半導体レーザ装置および光ファイバ
【課題】装置の構成を複雑化させることなく、一方の端面から光ファイバに入射するレーザ光の結合効率を高め、光ファイバの他方の端面から出射するレーザ光の出力を向上させることができる半導体レーザ装置および光ファイバを提供する。
【解決手段】ＬＤバー２と、ＬＤバー２から出射した光５が、一方の端面１０に入射する光ファイバ９ａと、を備えた半導体レーザ装置１において、光ファイバ９ａは、一方の端面１０におけるクラッド３３の少なくとも一部に、一方の端面１０に入射した光をＬＤバー２へ反射する反射部４１を備えた。
【解決手段】ＬＤバー２と、ＬＤバー２から出射した光５が、一方の端面１０に入射する光ファイバ９ａと、を備えた半導体レーザ装置１において、光ファイバ９ａは、一方の端面１０におけるクラッド３３の少なくとも一部に、一方の端面１０に入射した光をＬＤバー２へ反射する反射部４１を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光ファイバの端面を共振器鏡として利用する半導体レーザ装置および端面を共振器鏡として利用できる光ファイバに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体レーザ装置では、一端にＨＲコート、他端にＡＲコートされたレーザダイオード（以下では、略してＬＤと称する）と、一方の端面がフラット研磨された光ファイバを備え、ＬＤのＡＲコート側の端面から出射した光が、光ファイバのフラット研磨端面に入射するように構成されていた。光ファイバのフラット研磨端面に入射した光は、その一部が反射され、ＬＤのＨＲコート側の端面と光ファイバのフラット研磨端面とで外部共振器が形成される。つまり、光ファイバのフラット研磨端面は、共振器の出力鏡として利用されることとなる。光ファイバのフラット研磨端面に入射した光は、コアに入射した光とクラッドに入射した光を区別することなく反射される。（例えば、特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２８５７６５号公報（第５〜６頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような半導体レーザ装置にあっては、光ファイバへのレーザ光の結合効率は、レーザ光のビーム品質、即ち、集光点近くでのレーザ光の拡がり角と集光径によって限界が決まる。よって、光ファイバの他方の端面から出射するレーザ光の出力を向上させるためには、光ファイバの一方の端面に入射するレーザ光のビーム品質を向上させることまたは入射するレーザ光自体の出力を上げること、つまり半導体レーザ装置の高輝度化が必要であった。しかし、高輝度化のためには、半導体レーザ装置の構成が複雑化するという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、半導体レーザ装置の構成を複雑化させることなく、一方の端面から光ファイバに入射する光の結合効率を高め、光ファイバの他方の端面から出射するレーザ光の出力を向上させることができる半導体レーザ装置および光ファイバを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子から出射した光が、一方の端面に入射する光ファイバと、を備え、光ファイバは、一方の端面におけるクラッドの少なくとも一部に、一方の端面に入射した光を半導体レーザ素子へ反射する反射部を備えたものである。
【０００７】
また、この発明に係る光ファイバは、一方の端面におけるクラッドの少なくとも一部に所定の波長の光を反射する反射部を備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る半導体レーザ装置によれば、光ファイバが、一方の端面におけるクラッドの少なくとも一部に、一方の端面に入射した光を半導体レーザ素子へ反射する反射部を備えたことにより、簡易な構成で、一方の端面から光ファイバに入射する光の結合効率を高め、光ファイバの他方の端面から出射するレーザ光の出力を向上させることができる。
【０００９】
また、この発明に係る光ファイバによれば、一方の端面におけるクラッドの少なくとも一部に所定の波長の光を反射する反射部を備えたことにより、簡易な構成で、一方の端面から光ファイバに入射する光の結合効率を高め、他方の端面から出射するレーザ光の出力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１における半導体レーザ装置を示す上面図である。
【図２】この発明の実施の形態１における半導体レーザ装置を示す側面図である。
【図３】この発明の実施の形態１における光ファイバの構成の基本となる一般的なステップインデックス型の光ファイバを示す斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態１における光ファイバを示す斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態１における光ファイバの一方の端面を示す正面図である。
【図６】この発明の実施の形態２における光ファイバを示す斜視図である。
【図７】この発明の実施の形態２における光ファイバの一方の端面を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
まず、この発明の実施の形態１における半導体レーザ装置１の構成を説明する。図１は、この発明の実施の形態１における半導体レーザ装置１を示す上面図であり、図２は、この発明の実施の形態１におけるレーザ装置１を示す側面図である。
【００１２】
図１および図２において、レーザダイオードバー（以下では、略してＬＤバーと称する）２から出射した光５は、光学素子群６によってビーム整形され、集光される。この集光点付近に光ファイバ９ａの一方の端面１０を配置することにより、光ファイバ９ａの一方の端面１０に光５が入射する。光ファイバ９ａの一方の端面１０に入射した光５は、光ファイバ９ａ中を伝搬し、光ファイバ９ａの他方の端面から出射する。尚、光ファイバ９ａは、その中心と光軸とが一致するように配置することが望ましい。
【００１３】
次に、ＬＤバー２について説明する。ＬＤバー２は、例えば、長手方向の長さが１０ｍｍ程度、共振器長が１〜３ｍｍ程度のチップであり、１個のチップ上に数十点の発光点が、その長手方向に並んで形成されている。ＬＤバー２の後端面１３にはＬＤバー２から出射する光５に対する反射コーティングが施され、ＬＤバー２の前端面１４にはＬＤバー２から出射する光５に対する反射防止コーティングが施されており、ＬＤバー２の前端面１４から光５が出射する。ＬＤバー２の前端面１４に反射防止コーティングが施されていることにより、ＬＤバー２単体ではレーザ発振しないようになっている。また、ＬＤバー２は、ヒートシンク１７上に半田付けによって固定され、熱を除去するための冷却ブロック（図示せず）や給電のための電極（図示せず）などが設けられている。
【００１４】
次に、ＬＤバー２から出射した光５の光学素子群６によるビーム整形および集光について説明する。
【００１５】
ＬＤバー２から出射した光５は、速軸および遅軸を有しており、速軸方向において最大の拡がり角を有し、遅軸方向において最小の拡がり角を有する。速軸は、ＬＤバー２のｐｎ接合面に垂直な方向であり、図１および図２において、光軸と垂直かつＬＤバー２の長手方向と垂直な方向である。つまり図１においては紙面垂直方向である。遅軸は、速軸と垂直かつ光軸と垂直な方向であり、図１および図２において、ＬＤバー２の長手方向である。光５は、速軸方向の拡がり角を抑えて集光効率を高めるために、速軸コリメータ１８によって速軸方向をコリメートされる。
【００１６】
また、ＬＤバー２から出射した光５は、速軸方向と遅軸方向とでビーム品質のバランスが悪く、光軸と垂直な方向に等方的な光ファイバ９ａに効率良く入射させるためには、速軸方向と遅軸方向の等方化を行う必要がある。このため、ビーム変換光学系２１によってビームを９０°回転させ、等方化が行われる。尚、ビーム変換光学系２１は、例えば、独国ＬＩＭＯ社製光学素子ＢＴＳなどを用いてもよい。
【００１７】
ビーム変換光学系２１によってビームを９０°回転させられた光５は、その後、コリメート光学系２２によって、光軸と垂直かつＬＤバー２の長手方向と垂直な方向、即ち図２においては縦方向にコリメートされる。
【００１８】
そして、光５は、第１のシリンドリカルレンズ２５によってＬＤバー２の長手方向において集光され、第２のシリンドリカルレンズ２６によって光軸と垂直かつＬＤバー２の長手方向と垂直な方向において集光される。このとき、直行する２方向の集光点がほぼ同じ位置になるように、第１のシリンドリカルレンズ２５および第２のシリンドリカルレンズ２６は配置されている。これにより、集光点付近に配置された光ファイバ９ａの一方の端面１０に光５が入射することとなる。
【００１９】
次に、光ファイバ９ａについて説明するが、まず、この発明の実施の形態１における光ファイバ９ａの構成の基本となる一般的なステップインデックス型の光ファイバ２９について説明する。図３は、この発明の実施の形態１における光ファイバ９ａの構成の基本となる一般的なステップインデックス型の光ファイバ２９を示す斜視図である。
【００２０】
ステップインデックス型の光ファイバ２９は、図３に示すように、導光部であるコア３０およびコア３０の外側のクラッド３３を備え、クラッド３３の外側は、クラッド３３の保護および光の漏れ防止のために被覆樹脂３４で覆われている。コア３０とクラッド３３は同心円状に形成されている。図３では、説明のため、クラッド３３および被覆樹脂３４の一部を省略してコア３０がむき出しの様子を示しているが、実際はコア３０の外側はクラッド３３および被覆樹脂３４で覆われている。
【００２１】
コア３０およびクラッド３３としては、例えば石英ガラスやプラスチックが用いられ、クラッド３３よりもコア３０の方が、屈折率が高くなっている。具体的な寸法としては、例えば、コア３０の直径が１０〜４００μｍ程度、クラッド３３の直径が１ｍｍ程度のものが用いられる。入射した光がコア３０中を伝搬するためには、コア３０とクラッド３３との屈折率差によって決まる開口数という指標が表す最大受入角θ以下の拡がり角で光が入射しなければならない。
【００２２】
このため、ＬＤバー２から出射した光５を効率良く光ファイバ２９に結合させるためには、コア３０の径よりも小さいビーム径で、かつ光ファイバ２９の最大受入角θ以下の拡がり角で光５を入射する必要がある。しかし、コア３０の径が小さい光ファイバ２９を用いる場合、コア３０の径よりも小さいビーム径で、かつ光ファイバ２９の最大受入角θ以下の拡がり角で光５を入射することは困難であり、光ファイバ２９への光５の結合効率は、光５の集光点近くでの拡がり角と集光径、即ち、ビーム品質によって限界が決まる。
【００２３】
通常のレーザ発振器では、ビーム品質を向上させると出力が下がる。よって、ビーム品質を向上させて光ファイバ２９の一方の端面から入射する光５の結合効率を高めても、もとの出力が下がっているため、結局、光ファイバ２９の他方の端面から出射するレーザ出力は向上しない。出力を下げずにビーム品質を向上させる、即ち、高輝度化のためにはレーザ発振器の構成が複雑化するという問題があるため、光ファイバ２９を用いて半導体レーザ装置を構成する場合、装置の構成が複雑化してしまう。この発明の実施の形態１における光ファイバ９ａは、一方の端面１０の構成を工夫することにより、この問題を解決している。
【００２４】
次に、この発明の実施の形態１における光ファイバ９ａについて説明する。図４は、この発明の実施の形態１における光ファイバ９ａを示す斜視図であり、図５は、この発明の実施の形態１における光ファイバ９ａの一方の端面１０を示す正面図である。図４および図５において、図３と同じ符号を付けたものは、同一または相当の構成を示しており、その説明を省略する。
【００２５】
尚、図４では、説明のため、クラッド３３および被覆樹脂３４の一部を省略してコア３０がむき出しの様子を示しているが、実際はコア３０の外側はクラッド３３および被覆樹脂３４で覆われている。
【００２６】
図４および図５において、光ファイバ９ａは、一方の端面１０近傍においてクラッド３３の外周にガラスブロック３７を備えている。ガラスブロック３７の外径はクラッド３３の外径よりも大きいので、光ファイバ９ａの一方の端面１０の径は、クラッド３３の径よりも大きくなっている。さらに、光ファイバ９ａの一方の端面１０は、ＬＤバー２から出射した光５に対する反射防止コーティング部３８ａと反射コーティング部４１を備える。
【００２７】
反射コーティング部４１は、図５に示すように、光ファイバ９ａの一方の端面１０において、ガラスブロック３７およびクラッド３３に設けられている。さらに、この反射コーティング部４１は、コア３０の外周部４２にも設けられている。即ち、反射コーティング部４１は、光ファイバ９ａの一方の端面１０において、ガラスブロック３７、クラッド３３およびコア３０の外周部４２を覆っている。反射コーティング部４１としては、例えばアルミニウムや金などの金属膜、ＳｉＯ２やＴｉＯ２などの膜を積層した多層膜などが用いられる。尚、反射コーティング部４１の反射率は、ＬＤバー２から出射した光５の波長に対して１００％に近い方が好ましい。
【００２８】
反射防止コーティング部３８ａは、図５に示すように、光ファイバ９ａの一方の端面１０において、反射コーティング部４１が設けられた箇所よりも径方向内側にコア３０と同心円状に設けられている。上述したように、反射コーティング部４１はコア３０の外周部４２にも設けられているため、反射防止コーティング部３８ａの断面積はコア３０の断面積よりも小さくなっている。反射防止コーティング部３８ａの大きさは、反射防止コーティング部３８ａから光ファイバ９ａ中に入る光５が、クラッド３３などには入らずに全てコア３０に入るような大きさとすることが望ましい。尚、ここでは、反射防止コーティング部３８ａとコア３０の中心が一致するとしたが、必ずしも中心が一致していなくてもよい。
【００２９】
反射防止コーティング部３８ａとしては、ＳｉＯ２やＴｉＯ２などの膜を積層した多層膜などが用いられる。尚、反射防止コーティング部３８ａの反射率は、ＬＤバー２から出射した光５の波長に対して０％に近い方が好ましい。
【００３０】
尚、反射防止コーティング部３８ａと反射コーティング部４１とは互いに重なっておらず、言い換えると、光ファイバ９ａの一方の端面において、反射防止コーティング部３８ａを除く部分が反射コーティング部４１となっている。
【００３１】
ガラスブロック３７は、クラッド３３より外径が大きく、クラッド３３の外周に、コア３０およびクラッド３３と同心円状になるように取り付けられている。そして、光ファイバ９ａの一方の端面１０において反射コーティング部４１が設けられている。例えばクラッド３３の直径が１ｍｍ程度である場合、ガラスブロックの直径は数ｍｍ程度とするのが好ましい。その屈折率は、コア３０の屈折率よりも低く、クラッド３３の屈折率以下であることが好ましい。
【００３２】
尚、この光ファイバ９ａは、一方の端面１０においてコア３０の中心と光５の中心が一致するように配置されることが望ましい。
【００３３】
次に、以上のような構成の光ファイバ９ａの一方の端面１０に光５が入射した場合について説明する。ここでは、入射する光５のビーム径が反射防止コーティング部３８ａの径よりも大きい、光５のビーム形状が反射防止コーティング部３８ａの形状と一致していない、コア３０の中心と光５の中心が一致していないなどの理由により、反射防止コーティング部３８ａから光５がはみ出す場合について説明する。
【００３４】
光ファイバ９ａの一方の端面１０に入射した光５のうち、最大受入角θ以下で反射防止コーティング部３８ａに入射した光は、コア３０中に入り、コア３０中を伝搬し、光ファイバ９ａの他方の端面から出射する。反射防止コーティング部３８ａからはみ出して反射コーティング部４１に入射した光は、反射されてＬＤバー２へ戻る。そして、反射されてＬＤバー２へ戻った光は、反射コーティングが施されたＬＤバー２の後端面１３で反射され、光ファイバ９ａの一方の端面１０へ戻ることとなる。つまり、ＬＤバー２の後端面１３と光ファイバ９ａの一方の端面１０によって、不安定型の外部共振器が構成され、光ファイバ９ａの一方の端面１０が外部共振器の共振器鏡を構成しており、出力鏡となっている。
【００３５】
このようにして、ＬＤバー２の後端面１３と光ファイバ９ａの一方の端面１０によって構成された外部共振器からの出力光は、全てコア３０に入ることとなる。そして、コア３０に入った光は、コア３０中を伝搬し、光ファイバ９ａの他方の端面から出力される。
【００３６】
この発明の実施の形態１では、以上のような構成としたことにより、ＬＤバー２の後端面１３と光ファイバ９ａの一方の端面１０によって構成される外部共振器からの出力光が全てコア３０に入るため、一方の端面１０から光ファイバ９ａに入射する光５の結合効率を高めることができる。これにより、簡易な構成によって、光ファイバ９ａの他方の端面から出射するレーザ光の出力を向上させることができるという効果がある。
【００３７】
また、コア３０に入らなかった光５、即ち、光ファイバ９ａの一方の端面１０の反射防止コーティング部３８ａに入射しなかった光５は、反射コーティング部４１によって反射され、外部共振器内のＬＤバー２へ戻るため、無駄になるエネルギーが小さい。
【００３８】
さらに、ＬＤバー２の複数の発光点から出射する光５を同時に光ファイバ９ａの一方の端面１０に集光した場合、それぞれの発光点から出射する光５について光ファイバ９ａに結合する最適の集光径が存在するが、この発明の実施の形態１の構成によれば、コア３０からはみ出した光５は、反射コーティング部４１によって反射され、外部共振器内をＬＤバー２へ戻るため、無駄になるエネルギーが小さい。
【００３９】
同様に、ＬＤバー２、光学素子群６および光ファイバ９ａの位置関係がずれた場合でも、コア３０からはみ出した光５は、反射コーティング部４１によって反射され、外部共振器内をＬＤバー２へ戻るため、光ファイバ９ａの他方の端面からの出力の著しい低下を防ぐことができる。つまり、位置ずれに強く、装置の振動や経時変化の影響が小さいため、信頼性が向上する。
【００４０】
上述のように、位置ずれに強いため、光学素子群６の配置精度を下げることができる。さらに、それぞれの光学素子に歪みなど設計値からのずれが生じても、同様に光ファイバ９ａの他方の端面からの出力の著しい低下を防ぐことができる。これにより、光学素子の設計値からの公差を大きく設定することができ、装置のコストを低減できる。
【００４１】
位置ずれに強いことから、より高い配置精度が必要となるコア３０の径が小さい光ファイバ９ａを用いる場合において、より大きな効果を発揮する。コア３０の径が小さい光ファイバ９ａを用いると、光ファイバ９ａの他方の端面から出射するレーザ光のビーム径が小さくなり、ビーム品質が向上する。出力光のビーム品質が向上すると、半導体レーザ装置１をレーザ加工機として用いる場合、加工精度を向上させることができるという効果がある。
【００４２】
また、コア３０からはみ出した光５がクラッド３３中を伝搬すると、光ファイバ９ａの損傷や劣化の原因となるが、光ファイバ９ａの一方の端面１０においてクラッド３３は反射コーティング部４１を備えているため、クラッド３３に光５が入ることを防止できる。これにより、光ファイバ９ａの損傷や劣化を防ぐことができる。
【００４３】
加えて、光ファイバ９ａの一方の端面１０を外部共振器の出力鏡として利用しているため、光５と光ファイバ９ａとの位置調整と、共振器鏡の調整とを同時に行うことができる。これにより、構成の単純化とコスト削減が可能となる。
【００４４】
また、ガラスブロック３７を設けて光ファイバ９ａの一方の端面１０の径をクラッド３３の径よりも大きくしたことにより、クラッド３３からはみ出した光５も反射できる。これにより、無駄になるエネルギーをさらに減らすことができ、位置ずれに対してもさらに強くすることができる。尚、ガラスブロック３７を設ける代わりに、光ファイバ９ａの一方の端面１０を含む箇所において、クラッド３３の径を大きくしておいても同様の効果が得られる。
【００４５】
さらに、ＬＤバー２の前端面１４に反射防止コーティングを施し、ＬＤバー２単体ではレーザ発振しないようにしたことにより、コア３０に入らない光までレーザ発振することがない。言い換えると、半導体レーザ装置１では、レーザ発振した光のほとんどがコア３０に入るため、無駄になるエネルギーが少ない。
【００４６】
尚、この発明の実施の形態１では、光源として、１個のチップ上に複数の発光点が１次元状に並んだＬＤバー２を用いた。しかし、これに限ることはなく、１個のチップ上に１個の発光点を持つシングルエミッタ型のＬＤ、複数のＬＤバーを一体として構成したスタック型のＬＤを用いた場合においても効果が得られる。ただし、より多くの発光点を持つＬＤバー、スタック型のＬＤにおいて、より大きな効果を発揮する。
【００４７】
また、この発明の実施の形態１では、反射防止コーティング部３８ａの大きさはコア３０の断面積よりも小さくした。しかし、コア３０の断面積と同等またはコア３０の断面積より大きくても一定の効果が得られる。ただし、コア３０の断面積よりも小さくし、反射防止コーティング部３８ａに入射した光５がコア３０のみに入るように構成する方が、より大きな効果が得られる。
【００４８】
さらに、この発明の実施の形態１では、コア３０、クラッド３３および被覆樹脂３４からなる光ファイバ９ａを用いた。しかし、クラッド３３が二重になっているものや、コア３０とクラッド３３の間や二重になっているクラッド３３同士の間にエアギャップを設けたもの、被覆樹脂３４の外側を覆う保護管を設けたものなどを用いてもよい。
【００４９】
クラッド３３が二重になっており、コア３０だけでなく内側のクラッド３３にも光が伝搬するタイプの光ファイバを用いる場合、反射防止コーティング部３８ａの大きさは、コア３０の径より大きく、内側のクラッド３３の径よりも小さい程度が望ましい。反射コーティング部４１は、反射防止コーティング部３８ａを除く箇所に設ける。
【００５０】
また、光ファイバ９ａの一方の端面１０近傍および他方の端面近傍に所定の波長の光を反射するファイバグレーティングを形成することにより光ファイバ９ａの内部において光共振器を形成し、この光共振器内のコア３０にＹｂ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｎｄなどの希土類元素を添加してもよい。これにより、光５の波長変換を行うファイバレーザとしての使用が可能となる。
【００５１】
加えて、この発明の実施の形態１では、光ファイバ９ａの一方の端面１０近傍においてクラッド３３の外周にガラスブロック３７を設けた。しかし、ガラスブロック３７に限ることはなく、取り付けることによってクラッド３３よりも径を大きくすることができて、かつ、反射コーティング部４１を形成することができるものであれば他のものでもよく、例えば銅などの金属ブロックを用いてもよい。
【００５２】
尚、この発明の実施の形態１では、ＬＤバー２、光学素子群６、光ファイバ９ａを全て一直線上に配置した。しかし、適宜ミラーを配置して光５の光路を曲げることにより、必ずしもＬＤバー２、光学素子群６、光ファイバ９ａを全て一直線上に配置しなくともよくなる。
【００５３】
また、この発明の実施の形態１では、反射コーティング部４１は、光ファイバ９ａの一方の端面１０において、ガラスブロック３７とクラッド３３については全面を覆うように設けた。しかし、必ずしも全面を覆う必要はなく、ガラスブロック３７についてその内周付近のみ、または、クラッド３３についてその内周付近のみに反射コーティング部４１を設けても一定の効果が得られる。さらに、必ずしも環状に設ける必要もなく、例えば島状に点在するように設けても一定の効果が得られる。コア３０の外周部４２についても同様に必ずしも環状に反射コーティング部４１を設ける必要はない。反射防止コーティング部３８ａについても同様であり、必ずしも円状に設ける必要はない。
【００５４】
実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２における光ファイバ９ｂを示す斜視図であり、図７は、この発明の実施の形態２における光ファイバ９ｂの一方の端面１０を示す正面図である。図６において図４と、図７において図５と同じ符号を付けたものは、同一または相当の構成を示しており、その説明を省略する。この発明の実施の形態１とは、光ファイバ９ｂの一方の端面１０の反射防止コーティング部３８ｂの形状を、円形ではなく長方形とした構成が相違している。
【００５５】
尚、図６では、説明のため、クラッド３３および被覆樹脂３４の一部を省略してコア３０がむき出しの様子を示しているが、実際はコア３０の外側はクラッド３３および被覆樹脂３４で覆われている。
【００５６】
反射防止コーティング部３８ｂは、図６および図７に示すように、光ファイバ９ｂの一方の端面１０において、コア３０と中心が一致した長方形で、コア３０の断面積よりも小さくなっている。反射防止コーティング部３８ｂの大きさは、反射防止コーティング部３８ｂから光ファイバ９ｂ中に入る光５が、クラッド３３などには入らずに全てコア３０に入るような大きさとすることが望ましい。
【００５７】
そして、反射コーティング部４１は、図６および図７に示すように、光ファイバ９ｂの一方の端面１０において、ガラスブロック３７、クラッド３３およびコア３０の外周部４２に設けられている。
【００５８】
尚、反射防止コーティング部３８ｂと反射コーティング部４１とは互いに重なっておらず、言い換えると、光ファイバ９ｂの一方の端面において、反射防止コーティング部３８ｂを除く部分が反射コーティング部４１となっている。
【００５９】
一般に、ＬＤから出射するレーザ光のビーム形状は円形ではなく、長方形に近い形状となる。この発明の実施の形態２においても、ＬＤバー２から出射する光５のビーム形状は円形ではなく、長方形に近い形状となる。よって、円形の反射防止コーティング部３８ａを用いた場合、光５のビーム形状と合わないため、反射防止コーティング部３８ａからはみ出す光が多くなってしまう。そこで、長方形の反射防止コーティング部３８ｂを用いることにより、反射防止コーティング部３８ｂからはみ出す光を減らすことができる。
【００６０】
光ファイバ９ｂの一方の端面１０に入射したときのビーム形状が長方形であっても、光ファイバ９ｂを伝搬する間にビーム形状が円形に整形されるため、光ファイバ９ｂの他方の端面から出射するレーザ光のビーム形状は円形となる。
【００６１】
この発明の実施の形態２では、以上のような構成としたことにより、反射防止コーティング部３８ｂからはみ出す光を減らすことができる。このため、光ファイバ９ｂへの光５の結合効率をさらに高めることができ、光ファイバ９の他方の端面から出射するレーザ光の出力をさらに向上させることができるという効果がある。
【００６２】
尚、この発明の実施の形態２では、長方形の反射防止コーティング部３８ｂを用いた。しかし、これに限ることはなく、例えば楕円形などでもよく、ビーム形状と合う形状を適宜選択して反射防止コーティング部３８ｂを形成してもよい。
【００６３】
以上、この発明の実施の形態１および２について説明した。これらの、この発明の実施の形態１および２で説明した構成は互いに組合せることができる。
【符号の説明】
【００６４】
１ レーザ装置
２ レーザダイオードバー
５ レーザ光
９ａ、９ｂ 光ファイバ
１０ 光ファイバの一方の端面
１４ レーザダイオードバーの前端面
３０ コア
３３ クラッド
３７ ガラスブロック
３８ａ、３８ｂ 反射防止コーティング部
４１ 反射コーティング部
４２ コアの外周部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光ファイバの端面を共振器鏡として利用する半導体レーザ装置および端面を共振器鏡として利用できる光ファイバに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体レーザ装置では、一端にＨＲコート、他端にＡＲコートされたレーザダイオード（以下では、略してＬＤと称する）と、一方の端面がフラット研磨された光ファイバを備え、ＬＤのＡＲコート側の端面から出射した光が、光ファイバのフラット研磨端面に入射するように構成されていた。光ファイバのフラット研磨端面に入射した光は、その一部が反射され、ＬＤのＨＲコート側の端面と光ファイバのフラット研磨端面とで外部共振器が形成される。つまり、光ファイバのフラット研磨端面は、共振器の出力鏡として利用されることとなる。光ファイバのフラット研磨端面に入射した光は、コアに入射した光とクラッドに入射した光を区別することなく反射される。（例えば、特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２８５７６５号公報（第５〜６頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような半導体レーザ装置にあっては、光ファイバへのレーザ光の結合効率は、レーザ光のビーム品質、即ち、集光点近くでのレーザ光の拡がり角と集光径によって限界が決まる。よって、光ファイバの他方の端面から出射するレーザ光の出力を向上させるためには、光ファイバの一方の端面に入射するレーザ光のビーム品質を向上させることまたは入射するレーザ光自体の出力を上げること、つまり半導体レーザ装置の高輝度化が必要であった。しかし、高輝度化のためには、半導体レーザ装置の構成が複雑化するという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、半導体レーザ装置の構成を複雑化させることなく、一方の端面から光ファイバに入射する光の結合効率を高め、光ファイバの他方の端面から出射するレーザ光の出力を向上させることができる半導体レーザ装置および光ファイバを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子から出射した光が、一方の端面に入射する光ファイバと、を備え、光ファイバは、一方の端面におけるクラッドの少なくとも一部に、一方の端面に入射した光を半導体レーザ素子へ反射する反射部を備えたものである。
【０００７】
また、この発明に係る光ファイバは、一方の端面におけるクラッドの少なくとも一部に所定の波長の光を反射する反射部を備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る半導体レーザ装置によれば、光ファイバが、一方の端面におけるクラッドの少なくとも一部に、一方の端面に入射した光を半導体レーザ素子へ反射する反射部を備えたことにより、簡易な構成で、一方の端面から光ファイバに入射する光の結合効率を高め、光ファイバの他方の端面から出射するレーザ光の出力を向上させることができる。
【０００９】
また、この発明に係る光ファイバによれば、一方の端面におけるクラッドの少なくとも一部に所定の波長の光を反射する反射部を備えたことにより、簡易な構成で、一方の端面から光ファイバに入射する光の結合効率を高め、他方の端面から出射するレーザ光の出力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１における半導体レーザ装置を示す上面図である。
【図２】この発明の実施の形態１における半導体レーザ装置を示す側面図である。
【図３】この発明の実施の形態１における光ファイバの構成の基本となる一般的なステップインデックス型の光ファイバを示す斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態１における光ファイバを示す斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態１における光ファイバの一方の端面を示す正面図である。
【図６】この発明の実施の形態２における光ファイバを示す斜視図である。
【図７】この発明の実施の形態２における光ファイバの一方の端面を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
まず、この発明の実施の形態１における半導体レーザ装置１の構成を説明する。図１は、この発明の実施の形態１における半導体レーザ装置１を示す上面図であり、図２は、この発明の実施の形態１におけるレーザ装置１を示す側面図である。
【００１２】
図１および図２において、レーザダイオードバー（以下では、略してＬＤバーと称する）２から出射した光５は、光学素子群６によってビーム整形され、集光される。この集光点付近に光ファイバ９ａの一方の端面１０を配置することにより、光ファイバ９ａの一方の端面１０に光５が入射する。光ファイバ９ａの一方の端面１０に入射した光５は、光ファイバ９ａ中を伝搬し、光ファイバ９ａの他方の端面から出射する。尚、光ファイバ９ａは、その中心と光軸とが一致するように配置することが望ましい。
【００１３】
次に、ＬＤバー２について説明する。ＬＤバー２は、例えば、長手方向の長さが１０ｍｍ程度、共振器長が１〜３ｍｍ程度のチップであり、１個のチップ上に数十点の発光点が、その長手方向に並んで形成されている。ＬＤバー２の後端面１３にはＬＤバー２から出射する光５に対する反射コーティングが施され、ＬＤバー２の前端面１４にはＬＤバー２から出射する光５に対する反射防止コーティングが施されており、ＬＤバー２の前端面１４から光５が出射する。ＬＤバー２の前端面１４に反射防止コーティングが施されていることにより、ＬＤバー２単体ではレーザ発振しないようになっている。また、ＬＤバー２は、ヒートシンク１７上に半田付けによって固定され、熱を除去するための冷却ブロック（図示せず）や給電のための電極（図示せず）などが設けられている。
【００１４】
次に、ＬＤバー２から出射した光５の光学素子群６によるビーム整形および集光について説明する。
【００１５】
ＬＤバー２から出射した光５は、速軸および遅軸を有しており、速軸方向において最大の拡がり角を有し、遅軸方向において最小の拡がり角を有する。速軸は、ＬＤバー２のｐｎ接合面に垂直な方向であり、図１および図２において、光軸と垂直かつＬＤバー２の長手方向と垂直な方向である。つまり図１においては紙面垂直方向である。遅軸は、速軸と垂直かつ光軸と垂直な方向であり、図１および図２において、ＬＤバー２の長手方向である。光５は、速軸方向の拡がり角を抑えて集光効率を高めるために、速軸コリメータ１８によって速軸方向をコリメートされる。
【００１６】
また、ＬＤバー２から出射した光５は、速軸方向と遅軸方向とでビーム品質のバランスが悪く、光軸と垂直な方向に等方的な光ファイバ９ａに効率良く入射させるためには、速軸方向と遅軸方向の等方化を行う必要がある。このため、ビーム変換光学系２１によってビームを９０°回転させ、等方化が行われる。尚、ビーム変換光学系２１は、例えば、独国ＬＩＭＯ社製光学素子ＢＴＳなどを用いてもよい。
【００１７】
ビーム変換光学系２１によってビームを９０°回転させられた光５は、その後、コリメート光学系２２によって、光軸と垂直かつＬＤバー２の長手方向と垂直な方向、即ち図２においては縦方向にコリメートされる。
【００１８】
そして、光５は、第１のシリンドリカルレンズ２５によってＬＤバー２の長手方向において集光され、第２のシリンドリカルレンズ２６によって光軸と垂直かつＬＤバー２の長手方向と垂直な方向において集光される。このとき、直行する２方向の集光点がほぼ同じ位置になるように、第１のシリンドリカルレンズ２５および第２のシリンドリカルレンズ２６は配置されている。これにより、集光点付近に配置された光ファイバ９ａの一方の端面１０に光５が入射することとなる。
【００１９】
次に、光ファイバ９ａについて説明するが、まず、この発明の実施の形態１における光ファイバ９ａの構成の基本となる一般的なステップインデックス型の光ファイバ２９について説明する。図３は、この発明の実施の形態１における光ファイバ９ａの構成の基本となる一般的なステップインデックス型の光ファイバ２９を示す斜視図である。
【００２０】
ステップインデックス型の光ファイバ２９は、図３に示すように、導光部であるコア３０およびコア３０の外側のクラッド３３を備え、クラッド３３の外側は、クラッド３３の保護および光の漏れ防止のために被覆樹脂３４で覆われている。コア３０とクラッド３３は同心円状に形成されている。図３では、説明のため、クラッド３３および被覆樹脂３４の一部を省略してコア３０がむき出しの様子を示しているが、実際はコア３０の外側はクラッド３３および被覆樹脂３４で覆われている。
【００２１】
コア３０およびクラッド３３としては、例えば石英ガラスやプラスチックが用いられ、クラッド３３よりもコア３０の方が、屈折率が高くなっている。具体的な寸法としては、例えば、コア３０の直径が１０〜４００μｍ程度、クラッド３３の直径が１ｍｍ程度のものが用いられる。入射した光がコア３０中を伝搬するためには、コア３０とクラッド３３との屈折率差によって決まる開口数という指標が表す最大受入角θ以下の拡がり角で光が入射しなければならない。
【００２２】
このため、ＬＤバー２から出射した光５を効率良く光ファイバ２９に結合させるためには、コア３０の径よりも小さいビーム径で、かつ光ファイバ２９の最大受入角θ以下の拡がり角で光５を入射する必要がある。しかし、コア３０の径が小さい光ファイバ２９を用いる場合、コア３０の径よりも小さいビーム径で、かつ光ファイバ２９の最大受入角θ以下の拡がり角で光５を入射することは困難であり、光ファイバ２９への光５の結合効率は、光５の集光点近くでの拡がり角と集光径、即ち、ビーム品質によって限界が決まる。
【００２３】
通常のレーザ発振器では、ビーム品質を向上させると出力が下がる。よって、ビーム品質を向上させて光ファイバ２９の一方の端面から入射する光５の結合効率を高めても、もとの出力が下がっているため、結局、光ファイバ２９の他方の端面から出射するレーザ出力は向上しない。出力を下げずにビーム品質を向上させる、即ち、高輝度化のためにはレーザ発振器の構成が複雑化するという問題があるため、光ファイバ２９を用いて半導体レーザ装置を構成する場合、装置の構成が複雑化してしまう。この発明の実施の形態１における光ファイバ９ａは、一方の端面１０の構成を工夫することにより、この問題を解決している。
【００２４】
次に、この発明の実施の形態１における光ファイバ９ａについて説明する。図４は、この発明の実施の形態１における光ファイバ９ａを示す斜視図であり、図５は、この発明の実施の形態１における光ファイバ９ａの一方の端面１０を示す正面図である。図４および図５において、図３と同じ符号を付けたものは、同一または相当の構成を示しており、その説明を省略する。
【００２５】
尚、図４では、説明のため、クラッド３３および被覆樹脂３４の一部を省略してコア３０がむき出しの様子を示しているが、実際はコア３０の外側はクラッド３３および被覆樹脂３４で覆われている。
【００２６】
図４および図５において、光ファイバ９ａは、一方の端面１０近傍においてクラッド３３の外周にガラスブロック３７を備えている。ガラスブロック３７の外径はクラッド３３の外径よりも大きいので、光ファイバ９ａの一方の端面１０の径は、クラッド３３の径よりも大きくなっている。さらに、光ファイバ９ａの一方の端面１０は、ＬＤバー２から出射した光５に対する反射防止コーティング部３８ａと反射コーティング部４１を備える。
【００２７】
反射コーティング部４１は、図５に示すように、光ファイバ９ａの一方の端面１０において、ガラスブロック３７およびクラッド３３に設けられている。さらに、この反射コーティング部４１は、コア３０の外周部４２にも設けられている。即ち、反射コーティング部４１は、光ファイバ９ａの一方の端面１０において、ガラスブロック３７、クラッド３３およびコア３０の外周部４２を覆っている。反射コーティング部４１としては、例えばアルミニウムや金などの金属膜、ＳｉＯ２やＴｉＯ２などの膜を積層した多層膜などが用いられる。尚、反射コーティング部４１の反射率は、ＬＤバー２から出射した光５の波長に対して１００％に近い方が好ましい。
【００２８】
反射防止コーティング部３８ａは、図５に示すように、光ファイバ９ａの一方の端面１０において、反射コーティング部４１が設けられた箇所よりも径方向内側にコア３０と同心円状に設けられている。上述したように、反射コーティング部４１はコア３０の外周部４２にも設けられているため、反射防止コーティング部３８ａの断面積はコア３０の断面積よりも小さくなっている。反射防止コーティング部３８ａの大きさは、反射防止コーティング部３８ａから光ファイバ９ａ中に入る光５が、クラッド３３などには入らずに全てコア３０に入るような大きさとすることが望ましい。尚、ここでは、反射防止コーティング部３８ａとコア３０の中心が一致するとしたが、必ずしも中心が一致していなくてもよい。
【００２９】
反射防止コーティング部３８ａとしては、ＳｉＯ２やＴｉＯ２などの膜を積層した多層膜などが用いられる。尚、反射防止コーティング部３８ａの反射率は、ＬＤバー２から出射した光５の波長に対して０％に近い方が好ましい。
【００３０】
尚、反射防止コーティング部３８ａと反射コーティング部４１とは互いに重なっておらず、言い換えると、光ファイバ９ａの一方の端面において、反射防止コーティング部３８ａを除く部分が反射コーティング部４１となっている。
【００３１】
ガラスブロック３７は、クラッド３３より外径が大きく、クラッド３３の外周に、コア３０およびクラッド３３と同心円状になるように取り付けられている。そして、光ファイバ９ａの一方の端面１０において反射コーティング部４１が設けられている。例えばクラッド３３の直径が１ｍｍ程度である場合、ガラスブロックの直径は数ｍｍ程度とするのが好ましい。その屈折率は、コア３０の屈折率よりも低く、クラッド３３の屈折率以下であることが好ましい。
【００３２】
尚、この光ファイバ９ａは、一方の端面１０においてコア３０の中心と光５の中心が一致するように配置されることが望ましい。
【００３３】
次に、以上のような構成の光ファイバ９ａの一方の端面１０に光５が入射した場合について説明する。ここでは、入射する光５のビーム径が反射防止コーティング部３８ａの径よりも大きい、光５のビーム形状が反射防止コーティング部３８ａの形状と一致していない、コア３０の中心と光５の中心が一致していないなどの理由により、反射防止コーティング部３８ａから光５がはみ出す場合について説明する。
【００３４】
光ファイバ９ａの一方の端面１０に入射した光５のうち、最大受入角θ以下で反射防止コーティング部３８ａに入射した光は、コア３０中に入り、コア３０中を伝搬し、光ファイバ９ａの他方の端面から出射する。反射防止コーティング部３８ａからはみ出して反射コーティング部４１に入射した光は、反射されてＬＤバー２へ戻る。そして、反射されてＬＤバー２へ戻った光は、反射コーティングが施されたＬＤバー２の後端面１３で反射され、光ファイバ９ａの一方の端面１０へ戻ることとなる。つまり、ＬＤバー２の後端面１３と光ファイバ９ａの一方の端面１０によって、不安定型の外部共振器が構成され、光ファイバ９ａの一方の端面１０が外部共振器の共振器鏡を構成しており、出力鏡となっている。
【００３５】
このようにして、ＬＤバー２の後端面１３と光ファイバ９ａの一方の端面１０によって構成された外部共振器からの出力光は、全てコア３０に入ることとなる。そして、コア３０に入った光は、コア３０中を伝搬し、光ファイバ９ａの他方の端面から出力される。
【００３６】
この発明の実施の形態１では、以上のような構成としたことにより、ＬＤバー２の後端面１３と光ファイバ９ａの一方の端面１０によって構成される外部共振器からの出力光が全てコア３０に入るため、一方の端面１０から光ファイバ９ａに入射する光５の結合効率を高めることができる。これにより、簡易な構成によって、光ファイバ９ａの他方の端面から出射するレーザ光の出力を向上させることができるという効果がある。
【００３７】
また、コア３０に入らなかった光５、即ち、光ファイバ９ａの一方の端面１０の反射防止コーティング部３８ａに入射しなかった光５は、反射コーティング部４１によって反射され、外部共振器内のＬＤバー２へ戻るため、無駄になるエネルギーが小さい。
【００３８】
さらに、ＬＤバー２の複数の発光点から出射する光５を同時に光ファイバ９ａの一方の端面１０に集光した場合、それぞれの発光点から出射する光５について光ファイバ９ａに結合する最適の集光径が存在するが、この発明の実施の形態１の構成によれば、コア３０からはみ出した光５は、反射コーティング部４１によって反射され、外部共振器内をＬＤバー２へ戻るため、無駄になるエネルギーが小さい。
【００３９】
同様に、ＬＤバー２、光学素子群６および光ファイバ９ａの位置関係がずれた場合でも、コア３０からはみ出した光５は、反射コーティング部４１によって反射され、外部共振器内をＬＤバー２へ戻るため、光ファイバ９ａの他方の端面からの出力の著しい低下を防ぐことができる。つまり、位置ずれに強く、装置の振動や経時変化の影響が小さいため、信頼性が向上する。
【００４０】
上述のように、位置ずれに強いため、光学素子群６の配置精度を下げることができる。さらに、それぞれの光学素子に歪みなど設計値からのずれが生じても、同様に光ファイバ９ａの他方の端面からの出力の著しい低下を防ぐことができる。これにより、光学素子の設計値からの公差を大きく設定することができ、装置のコストを低減できる。
【００４１】
位置ずれに強いことから、より高い配置精度が必要となるコア３０の径が小さい光ファイバ９ａを用いる場合において、より大きな効果を発揮する。コア３０の径が小さい光ファイバ９ａを用いると、光ファイバ９ａの他方の端面から出射するレーザ光のビーム径が小さくなり、ビーム品質が向上する。出力光のビーム品質が向上すると、半導体レーザ装置１をレーザ加工機として用いる場合、加工精度を向上させることができるという効果がある。
【００４２】
また、コア３０からはみ出した光５がクラッド３３中を伝搬すると、光ファイバ９ａの損傷や劣化の原因となるが、光ファイバ９ａの一方の端面１０においてクラッド３３は反射コーティング部４１を備えているため、クラッド３３に光５が入ることを防止できる。これにより、光ファイバ９ａの損傷や劣化を防ぐことができる。
【００４３】
加えて、光ファイバ９ａの一方の端面１０を外部共振器の出力鏡として利用しているため、光５と光ファイバ９ａとの位置調整と、共振器鏡の調整とを同時に行うことができる。これにより、構成の単純化とコスト削減が可能となる。
【００４４】
また、ガラスブロック３７を設けて光ファイバ９ａの一方の端面１０の径をクラッド３３の径よりも大きくしたことにより、クラッド３３からはみ出した光５も反射できる。これにより、無駄になるエネルギーをさらに減らすことができ、位置ずれに対してもさらに強くすることができる。尚、ガラスブロック３７を設ける代わりに、光ファイバ９ａの一方の端面１０を含む箇所において、クラッド３３の径を大きくしておいても同様の効果が得られる。
【００４５】
さらに、ＬＤバー２の前端面１４に反射防止コーティングを施し、ＬＤバー２単体ではレーザ発振しないようにしたことにより、コア３０に入らない光までレーザ発振することがない。言い換えると、半導体レーザ装置１では、レーザ発振した光のほとんどがコア３０に入るため、無駄になるエネルギーが少ない。
【００４６】
尚、この発明の実施の形態１では、光源として、１個のチップ上に複数の発光点が１次元状に並んだＬＤバー２を用いた。しかし、これに限ることはなく、１個のチップ上に１個の発光点を持つシングルエミッタ型のＬＤ、複数のＬＤバーを一体として構成したスタック型のＬＤを用いた場合においても効果が得られる。ただし、より多くの発光点を持つＬＤバー、スタック型のＬＤにおいて、より大きな効果を発揮する。
【００４７】
また、この発明の実施の形態１では、反射防止コーティング部３８ａの大きさはコア３０の断面積よりも小さくした。しかし、コア３０の断面積と同等またはコア３０の断面積より大きくても一定の効果が得られる。ただし、コア３０の断面積よりも小さくし、反射防止コーティング部３８ａに入射した光５がコア３０のみに入るように構成する方が、より大きな効果が得られる。
【００４８】
さらに、この発明の実施の形態１では、コア３０、クラッド３３および被覆樹脂３４からなる光ファイバ９ａを用いた。しかし、クラッド３３が二重になっているものや、コア３０とクラッド３３の間や二重になっているクラッド３３同士の間にエアギャップを設けたもの、被覆樹脂３４の外側を覆う保護管を設けたものなどを用いてもよい。
【００４９】
クラッド３３が二重になっており、コア３０だけでなく内側のクラッド３３にも光が伝搬するタイプの光ファイバを用いる場合、反射防止コーティング部３８ａの大きさは、コア３０の径より大きく、内側のクラッド３３の径よりも小さい程度が望ましい。反射コーティング部４１は、反射防止コーティング部３８ａを除く箇所に設ける。
【００５０】
また、光ファイバ９ａの一方の端面１０近傍および他方の端面近傍に所定の波長の光を反射するファイバグレーティングを形成することにより光ファイバ９ａの内部において光共振器を形成し、この光共振器内のコア３０にＹｂ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｎｄなどの希土類元素を添加してもよい。これにより、光５の波長変換を行うファイバレーザとしての使用が可能となる。
【００５１】
加えて、この発明の実施の形態１では、光ファイバ９ａの一方の端面１０近傍においてクラッド３３の外周にガラスブロック３７を設けた。しかし、ガラスブロック３７に限ることはなく、取り付けることによってクラッド３３よりも径を大きくすることができて、かつ、反射コーティング部４１を形成することができるものであれば他のものでもよく、例えば銅などの金属ブロックを用いてもよい。
【００５２】
尚、この発明の実施の形態１では、ＬＤバー２、光学素子群６、光ファイバ９ａを全て一直線上に配置した。しかし、適宜ミラーを配置して光５の光路を曲げることにより、必ずしもＬＤバー２、光学素子群６、光ファイバ９ａを全て一直線上に配置しなくともよくなる。
【００５３】
また、この発明の実施の形態１では、反射コーティング部４１は、光ファイバ９ａの一方の端面１０において、ガラスブロック３７とクラッド３３については全面を覆うように設けた。しかし、必ずしも全面を覆う必要はなく、ガラスブロック３７についてその内周付近のみ、または、クラッド３３についてその内周付近のみに反射コーティング部４１を設けても一定の効果が得られる。さらに、必ずしも環状に設ける必要もなく、例えば島状に点在するように設けても一定の効果が得られる。コア３０の外周部４２についても同様に必ずしも環状に反射コーティング部４１を設ける必要はない。反射防止コーティング部３８ａについても同様であり、必ずしも円状に設ける必要はない。
【００５４】
実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２における光ファイバ９ｂを示す斜視図であり、図７は、この発明の実施の形態２における光ファイバ９ｂの一方の端面１０を示す正面図である。図６において図４と、図７において図５と同じ符号を付けたものは、同一または相当の構成を示しており、その説明を省略する。この発明の実施の形態１とは、光ファイバ９ｂの一方の端面１０の反射防止コーティング部３８ｂの形状を、円形ではなく長方形とした構成が相違している。
【００５５】
尚、図６では、説明のため、クラッド３３および被覆樹脂３４の一部を省略してコア３０がむき出しの様子を示しているが、実際はコア３０の外側はクラッド３３および被覆樹脂３４で覆われている。
【００５６】
反射防止コーティング部３８ｂは、図６および図７に示すように、光ファイバ９ｂの一方の端面１０において、コア３０と中心が一致した長方形で、コア３０の断面積よりも小さくなっている。反射防止コーティング部３８ｂの大きさは、反射防止コーティング部３８ｂから光ファイバ９ｂ中に入る光５が、クラッド３３などには入らずに全てコア３０に入るような大きさとすることが望ましい。
【００５７】
そして、反射コーティング部４１は、図６および図７に示すように、光ファイバ９ｂの一方の端面１０において、ガラスブロック３７、クラッド３３およびコア３０の外周部４２に設けられている。
【００５８】
尚、反射防止コーティング部３８ｂと反射コーティング部４１とは互いに重なっておらず、言い換えると、光ファイバ９ｂの一方の端面において、反射防止コーティング部３８ｂを除く部分が反射コーティング部４１となっている。
【００５９】
一般に、ＬＤから出射するレーザ光のビーム形状は円形ではなく、長方形に近い形状となる。この発明の実施の形態２においても、ＬＤバー２から出射する光５のビーム形状は円形ではなく、長方形に近い形状となる。よって、円形の反射防止コーティング部３８ａを用いた場合、光５のビーム形状と合わないため、反射防止コーティング部３８ａからはみ出す光が多くなってしまう。そこで、長方形の反射防止コーティング部３８ｂを用いることにより、反射防止コーティング部３８ｂからはみ出す光を減らすことができる。
【００６０】
光ファイバ９ｂの一方の端面１０に入射したときのビーム形状が長方形であっても、光ファイバ９ｂを伝搬する間にビーム形状が円形に整形されるため、光ファイバ９ｂの他方の端面から出射するレーザ光のビーム形状は円形となる。
【００６１】
この発明の実施の形態２では、以上のような構成としたことにより、反射防止コーティング部３８ｂからはみ出す光を減らすことができる。このため、光ファイバ９ｂへの光５の結合効率をさらに高めることができ、光ファイバ９の他方の端面から出射するレーザ光の出力をさらに向上させることができるという効果がある。
【００６２】
尚、この発明の実施の形態２では、長方形の反射防止コーティング部３８ｂを用いた。しかし、これに限ることはなく、例えば楕円形などでもよく、ビーム形状と合う形状を適宜選択して反射防止コーティング部３８ｂを形成してもよい。
【００６３】
以上、この発明の実施の形態１および２について説明した。これらの、この発明の実施の形態１および２で説明した構成は互いに組合せることができる。
【符号の説明】
【００６４】
１ レーザ装置
２ レーザダイオードバー
５ レーザ光
９ａ、９ｂ 光ファイバ
１０ 光ファイバの一方の端面
１４ レーザダイオードバーの前端面
３０ コア
３３ クラッド
３７ ガラスブロック
３８ａ、３８ｂ 反射防止コーティング部
４１ 反射コーティング部
４２ コアの外周部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子から出射した光が、一方の端面に入射する光ファイバと、
を備えた半導体レーザ装置において、
前記光ファイバは、前記一方の端面におけるクラッドの少なくとも一部に、前記一方の端面に入射した光を前記半導体レーザ素子へ反射する反射部を備えたことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
反射部は、光ファイバの一方の端面におけるコアの外周部の少なくとも一部にも設けられたことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
光ファイバは、一方の端面における反射部よりも径方向内側のコアの少なくとも一部に、前記一方の端面に入射した光の反射を防止する反射防止部を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
光ファイバは、外径がクラッドよりも大きいブロックをクラッドの外周に備え、一方の端面におけるブロックの少なくとも一部にも反射部が設けられたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
ブロックは、ガラスブロックであることを特徴とする請求項４記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
反射部は、反射コーティング部であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
反射防止部は、反射防止コーティング部であることを特徴とする請求項３ないし請求項６のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項８】
半導体レーザ素子は、光が出射する面に、出射する光の反射を防止する反射防止コーティング部を備え、前記半導体レーザ素子単体ではレーザ発振しないことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項９】
光ファイバは、所定の波長の光を反射するファイバグレーティングを備えたことにより、前記光ファイバの内部において光共振器を構成し、前記光共振器内においてコアに希土類元素が添加されたことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１０】
一方の端面におけるクラッドの少なくとも一部に所定の波長の光を反射する反射部を備えたことを特徴とする光ファイバ。
【請求項１１】
反射部は、一方の端面におけるコアの外周部の少なくとも一部にも設けられたことを特徴とする請求項１０記載の光ファイバ。
【請求項１２】
一方の端面における反射部よりも径方向内側のコアの少なくとも一部に、所定の波長の光の反射を防止する反射防止部を備えたことを特徴とする請求項１０または請求項１１のいずれかに記載の光ファイバ。
【請求項１３】
反射部は、反射コーティング部であることを特徴とする請求項１０ないし請求項１２のいずれか１項に記載の光ファイバ。
【請求項１４】
反射防止部は、反射防止コーティング部であることを特徴とする請求項１２または請求項１３のいずれかに記載の光ファイバ。
【請求項１】
半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子から出射した光が、一方の端面に入射する光ファイバと、
を備えた半導体レーザ装置において、
前記光ファイバは、前記一方の端面におけるクラッドの少なくとも一部に、前記一方の端面に入射した光を前記半導体レーザ素子へ反射する反射部を備えたことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
反射部は、光ファイバの一方の端面におけるコアの外周部の少なくとも一部にも設けられたことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
光ファイバは、一方の端面における反射部よりも径方向内側のコアの少なくとも一部に、前記一方の端面に入射した光の反射を防止する反射防止部を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
光ファイバは、外径がクラッドよりも大きいブロックをクラッドの外周に備え、一方の端面におけるブロックの少なくとも一部にも反射部が設けられたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
ブロックは、ガラスブロックであることを特徴とする請求項４記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
反射部は、反射コーティング部であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
反射防止部は、反射防止コーティング部であることを特徴とする請求項３ないし請求項６のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項８】
半導体レーザ素子は、光が出射する面に、出射する光の反射を防止する反射防止コーティング部を備え、前記半導体レーザ素子単体ではレーザ発振しないことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項９】
光ファイバは、所定の波長の光を反射するファイバグレーティングを備えたことにより、前記光ファイバの内部において光共振器を構成し、前記光共振器内においてコアに希土類元素が添加されたことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１０】
一方の端面におけるクラッドの少なくとも一部に所定の波長の光を反射する反射部を備えたことを特徴とする光ファイバ。
【請求項１１】
反射部は、一方の端面におけるコアの外周部の少なくとも一部にも設けられたことを特徴とする請求項１０記載の光ファイバ。
【請求項１２】
一方の端面における反射部よりも径方向内側のコアの少なくとも一部に、所定の波長の光の反射を防止する反射防止部を備えたことを特徴とする請求項１０または請求項１１のいずれかに記載の光ファイバ。
【請求項１３】
反射部は、反射コーティング部であることを特徴とする請求項１０ないし請求項１２のいずれか１項に記載の光ファイバ。
【請求項１４】
反射防止部は、反射防止コーティング部であることを特徴とする請求項１２または請求項１３のいずれかに記載の光ファイバ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１５５１９４（Ｐ２０１１−１５５１９４Ａ）
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６７９４（Ｐ２０１０−１６７９４）
【出願日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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