JPS63210904A - レ−ザビ−ム入射光学系 - Google Patents

レ−ザビ−ム入射光学系

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Publication number
JPS63210904A
JPS63210904A JP4612487A JP4612487A JPS63210904A JP S63210904 A JPS63210904 A JP S63210904A JP 4612487 A JP4612487 A JP 4612487A JP 4612487 A JP4612487 A JP 4612487A JP S63210904 A JPS63210904 A JP S63210904A
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JP
Japan
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lens
lenses
distance
laser beam
light source
Prior art date
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Pending
Application number
JP4612487A
Other languages
English (en)
Inventor
Akishi Hongo
晃史 本郷
Tsuneo Shioda
塩田 恒夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Cable Ltd filed Critical Hitachi Cable Ltd
Priority to JP4612487A priority Critical patent/JPS63210904A/ja
Publication of JPS63210904A publication Critical patent/JPS63210904A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4296Coupling light guides with opto-electronic elements coupling with sources of high radiant energy, e.g. high power lasers, high temperature light sources
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4206Optical features

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Lasers (AREA)

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。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はレーザビーム入射光学系に関するものである。
[従来の技術] 中空導波路はレーザビームの伝搬領域が気体であるため
、通常の光ファイバのような端面反射がなく、特に炭酸
ガスレーザのような大電力伝送用導波路として有望であ
る。しかし乍ら入射ビームのビーム径によって高次モー
ドが励振されたり、或は中空領域外に漏れるパワーが無
視できなくなる場合がある。大電力伝送用導波路では僅
かな結合損失でも導波路に熱的損(わが生じ易い。この
ように大電力伝送用導波路では入射ビームのスポットサ
イズを導波路径に対して最適化し、効率よくレーザビー
ムを励振させることが極めて重要である。
レーザ光源からのレーザビームを導波路の径に対して最
適化する光学系として、共焦点レンズ系が知られている
。これは第2図でi!1をレンズL1に入射するレーザ
ビームのビームウェストからレンズL1までの距離、)
2をレンズL2から変換後のビームウェストまでの距離
、ft、fzを夫々レンズL1、Lzの焦点距離、Wo
、Wを夫々ビーム径の変換前と変換後とのビームウェス
Lのスポットサイズとした場合に、レンズLlとレンズ
L2どの間隔l2を。
z 12=fl +f2             ・
・・(1)としたときで、このとき変換後のビームウェ
ストの位置とビームウェストでのスポットサイズとはと
なる。
[発明が解決しようとする問題点] 上記共焦点レンズ系は構造が簡単であり、I!1(第2
図参照)を変化させてもスポットサイズの変換倍率は一
定であるが、レンズが決まるとスポットサイズの変換倍
率を変えることができず、特定のレーザと導波路とを結
合する場合のみにしか適していない。しかし乍ら実際は
、レーザ光源のビーム径は使用するレーザによって様々
であり、導波路径も使用目的によって様々である。導波
路に入射するレーザビームのビーム径の最適値は導波路
径、導波路長、伝送損失、更に使用目的に応じて決定し
なければならないので、共焦点レンズ径ではその都度焦
点距離の異なるレンズと交換しなければならず、汎用性
に欠けるばかりでなく、光軸の調整にも熟練を要する問
題点があった。
尚、共焦点系を用いず2枚のレンズを用いた一般的な場
合には、レンズの位置を変えることにより変換倍率を変
化させることができるが、最適なビーム径を得るには入
射光学系が非常に長くなってしまい、実用的でない。
本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、広範囲に
わたって入射ビームのビーム径を任意に変換し、入射効
率の向上を可能としたレーザビーム入射光学系を提供す
ることを目的とするものである。
[問題点を解決するための手段] 上記目的は、レンズが少なくとも3枚使用され、その中
の最も中空導波路側に配置されたレンズL3がその焦点
距離f3だけ中空導波路入射端よリレーザ光源側に固定
され、レンズ「1よりレーザ光源側に配置されたレンズ
L2とこのレンズL2より更にレーザ光源側に配置され
たレンズL工とが、レンズL1に入射するレーザビーム
のビームウェストとレンズL+ との距ltf’tの変
化に応じレンズL1とレンズL2との距ll,2及びレ
ンズ[2とレンズL3との距離123が、レンズし1、
Lzの焦点距離をfs 、fzとし、レンズL3の焦点
距離を上述のfsとした場合に、 の関係を保つように光軸方向に自動的に移動されるよう
にすることにより、達成される。即ら少なくとも3枚の
レンズを用い、うち2枚はレーザ光源とレンズとの距離
に応じ光軸方向に移動することにより、達成されるので
ある。
[作  用1 上述の第2図に示したような2枚のレンズを用いた光学
系は焦点距離fが をもつ1枚のレンズと等価である(fxfzJlは上述
の第2図の説明を参照)。第2図でレンズLl及びレン
ズL2より更に中空導波路側にレンズL3を置き、レン
ズL1とレンズL2との距離’12とレンズL2とレン
ズL3との距l123及びレンズしっと導波路入射端ま
での距l1!3とが、fz 、fz 、f:+を夫々の
レンズL1.12、L3の焦点距離とした場合に、 J3 =f3                 ・・
・(7)を満足するようにした時、レンズし1、Lz、
L3通過後のビームウェストの位置は導波路入射端に一
致し、そこでのビーム径の変換倍率W / W 6は、 w     f、 f3 wofz <1.−fs )   ””となる、従って
(8)式から判るように(5)〜(7)式の関係を保ち
乍らlを変化させれば、導波路に入射するビーム径を広
範囲に変換できる。
ところで円形の中空導波路に励振される夫々のモードの
励振効率は、導波路半径aと導波路入射端のレーザビー
ムのスポットサイズWとの比W/aによって太き(異な
る。第3図には横方向に軸ずれがなくガウスビームを入
射した時の円形の中空導波路に励振されるHEl.lF
−ドの励振効率が示されている。同図から明らかなよう
に、一般に円形の中空導波路のHE 1.−E−ドのう
ち最も低損失なモードはHE 1mt−ドであり、この
モードはw/a−0,64のとき最大効率で励振される
従って出射ビームをガウス分布にしたい時、或は十分長
い導波路でHElモード以外のモードは減衰してしまう
ような導波路では、W/a −0,64を満足するよう
に入射すればよい。しかし乍ら大電力伝送を目的とした
導波路のように、比較的短尺な導波路或は高次モードで
も低損失である導波路ではw/a=0.64よりも小さ
いビーム径で入射させた方が、中空領域外にはみ出すパ
ワーが少なくなるので、全パワーの伝送容品が大きくな
る。このように導波路の寸法、損失によって入射ビーム
のビーム径はw/a=0.64以下の範囲で最適となる
ようにしなければならない。
更に、励振効率を最大にするにはレンズ通過後のビーム
のビームウェストの位置に導波路入射端がくるようにし
なければならないが、本発明ではこれらの要件をすべて
満足するように3枚のレンズLL 、Lz 、L3を使
用し、レーザ電mtaに使用したレンズL1、Lzを、
レンズL1に入射するレーザビームのビームウェストと
レンズLlとの距離lの変化に応じ、 の関係を保つように光軸方向に自動的に移動するように
し、W/aを0.64以下にしたので、新刊の目的が達
せられるのである。
[実 施 例] 以下、図示した実施例に基づいて本発明を説明する。第
1図には本発明の一実施例が示されている。尚従来と同
じ部品には同じ符号を付したので説明を省略する。本実
施例では中空導波路1にレーザ光源2から出射したレー
ザビームを入射させるレンズを有するレーザビーム入射
光学系で、レンズを少なくとも3枚使用し、その中の最
も中空導波路1側に配置したレンズL3を、その焦点側
l f 3だけ中空導波路入射端よりレーザ光源2側に
固定した。レンズし3よりレーザ光源2側に配置したレ
ンズL2とこのレンズL2より更にレーザ光源2側に配
置したレンズL1とを、レンズし1に入射するレーザビ
ームのビームウェストとレンズL1との距離1!の変化
に応じ、レンズL−工 とレンズL2との距wl12及
びレンズL2とレンズL3との距lll1t123がレ
ンズL1、Llの焦点距離をfllfzとし、レンズL
3の焦点距離を上述のf3とした場合に、 の関係を保つように光軸方向に自動的に移動するように
した。このようにすることにより広範囲にわたって入射
ビームのビーム径を任意に変換し、入射効率を向上する
ことができるようになる。
即ちレーザ光源から出射したレーザビームは光軸に沿っ
て順次レンズl 、Ll 、L3を経て中空導波路1に
入射される。この時、レンズL1、LlをレンズL1と
レンズL 2どの距離I!12及びレンズL2とレンズ
L3との距lf’23が、上述の式(5)〜(7)を満
足するようにパルスモータ3で自動的に移動する。一方
、レンズL3は中空導波路入射端よりレンズL3の焦点
距離f3だけ離して中空導波路1と一体化して、固定し
た。入射ビームのビーム径が最適ビーム径よりずれてい
る場合には式(8)に従って、レンズL1に入射するレ
ーIJ’ビームのビームウェストとレンズIIどの距f
alを変化させる。これはレーザ光源2を移動するか、
或は中空導波路1及び入射光学系全体を移動させるか、
或はレンズL1のレーザ光源2側に適当なレンズを新た
に挿入し、レンズL1に入射するレーザビームのビーム
ウェストの位置を変化させてムよい。しかしこの時も常
に夫々のレンズL1、Lz 、L3の間隔は式(5)〜
(8)を満足しなければならず、IIの変化に応じてパ
ルスモータ3を駆動し、レンズし1、Llの位置を変化
させる。そして中空導波路1の入射端のレーザビームの
スポットサイズが中空導波路1の導波路半径の0.64
倍以下になるように、ビーム径を可変できるようにした
。このようにすることにより入射ビームのスポットサイ
ズを広範囲にわたって任意に変換でき、入射光学系の長
さも長くならない。このため種々の目的に応じて中空導
波路1に入射するビームのスポットサイズを最適化し、
効率のよい励振が可能となる。特に大電力伝送用導波路
では入射端の熱的損傷を抑えることができる。
「発明の効果] 上述のように本発明によれば広範囲にわたって入射ビー
ムのビーム径を任意に変換し、入射効率を向上すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のレーザビーム入射光学系の一実施例の
横断面図、第2図は従来のレーザビーム入q4光学系の
2枚のレンズを用いた共焦点光学系の横断面図、第3図
は円形の中空導波路に入射するH E 1mモードの励
振効率を示す励振効率図である。 1:中空導波路、 2:レーザ光源、 3:パルスモーク、 L1、Ll 、L3  :レンズ。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)中空導波路にレーザ光源から出射したレーザビー
    ムを入射させるレンズからなるレーザビーム入射光学系
    において、前記レンズが少なくとも3枚使用され、その
    中の最も中空導波路側に配置されたレンズL_3がその
    焦点距離f_3だけ中空導波路入射端よりレーザ光源側
    に固定され、前記レンズL_3より前記レーザ光源側に
    配置されたレンズL_2とこのレンズL_2より更に前
    記レーザ光源側に配置されたレンズL_1とが、レンズ
    L_1に入射するレーザビームのビームウェストとレン
    ズL_1との距離l_1の変化に応じレンズL_1とレ
    ンズL_2との距離l_1_2及びレンズL_2とレン
    ズL_3との距離l_2_3が、レンズL_1、L_2
    の焦点距離をf_1、f_2とし、レンズL_3の焦点
    距離を上述のf_3とした場合に、 l_1_2=〔(f_1+f_2)l_1−f_1f_
    2〕/(l_1−f_1)l_2_3=[〔f_2(f
    _2l_1−f_1f_2+f_1^2)〕/f_1^
    2]+f_3の関係を保つように光軸方向に自動的に移
    動するようにされたものであることを特徴とするレーザ
    ビーム入射光学系。
  2. (2)前記レーザビームの径が、前記中空導波路の入射
    端のレーザビームのスポットサイズが中導導波路半径の
    0.64倍以下に可変できるようにされたものである特
    許請求の範囲第1項記載のレーザビーム入射光学系。
JP4612487A 1987-02-27 1987-02-27 レ−ザビ−ム入射光学系 Pending JPS63210904A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003078190A (ja) * 2001-09-05 2003-03-14 Toshiba Corp 光伝送装置、レーザ光発生・伝送装置及びレーザ加工装置
JP2007072134A (ja) * 2005-09-06 2007-03-22 Mitsubishi Electric Corp 波長変換レーザ装置
JP2008028316A (ja) * 2006-07-25 2008-02-07 Ihi Corp 伝送光学系
US7578602B2 (en) * 2004-08-03 2009-08-25 Sony Corporation Laser irradiation system

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