JP2008203598A - Laser concentrator - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser beam condensing unit that reduces manufacturing cost by reducing the number of components and also prevents beam quality from being degraded. <P>SOLUTION: The laser beam condensing unit 10 is equipped with: a laser bar 12 that has a plurality of light emitting points 20 arranged in an array; and optical fibers 14 that are arranged in an array in a manner opposing the light emitting points 20 of the laser bar 12 and that have light incident parts 16 formed in a cylindrical lens shape, wherein laser beams emitted from the laser bar 12 are made incident on the light incident parts 16. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

Translated fromJapanese

本発明は、レーザーバーと光ファイバーを備えたレーザー集光装置に関する。  The present invention relates to a laser focusing device including a laser bar and an optical fiber.

レーザーダイオードアレイ（レーザーバー）から出射されたレーザー光が、ビームコリメーターレンズで一旦集光され、その集光されたレーザー光が、ビームコリメーターレンズと対向配置された複数の各導波路（光ファイバー）に入射されるようにしたレーザー集光装置が従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。  The laser light emitted from the laser diode array (laser bar) is once condensed by the beam collimator lens, and the collected laser light is arranged in a plurality of waveguides (optical fibers) arranged to face the beam collimator lens. ) Is conventionally known (see, for example, Patent Document 1).

しかしながら、この特許文献１に記載のレーザー集光装置では、レーザーダイオードアレイ（レーザーバー）とビームコリメーターレンズと導波路（光ファイバー）の３つの光学部品を使用しているため、部品点数が多くなり、光軸調整の困難さから、製造コストが高価になるという問題点があった。  However, the laser condensing device described inPatent Document 1 uses three optical components, ie, a laser diode array (laser bar), a beam collimator lens, and a waveguide (optical fiber), so the number of components increases. There is a problem that the manufacturing cost becomes expensive due to the difficulty of adjusting the optical axis.

また、図８（Ａ）の側面図で示すように、ビームコリメーターレンズ８４は、速軸方向（矢印Ｚ方向）の発散されたレーザー光を集光させることはできても、図８（Ｂ）の平面図で示すように、遅軸方向（矢印Ｘ方向）に対するレンズ効果は無いため、レーザー光は、ビームコリメーターレンズ８４を通過後も一定の開口数（ＮＡ）で拡がり続ける。  Further, as shown in the side view of FIG. 8A, thebeam collimator lens 84 can collect the diverged laser light in the fast axis direction (arrow Z direction). ), Since there is no lens effect in the slow axis direction (arrow X direction), the laser light continues to spread with a constant numerical aperture (NA) even after passing through thebeam collimator lens 84.

そのため、拡がったレーザー光を導波路（光ファイバー）８６に全て入射させようとすると、レーザーダイオードアレイ８２の発光点８０から導波路（光ファイバー）８６の入射端８６Ａまでの距離Ｄと開口数（ＮＡ）で決まるビームサイズ（幅）よりも大きい幅（コアの幅）の導波路（光ファイバー）８６が必要になり、その結果、ビーム品質の悪化を招いてしまう。  Therefore, if all the spread laser light is incident on the waveguide (optical fiber) 86, the distance D from thelight emitting point 80 of thelaser diode array 82 to theincident end 86A of the waveguide (optical fiber) 86 and the numerical aperture (NA). Therefore, a waveguide (optical fiber) 86 having a width (core width) larger than the beam size (width) determined by the above is required, and as a result, the beam quality is deteriorated.

この問題を具体的な寸法（数値）を用いて説明すると、図８で示すように、レーザーダイオードアレイ８２の一般的な発光点８０の寸法は、幅１００μｍ、高さ１μｍであり、開口数（ＮＡ）は、速軸方向０．３、遅軸方向０．１である。ビームコリメーターレンズ８４は、比較的特性の良好なものとして、ここでは、先端の曲率半径が４０μｍに相当するφ９４μｍの非球面ロッドレンズを使用する。また、導波路８６の開口数（ＮＡ）は速軸方向・遅軸方向共に０．１である。  This problem will be described using specific dimensions (numerical values). As shown in FIG. 8, a generallight emitting point 80 of thelaser diode array 82 has a width of 100 μm and a height of 1 μm, and a numerical aperture ( NA) is 0.3 in the fast axis direction and 0.1 in the slow axis direction. As thebeam collimator lens 84, an aspherical rod lens having a diameter of 94 μm corresponding to a radius of curvature of 40 μm is used here as one having relatively good characteristics. The numerical aperture (NA) of thewaveguide 86 is 0.1 in both the fast axis direction and the slow axis direction.

まず、速軸方向について説明すると、速軸方向の開口数（ＮＡ）０．３のレーザー光を、ビームコリメーターレンズ（ロッドレンズ）８４により、開口数（ＮＡ）０．１に変換して導波路８６に入射させるためには、ビームコリメーターレンズ（ロッドレンズ）８４の中心から、７０μｍ離れた位置にレーザーダイオードアレイ８２の発光点８０を配置し、２８０μｍ離れた位置に導波路８６の入射端８６Ａを配置する必要がある。このとき、導波路８６の入射端８６Ａでのレーザー光の速軸方向のビームサイズ（高さ）は５．５μｍとなる。したがって、導波路８６の高さとしては５．５μｍ以上のものが必要となる。  First, the fast axis direction will be described. Laser light having a numerical aperture (NA) of 0.3 in the fast axis direction is converted into a numerical aperture (NA) of 0.1 by a beam collimator lens (rod lens) 84 and guided. In order to enter thewaveguide 86, thelight emitting point 80 of thelaser diode array 82 is disposed at aposition 70 μm away from the center of the beam collimator lens (rod lens) 84, and the incident end of thewaveguide 86 is located 280 μm away. It is necessary to arrange 86A. At this time, the beam size (height) in the fast axis direction of the laser light at theincident end 86A of thewaveguide 86 is 5.5 μm. Accordingly, the height of thewaveguide 86 is required to be 5.5 μm or more.

次に、遅軸方向について説明すると、レーザーダイオードアレイ８２の発光点８０から３５０μｍ離れた導波路８６の入射端８６Ａまで、開口数（ＮＡ）０．１で拡がって行くと、導波路８６の入射端８６Ａでのレーザー光の遅軸方向のビームサイズ（幅）は１７０μｍとなり、導波路８６の幅（コアの幅）としては１７０μｍ以上のものが必要になる。つまり、ビームコリメーターレンズ（ロッドレンズ）８４を使用すると、１００μｍであったビームサイズ（幅）が１７０μｍ以上に大きくなるため、ビーム品質が悪化してしまう。
特表平１０−５０３８８５号公報Next, the slow axis direction will be described. When the numerical aperture (NA) 0.1 increases from thelight emitting point 80 of thelaser diode array 82 to theincident end 86A of thewaveguide 86 which is separated by 350 μm, the incidence of thewaveguide 86 is increased. The beam size (width) of the laser beam in the slow axis direction at theend 86A is 170 μm, and thewaveguide 86 has a width (core width) of 170 μm or more. That is, when the beam collimator lens (rod lens) 84 is used, the beam size (width) which was 100 μm becomes larger than 170 μm, and the beam quality is deteriorated.
Japanese National Patent Publication No. 10-503858

そこで、本発明は、上記事情に鑑み、部品点数を削減できて製造コストを低減できるとともに、ビーム品質の悪化を防止できるレーザー集光装置を得ることを目的とする。  In view of the above circumstances, an object of the present invention is to obtain a laser condensing device that can reduce the number of parts, reduce manufacturing costs, and prevent deterioration of beam quality.

上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載のレーザー集光装置は、アレイ状に配列された複数の発光点を有するレーザーバーと、前記レーザーバーの発光点と対向するようにアレイ状に配列され、該レーザーバーから出射されたレーザー光が入射される入射部がシリンドリカルレンズ状に形成されている光ファイバーと、を備えたことを特徴としている。  In order to achieve the above object, a laser condensing device according toclaim 1 of the present invention is opposed to a laser bar having a plurality of light emitting points arranged in an array, and a light emitting point of the laser bar. And an optical fiber in which an incident portion into which the laser light emitted from the laser bar is incident is formed in a cylindrical lens shape.

請求項１に記載の発明によれば、光ファイバーの入射部をシリンドリカルレンズ状に形成し、レンズと光ファイバーを一体にしたので、従来３点必要だった光学部品点数を２点に削減できる。したがって、光軸調整も容易になり、製造コストを低減できる。また、光ファイバーの入射部がシリンドリカルレンズ状に形成されているため、光ファイバーをレーザーバーに近接して対向配置できる。したがって、レーザーバーから光ファイバーの入射部までの間で、光の損失を少なくすることができる。よって、ビーム品質の悪化を防止できる。  According to the first aspect of the present invention, since the incident portion of the optical fiber is formed in a cylindrical lens shape, and the lens and the optical fiber are integrated, the number of optical parts that conventionally required three points can be reduced to two. Therefore, the optical axis can be easily adjusted, and the manufacturing cost can be reduced. Further, since the incident portion of the optical fiber is formed in a cylindrical lens shape, the optical fiber can be disposed close to the laser bar. Therefore, the loss of light can be reduced between the laser bar and the incident portion of the optical fiber. Therefore, deterioration of beam quality can be prevented.

また、請求項２に記載のレーザー集光装置は、請求項１に記載のレーザー集光装置において、前記光ファイバーの数量が前記発光点と同数以下であることを特徴としている。  Further, the laser condensing device according toclaim 2 is characterized in that in the laser condensing device according toclaim 1, the number of the optical fibers is equal to or less than the number of the light emitting points.

請求項２に記載の発明によれば、発光点に対して、光ファイバーの本数を減らすことができる。つまり、部品点数を減らすことができるので、光軸調整も容易になり、製造コストを低減できる。  According to the second aspect of the present invention, the number of optical fibers can be reduced with respect to the light emitting point. That is, since the number of parts can be reduced, the optical axis can be easily adjusted, and the manufacturing cost can be reduced.

また、請求項３に記載のレーザー集光装置は、請求項１又は請求項２に記載のレーザー集光装置において、前記光ファイバーの断面形状が矩形状であることを特徴としている。  According to a third aspect of the present invention, in the laser condensing device according to the first or second aspect, the cross-sectional shape of the optical fiber is rectangular.

請求項３に記載の発明によれば、光ファイバーの出射部の配列を任意かつ容易に変更することができる。したがって、任意の出射パターンが形成できる。  According to the third aspect of the present invention, the arrangement of the emitting portions of the optical fiber can be arbitrarily and easily changed. Therefore, an arbitrary emission pattern can be formed.

また、請求項４に記載のレーザー集光装置は、請求項３に記載のレーザー集光装置において、レーザー光を出射する前記光ファイバーの出射部が、全数もしくはその一部が積層されてバンドル化されていることを特徴としている。  According to a fourth aspect of the present invention, in the laser condensing device according to the third aspect, all or a part of the emitting portions of the optical fiber that emits the laser light are laminated and bundled. It is characterized by having.

請求項４に記載の発明によれば、レーザーバーからアレイ状に出射された複数のレーザー光を、光ファイバーの出射部では積層状に出射することができるので、光密度を高めることができる。つまり、ビーム品質の高い光源とすることができる。  According to the fourth aspect of the present invention, since a plurality of laser beams emitted from the laser bar in an array can be emitted in a laminated manner at the emission part of the optical fiber, the light density can be increased. That is, a light source with high beam quality can be obtained.

また、請求項５に記載のレーザー集光装置は、請求項４に記載のレーザー集光装置において、前記出射部の所定領域におけるクラッドの厚さが、他の領域におけるクラッドの厚さよりも薄く形成されていることを特徴としている。  According to a fifth aspect of the present invention, in the laser condensing device according to the fourth aspect, the clad thickness in the predetermined region of the emitting portion is made thinner than the clad thickness in the other region. It is characterized by being.

請求項５に記載の発明によれば、光ファイバーの出射部の所定領域におけるクラッドの厚さが、他の領域におけるクラッドの厚さよりも薄く形成されているため、その出射部において、コアの充填率を一層高くできる。したがって、ビーム品質を更に高められる。  According to the fifth aspect of the present invention, since the cladding thickness in the predetermined region of the emission part of the optical fiber is formed thinner than the thickness of the cladding in the other region, the filling rate of the core in the emission part Can be further increased. Therefore, the beam quality can be further improved.

以上のように、本発明によれば、部品点数を削減できて製造コストを低減できるとともに、ビーム品質の悪化を防止できるレーザー集光装置を提供することができる。  As described above, according to the present invention, it is possible to provide a laser condensing device capable of reducing the number of parts and manufacturing costs and preventing deterioration of beam quality.

以下、本発明の最良な実施の形態について、図面に示す実施例を基に詳細に説明する。図１は本実施形態に係るレーザー集光装置の構成を示す概略斜視図であり、図２は光ファイバーの入射部の形状を示す概略側面図と概略平面図、図３は光ファイバーの出射部の構成を示す概略正面図である。なお、説明の便宜上、矢印Ｘ方向を幅方向（遅軸方向）、矢印Ｙ方向を前後方向、矢印Ｚ方向を高さ方向（速軸方向）とする。  DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail based on the embodiments shown in the drawings. FIG. 1 is a schematic perspective view showing a configuration of a laser condensing device according to the present embodiment, FIG. 2 is a schematic side view and a schematic plan view showing a shape of an incident portion of an optical fiber, and FIG. 3 is a configuration of an emitting portion of the optical fiber. It is a schematic front view which shows. For convenience of explanation, the arrow X direction is the width direction (slow axis direction), the arrow Y direction is the front-rear direction, and the arrow Z direction is the height direction (fast axis direction).

図１で示すように、このレーザー集光装置１０は、幅方向（矢印Ｘ方向）に一直線上に配列された複数の発光点２０を有し、それぞれ同一方向に向けてレーザー光を出射する半導体レーザーバー１２と、半導体レーザーバー１２から出射されたレーザー光が入射され、その入射されたレーザー光を所定の方向に導く（伝送する）複数の光ファイバー１４と、を備えている。  As shown in FIG. 1, thislaser condensing device 10 has a plurality oflight emitting points 20 arranged in a straight line in the width direction (arrow X direction), and each emits laser light in the same direction. Alaser bar 12 and a plurality ofoptical fibers 14 on which laser light emitted from thesemiconductor laser bar 12 is incident and which guides (transmits) the incident laser light in a predetermined direction are provided.

半導体レーザーバー１２は、フォトプロセスによって製造され、発光点２０の位置を正確に規定できるようになっている。なお、半導体レーザーバー１２としては、発光点２０の幅方向（矢印Ｘ方向）の断面寸法や数量によって数種類のものがあるが、本実施例では、その中でも最も一般的な、幅１００μｍ、高さ１μｍとされた（高さ方向よりも幅方向が長い）矩形型形状の発光点２０を、２００μｍピッチ（図６参照）で４８個、アレイ状に配置して構成している。  Thesemiconductor laser bar 12 is manufactured by a photo process so that the position of thelight emitting point 20 can be accurately defined. There are several types ofsemiconductor laser bars 12 depending on the cross-sectional dimension and quantity of thelight emitting point 20 in the width direction (arrow X direction). In the present embodiment, the most common width is 100 μm and height. Forty-eight rectangularlight emitting points 20 having a length of 1 μm (longer in the width direction than in the height direction) are arranged in an array at a pitch of 200 μm (see FIG. 6).

また、光ファイバー１４は、半導体レーザーバー１２の発光点２０に対向して同数（４８本）配置され、その幅方向（矢印Ｘ方向）の断面形状が、発光点２０の幅方向（矢印Ｘ方向）の断面形状に相応した（高さ方向よりも幅方向が長い）矩形型形状とされており、発光点２０から出射されたレーザー光が入射されるレーザー光入射部１６が、発光点２０と同間隔でアレイ状に（一直線状に）配置されている。そして、このレーザー光入射部１６のアレイ状に配列された入射端１６Ａの前後方向（矢印Ｙ方向）における断面形状が、図２で示すように、シリンドリカルレンズ状とされている。  Further, the same number (48) ofoptical fibers 14 are arranged facing thelight emitting point 20 of thesemiconductor laser bar 12, and the cross-sectional shape in the width direction (arrow X direction) is the width direction of the light emitting point 20 (arrow X direction). The laserlight incident portion 16 into which the laser light emitted from thelight emitting point 20 is incident is the same as that of thelight emitting point 20. They are arranged in an array (in a straight line) at intervals. And the cross-sectional shape in the front-back direction (arrow Y direction) of the incident ends 16A arranged in an array of the laserlight incident portions 16 is a cylindrical lens shape as shown in FIG.

また、光ファイバー１４のレーザー光出射部１８は、図３で示すように、幅方向（矢印Ｘ方向）の断面形状が、高さ方向よりも幅方向が長い矩形型形状になるため、全数もしくはその一部を、高さ方向（矢印Ｚ方向）に密に積層して束ねることが容易にできる。したがって、このレーザー光出射部１８は、任意の形状にバンドル化することができる。  Further, as shown in FIG. 3, the laserlight emitting portions 18 of theoptical fiber 14 have a rectangular shape whose cross-sectional shape in the width direction (arrow X direction) is longer in the width direction than in the height direction. A part can be easily stacked and bundled densely in the height direction (arrow Z direction). Therefore, the laserbeam emitting portion 18 can be bundled into an arbitrary shape.

また、このような矩形状光ファイバー１４は、一般的な製造方法である光ファイバー母材を紡糸するという方法において、通常、円形状の光ファイバー母材を用いるところを、矩形状の光ファイバー母材を用いて紡糸することで、容易に製造することができる。なお、光ファイバー１４の材料としては、一般的なＳｉＯ_２やプラスチック等が使用できる。In addition, in the method of spinning an optical fiber preform, which is a general manufacturing method, such a rectangularoptical fiber 14 is usually used instead of a circular optical fiber preform by using a rectangular optical fiber preform. It can be easily manufactured by spinning. As the material of theoptical fiber 14, a typical SiO₂ or plastic can be used.

また、光ファイバー１４は、図１で示すように、側面視略台形状とされた保持部材２２とカバー２６で保持することができる。すなわち、保持部材２２の表面（上面）には、光ファイバー１４の寸法よりも僅かに大きい寸法とされた収納溝２４が、半導体レーザーバー１２の発光点２０と同間隔に複数（光ファイバー１４の本数分）形成されており、その収納溝２４内に光ファイバー１４を挿入して、カバー２６で固定することにより、容易に保持することができる。なお、保持部材２２及びカバー２６の材料としては、ガラス、金属、セラミックス、プラスチック等が使用できる。  Further, as shown in FIG. 1, theoptical fiber 14 can be held by a holdingmember 22 and acover 26 that are substantially trapezoidal in a side view. That is, on the surface (upper surface) of the holdingmember 22, a plurality ofstorage grooves 24 that are slightly larger than the dimensions of theoptical fiber 14 are provided at the same interval as thelight emitting points 20 of the semiconductor laser bar 12 (for the number of optical fibers 14). ), And can be easily held by inserting theoptical fiber 14 into thestorage groove 24 and fixing it with thecover 26. As a material for the holdingmember 22 and thecover 26, glass, metal, ceramics, plastic, or the like can be used.

また、収納溝２４の形成方法としては、使用する材料に応じて機械加工やエッチング等、一般的な方法が使用できる。本実施例においては、半導体レーザーバー１２から出射されるレーザー光の強度が非常に高いことから、レーザー光の吸収による加熱を考慮して、レーザー光に対して透過率が高いガラスを用い、機械加工により収納溝２４を形成している。また、レーザー光入射部１６の入射端１６Ａにおけるシリンドリカルレンズ状の加工方法としては、保持部材２２及びカバー２６ごと、シリンドリカルレンズ状に研磨することで形成することができる。  Moreover, as a formation method of the accommodation groove |channel 24, general methods, such as machining and an etching, can be used according to the material to be used. In this embodiment, since the intensity of the laser beam emitted from thesemiconductor laser bar 12 is very high, glass having a high transmittance with respect to the laser beam is used in consideration of heating by absorption of the laser beam. Thestorage groove 24 is formed by processing. Moreover, as a cylindrical lens-shaped processing method at theincident end 16A of the laserlight incident portion 16, the holdingmember 22 and thecover 26 can be formed by polishing them into a cylindrical lens shape.

以上のような構成のレーザー集光装置１０において、次にその作用について説明する。半導体レーザーバー１２の発光点２０から出射されたレーザー光は、光ファイバー１４のレーザー光入射部１６に入射される。このとき、このレーザー光入射部１６における入射端１６Ａは、シリンドリカルレンズ状に形成されているので、従来、光ファイバー１４にレーザー光を入射させるために必要とされたレンズが不要になり、部品点数を削減することができる。したがって、光軸調整も容易になり、部品コスト、光軸調整コスト等の製造コストを低減することができる。  Next, the operation of thelaser condensing apparatus 10 configured as described above will be described. Laser light emitted from thelight emitting point 20 of thesemiconductor laser bar 12 is incident on the laserlight incident portion 16 of theoptical fiber 14. At this time, since theincident end 16A in the laserlight incident portion 16 is formed in a cylindrical lens shape, a lens conventionally required for making the laser light incident on theoptical fiber 14 becomes unnecessary, and the number of parts is reduced. Can be reduced. Therefore, the optical axis can be easily adjusted, and manufacturing costs such as component costs and optical axis adjustment costs can be reduced.

また、レーザー光入射部１６の入射端１６Ａをシリンドリカルレンズ状に形成することにより、半導体レーザーバー１２の発光点２０と、レーザー光入射部１６の入射端１６Ａを従来よりも近接して対向配置することができる。したがって、光ファイバー１４の幅方向（矢印Ｘ方向）における断面寸法（幅及び高さ）を、発光点２０のビームサイズ（幅及び高さ）と、ほぼ同等にすることができる（同等か、それよりも若干大きくするだけで済む）。よって、発光点２０から出射されたレーザー光のビームサイズを保持したまま、言い換えればビーム品質を悪化させることなく、光ファイバー１４のレーザー光出射部１８から、レーザー光を出射させることが可能となる。  Further, by forming theincident end 16A of the laserlight incident portion 16 in a cylindrical lens shape, thelight emitting point 20 of thesemiconductor laser bar 12 and theincident end 16A of the laserlight incident portion 16 are disposed closer to each other and opposed to each other. be able to. Therefore, the cross-sectional dimensions (width and height) in the width direction (arrow X direction) of theoptical fiber 14 can be made substantially equal to (or equivalent to) the beam size (width and height) of thelight emitting point 20. Just make it slightly larger). Therefore, it is possible to emit laser light from the laserlight emitting portion 18 of theoptical fiber 14 while maintaining the beam size of the laser light emitted from thelight emitting point 20, in other words, without deteriorating the beam quality.

これを具体的な寸法（数値）を用いて説明すると、図２で示すように、本実施形態に係るレーザー集光装置１０において、一般的な半導体レーザーバー１２の発光点２０の寸法は、幅１００μｍ、高さ１μｍであり、その発光点２０から出射されるレーザー光の開口数（ＮＡ）は、速軸方向０．３、遅軸方向０．１である。また、ここで使用される光ファイバー１４の開口数（ＮＡ）は、速軸方向・遅軸方向共に０．１である。  This will be described using specific dimensions (numerical values). As shown in FIG. 2, in thelaser focusing apparatus 10 according to the present embodiment, the dimension of thelight emitting point 20 of the generalsemiconductor laser bar 12 is the width. The numerical aperture (NA) of laser light emitted from thelight emitting point 20 is 0.3 in the fast axis direction and 0.1 in the slow axis direction. The numerical aperture (NA) of theoptical fiber 14 used here is 0.1 in both the fast axis direction and the slow axis direction.

そして、光ファイバー１４のレーザー光入射部１６における入射端１６Ａのシリンドリカルレンズ形状は、先端の曲率半径が７．２μｍの非球面形状とされている。つまり、その入射端１６Ａは、曲率半径７．２μｍ相当の非球面レンズ形状とされている。そして、その焦点位置は、そこから１５μｍ離れた位置とされている。  The cylindrical lens shape of theincident end 16A in the laserlight incident portion 16 of theoptical fiber 14 is an aspherical shape having a tip radius of curvature of 7.2 μm. That is, theincident end 16A has an aspheric lens shape corresponding to a curvature radius of 7.2 μm. The focal position is a position 15 μm away from the focal position.

したがって、まず図２（Ａ）の側面図で示す速軸方向（矢印Ｚ方向）について説明すると、レーザー光を開口数（ＮＡ）０．３から、開口数（ＮＡ）０．１へ変換して光ファイバー１４のレーザー光入射部１６に入射させるためには、半導体レーザーバー１２の発光点２０とレーザー光入射部１６の入射端１６Ａとの距離Ｄを１５μｍとすればよく、これによって、速軸方向のレーザー光を光ファイバー１４に全て入射させることができる。  Accordingly, first, the fast axis direction (arrow Z direction) shown in the side view of FIG. 2A will be described. Laser light is converted from a numerical aperture (NA) 0.3 to a numerical aperture (NA) 0.1. In order to enter the laserlight incident portion 16 of theoptical fiber 14, the distance D between thelight emitting point 20 of thesemiconductor laser bar 12 and theincident end 16A of the laserlight incident portion 16 may be set to 15 μm. All of the laser beam can be incident on theoptical fiber 14.

つまり、そのシリンドリカルレンズ（非球面レンズ）形状とされた入射端１６Ａの焦点位置（距離Ｄ＝１５μｍとされた位置）に半導体レーザーバー１２の発光点２０を置くと、速軸方向のレーザー光は、開口数（ＮＡ）０．１に変換されて、光ファイバー１４に入射できることになる。なお、そのときの速軸方向のレーザー光のビームサイズ（高さ）は４μｍとなり、光ファイバー１４の高さとしては４μｍ以上のものが必要となる。この高さは、従来技術とほぼ同じになっている。  That is, when thelight emitting point 20 of thesemiconductor laser bar 12 is placed at the focal position (position where the distance D = 15 μm) of theincident end 16A having the cylindrical lens (aspheric lens) shape, the laser beam in the fast axis direction is emitted. The numerical aperture (NA) is converted to 0.1 so that the light can enter theoptical fiber 14. The beam size (height) of the laser beam in the fast axis direction at that time is 4 μm, and the height of theoptical fiber 14 is required to be 4 μm or more. This height is almost the same as the prior art.

次に、図２（Ｂ）の平面図で示す遅軸方向（矢印Ｘ方向）について説明すると、レーザー光は、開口数（ＮＡ）０．１で拡がりながら、１５μｍ離れた光ファイバー１４のレーザー光入射部１６における入射端１６Ａに到達するが、そのときの遅軸方向のレーザー光のビームサイズ（幅）は１０３μｍである。これは、半導体レーザーバー１２の発光点２０の幅（１００μｍ）とほぼ同じである。  Next, the slow axis direction (arrow X direction) shown in the plan view of FIG. 2B will be described. Laser light is incident on theoptical fiber 14 separated by 15 μm while spreading with a numerical aperture (NA) of 0.1. Thebeam 16 reaches theincident end 16A in theportion 16, and the beam size (width) of the laser beam in the slow axis direction at that time is 103 μm. This is almost the same as the width (100 μm) of thelight emitting point 20 of thesemiconductor laser bar 12.

したがって、この場合、光ファイバー１４の幅（コア３０の幅）を１０３μｍ以上にすれば、遅軸方向に拡がったレーザー光を全て入射させることができることになり、ビーム品質の悪化を防止することができる。つまり、半導体レーザーバー１２の発光点２０から、光ファイバー１４の出射部１８（出射端１８Ａ）までのビーム品質は、殆ど変わることがなく、これによって、従来よりもビーム品質を向上させることができる。  Therefore, in this case, if the width of the optical fiber 14 (the width of the core 30) is set to 103 μm or more, all the laser light spread in the slow axis direction can be incident, and deterioration of the beam quality can be prevented. . That is, the beam quality from thelight emitting point 20 of thesemiconductor laser bar 12 to the emission part 18 (emission end 18A) of theoptical fiber 14 is hardly changed, and thereby the beam quality can be improved as compared with the prior art.

なお、本実施形態に係るレーザー集光装置１０においては、光軸ずれの誤差を考慮して、光ファイバー１４のコア３０の幅方向（矢印Ｘ方向）における断面寸法を幅１１０μｍ、高さ２０μｍとし、クラッド３２を含めた光ファイバー１４全体の断面寸法を幅１３０μｍ、高さ４０μｍとしている。  In thelaser condensing device 10 according to the present embodiment, in consideration of the error of the optical axis deviation, the cross-sectional dimension in the width direction (arrow X direction) of thecore 30 of theoptical fiber 14 is 110 μm wide and 20 μm high, The entire cross-sectional dimension of theoptical fiber 14 including the clad 32 is 130 μm wide and 40 μm high.

こうして、光ファイバー１４に入射されたレーザー光は、レーザー光出射部１８の出射端１８Ａから出射される。この出射端１８Ａは、光ファイバー１４の幅方向（矢印Ｘ方向）の断面形状が矩形型形状であることから、高さ方向に複数本（この場合は４８本）、隙間無く密に積層して束ねることが容易にでき、全体で光密度の高いバンドル部２８を構成することができる。  Thus, the laser light incident on theoptical fiber 14 is emitted from theemission end 18A of the laserlight emission unit 18. Since the cross-sectional shape in the width direction (arrow X direction) of theoptical fiber 14 is a rectangular shape, theemission end 18A has a plurality (48 in this case) in the height direction and is densely stacked and bundled without a gap. Therefore, thebundle portion 28 having a high light density as a whole can be configured.

これを具体的な寸法（数値）を用いて説明すると、図３で示すように、幅１３０μｍ、高さ４０μｍの断面寸法を有する光ファイバー１４のレーザー光出射部１８を、高さ方向に密に４８本積み重ねると、そのレーザー光出射部１８における出射端１８Ａのコア３０の断面寸法は、幅１１０μｍ、高さ１．８８ｍｍ（１８８０μｍ）となる。  This will be described using specific dimensions (numerical values). As shown in FIG. 3, the laserlight emitting section 18 of theoptical fiber 14 having a cross-sectional dimension of 130 μm wide and 40 μm high is closely packed in the height direction. When this stacking is performed, the cross-sectional dimensions of the core 30 at theemission end 18A in the laserbeam emission portion 18 are 110 μm in width and 1.88 mm (1880 μm) in height.

もし、同じ効果を、一般的に用いられる円形状の光ファイバー（図示省略）で得ようとすると、コア径φ３００μｍの断面寸法が必要となり、クラッドも含めると、円形状光ファイバーの断面寸法は更に大きいものになる。この円形状光ファイバーを、矩形状光ファイバー１４と同数（４８本）密に束ねてバンドル部２８とすることを想定すると、矩形状光ファイバー１４の方が、光密度が高いことは明白である。  If the same effect is to be obtained with a generally used circular optical fiber (not shown), a cross-sectional dimension of a core diameter of φ300 μm is required, and the cross-sectional dimension of the circular optical fiber is even larger when the cladding is included. become. Assuming that this circular optical fiber is bundled in the same number (48) as the rectangularoptical fiber 14 to form abundle portion 28, it is clear that the rectangularoptical fiber 14 has a higher light density.

なお、バンドル部２８の光密度を更に高める他の方法としては、図４で示すように、バンドル部２８とされている出射端１８Ａ付近における光ファイバー１４のクラッド３２を、エッチング等により、数μｍを残して除去し、その出射端１８Ａ付近のクラッド３２の厚さを、他の部分（他の領域）のクラッド３２の厚さよりも薄くする方法がある。これにより、コア３０の充填率が一層高くなり、光密度を更に高めることができる。  As another method for further increasing the light density of thebundle portion 28, as shown in FIG. 4, thecladding 32 of theoptical fiber 14 near theemission end 18A, which is thebundle portion 28, is etched by several μm. There is a method in which the thickness of the clad 32 in the vicinity of theemission end 18A is made thinner than the thickness of the clad 32 in other portions (other regions). Thereby, the filling rate of the core 30 can be further increased, and the light density can be further increased.

具体的には、図４で示すように、光ファイバー１４のバンドル化される出射端１８Ａ付近において、片側１０μｍとされているクラッド３２を、エッチング等により、約８μｍ除去する。つまり、出射端１８Ａ付近のクラッド３２の厚さを約２μｍにする。すると、出射端１８Ａ付近での光ファイバー１４の断面寸法は、幅１１４μｍ、高さ２４μｍとなる。  Specifically, as shown in FIG. 4, about 8 μm of the clad 32 that is 10 μm on one side is removed by etching or the like in the vicinity of theemission end 18 </ b> A bundled with theoptical fiber 14. That is, the thickness of the clad 32 near theemission end 18A is set to about 2 μm. Then, the cross-sectional dimension of theoptical fiber 14 in the vicinity of theemission end 18A is 114 μm in width and 24 μm in height.

このような構成の出射端１８Ａを備えた光ファイバー１４のレーザー光出射部１８を、図３で示したものと同様に、高さ方向に４８本密に束ねてバンドル部２８とすると、レーザー光出射部１８の出射端１８Ａにおけるコア３０の断面寸法は、幅１１０μｍ、高さ１．１４８ｍｍ（１１４８μｍ）となり、光密度は明らかに高くなる。  When the laserbeam emitting portions 18 of theoptical fiber 14 having theemission end 18A having such a configuration are bundled in a bundle of 48 in the height direction in the same manner as shown in FIG. The cross-sectional dimensions of the core 30 at theexit end 18A of theportion 18 are 110 μm wide and 1.148 mm (1148 μm) high, and the light density is clearly increased.

一般に、光の長距離伝送を目的とする光ファイバー１４のクラッド３２は、全長に亘って透過率を維持するため、相応の厚さを必要とする。例えば本実施例では、クラッド３２の厚さを１０μｍとしている。しかしながら、図５で示すように、例えば全長１ｍの矩形状光ファイバー１４において、その出射端１８Ａから２０ｍｍまでの領域をエッチングして、その領域だけクラッド３２の厚さを２μｍとしても、光ファイバー１４の透過率は９８％を維持し、殆ど影響が出ない。  In general, the clad 32 of theoptical fiber 14 for the purpose of long-distance transmission of light requires a corresponding thickness in order to maintain the transmittance over the entire length. For example, in this embodiment, the thickness of the clad 32 is 10 μm. However, as shown in FIG. 5, for example, in a rectangularoptical fiber 14 having a total length of 1 m, even if the region from the emission end 18A to 20 mm is etched and the thickness of the clad 32 is set to 2 μm only in that region, the transmission through theoptical fiber 14 The rate is maintained at 98% and has almost no effect.

これに対し、例えば全長１ｍの矩形状光ファイバー１４の全長に亘ってクラッド３２の厚さを２μｍとした場合には、光ファイバー１４の透過率は３５％となり、光の損失が格段に増加する（透過率が悪化してしまう）ことが確認されている。したがって、クラッド３２を除去する部位は、光ファイバー１４のレーザー光出射部１８における出射端１８Ａ付近のみという限られた領域であることが重要で、その領域内（本実施例の場合は出射端１８Ａから２０ｍｍ以内）であれば、透過率が悪化するおそれはない。  On the other hand, for example, when the thickness of thecladding 32 is 2 μm over the entire length of the rectangularoptical fiber 14 having a total length of 1 m, the transmittance of theoptical fiber 14 is 35%, and the loss of light is remarkably increased (transmission). It is confirmed that the rate will deteriorate. Therefore, it is important that the portion where the clad 32 is removed is a limited area only in the vicinity of theemission end 18A of the laserbeam emission portion 18 of theoptical fiber 14, and within that area (in this embodiment, from theemission end 18A). If it is within 20 mm, there is no possibility that the transmittance will deteriorate.

また、上記実施例では、１つの発光点２０に対して１本の光ファイバー１４で受光するする例を示したが、光ファイバー１４の幅寸法のみを大きくすることで、１本の光ファイバー１４で複数の発光点２０を同時に受光することも可能である。これにより、光ファイバー１４の数量を減らすことができるので、部品点数を削減することができ、光軸調整も更に容易に実行できるようになる。  In the above embodiment, an example in which light is received by oneoptical fiber 14 with respect to onelight emitting point 20 has been shown. However, by increasing only the width dimension of theoptical fiber 14, a plurality ofoptical fibers 14 can be used. It is also possible to simultaneously receive thelight emitting point 20. Thereby, since the quantity of theoptical fibers 14 can be reduced, the number of parts can be reduced, and the optical axis adjustment can be performed more easily.

図６はその実施例を示したもので、同時に２つの発光点２０からのレーザー光を１本の光ファイバー１４で受光するようにした例である。具体的には、光ファイバー１４のコア３０の幅寸法を３１０μｍとすれば、１００μｍ間隔で置かれた幅１００μｍの２つの発光点２０を１本の光ファイバー１４で同時に受光することができる。これによれば、半導体レーザーバー１２の全ての発光点２０を、２４本の光ファイバー１４で受光できることになる。  FIG. 6 shows an embodiment thereof, in which laser light from two light emittingpoints 20 is received by oneoptical fiber 14 at the same time. Specifically, if the width dimension of thecore 30 of theoptical fiber 14 is 310 μm, two light emittingpoints 20 with a width of 100 μm arranged at intervals of 100 μm can be simultaneously received by oneoptical fiber 14. According to this, all thelight emitting points 20 of thesemiconductor laser bar 12 can be received by the 24optical fibers 14.

また、バンドル部２８は、図７で示すように、光ファイバー１４の配置によって、様々な形状とすることができる。例えば、階段状に積層された複数のバンドル部２８に分割することも可能であるし、逆に複数のレーザー集光装置１０からの光ファイバー１４を全て束ねて、１つのバンドル部２８とすることもできる。このように、レーザー光出射部１８は、その配列を任意かつ容易に変更することができ、出射パターンを任意に形成することができる。  Moreover, thebundle part 28 can be made into various shapes by arrangement | positioning of theoptical fiber 14, as shown in FIG. For example, it is possible to divide into a plurality ofbundle portions 28 stacked in a staircase shape, or conversely bundle all theoptical fibers 14 from the plurality oflaser focusing devices 10 into onebundle portion 28. it can. Thus, the arrangement of the laserbeam emitting section 18 can be arbitrarily and easily changed, and an emission pattern can be arbitrarily formed.

本実施形態に係るレーザー集光装置の構成を示す概略斜視図Schematic perspective view showing the configuration of the laser condensing device according to the present embodiment（Ａ）光ファイバーの入射部の形状を示す概略側面図、（Ｂ）光ファイバーの入射部の形状を示す概略平面図(A) Schematic side view showing the shape of the incident portion of the optical fiber, (B) Schematic plan view showing the shape of the incident portion of the optical fiber光ファイバーの出射部の構成を示す概略正面図Schematic front view showing the configuration of the output part of the optical fiber（Ａ）光ファイバーの出射部の別構成を示す概略側面図、（Ｂ）光ファイバーの出射部の別構成を示す概略正面図(A) Schematic side view showing another configuration of the emission portion of the optical fiber, (B) Schematic front view showing another configuration of the emission portion of the optical fiberクラッドの厚さと透過率との関係を示すグラフGraph showing the relationship between cladding thickness and transmittance発光点に対する光ファイバーの入射部の構成を示す概略正面図Schematic front view showing the configuration of the incident part of the optical fiber with respect to the light emitting point光ファイバーの出射部の別構成を示す概略斜視図The schematic perspective view which shows another structure of the output part of an optical fiber（Ａ）従来の光ファイバーの入射部側の構成を示す概略側面図、（Ｂ）従来の光ファイバーの入射部側の構成を示す概略平面図(A) The schematic side view which shows the structure by the side of the incident part of the conventional optical fiber, (B) The schematic plan view which shows the structure by the side of the incident part of the conventional optical fiber

符号の説明Explanation of symbols

１０ レーザー集光装置
１２ 半導体レーザーバー
１４ 光ファイバー
１６ レーザー光入射部
１６Ａ 入射端
１８ レーザー光出射部
１８Ａ 出射端
２０ 発光点
２２ 保持部材
２４ 収納溝
２６ カバー
２８ バンドル部
３０ コア
３２ クラッドDESCRIPTION OFSYMBOLS 10Laser condensing apparatus 12Semiconductor laser bar 14Optical fiber 16 Laserlight incident part 16A Incidence end 18 Laserlight emission part18A Output end 20Light emitting point 22 Holdingmember 24Storage groove 26Cover 28Bundle part 30Core 32 Cladding

Claims (5)

Translated fromJapanese

アレイ状に配列された複数の発光点を有するレーザーバーと、
前記レーザーバーの発光点と対向するようにアレイ状に配列され、該レーザーバーから出射されたレーザー光が入射される入射部がシリンドリカルレンズ状に形成されている光ファイバーと、
を備えたことを特徴とするレーザー集光装置。A laser bar having a plurality of light emitting points arranged in an array;
An optical fiber arranged in an array so as to face the light emitting point of the laser bar, and an incident part into which a laser beam emitted from the laser bar is incident is formed in a cylindrical lens shape;
A laser condensing device comprising: 前記光ファイバーの数量が前記発光点と同数以下であることを特徴とする請求項１に記載のレーザー集光装置。  2. The laser condensing device according to claim 1, wherein the number of the optical fibers is equal to or less than the number of the light emitting points. 前記光ファイバーの断面形状が矩形状であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザー集光装置。  The laser condensing device according to claim 1, wherein a cross-sectional shape of the optical fiber is rectangular. レーザー光を出射する前記光ファイバーの出射部は、全数もしくはその一部が積層されてバンドル化されていることを特徴とする請求項３に記載のレーザー集光装置。  The laser condensing device according to claim 3, wherein all or a part of the emission parts of the optical fiber that emits laser light are laminated and bundled. 前記出射部の所定領域におけるクラッドの厚さが、他の領域におけるクラッドの厚さよりも薄く形成されていることを特徴とする請求項４に記載のレーザー集光装置。  The laser condensing device according to claim 4, wherein a thickness of a clad in a predetermined region of the emission part is formed thinner than a thickness of a clad in another region.

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