JPH04338902A - 半導体レーザビームの光ファイバーによる導入出方法及びその装置 - Google Patents
半導体レーザビームの光ファイバーによる導入出方法及びその装置Info
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- JPH04338902A JPH04338902A JP241191A JP241191A JPH04338902A JP H04338902 A JPH04338902 A JP H04338902A JP 241191 A JP241191 A JP 241191A JP 241191 A JP241191 A JP 241191A JP H04338902 A JPH04338902 A JP H04338902A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体レーザビーム
による物体の微細加工を行う装置の半導体レーザビーム
の光ファイバーへの入射結合及び導出方法及びその装置
に関するものである。
による物体の微細加工を行う装置の半導体レーザビーム
の光ファイバーへの入射結合及び導出方法及びその装置
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】物体の微細加工を行う装置の半導体レー
ザビームの光ファイバーへの入射結合方法として、例え
ば、従来技術では、次の方法がある。
ザビームの光ファイバーへの入射結合方法として、例え
ば、従来技術では、次の方法がある。
【０００３】１．単芯ファイバーへの結合図８において
、半導体レーザ素子１の光源２からのレーザビーム３は
ロッドレンズのような集光レンズ４を介して光ファイバ
ー５に入射するように構成されているが、この場合の光
ファイバー５の口径Ｃは、光源２に対し次の関係になっ
ている。
、半導体レーザ素子１の光源２からのレーザビーム３は
ロッドレンズのような集光レンズ４を介して光ファイバ
ー５に入射するように構成されているが、この場合の光
ファイバー５の口径Ｃは、光源２に対し次の関係になっ
ている。
【０００４】
【数１】Ａ×ｓｉｎΘ１ ＝ Ｃ×ｓｉｎΘ２ 但し
、Ａ ： 光源２の幅 Ｂ ： 光源２の厚さ Θ１ ： 光源２から集光レンズ４へのレーザビーム
３ａの半導体レーザの接合面に垂直な放射角Θ２ ：
集光レンズ３から光ファイバー５へのレーザビーム３
ｂの入射角
、Ａ ： 光源２の幅 Ｂ ： 光源２の厚さ Θ１ ： 光源２から集光レンズ４へのレーザビーム
３ａの半導体レーザの接合面に垂直な放射角Θ２ ：
集光レンズ３から光ファイバー５へのレーザビーム３
ｂの入射角
【０００５】従って、高出力の半導体レーザ素子になる
と、光源２の幅Ａが大きくなり、効率のよい結合を行う
ためには、光ファイバー４の口径寸法Ｃも大きくする必
要がある。それ故、光学的結合率を高めるためには、口
径の大きな光ファイバー５（又は高開口数の光ファイバ
ー）を用いなければならない。
と、光源２の幅Ａが大きくなり、効率のよい結合を行う
ためには、光ファイバー４の口径寸法Ｃも大きくする必
要がある。それ故、光学的結合率を高めるためには、口
径の大きな光ファイバー５（又は高開口数の光ファイバ
ー）を用いなければならない。
【０００６】２．突き合わせ結合
図９がこの結合方法を示すもので、光ファイバー５をレ
ンズを介さず、微少のクリアランスＬを開けただけで、
直接、半導体レーザ素子１の光源２（図示せず）に結合
する方法である。
ンズを介さず、微少のクリアランスＬを開けただけで、
直接、半導体レーザ素子１の光源２（図示せず）に結合
する方法である。
【０００７】この場合も、基本的には前記１．と同じで
あり、光ファイバー５の口径は光源２の幅Ａより大なる
口径を必要とする。
あり、光ファイバー５の口径は光源２の幅Ａより大なる
口径を必要とする。
【０００８】従って、大口径光ファイバーによる入射結
合は、光ファイバーの導出側の口径も同等に大であるた
め、実用上、結合効率は向上するが、出射側での光源の
光エネルギー密度が向上しないという欠点がある。
合は、光ファイバーの導出側の口径も同等に大であるた
め、実用上、結合効率は向上するが、出射側での光源の
光エネルギー密度が向上しないという欠点がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】それ故、この発明は、
前述の光エネルギー密度を向上させようとするものであ
る。
前述の光エネルギー密度を向上させようとするものであ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】そのためこの発明は、バ
ンドル形光ファイバーを用いることにより前記の課題を
解決した。
ンドル形光ファイバーを用いることにより前記の課題を
解決した。
【００１１】
【作用】従って、半導体レーザ素子から放射されるレー
ザビームの光ファイバーへの結合が高効率ででき、使用
する光ファイバーの本数を増加し、光ファイバーの総断
面積を減少させれば、その導出側の光エネルギー密度を
増加することができ、それ故、従来技術では不可能とさ
れていた半導体レーザビームによる物体の微細加工が可
能となった。
ザビームの光ファイバーへの結合が高効率ででき、使用
する光ファイバーの本数を増加し、光ファイバーの総断
面積を減少させれば、その導出側の光エネルギー密度を
増加することができ、それ故、従来技術では不可能とさ
れていた半導体レーザビームによる物体の微細加工が可
能となった。
【００１２】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面と共に詳述す
る。図１はこの発明の半導体レーザビームの光ファイバ
ーへの入射結合及び導出装置の実施例の説明斜視図であ
り、図２は図１の側面図、図３は図１の半導体レーザ素
子の光源の平面拡大図、図４乃至図６は光ファイバーの
入射端面への結像の説明図、そして図７はこの発明に用
いるバンドル形光ファイバーの導出端面の説明図である
。
る。図１はこの発明の半導体レーザビームの光ファイバ
ーへの入射結合及び導出装置の実施例の説明斜視図であ
り、図２は図１の側面図、図３は図１の半導体レーザ素
子の光源の平面拡大図、図４乃至図６は光ファイバーの
入射端面への結像の説明図、そして図７はこの発明に用
いるバンドル形光ファイバーの導出端面の説明図である
。
【００１３】先ず、図１及び図２を用いて、この発明の
装置の全体の構成を説明する。１は半導体レーザ素子１
で、パッケージされており、光源２を有する。この光源
２は、図２に理想的に示したように、幅Ａ、厚さＢから
なる長方形である。４は集光レンズ、６はバンドル形光
ファイバー６を示し、入射端面７及び導出端面８を有す
る。これらの光源２、集光レンズ４及びバンドル形光フ
ァイバー６はレーザビーム軸１４に対して直線的に配置
され、それらは取り付け金具（図示せず）でレーザビー
ム軸１４に対し平行な方向に機械的精度を保証されて取
り付けられている。そして、集光レンズ４は矢印９のレ
ーザビーム軸１４に平行な方向に調整可能であり、バン
ドル形光ファイバー６はレーザビーム軸１４に対し、平
行な方向１２と、垂直な方向１０と、その垂直な方向と
直角な方向１１及び回転方向１３に調整可能に構成され
ている。これらの調整は全てのレーザビーム３ａが集光
レンズ４に入射し、更に集光レンズ４を通過したレーザ
ビーム３ｂがバンドル形光ファイバー６の入射端面７に
結像するように行われるものである。
装置の全体の構成を説明する。１は半導体レーザ素子１
で、パッケージされており、光源２を有する。この光源
２は、図２に理想的に示したように、幅Ａ、厚さＢから
なる長方形である。４は集光レンズ、６はバンドル形光
ファイバー６を示し、入射端面７及び導出端面８を有す
る。これらの光源２、集光レンズ４及びバンドル形光フ
ァイバー６はレーザビーム軸１４に対して直線的に配置
され、それらは取り付け金具（図示せず）でレーザビー
ム軸１４に対し平行な方向に機械的精度を保証されて取
り付けられている。そして、集光レンズ４は矢印９のレ
ーザビーム軸１４に平行な方向に調整可能であり、バン
ドル形光ファイバー６はレーザビーム軸１４に対し、平
行な方向１２と、垂直な方向１０と、その垂直な方向と
直角な方向１１及び回転方向１３に調整可能に構成され
ている。これらの調整は全てのレーザビーム３ａが集光
レンズ４に入射し、更に集光レンズ４を通過したレーザ
ビーム３ｂがバンドル形光ファイバー６の入射端面７に
結像するように行われるものである。
【００１４】半導体レーザ素子１の光源２は、前述の図
３の如くなっていて、例えば、幅Ａが約２００μｍ、厚
さＢが約１μｍとなっている。今、この発明の原理を説
明する前に、従来の一本の光ファイバー５に対する結像
について、図４を用いて考察してみる。集光レンズ４に
対して１：１の結像（倍率が１）をすると、光源２は光
ファイバー５の入射端面に図４の形状で結像し、その結
像１５の形状はやはりＡ×Ｂの寸法になる。光ファイバ
ーの開口数が、レーザビームの入射角Θ２ を満足する
値であれば、集光部の結像１５が光ファイバー５のコア
１６に入り、原理的に最良の結合率となる。結像倍率は
光ファイバー５の入射条件を満足すれば任意で構わない
。 １７はクラッドである。
３の如くなっていて、例えば、幅Ａが約２００μｍ、厚
さＢが約１μｍとなっている。今、この発明の原理を説
明する前に、従来の一本の光ファイバー５に対する結像
について、図４を用いて考察してみる。集光レンズ４に
対して１：１の結像（倍率が１）をすると、光源２は光
ファイバー５の入射端面に図４の形状で結像し、その結
像１５の形状はやはりＡ×Ｂの寸法になる。光ファイバ
ーの開口数が、レーザビームの入射角Θ２ を満足する
値であれば、集光部の結像１５が光ファイバー５のコア
１６に入り、原理的に最良の結合率となる。結像倍率は
光ファイバー５の入射条件を満足すれば任意で構わない
。 １７はクラッドである。
【００１５】次に、この発明の複数本の光ファイバーへ
の結像について考察する。図５のように、集光部の結像
１５が、バンドル形光ファイバー６を構成する２本の光
ファイバー６ａ、６ｂにわたって集光している場合、結
像１５は二つのコア１８と、二つのクラッド１９の接触
部分２０に集光し、接触部分２０に集光した光エネルギ
ーは結合ロスとなるが、光ファイバー６ａ、６ｂの断面
積は、図４の光ファイバー５の２分の１の直径の光ファ
イバーを用いた場合の約２分の１となる。更に、図６の
ように、１本入射の時の光ファイバー５の５分の１の直
径の光ファイバー６ａ、６ｂ・・・を５本用いると、総
断面積は５分の１となり、クラッド１９の接触部分２０
への結像１５の入射によるロス分を考慮に入れても、約
４倍の光エネルギー密度が得られる。同様にして、複数
本の細径光ファイバーを直線的に配列して集光すること
により、高光エネルギー密度での光ファイバー結合が可
能となる。
の結像について考察する。図５のように、集光部の結像
１５が、バンドル形光ファイバー６を構成する２本の光
ファイバー６ａ、６ｂにわたって集光している場合、結
像１５は二つのコア１８と、二つのクラッド１９の接触
部分２０に集光し、接触部分２０に集光した光エネルギ
ーは結合ロスとなるが、光ファイバー６ａ、６ｂの断面
積は、図４の光ファイバー５の２分の１の直径の光ファ
イバーを用いた場合の約２分の１となる。更に、図６の
ように、１本入射の時の光ファイバー５の５分の１の直
径の光ファイバー６ａ、６ｂ・・・を５本用いると、総
断面積は５分の１となり、クラッド１９の接触部分２０
への結像１５の入射によるロス分を考慮に入れても、約
４倍の光エネルギー密度が得られる。同様にして、複数
本の細径光ファイバーを直線的に配列して集光すること
により、高光エネルギー密度での光ファイバー結合が可
能となる。
【００１６】次に、このような入射結合を行ったバンド
ル形光ファイバー６の導出端面８の形状について説明す
る。複数本の細径光ファイバー６ａ、６ｂ・・・は、出
射側で任意の形状の導出端面８に形成できるが、光エネ
ルギー密度を高めることを目的として、図７に示したよ
うに、最密配列を形成するのが最も良い。例えば、図４
のクラッド１７の外径Ｄの７分の１の７本の光ファイバ
ー６ａ、６ｂ・・・を用いて直線配列すると、入射端面
７の総面積も７分の１になるが、図７のように出射側で
各光ファイバー６ａ、６ｂ・・・を最密に配置すると隙
間が生じるものの、見掛けの直径は、光ファイバー５の
直径Ｄより小さい寸法Ｃとなる。この場合の寸法Ｃは寸
法Ｄの７分の３となり、導出端面８のそれぞれの面積Φ
Ｄ とΦＣ との比は５．４：１となる。
ル形光ファイバー６の導出端面８の形状について説明す
る。複数本の細径光ファイバー６ａ、６ｂ・・・は、出
射側で任意の形状の導出端面８に形成できるが、光エネ
ルギー密度を高めることを目的として、図７に示したよ
うに、最密配列を形成するのが最も良い。例えば、図４
のクラッド１７の外径Ｄの７分の１の７本の光ファイバ
ー６ａ、６ｂ・・・を用いて直線配列すると、入射端面
７の総面積も７分の１になるが、図７のように出射側で
各光ファイバー６ａ、６ｂ・・・を最密に配置すると隙
間が生じるものの、見掛けの直径は、光ファイバー５の
直径Ｄより小さい寸法Ｃとなる。この場合の寸法Ｃは寸
法Ｄの７分の３となり、導出端面８のそれぞれの面積Φ
Ｄ とΦＣ との比は５．４：１となる。
【００１７】そして、次に透過パワー比について考察し
てみる。光ファイバー５の導出端面８を通過するレーザ
ビームに対し、細径光ファイバー６ａ、６ｂ・・・を透
過するレーザビームはクラッド１９を照射する分だけ減
少するが、一般市販の光ファイバーのコアとクラッド比
は、大きな物で１０：１程度であり、従って細径バンド
ル形光ファイバーを用いると、単芯光ファイバーに比べ
約１０％のパワーロスの増加が見込まれるだけである。
てみる。光ファイバー５の導出端面８を通過するレーザ
ビームに対し、細径光ファイバー６ａ、６ｂ・・・を透
過するレーザビームはクラッド１９を照射する分だけ減
少するが、一般市販の光ファイバーのコアとクラッド比
は、大きな物で１０：１程度であり、従って細径バンド
ル形光ファイバーを用いると、単芯光ファイバーに比べ
約１０％のパワーロスの増加が見込まれるだけである。
【００１８】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、半導
体レーザ素子から放射されるレーザビームの光ファイバ
ーへの結合ができ、結合後のレーザビームの光エネルギ
ー密度が、使用する光ファイバーの本数の増加で実現で
きる。また、市販の光ファイバーを用い、構造が簡単に
構成できるため、コストが掛からない。しかも、半導体
レーザ素子の光源の長さに関係なく応用が可能となり、
パワーロスも従来比１０％減で実現できる。そして、こ
の発明により従来不可能とされていた半導体レーザによ
る微細加工が可能となる等数々の効果がある。
体レーザ素子から放射されるレーザビームの光ファイバ
ーへの結合ができ、結合後のレーザビームの光エネルギ
ー密度が、使用する光ファイバーの本数の増加で実現で
きる。また、市販の光ファイバーを用い、構造が簡単に
構成できるため、コストが掛からない。しかも、半導体
レーザ素子の光源の長さに関係なく応用が可能となり、
パワーロスも従来比１０％減で実現できる。そして、こ
の発明により従来不可能とされていた半導体レーザによ
る微細加工が可能となる等数々の効果がある。
【図１】この発明の半導体レーザビームの光ファイバー
平面図の入射結合及び導出装置の実施例の説明斜視図。
平面図の入射結合及び導出装置の実施例の説明斜視図。
【図２】図１の側面図である。
【図３】この発明に用いる半導体レーザ素子の光源の平
面拡大図である。
面拡大図である。
【図４】この発明を説明するための１本の光ファイバー
の入射端面への結像の説明図である。
の入射端面への結像の説明図である。
【図５】この発明を説明するための２本の光ファイバー
の入射端面への結像の説明図である。
の入射端面への結像の説明図である。
【図６】この発明を説明するための５本の光ファイバー
の入射端面への結像の説明図である。
の入射端面への結像の説明図である。
【図７】この発明に用いるバンドル形光ファイバーの導
出端面の説明図である。
出端面の説明図である。
【図８】従来の半導体レーザビームの光ファイバーへの
入射結合及び導出方法の第１の例の説明図である。
入射結合及び導出方法の第１の例の説明図である。
【図９】従来の半導体レーザビームの光ファイバーへの
入射結合及び導出方法の第２の例の説明図である。
入射結合及び導出方法の第２の例の説明図である。
１ 半導体レーザ素子
２ 光源
３ａ，３ｂ レーザビーム
４ 集光レンズ
５ 光ファイバー
６ バンドル形光ファイバー
７ 入射端面
８ 導出端面
１４ レーザビーム軸
１５ 結像
１６、１８ コア
１７、１９ クラッド
２０ クラッド１９の接触部分
Ａ 光源の幅
Ｂ 光源の厚さ
Ｃ 光ファイバーの口径
Ｌ クリアランス
Claims (5)
- 【請求項１】 半導体レーザ素子の光源からのレーザ
ビームを、該半導体レーザ素子の光源と同一形状のバン
ドル形光ファイバーで受光し、該バンドル形光ファイバ
ーの出射側に高光エネルギー密度にレーザビームを導出
することを特徴とする半導体レーザビームの光ファイバ
ーによる導入出方法。 - 【請求項２】 少なくとも半導体レーザ素子の光源、
集光レンズ及びバンドル形光ファイバーが、該半導体レ
ーザ素子の光源からのレーザビーム軸上に配置し、前記
半導体レーザ素子の光源に対し、前記集光レンズ及び前
記バンドル形光ファイバーを相対的に位置調整ができる
ように構成したことを特徴とする半導体レーザビームの
光ファイバーによる導入出装置。 - 【請求項３】 前記バンドル形光ファイバーは、半導
体レーザ素子の光源からのレーザビームが入射する個々
の光ファイバーが隙間なく直線的に配列されていること
を特徴とする請求項２に記載の半導体レーザビームの光
ファイバーによる導入出装置。 - 【請求項４】 前記バンドル形光ファイバーの出射側
が最密配列に形成されことを特徴とする請求項２に記載
の半導体レーザビームの光ファイバーによる導入出装置
。 - 【請求項５】 前記バンドル形光ファイバーの個々の
光ファイバーのコア対クラッド比が可能な限り大なる光
ファイバーを用いることを特徴とする請求項２に記載の
半導体レーザビームの光ファイバーによる導入出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP241191A JPH04338902A (ja) | 1991-01-14 | 1991-01-14 | 半導体レーザビームの光ファイバーによる導入出方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP241191A JPH04338902A (ja) | 1991-01-14 | 1991-01-14 | 半導体レーザビームの光ファイバーによる導入出方法及びその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04338902A true JPH04338902A (ja) | 1992-11-26 |
Family
ID=11528508
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP241191A Pending JPH04338902A (ja) | 1991-01-14 | 1991-01-14 | 半導体レーザビームの光ファイバーによる導入出方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04338902A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020088299A (ko) * | 2001-05-21 | 2002-11-27 | 앰코 테크놀로지 코리아 주식회사 | 광소자 패키지 |
| JP2007163650A (ja) * | 2005-12-12 | 2007-06-28 | Fujikura Ltd | 光ファイバ型励起コンバイナ、光ファイバ増幅器及び光ファイバレーザ |
| JP2007163940A (ja) * | 2005-12-15 | 2007-06-28 | Mitsubishi Electric Corp | 光結合装置 |
-
1991
- 1991-01-14 JP JP241191A patent/JPH04338902A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020088299A (ko) * | 2001-05-21 | 2002-11-27 | 앰코 테크놀로지 코리아 주식회사 | 광소자 패키지 |
| JP2007163650A (ja) * | 2005-12-12 | 2007-06-28 | Fujikura Ltd | 光ファイバ型励起コンバイナ、光ファイバ増幅器及び光ファイバレーザ |
| JP2007163940A (ja) * | 2005-12-15 | 2007-06-28 | Mitsubishi Electric Corp | 光結合装置 |
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