JP7370753B2 - Light source unit, light source device and optical fiber laser - Google Patents
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Description
本発明は、半導体レーザモジュール、光源ユニット、光源装置および光ファイバレーザに関するものである。 The present invention relates to a semiconductor laser module, a light source unit, a light source device, and an optical fiber laser.
従来、パッケージ筐体内に収容された半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子から出力されたレーザビームを光ファイバの光入射端面に結合させる集光光学系とを備えたレーザモジュールが知られている(たとえば特許文献1参照)。 Conventionally, a laser module is known that includes a semiconductor laser element housed in a package housing and a condensing optical system that couples the laser beam output from the semiconductor laser element to the light incident end face of an optical fiber (for example, (See Patent Document 1).
このようなレーザモジュールでは、たとえばFACレンズやSACレンズを用いて、レーザビームの速軸方向および遅軸方向のビームをそれぞれコリメートしている。FACレンズ等のコリメートレンズは、パッケージ筐体の外部に配置されるため、焦点距離を短くできないほか、コリメートビーム幅が太くなるため、システムサイズが大きくなるという問題を有していた。 In such a laser module, the fast axis direction and the slow axis direction of the laser beam are respectively collimated using, for example, an FAC lens or a SAC lens. Since a collimating lens such as an FAC lens is disposed outside the package housing, it is not possible to shorten the focal length, and the collimated beam width becomes wide, resulting in an increase in system size.
パッケージ筐体内にコリメートレンズを内蔵することにより、コリメートビーム幅を狭くでき、システムの小型化が可能となる。しかしながら、コリメートレンズをパッケージ筐体内に固定する場合、固定剤がレーザビームの照射により劣化し、半導体レーザ素子の信頼性に悪影響を及ぼすおそれがある。 By incorporating a collimating lens inside the package housing, the collimated beam width can be narrowed, making it possible to downsize the system. However, when the collimating lens is fixed within the package housing, the fixing agent may deteriorate due to laser beam irradiation, which may adversely affect the reliability of the semiconductor laser device.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、信頼性が高く、小型化可能な半導体レーザモジュール、光源ユニット、光源装置および光ファイバレーザを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a semiconductor laser module, a light source unit, a light source device, and an optical fiber laser that are highly reliable and can be miniaturized.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る半導体レーザモジュールは、マルチモードのレーザビームを出力する半導体レーザ素子と、前記レーザビームを鉛直方向にコリメートする放物面を有する反射体と、前記半導体レーザ素子を実装する実装面と、前記反射体がコリメートしたレーザビームを透過する窓部と、を有するパッケージ筐体と、を備え、前記パッケージ筐体の前記半導体レーザを実装する実装面は放熱面であって、前記窓部は前記実装面と対向する面に設けられていることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the objects, a semiconductor laser module according to the present invention includes a semiconductor laser element that outputs a multimode laser beam, and a paraboloid that collimates the laser beam in the vertical direction. a package casing having a reflector, a mounting surface for mounting the semiconductor laser element, and a window through which the laser beam collimated by the reflector is transmitted, the semiconductor laser of the package casing is mounted; The mounting surface is a heat radiation surface, and the window portion is provided on a surface facing the mounting surface.
また、本発明に係る半導体レーザモジュールは、上記発明において、前記パッケージ筐体は気密封止されていることを特徴とする。 Furthermore, the semiconductor laser module according to the present invention is characterized in that the package housing is hermetically sealed.
また、本発明に係る半導体レーザモジュールは、上記発明において、前記パッケージ筐体は、前記実装面と垂直な側面のうちの少なくとも一面が放熱面であることを特徴とする。 Further, in the semiconductor laser module according to the present invention, in the above invention, at least one side surface of the package housing perpendicular to the mounting surface is a heat radiation surface.
また、本発明に係る半導体レーザモジュールは、上記発明において、前記反射体は、前記実装面に実装されていることを特徴とする。 Furthermore, the semiconductor laser module according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the reflector is mounted on the mounting surface.
また、本発明に係る半導体レーザモジュールは、上記発明において、前記反射体は、実装面がメタライズされているガラス材料からなり、半田によって前記パッケージ筐体の実装面に接合されていることを特徴とする。 Further, the semiconductor laser module according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the reflector is made of a glass material whose mounting surface is metallized, and is bonded to the mounting surface of the package housing by solder. do.
また、本発明に係る光源ユニットは、上記のいずれか一つに記載の半導体レーザモジュールと、前記半導体レーザモジュールから出力されるレーザビームを水平方向にコリメートするSAC素子と、前記半導体レーザモジュールおよび前記SACレンズにより、鉛直方向および水平方向にコリメートされたビームを集光する集光レンズと、前記集光レンズが集光したビームを光結合する光ファイバと、を備えることを特徴とする。 Further, a light source unit according to the present invention includes the semiconductor laser module according to any one of the above, an SAC element that horizontally collimates a laser beam output from the semiconductor laser module, the semiconductor laser module, and the semiconductor laser module. It is characterized by comprising a condenser lens that condenses a beam collimated in the vertical and horizontal directions by an SAC lens, and an optical fiber that optically couples the beam condensed by the condenser lens.
また、本発明に係る光源ユニットは、上記発明において、前記SAC素子は、レンズまたはミラーであることを特徴とする。 Moreover, the light source unit according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the SAC element is a lens or a mirror.
また、本発明に係る光源ユニットは、上記のいずれか一つに記載の複数の半導体レーザモジュールと、前記半導体レーザモジュールから出力されるレーザビームを、それぞれ反射する複数の第1の反射ミラーと、前記半導体レーザモジュールから出力されるレーザビームを、それぞれ水平方向にコリメートする複数のSACレンズと、前記半導体レーザモジュールおよび前記SACレンズにより、鉛直方向および水平方向にコリメートされたビームを、それぞれ反射する第2の反射ミラーと、前記第2の反射ミラーからのレーザビームを集光する集光レンズと、前記集光レンズが集光したビームを光結合する光ファイバと、前記半導体レーザモジュールを、半導体レーザ素子の実装面で実装する実装部材と、を備え、前記実装部材の前記半導体レーザモジュールの実装面は階段状をなし、1つの段部に1つの前記半導体レーザモジュールがそれぞれ配置され、1つの段部にそれぞれ配置された前記半導体レーザモジュールから出力されたレーザビームは、前記複数の第1の反射ミラー、前記複数のSACレンズ、および前記複数の第2の反射ミラーを介してそれぞれ反射またはコリメートされ、前記集光レンズは、前記複数の第2の反射ミラーでそれぞれ反射されたレーザビーム群を集光することを特徴とする。 Further, the light source unit according to the present invention includes a plurality of semiconductor laser modules according to any one of the above, and a plurality of first reflection mirrors that respectively reflect the laser beams output from the semiconductor laser modules. a plurality of SAC lenses that horizontally collimate the laser beams output from the semiconductor laser module, and a plurality of SAC lenses that respectively reflect the beams collimated in the vertical and horizontal directions by the semiconductor laser module and the SAC lenses. a second reflecting mirror, a condensing lens that condenses the laser beam from the second reflective mirror, an optical fiber that optically couples the beam condensed by the condensing lens, and the semiconductor laser module. a mounting member for mounting the semiconductor laser module on the mounting surface of the element, the mounting surface of the semiconductor laser module of the mounting member has a stepped shape, one of the semiconductor laser modules is arranged on each step, and one step The laser beams output from the semiconductor laser modules respectively disposed in the parts are reflected or collimated via the plurality of first reflection mirrors, the plurality of SAC lenses, and the plurality of second reflection mirrors. , the condenser lens condenses a group of laser beams each reflected by the plurality of second reflection mirrors.
また、本発明に係る光源ユニットは、上記のいずれか一つに記載の複数の半導体レーザモジュールと、前記半導体レーザモジュールから出力されるレーザビームを、それぞれ反射する複数の第1の反射ミラーと、前記半導体レーザモジュールから出力されるレーザビームを、それぞれ鉛直方向にコリメートする複数のSACレンズと、前記半導体レーザモジュールおよび前記SACレンズにより、鉛直方向および水平方向にコリメートされたビームを、それぞれ反射する第2の反射ミラーと、前記第2の反射ミラーからのレーザビームを集光する集光レンズと、前記集光レンズが集光したビームを光結合する光ファイバと、前記半導体レーザモジュールを、半導体レーザ素子の実装面で実装する実装部材と、を備え、前記複数の半導体レーザモジュールは、前記実装部材の同一の平面に実装され、前記半導体レーザモジュールから出力されたレーザビームは、前記複数の第1の反射ミラー、前記複数のSACレンズ、および前記複数の第2の反射ミラーを介してそれぞれ反射またはコリメートされるように、前記第1の反射ミラー、前記SACレンズ、および前記第2の反射ミラーからなる1組の光学系は、それぞれ異なる高さに配置され、前記集光レンズは、異なる高さに配置された前記複数の第2の反射ミラーでそれぞれ反射されたレーザビーム群を集光することを特徴とする。 Further, the light source unit according to the present invention includes a plurality of semiconductor laser modules according to any one of the above, and a plurality of first reflection mirrors that respectively reflect the laser beams output from the semiconductor laser modules. a plurality of SAC lenses that vertically collimate the laser beams output from the semiconductor laser module, and a plurality of SAC lenses that respectively reflect the beams collimated in the vertical and horizontal directions by the semiconductor laser module and the SAC lenses. a second reflective mirror, a condensing lens that condenses the laser beam from the second reflective mirror, an optical fiber that optically couples the beam condensed by the condensing lens, and the semiconductor laser module. a mounting member mounted on the mounting surface of the element, the plurality of semiconductor laser modules are mounted on the same plane of the mounting member, and the laser beam output from the semiconductor laser module is mounted on the plurality of first from the first reflective mirror, the SAC lens, and the second reflective mirror so as to be reflected or collimated through the reflective mirror, the plurality of SAC lenses, and the plurality of second reflective mirrors, respectively. a set of optical systems arranged at different heights, and the condenser lens condenses a group of laser beams respectively reflected by the plurality of second reflection mirrors arranged at different heights. It is characterized by
また、本発明に係る光源ユニットは、上記発明において、前記SACレンズは、前記半導体レーザモジュールと前記第1の反射ミラーとの間にそれぞれ配置されていることを特徴とする。 Moreover, the light source unit according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the SAC lenses are respectively disposed between the semiconductor laser module and the first reflection mirror.
また、本発明に係る光源ユニットは、上記のいずれか一つに記載の複数の半導体レーザモジュールと、前記半導体レーザモジュールから出力されるレーザビームを、それぞれ水平方向にコリメートする複数のSACレンズと、前記半導体レーザモジュールおよび前記SACレンズにより、鉛直方向および水平方向にコリメートされたビームを、それぞれ反射する第2の反射ミラーと、前記第2の反射ミラーからのレーザビームを集光する集光レンズと、前記集光レンズが集光したビームを光結合する光ファイバと、前記半導体レーザモジュールを、半導体レーザ素子の実装面と垂直な側面で実装する実装部材と、を備え、前記実装部材の前記半導体レーザモジュールの実装面は階段状をなし、1つの段部に1組の前記半導体レーザモジュール、前記SACレンズ、および前記第2の反射ミラーが配置されるとともに、前記半導体レーザモジュールは、前記半導体レーザモジュールから出力されるレーザビームが前記段部と平行となるように配置され、前記集光レンズは、各段部に配置された複数の前記第2の反射ミラーで反射されたレーザビーム群を集光することを特徴とする。 Further, a light source unit according to the present invention includes a plurality of semiconductor laser modules according to any one of the above, and a plurality of SAC lenses that horizontally collimate the laser beams output from the semiconductor laser modules, respectively. a second reflection mirror that reflects the beams collimated in the vertical and horizontal directions by the semiconductor laser module and the SAC lens; and a condenser lens that focuses the laser beam from the second reflection mirror. , an optical fiber for optically coupling the beam condensed by the condenser lens, and a mounting member for mounting the semiconductor laser module on a side surface perpendicular to a mounting surface of the semiconductor laser element, The mounting surface of the laser module has a step-like shape, and one set of the semiconductor laser module, the SAC lens, and the second reflection mirror are arranged on one step, and the semiconductor laser module The laser beam output from the module is arranged so as to be parallel to the step, and the condenser lens collects a group of laser beams reflected by the plurality of second reflection mirrors arranged at each step. It is characterized by being luminous.
また、本発明に係る光源装置は、上記のいずれか一つに記載の光源ユニットを少なくとも1つ備えることを特徴とする。 Further, a light source device according to the present invention is characterized in that it includes at least one light source unit described in any one of the above.
また、本発明に係る光ファイバレーザは、上記に記載の光源装置と、前記光源ユニットから出力されるレーザ光により光励起される光増幅ファイバと、を備えることを特徴とする。 Furthermore, an optical fiber laser according to the present invention is characterized by comprising the light source device described above and an optical amplification fiber that is optically pumped by the laser light output from the light source unit.
本発明によれば、小型化可能であって、信頼性の高い半導体レーザモジュール、光源ユニット、光源装置および光ファイバレーザを実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize a semiconductor laser module, a light source unit, a light source device, and an optical fiber laser that are downsized and highly reliable.
以下に、図面を参照して本発明に係る半導体レーザモジュール、光学ユニット、光源装置および光ファイバレーザの実施の形態を説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a semiconductor laser module, an optical unit, a light source device, and an optical fiber laser according to the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to this embodiment. Further, in the description of the drawings, the same or corresponding elements are given the same reference numerals as appropriate. Furthermore, it should be noted that the drawings are schematic, and the dimensional relationship of each element, the ratio of each element, etc. may differ from reality. Drawings may also include portions that differ in dimensional relationships and ratios.
(実施の形態1)
まず、本発明の実施の形態に係る半導体レーザモジュールの構成について説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る半導体レーザモジュールの模式的な一部切欠図である。半導体レーザモジュール10は、マルチモードのレーザビームを出力する半導体レーザ素子11と、レーザビームを鉛直方向にコリメートする放物面13aを有する反射体13と、半導体レーザ素子11を収容するパッケージ筐体15と、を備えている。
(Embodiment 1)
First, the configuration of a semiconductor laser module according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic partially cutaway view of a semiconductor laser module according to an embodiment of the present invention. The
半導体レーザ素子11は、マルチモードレーザであり、サブマウント12上に実装されている。半導体レーザ素子11は、紙面の右側である反射体13の方向にレーザビームを出力する。半導体レーザ素子11は、出力されるレーザ光の光強度が、1W以上、さらには、10W以上の高出力な半導体レーザ素子である。本実施の形態において、半導体レーザ素子11の出力するレーザ光の光強度は、たとえば11Wである。また、半導体レーザ素子11は、たとえば、900nm~1000nmの波長のレーザ光を出力する。
The
反射体13は、ガラス材料からなり、実装面13bがメタライズされている。反射体13は、半導体レーザ素子11の出力光を鉛直方向に略平行光とする位置に配置される。反射体13は、実装面13bがパッケージ筐体15の実装面である底面部15aに半田14を介して接合されている。反射体13は、ガラス材料以外にアルミニウム等の金属材料から形成されていてもよく、放物面13aは、保護膜つき、または保護膜なしの、アルミニウムコーティング、銀コーティングまたは金コーティングが形成されている。また、実装面13bにメタライズを施すことなく接着剤等で底面部15aに接合することもできるが、固定材である接着剤等の劣化の観点から、実装面13bをメタライズして、半田14で接合することが好ましい。
The
パッケージ筐体15は、略直方体状の形状をなし、実装面である底面部15aと、底面部15aと垂直な側面部15b、15c、15d、15e(15eは、図1では切り欠かれており図示していない。図4参照)と、上面部15fと、を有している。パッケージ筐体15は、底面部15aと側面部15b、15c、15d、15eとからなる箱部に、上面部15fを気密封止した状態で取り付けられている。サブマウント12を介して半導体レーザ素子11が実装されている底面部15aは放熱面である。サブマウント12および底面部15aは、熱伝導性のよい材料からなることが好ましく、各種金属からなる金属部材や、窒化アルミニウム、酸化ベリリウム等の熱伝導性の高いセラミックスであってよい。また、底面部15aと対向する面である上面部15fには、レーザビームを透過する窓部16が設けられている。
The
半導体レーザモジュール10では、半導体レーザ素子11がレーザビームを反射体13の方向に出力すると、反射体13は、このレーザビームをパッケージ筐体15の底面部15aに対して鉛直方向にコリメートして、窓部16が設けられている上面部15f方向に反射する。半導体レーザモジュール10では、反射体13をパッケージ筐体15内に設けているため、反射体13によりコリメートされ、反射されるビーム幅を細くでき、システムを小型化することが可能となる。また、反射体13は、パッケージ筐体15の底面部15aに接合されるとともに、放物面13aには金属コーティングが施されているため、半導体レーザ素子11から照射されるビームが、反射体13の実装面に照射されることがなく、固定材の劣化を防止でき、固定材の劣化による半導体レーザ素子11の信頼性に悪影響を及ぼすことがない。
In the
次に、半導体レーザモジュール10を使用する光学ユニットについて説明する。図2は、図1の半導体レーザモジュールを使用した光源ユニットの模式的な平面図である。図3は、図2に示す光源ユニットの側面を表す模式的な一部切欠図である。図4は、図2に示す光源ユニットにおける半導体レーザモジュールと光学系の配置を示す図である。
Next, an optical unit using the
光源ユニット100は、6つの半導体レーザモジュール10-1~10-6と、半導体レーザモジュール10-1~10-6から出力されるレーザビームを、それぞれ反射する6つの第1の反射ミラー20-1~20-6と、半導体レーザモジュール10-1~10-6から出力されるレーザビームを、それぞれ水平方向にコリメートする6つのSACレンズ30-1~30-6と、半導体レーザモジュール10-1~10-6およびSACレンズ30-1~30-6により、鉛直方向および水平方向にコリメートされたビームを、それぞれ反射する第2の反射ミラー40-1~40-6と、第2の反射ミラー40-1~40-6からのレーザビームを集光する集光レンズ60、62と、光フィルタ61と、集光レンズ60、62が集光したビームを光結合する光ファイバ66と、半導体レーザモジュール10-1~10-6を実装する実装部材52と、を備える。
The
半導体レーザモジュール10-1~10-6、第1の反射ミラー20-1~20-6、SACレンズ30-1~30-6、第2の反射ミラー40-1~40-6、集光レンズ60、62は、筐体51内に収容されている。筐体51は、図3に示すように蓋51aを備えるが、図2においては、パッケージ51aの蓋は、図示を省略している。また、光源ユニット100は、半導体レーザモジュール10-1~10-6に電流を注入するリードピン53を備える。
Semiconductor laser modules 10-1 to 10-6, first reflection mirrors 20-1 to 20-6, SAC lenses 30-1 to 30-6, second reflection mirrors 40-1 to 40-6,
図3に示すように、実装部材52の実装面は階段状をなし、1つの段部に1つの半導体レーザモジュール10-1(または10-2、・・・・、10-6)がそれぞれ配置されている。半導体レーザモジュール10-1~10-6は、実装部材52によって、筐体51の内部に、段差をつけて配置されている。さらに、1組の第1の反射ミラー20-1(または20-2、・・・・、20-6)、SACレンズ30-1(または30-2、・・・・、30-6)、および第2の反射ミラー40-1(または40-2、・・・・、40-6)は、図4に示すように、半導体レーザモジュール10-1(または10-2、・・・・、10-6)から出力されたレーザビームを、反射または透過してコリメートしうるように、同じ高さ、かつ半導体レーザモジュール10-1(または10-2、・・・・、10-6)より上部に配置されている。半導体レーザモジュール10-1~10-6、第1の反射ミラー20-1~20-6、SACレンズ30-1~30-6、第2の反射ミラー40-1~40-6、集光レンズ60、62、光フィルタ61は、それぞれ筐体51の内部に固定されている。
As shown in FIG. 3, the mounting surface of the mounting
光ファイバ66のレーザビームを入射する側の一端は、筐体51の内部に収容されている。また、光ファイバ66の筐体51への挿入部には、ルースチューブ65が設けられ、ルースチューブ65の一部と挿入部を覆うように、筐体51の一部にブーツ64が外嵌されている。
One end of the
また、図3に示すように、光ファイバ66は、光学部品としてのガラスキャピラリ67に挿通されている。光ファイバ66は、被覆部66aを備えるが、光ファイバ66のガラスキャピラリ67に挿通される部分は、被覆部66aが除去されている。また、光ファイバ66は、入射側の一部にガラスキャピラリ67から突出した突出部66bを備える。ガラスキャピラリ67は、その外周を光吸収体68に覆われている。そして、光吸収体68は、筐体51に固定されている。
Further, as shown in FIG. 3, the
筐体51は、内部の温度上昇を抑制するため、熱伝導性のよい材料からなることが好ましく、各種金属からなる金属部材であってよい。また、筐体51は、図3に示すように、ガラスキャピラリ67が配置された領域において、底面が当該光源ユニット100を設置する面と離間していることが好ましい。これにより、筐体51をねじ等で固定する際、筐体51底面のそりの影響を低減することができる。
The
実装部材52は、上述したように、筐体51内に固定されており、半導体レーザモジュール10-1~10-6の高さを調節し、半導体レーザモジュール10-1~10-6が出力するレーザビームの光路が互いに干渉しないようにしている。なお、実装部材52は、筐体51と一体として構成されていてもよい。
As described above, the mounting
半導体レーザモジュール10-1~10-6、第1の反射ミラー20-1~20-6、SACレンズ30-1~30-6、および第2の反射ミラー40-1~40-6からなる光学系は、実施の形態に係る光源ユニット100のように複数であってもよいが、1つであってもよく、その数は特に限定されない。
Optical system consisting of semiconductor laser modules 10-1 to 10-6, first reflection mirrors 20-1 to 20-6, SAC lenses 30-1 to 30-6, and second reflection mirrors 40-1 to 40-6. There may be a plurality of systems like the
リードピン35は、不図示のボンディングワイヤを介して半導体レーザモジュール10-1~10-6に電力を供給する。供給する電力は、一定の電圧であってよいが、変調電圧であってもよい。 The lead pins 35 supply power to the semiconductor laser modules 10-1 to 10-6 via bonding wires (not shown). The supplied power may be a constant voltage or may be a modulated voltage.
第1の反射ミラー20-1~20-6は、各種の金属膜、または誘電体膜を備えるミラーであってよく、半導体レーザモジュール10-1~10-6の出力するレーザ光の波長において、反射率が高いほど好ましい。また、第1の反射ミラー20-1~20-6は、対応する半導体レーザモジュール10-1~10-6のレーザビームを、SACレンズ30-1~30-6に反射する。 The first reflecting mirrors 20-1 to 20-6 may be mirrors provided with various metal films or dielectric films, and at the wavelength of the laser light output from the semiconductor laser modules 10-1 to 10-6. The higher the reflectance, the better. Further, the first reflecting mirrors 20-1 to 20-6 reflect the laser beams from the corresponding semiconductor laser modules 10-1 to 10-6 onto the SAC lenses 30-1 to 30-6.
SACレンズ30-1~30-6は、たとえば焦点距離が5mmのシリンドリカルレンズである。SACレンズ30-1~30-6は、半導体レーザモジュール10-1~10-6からの出力光を、それぞれ水平方向にコリメートする。SACレンズ30-1~30-6は、半導体レーザモジュール10-1~10-6からの出力光を略平行光とする位置に配置される。 The SAC lenses 30-1 to 30-6 are, for example, cylindrical lenses with a focal length of 5 mm. The SAC lenses 30-1 to 30-6 collimate the output lights from the semiconductor laser modules 10-1 to 10-6 in the horizontal direction, respectively. The SAC lenses 30-1 to 30-6 are arranged at positions where the output lights from the semiconductor laser modules 10-1 to 10-6 are made into substantially parallel lights.
第2の反射ミラー40-1~40-6は、各種の金属膜、または誘電体膜を備えるミラーであってよく、半導体レーザモジュール10-1~10-6の出力するレーザ光の波長において、反射率が高いほど好ましい。また、第2の反射ミラー40-1~40-6は、対応する1つの半導体レーザモジュール10-1~10-6のレーザ光を光ファイバ66に好適に結合するように、反射方向を微調整することができる。
The second reflection mirrors 40-1 to 40-6 may be mirrors provided with various metal films or dielectric films, and at the wavelength of the laser light output from the semiconductor laser modules 10-1 to 10-6, The higher the reflectance, the better. Further, the second reflection mirrors 40-1 to 40-6 finely adjust the reflection direction so as to suitably couple the laser beams from the corresponding one of the semiconductor laser modules 10-1 to 10-6 to the
集光レンズ60、62は、互いに曲率が直交したシリンドリカルレンズであり、半導体レーザモジュール10-1~10-6が出力し、各段部に配置された複数の第2の反射ミラー40-1~40-6で反射されたレーザ光を集光し、光ファイバ66に好適に結合する。集光レンズ60、62は、たとえば半導体レーザモジュール10-1~10-6が出力したレーザ光の光ファイバ66への結合効率が85%以上となるように、光ファイバ66に対する位置が調整されている。
The condensing
光フィルタ61は、たとえば波長1060nm~1080nmの光を反射し、900nm~1000nmの光を透過するローパスフィルタである。その結果、光フィルタ61は、半導体レーザモジュール10-1~10-6が出力したレーザ光を透過するとともに、波長1060nm~1080nmの光が半導体レーザモジュール10-1~10-6に外部から照射されることを防止する。また、光フィルタ61は、光フィルタ61でわずかに反射された半導体レーザモジュール10-1~10-6の出力レーザ光が半導体レーザモジュール10-1~10-6に戻らないように、レーザ光の光軸に対して角度をつけて配置されている。
The
光ファイバ66は、たとえばコア径が105μm、クラッド系が125μmのマルチモード光ファイバであってよいが、シングルモード光ファイバであってもよい。光ファイバ112のNAは、たとえば0.15~0.22であってよい。
The
光源ユニット100において、段差をつけて配置された各半導体レーザモジュール10-1~10-6は、リードピン53から電力を供給されてレーザ光を出力する。出力された各レーザ光は、それぞれ各半導体レーザモジュール10-1~10-6内の反射体13により鉛直方向にコリメートされ、窓部16を介して第1の反射ミラー20-1~20-6に出力される。出力されたレーザ光は、第1の反射ミラー20-1~20-6でそれぞれ90°折り曲げてSACレンズ30-1~30-6の方向にそれぞれ反射され、SACレンズ30-1~30-6でそれぞれ水平方向にコリメートされる。つぎに、各レーザ光は、第2の反射ミラー40-1~40-6によって、光ファイバ66の方向に反射され、各レーザ光は、集光レンズ60および集光レンズ62によって集光されて光ファイバ66に結合される。光ファイバ66に結合したレーザ光は、光ファイバ66によって、光源ユニット100の外部に導波されて出力される。光源ユニット100は、実装部材52の階段状の段差部に配置された半導体レーザモジュール10-1~10-6等の段差によって、レーザ光に不要な損失が生じることを防いでいる。なお、本実施の形態において、各半導体レーザモジュール10-1~10-6の出力光の光強度が、それぞれ11Wであり、結合効率が85%であるとすると、光源ユニット100の出力光の光強度は、56Wとなる。
In the
光源ユニット100は、光源装置に使用することができる。図5は、図2の光源ユニットを使用する光源装置の概略図である。
The
光源装置110は、光源ユニット100を複数有し、光結合部としてのコンバイナ90を備える。光源装置110は、光源ユニット100を励起光源として用いている。光源装置110に含まれる複数の光源ユニット100において、光ファイバ66によりコンバイナ90に伝搬される。光ファイバ66の出力端は、複数入力1出力のコンバイナ90の複数の入力ポートにそれぞれ結合されている。なお、光源装置110は、複数の光源ユニット100を有するものに限定されるものではなく、少なくとも1つの光源ユニット100を有していればよい。
The
また、光源ユニット100は、光ファイバレーザに使用することができる。図6は、図2の光源ユニットを使用する光ファイバレーザの概略図である。光ファイバレーザ200は、光源ユニット100を複数有し、励起光源として使用する光源装置110と、コンバイナ90と、希土類添加光ファイバ130と、出力側光ファイバ140と、を備える。希土類添加光ファイバ130の入力端及び出力端には、それぞれ高反射FBR(Fiber Bragg Grating)120、121が設けられている。
Moreover, the
コンバイナ90の出力端には、希土類添加光ファイバ130の入力端が接続され、希土類添加光ファイバ130の出力端には、出口側光ファイバ140の入力端が接続されている。なお、複数の光源ユニット100から出力されるレーザ光を希土類添加光ファイバ130に入射させる入射部は、コンバイナ90に換えて他の構成を使用してもよい。例えば、複数の光源ユニット100における出力部の光ファイバ66を並べて配置し、複数の光ファイバ66から出力されたレーザ光を、レンズを含む光学系等の入射部を用いて、希土類添加光ファイバ130の入力端に入射させるように構成してもよい。
The input end of the rare earth doped
上述した光源ユニット100、光源装置110および光ファイバレーザ200は、半導体レーザモジュール10を使用することにより、システムの小型化が可能となる。
The
なお、光源ユニット100は、第1の反射ミラー20-1~20-6、およびSACレンズ30-1~30-6に換えて、SACミラーを使用するものであってもよい。図7は、図2に示す光源ユニットにおける半導体レーザモジュールと光学系の配置を示す他の例の図である。
Note that the
SACミラー70-1は、半導体レーザモジュール10-1から出力されるレーザビームを反射しながら、水平方向にコリメートする。第2の反射ミラー40-1は、半導体レーザモジュール10-1およびSACミラー70-1により、鉛直方向および水平方向にコリメートされたビームを、反射する。 The SAC mirror 70-1 collimates in the horizontal direction while reflecting the laser beam output from the semiconductor laser module 10-1. The second reflecting mirror 40-1 reflects the beam collimated in the vertical and horizontal directions by the semiconductor laser module 10-1 and the SAC mirror 70-1.
半導体レーザモジュール、SACミラーおよび第2の反射ミラーを備える光源ユニットも、光源ユニット100と同様に、光源装置や光ファイバレーザとして使用した場合に、システムの小型化が可能となる。
Similarly to the
(実施の形態2)
つぎに、実施の形態2について説明する。図8は、本発明の実施の形態2に係る光学ユニットの側面を表す模式的な一部切欠図である。以下では実施の形態2に係る光源ユニット100Aの実施の形態1の光源ユニット100との主な相違点について説明する。
(Embodiment 2)
Next, Embodiment 2 will be described. FIG. 8 is a schematic partially cutaway view showing a side surface of an optical unit according to Embodiment 2 of the present invention. The main differences between the
光源ユニット100Aでは、光源ユニット100と同様に、6つの半導体レーザモジュール10-1~10-6と、半導体レーザモジュール10-1~10-6から出力されるレーザビームを、それぞれ反射する6つの第1の反射ミラー20-1~20-6と、半導体レーザモジュール10-1~10-6から出力されるレーザビームを、それぞれ水平方向にコリメートする6つのSACレンズ30-1~30-6と、半導体レーザモジュール10-1~10-6およびSACレンズ30-1~30-6により、鉛直方向および水平方向にコリメートされたビームを、それぞれ反射する第2の反射ミラー40-1~40-6と、第2の反射ミラー40-1~40-6からのレーザビームを集光する集光レンズ60、62と、光フィルタ61と、集光レンズ60、62が集光したビームを光結合する光ファイバ66と、を備えている。
Like the
光源ユニット100Aにおいて、半導体レーザモジュール10-1~10-6は、実装部材52Aの同一の平面に実装されている。また、第1の反射ミラー20-1(または20-2、・・・・、20-6)、SACレンズ30-1(または30-2、・・・・、30-6)、および第2の反射ミラー40-1(または40-2、・・・・、40-6)からなる1組の光学系は、半導体レーザモジュール10-1(または10-2、・・・・、10-6)から出力されたレーザビームを、第1の反射ミラー20-1(または20-2、・・・・、20-6)、SACレンズ30-1(または30-2、・・・・、30-6)、および第2の反射ミラー40-1(または40-2、・・・・、40-6)を介してそれぞれ反射またはコリメートされるように、同じ高さに配置されるとともに、半導体レーザモジュール10-1~10-6が出力するレーザビームの光路が互いに干渉しないように、各光学系はそれぞれ異なる高さに配置されている。第1の反射ミラー20-1~20-6、SACレンズ30-1~30-6、および第2の反射ミラー40-1~40-6からなる各光学系を、それぞれ異なる高さに配置することによって、半導体レーザモジュール10-1~10-6から出力され、第1の反射ミラー20-1~20-6、SACレンズ30-1~30-6、および第2の反射ミラー40-1~40-6で反射されたレーザビーム群を集光レンズ60、62で集光し、不要な損失なく光ファイバ66に光結合することができる。
In the
(実施の形態3)
つぎに、実施の形態3について説明する。図9は、本発明の実施の形態3に係る光源ユニットの模式的な平面図である。図10は、図9に示す光源ユニットの側面を表す模式的な一部切欠図である。図11は、図9に示す光源ユニットにおける半導体レーザモジュールと光学系の配置を示す図である。以下では実施の形態3に係る光源ユニット100Bの実施の形態1の光源ユニット100との主な相違点について説明する。
(Embodiment 3)
Next, Embodiment 3 will be described. FIG. 9 is a schematic plan view of a light source unit according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 10 is a schematic partially cutaway view showing a side surface of the light source unit shown in FIG. 9. FIG. FIG. 11 is a diagram showing the arrangement of a semiconductor laser module and an optical system in the light source unit shown in FIG. 9. The main differences between the
光源ユニット100Bでは、半導体レーザモジュール10-1~10-6から出力されるレーザビームを、それぞれ反射する6つの第1の反射ミラー20-1~20-6を有していない点で、光源ユニット100と異なる。また、図9~11に示すように、半導体レーザモジュール10-1~10-6は、パッケージ筐体15の側面部15bで実装部材52に実装されている。
The
実装部材52の実装面は階段状をなし、1つの段部に1組の半導体レーザモジュール10-1(または10-2、・・・・、10-6)、SACレンズ30-1(または30-2、・・・・、30-6)、および第2の反射ミラー40-1(または40-2、・・・・、40-6)が配置されている。半導体レーザモジュール10-1~10-6は、半導体素子11の実装面と垂直な側面(図1に示す側面15b)で実装部材52に実装されている。半導体レーザモジュール10-1~10-6は、実装部材52によって、筐体51の内部に、段差をつけて配置されている。さらに、SACレンズ30-1~30-6、第2の反射ミラー40-1~40-6は、図11に示すように、それぞれ対応する1つの半導体レーザモジュール10-1~10-6から出力されたレーザビームを、透過または反射しうるように、同じ高さに配置されている。
The mounting surface of the mounting
光源ユニット100Bにおいて、段差をつけて配置された各半導体レーザモジュール10-1~10-6は、リードピン53から電力を供給されてレーザ光を出力する。出力された各レーザ光は、それぞれ各半導体レーザモジュール10-1~10-6内の反射体13により鉛直方向にコリメートされ、窓部16を介してSACレンズ30-1~30-6の方向にそれぞれ射出される。SACレンズ30-1~30-6は、レーザビームをそれぞれ水平方向にコリメートし、コリメートされた各レーザ光は、第2の反射ミラー40-1~40-6によって、光ファイバ66の方向に反射され、各レーザ光は、集光レンズ60および集光レンズ62によって、不要な損失なく光ファイバ66に光結合することができる。
In the
なお、半導体レーザモジュール10-1~10-6は、実装面である底面部15aを放熱面とするが、底面部15aに加え、底面部15aと垂直な側面部のうちの少なくとも一面を放熱面としてもよい。底面部15aと垂直な側面部のうちの少なくとも一面を放熱面とする場合、実装部材52への実装面である側面部15bを放熱面とすることが好ましい。
Note that the semiconductor laser modules 10-1 to 10-6 use the
以上のように、本発明に係る半導体レーザモジュール、光源ユニットおよび光源装置は、主に高出力の光ファイバレーザに利用して好適なものである。 As described above, the semiconductor laser module, light source unit, and light source device according to the present invention are suitable for use mainly in high-power optical fiber lasers.
10、10-1~10-6 半導体レーザモジュール
11 半導体レーザ素子
12 サブマウント
13 反射体
14 半田
15 パッケージ筐体
16 窓部
20-1~20-6 第1の反射ミラー
30-1~30-6 SACレンズ
40-1~40-6 第2の反射ミラー
51 筐体
52 実装部材
53 リードピン
60、62 集光レンズ
61 光フィルタ
64 ブーツ
65 ルースチューブ
66 光ファイバ
67 ガラスキャピラリ
68 光吸収体
70-1 SACミラー
90 コンバイナ
100、100A、100B 光源ユニット
110 光源装置
130、131 高反射FBG
140 希土類添加光ファイバ
150 出力側光ファイバ
200 光ファイバレーザ
10, 10-1 to 10-6
140 Rare earth doped optical fiber 150 Output side
Claims (10)
前記半導体レーザモジュールから出力されるレーザビームを、それぞれ反射する複数の第1の反射ミラーと、
前記半導体レーザモジュールから出力されるレーザビームを、コリメートする複数のSAC素子と、
前記半導体レーザモジュールおよび前記複数のSAC素子により、コリメートされたビームを、それぞれ反射する複数の第2の反射ミラーと、
前記複数の第2の反射ミラーからのレーザビームを集光する集光レンズと、
前記集光レンズが集光したビームを光結合する光ファイバと、
前記半導体レーザモジュールを実装する実装部材と、を備え、
前記実装部材の前記半導体レーザモジュールの実装面は階段状をなし、1つの段部に1つの前記半導体レーザモジュールがそれぞれ配置され、1つの段部にそれぞれ配置された前記半導体レーザモジュールから出力されたレーザビームは、前記複数の第1の反射ミラー、前記複数のSAC素子、および前記複数の第2の反射ミラーを介してそれぞれ反射またはコリメートされ、
前記集光レンズは、前記複数の第2の反射ミラーでそれぞれ反射されたレーザビーム群を集光することを特徴とする光源ユニット。 A semiconductor laser element that outputs a multimode laser beam, a reflector having a paraboloid that collimates the laser beam in the vertical direction, a mounting surface on which the semiconductor laser element is mounted, and a laser beam collimated by the reflector. a package housing having a window portion through which the semiconductor laser element is mounted; a mounting surface of the package housing on which the semiconductor laser element is mounted is a heat dissipation surface; a plurality of semiconductor laser modules provided in the
a plurality of first reflection mirrors that respectively reflect the laser beams output from the semiconductor laser module;
a plurality of SAC elements that collimate a laser beam output from the semiconductor laser module;
a plurality of second reflection mirrors that respectively reflect the beams collimated by the semiconductor laser module and the plurality of SAC elements;
a condensing lens that condenses the laser beams from the plurality of second reflection mirrors;
an optical fiber that optically couples the beam focused by the focusing lens;
A mounting member for mounting the semiconductor laser module,
The mounting surface of the semiconductor laser module of the mounting member has a stepped shape, one semiconductor laser module is arranged on each step, and the semiconductor laser modules arranged on each step are output. The laser beam is reflected or collimated via the plurality of first reflecting mirrors, the plurality of SAC elements , and the plurality of second reflecting mirrors, respectively,
The light source unit is characterized in that the condenser lens condenses a group of laser beams each reflected by the plurality of second reflection mirrors.
前記半導体レーザモジュールから出力されるレーザビームを、それぞれ反射する複数の第1の反射ミラーと、
前記半導体レーザモジュールから出力されるレーザビームを、コリメートする複数のSAC素子と、
前記半導体レーザモジュールおよび前記複数のSAC素子により、コリメートされたビームを、それぞれ反射する複数の第2の反射ミラーと、
前記複数の第2の反射ミラーからのレーザビームを集光する集光レンズと、
前記集光レンズが集光したビームを光結合する光ファイバと、
前記半導体レーザモジュールを実装する実装部材と、を備え、
前記複数の半導体レーザモジュールは、前記実装部材の同一の平面に実装され、前記複数の半導体レーザモジュールから出力されたレーザビームは、前記複数の第1の反射ミラー、前記複数のSAC素子、および前記複数の第2の反射ミラーを介してそれぞれ反射またはコリメートされるように、前記第1の反射ミラー、前記複数のSAC素子、および前記複数の第2の反射ミラーからなる1組の光学系は同じ高さに配置されるとともに、各光学系はそれぞれ異なる高さに配置され、
前記集光レンズは、異なる高さに配置された前記複数の第2の反射ミラーでそれぞれ反射されたレーザビーム群を集光することを特徴とする光源ユニット。 A semiconductor laser element that outputs a multimode laser beam, a reflector having a paraboloid that collimates the laser beam in the vertical direction, a mounting surface on which the semiconductor laser element is mounted, and a laser beam collimated by the reflector. a package housing having a window portion through which the semiconductor laser element is mounted; a mounting surface of the package housing on which the semiconductor laser element is mounted is a heat dissipation surface; a plurality of semiconductor laser modules provided in the
a plurality of first reflection mirrors that respectively reflect the laser beams output from the semiconductor laser module;
a plurality of SAC elements that collimate a laser beam output from the semiconductor laser module;
a plurality of second reflection mirrors that respectively reflect the beams collimated by the semiconductor laser module and the plurality of SAC elements ;
a condensing lens that condenses the laser beams from the plurality of second reflection mirrors;
an optical fiber that optically couples the beam focused by the focusing lens;
A mounting member for mounting the semiconductor laser module,
The plurality of semiconductor laser modules are mounted on the same plane of the mounting member, and the laser beams output from the plurality of semiconductor laser modules are directed to the plurality of first reflecting mirrors, the plurality of SAC elements, and the plurality of SAC elements . A set of optical systems consisting of the first reflecting mirror, the plurality of SAC elements , and the plurality of second reflecting mirrors are the same so that they are each reflected or collimated via the plurality of second reflecting mirrors. Each optical system is placed at a different height, and each optical system is placed at a different height.
The light source unit is characterized in that the condenser lens condenses a group of laser beams respectively reflected by the plurality of second reflection mirrors arranged at different heights.
前記半導体レーザモジュールから出力されるレーザビームを、コリメートする複数のSAC素子と、
前記半導体レーザモジュールおよび前記複数のSAC素子により、コリメートされたビームを、それぞれ反射する複数の第2の反射ミラーと、
前記複数の第2の反射ミラーからのレーザビームを集光する集光レンズと、
前記集光レンズが集光したビームを光結合する光ファイバと、
前記半導体レーザモジュールを、半導体レーザ素子の実装面と垂直な側面で実装する実装部材と、を備え、
前記実装部材の前記半導体レーザモジュールの実装面は階段状をなし、1つの段部に1組の前記半導体レーザモジュール、前記複数のSAC素子、および前記複数の第2の反射ミラーが配置されるとともに、前記半導体レーザモジュールは、前記半導体レーザモジュールから出力されるレーザビームが前記段部と平行となるように配置され、
前記集光レンズは、各段部に配置された複数の前記複数の第2の反射ミラーで反射されたレーザビーム群を集光することを特徴とする光源ユニット。 A semiconductor laser element that outputs a multimode laser beam, a reflector having a paraboloid that collimates the laser beam in the vertical direction, a mounting surface on which the semiconductor laser element is mounted, and a laser beam collimated by the reflector. a package housing having a window portion through which the semiconductor laser element is mounted; a mounting surface of the package housing on which the semiconductor laser element is mounted is a heat dissipation surface; a plurality of semiconductor laser modules provided in the
a plurality of SAC elements that collimate a laser beam output from the semiconductor laser module;
a plurality of second reflection mirrors that respectively reflect the beams collimated by the semiconductor laser module and the plurality of SAC elements ;
a condensing lens that condenses the laser beams from the plurality of second reflection mirrors;
an optical fiber that optically couples the beam focused by the focusing lens;
a mounting member for mounting the semiconductor laser module on a side surface perpendicular to a mounting surface of the semiconductor laser element;
The mounting surface of the semiconductor laser module of the mounting member has a stepped shape, and one set of the semiconductor laser module, the plurality of SAC elements , and the plurality of second reflection mirrors are arranged on one step. , the semiconductor laser module is arranged so that the laser beam output from the semiconductor laser module is parallel to the step part,
The light source unit is characterized in that the condenser lens condenses a group of laser beams reflected by the plurality of second reflection mirrors arranged at each step.
前記光源ユニットから出力されるレーザ光により光励起される光増幅ファイバと、
を備えることを特徴とする光ファイバレーザ。 A light source device according to claim 9;
an optical amplification fiber that is optically excited by a laser beam output from the light source unit;
An optical fiber laser characterized by comprising:
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