説明

レーザビームを形成するための装置

【課題】 レーザビームが光ファイバに入射可能なようにレーザビームを形成することが可能なレーザビームを形成するための装置であって、簡単で、コスト的に有利であって、効率的に構成されてなる装置を提供する。
【解決手段】 レーザビームを形成するための装置は、第1の方向(Y)に関してレーザビームを偏向および/もしくは結像またはコリメートするための第1のレンズ手段と、第2の方向(X)に関してレーザビームを偏向および/もしくは結像またはコリメートするための第2のレンズ手段とを含み、第1および第2のレンズ手段は、構成部材(1)中または構成部材(1)上に実現される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、請求項1の上位概念に従ったレーザビームを形成するための装置に関する。
【0002】
定義 レーザビームの伝播方向において、レーザビームの中心伝播方向、特に、これが平面波ではない場合、または少なくとも部分的に発散している場合。レーザビーム、光ビーム、部分ビーム、またはビームについては、別段の記載がない限り、幾何光学の理想的ビームを意味しているのではなく、現実の光ビーム、たとえば、無限小ではなく、拡大するビーム断面を有するレーザビームであって、ガウスプロファイルまたはトップハットプロファイルを有するレーザビームである。光は、可視スペクトル領域だけでなく、赤外および紫外スペクトル領域をも意味するものとする。
【背景技術】
【0003】
冒頭において述べたタイプの装置は、たとえば、特許文献1から知られる。それには、レーザダイオードバーから出射されるレーザビームが、複数のマイクロオプティックスとマクロオプティックスとの組合わせによって、光ファイバの入射面にフォーカスされる。これらの方法は、多くの構成要素とファイバにレーザダイオードバーを結合するための調整ステップとを必要とし、したがって、ファイバが結合されたレーザダイオードモジュールの生産に高額の費用と時間を要することになる。
【0004】
特許文献2から、モノリシック構成部材が知られ、かかるモノリシック構成部材は、入射面上に、縦横に互いにシフトした速軸コリメーション用レンズアレイと、出射面上には、縦横に互いにシフトした遅軸コリメーション用レンズアレイを有している。この装置の場合にも、構成部材の後ろに、光ファイバの入射面上に各レーザビームをフォーカシングするための手段を設けることが必要である。さらにまた、構成部材の前には、各レーザビームの縦方向シフトのための手段が設けられ、それによって、レーザダイオードバーの各レーザビームが、縦方向にシフトされて設けられたシリンダレンズ上に現れるようにすることが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】欧州特許第1006382号明細書
【特許文献2】米国特許第6407870号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明が基礎とする課題は、冒頭で述べたタイプの装置であって、簡単で、および/またはコスト的に有利であって、および/または効率的に構成されてなる装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
このことは、本発明に従えば、請求項1の特徴を有する冒頭に述べたタイプの装置によって達成される。下位の請求項は、本発明の好ましい実施形態に関する。
【0008】
請求項1に従えば、第1および第2のレンズ手段が、構成部材中または構成部材に沿って実現される。したがって、場合によっては、各構成部材とファイバ結合を実現することが可能であって、したがって、装置のコストを低減することが可能となる。
【0009】
特に好ましくは、第1および第2のレンズ手段によって、光ファイバの入射面上にレーザビームを結像させてもよい。さらに好ましくは、レーザダイオードバーから出射するレーザビームの遅軸方向に関して、シリンダレンズアレイが設けられ、それを介して、レーザビームの少なくともいくつかを、光ファイバの入射面上へと偏向させてもよい。
【0010】
さらに詳しくは、本発明は、レーザビームが光ファイバに入射可能なようにレーザビームを形成することが可能なレーザビームを形成するための装置であって、
第1の方向に関してレーザビームを偏向および/もしくは結像またはコリメートするための第1のレンズ手段と、
第2の方向に関してレーザビームを偏向および/もしくは結像またはコリメートするための第2のレンズ手段とを含み、
第1および第2のレンズ手段は、構成部材中または構成部材に沿って実現されることを特徴とする装置である。
【0011】
本発明において、構成部材はモノリシック構成部材であることを特徴とする。
本発明において、第1のレンズ手段は、構成部材の第1の面に屈折構造によって形成され、第1の面は、特にレーザビームの入射面として機能することができることを特徴とする。
【0012】
本発明において、第2のレンズ手段は、構成部材の第2の面に屈折構造によって形成され、第2の面は第1の面に対向し、特にレーザビームの出射面として機能することができることを特徴とする。
【0013】
本発明において、該装置は、レーザダイオードバーまたはレーザダイオードバーのスタックから出射するレーザビームを形成するために機能することができ、第1の方向は速軸に対応し、第2の方向は遅軸に対応することを特徴とする。
【0014】
本発明において、第1のレンズ手段は、少なくとも1つの第1のシリンダレンズを有することを特徴とする。
【0015】
本発明において、第2のレンズ手段は、第2のシリンダレンズのアレイとして形成されることを特徴とする。
【0016】
本発明において、少なくとも1つの第1のシリンダレンズは、第2のシリンダレンズに垂直に配列されることを特徴とする。
【0017】
本発明において、第2のシリンダレンズのアレイのうちの第2のシリンダレンズの少なくともいくつかは非対称であり、第2の方向に関して、レーザダイオードバーまたはレーザダイオードバーのスタックのレーザビームの少なくともいくつか、特に外側のレーザビームは、内側のレーザビームよりも強く偏向させることができることを特徴とする。
【0018】
本発明において、少なくとも1つの第1のシリンダレンズは、第1の方向に関して、レーザダイオードバーまたはレーザダイオードバーのスタックのレーザビームを、光ファイバの入射面上に結像させることができるように形成されることを特徴とする。
【0019】
本発明において、第2のシリンダレンズのアレイの第2のシリンダレンズの少なくともいくつか、特に全部は、第2の方向に関して、レーザダイオードバーまたはレーザダイオードバーのスタックのレーザビームを、光ファイバの入射面上に結像させることができるように形成されることを特徴とする。
【0020】
本発明において、第1のレンズ手段は、第1の方向に並設される複数の第1のシリンダレンズを有し、それぞれの第1のシリンダレンズは、第1の方向に関して、レーザダイオードバーのスタックのそれぞれのレーザダイオードバーのレーザビームをそれぞれ偏向させることができることを特徴とする。
【0021】
本発明において、構成部材の第1の面および第2の面の両方に、レンズ手段が設けられることを特徴とする。
【0022】
本発明において、構成部材の第1の面または第2の面のいずれかに、レンズ手段が設けられることを特徴とする。
【0023】
本発明において、該装置は、レーザビームが1よりも多くの光ファイバに入射することできるように、レーザビームを形成することができることを特徴とする。
【0024】
本発明のさらなる特徴と利点は、添付の図面を参照した好ましい実施形態についての以下の説明によって明確になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】発明に従った装置の、それによって形成されたレーザビームと共に示す側面図である。
【図2】図1に従った前記装置の、それによって形成されたレーザビームと共に示す平面図である。
【図3】発明に従った装置の、接続される光ファイバを有する、該装置によって形成されたレーザビームと共に示す側面図である。
【図4】図3に従った装置の、接続される光ファイバを有する、該装置によって形成されたレーザビームと共に示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
図には、方向を分かりやすくするために、デカルト座標系を挿入している。
本発明の課題は、構成部材(一体構造のモノリシックマイクロ光学系)および調整ステップでのビーム形成を最小限まで低減し、ファイバ結合レーザダイオードモジュールの生産コストを有利とすることである。このビーム形成は、モノリシックマイクロ光学系の各構成部材1によって達成され(図1および図2参照)、各構成部材は、第1の、入射面として機能する面1a上に、第1のシリンダレンズ2を有し、第2の、出射面として機能する面1b上には、それに対して90°回転された第2のシリンダレンズアレイ4を有している。
【0027】
レーザダイオードバーのエミッタ3から出射されるレーザビーム6は、第1のシリンダレンズ2によって、速軸方向またはY方向において直接光ファイバ5の入射面7に結像される。第2のシリンダレンズ4は、遅軸方向またはX方向にそれぞれレーザビーム6を、図示された実施形態においては中心から外れて、光ファイバ5の入射面7上に結像する(図3および図4参照)。
【0028】
この場合、特に、X方向外側の、すなわち図2において上下にある第2のシリンダレンズ4は、中心の外側にあるレーザビーム6が、中心に対して、すなわち構成部材1の光学軸8に対して偏向されるように、非対称とされている(図2および図4参照)。それに対して、アレイの中心では、すなわち光学軸8に接して設けられた第2のシリンダレンズ4は対称またはわずかに非対称であるに過ぎない。第2のシリンダレンズ4の対称性は、中心から外側へ、すなわち、図2においては上下に減衰する。特に、構成部材1の光学軸8は、光ファイバの光学軸に対応させる、すなわちこれに同軸にしてもよい。
【0029】
図1および図2によって、ビーム形成の原理がよくわかる。その実施形態によって、小さなバー(10のエミッタ、100/500構造)を直接かつさらなるマクロ光学系を含めずに、NA=0.22の600μmのファイバに結合することが可能となる。理論上の結合効率(反射損失を含めない純粋な幾何学的光学損失の観点から)は95%である。測定された値は、結合効率90%±3%であった。
【0030】
代わりに、第1のシリンダレンズ2を第2の面1b上に、第2のシリンダレンズ4のアレイを第1の面1a上に設けてもよい。さらにまた、第1の面1aまたは第2の面1bのいずれかの上に、第1のシリンダレンズ2と第2のシリンダレンズ4のアレイとを設けてもよい。
【0031】
さらにまた、第1のシリンダレンズ2は、速軸に関してレーザビーム6を結像させるのではなく、コリメートさせてもよい。さらにまた、第2のシリンダレンズ4は、遅軸に関してレーザビーム6を結像させず、コリメートさせるのであって、レーザビームを光ファイバ5の入射面7に向う方向に偏向させてもよい。
【0032】
レーザダイオードバースタックのレーザビームを光ファイバ内に結合させるべきときには、各々がY方向に互いに重なる第1のシリンダレンズ2をさらに設けてもよい。これらは、異なるレーザダイオードバーから出射するレーザビームが、速軸、すなわちY方向に関して、中心すなわち光学軸8に対して(Y方向における光学軸の位置に対して、概略は図1参照)偏向するように傾けられる。
【0033】
または、原則に従い、構成部材1との速軸および遅軸のコリメーションと、それに続くフォーカシングとを価格面で有利な球面光学系を介して実現することも可能である。
【0034】
本装置は、レーザビームを、1本の光ファイバ5よりも多くの光ファイバ内に、たとえば2本の隣接した光ファイバ5内に結合させることが可能であるように形成することができる。これによってレーザビームを放射するエミッタ3の数をより多く選択することが可能となる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
レーザビームが光ファイバ(5)に入射可能なようにレーザビームを形成することが可能なレーザビームを形成するための装置であって、
第1の方向(Y)に関してレーザビームを偏向および/もしくは結像またはコリメートするための第1のレンズ手段と、
第2の方向(X)に関してレーザビームを偏向および/もしくは結像またはコリメートするための第2のレンズ手段とを含み、
第1および第2のレンズ手段は、構成部材(1)中または構成部材(1)に沿って実現されることを特徴とする装置。
【請求項2】
構成部材(1)はモノリシック構成部材(1)であることを特徴とする請求項1に記載の装置。
【請求項3】
第1のレンズ手段は、構成部材(1)の第1の面(1a)に屈折構造によって形成され、第1の面(1a)は、特にレーザビームの入射面として機能することができることを特徴とする請求項1または2に記載の装置。
【請求項4】
第2のレンズ手段は、構成部材(1)の第2の面(1b)に屈折構造によって形成され、第2の面(1b)は第1の面(1a)に対向し、特にレーザビームの出射面として機能することができることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の装置。
【請求項5】
該装置は、レーザダイオードバーまたはレーザダイオードバーのスタックから出射するレーザビーム(6)を形成するために機能することができ、第1の方向(X)は速軸に対応し、第2の方向(Y)は遅軸に対応することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の装置。
【請求項6】
第1のレンズ手段は、少なくとも1つの第1のシリンダレンズ(2)を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の装置。
【請求項7】
第2のレンズ手段は、第2のシリンダレンズ(4)のアレイとして形成されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の装置。
【請求項8】
少なくとも1つの第1のシリンダレンズ(2)は、第2のシリンダレンズ(4)に垂直に配列されることを特徴とする請求項7に記載の装置。
【請求項9】
第2のシリンダレンズ(4)のアレイのうちの第2のシリンダレンズ(4)の少なくともいくつかは非対称であり、第2の方向(X)に関して、レーザダイオードバーまたはレーザダイオードバーのスタックのレーザビームの少なくともいくつか、特に外側のレーザビーム(6)は、内側のレーザビーム(6)よりも強く偏向させることができることを特徴とする請求項7または8に記載の装置。
【請求項10】
少なくとも1つの第1のシリンダレンズ(2)は、第1の方向(Y)に関して、レーザダイオードバーまたはレーザダイオードバーのスタックのレーザビーム(6)を、光ファイバ(5)の入射面(7)上に結像させることができるように形成されることを特徴とする請求項5〜9のいずれか1項に記載の装置。
【請求項11】
第2のシリンダレンズ(4)のアレイの第2のシリンダレンズ(4)の少なくともいくつか、特に全部は、第2の方向(X)に関して、レーザダイオードバーまたはレーザダイオードバーのスタックのレーザビーム(6)を、光ファイバ(5)の入射面(7)上に結像させることができるように形成されることを特徴とする請求項7〜10のいずれか1項に記載の装置。
【請求項12】
第1のレンズ手段は、第1の方向(Y)に並設される複数の第1のシリンダレンズ(2)を有し、それぞれの第1のシリンダレンズ(2)は、第1の方向(Y)に関して、レーザダイオードバーのスタックのそれぞれのレーザダイオードバーのレーザビーム(6)をそれぞれ偏向させることができることを特徴とする請求項5〜11のいずれか1項に記載の装置。
【請求項13】
構成部材(1)の第1の面(1a)および第2の面(1b)の両方に、レンズ手段が設けられることを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の装置。
【請求項14】
構成部材(1)の第1の面(1a)または第2の面(b)のいずれかに、レンズ手段が設けられることを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の装置。
【請求項15】
該装置は、レーザビームが1よりも多くの光ファイバ(5)に入射することできるように、レーザビームを形成することができることを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載の装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2011−76092(P2011−76092A)
【公開日】平成23年4月14日(2011.4.14)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−224386(P2010−224386)
【出願日】平成22年10月1日(2010.10.1)
【出願人】(502383340)リモ パテントフェルヴァルトゥング ゲーエムベーハー ウント コー.カーゲー (33)
【氏名又は名称原語表記】LIMO Patentverwaltung GmbH & Co.KG
【住所又は居所原語表記】Dorfstrasse 12 Gerstengrund Germany
【Fターム(参考)】