特開 2019-212654 光源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2019-212654(P2019-212654A)

(43)【公開日】2019年12月12日

(54)【発明の名称】光源装置

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/0687 20060101AFI20191115BHJP

   H01S 5/022 20060101ALI20191115BHJP

   H01S 5/40 20060101ALI20191115BHJP

   H01S 5/323 20060101ALI20191115BHJP

   G02B 27/42 20060101ALI20191115BHJP

   H01L 31/0232 20140101ALI20191115BHJP

【ＦＩ】

   H01S5/0687

   H01S5/022

   H01S5/40

   H01S5/323 610

   G02B27/42

   H01L31/02 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2018-104572(P2018-104572)

(22)【出願日】2018年5月31日

(71)【出願人】

【識別番号】000226057

【氏名又は名称】日亜化学工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101683

【弁理士】

【氏名又は名称】奥田 誠司

(72)【発明者】

【氏名】出島 範宏

【テーマコード（参考）】

5F173

5F849

【Ｆターム（参考）】

5F173AB34

5F173AB43

5F173AB46

5F173AD02

5F173AH22

5F173AR99

5F173MB01

5F173ME33

5F173MF02

5F173MF13

5F173MF39

5F849AA01

5F849BA18

5F849EA03

5F849JA11

5F849JA12

5F849LA02

5F849XB05

(57)【要約】      （修正有）

【課題】合波された光に影響を与えることなく、合波された光の位置ずれを検出できるセンサを備えた光源装置を提供する。
【解決手段】所定の利得スペクトル幅の光を出射する複数のレーザ光源１０２と、各レーザ光源１０２から出射された光を略平行光とするコリメートレンズ１０４と、各コリメートレンズ１０４を通過して異なる入射角から一領域に入射する光を同じ回折角の方向に回折して合成する第１の透過型回折格子１１０と、を含む光源装置１０において、第１の透過型回折格子１１０によって合成した回折光の位置ずれを検知するセンサ１１２と、コリメートレンズ１０４から第１の透過型回折格子１１０までの光路に配置され、第１の透過型回折格子１１０に入射する光の波長を選択する波長選択素子１０６と、を含む。センサ１１２は、第１の透過型回折格子１１０を透過した回折光を検知し、第１の透過型回折格子１１０によって反射された回折光が出力される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の利得スペクトル幅の光を出射する複数のレーザ光源と、各前記レーザ光源から出射された光を前記レーザ光源の光軸に対して略平行光とするコリメートレンズと、各前記コリメートレンズを通過して異なる入射角から一領域に入射する光を同じ回折角の方向に回折して合成する第１の透過型回折格子と、を含む光源装置において、
前記第１の透過型回折格子によって合成した回折光の位置ずれを検知するセンサと、
前記コリメートレンズから前記第１の透過型回折格子までの光路に配置され、前記第１の透過型回折格子に入射する光の波長を選択する波長選択素子と、
を備え、
前記センサは、前記第１の透過型回折格子を透過した回折光を検知し、
前記第１の透過型回折格子によって反射された回折光が出力される
ことを特徴とする光源装置。

【請求項2】

請求項１に記載の光源装置において、
前記センサが前記第１の透過型回折格子の回折光の位置ずれを検知した場合、前記波長選択素子の角度を調整して前記第１の透過型回折格子に入射する光の波長を変更することによって、前記第１の透過型回折格子の回折光の位置ずれを補正する
ことを特徴とする光源装置。

【請求項3】

請求項２に記載の光源装置において、
前記センサは、前記レーザ光源に隣接して設けられ、
前記第１の透過型回折格子を透過した回折光は、ミラーによって前記センサに導かれる
ことを特徴とする光源装置。

【請求項4】

請求項１から３の何れか一項に記載の光源装置において、
前記波長選択素子は、第２の透過型回折格子であり、
前記第２の透過型回折格子の０次光の透過率が、前記第1の透過型回折格子の０次光の透過率より高く、
前記レーザ光源に対する当該第２の透過型回折格子の配置角度を変化させて、前記第１の透過型回折格子に入射する光の波長を変更する素子駆動部を備える
ことを特徴とする光源装置。

【請求項5】

請求項１から４の何れか一項に記載の光源装置において、
前記センサは、複数の受光素子からなることを特徴とする光源装置。

【請求項6】

請求項５に記載の光源装置において、
前記センサは、受光素子が一列に並んだリニアセンサである
ことを特徴とする光源装置。

【請求項7】

請求項１から４の何れか一項に記載の光源装置において、
前記センサは、単体の受光素子である
ことを特徴とする光源装置。

【請求項8】

請求項１から７の何れか一項に記載の光源装置において、
前記センサに入射する光の光路に集光レンズが設けられ、
前記センサは、前記集光レンズの後側焦点面に配置される
ことを特徴とする光源装置。

【請求項9】

請求項１から８の何れか一項に記載の光源装置において、
前記レーザ光源は、窒化物半導体を含み、前記レーザ光源が気密封止されている
ことを特徴とする光源装置。

【請求項10】

請求項１から９の何れか一項に記載の光源装置において、
前記レーザ光源は、レーザダイオードバーを構成したレーザダイオードであり、
前記第１の透過型回折格子に入射する光の入射角は、前記波長選択素子から前記第１の透過型回折格子までの光路に配置された偏向用集光レンズによって定められる
ことを特徴とする光源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、波長ビーム結合（ＷＢＣ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｂｅａｍ Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ）により高出力なレーザ光を出射する光源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザ加工をはじめとする様々な分野において、高出力レーザを出射する光源装置の需要が高まっている。高出力レーザを出射する光源装置としては、波長ビーム結合による光源装置（以下、「ＷＢＣ装置」ともいう）がある。特許文献１が開示した波長可変光源装置は、ＷＢＣ装置の一例である（同文献図８参照）。
波長可変光源装置は、複数の半導体レーザから出射された、それぞれ異なる発振波長の光を回折格子で合波することが開示されている。また、特許文献１では、合波された光の一部を分岐させることでモニタし、合波用回折格子の配置角度と半導体レーザの光出射角度とをフィードバックすることが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００３−３２４２２７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、合波された光の一部をモニタリングに使用した場合、出力光の一部を損失するという問題がある。

【0005】

本発明は、合波された光に影響を与えることなく、合波された光の位置ずれを検出できるセンサを備えた光源装置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】

前記した課題を解決するために、本発明の一実施形態にかかる光源装置は、所定の利得スペクトル幅の光を出射する複数のレーザ光源と、各前記レーザ光源から出射された光を前記レーザ光源の光軸に対して略平行光とするコリメートレンズと、各前記コリメートレンズを通過して異なる入射角から一領域に入射する光を同じ回折角の方向に回折して合成する第１の透過型回折格子と、を含む光源装置において、前記第１の透過型回折格子によって合成した回折光の位置ずれを検知するセンサと、前記コリメートレンズから前記第１の透過型回折格子までの光路に配置され、前記第１の透過型回折格子に入射する光の波長を選択する波長選択素子と、を含む。前記センサは、前記第１の透過型回折格子を透過した回折光を検知し、前記第１の透過型回折格子によって反射された回折光が出力される。

【発明の効果】

【0007】

合波された光に影響を与えることなく、合波された光の位置ずれを検出できるセンサを備えた光源装置を提供することができる。また、上述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明によって明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の第１実施形態にかかる光源装置の模式図である。

【図2】図１に示した光源モジュール１００の拡大模式図である。

【図3】透過型回折格子における光の回折、反射、透過の状況を説明する説明図である。

【図4】複数のフォトダイオードから構成されるリニアセンサの模式図である。

【図5】本発明の第２実施形態にかかる光源装置の模式図である。

【図6】センサの前に集光レンズを設けた場合の説明図である。

【図7】本発明の第３実施形態にかかる光源装置の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面に基づき発明の実施形態を説明する。

【0010】

＜第１実施形態＞
図１は本発明の第１実施形態にかかる光源装置の模式図である。本実施形態の光源装置１０は、複数の光源モジュール１００、第１透過型回折格子１１０及びセンサ１１２を備える。各光源モジュール１００は、レーザ光源１０２、コリメートレンズ１０４、第２透過型回折格子１０６及びステージ１０８を含む。各光源モジュール１００において、レーザ光源１０２、コリメートレンズ１０４及び第２透過型回折格子１０６が、同じステージ１０８に設けられ、モジュール全体を一体的に移動させることができる。この場合、レーザ光源１０２をステージ１０８に接するように設置して、ステージ１０８を冷却することによってレーザ光源１０２を冷却できるように設置することが好ましい。

【0011】

図１において、説明の便宜のため、互いに直交するｘ軸、ｙ軸及びｚ軸を表示している。なお、図１において、破線で概略的に光のビームを表す。破線で示した入射光１２０ａ、入射光１２０ｂ及び入射光１２０ｃは、それぞれのレーザ光源１０２から出射され、コリメートレンズ１０４及び第２透過型回折格子１０６を通過して、第１透過型回折格子１１０に入射する。実際のビームは広がり角又は幅を持った光であるが、図１においては、説明の便宜上ビームの光軸のみを破線で示す。

【0012】

図１に示すように、本実施形態においては、入射光１２０ａ、入射光１２０ｂ及び入射光１２０ｃは、異なる入射角から第１透過型回折格子１１０に入射する。但し、本明細書において、いずれの入射光であるかを区別する必要がないとき、又は全ての入射光を指すとき、単に「入射光１２０」という場合もある。全ての入射光１２０の光軸が同じｘｚ面上にある。

【0013】

レーザ光源１０２は、例えば３５０〜５５０ｎｍの間にピーク波長を有し、所定の利得スペクトル幅を有する光を出射するレーザダイオード（以下、「ＬＤ」ともいう）であってよい。例えば、レーザ光源１０２は、中心波長が４１０ｎｍで、利得スペクトル幅Δλが２０ｎｍである光を出射する窒化物半導体を含むＬＤであってよい。この場合、レーザ光源１０２から出射する光の波長範囲は４００〜４２０ｎｍである。

【0014】

レーザ光源１０２となるＬＤの光出射側をフロント側、その反対側をリア側とした場合、フロント側には反射防止コーティングをして、反射率を０％近くまで、例えば０．１〜２．０％程度まで低減したほうが好ましい。なお、リア側のミラーはほぼ１００％、例えば８５〜９９．９％の反射率を有することが好ましい。３５０〜５５０ｎｍの波長範囲の光を出射するＬＤは大気中では劣化しやすいため、レーザ光源１０２は、気密封止されていることが好ましい。例えば、レーザ光源１０２は、ＣＡＮ型パッケージのＬＤであってよい。ＣＡＮ型パッケージとすることにより、更に、冷却効果、静電気及び電磁波を遮蔽する効果を有する。また、３５０〜５５０ｎｍの波長範囲の光を出射するＬＤは窒化物半導体により形成することができる。

【0015】

コリメートレンズ１０４は、各レーザ光源１０２から出射された光をレーザ光源１０２の光軸に対して略平行光とする。各レーザ光源１０２に対応するコリメートレンズ１０４は、単一のレンズであってもよく、複数のレンズを組み合わせた組レンズであってもよい。

【0016】

第２透過型回折格子１０６は、同一光源モジュール１００におけるコリメートレンズ１０４から第１透過型回折格子１１０までの光路に配置される。第２透過型回折格子１０６は、同一光源モジュール１００におけるレーザ光源１０２から出射された光の一部をレーザ光源１０２側へ回折して戻すことによって、レーザ光源１０２と第２透過型回折格子１０６との間で外部共振をさせる。より正確に言うと、レーザ光源１０２となるＬＤのリア側と第２透過型回折格子１０６との間で外部共振をさせる。すなわち、一組のレーザ光源１０２、コリメートレンズ１０４及び第２透過型回折格子１０６によって一つの外部共振器が形成される。当該外部共振器はリトロー型配置であってよい。リトロー型配置とは、回折角と入射角が同じになり、反射される回折光が入射光と同じルートを辿って光源にフィードバックされる配置をいう。

【0017】

図２は図１に示した光源モジュール１００の拡大模式図である。第２透過型回折格子１０６は、その格子溝方向が図１に示すｙ軸に平行になるように設置される。第２透過型回折格子１０６は、ｙ軸に平行な回転軸２０２を有する。第２透過型回折格子１０６は、回転軸２０２を中心にステージ１０８に対して回転できる。第２透過型回折格子１０６は、回転軸２０２を中心に回転することによって、レーザ光源１０２に対する第２透過型回折格子１０６の配置角度を変化させる。この操作は、レーザ光源１０２から出射された光の、第２透過型回折格子への入射角を変更させることに対応する。それは、第２透過型回折格子１０６を透過して、第１透過型回折格子１１０に入射する入射光１２０の波長を選択（変更）することでもある。すなわち、第２透過型回折格子１０６は、外部共振器の波長選択素子である。

【0018】

図２に示すように、光源モジュール１００に素子駆動部２０４を設けて、第２透過型回折格子１０６の回転を制御してもよい。素子駆動部２０４として、例えばステッピングモータ等当該分野で公知の駆動手段を用いてよい。記述の便宜上、本明細書において、レーザ光源１０２から出射され第２透過型回折格子１０６を透過した光（入射光１２０）を光源モジュール１００から出射された光又は外部共振器から出射された光ともいう。入射光１２０が第１透過型回折格子１１０に入射する入射角は、外部共振を実現する外部共振器の配置角度によって定められる。具体的には、第１透過型回折格子１１０に対する各光源モジュール１００の位置および角度を設定することによって、入射光１２０の入射角を設定し調整することができる。

【0019】

第１透過型回折格子１１０は、その格子溝方向が図１に示すｙ軸に平行になるように設置される。第１透過型回折格子１１０は、各光源モジュール１００のコリメートレンズ１０４及び第２透過型回折格子１０６を通過して異なる入射角から一領域に入射する入射光１２０ａ、入射光１２０ｂ及び入射光１２０ｃを同じ回折角の方向に回折して合成し、反射回折光１３０を形成する。光源装置１０は、複数の回折光を合成した反射回折光１３０を出力する。次に、第１透過型回折格子１１０における光の回折、反射、透過の状況について、図３を用いて説明する。

【0020】

図３は第１透過型回折格子１１０における光の回折、反射、透過の状況を説明する説明図である。図３に示した一点鎖線は、第１透過型回折格子１１０の法線を示す。図３に示すように、各光源モジュール１００から出射された入射光１２０ａ、入射光１２０ｂ及び入射光１２０ｃが第１透過型回折格子１１０に入射すると、反射回折光１３０、透過回折光１４０、反射光３３０ａ、反射光３３０ｂ、反射光３３０ｃ、透過光３４０ａ、透過光３４０ｂ、透過光３４０ｃなどが発生する。

【0021】

反射回折光１３０は、第１透過型回折格子１１０によって反射された１次回折光である。透過回折光１４０は、第１透過型回折格子１１０を透過した１次回折光である。反射光３３０ａ、反射光３３０ｂ及び反射光３３０ｃは、第１透過型回折格子１１０によって反射された０次光であり、それぞれ入射光１２０ａ、入射光１２０ｂ及び入射光１２０ｃに対応する。透過光３４０ａ、透過光３４０ｂ及び透過光３４０ｃは、第１透過型回折格子１１０を透過した０次光であり、それぞれ入射光１２０ａ、入射光１２０ｂ及び入射光１２０ｃに対応する。なお、２次以上の高次回折光もあるが、強度が非常に弱いので、図３において省略した。また、各入射光１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃは第１透過型回折格子１１０を透過し、１次回折光を生じる際、厳密には重ならない。しかしながら、第１透過型回折格子１１０を透過した光は、それぞれ同じ回折角βで透過し、平行光となる。よって、図３において、透過回折光１４０は簡単のために１本の光軸で描写している。

【0022】

図３において、αａ、αｂ及びαｃはそれぞれ入射光１２０ａ、入射光１２０ｂ及び入射光１２０ｃの入射角を表す。βは１次回折光の回折角を表す。反射回折光１３０、透過回折光１４０、反射光３３０ａ、反射光３３０ｂ、反射光３３０ｃ、透過光３４０ａ、透過光３４０ｂ及び透過光３４０ｃの光軸も、入射光１２０ａ、入射光１２０ｂ及び入射光１２０ｃの光軸と同じｘｚ面上（図１参照）にある。

【0023】

センサ１１２は、第１透過型回折格子１１０を透過した透過回折光１４０の位置を検知することによって、反射回折光１３０の位置ずれを検知する。センサ１１２は、受光素子から構成されてよい。当該受光素子の例として、例えばフォトダイオード、ＣＭＯＳ、ＣＣＤなどが挙げられる。特に、受光素子としてフォトダイオードを用いることが好ましい。フォトダイオードを利用することで、センサ１１２を安価に準備することができる。センサ１１２は、複数の受光素子から構成されてもよく、単体の受光素子から構成されてもよい。センサ１１２は、複数受光素子から構成された場合、回折光のずれた方向が判断しやすくなる。また、単体の受光素子から構成された場合、装置のコストを低減することができる。

【0024】

図４は複数のフォトダイオードから構成されるリニアセンサの模式図である。図４に示すように、センサ１１２は、複数の受光素子が一列に並んだリニアセンサであってもよい。図４に示すセンサ１１２は、複数のフォトダイオード４０２が一列に並んで形成されている。センサ１１２を設置するとき、センサ１１２の受光面が透過回折光１４０に面して、予定する透過回折光１４０の光軸に垂直になるように配置し、複数のフォトダイオード４０２が並んだ方向（図４における縦方向）の中心軸が透過回折光１４０のあるｘｚ面に載るように設置する（図１参照）。そうすると、図４に示すように、センサ１１２が透過回折光１４０を受光することができる。

【0025】

各入射光１２０の入射角が正しくなるようにレーザ光源を設置した場合、センサ１１２が所定の回折角に対応する位置で透過回折光１４０を検知することができる。全ての入射光１２０が同じ回折角に回折され、同軸に結合するので、Ｂｅａｍ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ｐｒｏｄｕｃｔ（ＢＰＰ）が小さい反射回折光１３０が得られる。しかし、何れかの入射光１２０の入射角がずれると、透過回折光１４０がセンサ１１２に対して図４の上下方向に移動するかそのビームの形状が上下方向に広がるので、センサ１１２は透過回折光１４０のその位置ずれを検知することができる。入射光１２０の入射角がずれた場合、反射回折光１３０も透過回折光１４０と同様に位置ずれが発生するので、透過回折光１４０の位置ずれを検知することによって、反射回折光１３０の位置ずれも知ることができる。

【0026】

センサ１１２が第１透過型回折格子１１０の回折光の位置ずれを検知した場合、第２透過型回折格子１０６の角度を調整して第１透過型回折格子１１０に入射する光の波長を変更することによって、第１透過型回折格子１１０の回折光の位置ずれを補正することができる。以下、具体的な例をもって説明する。

【0027】

第１透過型回折格子１１０に入射する入射光１２０の入射角をαとし、第１透過型回折格子１１０によって回折される回折光の回折角をβとすると、数式１の関係を有する。

【0028】

［数１］
sinα + sinβ = Ｎ・ｍ・λ
但し、Ｎは合波用回折格子である第１透過型回折格子１１０の１ｍｍあたりの溝数、ｍは回折次数、λは光の波長をそれぞれ表す。

【0029】

例えば、各レーザ光源１０２から中心波長が４１０ｎｍであり波長範囲が４００〜４２０ｎｍであるレーザビームを出射し、第１透過型回折格子１１０の１ｍｍあたりの溝数が２２２２本であるとして、１次回折について考える。この場合、表１に示した波長λと入射角αの組み合わせにおいて同じ回折角βで回折され、結合した合成ビームが形成される。

【0030】

【表1】

例えば、まず、図１における各光源モジュール１００の第２透過型回折格子１０６の角度を調整することによって、入射光１２０ａ、入射光１２０ｂ及び入射光１２０ｃの波長がそれぞれ４１４．６３ｎｍ、４１０．００ｎｍ、４０５．３０ｎｍになるように選択する。更に、入射光１２０ａの入射角αａ（図３参照）が４５．８４度、入射光１２０ｂの入射角αｂが４５．００度、入射光１２０ｃの入射角αｃが４４．１６度になるように、各光源モジュール１００の位置を調整する。そうすると、全ての光源モジュール１００から出射された光が、第１透過型回折格子１１０によって、同じ１１．７７度となる回折角βで回折され、高出力の反射回折光１３０を形成する。このとき、透過回折光１４０も形成される。センサ１１２によって、透過回折光１４０の位置が検知できる。全ての入射光１２０が同じ回折角に回折され、同軸に結合するので、光源装置１０は品質の高い光ビームを出力することができる。

【0031】

対して、上述したように、波長が４１４．６３ｎｍである入射光１２０ａの所定の入射角は４５．８４度であるが、実際に対応する光源モジュール１００を設置して得られた入射角が４６．２６度になったと仮定する。この場合、入射光１２０ａの１次回折光の回折角βは、数式１を用いて計算すると、１１．４７度となり、所定の１１．７７度ではない。このままでは、第１透過型回折格子１１０によって合成した回折光（反射回折光１３０及び透過回折光１４０）は、同軸にならず、合成ビームのＢＰＰが大きくなり、品質が低下する。しかしながら、上述したように、光源モジュール１００そのものを精密に調整して、合波用回折格子である第１透過型回折格子１１０の一点にレーザ光を照射しながら、入射角αを適当な角度とすることは容易ではない。そのため、光源モジュール１００の角度を調節して上記のような入射角のずれを補正することは難しいといえる。

【0032】

一方で、本実施形態の光源装置１０は、各光源モジュール１００に波長選択素子となる第２透過型回折格子１０６を備えている。よって、センサ１１２で回折光のずれを検知した場合、第２透過型回折格子１０６の角度を各光源モジュール１００に対して調整することができる。本実施形態の光源装置１０の場合、第１透過型回折格子１１０に入射する入射角が４６．２６度になった入射光１２０ａの波長を４１６．９２ｎｍに変更するだけで、入射光１２０ａの回折光の回折角を１１．４７度から１１．７７度へと簡単に補正することができる。よって、位置調整が難しい光源モジュール１００の位置設置ずれに対する許容度が大きくなる。

【0033】

他にも、本実施形態の光源装置１０では、ビームアナライザやスペクトラムアナライザ等の高性能で高価な装置を用いる必要がないので、構造が簡単で、コストの上昇を抑えることができる。また、センサ１１２は、光源装置１０に常備される。よって、光源装置１０が出荷された後、何らかの原因で入射角がずれた場合にも、センサ１１２は回折光の位置ずれをすぐに検知することができる。

【0034】

第１透過型回折格子１１０は、その役割から、透過光が少なく、反射光が多いことが好ましい。それは、同じ透過型回折格子である第２透過型回折格子１０６と異なる。第１透過型回折格子１１０の０次光の透過率は、第２透過型回折格子１０６の０次光の透過率より低い。例えば、第１透過型回折格子１１０は、出力する反射回折光１３０（反射された１次回折光）の比率（１次回折光の反射率）が７０〜９９％であってよく、好ましい範囲は８５〜９９％である。透過回折光１４０（透過した１次回折光）の比率（１次回折光の透過率）が０．１〜１０％であってよく、好ましい範囲は０．１〜５％である。透過した０次光の比率（０次光の透過率）が０．１〜１０％であってよく、好ましい範囲は０．１〜５％である。例えば、第１透過型回折格子１１０として、１次回折光の反射率が９７％、１次回折光の透過率が１％、０次光の透過率が１％である透過型回折格子を用いてよい。

【0035】

第２透過型回折格子１０６は、透過光が多く、反射光が少ないことが好ましい。第２透過型回折格子１０６の０次光の透過率は、第１透過型回折格子１１０の０次光の透過率より高い。例えば、第２透過型回折格子１０６は、透過した０次光の比率（０次光の透過率）が６０〜９０％であってよく、好ましい範囲は７３〜８３％である。反射された１次回折光の比率（１次回折光の反射率）が１０〜３０％であってよく、好ましい範囲は１５〜２５％である。透過した１次回折光の比率（１次回折光の透過率）が０．１〜５％であってよく、好ましい範囲は０．１〜２％である。例えば、第２透過型回折格子１０６として、０次光の透過率が７８％、１次回折光の反射率が２０％、１次回折光の透過率が１％である透過型回折格子を用いてよい。

【0036】

以上のように構成された実施形態の光源装置によれば、透過回折光をセンサで受光するとき、出力に寄与しない透過回折光の位置ずれを利用して、出力光の合波具合を評価することができる。よって、出力光の損失を抑制することができる。
また、位置ずれを検知する場合に、出力光を分岐する必要がないため、分岐のために必要な光学素子を挿入することがなく、ビーム品質の低下を抑制することができる。
また、合波用回折格子として、透過型回折格子を採用することで回折格子への光吸収を抑制し、回折格子の劣化を抑制することができる。反射型回折格子の場合は、光の入射面に金属膜が設けられており、光吸収が生じるので、劣化してしまう。

【0037】

＜第２実施形態＞
図５は本発明の第２実施形態にかかる光源装置の模式図である。本実施形態の光源装置５０は、第１実施形態の光源装置１０の変形である。本実施形態において、第１実施形態と同じ機能を有する部品、部材、部分、素子、要素については、第１の実施形態と同じ符号を付しており、且つその説明を省略することがある。

【0038】

光源装置１０に比して、光源装置５０の主な相違は、センサ１１２がレーザ光源１０２に隣接して設けられ、第１透過型回折格子１１０を透過した透過回折光１４０がミラー５０２及びミラー５０４によって前記センサ１１２に導かれることである。

【0039】

図５に示すように、光源モジュール１００には光源カバー５１２を設けることが好ましい。センサ１１２をレーザ光源１０２に隣接して設置すると、更に次のような効果が得られる。光源カバー５１２の一部を利用して、簡単にセンサカバー５１４を設けることができる。センサ１１２にセンサカバー５１４を設けると、周辺の光のノイズを遮断することができるので、センサ１１２の検知精度を高めることができる。なお、センサ１１２を第１透過型回折格子１１０の近くに設置すると、第1透過型回折格子１１０を透過した０次光などによる迷光の影響を受けやすいが、センサ１１２をレーザ光源１０２に隣接して設置すると、そのような影響を回避することができる。また、第1透過型回折格子１１０からセンサ１１２までの距離が長くなり、回折光のずれを顕著化する効果があり、検知精度を高めることができる。

【0040】

図６はセンサ１１２の前に集光レンズを設けた場合の説明図である。図６に示すように、センサ１１２に入射する光の光路に更に集光レンズ６００を設けてもよい。この場合、センサ１１２は、集光レンズ６００の後側焦点面に配置する。なお、集光レンズ６００の光軸を透過回折光１４０の所望の光軸に合わせる。図６において、集光レンズ６００の効果を説明するために、透過回折光１４０を一定の幅を有するビームとして表す。破線で表すように、透過回折光１４０は、透過回折光１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄ及び１４０ｅを含むものとする。そのうち、透過回折光１４０ａ、１４０ｂ及び１４０ｃは、透過回折光１４０の所望の光軸に平行する平行光であり、透過回折光１４０ｄと１４０ｅは、入射光１２０の入射角がずれたことによって回折角がずれた成分である。

【0041】

図６に示すように、透過回折光１４０の所望の光軸に平行する透過回折光１４０ａ、１４０ｂ及び１４０ｃは、集光レンズ６００によって１点に集光されるが、透過回折光１４０の所望の光軸に平行しない１４０ｄと１４０ｅは、同じ１点に集光できない。すなわち、集光レンズ６００を設けることによって、透過回折光１４０の中から、ずれた回折光成分とずれていない回折光成分をより鮮明に分離することができるので、センサ１１２の検知精度をさらに高めることができる。

【0042】

＜第３実施形態＞
図７は本発明の第３実施形態にかかる光源装置の模式図である。本実施形態の光源装置８０は、第１実施形態の光源装置１０の変形である。本実施形態において、第１実施形態と同じ機能を有する部品、部材、部分、素子、要素については、第１の実施形態と同じ符号を付しており、且つその説明を省略することがある。
光源装置１０に比して、光源装置８０の主な相違は次のような点にある。レーザ光源１０２は、レーザダイオードバー８０２を構成したレーザダイオードである。レーザダイオードバー８０２は、同じ基板上に形成された複数（図７の例では５つ）のレーザダイオードがｘ軸方向に横一列に配列されて構成される。図７において、レーザダイオードであるレーザ光源１０２は、それに対応する導波路を表す破線によって示されている。なお、第２透過型回折格子１０６から第１透過型回折格子１１０までの光路に、偏向用集光レンズ８１０が配置されている。

【0043】

第２透過型回折格子１０６を透過して、各外部共振器から出射された入射光１２０ａ、入射光１２０ｂ、入射光１２０ｃ、入射光１２０ｄ及び入射光１２０ｅは、図７に示すｚ軸方向に偏向用集光レンズ８１０まで互いに平行に進行する。各入射光１２０が第１透過型回折格子１１０に入射する入射角は、偏向用集光レンズ８１０によって定められる。すなわち、各外部共振器から出射された入射光１２０は、偏向用集光レンズ８１０によって適切な入射角が付与され、第１透過型回折格子１１０に入射する。入射した光は第１透過型回折格子１１０によって同じ回折角に回折され結合して、反射回折光１３０と透過回折光１４０を形成する。

【0044】

なお、本実施形態において、コリメートレンズ１０４として、レーザダイオードバー８０２のレーザダイオードに対応する複数のコリメートレンズが一体になっているレンズアレイを用いてもよい。複数のレーザ光源１０２を含むレーザダイオードバー８０２は、気密封止されることが好ましい。例えば、レーザダイオードバー８０２全体が気密封止されていてもよい。

【0045】

光源装置１０と同じく、センサ１１２は透過回折光１４０の位置を検知する。したがって、本実施形態の光源装置８０も、光源装置１０と同様に、備えるセンサ１１２によって随時回折光の位置ずれ（回折角のずれ）を検知でき、なお、第２透過型回折格子１０６の角度を調整することによって、容易に回折光の位置ずれを補正することができる。

【0046】

以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態の記載の範囲に限定されるものではない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることができることは当業者にとって明らかである。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることは、特許請求の範囲の記載から明らかである。例えば、上記実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであるが、本発明は必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

【0047】

なお、各実施形態の構成の一部について、他の構成によって置換することも可能であり、それを削除することも可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。例えば、第１及び第３実施形態においても、第２実施形態のように、センサ１１２に入射する光の光路に更に集光レンズ６００を設けてもよい。

【符号の説明】

【0048】

１０、５０、８０ 光源装置
１００ 光源モジュール
１０２ レーザ光源
１０４ コリメートレンズ
１０６ 第２透過型回折格子
１０８ ステージ
１１０ 第１透過型回折格子
１１２ センサ
１２０、１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ、１２０ｅ 入射光
１３０ 反射回折光
１４０、１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄ、１４０ｅ 透過回折光
２０２ 回転軸
２０４ 素子駆動部
３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃ 反射光
３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ 透過光
４０２ フォトダイオード
５０２、５０４ ミラー
５１２ 光源カバー
５１４ センサカバー
６００ 集光レンズ
８０２ レーザダイオードバー
８１０ 偏向用集光レンズ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】