JP7141972B2 - Semiconductor laser light source - Google Patents
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Description
本発明は半導体レーザ光源、より詳しくは半導体レーザと、そこから発せられたレーザ光が入射する光ファイバーとからなる半導体レーザ光源に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor laser light source, and more particularly to a semiconductor laser light source comprising a semiconductor laser and an optical fiber into which laser light emitted from the semiconductor laser is incident.
従来、例えば特許文献1や2に示されるように、半導体レーザと、そこから発せられたレーザ光と結合するようにして、該半導体レーザと離して配置された光ファイバーとからなる半導体レーザ光源が知られている。この種の半導体レーザ光源の中でも、特に可視領域の波長のレーザ光を発するものは、バイオ顕微鏡、医療検査機器、粒子計測、半導体検査機器等の分野で広く使われている。
Conventionally, as disclosed in
上述したような各種分野では、画像情報を取得するため、多くの場合アナログ情報が取り使われる。そのため、これらの分野に用いられる半導体レーザ光源に対しては、光通信帯でのデジタル変調等の場合には特に問題になっていない低レベルのノイズの発生も抑制することが望まれている。 In various fields such as those mentioned above, analog information is often used to acquire image information. Therefore, for semiconductor laser light sources used in these fields, it is desired to suppress the generation of low-level noise, which is not particularly problematic in the case of digital modulation in the optical communication band.
半導体レーザと、それと離して配置された光ファイバーとからなる半導体レーザ光源において、ノイズを発生させるノイズ源の一つとして、上記特許文献1や2にも示されている戻り光が良く知られている。この戻り光とは、光ファイバーに向かったレーザ光が、この光ファイバーの光入射端面で反射して半導体レーザに戻る光のことである。
In a semiconductor laser light source comprising a semiconductor laser and an optical fiber spaced apart from it, the return light described in
図5は、この戻り光を詳しく説明するものである。ここに示すように、半導体レーザ10から発せられたレーザ光Lはコリメートレンズ11によって平行光とされた後、集光光学系としての集光レンズ12により集光されて光ファイバー13に入射する。光ファイバー13は、コア13aと、それよりも低屈折率でコア13aの周りに配されたクラッド13bとからなるものである。レーザ光Lは集光レンズ12により、光ファイバー13の光入射端面13c上で収束するように集光されて、光ファイバー13内つまりコア13aに入射される。コア13aに入射したレーザ光Lは、クラッド13bとの界面で全反射を繰り返しながらコア13a内を伝搬し、所定の利用位置に送られる。上述のようにしてレーザ光Lを光ファイバー13に入射させる際、このレーザ光Lは光ファイバー13の光入射端面13cで反射し、戻り光L1となって半導体レーザ10に戻り得る。
FIG. 5 explains this return light in detail. As shown here, a laser beam L emitted from a
なお、特許文献1にも記載があるように、レーザ光Lと光ファイバー13との光結合効率を上げるために集光レンズ12を、その光軸がレーザ光Lのビーム中心から外れた状態に配置することが知られており、図5でもそのような構成を示している。また、戻り光L1が半導体レーザ10に入射することを防止するために、光ファイバー13の光入射端面13cを、その前の集光レンズ12の光軸に対して斜めにカットしておくことが従来知られており、図5はこの構造も併せて示している。
As described in
このように光入射端面13cを斜めカットしておくことにより、戻り光L1の光路が半導体レーザ10から遠去かるようにすることができる。そして多くの場合、コリメートレンズ11と集光レンズ12との間には、レーザ光Lのビーム断面形状を真円化するためのプリズムペアが配置されるが、図5ではその図示を省略している。
By obliquely cutting the light
戻り光L1が半導体レーザ10に入射することを防止するための構成としては、上述のように光ファイバー13の光入射端面13cを斜めカットする他に、図4に示すように、光入射端面13cと半導体レーザ10との間に、戻り光L1を遮断するマスク(空間フィルター)20を配置することも知られている。上述のように光入射端面13cを斜めカットしても、ビーム裾の一部が集光レンズ12の開口にかかることで、戻り光L1の一部が半導体レーザ10に向かって進行するが、空間フィルター20を配置しておくことにより、そのように進行する戻り光L1を遮断することができる。特許文献2は、そのような構成の一例も示している。なおこの図4において、先に説明した図5中のものと同等の要素には同番号を付してあり、それらについての説明は、特に必要の無い限り省略する(以下、同様)。
As a configuration for preventing the return light L1 from entering the
しかし本発明者の研究によると、前述したように集光レンズをその光軸がレーザ光のビーム中心から外れた状態に配置した半導体レーザ光源において、光ファイバーの光入射端面を斜めカットしたり、戻り光を遮断するマスクを設けたりしても、なお戻り光によるノイズが発生し得ることが解った。 However, according to the research of the present inventor, as described above, in a semiconductor laser light source in which the condenser lens is arranged with its optical axis deviated from the beam center of the laser beam, the light incident end surface of the optical fiber is obliquely cut or returned. It has been found that even if a mask for blocking light is provided, noise due to return light may still occur.
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、集光レンズをその光軸がレーザ光のビーム中心から外れた状態に配置した半導体レーザ光源において、戻り光によるノイズ発生をより確実に防止することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances. In a semiconductor laser light source in which the optical axis of a condensing lens is arranged away from the center of the beam of laser light, the generation of noise due to return light can be more reliably prevented. intended to
本発明による半導体レーザ光源は、
半導体レーザと、
この半導体レーザから発せられたレーザ光を収束させる集光光学系であって、前記レーザ光のビーム中心に対して光軸が離れた状態に配置された集光光学系と、
この集光光学系を経たレーザ光を伝搬させる光ファイバーであって、上記レーザ光が入射する光入射端面が、集光光学系の光軸に対して斜めカットされた光ファイバーと、
からなる半導体レーザ光源において、
光ファイバーの光入射端面において反射したレーザ光の反射光を遮断する空間フィルターが設けられ、
半導体レーザと光ファイバーとの間に、光ファイバーに向かって進行するレーザ光の透過率を95%以下に制限する透過損失部材が設けられた、
ことを特徴とするものである。なお、上記の「ビーム中心」とは、レーザ光の波面法線を意味する。
The semiconductor laser light source according to the present invention is
a semiconductor laser;
a condensing optical system for converging the laser light emitted from the semiconductor laser, the condensing optical system being arranged in a state in which the optical axis is separated from the beam center of the laser light;
an optical fiber for propagating the laser light that has passed through the condensing optical system, the optical fiber having a light incident end face into which the laser light is incident that is obliquely cut with respect to the optical axis of the condensing optical system;
In a semiconductor laser light source consisting of
A spatial filter is provided for blocking the reflected light of the laser light reflected at the light incident end surface of the optical fiber,
A transmission loss member is provided between the semiconductor laser and the optical fiber to limit the transmittance of the laser light traveling toward the optical fiber to 95% or less.
It is characterized by In addition, the above-mentioned "beam center" means the wavefront normal line of the laser beam.
上記透過損失部材の透過率は、より好ましくは87%以下、さらに好ましくは80%以下とされる。 The transmittance of the transmission loss member is more preferably 87% or less, more preferably 80% or less.
本発明の半導体レーザ光源において、上記光入射端面はノンコートの面であることが望ましい。 In the semiconductor laser light source of the present invention, it is desirable that the light incident end surface is a non-coated surface.
また光ファイバーは、光入射側の端部にエンドキャップが配置されたものであることが望ましい。 Moreover, it is desirable that the optical fiber is provided with an end cap at the end on the light incident side.
また半導体レーザは、GaN基板から形成されて波長375~520nmのレーザ光を発するものであることが望ましい。ただしそれに限らず半導体レーザは、GaAs基板から形成されて波長630~880nmのレーザ光を発するものであってもよい。 The semiconductor laser is preferably formed from a GaN substrate and emits laser light with a wavelength of 375 to 520 nm. However, the semiconductor laser is not limited to this, and may be formed from a GaAs substrate and emit laser light with a wavelength of 630 to 880 nm.
本発明者の研究によると、光ファイバーの光入射端面を斜めカットしたり、戻り光を遮断するマスクを設けたりしても、なお戻り光によるノイズが発生するのは以下の理由によるものであることが解った。すなわち、半導体レーザと、そこから発せられたレーザ光が入射する光ファイバーとからなる半導体レーザ光源は、光ファイバーの光入射端面とは反対側の光出射端面(遠端)からレーザ光を出射させて利用位置に供給するが、この光出射端面においてもレーザ光が反射し、その反射光が半導体レーザ側に戻り得る。また光出射端面の先には一般に、レーザ光を集光する集光レンズやミラー等の光学系が配置されるが、その光学系で反射した光も、半導体レーザから光ファイバーに向かうレーザ光の光路を逆に辿って半導体レーザ側に戻り光として入射し得る。 According to the inventor's research, even if the light incident end face of the optical fiber is obliquely cut or a mask is provided to block the return light, noise due to the return light is still generated for the following reasons. I understand. In other words, a semiconductor laser light source, which consists of a semiconductor laser and an optical fiber into which the laser light emitted from the semiconductor laser is incident, is used by emitting the laser light from the light emitting end face (far end) opposite to the light incident end face of the optical fiber. Although the laser light is supplied to the position, the laser light is also reflected at this light emitting end face, and the reflected light can return to the semiconductor laser side. In general, an optical system such as a condensing lens and a mirror for condensing the laser beam is arranged beyond the light emitting end face. can be traced in reverse to enter the semiconductor laser side as returned light.
本発明の半導体レーザ光源は、この新しい知見に鑑みて、半導体レーザと光ファイバーとの間に、光ファイバーに向かって進行するレーザ光の透過率を95%以下に制限する透過損失部材を設けたものである。そこで本発明の半導体レーザ光源によれば、半導体レーザから光ファイバーに向かうレーザ光の光路を逆に辿る戻り光を、透過損失部材によって減衰させることができ、半導体レーザにおける光ノイズの発生を低減可能となる。 In view of this new knowledge, the semiconductor laser light source of the present invention is provided with a transmission loss member between the semiconductor laser and the optical fiber for limiting the transmittance of the laser light traveling toward the optical fiber to 95% or less. be. Therefore, according to the semiconductor laser light source of the present invention, it is possible to attenuate the return light that follows the optical path of the laser light from the semiconductor laser to the optical fiber by the transmission loss member, thereby reducing the occurrence of optical noise in the semiconductor laser. Become.
この光ノイズの発生を低減する効果は、透過損失部材の透過率が低いほど顕著となるので、より好ましくは前述した通り87%以下、さらに好ましくは80%以下とされる。半導体レーザが戻り光に対して比較的強い場合や、光ファイバーの遠端やその先の光学系からの戻り光の光量が比較的少ない場合は、透過損失部材の透過率が90%以下、あるいは87%以下でも光ノイズを実用上問題無い程度まで低減可能である。なお、上記光学系からの戻り光の光量が比較的少ない場合の例としては、その光学系を構成するレンズ等のガラスにAR(反射防止)コートが施されていてそこでの反射率が0.5%程度に抑えられる場合が挙げられる。 The lower the transmittance of the transmission loss member, the more remarkable the effect of reducing the occurrence of optical noise. When the semiconductor laser is relatively strong against return light, or when the amount of return light from the far end of the optical fiber or the optical system beyond it is relatively small, the transmittance of the transmission loss member is 90% or less, or 87%. % or less, the optical noise can be reduced to the extent that there is no practical problem. As an example of the case where the amount of light returned from the optical system is relatively small, AR (anti-reflection) coating is applied to glass such as lenses constituting the optical system, and the reflectance there is 0.0. In some cases, it can be suppressed to about 5%.
一方、半導体レーザが戻り光に対して比較的弱い場合や、光ファイバーの遠端やその先の光学系からの戻り光の光量が比較的多い場合は、透過損失部材の透過率が80%以下、具体的には70%、60%、50%等とすれば、光ノイズを実用上問題無い0.5%rms(root mean square)程度まで低減可能である。なお、半導体レーザが戻り光に対して比較的弱い場合の例としては、光ファイバーの遠端での反射率が4%程度であっても、無対策なら光ノイズが0.5%rmsより高い値に達する場合が挙げられる。また、上記光学系からの戻り光の光量が比較的多い場合の例としては、この光学系にミラーが含まれていてそこでの反射率がほぼ100%となっている場合が挙げられる。なお、透過損失部材の透過率が以上挙げた各数値である場合の光ノイズ発生状況に関しては、後に実施形態に沿って具体的に説明する。 On the other hand, when the semiconductor laser is relatively weak against return light, or when the amount of return light from the far end of the optical fiber or the optical system beyond it is relatively large, the transmittance of the transmission loss member is 80% or less. Specifically, if it is set to 70%, 60%, 50%, etc., the optical noise can be reduced to about 0.5% rms (root mean square), which is practically acceptable. As an example of the case where the semiconductor laser is relatively weak against the return light, even if the reflectance at the far end of the optical fiber is about 4%, the optical noise will be higher than 0.5% rms if no measures are taken. is reached. Further, as an example of the case where the amount of light returned from the optical system is relatively large, there is a case where the optical system includes a mirror whose reflectance is approximately 100%. It should be noted that the state of occurrence of optical noise in the case where the transmittance of the transmission loss member is the numerical value given above will be specifically described later according to the embodiment.
また本発明の半導体レーザ光源によれば、光ファイバーの光入射端面において反射したレーザ光の反射光を遮断する空間フィルターが設けられたことにより、この反射光が戻り光となって半導体レーザに入射することも防止できる。それにより、この戻り光に起因する光ノイズの発生も低減可能である。 Further, according to the semiconductor laser light source of the present invention, since the spatial filter is provided for blocking the reflected light of the laser light reflected at the light incident end face of the optical fiber, this reflected light becomes return light and enters the semiconductor laser. can also be prevented. As a result, it is possible to reduce the occurrence of optical noise caused by this return light.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図1は、本発明の第1実施形態による半導体レーザ光源の構成を概略的に示すものである。図示の通りこの半導体レーザ光源は、図5に示した半導体レーザ光源におけるものと同様の半導体レーザ10、コリメートレンズ11、集光レンズ12および光ファイバー13を備えて構成されている。またこの図1では、半導体レーザ光源の適用状態をより現実的に表すように、光ファイバー13の光出射端面13dから出射したレーザ光Lを集光する集光レンズ14と、その先にさらに配置されるミラー15とを概略的に図示している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 schematically shows the configuration of a semiconductor laser light source according to a first embodiment of the invention. As shown, this semiconductor laser light source comprises a
この図1の構成でも、レーザ光Lと光ファイバー13との光結合効率を上げるために集光レンズ12は、その光軸がレーザ光Lのビーム中心から外れた状態に配置されている。そしてこの集光レンズ12とコリメートレンズ11との間には、遮光マスクからなる空間フィルター20が配置されている。本実施形態における空間フィルター20は、図4に示したものとは形状が異なって、コリメートレンズ11から集光レンズ12に向かうレーザ光Lの光路まで延びる部分を有している。そしてこの部分には、アパーチャー(開口)20aが設けられている。なお本実施形態の半導体レーザ光源でも、コリメートレンズ11を経たレーザ光Lは、図示外のプリズムペアによってビーム断面形状が真円化される。そして空間フィルター20は、上記プリズムペアよりも光ファイバー13側の位置に配されている。
In the configuration of FIG. 1 as well, the
以下、この半導体レーザ光源における各部の詳細な仕様について説明する。半導体レーザ10の光出力は50mW、レーザ光Lの波長は可視領域の488nm、平行光化かつ真円化された後のレーザ光Lのビーム径(1/e2径、以下同様)は0.6mmである。それに対してアパーチャー20aの径は0.5mmであり、このアパーチャー20aの中心がレーザ光Lのビーム中心と一致した状態にして空間フィルター20が配置されている。このような構成において、アパーチャー20aにおけるレーザ光Lの透過率は70%となっている。つまり、空間フィルター20のアパーチャー20aが設けられた部分は、レーザ光Lの透過を損なう透過損失部材として機能するものとなっている。
Detailed specifications of each part in this semiconductor laser light source will be described below. The optical output of the
一方光ファイバー13は、コア13aの直径が4μmの偏光保存(偏波面保存)ファイバーである。この光ファイバー13の光入射端面13cは、コア軸に垂直な面に対して8°の角度をなす状態に斜めカット、研磨されている。そしてこの光入射端面13cは、AR(反射防止)コートが施されていないノンコート面とされている。
On the other hand, the
以下、上記構成を有する半導体レーザ光源の作用について説明する。半導体レーザ10から発せられたレーザ光Lはコリメートレンズ11によって平行光とされた後、集光レンズ12により集光されて光ファイバー13内つまりコア13aに入射される。コア13aに入射したレーザ光Lはコア13a内を伝搬し、光出射端面13dから出射して所定の利用位置に送られる。本例では、光出射端面13dから出射したレーザ光Lが集光レンズ14によって集光された後、ミラー15等を含むレーザ光利用部に送られる。
The operation of the semiconductor laser light source having the above configuration will be described below. A laser beam L emitted from a
上記の構成においては、レーザ光Lが光ファイバー13内に入射する際、レーザ光Lは光ファイバー13の光入射端面13cで反射する。この反射したレーザ光は、光入射端面13cが前述したように斜めカットされているので、光入射端面13cに入射するレーザ光Lの光路を逆に辿ることはないが、集光レンズ12に入射した後に半導体レーザ10に向かって進行する戻り光L1となり得る。光入射端面13cから反射された戻り光L1は空間フィルター20の位置ではレーザ光L1とは1.6mm離れて戻ってくるため、この戻り光L1の大部分は遮光マスクからなる空間フィルター20によって遮断され、半導体レーザ10まで戻ることが防止される。具体的には、半導体レーザ10の光出力に対して、そこに入射する戻り光L1は-89dBに減衰された。これにより、戻り光L1に起因する光ノイズを、空間フィルター20を設けない場合の1%rms(root mean square)と比べて、0.2%rms以下まで低減させることができる。
In the above configuration, when the laser light L enters the
なお空間フィルター20による戻り光L1の減衰量は、レーザ光Lと戻り光L1との距離に応じて変わる。そこで、レーザ光Lのビーム中心と戻り光L1の中心との距離を5通りに変えて、各場合の上記減衰量を調べた。その結果を図2に示す。数値で詳しく示すと、上記距離が1mm、1.2mm、1.4mm、1.6mm(本実施形態における値)、1.8mmである場合、上記減衰量はそれぞれ-35dB、-50dB、-68dB、-89dB、-122dBとなった。なお、上記の1mm、1.2mm、1.4mm、1.6mm、1.8mmは、光ファイバー13の光入射端面13cの斜めカット角度を各々5°、6°、7°、8°、9°と変えることで距離を変えたものである。
The amount of attenuation of the return light L1 by the
図1の半導体レーザ光源においては、以上述べた光入射端面13cからの戻り光L1だけではなく、光ファイバー13の光出射端面(遠端)13dで反射した光や、さらには、その先の集光レンズ14やミラー15等の光学系で反射した光も、戻り光となって半導体レーザ10に入射し得る。なお、光出射端面13dがノンコートの場合、そこに入射するレーザ光Lに対して例えば4%程度の光量の反射光が生じる。以下では、それらの反射光をまとめて戻り光L2と称する。この戻り光L2は、半導体レーザ10から出射するレーザ光Lと同じ光路を逆に辿って半導体レーザ10に戻り、半導体レーザ10に光ノイズを発生させるノイズ源となり得る。
In the semiconductor laser light source of FIG. 1, not only the return light L1 from the light
空間フィルター20のアパーチャー20aが設けられた部分、つまりレーザ光Lに対して透過損失部材として機能する部分は、上述のようにノイズ源となり得る戻り光L2を減衰させる。具体的に本例では、アパーチャー20aが設けられた部分のレーザ光Lに対する透過率は70%であるから、この部分の往復での透過率は49%となる。
The portion of the
それにより、戻り光L2に起因する半導体レーザ10の光ノイズが抑圧される。本実施形態では具体的に、戻り光L2に起因する光ノイズを、アパーチャー20aによる透過損失を与えない場合の1%rms以上と比べて、0.2%rms以下まで低減させることができた。なお、上記の0.2%rmsという値は、半導体レーザ10単体のノイズに等しい値である。すなわち、図1の半導体レーザ光源は、半導体レーザ10が本来持っているノイズ性能を低下させることも無く、戻り光による光ノイズを低減可能となっている。また、アパーチャー20aを有する空間フィルター20を取り除くと、光入射端面13cからの戻り光L1により、数%の大きな光ノイズが発生してしまう。
Thereby, the optical noise of the
以上説明した通り本実施形態においては、光ファイバー13の光入射端面13cからの戻り光L1に起因する光ノイズおよび、光ファイバー13の光出射端面13dやその先の光学系からの戻り光L2に起因する光ノイズの双方を低減させることが可能となっている。また本実施形態においては、光入射端面13cをARコートが施されていないノンコート面としているので、ARコートの反射率バラつきによる光ノイズのバラつきを抑えることができる。また、ARコートを不要としたことによる低コスト化も実現される。
As described above, in this embodiment, the optical noise caused by the return light L1 from the light
なお本実施形態において、偏光保存光ファイバー13のコア13aの直径は4μmであるが、コア13aの直径が3.5μmである偏光保存光ファイバー13を用いた場合も、以上述べた効果が同様に得られた。
In the present embodiment, the diameter of the core 13a of the polarization preserving
ここで、図1に示す構成と基本的に同じ構成を有し、仕様を変えた5通りの設計例に関して、光ノイズの低減について説明する。なお、これら5通りの設計例のいずれにおいても、アパーチャー20aを有する空間フィルター20を用いない場合の光ノイズは1.0%rms以上である。また、これら5通りの設計例のいずれにおいても、光ファイバー13の光入射端面13cの、コア軸に垂直な面に対する斜めカット角度は全て共通の8°である。
<設計例1>
半導体レーザ10の光出力:50mW、レーザ光Lの波長:488nm、レーザ光Lのビーム径:0.6mm、アパーチャー20aの径:0.5mm、アパーチャー20aでの透過率:70%である。この場合の光ノイズは0.1%rms以下であった。
<設計例2>
半導体レーザ10の光出力:100mW、レーザ光Lの波長:405nm、レーザ光Lのビーム径:0.6mm、アパーチャー20aの径:0.8mm、アパーチャー20aでの透過率:95%である。この場合の光ノイズは0.2%rms以下であった。
<設計例3>
半導体レーザ10の光出力:100mW、レーザ光Lの波長:640nm、レーザ光Lのビーム径:0.6mm、アパーチャー20aの径:0.8mm、アパーチャー20aでの透過率:95%である。この場合の光ノイズは0.2%rms以下であった。
<設計例4>
半導体レーザ10の光出力:100mW、レーザ光Lの波長:445nm、レーザ光Lのビーム径:0.6mm、アパーチャー20aの径:0.8mm、アパーチャー20aでの透過率:95%である。この場合の光ノイズは0.2%rms以下であった。
<設計例5>
半導体レーザ10の光出力:80mW、レーザ光Lの波長:488nm、レーザ光Lのビーム径:0.6mm、アパーチャー20aの径:0.6mm、アパーチャー20aでの透過率:87%である。この場合の光ノイズは0.2%rms以下であった。
Here, reduction of optical noise will be described with respect to five design examples having basically the same configuration as the configuration shown in FIG. 1 but with different specifications. In any of these five design examples, the optical noise is 1.0% rms or more when the
<Design example 1>
The optical output of the semiconductor laser 10: 50 mW, the wavelength of the laser light L: 488 nm, the beam diameter of the laser light L: 0.6 mm, the diameter of the
<Design example 2>
The optical output of the semiconductor laser 10: 100 mW, the wavelength of the laser light L: 405 nm, the beam diameter of the laser light L: 0.6 mm, the diameter of the
<Design example 3>
The optical output of the semiconductor laser 10: 100 mW, the wavelength of the laser light L: 640 nm, the beam diameter of the laser light L: 0.6 mm, the diameter of the
<Design example 4>
The optical output of the semiconductor laser 10: 100 mW, the wavelength of the laser light L: 445 nm, the beam diameter of the laser light L: 0.6 mm, the diameter of the
<Design example 5>
The optical output of the semiconductor laser 10: 80 mW, the wavelength of the laser light L: 488 nm, the beam diameter of the laser light L: 0.6 mm, the diameter of the
次に図3を参照して、本発明の第2実施形態による半導体レーザ光源について説明する。なおこの図3において、先に説明した図1中のものと同等の要素には同番号を付してあり、それらについての説明は、特に必要の無い限り省略する。本実施形態の半導体レーザ光源は、図1に示した半導体レーザ光源と対比すると、光ファイバー13の光入射側にエンドキャップ16が融着されている点で基本的に相違する。エンドキャップ16はコアを持たない構造の光ファイバーであり、本例ではこのエンドキャップ16の光入射端面16aを光ファイバーの光入射端面とする。
Next, a semiconductor laser light source according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this FIG. 3, elements equivalent to those in FIG. 1 described previously are denoted by the same numbers, and description thereof will be omitted unless particularly necessary. The semiconductor laser light source of this embodiment basically differs from the semiconductor laser light source shown in FIG. 1 in that an
この半導体レーザ光源において半導体レーザ10としては、GaN基板から形成された、可視領域波長のレーザ光Lを発するものが用いられている。このレーザ光Lは波長が短いため、エンドキャップ16が無い場合は、光パワー密度が高くなると光ファイバー13のコア13aが光入射端面13c近くで損傷したり、光入射端面13cに有機物が付着して透過率の低下を招く。特にレーザ光Lの波長が405nmの場合、この問題が顕著になる。例えば光出力が30mWを超え、通電時間が100時間程度になると、上記問題に起因してレーザ出力の低下が始まる。
As the
エンドキャップ16はコアが無い窓構造であるので、レーザ光Lはビーム径が比較的大きい状態で光入射端面16aに入射される。その結果、光入射端面16aでのレーザ光Lの光パワー密度が低くなり、上述した損傷や有機物付着が低減される。そこで、エンドキャップ付きの光ファイバーを用いれば、レーザ出力の低下が防止され、半導体レーザ10自体の寿命である10000時間以上の寿命品質を、半導体レーザ光源について確保できる。近時、発振波長が405nmの半導体レーザは高出力化の開発が進み、出力が100mW、200mW、300mW等のものも市販されている。そこで、この様な高出力の半導体レーザ10を使用する場合は、エンドキャップ付きの光ファイバーが極めて有効である。
Since the
本実施形態では、一例としてレーザ光Lのビーム径が0.6mm、アパーチャー20aの径が0.8mm、レーザ光Lのビーム中心と戻り光L1の中心との距離が1.6mmである場合に、アパーチャー20aにおける透過率が約80%、約90%である空間フィルター20を用いたが、いずれの場合も空間フィルター20を用いない場合と比べて、光ノイズを低減する効果が得られた。また以上の効果は、エンドキャップ長(エンドキャップ16の最長部分の長さ)が0.3mm、0.5mm、0.9mmであるいずれの場合でも、同様に得ることができた。
In this embodiment, as an example, when the beam diameter of the laser light L is 0.6 mm, the diameter of the
エンドキャップ16が融着された光ファイバー13を用いる場合、通常レーザ光Lは、エンドキャップ16の光入射端面16aではなく、光ファイバー13の光入射端面13cにビームウエスト位置が有るように集光される。その場合、光入射端面16aで反射する戻り光L1の光量は比較的低くなるので、空間フィルター20による戻り光遮断はより確実になされ得る。
When the
なお、空間フィルター20として具体的には、金属プレートに切削加工で孔を空けて、それをアパーチャー20aとしたものを用いることができる。またそれ以外に、ガラス基板上に金属薄膜を形成してマスク部分とし、そこにエッチングでアパーチャー20aを形成したものも適用できる。
As the
また、光ファイバーの光入射端面のカット角度は、8°以外に4°、6°等としてもよい。光ファイバー13が偏光保存ファイバーである場合は、半導体レーザ10と光ファイバー13の偏光方位とを合わせて、直線偏光を得ることができる。その際、光ファイバー13を軸中心に回転させて、半導体レーザ10と光ファイバー13の偏光方位とを合わせる。エンドキャップ付きの光ファイバーでは、光ファイバーを上述のように回転させると、軸ズレが起きてファイバー結合効率が偏光調整中に低下し、ファイバー結合効率調整と偏光調整を両立させる工程が難しくなる。光ファイバーの光入射端面のカット角度が4°あるいは6°等と小さいと、上記軸ズレが小さくなって、調整工数が少なくて済むという効果が得られる。
Also, the cut angle of the light incident end surface of the optical fiber may be 4°, 6°, or the like, instead of 8°. If the
なお前述した通り、エンドキャップ16を適用するのは、半導体レーザ10が、GaN基板から形成されて波長375~520nmのレーザ光を発するものである場合に特に好ましいと言える。しかし半導体レーザはその種の半導体レーザに限らず、前述した設計例3におけるように、GaAs基板から形成されて波長630~880nmのレーザ光を発するもの等も適用可能である。
As described above, it is particularly preferable to apply the
次に、透過損失部材の他の例について説明する。なお以下では、取り上げる各要素を、図1中に示した附番を適用して説明する。
<レンズホルダーの形状>
半導体レーザ10から光ファイバー13に向かって進行するレーザ光Lの光路には、各種レンズが配置されることがある。そのようなレンズを周囲から保持するレンズホルダーの内径を、レーザ光Lのビーム径より小さくして、レーザ光Lに透過損失を与えることができる。
Next, another example of the transmission loss member will be described. In the following description, the numbering shown in FIG. 1 is applied to each element to be taken up.
<Lens holder shape>
Various lenses may be arranged on the optical path of the laser light L traveling from the
<レンズの薄膜透過率>
上述のように配置される各種レンズに、レーザ光Lに対する透過率を低下させる薄膜を形成して、そのレンズを透過損失部材とすることができる。例えば、その透過率を80%、70%等とすればよい。
<Thin film transmittance of lens>
A thin film that reduces the transmittance of the laser beam L can be formed on each lens arranged as described above, and the lens can be used as a transmission loss member. For example, the transmittance may be set to 80%, 70%, or the like.
<結合レンズの設計>
レーザ光Lを光ファイバー13と結合させる結合レンズ(例えば図1の集光レンズ12等)が設けられる場合、その結合レンズの焦点距離を最適設計値からずらすことで結合効率を低下させて、そのレンズに透過損失部材の機能をもたせることができる。例えば、最適設計値の焦点距離が4mmの場合、5mmあるいは3mm等とすることで結合効率を下げることができる。
<Design of coupling lens>
When a coupling lens (for example, the
<光ファイバーに対するビーム位置の調整>
例えば図1の集光レンズ12による、レーザ光Lのコア13aへの結像位置を、光ファイバー端面に平行な方向にコア13aからずらすことで、レーザ光Lとコア13aとの結合効率を下げて、レーザ光Lに透過損失を与えることができる。
<Adjustment of beam position with respect to optical fiber>
For example, by shifting the imaging position of the laser light L onto the
<光ファイバーに対する結像位置の調整>
レーザ光Lを光ファイバー13と結合させる結合レンズ(例えば図1の集光レンズ12等)が設けられる場合、その結合レンズの焦点位置を前後にずらしたオフフォーカス位置に光入射端面13cが来るように、光ファイバー13の位置を調整する。それにより、レーザ光Lと光ファイバー13との結合効率を低下させて、レーザ光Lに透過損失を与えることができる。
<Adjustment of imaging position with respect to optical fiber>
When a coupling lens (for example, the
<アッテネータ>
透過率が95%より低いアッテネータをレーザ光Lの光路中に配置することで、透過損失を与えることができる。より具体的には、例えば金属薄膜、あるいは誘電体多層膜をガラス板に形成した透過率90%、80%、70%、60%、50%の部材をアッテネータとして用意し、用途に合わせて選択する。出力優先なら透過率90%のアッテネータを、ノイズ低減優先なら透過率50%のアッテネータを選んで、半導体レーザ光源を組み立てればよい。
<Attenuator>
By arranging an attenuator with a transmittance lower than 95% in the optical path of the laser light L, transmission loss can be given. More specifically, for example, members having a transmittance of 90%, 80%, 70%, 60%, and 50% formed by forming a metal thin film or a dielectric multilayer film on a glass plate are prepared as attenuators and selected according to the application. do. If priority is given to output, an attenuator with a transmittance of 90% is selected, and if priority is given to noise reduction, an attenuator with a transmittance of 50% is selected to assemble the semiconductor laser light source.
10 半導体レーザ
11 コリメートレンズ
12、14 集光レンズ
13 光ファイバー
13c 光ファイバーの光入射端面
13d 光ファイバーの光出射端面
15 ミラー
16 エンドキャップ
20 空間フィルター
20a アパーチャー
REFERENCE SIGNS
Claims (5)
この半導体レーザから発せられたレーザ光を収束させる集光光学系であって、前記レーザ光のビーム中心に対して光軸が離れた状態に配置された集光光学系と、
この集光光学系を経たレーザ光を伝搬させる光ファイバーであって、前記レーザ光が入射する光入射端面が、前記集光光学系の光軸に対して斜めカットされた光ファイバーと、
からなる半導体レーザ光源において、
前記光ファイバーの光入射端面において反射した前記レーザ光の反射光を遮断する空間フィルターが、前記集光光学系と前記半導体レーザとの間に設けられ、
前記半導体レーザと光ファイバーとの間に、光ファイバーに向かって進行する前記レーザ光の透過率を95%以下に制限する透過損失部材が設けられ、
前記光入射端面の斜めカットの向きが、前記集光光学系から径外方に入射したレーザ光を、ファイバー軸を挟んで反射側の径外方に反射させる向きとされ、
前記光ファイバーの光入射側の端部にエンドキャップが融着された、
ことを特徴とする半導体レーザ光源。 a semiconductor laser;
a condensing optical system for converging the laser light emitted from the semiconductor laser, the condensing optical system being arranged in a state in which the optical axis is separated from the beam center of the laser light;
an optical fiber for propagating the laser light that has passed through the condensing optical system, the optical fiber having a light incident end surface on which the laser light is incident that is obliquely cut with respect to the optical axis of the condensing optical system;
In a semiconductor laser light source consisting of
a spatial filter for blocking the reflected light of the laser light reflected at the light incident end surface of the optical fiber is provided between the condensing optical system and the semiconductor laser ;
A transmission loss member is provided between the semiconductor laser and the optical fiber for limiting the transmittance of the laser beam traveling toward the optical fiber to 95% or less ,
The direction of the oblique cut of the light incident end face is the direction in which the laser beam incident radially outward from the light collecting optical system is reflected radially outward on the reflection side with the fiber axis interposed therebetween,
An end cap is fused to the end of the optical fiber on the light incident side ,
A semiconductor laser light source characterized by:
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