체 레이저(11A,11B,11C…)로부터 출사된, 고속축방향으로 서로의위치가 다른 각 광속(La,Lb,Lc…)은, 개별 콜리메이트렌즈(21A,21B,21C…)를 통해서 각각 평행 광속으로 된다. 개별 콜리메이트렌즈(21)에 의해 콜리메이트 광속으로 된 고속축(F)방향으로 서로의 위치가 다른 각 광속(La,Lb,Lc…)으로 이루어지는 전체 광속은, 전체 수속렌즈(22)를 통해서 저속축(S)방향의 폭이 좁아지도록 수속된다.Each of the light beams La, Lb, Lc…, which are different from each other in the high-speed axis direction, emitted from the plurality of semiconductor lasers 11A, 11B, 11C… is used to separate the individual collimated lenses 21A, 21B, 21C…. Through each of them becomes a parallel beam. The total luminous flux made up of the luminous fluxes La, Lb, Lc ... which are mutually different from each other in the high-speed axis F of the collimated luminous flux by the individual collimated lens 21 is transmitted through the entire converging lens 22. It converges so that the width | variety of the low-speed shaft S direction may become narrow.

그 후, 각 광속(La,Lb,Lc…) 각각은 고속축(F)방향에 있어서 서로 다른 소정의 위치(39A,39B,39C…)로부터 수속각 변환 광학계(30C)의 소정의 프리즘(31A,31B,31C…)에 입사되고, 각 프리즘(31A,31B,31C…)에 의해 각 광속으로 이루어지는 전체 광속의 수속각이 고속축방향에서 볼 때 보다 작은 수속각으로 됨과 아울러, 각 광속의 광축이 저속축방향에서 볼 때 수속되도록 각 광축의 방향이 변환되어서 상기 전체 광속이 광섬유(40)의 코어부(41)에 입사된다. 여기에서, 상기 코어부(41)의 입사단 면의 근방에 각 광속의 빔 웨이스트가 위치하도록, 각 광속이 수속 분산 광학계(20) 및 수속각 변환 광학계(30C)를 통해서 전파된다.Thereafter, each of the luminous fluxes La, Lb, Lc ... is a predetermined prism 31A of the convergence angle conversion optical system 30C from predetermined positions 39A, 39B, 39C, which are different in the high-speed axis F direction. And the incident angles of the entire light fluxes formed by the respective prisms 31A, 31B, 31C…, respectively, become smaller convergence angles than viewed in the high-speed axis direction, and the optical axes of the respective light fluxes. The direction of each optical axis is converted so as to converge when viewed in this low-speed axis direction, so that the entire luminous flux enters the core portion 41 of the optical fiber 40. Here, each luminous flux propagates through the convergence dispersion optical system 20 and the convergence angle conversion optical system 30C so that the beam waist of each luminous flux is located in the vicinity of the incident end surface of the core part 41.

수속각 변환 광학계(30C)로부터 출사된 상기 전체 광속의 수속각(α12)은 전체 수속렌즈(22)로부터 출사된, 즉, 전체 수속 광학계(20)를 통해서 출사되었을 때의 전체 광속의 수속각(α11)보다 작은 각도로 된다.The convergence angle α12 of the total luminous flux emitted from the convergence angle conversion optical system 30C is emitted from the total converging lens 22, that is, the convergence angle of the total luminous flux when it is emitted through the total converging optical system 20 ( It becomes an angle smaller than (alpha) 11).

상기한 바에 의해, 5개의 반도체 레이저(11A,11B,11C…)로부터 출사된 각 1.0W의 출력을 갖는 광속이 광섬유(40)의 코어부(41)에 합파되어, 코어부(41)로부터 4.5W의 레이저광을 출력시킬 수 있다. 즉, 5개의 레이저광속이 결합효율 90%로 광섬유에 결합된다.As described above, the luminous flux having an output of 1.0 W emitted from the five semiconductor lasers 11A, 11B, 11C ... is combined with the core portion 41 of the optical fiber 40, and is 4.5 from the core portion 41. The laser beam of W can be output. That is, five laser beams are coupled to the optical fiber with a coupling efficiency of 90%.

<실시예2-2><Example 2-2>

이하, 본 발명의 제2실시형태에 있어서의 제2실시예(이하, 실시예2-2라고 한다)의 레이저광 합파장치에 대해서 설명한다. 도11은 실시예2-2의 레이저광 합파장치의 개략구성을 나타내는 도이다.Hereinafter, the laser beam combiner of the 2nd Example (henceforth Example 2-2) in 2nd Embodiment of this invention is demonstrated. Fig. 11 is a diagram showing a schematic configuration of the laser beam combiner of Example 2-2.

상기 실시예2-2의 레이저광 합파장치(202)는 상기 실시예2-1의 레이저광 합파장치의 구성에 추가해서, 다른 반도체 레이저로부터 출사된 광속을 편광 합파시키는 편광 합파수단을 구비한 것이다. 이하, 상기 실시예2-1의 레이저광 합파장치(201)와 같은 구성에 대해서는 같은 부호를 사용해서 설명을 생략한다.The laser beam combiner 202 of Example 2-2 includes polarization combiner means for polarizing and combining the light beams emitted from another semiconductor laser in addition to the configuration of the laser beam combiner of Example 2-1. . Hereinafter, the same configuration as that of the laser beam combiner 201 of the above-described embodiment 2-1 will be omitted using the same reference numerals.

상기 실시예2-2의 레이저광 합파장치(202)는, 5개의 반도체 레이저(11A,11B,11C,11D,11E)가 배치된 레이저블록(10)과, 상기 복수의 반도체 레이저(11)로부터 출사된 각 광속(La,Lb,Lc…) 각각을 저속축방향 및 고속축방향으로 콜리메이트하는 개별 콜리메이트렌즈(21)와, 개별 콜리메이트렌즈(21)에 의해 평행 광속으로 된 각 광속(La,Lb,Lc…)으로 이루어지는 전체 광속을 저속축방향의 폭이 좁아지도록 수속시킴과 아울러 각 광속 각각을 저속축방향 및 고속축방향으로 수속시켜서, 각 광속(La,Lb,Lc…) 각각을 고속축방향에 있어서 서로 다른 소정의 위치에서 수속각 변환 광학계(30C)에 입사시키는 전체 수속렌즈(22)와, 상기 전체 광속의 저속축방향의 폭이 좁아지도록 전체 수속렌즈(22)에 의해 수속된 수속각(α11)을 보다 작은 수속각(α12)으로 해서, 상기 전체 광속을 광섬유(40)에 입사시키는 리디렉션 시스템인 수속각 변환 광학계(30C)를 구비하고 있다.The laser beam combiner 202 of Example 2-2 includes a laser block 10 on which five semiconductor lasers 11A, 11B, 11C, 11D, and 11E are disposed, and a plurality of semiconductor lasers 11, respectively. Each collimated lens 21 for collimating each of the emitted beams La, Lb, Lc… in the low-axis direction and the high-axis direction, and each luminous flux formed in parallel luminous flux by the individual collimated lens 21 ( The entire luminous flux consisting of La, Lb, Lc…) is converged so that the width in the low-speed axis direction becomes narrow, and the respective luminous fluxes are converged in the low-speed axis direction and the high-speed axis direction, respectively, so that each luminous flux La, Lb, Lc… By the total converging lens 22 which makes the light incident on the convergence angle conversion optical system 30C at predetermined positions different from each other in the high speed axis direction, and the total converging lens 22 so that the width in the low speed axis direction of the entire luminous flux is narrowed. The total luminous flux is optically made using the converged convergence angle α11 as the smaller convergence angle α12. A redirection system that enters the 40 procedure and a respective conversion system (30C).

이 레이저광 합파장치(202)는, 또한, 상기 복수의 반도체 레이저(11A,11B…)와는 상이한 다른 반도체 레이저(11TA,11TB…)(이후, 합쳐서 반도체 레이저(11T라고도 한다)가 배치된 레이저블록(10T)과, 반도체 레이저(11)로부터 출사된 광속이 광섬유(40)에 입사될 때까지의 상기 광속의 광로중에 있어서, 반도체 레이저(11)로부터 출사된 각 광속(La,Lb,Lc…)과 다른 반도체 레이저(11T)로부터 출사된 각 광속(TLa,TLb,TLc…)을 편광 합파시키는 편광 합파수단(45)을 구비하고, 다른 반도체 레이저(11T)로부터 출사된 광속도 광섬유(40)에 입사시키는 것이다.The laser beam combiner 202 further includes a laser block in which other semiconductor lasers 11TA, 11TB... Different from the plurality of semiconductor lasers 11A, 11B... (Hereinafter also referred to as semiconductor laser 11T) are arranged. 10T and each of the luminous fluxes La, Lb, Lc ... emitted from the semiconductor laser 11 in the optical path of the luminous flux until the luminous flux emitted from the semiconductor laser 11 is incident on the optical fiber 40. And polarized light combining means 45 for polarizing and combining the respective light beams Tla, TLb, TLc ... emitted from the semiconductor laser 11T different from each other, and incident on the optical velocity optical fiber 40 emitted from the other semiconductor laser 11T. It is to let.

편광 합파수단(45)은, 개별 콜리메이트렌즈(46), 1/2λ파장판(47) 및 편광 빔 스플리터(48)를 가지며, 편광 빔 스플리터(48)는 개별 콜리메이트렌즈(21)와 전체 수속렌즈(22) 사이에 배치되고, 1/2λ파장판(47)과 개별 콜리메이트렌즈(46)는 반도체 레이저(11T)와 편광 빔 스플리터(48) 사이에 배치되어 있다.The polarization combining means 45 has an individual collimated lens 46, a 1/2 lambda wavelength plate 47, and a polarized beam splitter 48, and the polarized beam splitter 48 is formed entirely with the individual collimated lens 21. It is arranged between the converging lenses 22, and the 1/2 lambda wavelength plate 47 and the individual collimating lenses 46 are arranged between the semiconductor laser 11T and the polarizing beam splitter 48.

레이저블록(10T)은 상기 레이저블록(10)과 동일한 것이며, 반도체 레이저(11T) 각각의 활성층은, 반도체 레이저(11) 각각의 활성층에 대응하도록 배치되어 있다. 즉, 반도체 레이저(11TA)의 활성층과 반도체 레이저(11A)의 활성층은 동일 평면상에 위치하고, 반도체 레이저(11TB)의 활성층과 반도체 레이저(11B)의 활성층은 동일 평면상에 위치하고, 이렇게, 서로 대응하는 반도체 레이저의 활성층이 동일 평면상에 위치하고 있다.The laser block 10T is the same as the laser block 10, and an active layer of each of the semiconductor lasers 11T is disposed so as to correspond to an active layer of each of the semiconductor lasers 11. That is, the active layer of the semiconductor laser 11TA and the active layer of the semiconductor laser 11A are located on the same plane, and the active layer of the semiconductor laser 11TB and the active layer of the semiconductor laser 11B are located on the same plane, and thus correspond to each other. The active layer of the semiconductor laser is located on the same plane.

개별 콜리메이트렌즈(46)는, 상기 개별 콜리메이트렌즈(21)와 동일한 것이며, 각 반도체 레이저(11T)로부터 출사된 각 광속(TLa,TLb,TLc…) 각각을 서로 광축이 평행한 평행 광속으로 한다.The individual collimated lenses 46 are the same as the individual collimated lenses 21, and each of the luminous fluxes TLa, TLb, TLc ... emitted from the respective semiconductor lasers 11T is a parallel luminous flux in which the optical axes are parallel to each other. do.

1/2λ파장판(47)은, 직선편광의 방위를 바꾸는 것이며, 입사된 각광속(TLa,TLb,TLc…)의 편광의 방위를 90도 회전시킨다.The 1/2 lambda wavelength plate 47 changes the orientation of the linearly polarized light and rotates the orientation of the polarized light of the incident angular fluxes (TLa, TLb, TLc ...) by 90 degrees.

또, 반도체 레이저(11T)로부터 출사되었을 때의 각 광속의 광축과 반도체 레이저(11)로부터 출사되었을 때의 각 광속의 광축이 직교하도록 상기 각 부재가 배치되어 있다.Moreover, each said member is arrange | positioned so that the optical axis of each luminous flux emitted from the semiconductor laser 11T and the optical axis of each luminous flux emitted from the semiconductor laser 11 may orthogonally cross.

편광 빔 스플리터(48)는, 도11에 있어서 지면에 평행인 직선편광성분인 P편광성분을 투과시키고, 지면에 수직인 직선편광성분인 S편광성분을 반사시키는 것이며, 여기에서는, 반도체 레이저(11)로부터 출사되어 개별 콜리메이트렌즈(21)를 통과한 광을 투과시키고, 반도체 레이저(11T)로부터 출사되어 개별 콜리메이트렌즈(46) 및 1/2λ파장판(47)을 통과한 광을 반사시킨다.The polarizing beam splitter 48 transmits the P polarization component which is a linear polarization component parallel to the ground in FIG. 11, and reflects the S polarization component which is the linear polarization component perpendicular to the ground, and here the semiconductor laser 11 Transmits the light emitted from the light beam and passes through the individual collimated lens 21, and reflects the light emitted from the semiconductor laser 11T and passed through the individual collimated lens 46 and the 1/2 lambda wavelength plate 47. .

복수의 반도체 레이저(11A,11B…)로부터 출사된, 상기 P편광성분으로 이루어지는 각 광속(La,Lb,Lc…)은, 개별 콜리메이트렌즈(21), 편광 빔 스플리터(48), 전체 수속렌즈(22), 수속각 변환 광학계(30C)를 통과해서 광섬유(40)에 입사된다. 또한, 반도체 레이저(11T)로부터 출사된 상기 P편광성분으로 이루어지는 각 광속(TLa,TLb,TLc…)은, 개별 콜리메이트렌즈(46)에 의해 평행 광속으로 된 후 1/2λ파장판(47)을 통해 편광방향이 90도 회전하여 상기 S편광성분으로 이루어지는 각 광속(TLa,TLb,TLc…)으로 되고, 편광 빔 스플리터(48)의 빔 스플릿면(BS1)에 의해 반사된다. 그리고, 편광 빔 스플리터(48)에 의해 반사된 각 광속(TLa,TLb,TLc…)은, 편광 빔 스플리터(48)를 투과하는 각 광속(La,Lb,Lc…)의 각각과 같은 광로를 통과하여 광섬유(40)에 입사된다. 즉, 광속(TLa)과 광속(La), 광속(TLb)과 광속(Lb), …광속(TLe)과 광속(Le)의 각각 대응하는 광속이 같은 광로를 통과하여광섬유(40)에 입사된다. 수속각 변환 광학계(30C)는 전체 수속렌즈(22)로부터 출사되었을 때의 전체 광속의 수속각(α11)을 보다 작은 수속각(α12)으로 해서, 이 전체 광속을 광섬유(40)에 입사시킨다.Each of the luminous fluxes La, Lb, Lc ... made of the P-polarized light component emitted from the plurality of semiconductor lasers 11A, 11B... Is an individual collimating lens 21, a polarizing beam splitter 48, and a total converging lens. 22 enters the optical fiber 40 through the convergence angle conversion optical system 30C. Further, after the respective luminous fluxes (TLa, TLb, TLc ...) made up of the P-polarized light component emitted from the semiconductor laser 11T are converted into parallel luminous fluxes by the individual collimating lens 46, the 1/2 lambda wavelength plate 47 Through this, the polarization direction is rotated by 90 degrees to form the respective luminous fluxes (TLa, TLb, TLc ...) composed of the S-polarized component, and is reflected by the beam splitting surface BS1 of the polarizing beam splitter 48. The light beams (TLa, TLb, TLc ...) reflected by the polarization beam splitter 48 pass through the same optical path as each of the light beams La, Lb, Lc ... that pass through the polarization beam splitter 48. Incident on the optical fiber 40. That is, luminous flux TLa and luminous flux La, luminous flux TLb and luminous flux Lb,... The light beams corresponding to the light beams TLe and Le, respectively, pass through the same optical path and enter the optical fiber 40. The convergence angle conversion optical system 30C makes the total luminous flux incident on the optical fiber 40 using the convergence angle? 11 of the total luminous flux emitted from the total converging lens 22 as the smaller convergence angle? 12.

또, 상기 수속각 변환 광학계(30C)는, 상기 실시예2-1과 마찬가지로, 전체 수속렌즈(22)로부터 출사되어 수속되는 각 광속(La,Lb,Lc…)의 광축이 고속축방향에서 볼 때 서로 교차하는 위치 중 최상류측의 위치(Pb)보다 더 상류측에 배치되어 있다.In the converging angle conversion optical system 30C, the optical axes of the luminous fluxes La, Lb, Lc, etc. emitted from all the converging lenses 22 and converged in the same manner as in the embodiment 2-1 are seen in the high-speed axis direction. It is arrange | positioned more upstream than the position Pb of the most upstream side among the positions which mutually cross.

또, 상기 편광 합파수단을 사용해서 고출력 레이저광을 얻는 방법은, 상기 실시예1-1, 실시예1-2, 실시예2-1 및 후술하는 실시예2-3∼실시예2-5, 실시예3-1에도 적용할 수 있다.In addition, the method of obtaining a high output laser light using the said polarization combining means is the said Example 1-1, Example 1-2, Example 2-1, and Example 2-3-Example 2-5 mentioned later, The same applies to Example 3-1.

<실시예2-3>Example 2-3

이하, 본 발명의 제2실시형태에 있어서의 제3실시예(이하, 실시예2-3이라고 한다)의 레이저광 합파장치에 대해서 설명한다. 도12는 상기 실시예2-3의 레이저광 합파장치의 개략구성을 나타내는 도이다Hereinafter, a laser beam combiner of a third example (hereinafter referred to as example 2-3) in the second embodiment of the present invention will be described. Fig. 12 is a diagram showing a schematic configuration of the laser beam combiner of Example 2-3.

이 실시예2-3의 레이저광 합파장치(203)는, 상기 실시예2-1의 레이저광 합파장치(201)의 구성에 추가해서, 다른 반도체 레이저로부터 출사된 광속을 파장 합파시키는 파장 합파수단을 구비한 것이다. 이하, 실시예2-1의 레이저광 합파장치(201)와 같은 기능을 갖는 구성에 대해서는 같은 부호를 사용해 설명을 생략한다.The laser beam combiner 203 of this embodiment 2-3 has wavelength combining means for wavelength combining the light flux emitted from another semiconductor laser in addition to the configuration of the laser beam combiner 201 of the embodiment 2-1. It is equipped with. Hereinafter, the structure which has the same function as the laser beam combiner 201 of Example 2-1 is abbreviate | omitted using the same code | symbol.

실시예2-3의 레이저광 합파장치(203)는, 5개의 반도체레이저(11A,11B,11C,11D,11E)가 배치된 레이저블록(10)과, 상기 복수의 반도체 레이저(11)로부터 출사된 각 광속(La,Lb,Lc…) 각각을 저속축(S)방향 및 고속축(F)방향으로 수속시키는 개별 콜리메이트렌즈(21)와, 개별 콜리메이트렌즈(21)에 의해 평행 광속으로 된 각 광속(La,Lb,Lc…)으로 이루어지는 전체 광속을 저속축방향의 폭이 좁아지도록 수속시킴과 아울러 각 광속 각각을 저속축방향(S) 및 고속축(F)방향으로 수속시켜서, 각 광속(La,Lb,Lc…) 각각을 고속축(F)방향에 있어서 서로 다른 소정의 위치에서 수속각 변환 광학계(30C)에 입사시키는 전체 수속렌즈(22)와, 상기 전체 광속이 전체 수속렌즈(22)로부터 출사될 때의 수속각(α11)을 보다 작은 수속각(α12)으로 해서, 상기 전체 광속을 광섬유(40)에 입사시키는 리디렉션 시스템인 수속각 변환 광학계(30C)를 구비하고 있다.The laser beam combiner 203 of Example 2-3 emits from the laser block 10 on which the five semiconductor lasers 11A, 11B, 11C, 11D, and 11E are disposed and the plurality of semiconductor lasers 11. The individual collimated lenses 21 for converging each of the beams La, Lb, Lc… in the low-speed axis S direction and the high-speed axis F direction, and the parallel collimated beams by the individual collimated lens 21. The entire luminous flux consisting of the respective luminous fluxes La, Lb, Lc ... is converged so that the width in the low-speed axis direction becomes narrow, and each light beam is converged in the low-speed axis direction S and the high-speed axis F, respectively. A total converging lens 22 which causes each of the light beams La, Lb, Lc ... to enter the convergence angle conversion optical system 30C at a predetermined position different from each other in the high-speed axis F direction; Redirecting to inject the entire light flux into the optical fiber 40 by setting the convergence angle α11 at the time of exiting from 22 to a smaller convergence angle α12 A convergence angle conversion optical system 30C, which is a displacement system, is provided.

이 레이저광 합파장치(203)는, 또한, 복수의 반도체 레이저(11A,11B…)와는 상이한 다른 반도체 레이저(11UA,11UB…)(이후, 합쳐서 반도체 레이저(11U)라고 함)가 배치된 레이저블록(10U), 및 다른 반도체 레이저(11VA,11VB…)(이후, 합쳐서 반도체 레이저(11V)라고도 한다)가 배치된 레이저블록(10V)과, 반도체 레이저(11)로부터 출사된 광속이 광섬유(40)에 입사될 때까지의 상기 광속의 광로중에 있어서, 반도체 레이저(11)로부터 출사된 각 광속(La,Lb,Lc…)에 다른 반도체 레이저(11U)로부터 출사된 각 광속(ULa,ULb,ULc…)을 파장 합파시키는 파장 합파수단(55U), 및 반도체 레이저(11)로부터 출사된 각 광속(La,Lb,Lc…)에 반도체 레이저(11V)로부터 출사된 각 광속(VLa,VLb,VLc…)을 파장 합파시키는 파장 합파수단 (55V)을 구비하고, 다른 반도체 레이저(11U) 및 반도체 레이저(11V)로부터 출사된광속도 광섬유(40)에 입사시키는 것이다.The laser beam combiner 203 further includes a laser block in which other semiconductor lasers 11UA, 11UB ... (hereinafter, collectively referred to as semiconductor lasers 11U) which are different from the plurality of semiconductor lasers 11A, 11B ... are arranged. 10U and the laser block 10V in which the other semiconductor lasers 11VA, 11VB ... (hereinafter also referred to as semiconductor lasers 11V) are disposed, and the light beam emitted from the semiconductor laser 11 is the optical fiber 40. In the optical paths of the light beams until they are incident on the light beams, each of the light beams ULa, ULb, ULc ... emitted from the other semiconductor laser 11U to each of the light beams La, Lb, Lc ... emitted from the semiconductor laser 11. ), And the respective luminous fluxes VLa, VLb, VLc ... emitted from the semiconductor laser 11V to the luminous fluxes La, Lb, Lc ... emitted from the semiconductor laser 11. And a wavelength combining means (55V) for wavelength combining, and are emitted from the other semiconductor laser (11U) and the semiconductor laser (11V). It is to the speed of light incident on the optical fiber (40).

또, 각 반도체 레이저(11)로부터 출사되는 각 광속의 파장은 각각 410㎚이며, 각 반도체 레이저(11U)로부터 출사되는 각 광속의 파장은 각각 370㎚이며, 각반도체 레이저(11V)로부터 출사되는 각 광속의 파장은 각각 450㎚이다.The wavelength of each luminous flux emitted from each semiconductor laser 11 is 410 nm, and the wavelength of each luminous flux emitted from each semiconductor laser 11U is 370 nm, respectively, and each wavelength emitted from each semiconductor laser 11V. The wavelength of the light beam is 450 nm each.

파장 합파수단(55U)은 개별 콜리메이트렌즈(56U), 및 다이크로익 빔 스플리터(58U)를 가지며, 다이크로익 빔 스플리터(58U)는 개별 콜리메이트렌즈(21)와 전체 수속렌즈(22) 사이에 배치되고, 개별 콜리메이트렌즈(56U)는 반도체 레이저(11U)와 다이크로익 빔 스플리터(58U) 사이에 배치되어 있다.The wavelength combining means 55U has an individual collimated lens 56U and a dichroic beam splitter 58U, and the dichroic beam splitter 58U has an individual collimated lens 21 and an entire converging lens 22. The individual collimated lenses 56U are disposed between the semiconductor laser 11U and the dichroic beam splitter 58U.

파장 합파수단(55V)은, 개별 콜리메이트렌즈(56V), 및 다이크로익 빔 스플리터(58V)를 갖고, 다이크로익 빔 스플리터(58V)는 개별 콜리메이트렌즈(56V)와 전체 수속렌즈(22) 사이에 배치되고, 개별 콜리2메이트렌즈(56V)는 반도체 레이저(11V)와 다이크로익 빔 스플리터(58V) 사이에 배치되어 있다.The wavelength combining means 55V has an individual collimated lens 56V and a dichroic beam splitter 58V, and the dichroic beam splitter 58V has an individual collimated lens 56V and an entire converging lens 22. ), And the individual collie 2 mate lens 56V is disposed between the semiconductor laser 11V and the dichroic beam splitter 58V.

레이저블록(10U) 및 레이저블록(10V)은 상기 레이저블록(10)과 동일한 것이며, 반도체 레이저(11U) 및 반도체 레이저(11V) 각각의 활성층은 반도체 레이저(11) 각각의 활성층에 대응하도록 배치되어 있다. 즉, 반도체 레이저(11UA) 및 반도체 레이저(11VA)의 활성층과 반도체 레이저(11A)의 활성층은 동일 평면상에 위치하고, 반도체 레이저(11UB) 및 반도체 레이저(11VB)의 활성층과 반도체 레이저(11B)의 활성층은 동일 평면상에 위치하고, 이렇게, 서로 대응하는 반도체 레이저의 활성층이 동일 평면상에 위치하고 있다.The laser block 10U and the laser block 10V are the same as the laser block 10, and an active layer of each of the semiconductor laser 11U and the semiconductor laser 11V is disposed to correspond to the active layer of each of the semiconductor laser 11. have. That is, the active layer of the semiconductor laser 11UA and the semiconductor laser 11VA and the active layer of the semiconductor laser 11A are located on the same plane, and the active layers of the semiconductor laser 11UB and the semiconductor laser 11VB and the semiconductor laser 11B are located on the same plane. The active layers are located on the same plane, and thus, the active layers of the semiconductor lasers corresponding to each other are located on the same plane.

또한, 반도체 레이저(11)로부터 출사되었을 때의 광속의 광축은 반도체 레이저(11U)로부터 출사되었을 때의 광속의 광축, 및 반도체 레이저(11V)로부터 출사되었을 때의 광속의 광축과 직교한다.In addition, the optical axis of the luminous flux when it exits from the semiconductor laser 11 is orthogonal to the optical axis of the luminous flux when it exits from the semiconductor laser 11U, and the optical axis of the luminous flux when it exits from the semiconductor laser 11V.

개별 콜리메이트렌즈(56U)는, 상기 개별 콜리메이트렌즈(21)와 동일한 것이며, 각 반도체 레이저(11U)로부터 출사된 각 광속(ULa,ULb,ULc…) 각각을 서로 광축이 평행한 평행 광속으로 한다.The individual collimated lenses 56U are the same as the individual collimated lenses 21, and each of the luminous fluxes ULa, ULb, ULc, etc., emitted from each of the semiconductor lasers 11U is a parallel luminous flux in which the optical axes are parallel to each other. do.

개별 콜리메이트렌즈(56V)는, 상기 개별 콜리메이트렌즈(21)와 동일한 것이며, 각 반도체 레이저(11V)로부터 출사된 각 광속(VLa,VLb,VLc…) 각각을 서로 광축이 평행한 평행 광속으로 한다.The individual collimated lenses 56V are the same as the individual collimated lenses 21, and each of the luminous fluxes VLa, VLb, VLc, etc., emitted from each of the semiconductor lasers 11V is a parallel luminous flux in which the optical axes are parallel to each other. do.

다이크로익 빔 스플리터(58U)는 410㎚의 광을 투과시키고, 370㎚의 광을 반사시킨다. 다이크로익 빔 스플리터(58V)는 370㎚ 및 410㎚의 광을 투과시키고, 450㎚의 광을 반사시킨다.The dichroic beam splitter 58U transmits light of 410 nm and reflects light of 370 nm. The dichroic beam splitter 58V transmits light of 370 nm and 410 nm and reflects light of 450 nm.

복수의 반도체 레이저(11A,11B…)로부터 출사된 각 광속(La,Lb,Lc…)은, 개별 콜리메이트렌즈(21), 다이크로익 빔 스플리터(58U), 다이크로익 빔 스플리터(58V), 전체 수속렌즈(22), 수속각 변환 광학계(30C)를 통과해서 광섬유(40)에 입사된다.Each of the luminous fluxes La, Lb, Lc… emitted from the plurality of semiconductor lasers 11A, 11B… is an individual collimating lens 21, a dichroic beam splitter 58U, and a dichroic beam splitter 58V. And enters the optical fiber 40 through the entire converging lens 22 and the converging angle conversion optical system 30C.

또한, 반도체 레이저(11U)로부터 출사된 각 광속(ULa,ULb,ULc…)은, 개별 콜리메이트렌즈(56U)에 의해 평행 광속으로 된 후, 다이크로익 빔 스플리터(58U)의 빔 스플릿면(U1)에 의해 반사된다. 그리고, 다이크로익 빔 스플리터(58U)에 의해 반사된 각 광속(ULa,ULb,ULc…)은 이 다이크로익 빔 스플리터(58U)를 투과하는 상기 각 광속(La,Lb,Lc…)의 각각과 같은 광로를 통과하여 광섬유(40)에 입사된다.즉, 광속(ULa)과 광속(La), 광속(ULb)과 광속(Lb), …광속(ULe)과 광속(Le) 각각 대응하는 광속끼리가 같은 광로를 통과하여 광섬유(40)에 입사된다.Further, after the respective luminous fluxes ULa, ULb, ULc ... emitted from the semiconductor laser 11U become parallel luminous fluxes by the individual collimating lens 56U, the beam split surface (the dichroic beam splitter 58U) Reflected by U1). Each of the luminous fluxes ULa, ULb, ULc ... reflected by the dichroic beam splitter 58U is transmitted to each of the luminous fluxes La, Lb, Lc ... that pass through the dichroic beam splitter 58U. The light is incident on the optical fiber 40 by passing through an optical path such as the light beam ULa and the light beam La, the light beam ULb and the light beam Lb,. The luminous fluxes corresponding to the luminous flux ULe and the luminous flux Le respectively pass through the same optical path and enter the optical fiber 40.

또한, 반도체 레이저(11V)로부터 출사된 각 광속(VLa,VLb,VLc…)은, 개별 콜리메이트렌즈(56V)에 의해 평행 광속으로 된 후, 다이크로익 빔 스플리터(58V)의 빔 스플릿면(V1)에 의해 반사된다. 그리고, 다이크로익 빔 스플리터(58V)에 의해 반사된 각 광속(VLa,VLb,VLc…)은, 이 다이크로익 빔 스플리터(58V)를 투과하는 각 광속(La,Lb,Lc…) 및 각 광속(ULa,ULb,ULc…)의 각각과 같은 광로를 통과하여 광섬유(40)에 입사된다. 즉, 광속(VLa), 광속(ULa) 및 광속(La)이 같은 광로를 통과하고, 광속(VLb), 광속(ULb) 및 광속(Lb)이 같은 광로를 통과하고, …광속(VLe), 광속(ULe) 및 광속(Le)이 같은 광로를 통과하여 광섬유(40)에 입사된다.In addition, after the light beams VLa, VLb, VLc, etc. emitted from the semiconductor laser 11V are converted into parallel light beams by the individual collimating lenses 56V, the beam split surface of the dichroic beam splitter 58V ( Reflected by V1). Each of the light beams VLa, VLb, VLc, ... reflected by the dichroic beam splitter 58V, and each of the light beams La, Lb, Lc, ... which pass through the dichroic beam splitter 58V, and each of the light beams are transmitted. The light enters the optical fiber 40 through the same optical path as each of the light beams ULa, ULb, ULc .... That is, the light beams VLa, the light beams ULa, and the light beams La pass through the same light path, and the light beams VLb, the light beams ULb, and the light beams Lb pass through the same light path. The light beam VLe, the light beam ULe, and the light beam Le pass through the same optical path and enter the optical fiber 40.

이것에 의해, 각 광속(La,Lb,Lc…), 각 광속(ULa,ULb,ULc…) 및 각 광속(VLa,VLb,VLc…)이 광섬유(40)내에 합파된다.Thereby, each light beam La, Lb, Lc ..., each light beam ULa, ULb, ULc ..., and each light beam VLa, VLb, VLc ... are combined in the optical fiber 40. FIG.

또, 상기 수속각 변환 광학계(30C)는, 상기 실시예2-1과 마찬가지로, 전체 수속렌즈(22)로부터 출사되어 수속되는 각 광속(La,Lb,Lc…)의 광축이 고속축방향에서 볼 때 서로 교차하는 위치 중 최상류측의 위치인 광축 수속위치(Pb)보다 더 상류측에 배치되어 있다.In the converging angle conversion optical system 30C, the optical axes of the luminous fluxes La, Lb, Lc, etc. emitted from all the converging lenses 22 and converged in the same manner as in the embodiment 2-1 are seen in the high-speed axis direction. Is arranged further upstream than the optical axis convergence position Pb, which is the position on the most upstream side among the positions crossing each other.

또, 상기 파장 합파수단을 사용해서 고출력의 레이저광을 얻는 방법은, 상기 실시예1-1, 실시예1-2, 실시예2-1, 실시예2-3, 및 후술하는 실시예2-4, 실시예2-5, 실시예 3-1에도 적용할 수 있다.In addition, the method of obtaining the laser beam of high power using the said wavelength combining means is the said Example 1-1, Example 1-2, Example 2-1, Example 2-3, and Example 2 mentioned later. 4, Example 2-5, and Example 3-1.

<실시예2-4><Example 2-4>

도13은 제2실시형태에 있어서의 제4실시예(이하, 실시예2-4라고 한다)의 레이저광 합파장치의 개략구성을 나타내는 도이며, 도13의 (a)는 상기 레이저광 합파장치를 윗쪽에서 본 평면도, 도13의 (b)는 상기 레이저광 합파장치를 반도체 레이저가 배열되는 방향에서 본 정면도, 도13의 (c)는 상기 레이저광 합파장치를 광속의 광축방향에서 본 좌측면도이다. 또한, 도14는 수속렌즈의 기능을 나타내는 도이며, 도14의 (a)는 Y방향을 윗쪽으로 해서 본 수속렌즈의 개념도, 도14의 (b)는 X방향을 위로 해서 본 수속렌즈의 개념도이다.FIG. 13 is a diagram showing a schematic configuration of a laser beam combining device of a fourth example (hereinafter, referred to as Example 2-4) in the second embodiment, and FIG. 13A is the laser beam combining wavelength. A plan view of the teeth from above, FIG. 13B is a front view of the laser beam combiner as viewed from the direction in which the semiconductor lasers are arranged, and FIG. 13C is a left side of the laser beam combiner as seen from the optical axis direction of the light beam. It's a shave. Fig. 14 is a view showing the function of the converging lens, and Fig. 14A is a conceptual diagram of the converging lens viewed from the top in the Y direction, and Fig. 14B is a conceptual diagram of the converging lens viewed from the X direction upward. to be.

도13에 나타낸 바와 같이, 상기 실시예2-4의 레이저광 합파장치는, 실시예2-1에 있어서, 개별 콜리메이트렌즈(21)와 전체 수속렌즈(22)로 구성되는 전체 수속 광학계를, 각 수속렌즈(24A,24B,24C…)로 이루어지는 트렁케이트형 렌즈인 수속렌즈(24)로 대체한 것이다.As shown in Fig. 13, the laser beam combiner of Example 2-4 includes the entire condensing optical system composed of the individual collimated lenses 21 and the entire converging lenses 22 in Example 2-1. It is replaced by the converging lens 24, which is a truncated lens composed of the converging lenses 24A, 24B, and 24C.

즉, 수속렌즈(24)는 광속의 전파방향을 변화시키는 각각 다른 굴절력을 갖는 수속렌즈(24A,24B,24C…)로 구성되어 있고, 복수의 반도체 레이저(11)로부터 출사된 각 광속(La,Lb,Lc…)으로 이루어지는 전체 광속을 저속축방향의 폭이 좁아지도록 수속시킴과 아울러 각 광속 각각을 저속축방향 및 고속축(F)방향으로 수속시키고, 각 광속(La,Lb,Lc…) 각각을, 고속축(F)방향으로 서로 다른 소정의 위치(39A,39B,39C…)를 통과시켜 수속각 변환 광학계(30C)에 입사시킨다.That is, the converging lens 24 is made up of converging lenses 24A, 24B, 24C... Which have different refractive powers to change the propagation direction of the light beam, and each of the luminous fluxes La, which are emitted from the plurality of semiconductor lasers 11. The entire luminous flux consisting of Lb, Lc ...) is converged so that the width in the low-speed axis direction becomes narrow, and each luminous flux is converged in the low-speed axis direction and the high-speed axis F direction, and the respective luminous fluxes (La, Lb, Lc ...) Each passes through different predetermined positions 39A, 39B, 39C ... in the high-speed axis F direction and enters the convergence angle conversion optical system 30C.

보다 상세하게는, 도14에 나타낸 바와 같이, 전체 광속의 둘레가장자리부에 위치하는 수속렌즈(24A)가, 입사된 광속(La)의 전파방향을 저속축방향으로 크게 변화시키고, 또한 이 광속(La)을 수속시켜서 수속각 변환 광학계(30C)의 소정의 프리즘(31A)(도3참조)에 입사시킨다. 또한, 전체 광속의 중심부에 위치하는 수속렌즈(24C)는 입사된 광속(Lc)의 전파방향을 변화시키는 일없이, 이 광속(Lc)을 수속시켜서 수속각 변환 광학계(30C)의 소정의 프리즘(31C)에 입사시킨다.More specifically, as shown in Fig. 14, the converging lens 24A located at the circumferential edge portion of the entire luminous flux greatly changes the propagation direction of the incident luminous flux La in the low-speed axis direction, and the luminous flux ( La is converged and made to enter the predetermined prism 31A (see FIG. 3) of the convergence angle conversion optical system 30C. In addition, the converging lens 24C positioned at the center of the entire luminous flux converges the luminous flux Lc without changing the propagation direction of the incident luminous flux Lc, thereby predetermining a predetermined prism of the convergence angle conversion optical system 30C ( 31C).

또, 도14의 (a) 및 도14의 (b)의 지면좌측에 나타내는 수속렌즈(24A)를 Z축방향에서 본 도면중의 실선은 수속렌즈(24A)의 반도체 레이저(11A)측의 렌즈면을 나타내고, 상기 도면중의 파선은 수속렌즈(24A)의 수속각 변환 광학계(30C)측의 렌즈면을 나타내는 것이며, 각각의 렌즈면의 곡률중심의 위치가 Y방향으로 어긋나 있다.14A and 14B, the solid line shown in the Z-axis direction of the converging lens 24A shown on the left side of the sheet is the lens on the semiconductor laser 11A side of the converging lens 24A. The broken line in the figure shows the lens surface on the convergence angle conversion optical system 30C side of the converging lens 24A, and the position of the center of curvature of each lens surface is shifted in the Y direction.

그 밖의 구성 및 작용은 상기 실시예1과 같으며, 상기와 동일한 수속각 변환 광학계(30C)의 작용에 의해, 상기 저속축방향의 폭이 좁아지도록 전체 수속 광학계인 수속렌즈(24)에 의해 수속된 수속각(α11)의 전체 광속이 보다 작은 수속각(α12)으로 되어서 광섬유(40)의 지름 50㎛의 코어부(41)에 입사된다.Other constitutions and operations are the same as those of the first embodiment, and converged by the converging lens 24 which is the entire converging optical system so that the width in the low-speed axis direction is narrowed by the same converging angle conversion optical system 30C as described above. The total luminous flux of the converged convergence angle (alpha) 11 becomes smaller convergence angle (alpha) 12, and it enters into the core part 41 of 50 micrometers in diameter of the optical fiber 40. FIG.

또, 상기 수속각 변환 광학계(30C)는, 상기 실시예2-1과 마찬가지로, 전체 수속렌즈(22)로부터 출사되어 수속되는 각 광속(La,Lb,Lc…)의 광축이 고속축방향에서 볼 때 서로 교차하는 위치 중 최상류측의 위치인 광축 수속위치(Pb)보다 더 상류측에 배치되어 있다.In the converging angle conversion optical system 30C, the optical axes of the luminous fluxes La, Lb, Lc, etc. emitted from all the converging lenses 22 and converged in the same manner as in the embodiment 2-1 are seen in the high-speed axis direction. Is arranged further upstream than the optical axis convergence position Pb, which is the position on the most upstream side among the positions crossing each other.

<실시예2-5>Example 2-5

도15는 제2실시형태에 있어서의 제5실시예(이후, 실시예2-5라고 한다)의 레이저광 합파장치의 개략구성을 나타내는 도이며, 이 도15는 상기 레이저광 합파장치를 윗쪽에서 본 평면도이다.Fig. 15 is a diagram showing a schematic configuration of a laser beam combining device of a fifth example (hereinafter, referred to as Example 2-5) in the second embodiment, and Fig. 15 shows the laser beam combining device from above. This is a plan view.

도15에 나타낸 바와 같이, 실시예2-5의 레이저광 합파장치(205)의 레이저블록(10Q)은, 5개의 반도체 레이저(11A,11B,11C…)가 반도체 레이저(11) 각각의 활성층(12A,12B,12C…)이 평행하게 되고, 또한, 각각의 활성층(12A,12B,12C…)의 위치가 활성층(12)의 두께방향(도면중 X방향, 고속축방향이기도 함)에 있어서 서로 다른 위치가 되도록 배치되고, 또한, 반도체 레이저(11)로부터 출사되었을 때의 각 광속(La,Lb,Lc…)의 광축이, 고속축방향에서 볼 때 광축간의 간격이 서로 좁아지도록 배치되어 있다.As shown in Fig. 15, in the laser block 10Q of the laser beam combiner 205 of the embodiment 2-5, five semiconductor lasers 11A, 11B, 11C ... are used for the active layers of the semiconductor lasers 11, respectively. 12A, 12B, 12C ... are parallel, and the positions of each of the active layers 12A, 12B, 12C ... are in the thickness direction of the active layer 12 (the X direction and the high-speed axis direction in the figure). It is arrange | positioned so that it may become another position, and the optical axis of each light beam La, Lb, Lc ... when it exits from the semiconductor laser 11 is arrange | positioned so that the space | interval between optical axes may become narrow mutually when it sees from the high-speed axis direction.

따라서, 반도체 레이저(11)로부터 출사되었을 때의 각 광속(La,Lb,Lc…)의 저속축은 평행하게 되지 않는다.Therefore, the low speed axes of the luminous fluxes La, Lb, Lc, etc., emitted from the semiconductor laser 11 do not become parallel.

전체 수속 광학계(20Q)는 상기 반도체 레이저(11)로부터 출사된, 고속축방향으로 서로의 위치가 다른 각 광속(La,Lb,Lc…) 각각을 개별로 저속축방향 및 고속축방향(도면중 화살표 X방향)으로 수속시켜서, 상기와 마찬가지로 각 광속(La,Lb,Lc…) 각각을 고속축방향에 있어서 서로 다른 소정의 위치에서 상기 와 같은 수속각 변환 광학계(30C)에 입사시킨다.The total condensing optical system 20Q separately emits the light beams La, Lb, Lc…, which are different from each other in the high-speed axis direction, emitted from the semiconductor laser 11, respectively, in the low-speed axis direction and the high-speed axis direction (in the drawing). In the same manner as described above, each of the luminous fluxes La, Lb, Lc ... is incident on the convergence angle conversion optical system 30C as described above at predetermined positions different from each other in the high-speed axis direction.

또, 전체 수속 광학계(20Q)는, 상기 각 광속(La,Lb,Lc…) 각각을 평행 광속으로 하는 콜리메이트렌즈(26A,26B,26C…) 및 상기 평행 광속으로 된 각 광속(La,Lb,Lc…) 각각을 저속축방향 및 고속축방향으로 집광하는 집광렌즈(27A,27B,27C…)로 구성되어 있다.In addition, the total converging optical system 20Q includes collimating lenses 26A, 26B, 26C ..., each of which has each of the luminous fluxes La, Lb, Lc ... as parallel luminous fluxes, and each luminous flux La, Lb of the parallel luminous flux. , Lc ... are composed of condensing lenses 27A, 27B, 27C... Concentrating each of them in the low-speed axis direction and the high-speed axis direction.

상기 각 반도체 레이저(11)로부터 출사되었을 때의 각 광속(La,Lb,Lc…)의 광축과 전체 수속 광학계(20Q)로부터 출사되었을 때의 각 광속(La,Lb,Lc…)의 광축은 일치한다.The optical axes of the luminous fluxes La, Lb, Lc ... when emitted from the semiconductor lasers 11 and the luminous fluxes of the luminous fluxes La, Lb, Lc ... when emitted from the total converging optical system 20Q coincide with each other. do.

또, 각 광속(La,Lb,Lc…)의 광축을 도15중의 광축(Ja,Jb,Jc…)으로 나타낸다.In addition, the optical axis of each light beam La, Lb, Lc ... is shown by the optical axis Ja, Jb, Jc ... in FIG.

여기에서는, 전체 수속 광학계(20Q)로부터 출사되었을 때의 전체 광속의 수속각(α31)이 반도체 레이저(11)로부터 출사되었을 때의 전체 광속의 수속각과 같아지게 되며, 수속각 변환 광학계(30C)로부터 출사되었을 때의 상기 전체 광속의 수속각(α32)은 전체 수속 광학계(20Q)로부터 출사된 전체 광속의 수속각(α31)보다 작은 각도로 된다.Here, the convergence angle α31 of the total luminous flux emitted from the total convergence optical system 20Q becomes the same as the convergence angle of the total luminous flux emitted from the semiconductor laser 11, and from the convergence angle conversion optical system 30C. The convergence angle α32 of the total luminous flux at the time of emission is an angle smaller than the convergence angle α31 of the total luminous flux emitted from the total converging optical system 20Q.

그 밖의 구성 및 작용은 상기 실시예1 및 실시예2와 같다.Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment and the second embodiment.

여기에서, 각 콜리메이트렌즈(26A,26B,26C…)를 촛점거리 3mm, 개구수(NA) 0.6으로 하고, 각 집광렌즈(27A,27B,27C…)를 촛점거리 9mm, 개구수(NA) 0.2로 함으로써, 5개의 반도체 레이저(11A,11B,11C…)로부터 출사된 각 1W의 출력을 갖는 광속이 광섬유(40)의 코어부(41)에 합파되어, 코어부(41)로부터 4.5W의 레이저광을 출력시킬 수 있다. 즉, 5개의 레이저광속이 광섬유에 결합될 때의 결합효율은 90%로 된다.Here, each collimated lens 26A, 26B, 26C... Has a focal length of 3 mm and a numerical aperture NA of 0.6, and each condensing lens 27A, 27B, 27C... Of a focal length of 9 mm and a numerical aperture of NA. By setting it to 0.2, the luminous flux having an output of 1W emitted from five semiconductor lasers 11A, 11B, 11C ... is combined with the core portion 41 of the optical fiber 40, and 4.5W from the core portion 41 is obtained. Laser light can be output. That is, the coupling efficiency when the five laser beams are coupled to the optical fiber is 90%.

또, 상기 수속각 변환 광학계(30C)는 상기 실시예2-1과 마찬가지로, 전체 수속 광학계(20Q)로부터 출사되어 수속되는 각 광속(La,Lb,Lc…)의 광축이 고속축방향에서 볼 때 서로 교차하는 위치 중 최상류측의 위치인 광축 수속위치(Pc)보다 더 상류측에 배치되어 있다.In addition, the convergence angle conversion optical system 30C is similar to the embodiment 2-1, when the optical axes of the luminous fluxes La, Lb, Lc, etc. emitted and converged from the entire converging optical system 20Q are viewed in the high-axis direction. It is arrange | positioned further upstream than the optical-axis convergence position Pc which is a position of the most upstream side among the positions which mutually cross.

상기 각 실시예1-1, 실시예1-2, 실시예2-1∼실시예2-5에 있어서의 레이저광합파장치에 있어서는, 복수의 반도체 레이저(11)로부터 출사된 각 광속을 저속축방향 및 고속축방향으로 수속시키는 광속 수속수단인 각 광학계가, 이 각 광학계에 의해 수속되는 각 광속의 저속축방향에서 볼 때의 출사각을, 각 광속의 상기 반도체 레이저로부터 출사되었을 때의 광속의 저속축방향에서 볼 때의 방사각보다 작게 하는 것이다.In the laser light coupling apparatus in each of Examples 1-1, 1-2, and Examples 2-1 to 2-5, each of the luminous fluxes emitted from the plurality of semiconductor lasers 11 is a low speed axis. Of the luminous flux when each optical system that is the luminous flux convergence means for converging in the direction and the high-speed axial direction is viewed from the low-speed axial direction of each luminous flux converged by the respective optical systems. It is smaller than the radial angle in the low-axis direction.

즉, 본 발명에 사용하고 있는 에지 이미터형의 반도체 레이저로부터 출사되는 광의 고속축방향에 있어서의 퍼짐(즉, 저속축방향에서 볼 때의 퍼짐)은 개구수로 나타내면 개구수(NA1)=0.5정도이며, 또, 일반적인 광섬유에 광이 입사될 때의 입사광의 퍼짐을 개구수(NA)로 나타내면 상기 개구수(NA1)보다 작은 개구수(NA) 0.3이하, 통상은 개구수(NA2)=0.2정도이다. 그 때문에, 반도체 레이저로부터 출사된 광을 광섬유에 효율적으로 결합하는 중요한 포인트로서, 반도체 레이저로부터 출사된 광의 방사각에 비해서 상기 광학계로부터 광섬유에 광을 입사시킬 때의 출사각을 작게 해주는 방법이 일반적으로 알려져 있다. 또, 광섬유의 개구수(NA2)로 규정되는 범위를 벗어나서 입사된 광은, 이 광섬유의 모드와 결합되지 못하고 광섬유의 외측으로 누출되어 간다.That is, the spread in the high-speed axis direction of the light emitted from the edge emitter type semiconductor laser used in the present invention (that is, the spread in the low-speed axis direction) is represented by the numerical aperture (NA1) = 0.5 In addition, the spread of incident light when light is incident on a general optical fiber is represented by the numerical aperture NA, and the numerical aperture NA smaller than the numerical aperture NA1 is 0.3 or less, and usually the numerical aperture NA2 is about 0.2. to be. Therefore, as an important point for efficiently coupling the light emitted from the semiconductor laser to the optical fiber, a method of reducing the emission angle when the light is incident on the optical fiber from the optical system as compared with the radiation angle of the light emitted from the semiconductor laser is generally used. Known. Incidentally, light incident outside the range defined by the numerical aperture NA2 of the optical fiber is not coupled to the mode of the optical fiber and leaks to the outside of the optical fiber.

그래서, 도16에 나타낸 바와 같이, 각 실시예1-1, 실시예1-2, 실시예2-1∼실시예2-5의 각 레이저광 합파장치에 있어서, 개구수(NA)=0.5의 반도체 레이저(11)로부터 출사된 광을 광속 수속수단(130)을 통해 광섬유(40)의 개구수(NA2)=0.2의 범위내에 입사시킴으로써 반도체 레이저로부터 출사된 광의 광섬유에의 고효율의 결합을 가능하게 할 수 있고, 이렇게 하기 위한 확대 배율(Re)은Thus, as shown in Fig. 16, in the laser beam combining apparatuses of Examples 1-1, 1-2, and Examples 2-1 through 2-5, the numerical aperture NA is 0.5. The light emitted from the semiconductor laser 11 is incident through the luminous flux convergence means 130 within the numerical aperture (NA2) = 0.2 of the optical fiber 40 to enable high efficiency coupling of the light emitted from the semiconductor laser to the optical fiber. And the magnification (Re) to do this

Re=f2/f1=NA2/NA1=0.5/0.2=2.5Re = f2 / f1 = NA2 / NA1 = 0.5 / 0.2 = 2.5

이다.to be.

따라서, 적어도 상기 광속 수속수단(130)을 확대 배율(Re)이 1.0보다 큰 배율로 되도록 설계하는 것이 고효율의 결합을 실현하기 위한 필요조건이 된다.Therefore, designing at least the luminous flux convergence means 130 so that the magnification ratio Re is larger than 1.0 becomes a necessary condition for achieving high efficiency coupling.

즉, 도16중에 나타낸 상기 광속 수속수단(130)(각 광학계)에 의해 수속되는 광속의 저속축방향에서 볼 때의 출사각(θ2)을 반도체 레이저(11)로부터 출사시켰을 때의 광속의 저속축방향에서 볼 때의 방사각(θ1)보다 작아지도록 설계하는 것이 고효율의 결합을 실현하기 위한 필요조건이 된다.That is, the low speed axis of the light beam when the exit angle θ2 when viewed from the low speed axis direction of the light beam converged by the light beam convergence means 130 (each optical system) shown in FIG. 16 is emitted from the semiconductor laser 11. Designing to be smaller than the radial angle [theta] 1 when viewed in the direction becomes a requirement for realizing high efficiency coupling.

또, 상기 광속 수속수단(130)(각 광학계)에 대응하는, 실시예1-1의 레이저광 합파장치(101)에 있어서의 수속 분산렌즈(120), 실시예1-2의 레이저광 합파장치(102)에 있어서의 오프셋렌즈(123)와 집광렌즈(124)의 조합으로 이루어지는 광학계, 실시예2-1의 레이저광 합파장치(201)에 있어서의 전체 수속 광학계(20), 실시예2-2의 레이저광 합파장치(202)에 있어서의 편광 합파수단(45)과 전체 수속렌즈(22)의 조합으로 이루어지는 광학계, 실시예2-3의 레이저광 합파장치(203)에 있어서의 파장 합파수단(55U)과 전체 수속렌즈(22)의 조합으로 이루어지는 광학계, 및 파장 합파수단(55V)과 전체 수속렌즈(22)의 조합으로 이루어지는 광학계, 실시예2-4의 레이저광 합파장치(204)에 있어서의 수속렌즈(24) 및 실시예2-5의 레이저광 합파장치(205)에 있어서의 전체 수속 광학계(20Q)는, 이들에 의해 수속되는 광속의 저속축방향에서 볼 때의 출사각(θ2)이 반도체 레이저(11)로부터 출사되었을 때의 광속의 저속축방향에서 볼 때의 방사각(θ1)보다 작아지도록설계되어 있다.In addition, the convergence dispersion lens 120 of the laser beam combining device 101 of Example 1-1 and the laser beam combining device of Example 1-2 corresponding to the luminous flux convergence means 130 (each optical system). An optical system composed of a combination of an offset lens 123 and a condenser lens 124 in 102, an all-optical optical system 20 in a laser beam combining apparatus 201 of Example 2-1, and Example 2- The optical system which consists of the combination of the polarization combining means 45 and the whole converging lens 22 in the laser beam combining device 202 of 2, and the wavelength combining means in the laser beam combining device 203 of Example 2-3. An optical system composed of a combination of 55U and a total converging lens 22, and an optical system composed of a combination of a wavelength combining means 55V and a total converging lens 22, and a laser beam combining apparatus 204 of Example 2-4. The total converging optical system 20Q in the converging lens 24 and the laser beam combining device 205 of Example 2-5 are these. Emitting angle (θ2) as viewed in the slow axis direction of the light beam converged by this and is designed to be smaller than the coverage angle (θ1), as seen in the slow axis direction of the light beam when the light emitted from the semiconductor laser 11.

그러나, 본 발명의 레이저광 합파장치는, 상기 광속 수속수단이 이 광속 수속수단으로부터 출사되는 각 광속의 저속축방향에서 볼 때의 출사각(θ2)을 각 광속의 반도체 레이저로부터 출사되었을 때의 광속의 저속축방향에서 볼 때의 방사각(θ1)보다 작아지도록 설계하는 경우에 한정되는 것은 아니다.However, in the laser beam combining apparatus of the present invention, the luminous flux when the luminous flux convergence means is emitted from the semiconductor laser of each luminous flux by the emission angle θ2 when viewed in the low-axis direction of each luminous flux emitted from the luminous flux convergence means. It is not limited to the case where it is designed so that it may become smaller than the radiation angle (theta) 1 when it sees from the low-speed axial direction of.

<실시예3-1><Example 3-1>

이하, 본 발명의 제3실시형태에 대해서 도면을 사용해서 설명한다. 또, 제3실시형태에 있어서 상기 제2실시형태와 같은 기능을 갖는 것에 대해서는, 제2실시형태와 동일한 부호를 사용해서 설명을 생략했다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, 3rd Embodiment of this invention is described using drawing. In addition, about the thing which has the function similar to the said 2nd Embodiment in 3rd Embodiment, description is abbreviate | omitted using the same code | symbol as 2nd Embodiment.

도17은 본 발명의 제3실시형태의 레이저광 합파장치의 제1실시예(실시예1-1)의 개략구성을 나타내는 도이며, 도17의 (a)는 상기 레이저광 합파장치를 윗쪽에서 본 평면도, 도17의 (b)는 상기 레이저광 합파장치를 반도체 레이저가 배열되는 방향에서 본 정면도, 도17의 (c)는 상기 레이저광 합파장치를 광속의 광축방향에서 본 좌측면도이다. 또, 도18은 광축 시프트 광학계의 구조를 나타내는 평면도, 도19는 수속 광학계에 의해 각 광속이 수속되는 모양을 나타내는 개념도이며, 도19의 (a)는 광속을 저속축방향으로 수속시키는 모양을 나타내는 도, 도19의 (b)는 광속을 고속축방향으로 수속시키는 모양을 나타내는 도이다.Fig. 17 is a diagram showing a schematic configuration of a first example (Example 1-1) of a laser beam combiner of a third embodiment of the present invention, and Fig. 17A shows the laser beam combiner from above. 17 (b) is a front view of the laser beam combiner as viewed from the direction in which the semiconductor laser is arranged, and FIG. 17 (c) is a left side view of the laser beam combiner as seen from the optical axis direction of the light beam. Fig. 18 is a plan view showing the structure of the optical axis shift optical system, and Fig. 19 is a conceptual diagram showing the condensation of each light beam by the converging optical system, and Fig. 19A shows the condensing of the light beam in a low speed axis direction. Fig. 19B is a diagram showing a state in which the luminous flux is converged in the high-speed axis direction.

상기 실시예3-1의 레이저광 합파장치(301)는 복수의 반도체 레이저(51A,51B,51C…)(이후, 합쳐서, 반도체 레이저(51)라고도 한다)가 반도체 레이저(51A,51B,51C…) 각각의 활성층(52A,52B,52C…)이 평행하게 되고, 또한 각각의활성층(52A,52B,52C…)의 위치가 활성층(52A,52B,52C…)의 두께방향(도면중 화살표 X방향)에 있어서 서로 다른 위치(53A,53B,53C…)가 되도록 배치된 레이저블록(50)과, 복수의 반도체 레이저(51)로부터 출사된 각 광속(La,Lb,Lc…)을, 서로 평행한 광축을 갖고 또한 서로 저속축(S)이 평행한 평행 광속으로 하는 콜리메이트 광학계(60)와, 콜리메이트 광학계(60)를 통과한 고속축(F)방향(도면중 화살표 F방향)으로 서로의 위치가 다른 각 광속을 저속축(S)방향(도면중 화살표 S방향)으로 이동시켜서 각 광속(La,Lb,Lc…)의 고속축(F)이 저속축(S)와 직교하는 일평면(H2)상에 나란히 배열되도록 하는 리디렉션 시스템인 광축 시프트 광학계(70)와, 광축 시프트 광학계(70)로부터 출사된 각 광속(La,Lb,Lc…)으로 이루어지는 전체 광속 및 각 광속을 저속축(S)방향 및 고속축(F)방향으로 수속시켜서 광섬유(40)에 입사시키는 수속 광학계(80)를 구비하고 있다.In the laser beam combiner 301 of the above embodiment 3-1, the plurality of semiconductor lasers 51A, 51B, 51C... (Hereinafter also referred to as the semiconductor laser 51) are the semiconductor lasers 51A, 51B, 51C. ) Each of the active layers 52A, 52B, 52C... Are parallel, and the positions of the active layers 52A, 52B, 52C... Are in the thickness direction of the active layers 52A, 52B, 52C... ), The laser blocks 50 arranged so as to be different positions 53A, 53B, 53C, ..., and the luminous fluxes La, Lb, Lc ... emitted from the plurality of semiconductor lasers 51 are parallel to each other. The collimated optical system 60 having an optical axis and a parallel luminous flux in which the low-speed axes S are parallel with each other in the high-speed axis F direction (arrow F direction in the figure) passing through the collimated optical system 60. Each plane whose position is different is moved in the low speed axis S direction (arrow S direction in the drawing) so that the high speed axis F of each light beam La, Lb, Lc ... is orthogonal to the low speed axis S ( On H2) The total luminous flux and each luminous flux consisting of the optical axis shift optical system 70, which is a redirection system to be arranged side by side, and the respective luminous fluxes La, Lb, Lc, etc. emitted from the optical axis shift optical system 70, are set in the low-speed axis S direction and high speed. A converging optical system 80 that converges in the direction of the axis F and enters the optical fiber 40 is provided.

각 반도체 레이저(51)는 상기 제2실시형태에 있어서의 반도체 레이저와 동일한 출력 1W, 발진파장 400∼420㎚의 질화물계 반도체 레이저이며, 고속축(F)방향의 발광폭(Df)=1㎛, 저속축(S)방향의 발광폭(Ds)=25㎛이다. 또, 각 반도체 레이저(51)로부터 출사되는 광속의 고속축(F)방향의 실효적인 개구수(NAf)는 0.5이며, 저속축(S)방향의 실효적인 개구수(NAs)는 0.2이다.Each semiconductor laser 51 is a nitride-based semiconductor laser having an output power of 1 W and an oscillation wavelength of 400 to 420 nm, which is the same as the semiconductor laser in the second embodiment, and the emission width Df in the high-speed axis F direction = 1 탆. And the light emission width Ds in the low speed axis S direction is 25 µm. The effective numerical aperture NAf in the high speed axis F direction of the luminous flux emitted from each semiconductor laser 51 is 0.5, and the effective numerical aperture NAs in the low speed axis S direction is 0.2.

콜리메이트 광학계(60)는 각 광속마다 배치된 콜리메이트렌즈(61A,61B,61C…)로 구성되는 트렁케이트형 렌즈이다.The collimated optical system 60 is a truncated lens composed of collimated lenses 61A, 61B, 61C... Arranged for each luminous flux.

광축 시프트 광학계(70)는, 도18에 나타낸 바와 같이, 두께가 얇은 복수의 프리즘(71A,71B,71C…)이 도면중 X방향으로 적층되어서 형성되어 있으며, 예를 들면, 프리즘(71A)에 입사된 광속(La)은 프리즘(71A)의 평행 평면(R1,R2)사이에서 각각 반사되어서 상기 평면(H2)상에 광축이 시프트되어서 이 프리즘(71A)으로부터 출사된다. 다른 프리즘의 작용도 마찬가지이다. 단, 광속(Lc)의 광축은 광축 시프트 광학계(70)에의 입사전에 이미 상기 평면(H2)상에 있으므로, 광속(Lc)의 광로는 시프트되는 일없이 프리즘(71C)을 통과한다. 이 프리즘(71C)은, 예를 들면 광속의 광로를 변경시키지 않는 광학평판으로 할 수 있다.As shown in Fig. 18, the optical axis shift optical system 70 is formed by stacking a plurality of thin prisms 71A, 71B, 71C ... in the X-direction in the drawing, for example, on the prism 71A. The incident light beam La is reflected between the parallel planes R1 and R2 of the prism 71A, and the optical axis is shifted on the plane H2, and is emitted from this prism 71A. The same is true of other prisms. However, since the optical axis of the light beam Lc is already on the plane H2 before entering the optical axis shift optical system 70, the optical path of the light beam Lc passes through the prism 71C without being shifted. This prism 71C can be made into an optical plate that does not change the optical path of the light beam, for example.

수속 광학계(80)는, 도19에 나타낸 바와 같이, 광축 시프트 광학계(70)로부터 출사된 각 광속(La,Lb,Lc…)으로 이루어지는 전체 광속을 고속축(F)방향으로 수속시키는 수속렌즈(81), 및 상기 전체 광속을 저속축(S)방향으로 수속시키는 수속렌즈(82)로 이루어진다.The converging optical system 80 is a converging lens for converging the entire luminous flux consisting of the luminous fluxes La, Lb, Lc ... emitted from the optical axis shift optical system 70 in the high-speed axis F direction as shown in FIG. 81) and a converging lens 82 for converging the entire luminous flux in the low-speed axis S direction.

다음에 상기 실시형태에 있어서의 작용에 대해서 설명한다.Next, the operation in the above embodiment will be described.

복수의 반도체 레이저(51)로부터 출사된 각 광속(La,Lb,Lc…)은, 콜리메이트 광학계(60)에 의해 서로 평행한 광축을 갖고, 저속축(S)이 서로 평행하며, 또한 고속축(F)방향의 서로의 위치가 다른 평행 광속으로 되어서 광축 시프트 광학계(70)의 각 프리즘(71A,71B,71C…)에 입사된다.Each of the luminous fluxes La, Lb, Lc ... emitted from the plurality of semiconductor lasers 51 has optical axes parallel to each other by the collimating optical system 60, and the low-speed axes S are parallel to each other and have a high-speed axis. The positions of each other in the (F) direction become different parallel light beams and are incident on the prisms 71A, 71B, 71C ... of the optical axis shift optical system 70.

각 광속은, 각 프리즘(71A,71B,71C…)에 의해 저속축(S)방향으로 시프트되어서 각 광속(La,Lb,Lc…)의 고속축(F)이 저속축(S)과 직교하는 일평면(H1)상에 나란히 배열되어 광축 시프트 광학계(70)로부터 출사된다.Each luminous flux is shifted in the low-speed axis S direction by each prism 71A, 71B, 71C... So that the high-speed axis F of each luminous flux La, Lb, Lc ... is orthogonal to the low-speed axis S. FIG. They are arranged side by side on one plane H1 and exit from the optical axis shift optical system 70.

광축 시프트 광학계(70)로부터 출사된 각 광속(La,Lb,Lc…)으로 이루어지는 전체 광속은, 수속렌즈(81)를 통해 고속축(F)방향으로(XZ평면에 있어서) 수속되고,수속렌즈(82)를 통해 저속축(S)방향으로(YZ평면에 있어서) 수속된 후, 광섬유(40)의 지름 50㎛의 코어부(41)에 입사된다.The entire luminous flux consisting of the luminous fluxes La, Lb, Lc ... emitted from the optical axis shift optical system 70 is converged in the high-speed axis F direction (in the XZ plane) through the converging lens 81, and the converging lens After convergence in the low-speed axis S direction (in the YZ plane) through 82, it enters into the core part 41 of 50 micrometers in diameter of the optical fiber 40. As shown in FIG.

또, 제1실시형태, 제2실시형태, 및 제3실시형태의 각 레이저광 합파장치는 반도체 레이저의 실장배치, 트렁케이트형 렌즈의 집광각도, 및 수속각 변환 광학계의 집광기능이나 광축 시프트 광학계의 광축 시프트기능 등의 설계의 최적화에 의해, 본 출원인에 의해 이미 제안된 특허문헌(예를 들면, 일본 특허출원 2002-287640, 일본 특허출원 2002-201979) 등에 기재되어 있는 스택형(고속축방향으로 반도체 레이저를 적층한 구조)을 갖는 광섬유 레이저(레이저광 합파장치)에도 적용할 수 있다.In addition, each laser beam combiner of the first, second, and third embodiments includes a mounting arrangement of a semiconductor laser, a condensing angle of a truncated lens, and a condensing function and an optical axis shift optical system of a convergence angle conversion optical system. By optimizing the design of the optical axis shift function and the like, the stack type (high-speed axial direction) described in patent documents (for example, Japanese Patent Application 2002-287640, Japanese Patent Application 2002-201979) already proposed by the present applicant The present invention can also be applied to an optical fiber laser (laser light combiner) having a structure in which semiconductor lasers are laminated.

또한, 상기 실시예1-1, 실시예1-2, 실시예2-1∼실시예2-5 및 실시예3-1에 있어서의 레이저광 합파장치에 의해 광속이 입사되어 합파되는 광섬유(40)에는, 코어 지름이25㎛∼400㎛인 것이 사용되며, 특히 많이 사용되는 코어지름은 50㎛∼100㎛이다.Further, the optical fiber 40 in which the light beam is incident and combined by the laser beam combiner in the above embodiments 1-1, 1-2, 2-1 to 2-5 and 3-1. The core diameter is 25 micrometers-400 micrometers, and the core diameter used especially is 50 micrometers-100 micrometers.

또한, 상기 각 실시예1-1, 실시예1-2, 실시예2-1∼실시예2-5 및 실시예3-1에 있어서 사용되는 트렁케이트형 렌즈는 구면 렌즈이어도 좋고, 비구면 렌즈이어도 좋다. 또한, 실시예에 있어서 트렁케이트형 렌즈로서 설명한 것은 반드시 트렁케이트형 렌즈의 경우에 한정되지 않고, 광축방향에서 본 형상이 원형인 통상의 렌즈를 사용해도 좋다.In addition, the truncated lens used in each of Example 1-1, Example 1-2, Example 2-1 to Example 2-5, and Example 3-1 may be a spherical lens or an aspheric lens. good. Note that the embodiment described as the truncated lens in the embodiment is not necessarily limited to the truncated lens, and a normal lens having a circular shape in the optical axis direction may be used.

또, 상기 각 실시예1-1, 실시예1-2, 실시예2-1∼실시예2-5 및 실시예3-1의 반도체 레이저(11)로서 채용가능한 반도체 레이저의 일례로서, 발광폭(Ds)(도2참조)의 크기가 다른 이하의 종류의 것이 있다.Moreover, as an example of the semiconductor laser which can be employ | adopted as the semiconductor laser 11 of each said Example 1-1, Example 1-2, Example 2-1-Example 2-5, and Example 3-1, a light emission width is shown. There are the following types having different sizes of (Ds) (see Fig. 2).

·싱글모드 반도체 레이저Single mode semiconductor laser

횡모드(저속축방향)가 싱글모드로 된다. 발광폭(Ds)의 값은 1㎛∼3㎛이며, 출력은 수mW∼500mW가 일반적이다.The horizontal mode (low speed axis direction) becomes a single mode. The value of the light emission width Ds is 1 µm to 3 µm, and the output is usually several mW to 500 mW.

·멀티모드 반도체 레이저Multimode Semiconductor Laser

횡모드(저속축방향)가 멀티모드로 된다. 발광폭(Ds)의 값은 수㎛∼100㎛이며, 출력은 100mW∼2000mW가 일반적이다.The horizontal mode (low speed axis direction) becomes a multi mode. The value of the light emission width Ds is several µm to 100 µm, and the output is generally 100 mW to 2000 mW.

또한, 상기 실시예1-1, 실시예1-2, 실시예2-1∼실시예2-5에 있어서의 수속각 변환 광학계, 또는 실시예3-1에 있어서의 광축 시프트 광학계는, 프리즘을 조합시켜서 형성하는 경우에 한정되지 않고, 반사요소, 굴절요소, 그레이팅요소, 또는 포토닉스결정 등을 사용해서 형성하거나, 이들의 요소를 조합시켜서 형성할 수 있다.In addition, the convergence angle conversion optical system in Example 1-1, Example 1-2, Example 2-1-Example 2-5, or the optical axis shift optical system in Example 3-1 is a prism. It is not limited to forming in combination, It can form using a reflection element, a refractive element, a grating element, a photonic crystal, etc., or can combine and form these elements.

또, 본 발명의 레이저광 합파장치에 있어서의 합파개수는 5개에 한정되는 것은 아니고, 합파개수는 2개이상의 어떠한 수가 선택되어도 좋다.In addition, the number of harmonics in the laser beam combiner of the present invention is not limited to five, and any number of two or more may be selected.

또, 상기 각 반도체 레이저로부터 출사되는 광속의 파장은 350㎚이상, 460㎚이하인 것이 바람직하지만, 이 범위에 한정되는 것은 아니고, 또한 상기 각 반도체 레이저로부터 출사되는 광속의 파장은 350㎚이상, 460㎚이하의 범위에서 벗어난 경우, 예를 들면 적외광이어도 좋다.The wavelength of the light beams emitted from the semiconductor lasers is preferably 350 nm or more and 460 nm or less. However, the wavelength of the light beams emitted from the semiconductor lasers is not limited to this range, and the wavelengths of the light beams emitted from the semiconductor lasers are 350 nm or more and 460 nm. When it deviates from the following ranges, infrared light may be sufficient, for example.

본 발명의 레이저광 합파방법 및 제1레이저광 합파장치에 의하면, 고속축방향에서 볼 때 수속된 각 광속의 광축이 고속축방향에서 볼 때 서로 교차하는 위치중 최상류측의 위치보다 더 상류측에 수속각 변환 광학계를 배치하고, 고속축방향에서 볼 때 수속된 각 광속으로 이루어지는 전체 광속을 상기 수속각 변환 광학계에 통과시켜서, 각 광속으로 이루어지는 전체 광속 또는 일부의 광속의 고속축방향에서 볼 때의 수속각을 보다 작은 수속각으로 해서 이 전체 광속을 광섬유의 끝면에 입사시키도록 했으므로, 리디렉션 시스템인 상기 수속각 변환 광학계를 종래에 비해서 보다 광원측, 즉 반도체 레이저의 측에 위치시킬 수 있음과 아울러, 1개의 광섬유내에 합파가능한 광속의 수를 증가시킬 수 있고, 또한, 종래와 같이 리디렉션 시스템의 하류측에 있어서 광속을 수속시키는 광학계 등의 배치가 불필요하게 되므로, 광속을 출사하는 반도체 레이저로부터, 이 광속을 광섬유에 입사시킬 때까지의 광로길이를 짧게 할 수 있어 장치를 소형화할 수 있다. 이것에 의해, 소형이며 고출력의 레이저광 합파장치를 제공할 수 있다.According to the laser beam combining method and the first laser beam combining apparatus of the present invention, the optical axes of the beams converged when viewed in the high-speed axis direction are located more upstream than the position of the most upstream side among the positions intersecting each other when viewed in the high-speed axis direction. When the converging angle conversion optical system is disposed, the entire luminous flux consisting of the luminous flux converged when viewed in the high-speed axis direction is passed through the converging angle-converting optical system, and when viewed in the high-speed axis direction of the entire luminous flux consisting of each luminous flux or part of the luminous flux Since the total light flux is made incident on the end face of the optical fiber by using a smaller convergence angle, the convergence angle conversion optical system, which is a redirection system, can be positioned on the light source side, that is, on the side of the semiconductor laser, as compared with the conventional art. , It is possible to increase the number of luminous fluxes that can be combined in one optical fiber, and also, as in the prior art, Since the arrangement of the optical system for converging a light beam and so on come unnecessary, from the semiconductor laser for emitting a light beam, it is possible to shorten the optical path length until the light beam incident on the optical fiber can reduce the size of the device. As a result, a compact and high power laser beam combiner can be provided.

즉, 예를 들면, 상기 레이저광 합파방법 및 제1레이저광 합파장치의 개략구성을 나타내는 평면도인 도26의 (a), 및 정면도인 도26의 (b)에 나타낸 바와 같이, 복수의 반도체 레이저(91)로부터 출사된 각 광속(La,Lc,Le)을 오프셋수단(92)에 의해 오프셋시키고, 수속 광학계(93)에 의해 수속시켜서 수속각 변환 광학계(94)를 통해서 광섬유(95)의 끝면에 입사시키는 레이저광 합파장치(90)에 있어서는, 수속 광학계(93)에 의해 수속된 각 광속(La,Lc,Le)의 광축이 고속축방향에서 볼 때 서로 교차하는 위치 중 최상류측의 위치(Pk)보다 더 상류측에 수속각 변환 광학계(94)가 배치되어 있다.That is, for example, as shown in FIG. 26 (a) which is a top view which shows schematic structure of the said laser beam combining method and a 1st laser beam combining apparatus, and FIG. 26 (b) which is a front view, a plurality of semiconductor lasers are shown. The light beams La, Lc, and Le emitted from the 91 are offset by the offset means 92, converged by the converging optical system 93, and end faces of the optical fiber 95 through the converging angle conversion optical system 94. In the laser beam combiner 90 which is incident on the light beam, the position on the most upstream side of the positions where the optical axes of the luminous fluxes La, Lc, and Le converged by the converging optical system 93 cross each other when viewed in the high-axis direction ( The convergence angle conversion optical system 94 is arranged further upstream than Pk).

여기에서, 종래의 방식에 있어서는 각 광속의 광축이 서로 교차하는 위치가빔 웨이스트의 위치와 일치하도록 정해져 있고, 상기 각 광속의 광축이 교차하고, 또한, 각 광속의 빔 웨이스트로 되는 소정의 위치에 리디렉션 시스템이 배치되는 경우에 한정되는 것에 대해서, 본 발명에 있어서는, 상기 수속각 변환 광학계(94)를 수속 광학계(93)와 상기 위치(Pk) 사이에 있어서의 광축방향(도면중 화살표 Z축방향)의 임의의 위치에 배치하는 것이 가능해지므로, 종래에 비해서 장치를 소형화할 수 있음과 아울러, 장치를 제작할 때의 부품배치의 자유도를 높일 수 있다.Here, in the conventional system, the positions where the optical axes of the respective light beams cross each other are determined to coincide with the positions of the beam waists, and at a predetermined position where the optical axes of the respective light beams intersect and become beam beams of the respective light beams. In the present invention, the optical angle direction (arrow Z-axis direction in the figure is shown) between the convergence optical system 93 and the position Pk. Since it becomes possible to arrange | position to arbitrary positions of (), a device can be miniaturized compared with the former, and the freedom degree of component placement at the time of manufacturing a device can be improved.

예를 들면, 대형이며 제작이 용이한 수속각 변환 광학계의 사용이 바람직한 경우에는, 상기 수속 광학계와 광섬유 사이의 상류측에 있어서의 각 광속간의 간격이 넓어지는 위치에 수속각 변환 광학계를 배치하고, 한편, 소형이며 제작정밀도가 높은 수속각 변환 광학계의 사용이 바람직한 경우에는, 수속 광학계와 광섬유 사이의 하류측에 있어서의 각 광속간의 간격이 좁아지는 위치에 수속 분산 광학계를 배치할 수 있다. 또, 상기 종래의 방식에 따르면, 사용가능한 수속각 변환 광학계는 소형이며 제작정밀도가 높은 것에 한정된다.For example, when the use of a large-sized, easy-to-manufacture convergence angle conversion optical system is desirable, the convergence angle conversion optical system is disposed at a position where the interval between the luminous fluxes on the upstream side between the convergence optical system and the optical fiber is widened, On the other hand, when the use of a compact and highly accurate convergence angle conversion optical system is desirable, the convergence dispersion optical system can be arranged at a position where the interval between the luminous fluxes on the downstream side between the convergence optical system and the optical fiber is narrowed. In addition, according to the conventional method, the usable convergence angle conversion optical system is limited to a small size and a high manufacturing precision.

또한, 도26의 (c)의, 수속각 변환 광학계를 통과하는 광속의 모양을 좌측면(도26의 (a)의 화살표 Z방향)에서 본 도면에 나타낸 바와 같이, 수속각 변환 광학계내를 통과하는 광속은 고속축방향으로 직선상으로 나란히 배열되어 있지 않으므로 각 광속간의 간격이 크고, 이것에 의해, 이 수속각 변환 광학계의 제작의 자유도가 증대해서 제작이 용이하게 된다.In addition, as shown in the drawing of the light beam passing through the convergence angle conversion optical system in Fig. 26C from the left side (arrow Z direction in Fig. 26A), it passes through the convergence angle conversion optical system. Since the luminous fluxes are not arranged side by side in a straight line in the high-speed axial direction, the spacing between the luminous fluxes is large, thereby increasing the degree of freedom in manufacturing the convergence angle conversion optical system and making the production easier.

또, 광속 수속수단을, 이 광속 수속수단으로부터 출사되는 각 광속의 저속축방향에서 볼 때의 출사각을, 반도체 레이저로부터 출사되었을 때의 상기 각 광속의각각이 대응하는 광속의 저속축방향에서 볼 때의 방사각보다 작게 하면, 광섬유에 입사시키는 광속의 입사각을 작게 할 수 있고, 광섬유의 개구수(NA)로 정해지는 입사범위내에 입사되는 광량을 많게 할 수 있으므로, 이 광섬유내에 합파시키는 광의 광량을 증대시킬 수 있다.Also, the emission angle when the luminous flux convergence means is viewed in the low speed axis direction of each luminous flux emitted from the luminous flux convergence means is viewed in the low speed axial direction of the luminous flux corresponding to each of the luminous fluxes emitted from the semiconductor laser. When the radiation angle is smaller than that, the incident angle of the light beam incident on the optical fiber can be reduced, and the amount of light incident within the incident range determined by the numerical aperture NA of the optical fiber can be increased. Can be increased.

또한, 복수의 반도체 레이저 각각으로부터 출사되는 광속의 파장을 350㎚이상, 460㎚이하로 한 경우에는, 장치에 사용가능한 광학부재가 현저하게 한정되므로, 이 한정된 광학부재를 사용할 때는, 상기 장치를 제작할 때의 부품배치의 자유도를 높여서 장치의 제작을 쉽게 하는 현저한 효과가 얻어진다. 또한, 이들 단파장의 광속을 출사하는 복수의 반도체 레이저를 사용한 레이저광 합파장치는, 합파시킨 레이저광의 집광스폿을 작게 할 수 있기 때문에, 즉 레이저광의 에너지밀도를 높일 수 있으므로 레이저가공에 적합하다.In addition, when the wavelength of the light beam emitted from each of the plurality of semiconductor lasers is set to 350 nm or more and 460 nm or less, the optical member usable in the apparatus is remarkably limited. Therefore, when the limited optical member is used, the apparatus can be manufactured. A remarkable effect is obtained that increases the degree of freedom of component placement at the time, making the device easy to manufacture. In addition, the laser beam combiner using a plurality of semiconductor lasers that emit light beams having short wavelengths is suitable for laser processing because the condensed spot of the combined laser beams can be made small, that is, the energy density of the laser beam can be increased.

상기 제2레이저광 합파장치에 관하여, 본 발명자는, 복수의 반도체 레이저가, 이들 반도체 레이저 각각의 활성층이 동일 평면상에 나란히 배열되도록 배치되고, 동일 평면상에 서로 평행한 저속축을 갖는 각 광속을 출사하는 레이저블록을 구비한 레이저광 합파장치에 있어서, 상기 장치사이즈를 소형화하는 과제에 대하여, 각 광속을 합파시킬 때의 광로길이를 단축시키는 방식에 대해서 여러가지 검토한 결과, 상기 각 광속을 오프셋시키는 기능이나 각 광속 및 전체 광속을 수속시키는 기능 등의 복수의 기능을 단일의 광학부재에 갖게 할 수 있다라는 지견을 얻어, 이러한 지견에 근거해서 이 제2레이저광 합파장치의 발명에 이른 것이다.With respect to the second laser light combiner, the inventors of the present invention have a plurality of semiconductor lasers arranged so that the active layers of each of these semiconductor lasers are arranged side by side on the same plane, and each light beam having a slow axis parallel to each other on the same plane. In the laser beam combiner device provided with the laser block which emits, in order to reduce the size of the apparatus, various methods of shortening the optical path length when the respective beams are combined have been studied. The inventors have obtained the knowledge that a single optical member can have a plurality of functions such as a function, a function of converging each luminous flux and the entire luminous flux, and based on this knowledge, the invention of the second laser light combining device is reached.

본 발명의 제2레이저광 합파장치는, 전체 광속의 고속축방향에서 볼 때의 수속각을 보다 작은 수속각으로 해서 이 전체 광속을 광섬유에 입사시키는 수속각 변환 광학계를 구비하고, 이 수속각 변환 광학계를 각 광속의 광축이 고속축방향에서 볼 때 서로 교차하는 위치 중 최상류측의 위치보다 더 상류측에 배치시키고 있으므로, 상기 제1레이저광 합파장치의 경우와 마찬가지로 소형이며 고출력의 장치를 얻을 수 있고, 또한, 수속 분산 광학계를 이 수속 분산 광학계가 포함하는 기능인, 광속을 콜리메이트하는 기능, 광속을 오프셋시키는 기능, 각 광속을 수속시키는 기능 및 각 광속의 광축을 수속시키는 기능들 중 복수의 기능을 겸비한 광학계로 구성하면, 광로길이를 단축시킬 수 있어 장치를 보다 소형화할 수 있다.The second laser light combiner of the present invention includes a convergence angle conversion optical system that makes the entire bundle of light incident on the optical fiber by setting the convergence angle when viewed in the high-speed axial direction of the entire beam into a smaller convergence angle. Since the optical system is arranged at an upstream side more than the position of the most upstream side among the positions where the optical axes of the respective light beams cross each other when viewed in the high-speed axis direction, a compact and high-powered device can be obtained as in the case of the first laser light combiner. And a plurality of functions of collimating the luminous flux, a function of offsetting the luminous flux, a function of converging each luminous flux, and a function of converging the optical axis of each luminous flux, which is a function of the convergence dispersion optical system. If the optical system is configured to have the optical path length, the optical path length can be shortened and the device can be further miniaturized.

또, 수속 분산 광학계를, 각 광속의 각각을 고속축방향에 있어서의 서로 다른 위치에 오프셋시키는 기능과, 상기 각 광속으로 이루어지는 전체 광속을 저속축방향의 폭이 좁아지도록 수속시킴과 아울러, 각 광속 각각을 상기 각 광속의 저속축방향 및 고속축방향으로 수속시키는 기능의 쌍방을 겸비한 수속 분산 개별렌즈로 하면, 상기 각 광속을 오프셋시키는 광학계와, 상기 각 광속을 수속시키는 광학계를 개별로 구비하는 일없이, 반도체 레이저로부터 출사된 광속을 광섬유내에 합파시킬 수 있으므로, 광로길이를 보다 확실히 단축시킴과 아울러 광로중에 배치하는 광학부재 등을 적게 할 수 있다.In addition, the convergence dispersion optical system has a function of offsetting each of the luminous fluxes at different positions in the high-speed axial direction, and converges the entire luminous flux consisting of the respective luminous fluxes so that the width in the low-speed axial direction becomes narrower. When a convergent dispersion individual lens having both functions of converging in the low-speed axis direction and the high-speed axis direction of each light beam, the optical system for offsetting the light beams and the optical system for converging the light beams are provided separately. Without this, the light beam emitted from the semiconductor laser can be combined in the optical fiber, thereby making it possible to shorten the optical path length more reliably and to reduce the number of optical members arranged in the optical path.

이것에 의해 장치를 보다 확실하게 소형화할 수 있다.As a result, the device can be miniaturized more reliably.

또, 수속 분산 광학계를, 각 광속에 대응해서 배치된 상기 각 광속의 각각을 고속축방향에 있어서의 서로 다른 위치에 오프셋시키는 기능을 갖춘 오프셋 광학계와, 오프셋 광학계로부터 출사된 각 광속으로 이루어지는 전체 광속을 저속축방향의 폭이 좁아지도록 수속시킴과 아울러 각 광속 각각을 상기 각 광속의 저속축방향 및 고속축방향으로 수속시켜서, 각 광속을 상기 각 광속의 고속축방향에 있어서 서로 다른 소정의 위치에서 수속각 변환 광학계에 입사시키는 기능을 갖춘 집광 광학계로 구성된 것으로 하면, 각 광속의 광축을 수속시키는 광학계와 각 광속 각각을 수속시키는 광학계를 개별로 구비하는 일없이, 반도체 레이저로부터 출사된 광속을 광섬유내에 합파시킬 수 있으므로, 광로길이를 보다 확실하게 단축시킴과 아울러 광로중에 배치하는 광학부재 등을 적게 할 수 있다. 이것에 의해 장치를 보다 확실하게 소형화할 수 있다.Moreover, the total luminous flux consisting of the offset optical system which has a function which offsets each said luminous flux arrange | positioned corresponding to each luminous flux in a different position in a high-speed axis direction, and each luminous flux emitted from the offset optical system. Converges the beams in the low-speed and high-speed directions of each of the light beams, and sets the respective light beams at predetermined positions different from each other in the high-speed axis direction of the light beams. The light condensing light emitted from the semiconductor laser may be incorporated into the optical fiber without separately including an optical system converging the optical axis of each luminous flux and an optical system converging each luminous flux. Because it can be combined, it shortens the optical path length more reliably and also distributes it in the optical path. The optical member or the like can be reduced. As a result, the device can be miniaturized more reliably.

또한, 수속 분산 개별렌즈를 트렁케이트형 렌즈로 하거나, 오프셋 광학계를 트렁케이트형 렌즈로 하면, 저속축방향의 지름이 작고, 고속축방향의 지름이 큰 타원형상의 단면을 갖는 상기 각 광속을 과부족없이 이 트렁케이트형 렌즈에 통과시킬 수 있으므로, 각 광속을 효율적으로 렌즈에 통과시킬 수 있음과 아울러, 각 광속간의 간격을 줄일 수 있으므로 장치를 더욱 소형화하고, 출력을 더욱 높일 수 있다.Further, when the convergent dispersion discrete lens is a truncated lens or the offset optical system is a truncated lens, each of the luminous fluxes having an elliptical cross section having a small diameter in the low-axis axis direction and a large diameter in the high-axis axis direction can be obtained without excessive or insufficient. Since it can pass through this truncated lens, each luminous flux can be passed through a lens efficiently, and the space | interval between each luminous flux can be reduced, and a device can be further downsized and output can be raised further.

또한, 상기 복수의 반도체 레이저의 각각이 서로 분리되어 있는 것으로 하면, 반도체 레이저와 광학계의 중심조절을 반도체 레이저의 위치의 조절에 의해 실시할 수 있고, 광축조절의 자유도가 증대되므로, 상기 중심조절이 용이하게 되어 각 광속의 광섬유에의 결합효율을 보다 높일 수 있다. 이것과 함께, 반도체 레이저로부터 발생하는 열이 다른 반도체 레이저에 미치는 영향을 적게 억제할 수 있어 반도체 레이저의 발진을 안정시킬 수 있다.Further, if each of the plurality of semiconductor lasers is separated from each other, the center adjustment of the semiconductor laser and the optical system can be performed by adjusting the position of the semiconductor laser, and the degree of freedom of the optical axis adjustment is increased, so that the center adjustment is performed. This facilitates the coupling efficiency of each light beam to the optical fiber. At the same time, the influence of heat generated from the semiconductor laser on other semiconductor lasers can be suppressed to be small, and the oscillation of the semiconductor laser can be stabilized.

또한, 복수의 반도체 레이저 중 2개이상이, 서로 연결되어 일체화된 것으로 하면, 반도체 레이저를 레이저바로서 구성할 수 있어 반도체 레이저의 실장밀도를 높일 수 있다.Further, if two or more of the plurality of semiconductor lasers are connected and integrated with each other, the semiconductor laser can be configured as a laser bar and the mounting density of the semiconductor laser can be increased.

본 발명의 제3레이저광 합파장치는, 전체 광속의 고속축방향에서 볼 때의 수속각을 보다 작은 수속각으로 해서 이 전체 광속을 광섬유에 입사시키는 수속각 변환 광학계를 구비하고, 이 수속각 변환 광학계를 각 광속의 광축이 고속축방향에서 볼 때 서로 교차하는 위치 중 최상류측의 위치보다 더 상류측에 배치시키고 있으므로, 상기 제1레이저광 합파장치의 경우와 마찬가지로 소형이며 고출력의 장치를 얻을 수 있고, 또한, 복수의 반도체 레이저가 상기 반도체 레이저 각각의 활성층이 평행하게 되고, 또한, 각각의 활성층의 위치가 상기 활성층의 두께방향에 있어서 서로 다른 위치가 되도록 배치된, 서로 평행한 저속축을 갖는 각 광속을 출사하는 레이저블록을 구비하고 있으므로, 예를 들면, 원통형 렌즈를 저속축방향에 대하여 경사지게 기울여서 삽입하는 등의 광속의 수차를 증대시키는 수단을 사용하는 일없이, 저속축이 서로 평행하고 고속축방향에 있어서 서로의 위치가 다른, 즉 고속축방향으로 오프셋시킨 각 광속을 각 광속의 수차를 열화시키는 일없이 생성할 수 있고, 상기 오프셋시키는 양에 관계없이 수차가 적은 각 광속을 정확하게 광섬유에 안내할 수 있고, 합파시키는 광속의 수의 증가에 따르는 각 광속의 광섬유에의 결합효율의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 복수의 반도체 레이저로부터 출사된 광속을 오프셋시키는 광학계를 생략할 수 있으므로 장치를 소형화할 수 있다.The third laser light combiner of the present invention comprises a convergence angle conversion optical system that makes the total luminous flux incident on the optical fiber with a smaller convergence angle when viewed in the high-speed axial direction of the entire luminous flux. Since the optical system is arranged at an upstream side more than the position of the most upstream side among the positions where the optical axes of the respective light beams cross each other when viewed in the high-speed axis direction, a compact and high-powered device can be obtained as in the case of the first laser light combiner. And a plurality of semiconductor lasers each having a low speed axis parallel to each other, arranged such that the active layers of the semiconductor lasers are parallel to each other, and the positions of the respective active layers are different from each other in the thickness direction of the active layer. Since a laser block for emitting light beams is provided, for example, the cylindrical lens is tilted inclined with respect to the low-speed axis direction. Degradation of the aberration of each luminous flux deteriorates each luminous flux in which the low-speed axes are parallel to each other and whose positions are different from each other in the high-speed axis direction, i.e., offset in the high-speed axis direction, without using a means for increasing the aberration of the light beam such as being inserted. It can be produced without making it possible to guide each of the light beams with little aberration irrespective of the amount of the offset, and to suppress the decrease in the coupling efficiency of each light beam to the optical fiber due to the increase in the number of light beams to be combined. can do. In addition, since the optical system for offsetting the light beams emitted from the plurality of semiconductor lasers can be omitted, the device can be miniaturized.

또한, 전체 수속 광학계를, 반도체 레이저로부터 출사된 각 광속으로 이루어지는 전체 광속을 직접 저속축방향의 폭이 좁아지도록 수속시킴과 아울러 각 광속 각각을 상기 각 광속의 저속축방향 및 고속축방향으로 수속시켜서, 각 광속 각각을 상기 각 광속의 고속축방향에 있어서 서로 다른 소정의 위치에서 상기 수속각 변환 광학계에 입사시키는 것으로 하면, 반도체 레이저와 전체 수속 광학계 사이에, 예를 들면 각 광속을 콜리메이트하는 광학계를 배치하는 일없이 각 광속을 광섬유에 입사시킬 수 있고, 이것에 의해 반도체 레이저로부터 광섬유까지의 광로길이를 단축시킬 수 있으므로 장치를 보다 소형화할 수 있다.Further, the entire condensing optical system converges the entire luminous flux consisting of the luminous fluxes emitted from the semiconductor laser so that the width of the low-speed axial direction is narrowed, and converges each luminous flux in the low-speed and high-speed directions of the respective luminous fluxes. When each of the luminous fluxes is incident on the convergence angle conversion optical system at predetermined positions different from each other in the high-speed axial direction of the luminous fluxes, an optical system for collimating each luminous flux, for example, between the semiconductor laser and the entire converging optical system. Each light beam can be made incident on the optical fiber without arranging the optical fiber, and thus the optical path length from the semiconductor laser to the optical fiber can be shortened, so that the device can be further miniaturized.

또한, 전체 수속 광학계를 각 광속에 대응해서 배치된 각 광속의 각각을 평행 광속으로 하는 콜리메이트 광학계와, 상기 평행 광속의 전체를 저속축방향의 폭이 좁아지도록 수속시킴과 아울러 각 광속 각각을 상기 각 광속의 저속축방향 및 고속축방향으로 수속시켜서, 각 광속 각각을 상기 각 광속의 고속축방향에 있어서 서로 다른 소정의 위치에서 수속각 변환 광학계에 입사시키는 광학계로 구성된 것으로 하면, 예를 들면, 전체 광속을 수속시키는 광학계와 각 광속을 개별로 수속시키는 광학계를 광로중에 개별로 배치하는 일없이, 각 광속을 광섬유에 입사시킬 수 있고, 이것에 의해 반도체 레이저로부터 광섬유까지의 광로길이를 단축시킬 수 있으므로 장치를 보다 소형화할 수 있다.Further, a collimated optical system in which each of the luminous fluxes arranged in correspondence with each luminous flux is a parallel luminous flux, and the entire luminous flux is converged so that the width of the parallel luminous flux becomes narrow in the low-speed axial direction, and each luminous flux is described above. If it consists of an optical system which converges in the low-speed axial direction and high-speed axial direction of each luminous flux, and injects each luminous flux into a convergence angle conversion optical system at a predetermined position different from each other in the high-speed axial direction of each said luminous flux, for example, Each optical flux can be incident on an optical fiber without disposing the optical system for converging the entire luminous flux and the optical system for converging each luminous flux separately in the optical path, thereby shortening the optical path length from the semiconductor laser to the optical fiber. Therefore, the device can be further miniaturized.

또한, 전체 수속 광학계를 트렁케이트형 렌즈로 하거나, 콜리메이트 광학계를 트렁케이트형 렌즈로 하면, 저속축방향의 지름이 작고, 고속축방향의 지름이 큰 타원형상의 단면을 갖는 상기 각 광속을 과부족없이 이 트렁케이트형 렌즈에 통과시킬 수 있으므로, 각 광속을 효율적으로 렌즈에 통과시킬 수 있음과 아울러, 각광속간의 간격을 줄일 수 있으므로 장치를 더욱 소형화하고, 출력을 더욱 높일 수 있다.Further, when the entire converging optical system is a truncated lens or the collimated optical system is a truncated lens, each of the luminous fluxes having an elliptical cross section having a small diameter in the low-speed axis direction and a large diameter in the high-speed axis direction can be obtained without excessive shortage. Since it can pass through this truncated lens, each luminous flux can be passed through a lens efficiently, and the space | interval between each luminous flux can be reduced, and a device can be further downsized and output can be further raised.

본 발명의 제4레이저광 합파장치는, 복수의 반도체 레이저가, 서로 평행한 저속축 및 서로 평행한 광축을 갖는 각 광속을 출사하도록 배치된 레이저블록을 구비하고 있으므로, 상기 제3레이저광 합파장치와 마찬가지로, 광속의 수차를 증대시키는 일없이, 고속축방향으로 오프셋시킨 각 광속을 생성할 수 있고, 상기 오프셋시키는 양에 관계없이 수차의 적은 각 광속을 정확하게 광섬유에 안내할 수 있고, 합파시키는 광속의 수의 증가에 따르는 각 광속의 광섬유에의 결합효율의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 복수의 반도체 레이저로부터 출사된 광속을 오프셋시키는 광학계를 생략할 수 있으므로 장치를 소형화할 수 있다.The fourth laser light combining apparatus of the present invention includes the laser blocks arranged so that the plurality of semiconductor lasers emit light beams each having a slow axis parallel to each other and an optical axis parallel to each other. Similarly, each of the luminous fluxes offset in the high-axis direction can be generated without increasing the aberration of the luminous flux, and each luminous flux with less aberration can be accurately guided to the optical fiber regardless of the offset amount, and the luminous flux is combined. The fall of the coupling efficiency of each light beam to an optical fiber by the increase of the number of can be suppressed. In addition, since the optical system for offsetting the light beams emitted from the plurality of semiconductor lasers can be omitted, the device can be miniaturized.

또한, 콜리메이트 광학계를 트렁케이트형 렌즈로 하면, 상기와 마찬가지로, 각 광속을 효율적으로 렌즈에 통과시킬 수 있음과 아울러, 각 광속간의 간격을 줄일 수 있으므로 장치를 더욱 소형화하고, 출력을 더욱 높일 수 있다.In addition, if the collimated optical system is a truncated lens, as in the above, each luminous flux can be efficiently passed through the lens, and the distance between the luminous fluxes can be reduced, so that the device can be further miniaturized and the output can be further increased. have.

또한, 편광 합파수단, 또는 파장 합파수단을 구비하여, 다른 반도체 레이저로부터 출사된 광속도 광섬유에 입사시키도록 하면, 광섬유내에 합파시키는 합파광의 출력을 더욱 향상시킬 수 있다.Further, by providing the polarization combining means or the wavelength combining means to enter the optical velocity optical fiber emitted from another semiconductor laser, the output of the combined light to be combined in the optical fiber can be further improved.

또한, 광섬유내에 합파되어 이루어지는 합파광에 의해, 고체레이저의 매질 또는 섬유레이저의 매질을 여기시키도록 하면, 원하는 파장을 갖는 출력이 큰 레이저광을 얻을 수 있다.In addition, by exciting the medium of the solid laser or the medium of the fiber laser by the light of the combined light formed in the optical fiber, a laser beam having a large output having a desired wavelength can be obtained.

또한, 수속각 변환 광학계로부터 출사된 전체 광속에 의해 직접 고체레이저의 매질 또는 섬유레이저의 매질을 여기하면, 원하는 파장을 갖는 출력이 큰 레이저광을 얻을 수 있다.Further, when the medium of the solid laser or the medium of the fiber laser is directly excited by the entire luminous flux emitted from the convergence angle conversion optical system, a laser beam having a large output having a desired wavelength can be obtained.

Claims (24)

복수의 반도체 레이저로부터 출사된 복수의 광속의 각각을, 고속축방향에 있어서 서로 다른 위치에 오프셋시킴과 아울러, 상기 복수의 광속의 각 광축을 고속축방향에서 볼 때 수속시키고, 또한, 상기 복수의 광속의 각각을 저속축방향 및 고속축방향으로 수속시켜서 광섬유의 끝면에 입사시키는 레이저광 합파방법으로서,Each of the plurality of light beams emitted from the plurality of semiconductor lasers is offset at different positions in the high-speed axis direction, converged when the respective optical axes of the plurality of light beams are viewed in the high-speed axis direction, and the plurality of A laser beam combining method in which each of the light beams is converged in a low speed axis direction and a high speed axis direction and incident on the end surface of the optical fiber, 상기 고속축방향에서 볼 때 수속된 각 광속의 광축이 고속축방향에서 볼 때 서로 교차하는 위치 중 최상류측의 위치보다 더 상류측에 수속각 변환 광학계를 배치하고, 상기 고속축방향에서 볼 때 수속된 각 광속으로 이루어지는 전체 광속을 상기 수속각 변환 광학계에 통과시키고, 상기 각 광속으로 이루어지는 전체 광속 또는 일부의 광속의 고속축방향에서 볼 때의 수속각을 보다 작은 수속각으로 해서 그 전체 광속을 광섬유의 끝면에 입사시키는 것을 특징으로 하는 레이저광 합파방법.The convergence angle conversion optical system is disposed more upstream than the position of the most upstream side among the positions where the optical axes of the beams converged when viewed in the high-speed axis direction, and converged when viewed in the high-speed axis direction. The entire luminous flux consisting of the respective luminous fluxes is passed through the convergence angle conversion optical system, and the total luminous flux is made into a smaller convergence angle when the convergence angle when viewed in the high-speed axis direction of the entire luminous flux or part of the luminous flux composed of the respective luminous fluxes is made into the optical fiber. A laser beam combining method, characterized in that incident on the end surface of the. 복수의 반도체 레이저를 구비하고,Equipped with a plurality of semiconductor lasers, 상기 복수의 반도체 레이저로부터 출사된 복수의 광속의 각각을, 고속축방향에 있어서 서로 다른 위치에 오프셋시킴과 아울러, 상기 복수의 광속의 각 광축을 고속축방향에서 볼 때 수속시키고, 또한, 상기 복수의 광속의 각각을 저속축방향 및 고속축방향으로 수속시켜서 광섬유의 끝면에 입사시키는 레이저광 합파장치로서,Each of the plurality of light beams emitted from the plurality of semiconductor lasers is offset at a different position in the high-speed axis direction, the respective optical axes of the plurality of light beams are converged when viewed in the high-speed axis direction, and the plurality of A laser beam combining apparatus for converging each of the luminous fluxes in a low speed axis direction and a high speed axis direction to enter an end surface of an optical fiber, 상기 고속축방향에서 볼 때 수속된 각 광속의 광축이 고속축방향에서 볼 때 서로 교차하는 위치 중 최상류측의 위치보다 더 상류측에 배치된 수속각 변환 광학계를 구비하고,A convergence angle conversion optical system disposed at an upstream side more than the position at the most upstream side among the positions where the optical axes of the beams converged when viewed in the high-speed axis direction intersect each other when viewed in the high-speed axis direction, 상기 수속각 변환 광학계가, 상기 각 광속으로 이루어지는 전체 광속의 고속축방향에서 볼 때의 수속각을 보다 작은 수속각으로 해서 상기 전체 광속을 광섬유의 끝면에 입사시키는 것임을 특징으로 하는 레이저광 합파장치.And the total light flux is incident on the end surface of the optical fiber using the convergence angle conversion optical system as a smaller convergence angle when viewed in the high-speed axis direction of the entire luminous flux consisting of the respective luminous fluxes. 제2항에 있어서, 상기 복수의 반도체 레이저로부터 출사된 각 광속을 저속축방향 및 고속축방향으로 수속시키는 광속 수속수단을 구비하고, 상기 광속 수속수단이, 상기 광속 수속수단으로부터 출사되는 각 광속의 저속축방향에서 볼 때의 출사각을, 각 광속의 상기 반도체 레이저로부터 출사되었을 때의 광속의 저속축방향에서 볼 때의 방사각보다 작게 하는 것임을 특징으로 하는 레이저광 합파장치.3. The light beam converging means according to claim 2, further comprising luminous flux converging means for converging the luminous flux emitted from the plurality of semiconductor lasers in a low speed axis direction and a high speed axis direction, wherein the luminous flux converging means is provided for each luminous flux emitted from the luminous flux converging means. And the emission angle when viewed in the low speed axis direction is smaller than the emission angle when viewed in the low axis direction of the light beam when it is emitted from the semiconductor laser of each light beam. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 복수의 반도체 레이저 각각으로부터 출사되는 광속의 파장이 350㎚이상, 460㎚이하인 것을 특징으로 하는 레이저광 합파장치.The laser beam combining apparatus according to claim 2 or 3, wherein wavelengths of the light beams emitted from each of the plurality of semiconductor lasers are 350 nm or more and 460 nm or less. 레이저블록과, 수속 분산 광학계와, 수속각 변환 광학계를 구비하고,Laser block, convergence dispersion optical system, convergence angle conversion optical system, 상기 레이저블록은, 복수의 반도체 레이저가 상기 반도체 레이저 각각의 활성층이 동일 평면상에 배열되도록 배치되고, 상기 동일 평면상에 서로 평행한 저속축을 갖는 각 광속을 출사하는 것이며,The laser block is a plurality of semiconductor lasers are arranged so that the active layer of each of the semiconductor lasers are arranged on the same plane, and emits each luminous flux having a slow axis parallel to each other on the same plane, 상기 수속 분산 광학계는, 상기 복수의 반도체 레이저로부터 출사된 각 광속으로 이루어지는 전체 광속을 상기 저속축방향의 폭이 좁아지도록 수속시킴과 아울러 각 광속 각각을 고속축방향에 있어서 서로 다른 위치에 오프셋시키고, 또한 각 광속 각각을 상기 각 광속의 저속축방향 및 고속축방향으로 수속시켜서, 각 광속 각각을 상기 각 광속의 고속축방향에 있어서 서로 다른 소정의 위치에서 상기 수속각 변환 광학계에 입사시키는 것이며,The converging dispersion optical system converges the entire luminous flux consisting of the luminous fluxes emitted from the plurality of semiconductor lasers so as to narrow the width in the low-speed axis direction, and offsets each of the luminous fluxes at different positions in the high-speed axis direction, Further, each beam is converged in the low-speed axis direction and the high-speed axis direction of each light beam, and each light beam is incident on the convergence angle conversion optical system at predetermined positions different from each other in the high-speed axis direction of each light beam. 상기 수속각 변환 광학계는, 각 광속의 광축이 고속축방향에서 볼 때 서로 교차하는 위치 중 최상류측의 위치보다 더 상류측에 배치되고, 상기 전체 광속의 수속각을 상기 수속 분산 광학계로부터 출사시켰을 때의 전체 광속의 수속각을 보다 작은 수속각으로 해서 그 전체 광속을 광섬유에 입사시키는 것임을 특징으로 하는 레이저광 합파장치.The convergence angle conversion optical system is arranged on the upstream side more than the position on the most upstream side among the positions where the optical axes of the respective light beams cross each other when viewed in the high-speed axis direction, and the convergence angle of the entire luminous flux is emitted from the convergence dispersion optical system. And the total luminous flux is incident on the optical fiber with the convergence angle of the entire luminous flux as a smaller convergence angle. 제5항에 있어서, 상기 수속 분산 광학계는, 상기 각 광속의 각각을 상기 고속축방향에 있어서의 서로 다른 위치에 오프셋시키는 기능과, 상기 각 광속으로 이루어지는 전체 광속을 상기 저속축방향의 폭이 좁아지도록 수속시킴과 아울러, 각 광속 각각을 상기 각 광속의 저속축방향 및 고속축방향으로 수속시키는 기능의 쌍방을 겸비하고, 각 광속에 대응해서 배치된 수속 분산 개별렌즈인 것을 특징으로 하는 레이저광 합파장치.6. The converging dispersion optical system according to claim 5, wherein the converging dispersion optical system has a function of offsetting each of the luminous fluxes at different positions in the high-speed axial direction, and a width in the low-speed axial direction narrows the entire luminous flux consisting of the luminous fluxes. It is a laser beam combining, characterized in that it is a convergence-dispersed individual lens which has both functions of converging each light beam and converging each of the light beams in the low speed axis direction and the high speed axis direction of each light beam, and arranged in correspondence to each light beam. Device. 제5항에 있어서, 상기 수속 분산 광학계는, 상기 각 광속에 대응해서 배치된 상기 각 광속의 각각을 고속축방향에 있어서의 서로 다른 위치에 오프셋시키는 기능을 갖춘 오프셋 광학계와, 상기 오프셋 광학계로부터 출사된 각 광속으로 이루어지는 전체 광속을 저속축방향의 폭이 좁아지도록 수속시킴과 아울러 각 광속 각각을 상기 각 광속의 저속축방향 및 고속축방향으로 수속시키고, 각 광속을 상기 각 광속의 고속축방향에 있어서 서로 다른 소정의 위치에서 상기 수속각 변환 광학계에 입사시키는 기능을 갖춘 집광 광학계로 구성된 것임을 특징으로 하는 레이저광 합파장치.The said convergence dispersion optical system is an offset optical system with a function which offsets each said luminous flux arrange | positioned corresponding to each said luminous flux in a different position in a high-speed axial direction, and exits from the said offset optical system. The entire luminous flux consisting of the respective luminous fluxes is converged so that the width in the low-speed axial direction becomes narrow, and each luminous flux is converged in the low-speed and high-axial directions of the respective luminous fluxes, and each luminous flux is in the high-speed axial direction of the respective luminous fluxes. And a condensing optical system having a function of making incident to the convergence angle conversion optical system at different predetermined positions. 제6항에 있어서, 상기 수속분산 개별렌즈가 트렁케이트형 렌즈인 것을 특징으로 하는 레이저광 합파장치.7. The laser beam combining apparatus according to claim 6, wherein said convergent discrete lens is a truncated lens. 제7항에 있어서, 상기 오프셋 광학계가 트렁케이트형 렌즈인 것을 특징으로 하는 레이저광 합파장치.8. The laser beam combining apparatus according to claim 7, wherein said offset optical system is a truncated lens. 제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 반도체 레이저 각각이 서로 분리되어 있는 것임을 특징으로 하는 레이저광 합파장치.The laser beam combining apparatus according to any one of claims 2 to 9, wherein each of the plurality of semiconductor lasers is separated from each other. 제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 반도체 레이저는, 상기 복수의 반도체 레이저 중 2개이상이 서로 연결되어 일체화된 것임을 특징으로하는 레이저광 합파장치.The laser beam combining apparatus according to any one of claims 2 to 9, wherein the plurality of semiconductor lasers are two or more of the plurality of semiconductor lasers connected to each other to be integrated. 레이저블록과, 전체 수속 광학계와, 수속각 변환 광학계를 구비하고,A laser block, a total convergence optical system, a convergence angle conversion optical system, 상기 레이저블록은, 복수의 반도체 레이저가 상기 반도체 레이저 각각의 활성층이 평행하게 되고, 또한, 각각의 활성층의 위치가 상기 활성층의 두께방향에 있어서 서로 다른 위치가 되도록 배치되어, 서로 평행한 저속축을 갖는 각 광속을 출사하는 것이며,The laser block is arranged such that the plurality of semiconductor lasers are parallel to the active layers of the semiconductor lasers, and the positions of the respective active layers are different from each other in the thickness direction of the active layer, and have parallel slow axes. To emit each beam, 상기 전체 수속 광학계는, 상기 복수의 반도체 레이저로부터 출사된 저속축이 서로 평행한 각 광속으로 이루어지는 전체 광속을 상기 저속축방향의 폭이 좁아지도록 수속시킴과 아울러 각 광속 각각을 상기 각 광속의 저속축방향 및 고속축방향으로 수속시키고, 각 광속 각각을 상기 각 광속의 고속축방향에 있어서 서로 다른 소정의 위치에서 상기 수속각 변환 광학계에 입사시키는 것이며,The total converging optical system converges the entire luminous flux consisting of luminous fluxes in which the low-speed axes emitted from the plurality of semiconductor lasers are parallel to each other such that the width in the low-speed axis direction is narrowed, and each of the luminous fluxes is a low-speed axis of each luminous flux. Direction and a high speed axis direction, and each light beam is incident on the convergence angle conversion optical system at a predetermined position different from each other in the high speed axis direction of each light beam, 상기 수속각 변환 광학계는, 각 광속의 광축이 고속축방향에서 볼 때 서로 교차하는 위치 중 최상류측의 위치보다 더 상류측에 배치되어, 상기 전체 광속의 수속각을 수속 분산 광학계로부터 출사시켰을 때의 전체 수속의 수속각을 보다 작은 수속각으로 해서 이 전체 광속을 광섬유에 입사시키는 것임을 특징으로 하는 레이저광 합파장치.The convergence angle conversion optical system is arranged at an upstream side more than the position on the most upstream side among the positions where the optical axes of the respective light beams cross each other when viewed in the high-speed axis direction, and the convergence angle of the entire luminous flux is emitted from the convergence dispersion optical system. A laser beam combining apparatus, wherein the total luminous flux is incident on an optical fiber with the convergence angle of the entire convergence as the smaller convergence angle. 제12항에 있어서, 상기 전체 수속 광학계는, 상기 반도체 레이저로부터 출사된 각 광속으로 이루어지는 전체 광속을 직접 저속축방향의 폭이 좁아지도록 수속시킴과 아울러 각 광속 각각을 상기 각 광속의 저속축방향 및 고속축방향으로 수속시켜서, 각 광속 각각을 상기 각 광속의 고속축방향에 있어서 서로 다른 소정의 위치에서 상기 수속각 변환 광학계에 입사시키는 것임을 특징으로 하는 레이저광 합파장치.13. The total condensing optical system according to claim 12, wherein the entire condensing optical system converges the entire luminous flux made up of the luminous flux emitted from the semiconductor laser so that the width of the luminous flux is directly narrowed in the low-speed axial direction, and each of the luminous fluxes is a low-speed axial direction and And converging the respective luminous fluxes into the convergence angle conversion optical system at predetermined positions different from each other in the high-speed axial direction of the respective luminous fluxes. 제12항에 있어서, 상기 전체 수속 광학계는, 각 광속에 대응해서 배치된 각 광속의 각각을 평행 광속으로 하는 콜리메이트 광학계와, 상기 평행 광속의 전체를 상기 저속축방향의 폭이 좁아지도록 수속시킴과 아울러 각 광속 각각을 상기 각 광속의 저속축방향 및 고속축방향으로 수속시켜서, 각 광속 각각을 상기 각 광속의 고속축방향에 있어서 서로 다른 소정의 위치에서 상기 수속각 변환 광학계에 입사시키는 집광 광학계로 구성된 것임을 특징으로 하는 레이저광 합파장치.13. The collimating optical system according to claim 12, wherein the total converging optical system converges the collimating optical system in which each of the luminous fluxes disposed in correspondence with the luminous flux is a parallel luminous flux, and the entire luminous flux in the low-speed axis direction is narrowed. And a condensing optical system for converging each of the luminous fluxes in the low-speed and high-axial directions of the respective luminous fluxes, and injecting each luminous flux into the convergence angle conversion optical system at predetermined positions different from each other in the high-speed axial direction of the luminous fluxes. Laser light combining device, characterized in that consisting of. 제13항에 있어서, 상기 전체 수속 광학계가 트렁케이트형 렌즈인 것을 특징으로 하는 레이저광 합파장치.The laser beam combining apparatus according to claim 13, wherein the entire converging optical system is a truncated lens. 제14항에 있어서, 상기 콜리메이트 광학계가 트렁케이트형 렌즈인 것을 특징으로 하는 레이저광 합파장치.15. The laser beam combining apparatus according to claim 14, wherein said collimated optical system is a truncated lens. 복수의 반도체 레이저가, 상기 반도체 레이저 각각의 활성층이 평행하게 되고, 또한, 각각의 활성층의 위치가 상기 활성층의 두께방향에 있어서 서로 다른 위치가 되도록 배치되고, 서로 평행한 저속축 및 서로 평행한 광축을 갖는 각 광속을 출사하는 레이저블록;The plurality of semiconductor lasers are arranged such that the active layers of the semiconductor lasers are parallel to each other, and the positions of the respective active layers are different from each other in the thickness direction of the active layer. A laser block for emitting each beam having a light beam; 상기 복수의 반도체 레이저로부터 출사된 각 광속의 각각을 평행 광속으로 하는 콜리메이트 광학계;A collimating optical system that makes each of the luminous fluxes emitted from the plurality of semiconductor lasers a parallel luminous flux; 상기 콜리메이트 광학계를 통과한 각 광속을 상기 각 광속의 저속축 방향으로 이동시켜서 각 광축이 저속축과 직교하는 일평면상에 나란히 배열되도록 하는 광축 시프트 광학계; 및An optical axis shift optical system for moving each light beam passing through the collimated optical system in a low axis direction of each light beam such that each optical axis is arranged side by side on a plane perpendicular to the low speed axis; And 상기 광축 시프트 광학계에 의해 광축이 상기 일평면상에 나란히 배열된 각 광속으로 이루어지는 전체 광속을 상기 광속의 저속축방향 및 고속축방향으로 수속시켜서 광섬유에 입사시키는 수속 광학계를 구비한 것을 특징으로 하는 레이저광 합파장치.And a converging optical system for converging the entire luminous flux consisting of each luminous flux whose optical axes are arranged side by side on the one plane by the optical axis shift optical system, and converging in the low and axial directions of the luminous flux and entering the optical fiber. Photomultiplexer. 제17항에 있어서, 상기 콜리메이트 광학계가 트렁케이트형 렌즈인 것을 특징으로 하는 레이저광 합파장치.18. The laser beam combining apparatus according to claim 17, wherein said collimated optical system is a truncated lens. 제2항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 반도체 레이저와는 상이한 다른 반도체 레이저와, 상기 복수의 반도체 레이저에 의해 출사된 광속이 상기 광섬유에 입사될 때까지의 상기 광속의 광로중에 있어서, 상기 복수의 반도체 레이저에 의해 출사된 광속과 상기 다른 반도체 레이저로부터 출사된 광속을 편광 합파시키는 편광 합파수단을 구비하고, 상기 다른 반도체 레이저로부터 출사된 광속도 상기 광섬유에 입사시키는 것을 특징으로 하는 레이저광 합파장치.19. The optical path of the light beam according to any one of claims 2 to 18, wherein another semiconductor laser different from the plurality of semiconductor lasers and the light beams emitted by the plurality of semiconductor lasers enter the optical fiber. And polarizing and combining the light beams emitted by the plurality of semiconductor lasers and the light beams emitted from the other semiconductor lasers, wherein the light speeds emitted from the other semiconductor lasers are incident on the optical fiber. Laser light combiner. 제2항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 반도체 레이저와는 상이한 다른 반도체 레이저와, 상기 복수의 반도체 레이저에 의해 출사된 광속이 상기 광섬유에 입사될 때까지의 상기 광속의 광로중에 있어서, 상기 복수의 반도체 레이저에 의해 출사된 광속과 상기 다른 반도체 레이저로부터 출사된 광속을 파장 합파시키는 파장 합파수단을 구비하고, 상기 다른 반도체 레이저로부터 출사된 광속도 상기 광섬유에 입사시키는 것을 특징으로 하는 레이저광 합파장치.19. The optical path of the light beam according to any one of claims 2 to 18, wherein another semiconductor laser different from the plurality of semiconductor lasers and the light beams emitted by the plurality of semiconductor lasers enter the optical fiber. A wavelength combining means for wavelength-combining light fluxes emitted by the plurality of semiconductor lasers and light fluxes emitted from the other semiconductor lasers, wherein the light velocity emitted from the other semiconductor lasers is incident on the optical fiber. Laser light combiner. 제2항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광섬유에 입사되어 상기 광섬유내에 합파된 각 광속으로 이루어지는 합파광이, 고체레이저의 매질 또는 섬유레이저의 매질을 여기하는 것임을 특징으로 하는 레이저광 합파장치.21. The laser beam according to any one of claims 2 to 20, wherein the combined light comprising each light beam incident on the optical fiber and combined in the optical fiber excites a medium of a solid laser or a medium of a fiber laser. Mixer. 제2항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수속각 변환 광학계로부터 출사된 전체 광속이 직접, 고체레이저의 매질 또는 섬유레이저의 매질을 여기하는 것임을 특징으로 하는 레이저광 합파장치.The laser beam combining apparatus according to any one of claims 2 to 16, wherein the entire luminous flux emitted from the convergence angle conversion optical system directly excites a medium of a solid laser or a medium of a fiber laser. 제21항 또는 제22항에 있어서, 상기 합파광이 적외광이고, 상기 매질이 희토류원소 Nd3+, 희토류원소 Yb3+중 1개이상을 함유하는 것임을 특징으로 하는 레이저광 합파장치.23. The laser beam combining apparatus according to claim 21 or 22, wherein the combined light is infrared light, and the medium contains at least one of rare earth element Nd 3+ and rare earth element Yb 3+ . 제21항 또는 제22항에 있어서, 상기 합파광의 파장이 350㎚이상, 460㎚이하이며, 상기 매질이 희토류원소 Pr3+, 희토류원소 Er3+, 희토류원소 Ho3+중 1개이상을 함유하는 것임을 특징으로 하는 레이저광 합파장치.The wavelength of the combined light is 350 nm or more and 460 nm or less, and the medium is one or more of the rare earth element Pr 3+ , the rare earth element Er 3+ , and the rare earth element Ho 3+ . Laser light combining device, characterized in that it contains.
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