KR20040070445A

KR20040070445A - 레이저광 합파장치

Info

Publication number: KR20040070445A
Application number: KR1020040007030A
Authority: KR
Inventors: 야마나카후사오; 오카자키요지; 고토치아키; 시모츠신이치
Original assignee: 후지 샤신 필름 가부시기가이샤
Priority date: 2003-02-03
Filing date: 2004-02-03
Publication date: 2004-08-09
Also published as: CN1519613A; CN100504503C; TWI237429B; TW200425602A

Abstract

(과제) 소형이며 고출력인 레이저광 합파장치를 제공한다.

(해결수단) 복수의 반도체 레이저(11A,11B,11C…)로부터 출사되어 수속 분산렌즈(120)를 통과하여, 고속축방향에서 볼 때 수속된 각 광속(La,Lb,Lc…)의 광축이 고속축방향에서 볼 때 서로 교차하는 위치 중 최상류측의 위치(Pa)보다 더 상류측에 수속각 변환 광학계(30)를 배치하고, 이 수속각 변환 광학계(30)가 수속 분산 렌즈(120)를 통과한 각 광속(La,Lb,Lc…)으로 이루어지는 전체 광속의 고속축방향에서 볼 때의 수속각을 보다 작은 수속각으로 해서 이 전체 광속을 광섬유(40)의 코어부(41)에 입사시킨다.

Description

레이저광 합파장치{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.

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.

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.

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.

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.

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.

또, 상기 수속각은 이하와 같이 설명되는 것이다.

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.

또, 위치(Yp,Zp)에서 상기 전체 광속의 집광위치(Pj)까지의 광축방향(Z방향)의 거리(L)를 구한다.

여기에서, 수속각(α)은

tan(α/2)= (φ/2)/L=φ/2L

로서 정해질 수 있다.

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.

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.

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.

이하, 각 광속(La,Lb,Lc…)이 리디렉션 시스템(7)을 통해 광섬유(4)에 입사되는 모양에 대해서 자세하게 설명한다.

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.

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.

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.

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.

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.

(특허문헌1) 일본 특허공개 평2002-202442호 공보

(특허문헌2) 미국 특허 제6462883B1호 명세서

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.

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.

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.

또한, 상기 어느 경우에 있어서나, 1개의 광섬유내에 합파가능한 레이저광의 입사범위가 광섬유의 개구수(NA)에 의해 제한된다고 하는 문제도 있다.

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.

도1은 본 발명의 제1실시형태에 있어서의 실시예1-1의 레이저광 합파장치의 개략구성을 나타내는 도이다.

도2는 반도체 레이저의 활성층으로부터 레이저광속이 출사되는 모양을 나타내는 사시도이다.

도3은 수속각 변환 광학계의 구조와 광섬유에 합파되는 광속의 모양을 나타내는 도이다.

도4는 수속 분산 개별렌즈에 있어서의 광속을 오프셋시켜 수속시키는 기능을 나타내는 도이다.

도5는 실시예1-2의 레이저광 합파장치의 개략구성을 나타내는 평면도이다.

도6은 오프셋렌즈가 광속을 오프셋시키는 기능을 나타내는 도이다.

도7은 수속각 변환 광학계에서의 광속의 광축의 방향을 변환하는 기능을 저속축방향에서 본 도이다.

도8은 복수의 반도체 레이저의 배치예를 나타내는 평면도이다.

도9는 제2실시형태에 있어서의 실시예2-1의 레이저광 합파장치의 개략구성을 나타내는 도이다.

도10은 수속각 변환 광학계에서의 광속의 광축의 방향을 변환하는 기능을 저속축방향에서 본 도이다.

도11은 실시예2-2의 레이저광 합파장치의 개략구성을 나타내는 평면도이다.

도12는 실시예2-3의 광속을 편광 합파하는 레이저광 합파장치의 개략구성을 나타내는 평면도이다.

도13은 실시예2-4의 파장을 합파하는 레이저광 합파장치의 개략구성을 나타내는 평면도이다.

도14는 실시예2-4의 레이저광 합파장치에 있어서의 수속렌즈의 기능을 나타내는 도이다.

도15는 실시예2-5의 레이저광 합파장치의 개략구성을 나타내는 평면도이다.

도16은 레이저광 합파장치에 사용되는 수속 광학계의 특성을 나타내는 도이다.

도17은 제3실시형태의 레이저광 합파장치의 개략구성을 나타내는 평면도이다.

도18은 광축 시프트 광학계의 구조를 나타내는 도이다.

도19는 수속 광학계에 의해 각 광속이 수속되는 모양을 나타내는 개념도이다.

도20은 종래의 레이저광 합파장치의 개략구성을 나타내는 도이다.

도21은 수속각을 설명하는 도이다.

도22는 광속이 리디렉션 시스템을 통과하는 모양을 나타내는 도이다.

도23은 광속이 리디렉션 시스템을 통과하는 모양을 나타내는 도이다.

도24는 소정의 위치에 위치하는 리디렉션 시스템을 통과하는 각 광속의 모양을 나타내는 도이다.

도25는 소정의 위치에서 벗어나서 위치하는 리디렉션 시스템을 통과하는 각 광속의 모양을 나타내는 도이다.

도26은 본 발명의 레이저광 합파장치에 있어서 수속 분산 광학계를 배치할 수 있는 영역을 나타내는 도이다.

(부호의 설명)

11:반도체 레이저

12:활성층

30:수속각 변환 광학계

40:광섬유

41:코어부

110:레이저블록

120:수속 분산렌즈

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.

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.

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.

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.

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.

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.

상기 상류측은, 광속의 전파방향에 있어서의 상류측, 즉 광속이 전파되는 광로에 있어서의 광원측(반도체 레이저의 측)을 의미한다.

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.

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.

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.

상기 수속 분산 개별렌즈는 트렁케이트(truncate)형 렌즈로 하는 것이 바람직하다.

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.

상기 오프셋 광학계는 트렁케이트형 렌즈로 하는 것이 바람직하다.

상기 복수의 반도체 레이저 각각은 서로 분리된 것으로 할 수 있다.

상기 복수의 반도체 레이저는, 복수의 반도체 레이저 중 2개이상이, 서로 연결되어 일체화된 것으로 할 수 있다.

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.

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.

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.

상기 전체 수속 광학계는 트렁케이트형 렌즈로 하는 것이 바람직하다.

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.

상기 콜리메이트 광학계는 트렁케이트형 렌즈로 하는 것이 바람직하다.

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.

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.

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.

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.

상기 편광 합파는, 편광방향이 서로 다른 각 광속을 편광의 성질을 이용해서 합파시키는 것이다.

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.

상기 파장 합파는, 서로 다른 파장을 갖는 각 광속을 파장의 차이를 이용해서 합파시키는 것이다.

상기 레이저광 합파장치는, 광섬유에 입사되어 상기 광섬유내에 합파된 각 광속으로 이루어지는 합파광에 의해, 고체레이저의 매질 또는 섬유레이저의 매질을 여기하는 것으로 할 수 있다.

상기 레이저광 합파장치는, 수속각 변환 광학계로부터 출사된 전체 광속에 의해, 직접, 고체레이저의 매질 또는 섬유레이저의 매질을 여기하는 것으로 할 수 있다.

상기 합파광을 적외광으로 하고, 매질이 희토류원소 Nd³⁺, 희토류원소 Yb³⁺중 적어도 1개를 함유하는 것으로 할 수 있다.

상기 합파광의 파장을 350㎚이상, 460㎚이하로 하고, 상기 매질이 희토류원소 Pr³⁺, 희토류원소 Er³⁺, 희토류원소 Ho³⁺중 적어도 1개를 함유하는 것으로 할 수 있다.

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.

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.

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.

이하, 본 발명의 제1실시형태에 대해서, 도면을 사용해서 설명한다.

(실시예1-1)

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.

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.

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.

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.

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.

또한, 상기 레이저블록(110)은, 5개의 반도체 레이저(11A,11B,11C,11D,11E)가 배치되어 이루어지는 것이다.

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.

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.

또, 수속 분산렌즈(120)의 고속축방향에서 볼 때의 개구수(NA)는, 상기 광섬유(40)의 개구수(NA)보다 크게 설정되어 있다.

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.

다음에 상기 실시형태에 있어서의 작용에 대해서 설명한다.

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.

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.

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.

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.

<실시예1-2>

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.

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.

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.

또, 오프셋렌즈(123)는 각 광속에 대응해서 배치된 각 렌즈인 오프셋 개별렌즈(123A,123B…)로 구성된 트렁케이트형 렌즈이다.

또한, 오프셋렌즈(123)와 집광렌즈(124)로 이루어지는 광학계가 상기 실시예1-1에 있어서의 수속 분산렌즈(120)와 동일한 작용을 한다.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

또, 상기 광섬유내에 합파시킨 합파광에 의한, 고체레이저의 매질 또는 섬유레이저의 매질의 여기는, 상기 실시예1-1, 또는 후술하는 실시예2-1∼2-5, 실시예3-1에 적용가능하다.

이하, 본 발명의 제2실시형태에 대해서, 도면을 사용해서 설명한다.

또, 제2실시형태에 있어서 상기 제1실시형태와 같은 기능을 갖는 것에 대해서는, 제1실시형태와 동일한 부호를 사용해서 설명을 생략한다.

<실시예2-1>

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.

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.

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.

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.

상기 레이저블록(10)은, 5개의 반도체 레이저(11A,11B,11C,11D,11E)를 갖는 것이다.

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.

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.

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.

또, 전체 수속 광학계(20)의 고속축방향에서 볼 때의 개구수(NA)는, 상기 광섬유(40)의 개구수(NA)보다 크게 설정된다.

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.

또, 상기의 구성에 있어서는, 고속축방향은 항상 X방향과 일치하고 있다.

다음에 상기 실시형태에 있어서의 작용에 대해서 설명한다.

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.

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.

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.

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.

<실시예2-2>

이하, 본 발명의 제2실시형태에 있어서의 제2실시예(이하, 실시예2-2라고 한다)의 레이저광 합파장치에 대해서 설명한다. 도11은 실시예2-2의 레이저광 합파장치의 개략구성을 나타내는 도이다.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

1/2λ파장판(47)은, 직선편광의 방위를 바꾸는 것이며, 입사된 각광속(TLa,TLb,TLc…)의 편광의 방위를 90도 회전시킨다.

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.

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.

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.

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.

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.

<실시예2-3>

이하, 본 발명의 제2실시형태에 있어서의 제3실시예(이하, 실시예2-3이라고 한다)의 레이저광 합파장치에 대해서 설명한다. 도12는 상기 실시예2-3의 레이저광 합파장치의 개략구성을 나타내는 도이다

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

이것에 의해, 각 광속(La,Lb,Lc…), 각 광속(ULa,ULb,ULc…) 및 각 광속(VLa,VLb,VLc…)이 광섬유(40)내에 합파된다.

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.

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.

<실시예2-4>

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.

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.

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.

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.

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.

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.

<실시예2-5>

도15는 제2실시형태에 있어서의 제5실시예(이후, 실시예2-5라고 한다)의 레이저광 합파장치의 개략구성을 나타내는 도이며, 이 도15는 상기 레이저광 합파장치를 윗쪽에서 본 평면도이다.

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.

따라서, 반도체 레이저(11)로부터 출사되었을 때의 각 광속(La,Lb,Lc…)의 저속축은 평행하게 되지 않는다.

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.

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.

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.

또, 각 광속(La,Lb,Lc…)의 광축을 도15중의 광축(Ja,Jb,Jc…)으로 나타낸다.

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.

그 밖의 구성 및 작용은 상기 실시예1 및 실시예2와 같다.

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.

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.

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.

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.

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)은

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

이다.

따라서, 적어도 상기 광속 수속수단(130)을 확대 배율(Re)이 1.0보다 큰 배율로 되도록 설계하는 것이 고효율의 결합을 실현하기 위한 필요조건이 된다.

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.

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.

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.

<실시예3-1>

이하, 본 발명의 제3실시형태에 대해서 도면을 사용해서 설명한다. 또, 제3실시형태에 있어서 상기 제2실시형태와 같은 기능을 갖는 것에 대해서는, 제2실시형태와 동일한 부호를 사용해서 설명을 생략했다.

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.

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.

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.

콜리메이트 광학계(60)는 각 광속마다 배치된 콜리메이트렌즈(61A,61B,61C…)로 구성되는 트렁케이트형 렌즈이다.

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.

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.

다음에 상기 실시형태에 있어서의 작용에 대해서 설명한다.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

·싱글모드 반도체 레이저

횡모드(저속축방향)가 싱글모드로 된다. 발광폭(Ds)의 값은 1㎛∼3㎛이며, 출력은 수mW∼500mW가 일반적이다.

·멀티모드 반도체 레이저

횡모드(저속축방향)가 멀티모드로 된다. 발광폭(Ds)의 값은 수㎛∼100㎛이며, 출력은 100mW∼2000mW가 일반적이다.

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.

또, 본 발명의 레이저광 합파장치에 있어서의 합파개수는 5개에 한정되는 것은 아니고, 합파개수는 2개이상의 어떠한 수가 선택되어도 좋다.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

이것에 의해 장치를 보다 확실하게 소형화할 수 있다.

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.

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.

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.

또한, 복수의 반도체 레이저 중 2개이상이, 서로 연결되어 일체화된 것으로 하면, 반도체 레이저를 레이저바로서 구성할 수 있어 반도체 레이저의 실장밀도를 높일 수 있다.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

또한, 편광 합파수단, 또는 파장 합파수단을 구비하여, 다른 반도체 레이저로부터 출사된 광속도 광섬유에 입사시키도록 하면, 광섬유내에 합파시키는 합파광의 출력을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 광섬유내에 합파되어 이루어지는 합파광에 의해, 고체레이저의 매질 또는 섬유레이저의 매질을 여기시키도록 하면, 원하는 파장을 갖는 출력이 큰 레이저광을 얻을 수 있다.

또한, 수속각 변환 광학계로부터 출사된 전체 광속에 의해 직접 고체레이저의 매질 또는 섬유레이저의 매질을 여기하면, 원하는 파장을 갖는 출력이 큰 레이저광을 얻을 수 있다.

Claims

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 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.
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,

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.
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.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 복수의 반도체 레이저 각각으로부터 출사되는 광속의 파장이 350㎚이상, 460㎚이하인 것을 특징으로 하는 레이저광 합파장치.
레이저블록과, 수속 분산 광학계와, 수속각 변환 광학계를 구비하고,

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,

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,

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.
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.
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.
제6항에 있어서, 상기 수속분산 개별렌즈가 트렁케이트형 렌즈인 것을 특징으로 하는 레이저광 합파장치.
제7항에 있어서, 상기 오프셋 광학계가 트렁케이트형 렌즈인 것을 특징으로 하는 레이저광 합파장치.
제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 반도체 레이저 각각이 서로 분리되어 있는 것임을 특징으로 하는 레이저광 합파장치.
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.
레이저블록과, 전체 수속 광학계와, 수속각 변환 광학계를 구비하고,

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,

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,

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.
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.
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.
제13항에 있어서, 상기 전체 수속 광학계가 트렁케이트형 렌즈인 것을 특징으로 하는 레이저광 합파장치.
제14항에 있어서, 상기 콜리메이트 광학계가 트렁케이트형 렌즈인 것을 특징으로 하는 레이저광 합파장치.
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;

상기 복수의 반도체 레이저로부터 출사된 각 광속의 각각을 평행 광속으로 하는 콜리메이트 광학계;

상기 콜리메이트 광학계를 통과한 각 광속을 상기 각 광속의 저속축 방향으로 이동시켜서 각 광축이 저속축과 직교하는 일평면상에 나란히 배열되도록 하는 광축 시프트 광학계; 및

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.
제17항에 있어서, 상기 콜리메이트 광학계가 트렁케이트형 렌즈인 것을 특징으로 하는 레이저광 합파장치.
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.
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.
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.
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.
제21항 또는 제22항에 있어서, 상기 합파광이 적외광이고, 상기 매질이 희토류원소 Nd³⁺, 희토류원소 Yb³⁺중 1개이상을 함유하는 것임을 특징으로 하는 레이저광 합파장치.
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.