特開 2024-172262 波長ビーム結合装置、ダイレクトダイオードレーザ装置、およびレーザ加工機

(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】P2024172262

(43)【公開日】2024-12-12

(54)【発明の名称】波長ビーム結合装置、ダイレクトダイオードレーザ装置、およびレーザ加工機

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/064 20140101AFI20241205BHJP

   H01S 5/02251 20210101ALI20241205BHJP

   H01S 5/02253 20210101ALI20241205BHJP

   H01S 5/02255 20210101ALI20241205BHJP

   G02B 6/42 20060101ALI20241205BHJP

   G02B 6/32 20060101ALI20241205BHJP

   G02B 13/00 20060101ALI20241205BHJP

   G02B 13/08 20060101ALI20241205BHJP

   G02B 13/18 20060101ALN20241205BHJP

【ＦＩ】

B23K26/064 A

H01S5/02251

H01S5/02253

H01S5/02255

G02B6/42

G02B6/32

G02B13/00

G02B13/08

G02B13/18

【審査請求】未請求

【請求項の数】21

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023089853

(22)【出願日】2023-05-31

(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

(74)【代理人】

【識別番号】100155000

【弁理士】

【氏名又は名称】喜多 修市

(74)【代理人】

【識別番号】100202197

【弁理士】

【氏名又は名称】村瀬 成康

(74)【代理人】

【識別番号】100218981

【弁理士】

【氏名又は名称】武田 寛之

(72)【発明者】

【氏名】出島 範宏

(72)【発明者】

【氏名】水野 真吾

(72)【発明者】

【氏名】大森 雅樹

【テーマコード（参考）】

2H087

2H137

4E168

5F173

【Ｆターム（参考）】

2H087KA26

2H087LA26

2H087LA28

2H087PA02

2H087PA06

2H087PA17

2H087PB02

2H087PB06

2H087QA02

2H087QA06

2H087QA12

2H087QA13

2H087QA21

2H087QA22

2H087QA25

2H087QA39

2H087QA41

2H087QA42

2H087QA45

2H087RA03

2H087RA07

2H087RA45

2H087RA46

2H137AA13

2H137AB06

2H137BA15

2H137BB02

2H137BC02

2H137BC03

2H137BC05

2H137BC07

2H137BC12

2H137BC29

2H137BC44

2H137BC50

2H137BC51

2H137CC11

2H137HA00

2H137HA08

4E168DA03

4E168DA26

4E168DA60

4E168EA05

4E168EA08

4E168EA17

5F173MA08

5F173MB03

5F173MC15

5F173ME44

5F173MF03

5F173MF13

5F173MF23

5F173MF27

5F173MF28

5F173MF33

5F173MF39

(57)【要約】

【課題】波長ビーム結合によって結合されたレーザビームの出力およびパワー密度を更に高める。
【解決手段】波長ビーム結合装置は、ピーク波長が互いに異なり、かつ、第１の方向に出射されるビームの中心軸が第１の方向に対して交差する第２の方向に並んだ複数のコリメートビームを結合する波長ビーム結合装置であって、複数のコリメートビームのビーム中心軸間の距離を縮小して出射させるように構成された光学素子と、第１および第２回折格子であって、第１回折格子は、光学素子から出射される複数のコリメートビームを受ける位置に配置され、かつ、複数のコリメートビームを波長に応じて異なる方向に回折して第２回折格子に入射させ、第２回折格子は、第１回折格子で回折された複数のコリメートビームを更に回折して波長結合ビームを形成し、波長結合ビームを出射する、第１および第２回折格子と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ピーク波長が互いに異なり、かつ、第１の方向に出射されるビームの中心軸が前記第１の方向に対して交差する第２の方向に並んだ複数のコリメートビームを結合する波長ビーム結合装置であって、
前記複数のコリメートビームのビーム中心軸間の距離を縮小して出射させるように構成された光学素子と、
第１および第２回折格子であって、前記第１回折格子は、前記光学素子から出射される前記複数のコリメートビームを受ける位置に配置され、かつ、前記複数のコリメートビームを波長に応じて異なる方向に回折して前記第２回折格子に入射させ、前記第２回折格子は、前記第１回折格子で回折された前記複数のコリメートビームを更に回折して波長結合ビームを形成し、前記波長結合ビームを出射する、第１および第２回折格子と、
を備える、波長ビーム結合装置。

【請求項2】

前記光学素子は、前記複数のコリメートビームを、前記第１の方向と前記第２の方向とを含む第１の平面内で集光する少なくとも１つのレンズを含む、請求項１に記載の波長ビーム結合装置。

【請求項3】

前記少なくとも１つのレンズは、正の焦点距離を有するレンズと、負の焦点距離を有するレンズとを含む、請求項２に記載の波長ビーム結合装置。

【請求項4】

前記少なくとも１つのレンズはシリンドリカルレンズを含む、請求項２または３に記載の波長ビーム結合装置。

【請求項5】

前記少なくとも１つのレンズは２個の軸対称レンズを含み、
前記２個の軸対称レンズのそれぞれの前記第２の方向におけるサイズが、前記第１の平面に垂直な第３の方向におけるサイズよりも大きい、請求項２に記載の波長ビーム結合装置。

【請求項6】

前記少なくとも１つのレンズを収納するレンズ鏡筒を備え、
前記レンズ鏡筒は、少なくとも１つの貫通孔を有する、請求項２または３に記載の波長ビーム結合装置。

【請求項7】

前記少なくとも１つのレンズを収納するレンズ鏡筒を備え、
前記少なくとも１つのレンズは、留め具によって前記レンズ鏡筒に固定される、請求項２または３に記載の波長ビーム結合装置。

【請求項8】

前記レンズ鏡筒の内側面は黒色を呈する、請求項６に記載の波長ビーム結合装置。

【請求項9】

前記光学素子はビームレデューサであり、
前記ビームレデューサの倍率が、５以上２０以下である、請求項１から３のいずれか１項に記載の波長ビーム結合装置。

【請求項10】

前記波長結合ビームを収束する光収束器を備える、請求項１に記載の波長ビーム結合装置。

【請求項11】

前記光収束器は、前記波長結合ビームを収束する収束レンズを含む、請求項１０に記載の波長ビーム結合装置。

【請求項12】

前記第２回折格子は、前記波長結合ビームを前記第１の方向に出射し、
前記光収束器は、
前記波長結合ビームを、前記第１の方向と前記第２の方向とを含む第１の平面内で集光する第１レンズと、
前記波長結合ビームを、前記第１の方向と、前記第１および前記第２の方向に直交する第３の方向とを含む第２の平面内で集光する第２レンズと、
を含む、請求項１０に記載の波長ビーム結合装置。

【請求項13】

前記光学素子と前記第１回折格子との間に配置された偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタと前記第１回折格子との間に配置された第１偏光変換素子と、
前記第２回折格子と前記光収束器との間に配置された偏光ビーム結合器と、
前記第２回折格子と前記偏光ビーム結合器との間に配置された第２偏光変換素子と、
を備える、請求項１０から１２のいずれか１項に記載の波長ビーム結合装置。

【請求項14】

前記偏光ビームスプリッタは、前記光学素子の作用を受けた前記複数のコリメートビームを、それぞれ、第１偏光方向に直線偏光した複数の第１偏光ビームと、前記第１偏光方向に直交する第２偏光方向に直線偏光した複数の第２偏光ビームとに分離し、
前記第１偏光変換素子は、前記複数の第２偏光ビームを、前記第１偏光方向に直線偏光した複数の第３偏光ビームに変換し、
前記第１回折格子は、前記複数の第１偏光ビームを波長に応じて異なる方向に回折して前記第２回折格子の第１領域に入射させ、かつ、前記複数の第３偏光ビームを波長に応じて異なる方向に回折して前記第２回折格子の第２領域に入射させ、
前記第２回折格子は、前記第１領域に入射した前記複数の第１偏光ビームを更に回折して前記複数の第１偏光ビームを同軸に重畳した第１波長結合ビームを形成し、かつ、前記第２領域に入射した前記複数の第３偏光ビームを更に回折して前記複数の第３偏光ビームを同軸に重畳した第２波長結合ビームを形成し、
前記第２偏光変換素子は、前記第１波長結合ビームおよび前記第２波長結合ビームの少なくとも一方の偏光状態を変化させて、前記第１波長結合ビームおよび前記第２波長結合ビームの偏光方向を直交させ、
前記偏光ビーム結合器は、前記第１波長結合ビームおよび前記第２波長結合ビームを同軸に重畳した第３波長結合ビームを形成して出射する、請求項１３に記載の波長ビーム結合装置。

【請求項15】

前記偏光ビームスプリッタは、前記第１の方向と、前記第１および前記第２の方向に直交する第３の方向とを含む第２の平面内で光ビームの偏光分離を行うように構成され、
前記偏光ビーム結合器は、前記第２の平面内で光ビームの偏光合成を行うように構成されている、請求項１３に記載の波長ビーム結合装置。

【請求項16】

それぞれが互いに異なるピーク波長の複数のレーザビームを前記複数のコリメートビームに変換するコリメータを備え、
前記光学素子は、前記コリメータと、前記第１回折格子との間に配置される、請求項１から３のいずれか１項に記載の波長ビーム結合装置。

【請求項17】

請求項１６に記載の波長ビーム結合装置と、
それぞれが互いに異なるピーク波長のレーザ光を出射する複数の半導体レーザ装置と、
前記複数の半導体レーザ装置から出射された前記レーザ光から、前記波長ビーム結合装置の前記コリメータに入射する前記複数のレーザビームを形成する光ファイバアレイと、
を備える、ダイレクトダイオードレーザ装置。

【請求項18】

前記複数の半導体レーザ装置のそれぞれは、単一縦モードで発振するように構成されている、請求項１７に記載のダイレクトダイオードレーザ装置。

【請求項19】

前記互いに異なるピーク波長は、４３０ｎｍから４８０ｎｍの範囲に含まれる、請求項１７に記載のダイレクトダイオードレーザ装置。

【請求項20】

前記光ファイバアレイは、前記複数のレーザビームを互いに平行に出射するように構成されている、請求項１７に記載のダイレクトダイオードレーザ装置。

【請求項21】

請求項１７に記載の少なくとも１つのダイレクトダイオードレーザ装置と、
前記少なくとも１つのダイレクトダイオードレーザ装置から出射される前記波長結合ビームに結合される光伝送ファイバと、
前記光伝送ファイバに接続される加工ヘッドと、
を備える、レーザ加工機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、波長ビーム結合装置、ダイレクトダイオードレーザ装置、およびレーザ加工機に関する。

【背景技術】

【0002】

高出力高輝度のレーザビームを用いて多様な種類の材料に切断、穴あけ、マーキングなどの加工を行ったり、金属材料を溶接したりすることが行われている。従来、このようなレーザ加工に使用されてきた炭酸ガスレーザ装置およびＹＡＧ固体レーザ装置の一部は、エネルギー変換効率の高いファイバレーザ装置に置き換わりつつある。ファイバレーザ装置のポンプ光源には、レーザダイオード（以下、単にＬＤと記載する。）が使用されている。近年、ＬＤの高出力化に伴い、ＬＤをポンプ光源としてではなく、材料を直接に照射して加工するレーザビームの光源として用いる技術が開発されつつある。このような技術は、ダイレクトダイオードレーザ（ＤＤＬ）技術と称されている。

【0003】

特許文献１は、それぞれが固有波長を有する光ビームを出射する複数のレーザアレイを有するレーザスタックと、シリンドリカル望遠鏡と、複数のレーザアレイのそれぞれからの光ビームを遮り、レーザスタックの積層次元に沿って光ビームを結合して多波長光ビームを形成する変換レンズと、光ビームの重なり領域に位置する回折素子とを備える多波長ビームコンバイナを記載している。互いに波長が異なる複数のレーザビームを同軸に結合することは、「波長ビーム結合（ＷＢＣ）」または「スペクトルビーム結合（ＳＢＣ）」と称され、例えばＤＤＬ装置などの光出力および輝度を高めるために用いられ得る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特表２０１２－５０８４５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

波長ビーム結合によって結合されたレーザビームの出力およびパワー密度を更に高めることが求められている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の波長ビーム結合装置は、ある実施形態において、ピーク波長が互いに異なり、かつ、第１の方向に出射されるビームの中心軸が前記第１の方向に対して交差する第２の方向に並んだ複数のコリメートビームを結合する波長ビーム結合装置であって、前記複数のコリメートビームのビーム中心軸間の距離を縮小して出射させるように構成された光学素子と、第１および第２回折格子であって、前記第１回折格子は、前記光学素子から出射される前記複数のコリメートビームを受ける位置に配置され、かつ、前記複数のコリメートビームを波長に応じて異なる方向に回折して前記第２回折格子に入射させ、前記第２回折格子は、前記第１回折格子で回折された前記複数のコリメートビームを更に回折して波長結合ビームを形成し、前記波長結合ビームを出射する、第１および第２回折格子と、を備える。

【0007】

本開示のダイレクトダイオードレーザ装置は、ある実施形態において、上記の波長ビーム結合装置と、それぞれが互いに異なるピーク波長のレーザ光を出射する複数の半導体レーザ装置と、前記複数の半導体レーザ装置から出射された前記レーザ光から、前記波長ビーム結合装置の前記コリメータに入射する前記複数のレーザビームを形成する光ファイバアレイと、を備える。

【0008】

本開示のレーザ加工機は、ある実施形態において、上記の少なくとも１つのダイレクトダイオードレーザ装置と、前記少なくとも１つのダイレクトダイオードレーザ装置から出射される前記波長結合ビームに結合される光伝送ファイバと、前記光伝送ファイバに接続される加工ヘッドと、を備える。

【発明の効果】

【0009】

本開示の実施形態によれば、波長ビーム結合によって結合されたレーザビームの出力およびパワー密度を更に高めることが可能な波長ビーム結合装置、ダイレクトダイオードレーザ装置、およびレーザ加工機が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本開示による波長ビーム結合装置の第１実施形態における構成を模式的に示す、ＸＺ面に垂直な方向から見た平面図である。

【図2】図２は、本開示による波長ビーム結合装置の第１実施形態における構成を模式的に示す、ＹＺ面に垂直な方向から見た平面図である。

【図3】図３は、ガリレオ式のレンズ構成を備えるビームレデューサの他の構成例を模式的に示す図である。

【図4】図４は、ガリレオ式のレンズ構成を備えるビームレデューサの更なる他の構成例を模式的に示す図である。

【図5A】図５Ａは、ＸＺ面内におけるレーザビームの発散角を説明するための模式図である。

【図5B】図５Ｂは、ＹＺ面内におけるレーザビームの発散角を説明するための模式図である。

【図6】図６は、本開示による波長ビーム結合装置の第１実施形態における他の構成を模式的に示す、ＸＺ面に垂直な方向から見た平面図である。

【図7】図７は、本開示による波長ビーム結合装置の第１実施形態における他の構成を模式的に示す、ＹＺ面に垂直な方向から見た平面図である。

【図8】図８は、本開示による波長ビーム結合装置の第１実施形態における更なる他の構成を模式的に示す、ＸＺ面に垂直な方向から見た平面図である。

【図9】図９は、光学素子を備えない波長ビーム結合装置の構成を模式的に示す平面図である。

【図10】図１０は、平行配置された一対の回折格子におけるレーザビームの入射角と回折角との幾何学的な関係を説明するための模式図である。

【図11】図１１は、レンズ鏡筒の構成の一例を模式的に示す断面図である。

【図12】図１２は、レンズ鏡筒の構成の他の一例を模式的に示す断面図である。

【図13】図１３は、ビーム中心軸が互いに平行でない複数のコリメートビームが光学素子に入射する様子を模式的に示す図である。

【図14】図１４は、本開示による波長ビーム結合装置の第２実施形態における構成を模式的に示す、ＸＺ面に垂直な方向から見た平面図である。

【図15】図１５は、本開示による波長ビーム結合装置の第２実施形態における他の構成を模式的に示す、ＸＺ面に垂直な方向から見た平面図である。

【図16】図１６は、本開示による波長ビーム結合装置の第２実施形態における更なる他の構成を模式的に示す、ＸＺ面に垂直な方向から見た平面図である。

【図17】図１７は、本開示による波長ビーム結合装置の第２実施形態における更なる他の構成を模式的に示す、ＹＺ面に垂直な方向から見た平面図である。

【図18】図１８は、本開示によるダイレクトダイオードレーザ装置の実施形態における構成を模式的に示す、ＸＺ面に垂直な方向から見た平面図である。

【図19】図１９は、本開示によるダイレクトダイオードレーザ装置の実施形態における他の構成を模式的に示す、ＸＺ面に垂直な方向から見た平面図である。

【図20】図２０は、本開示による加工機の実施形態における構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態による波長ビーム結合装置、ダイレクトダイオードレーザ装置、およびレーザ加工機を詳細に説明する。複数の図面に表れる同一符号の部分は同一または同等の部分を示す。構成要素の寸法、材質、形状、その相対的配置などの記載は、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図している。各図面が示す部材の大きさや位置関係などは、理解を容易にするなどのために誇張している場合がある。

【0012】

＜波長ビーム結合装置の第１実施形態＞
図１～図１１を参照しながら、本開示による波長ビーム結合装置の第１実施形態を説明する。図面には、参考のため、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸が示されている。

【0013】

図１は、本開示による波長ビーム結合装置の第１実施形態における構成を模式的に示す、ＸＺ面に垂直な方向から見た平面図である。図２は、本開示による波長ビーム結合装置の第１実施形態における構成を模式的に示す、ＹＺ面に垂直な方向から見た平面図である。ただし、図２において、図１に示される第２回折格子４０Ｂ、および光収束器５０が省略されている。

【0014】

図１に示される波長ビーム結合装置１００は、ピーク波長が互いに異なる複数のレーザビーム１０を結合することができる。図１では、簡単のため、ピーク波長がλ１およびλ２である２本のレーザビーム１０を同軸に結合する装置の構成例が記載されている。結合するレーザビーム１０の本数は２本に限定されず、ピーク波長が互いに異なる３本以上のレーザビーム１０を結合してもよい。以下、結合する複数のレーザビーム１０のピーク波長をλｎと表記する場合がある。ここで、「ｎ」は、１以上の整数であり、複数のレーザビーム１０のそれぞれを区別（特定）する数値として用いられる。図示される例では、λ１＜λ２の関係が成立している。ピーク波長λｎの単位は、任意であるが、例えばナノメートル（ｎｍ）である。

【0015】

図１では、複数のレーザビーム１０のそれぞれを、単純な直線で示している。実際のレーザビーム１０は、進行方向に直交する平面内において強度分布を有する光ビームである。この強度分布は、光ビームの進行方向に直交する平面内において、例えばガウス分布などの分布関数によって近似することができる。光ビームの直径は、例えば、ビーム中心の強度に対して１／ｅ^２倍以上の強度を有する断面領域のサイズによって定義される。図１に示される例では、レーザビーム１０は、コリメータレンズ（以下、単に「コリメータ」と呼ぶ。）２０などの光学系によってコリメートされている。コリメートされた１／ｅ^２のビーム直径は例えば１ｍｍから３０ｍｍであり、コリメータ２０の隣接間隔よりも小さい。図面では、レーザビーム１０などのコリメートされた光ビームの進行方向を模式的に示すため、それぞれの光ビームの中心軸を直線によって表現している。これらの直線は、各光ビームの中心を通る光線を示していると考えてもよい。

【0016】

図１に示される波長ビーム結合装置１００は、コリメータ２０、光学素子３０、および平行配置された一対の回折格子４０を備える。波長ビーム結合装置１００は、ピーク波長が互いに異なり、かつ、第１の方向に出射されるビームの中心軸が、第１の方向に対して交差する第２の方向に並んだ、複数のコリメートビームを結合する。図１に示される例において、第１の方向はＺ軸方向に平行であり、第２の方向はＸ軸方向に平行である。このように、第１の方向に対し第２の方は直交する。本開示において、特に断りがない限り、第１の方向はＺ軸方向に平行であり、第２の方向はＸ軸方向に平行である。

【0017】

図１に示される例では、ビームの中心軸が互いに平行な２本のレーザビーム１０がコリメータ２０に入射する。コリメータ２０は、それぞれが互いに異なるピーク波長の複数のレーザビーム１０を複数のコリメートビーム１１に変換するように構成されている。コリメータ２０はコリメータレンズの集合体である。コリメータ２０は、複数のレーザビーム１０の本数に等しい個数のレンズが１個の光学材料から形成されたレンズアレイであってもよいし、複数のレンズが並べられた光学部品アセンブリであってもよい。コリメータ２０を透過して発散角が小さくなったコリメートビーム１１は、厳密には平行光ではなく、発散角とビーム径の積が有限の値を有するガウシアンビームに近似される。コリメータ２０の光学材料は、合成石英またはＢＫ７などの光学ガラスであり得る。光学ガラスとは可視光で高い透過率を有するガラス材料である。

【0018】

光学素子３０は、複数のコリメートビーム１１のビーム中心軸間の距離を縮小して出射させるように構成されている。光学素子３０は、コリメータ２０と、後述する第１回折格子４０Ａとの間に配置される。光学素子３０は、複数のコリメートビーム１１を、第１の方向（Ｚ軸方向）と第２の方向（Ｘ軸方向）とを含む第１の平面（ＸＺ面）内で集光する少なくとも１つのレンズを含み得る。光学素子３０を構成するレンズは、例えば球面レンズ、非球面レンズなどの軸対称レンズ、またはシリンドリカルレンズである。光学素子３０を構成するレンズの材料は、合成石英またはＢＫ７などの光学ガラスであり得る。複数の高出力レーザビームが入射するため、合成石英から形成されることが好ましい。

【0019】

光学素子３０は、例えばビームレデューサである。本開示の実施形態における光学素子３０はビームレデューサである。ビームレデューサとして、例えばケプラー式ビームレデューサまたはガリレオ式ビームレデューサを用いることができる。あるいは、光学素子３０として、ビームレデューサに代えてアナモルフィックレンズを用いてもよい。本開示の実施形態におけるビームレデューサは、複数のコリメートビーム１１のビーム中心軸間の距離を縮小させるのみならず、個々のコリメートビーム１１のビーム径も縮小させることができる。

【0020】

図１および図２に示される例において、光学素子（ビームレデューサ）３０はガリレオ式であるが、これに限定されない。光学素子３０は、それぞれがＸＺ面内で集光する２個のレンズ３１、３２を含む。２個のレンズ３１、３２のそれぞれは、シリンドリカルレンズであり、ＸＺ面内で集光する機能を有し、かつ、ＹＺ面内で集光する機能を有しない。２個のレンズ３１、３２を、それぞれ、入射側のレンズ３１および出射側のレンズ３２と呼ぶ場合がある。

【0021】

図３および図４のそれぞれは、ガリレオ式のレンズ構成を備えるビームレデューサの構成例を模式的に示す図である。図３および図４のそれぞれには、ビームの中心軸が互いに平行な７本のコリメートビームが示されている。図３に例示される光学素子３０は、２個のレンズ３１、３２から構成されるビームレデューサである。入射側のレンズ３１が非球面レンズであり、出射側のレンズ３２が球面レンズである。非球面レンズを用いる場合、レンズの枚数を少なくして光学素子３０を設計できる。

【0022】

図４に例示される光学素子３０は、複数のレンズ群から構成されるビームレデューサである。複数のレンズ群のそれぞれは球面レンズである。入射側のレンズ３１が４個の球面レンズ３１－１～３１－４から構成され、出射側のレンズ３２が２個の球面レンズ３２－１、３２－２から構成されている。このように球面レンズを用いる場合、球面収差が生じ易くなる。しかし、複数のレンズ群から光学素子３０を構成することによって、光路を徐々に縮小し、球面収差を低減することが可能である。このようにして、光学素子３０は、複数の軸対称レンズから構成され得る。

【0023】

再び図１を参照する。光学素子３０は、正の焦点距離を有するレンズと、負の焦点距離を有するレンズとを含み得る。図１に示される例では、光学素子３０のレンズ３１は、正の焦点距離を有するシリンドリカルレンズであり、レンズ３２は、負の焦点距離を有するシリンドリカルレンズである。負の焦点距離を有するレンズを用いることで、２枚のレンズ間の距離を小さくすることができ、その結果、レーザビームの光路長を縮小できる。

【0024】

図１に示される入射側のレンズ３１の焦点距離をｆ１、出射側のレンズ３２の焦点距離をｆ２とする。ビームレデューサである光学素子３０は、入射光ピッチを１／Ｍに縮小する倍率Ｍを有する。ビームレデューサの倍率Ｍが、レンズ焦点距離の比で決まり、（式１）の数式で与えられる。ここで、ｐ１は、光学素子３０（入射側のレンズ３１）に入射する入射光ピッチであり、ｐ２は、光学素子３０（出射側のレンズ３２）から出射される出射光のピッチ、すなわち、第１回折格子４０Ａに入射する入射光ピッチである。ビームレデューサの倍率Ｍは、例えば２以上２０以下であり得る。
Ｍ ＝ ｆ１／－ｆ２ ＝ ｐ１／ｐ２ （式１）
例えば、ｆ１が１００（ｍｍ）、ｆ２が－１０（ｍｍ）であるとき、Ｍが１０倍になる。この場合、入射光ピッチｐ１が５ｍｍであれば、出射光のピッチｐ２が０．５ｍｍになる。このように、光学素子３０を用いることで、第１回折格子４０Ａに入射する入射光ピッチをビームレデューサの倍率に応じて縮小することが可能となる。このことは、後述するように、レーザビームのピーク波長の間隔Δλの縮小に寄与する。ただし、平行光からの広がり角を示す残存発散角が倍率分大きくなり、これにより、ビーム品質が保存される。

【0025】

図５Ａは、ＸＺ面内におけるレーザビームの発散角を説明するための模式図である。図５Ｂは、ＹＺ面内におけるレーザビームの発散角を説明するための模式図である。図５Ａにおいて、コリメータ２０から出射されるコリメートビームの発散角θｘ１、および、光学素子３０を透過し、出射側のレンズ３２から出射されるコリメートビームの発散角θｘ２が（式２）の関係を満たす。
θｘ２ ＝ Ｍ・θｘ１ （式２）

【0026】

このように、光学素子３０の作用を受けて複数のコリメートビームのビーム中心軸間の距離が縮小される一方、残存発散角が増加する。しかしながら、ＹＺ面内で集光する機能を有しない、ＸＺ面内で集光する少なくとも１つのシリンドリカルレンズを採用することで、図５Ｂに示されるように、第１および第２の方向に直交する第３の方向（Ｙ軸方向）における残存発散角θｙを維持しつつ、図１に示されるように、第２の方向（Ｘ軸方向）における複数のコリメートビームのビーム中心軸間の距離を縮小できる。本実施形態において、Ｙ軸方向は入射光ピッチを縮小させる必要がないために、その方向のビームレデューサは不要である。

【0027】

図１に示される一対の回折格子４０は、コリメータ２０と光収束器５０との間において平行配置された第１および第２回折格子４０Ａ、４０Ｂを備える。第１および第２回折格子４０Ａ、４０Ｂのそれぞれは、透過型回折格子である。ただし、回折格子４０は、反射型回折格子であってもよい。本開示において、回折格子によって反射される反射光、および回折格子を透過する透過光の両方が存在するタイプの回折格子を「透過型回折格子」、透過光が存在しないタイプの回折格子を「反射型回折格子」と呼ぶ。

【0028】

透過型回折格子とは異なり、反射型回折格子は、反射のための部材（例えば金属ミラー）を備えており、この部材による光吸収は無視できない。そのため、反射型回折格子によれば、入射するレーザビームの強度が高くなると、光吸収による発熱が回折格子の性能を劣化させる、あるいは回折格子を破損させる可能性がある。このため、本開示の実施形態では、透過型回折格子を利用することが望ましい。回折格子４０の基材は、レーザビームのピーク波長における吸収率の低い材料、例えば合成石英から形成され得る。格子断面の形状は、例えば矩形または台形である。なお、後述するように、透過型回折格子の反射光ではなく透過光を利用することも可能である。

【0029】

なお、第１回折格子４０Ａと第２回折格子４０Ｂとの平行度は、第１回折格子４０Ａの回折溝が形成されている面に対する第１の法線と、第２回折格子４０Ｂの回折溝が形成されている面に対する第２の法線との間の角度によって評価される。本開示の実施形態において、これら第１の法線と第２の法線との間の角度は、１８０度±１度の範囲にあることが望ましい。

【0030】

第１回折格子４０Ａは、光学素子３０から出射される複数のコリメートビーム１２を受ける位置に配置され、かつ、複数のコリメートビーム１２を波長に応じて異なる方向に回折して第２回折格子４０Ｂの同一の領域（または入射点）４１に入射させる。第２回折格子４０Ｂは、第１回折格子４０Ａで回折された複数のコリメートビーム１２を領域４１で更に回折して波長結合ビーム１９を形成し、波長結合ビーム１９を第１の方向（Ｚ軸方向）に出射する。

【0031】

図１に示される例では、第１回折格子４０Ａおよび第２回折格子４０Ｂは、同一の構造を備えている。第１回折格子４０Ａの回折溝の延びる方向と、第２回折格子４０Ｂの回折溝の延びる方向とが平行になるように配置されている。より詳しく説明すると、第１回折格子４０Ａの法線と第２回折格子４０Ｂの法線とは平行であり、かつ、第１回折格子４０Ａの回折溝の延びる方向と第２回折格子４０Ｂの回折溝の延びる方向とが平行である。図１に示される例では、第１回折格子４０Ａおよび第２回折格子４０Ｂのそれぞれの回折溝の延びる方向はＹ軸に平行である。第１回折格子４０Ａおよび第２回折格子４０Ｂのそれぞれの分散方向（ＸＺ平面）が同一であると言うこともできる。また、第１回折格子４０Ａの回折溝周期（回折溝の中心間隔）と第２回折格子４０Ｂの回折溝周期（回折溝の中心間隔）とが等しい。このような構成を採用することにより、波長結合ビーム１９を、各コリメートビーム１１の出射方向に平行な第１の方向（Ｚ軸方向）に出射することが可能になる。図１に示される例において、複数のコリメートビーム１２の出射方向と、波長結合ビーム１９の出射方向とが平行となる。

【0032】

波長結合ビーム１９は、ピーク波長がλ１、λ２、・・・、λｎであるｎ本のレーザビーム１０が波長結合されたレーザビームであり得る。複数のレーザビーム１０が同軸に重畳される波長結合ビーム１９の光強度は、各レーザビーム１０の光強度の総和に等しくなる。結合するレーザビーム１０の本数が増えれば、それに比例して波長結合ビーム１９の出力およびパワー密度は増加し得る。

【0033】

本実施形態における波長ビーム結合装置１００は、波長結合ビーム１９を収束する光収束器５０を更に備える。図１に示される例における光収束器５０は、波長結合ビーム１９を収束する収束レンズである。ただし、後述するように、光収束器５０は、２個以上のレンズを含み得る。

【0034】

図１に示される例では、複数のレーザビーム１０の進行方向と、複数のコリメートビーム１１の進行方向と、波長結合ビーム１９の進行方向とが、第１の方向（Ｚ軸方向）に平行である。波長結合ビーム１９は光収束器５０によって収束され、光伝送ファイバ６０に入射する。このようにして、光収束器によって、波長ビーム結合装置から出射される波長結合ビームを例えば光伝送ファイバに効率的に結合することができる。

【0035】

図６は、本開示による波長ビーム結合装置の第１実施形態における他の構成を模式的に示す、ＸＺ面に垂直な方向から見た平面図である。図７は、本開示による波長ビーム結合装置の第１実施形態における他の構成を模式的に示す、ＹＺ面に垂直な方向から見た平面図である。

【0036】

図６および図７に示される例では、２個のレンズ３１、３２のそれぞれが軸対称レンズである。ただし、２個のレンズ３１、３２のそれぞれには、図７に示されるように、Ｙ軸方向に上下をカットして、レーザビームが通過する中央領域を残す加工がされている。図７には、参考として、上下をカットする前のレンズの外形が点線で示されている。この例では、２個のレンズ３１、３２のそれぞれのＸ軸方向におけるサイズが、Ｙ軸方向におけるサイズよりも大きい。このようなレンズ構造を採用することで、レンズコストの低減、レンズ加工時間の削減、および光学素子３０の軽量化が見込まれる。また、このレンズ構造は、波長ビーム結合装置１００の内部空間の省スペース化、および波長ビーム結合装置１００の小型化にも寄与し得る。なお、２個のレンズ３１、３２は、カットする加工をすることなく、射出成形またはガラスモールド成形により形成されてもよい。

【0037】

図８は、本開示による波長ビーム結合装置の第１実施形態における他の構成を模式的に示す、ＸＺ面に垂直な方向から見た平面図である。図８に示される波長ビーム結合装置１０１は、平行配置された一対の回折格子４０を備える。第１および第２回折格子４０Ａ、４０Ｂのそれぞれは、図１に示される波長ビーム結合装置１００と同様に、透過型回折格子である。ただし、この例では、反射光ではなく透過光が利用される。このように、透過型回折格子の透過光を利用することも可能である。

【0038】

波長ビーム結合を行う場合に、光学素子３０の作用によって複数のコリメートビームのビーム中心軸間の距離を縮小させることで、第１回折格子への入射光ピッチを小さくしてレーザビームのピーク波長の間隔Δλを小さくできる。これにより、波長合波の対象となる波長の数を増加させることができ、その結果、波長ビーム結合装置の高出力化が可能となる。こうして、本実施形態に係る波長ビーム結合装置１００によれば、波長結合されたレーザビームの出力およびパワー密度を高めることが可能になる。

【0039】

以下、図９、１０を参照しながら、回折格子に入射する入射光ピッチによって、結合するレーザビームの本数が制限される理由を説明する。

【0040】

図９は、光学素子を備えない波長ビーム結合装置の構成を模式的に示す平面図である。図９に示される波長ビーム結合装置は、図１に示される波長ビーム結合装置１００から光学素子３０を除いた構成を備える。図１０は、平行配置された一対の回折格子４０におけるレーザビームの入射角と回折角との幾何学的な関係を説明するための模式図である。

【0041】

図９に示されるように、ビームの中心軸が互いに平行な複数のレーザビーム１０を一対の回折格子４０を用いて結合する場合、コリメータ２０のサイズに制約があるために、入射光ピッチを狭くできないという課題が生じる。その結果、結合するレーザビームの本数が制限されてしまい、レーザビームの高出力化が困難となる。以下、具体的に説明する。

【0042】

図１０に示されるように、回折格子間距離をｄ、入射光ピッチをｐとする。また、ピーク波長λ１のコリメートビーム１１が入射する第１回折格子４０Ａ上の入射点４２から前述した第２回折格子４０Ｂ上の入射点４１までの距離をＬ１、ピーク波長λ２のコリメートビーム１１が入射する第１回折格子４０Ａ上の入射点４３から第２回折格子４０Ｂ上の入射点４１までの距離をＬ２とする。

【0043】

ピーク波長λ１、λ２の２本のコリメートビーム１１の第１回折格子４０Ａへの入射角をそれぞれα１、α２とする。前述したように、本実施形態では、第１回折格子４０Ａに入射する２本のコリメートビーム１１のそれぞれのビームの中心軸が互いに平行である。したがって、入射角α１と入射角α２とは等しい。入射角α１、α２のそれぞれは、第１回折格子４０Ａの法線方向に対してコリメートビーム１１の中心軸が形成する角度である。ピーク波長λ１、λ２の２本のコリメートビーム１１が第１回折格子４０Ａに入射して形成される反射回折光の回折角をそれぞれβ１、β２とすると、以下の（式３）および（式４）の関係が成立する。更に、距離Ｌ１、Ｌ２から（式５）が幾何学的に成立する。
ｓｉｎα１ ＋ ｓｉｎβ１ ＝ Ｎ・ｍ・λ （式３）
ｓｉｎα２ ＋ ｓｉｎβ２ ＝ Ｎ・ｍ・λ （式４）
ｄ・ｔａｎβ２ － ｄ・ｔａｎβ１ ＝ ｐ／ｃｏｓα （式５）
ここで、Ｎは第１回折格子４０Ａの単位長さ（例えば１ｍｍ）あたりの溝数、ｍは回折次数、λは光の波長である。単位長さあたりの溝数Ｎは、格子溝周期の逆数である。また、入射角α１、α２のそれぞれをαとする。

【0044】

レーザビームのピーク波長の間隔Δλは、入射光ピッチｐに比例し、（式３）～（式５）を解くことで求まる。まず、（式３）にλ１、α、Ｎ、ｍを代入してβ１が求まる。次に、（式５）にｄ、ｐ、α、β１を代入してβ２が求まる。次に、（式４）にα、β２、Ｎ、ｍを代入してλ２が求まる。最後にλ１、λ２からΔλ（＝λ２－λ１）が求まる。例えば、α＝３０（ｄｅｇ）、Ｎ＝２６００（本／ｍｍ）、ｍ＝１、ｄ＝２００（ｍｍ）、ｐ＝５（ｍｍ）、λ１＝４４０（ｎｍ）の場合、β１＝４０．１（ｄｅｇ）、Ｌ１＝１６８．４（ｍｍ）、λ２＝４４４．８７（ｎｍ）、β２＝４１．０（ｄｅｇ）、Ｌ２＝１７４．１（ｍｍ）となる。この例では波長間隔Δλは４．８７（ｎｍ）となる。

【0045】

入射光ピッチｐを小さくする、ｄを大きくする、あるいは、Ｎを大きくすることによって、波長間隔Δλを小さくできる。ただし、ｄを大きくすると、光路長が長くなり、Ｎを大きくすると回折条件が制限される。このため、本実施形態では、入射光ピッチｐを小さくすることで、Δλを小さくしている。なお、入射光ピッチｐを小さくするために、コリメータ２０のレンズのサイズを小さくすることが考えられる。しかしながら、レンズのサイズを小さくすると、レンズの焦点距離が短くなり、結果として光学倍率が大きくなる。その結果、残存発散角が更に大きくなる。したがって、コリメータ２０のレンズのサイズを小さくすることは好ましくない。

【0046】

（１．光学素子を用いない場合）
図９に示される波長ビーム結合装置において、例えば、α＝３０（ｄｅｇ）、Ｎ＝２５００（本／ｍｍ）、ｍ＝１、ｄ＝２００（ｍｍ）、ｐ＝１０（ｍｍ）、λ１＝４６０（ｎｍ）の場合、β１＝４０．５（ｄｅｇ）、Ｌ１＝１７１．１（ｍｍ）、λ２＝４６９．７１（ｎｍ）、β２＝４２．４（ｄｅｇ）、Ｌ２＝１８２．６（ｍｍ）となる。この場合、波長間隔Δλは９．７１（ｎｍ）となる。このように入射光ピッチｐが１０（ｍｍ）であるとき、波長間隔Δλは９．７１（ｎｍ）となり、その結果、例えば４５０ｎｍ～４７０ｎｍのゲイン波長を持つ半導体レーザ装置から出射されるレーザビームの波長合成を行う場合、３波長の合成が上限となる。

【0047】

（２．光学素子を用いる場合）
図１に示される波長ビーム結合装置において、倍率Ｍ＝５の光学素子を利用すると、第１回折格子４０Ａに入射するコリメートビームの入射光ピッチｐは１０（ｍｍ）から２（ｍｍ）に縮小される。α＝３０（ｄｅｇ）、Ｎ＝２５００（本／ｍｍ）、ｍ＝１、ｄ＝２００（ｍｍ）、ｐ＝２（ｍｍ）、λ１＝４６０（ｎｍ）の場合、β１＝４０．５（ｄｅｇ）、Ｌ１＝１７１．１（ｍｍ）、λ２＝４６２．０１（ｎｍ）、β２＝４０．９（ｄｅｇ）、Ｌ２＝１７３．４（ｍｍ）となる。この場合、波長間隔Δλは２．０１（ｎｍ）となる。このように、入射光ピッチｐが２（ｍｍ）となれば、波長間隔Δλは２．０１（ｎｍ）となり、その結果、例えば４５０ｎｍ～４７０ｎｍのゲイン波長を持つ半導体レーザ装置から出射されるレーザビームの波長合成を行う場合、１１波長まで合成が可能となる。半導体レーザとして、例えば窒化物半導体レーザを用いることができる。このように、入射光ピッチを縮小させることによって、レーザビームの合成数を増加させることができる。合成できるレーザビームの本数が増加するために、合成後のレーザビームの高出力化が可能となる。レーザビームの合成数は、２本以上であり、例えば４本以上であってもよく、７本以上であってもよく、１０本以上であってもよく、あるいは１５本以上であってもよい。

【0048】

本開示の実施形態に係る波長ビーム結合装置は、少なくとも１つのレンズを収納するレンズ鏡筒を備え得る。図１１は、レンズ鏡筒の構成の一例を模式的に示す断面図である。図１１には、ＸＺ面に平行なレンズ鏡筒の断面が示されている。レンズ鏡筒は、レンズ鏡筒の内部とレンズ鏡筒の外部とを繋ぐ少なくとも１つの貫通孔を有し得る。図１１に示されるレンズ鏡筒７０Ａは、光学素子３０に含まれる入射側のレンズ３１と出射側のレンズ３２との間の位置に２個の貫通孔７１を有する。レンズを例えば有機材料を用いてレンズ鏡筒に固定する場合に、アウトガスが生じる可能性がある。その場合であっても、貫通孔７１を通してレンズ鏡筒の外部にアウトガスを逃がすことができる。

【0049】

図１２は、レンズ鏡筒の構成の他の一例を模式的に示す断面図である。図１２には、ＸＺ面に平行なレンズ鏡筒の断面が示されている。この例では、光学素子３０に含まれる入射側のレンズ３１、出射側のレンズ３２のそれぞれが、留め具７２によってレンズ鏡筒７０Ｂに固定される。留め具７２は、例えばセットスクリュである。有機材料の代わりにレンズを例えばセットスクリュのような留め具でレンズ鏡筒に固定することにより、アウトガスの発生を防止できる。

【0050】

レンズ鏡筒７０Ａ、７０Ｂのそれぞれの内側面が黒色を呈し得る。レンズの各面には反射防止膜（例えばＡＲコート）が設けられ得る。しかしながら、レンズと空気層との界面で反射する僅かな反射光が迷光の原因になり得る。レンズ鏡筒の内側面を例えば黒色塗装または黒色処理することによって、内側面が黒色を呈し、迷光の発生を抑制することが可能となる。

【0051】

前述した実施形態において、複数のコリメートビーム１１は、光学素子３０に入射するとき、互いに平行であったが、互いに平行でなくてもよい。図１３は、ビーム中心軸が互いに平行でない複数のコリメートビーム１１が光学素子３０に入射する様子を模式的に示す図である。図１３の例において、７本のコリメートビーム１１の進行方向は、所定の角度を形成している。このような場合、光学素子３０を構成するレンズ群を適切に設計すれば、複数のコリメートビーム１１を、複数のコリメートビーム１１のビーム中心軸間の距離を縮小し、かつ、ビーム中心軸を互いに平行にして出射させることが可能である。

【0052】

入射側レンズ３１と出射側レンズ３２とを別のレンズ鏡筒に収納し、２つのレンズ鏡筒の間の距離を調整することにより、複数のコリメートビーム１１が平行、発散または収束のいずれの状態にもなるようにすることが可能となる。

【0053】

＜波長ビーム結合装置の第２実施形態＞
図１４、１５を参照しながら、本開示による波長ビーム結合装置の第２実施形態を説明する。

【0054】

本開示の第２実施形態に係る波長ビーム結合装置は、偏光分離および合成の機構を更に備える。具体的には、波長ビーム結合装置は、偏光ビームスプリッタ、第１偏光変換素子、偏光ビーム結合器および第２偏光変換素子を更に備え得る。このような波長ビーム結合装置によれば、ピーク波長が互いに異なる複数のレーザビーム１０を結合し、波長結合ビームの出力およびパワー密度を更に高めることが可能となる。

【0055】

図１４は、本開示による波長ビーム結合装置の第２実施形態における構成を模式的に示す、ＸＺ面に垂直な方向から見た平面図である。波長ビーム結合装置２００は、偏光ビームスプリッタ８１と、第１偏光変換素子９１と、偏光ビーム結合器８２と、第２偏光変換素子９２とを更に備える。偏光ビームスプリッタ８１は、光学素子３０と第１回折格子４０Ａとの間に配置される。第１偏光変換素子９１は、偏光ビームスプリッタ８１と第１回折格子４０Ａとの間に配置される。偏光ビーム結合器８２は、第２回折格子４０Ｂと光収束器５０との間に配置される。第２偏光変換素子９２は、第２回折格子４０Ｂと偏光ビーム結合器８２との間に配置される。

【0056】

偏光ビームスプリッタ８１は、光学素子３０の作用を受けた複数のコリメートビーム１２を、それぞれ、第１偏光方向（Ｙ軸方向）に直線偏光した複数の第１偏光ビーム１３と、第１偏光方向に直交する第２偏光方向（ＸＺ平面内の方向）に直線偏光した複数の第２偏光ビーム１４とに分離する。図１４では、簡単のために、複数のコリメートビーム１２を纏めて１本の直線で表している。しかし、実際は、光学素子３０の作用によってコリメートビームのビーム中心軸間の距離が縮小された５本の複数のコリメートビーム１２が並んで進行する。

【0057】

図１４の例における偏光ビームスプリッタ８１は、入射したコリメートビーム１２の偏光状態に応じて透過率および反射率が異なる反射／透過面８１Ｒを有している。反射／透過面８１Ｒは、第１偏光ビーム１３に対しては反射面として機能し、第２偏光ビーム１４に対しては透過面として機能する。反射／透過面８１Ｒは、入射するコリメートビーム１２を第１偏光ビーム１３と第２偏光ビーム１４とに分離する。偏光ビームスプリッタ８１は、反射／透過面８１Ｒで第２の方向に反射された第１偏光ビーム１３を第１の方向に反射するミラー８１Ｍを更に有している。第１偏光ビーム１３と第２偏光ビーム１４とが偏光ビームスプリッタ８１から平行に出射される。光は電磁波であり、光の電磁場は進行方向に対して垂直な方向に振動する横波である。レーザビームの偏光状態は、レーザ光源の利得媒体、共振器、発振方式などに依存して異なり得る。また、レーザ光源から出射された段階では特定の偏光状態にあるレーザビームも、例えば光ファイバなどの伝送媒体を通過中に偏光状態が変動したり、偏光が解消（ｄｅｐｏｌａｒｉｚｅ）したりする場合がある。偏光ビームスプリッタ８１の反射／透過面８１Ｒは、所定方向に直線偏光した偏光成分を選択的に反射し、当該所定方向に直交する方向に直線偏光した偏光成分を透過することができる。反射／透過面８１Ｒには、例えば偏光依存性を有する誘電体多層膜が設けられている。

【0058】

一般に、物体表面に光線が入射するとき、入射点における物体表面の法線と光線の進行方向ベクトル（波数ベクトル）とを含む平面は、「入射面（ｐｌａｎｅ ｏｆ ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ）」と定義される。また、入射面に垂直な方向に直線偏光した光はＳ偏光、入射面に平行な方向に直線偏光した光はＰ偏光と呼ばれる。図１４の例において、偏光ビームスプリッタ８１の反射／透過面８１Ｒは、ＸＺ面に垂直であり、反射／透過面８１Ｒの法線はＸＺ面に平行な平面内にある。また、コリメートビーム１２の進行方向は、ＸＺ面に平行である。このため、コリメートビーム１２が反射／透過面８１Ｒに入射するときの偏光方向を定義するための「入射面」は、ＸＺ面に平行である。本開示において、ＸＺ面に垂直な方向である第１偏光方向に直線偏光した光を「Ｓ偏光」と称する。そして、ＸＺ面に平行な方向（第１偏光方向に直交する第２偏光方向）に直線偏光した光を「Ｐ偏光」と呼ぶ。添付図面においては、小さな円でクロス記号を囲んだ符号で「Ｓ偏光」を示し、両端矢印の符号で「Ｐ偏光」を示す。「Ｐ偏光」の偏光方向は、ＸＺ面に平行であるが、レーザビームの進行方向に対して垂直であるため、レーザビームの進行方向がＸＺ面に平行なまま、反射または回折によって回転すると、「Ｐ偏光」の偏光方向もＸＺ面に平行な面内で回転する。このため、本開示における「第２偏光方向」とは、レーザビームの進行方向に垂直、かつ、第１偏光方向に垂直な方向として定義される。

【0059】

図１４に示される例においては、断面が三角形である透明プリズム（または直角プリズム）に、断面が平行四辺形の透明部材が、反射／透過面８１Ｒを介して固定されている。そして、ミラー８１Ｍは、断面が平行四辺形の透明部材の斜面に形成されている。全反射条件が適用される場合にはミラー面を形成する必要がなく、ミラー８１Ｍの代わりにＡＲコートが施され得る。断面が平行四辺形の透明部材の代わりに、２個の直角プリズムを貼り合わせたものを用いることが可能である。ただし、断面が平行四辺形の透明部材を用いることによって、直角プリズムの調整が不要になり、更に、２個の直角プリズムの界面おける反射が低減される。

【0060】

第１偏光変換素子９１は、複数の第２偏光（Ｐ偏光）ビーム１４を、第１偏光（Ｓ偏光）方向に直線偏光した複数の第３偏光ビーム１５に変換する。偏光ビームスプリッタ８１の反射／透過面８１Ｒを透過した複数の第２偏光ビーム１４は、第１偏光変換素子９１によって第３偏光ビーム１５に変換される。第１偏光変換素子９１は、例えば１／２波長板（半波長位相差板）である。１／２波長板は、複屈折性を有し、厚さ方向に進行する電磁波の直交する２成分における位相差を変化させる。１／２波長板の遅相軸または進相軸を第２偏光（Ｐ偏光）ビーム１４の偏光方向に対して４５°の角度を形成するように配置することにより、１／２波長板はＰ偏光をＳ偏光に変換することが可能になる。

【0061】

図１４に示される例において、複数の第１偏光ビーム１３が入射する第１回折格子４０Ａ上の位置が、複数の第３偏光ビーム１５が入射する第１回折格子４０Ａ上の位置と異なる。第１回折格子４０Ａは、複数の第１偏光ビーム１３を波長に応じて異なる方向に回折して第２回折格子４０Ｂの第１領域４５に入射させ、かつ、複数の第３偏光ビーム１５を波長に応じて異なる方向に回折して第２回折格子４０Ｂの第１領域４５と異なる第２領域４６に入射させる。

【0062】

第２回折格子４０Ｂは、第１領域４５に入射した複数の第１偏光ビーム１３を更に回折して複数の第１偏光ビームを同軸に重畳した第１波長結合ビーム１６を形成し、かつ、第２領域４６に入射した複数の第３偏光ビーム１５を更に回折して複数の第３偏光ビーム１５を同軸に重畳した第２波長結合ビーム１７を形成する。

【0063】

第２偏光変換素子９２は、第１波長結合ビーム１６および第２波長結合ビーム１７の少なくとも一方の偏光状態を変化させて、第１波長結合ビーム１６および第２波長結合ビーム１７の偏光方向を直交させるように構成されている。第２偏光変換素子９２は、第１偏光変換素子９１と同様に、例えば１／２波長板（半波長位相差板）である。図１４に示される例では、第２偏光変換素子９２は、第１波長結合ビーム１６の偏光方向を９０度回転させるように配置されている。第２偏光変換素子９２を透過した第１波長結合ビーム１６は、第２偏光方向に直線偏光している。これとは異なり、第２偏光変換素子９２は、第２波長結合ビーム１７の偏光方向を９０度回転させる位置に置かれてもよい。

【0064】

偏光ビーム結合器８２は、第１波長結合ビーム１６および第２波長結合ビーム１７を同軸に重畳した第３波長結合ビーム１８を形成して出射するように構成されている。図１４に示される例において、偏光ビーム結合器８２は、偏光ビームスプリッタ８１と同じ構造を備える。一般に、偏光ビームスプリッタは、偏光ビーム結合器としても使用可能である。ただし、向きがＹ軸周りに１８０度回転した関係にある。図１４の例において、第２偏光変換素子９２を透過した第１波長結合ビーム１６はＰ偏光であり、第２波長結合ビーム１７はＳ偏光である。偏光ビーム結合器８２は、第１の方向に進行する第２波長結合ビーム１７を第２の方向に反射するミラー８２Ｍ、および、Ｓ偏光を反射し、Ｐ偏光は透過する反射／透過面８２Ｒを備える。その結果、偏光ビーム結合器８２は、第２偏光変換素子９２を透過した第１波長結合ビーム（Ｐ偏光）１６と第２波長結合ビーム（Ｓ偏光）１７とが同軸に重畳された第３波長結合ビーム１８を出射することができる。

【0065】

第３波長結合ビーム１８は、ピーク波長がλ１、λ２、λ３．λ４およびλ５である５本のレーザビーム１０が波長結合されたレーザビームである。こうして、波長ビーム結合装置２００によれば、波長結合されたレーザビームの出力およびパワー密度を高めることが可能になる。結合するレーザビーム１０の本数が増えれば、それに比例して第３波長結合ビーム１８の出力およびパワー密度は増加し得る。

【0066】

図１４に示される例では、一対の回折格子４０に入射するレーザビームが、Ｓ偏光の複数の第１偏光ビーム１３およびＳ偏光の複数の第３偏光ビーム１５である。回折格子が偏光依存性を有している場合、無偏光のレーザビームが入射すると、偏光成分によっては回折効率が低下してしまう。本実施形態では、一対の回折格子４０のそれぞれは、第１偏光方向（Ｙ軸方向）に平行な回折溝を有している。本実施形態では、Ｓ偏光に対する回折効率がＰ偏光に対する回折効率よりも高い回折格子４０を用いることにより、回折格子で光損失が発生することを抑制できる。

【0067】

本実施形態の波長ビーム結合装置によれば、回折格子と、偏光分離および合成の機構とを組み合わせることによって、入射する光の偏光状態に適した回折格子を用いて回折効率を高め、回折格子によって生成された回折光を同軸化することにより、出力およびパワー密度を更に高めることが可能になる。

【0068】

図１５は、本開示による波長ビーム結合装置の第２実施形態における他の構成を模式的に示す、ＸＺ面に垂直な方向から見た平面図である。図１５に示される波長ビーム結合装置２０１は、２個のシリンドリカルレンズを含む光収束器５０を備えている点において、図１４に示される波長ビーム結合装置２００と相違する。以下、相違点を説明する。

【0069】

この例に示されるように、光収束器５０は、第３波長結合ビーム１８を、第１の方向（Ｚ軸方向）と第２の方向（Ｘ軸方向）とを含む第１の平面（ＸＺ面）内で集光する第１レンズ５１と、第３波長結合ビーム１８を、第１の方向と、第１および第２の方向に直交する第３の方向（Ｙ軸方向）とを含む第２の平面（ＹＺ面）内で集光する第２レンズ５２とを含み得る。第１および第２レンズ５１、５２は、それぞれ、シリンドリカルレンズである。２個のシリンドリカルレンズを用いることで、光学素子の作用による第２の方向の残存発散角の増大、または回折格子の作用に起因して生じ得るビーム形状の楕円化に対処することが可能となる。

【0070】

また、第１レンズ５１に軸対称レンズを用いて、第２レンズ５２にシリンドリカルレンズを用いることも可能である。この場合、第１レンズ５１で集光しきれない成分を予め第２レンズ５２で集光することにより、集光性能を高めることが可能となる。

【0071】

図１６は、本開示による波長ビーム結合装置の第２実施形態における更なる他の構成を模式的に示す、ＸＺ面に垂直な方向から見た平面図である。図１７は、本開示による波長ビーム結合装置の第２実施形態における更なる他の構成を模式的に示す、ＹＺ面に垂直な方向から見た平面図である。

【0072】

図１６および図１７に示される波長ビーム結合装置２０２は、図１４に示される波長ビーム結合装置２００の変形例である。波長ビーム結合装置２０２は、偏光ビームスプリッタ８１および偏光ビーム結合器８２の偏光分離および偏光合成がＸＺ平面ではなく、ＹＺ平面で行われる点で波長ビーム結合装置２００と相違する。その他の構成は、図１４に示される構成と同一である。

【0073】

図１７に示される波長ビーム結合装置２０２において、偏光ビームスプリッタ８１は、第１の方向（Ｚ軸方向）と、第１および第２の方向に直交する第３の方向（Ｙ軸方向）とを含む第２の平面（ＹＺ平面）内で光ビームの偏光分離を行うように構成される。偏光ビーム結合器８２は、第２の平面で光ビームの偏光合成を行うように構成されている。

【0074】

図１７に示される第１回折格子４０Ａの第１領域４７で回折された複数の第１偏光ビーム１３は、第２回折格子４０Ｂの第１領域４５に入射し、第１回折格子４０Ａの第２領域４８で回折された複数の第３偏光ビーム１５は、第２回折格子４０Ｂの第２領域４６に入射する。図１７において、第１回折格子４０Ａから第２回折格子４０Ｂに向かう偏光ビームは図示していない。また、わかり易さのために、第１回折格子４０Ａの第２領域４８と、第２回折格子４０Ｂの第２領域４６とが、Ｙ軸方向において異なる位置に図示され、第１回折格子４０Ａの第２領域４８と、第２回折格子４０Ｂの第２領域４６とが、Ｙ軸方向において異なる位置に図示されている。しかしながら実際は、第１回折格子４０Ａの第１領域４７と、第２回折格子４０Ｂの第１領域４５とはＹ軸方向において同じ位置に存在し、第１回折格子４０Ａの第２領域４８と、第２回折格子４０Ｂの第２領域４６は、Ｙ軸方向において同じ位置に存在する。この構成によれば、偏光ビームスプリッタ８１および偏光ビーム結合器８２が、第１回折格子４０Ａから第２回折格子４０Ｂまでの偏光ビームの光路に干渉することがなくなる。更に、第１偏光変換素子９１と第１回折格子４０Ａとの距離、および第２偏光変換素子９２と第２回折格子４０Ｂとの距離を縮小した状態でこれらの光学部材を配置することが可能となる。レーザビームの伝播光路を短くすることは、残存発散角により拡がるレーザビームの抑制に貢献することとなり、結果として、波長ビーム結合装置の効率を向上させることが可能となる。

【0075】

＜ダイレクトダイオードレーザ装置の実施形態＞
以下、図１８、１９を参照しながら、本開示によるダイレクトダイオードレーザ装置の実施形態を説明する。

【0076】

図１８は、本開示によるダイレクトダイオードレーザ装置の実施形態における構成を模式的に示す、ＸＺ面に垂直な方向から見た平面図である。本実施形態におけるダイレクトダイオードレーザ装置１０００は、波長ビーム結合装置４００と、それぞれが互いに異なるピーク波長のレーザ光を出射する複数の半導体レーザ装置５１０と、複数の半導体レーザ装置５１０から出射されたレーザ光から、波長ビーム結合装置４００のコリメータ２０に入射するレーザビーム１０を形成するように構成された光ファイバアレイ５３０とを備える。図１８に示される例では、ピーク波長がλ１、λ２、λ３、λ４、λ５のレーザ光が複数の半導体レーザ装置５１０から出射される。各半導体レーザ装置５１０から出射されるレーザ光は、光ファイバアレイ５３０の対応する光ファイバ５２０に光学的に結合される。複数の半導体レーザ装置５１０のそれぞれは、互いに異なるピーク波長の単一縦モードで発振するように構成されている。各ピーク波長は、例えば、４３０ｎｍから４８０ｎｍの範囲に含まれる。各半導体レーザ装置５１０から出射されるレーザ光が直線偏光であっても、光ファイバ５２０が偏光保持ファイバでない場合、レーザ光の偏光状態は光ファイバ５２０を通過する過程で変化する。このため、本実施形態における光ファイバアレイ５３０によって形成される複数のレーザビーム１０のそれぞれは、無偏光である。

【0077】

単一縦モードで発振する半導体レーザ装置５１０の例は、外部共振型レーザ（Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｌａｓｅｒ：ＥＣＬ）装置、分布帰還型（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ：ＤＦＢ）レーザ装置、分布反射型（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ：ＤＢＲ）レーザ装置を含む。

【0078】

光ファイバアレイ５３０を用いることにより、光ファイバ５２０を整列でき、レーザビーム１０の出射角度を調整することが容易になる。その結果、光ファイバアレイ５３０から、複数のレーザビーム１０を例えば高い正確度で平行に出射させることが容易になる。光ファイバアレイ５３０によれば、レーザ光源から延びる光ファイバを、光ファイバアレイ５３０の光ファイバ５２０に融着して接続することもできる。光ファイバアレイ５３０は、各光ファイバ５２０の先端から出射されたレーザ光をコリメートするレンズ系を備え得る。

【0079】

図１８には、図１に示される構造を備える波長ビーム結合装置４００を備えるダイレクトダイオードレーザ装置１０００が例示されている。ただし、本開示の実施形態に係るダイレクトダイオードレーザ装置は、図１８に示される例に限定されず、第１実施形態に係る波長ビーム結合装置１０１、第２実施形態に係る波長ビーム結合装置２００もしくは２０１、またはこれらの変形例を備え得る。波長ビーム結合装置４００のコリメータ２０には、光ファイバアレイ５３０から第１の方向（Ｚ軸方向）に平行に出射された、ピーク波長が互いに異なる複数のレーザビーム１０が互いに平行に入射する。

【0080】

本実施形態では、波長ビーム結合装置が備える回折格子、偏光変換素子などの光学素子が、いずれも、プレート型である。レーザビームのピーク波長が青色帯域に含まれる場合、これらの光学素子は、青色帯域の光を吸収しにくい材料、例えば石英から形成され得る。これらの光学素子を薄くして所定の空間内に集積することは、装置の小型化に寄与するだけではなく、複数の光学素子の温度を全体として調整することを容易にする。

【0081】

波長結合ビーム１９は、光収束器５０により光伝送ファイバ６０に結合される。青色帯域の高出力光伝送に適した光伝送ファイバ６０の例は、ＯＨ基含有率の高い「高ＯＨ－純石英」コアを有する光ファイバ、コアレスファイバ、および、フォトニクス結晶ファイバを含む。

【0082】

図１９は、本開示によるダイレクトダイオードレーザ装置の実施形態における他の構成を模式的に示す、ＸＺ面に垂直な方向から見た平面図である。図１９に示されるダイレクトダイオードレーザ装置１０００は、レーザ光源として半導体レーザ素子５４０を備える。半導体レーザ素子５４０は、波長が制御された単一光源である。図１９に示される例において、半導体レーザ素子５４０は、５個のレーザ発振領域５４０Ｘを有するレーザバーである。５個のレーザ発振領域５４０Ｘは、それぞれ、λ１、λ２、λ３、λ４、λ５のピーク波長でレーザ発振を行い、ピーク波長がλ１、λ２、λ３、λ４、λ５のレーザ光を出射する。１個のレーザバーが含むレーザ発振領域５４０Ｘの個数は５に限定されず、３または４であってもよいし、６以上、例えば１０以上であってもよい。半導体レーザ素子５４０は、複数のレーザ発振領域５４０Ｘを規定する複数のリッジまたは複数のストライプ電極を有し得る。半導体レーザ素子５４０は、単一のレーザバーである必要はなく、複数のレーザバーの集まりであってもよい。

【0083】

本実施形態のダイレクトダイオードレーザ装置によれば、回折格子によって生成された回折光を同軸化することにより、出力およびパワー密度を高めることが可能になる。とりわけ、第２実施形態に係る波長ビーム結合装置を利用することによって、複数の半導体レーザ装置または半導体レーザ素子から出射されたレーザ光の偏光状態が光ファイバアレイ装置によって無偏光になっても、偏光ビームスプリッタによって直線偏光に変換されため、各偏光状態に適した回折格子を用いて回折効率を高めることが可能になる。そして、このような回折格子によって生成された回折光を同軸化することにより、出力およびパワー密度を高めることが可能になる。

【0084】

＜レーザ加工機の実施形態＞
次に、図２０を参照して、本開示によるレーザ加工機２０００の実施形態を説明する。図２０は、本開示による加工機の実施形態における構成例を示す図である。

【0085】

図示されているレーザ加工機２０００は、光源装置１１００と、光源装置１１００から延びる光伝送ファイバ６０に接続された加工ヘッド１２００とを備えている。加工ヘッド１２００は、光伝送ファイバ６０から出射された波長結合ビームで対象物１３００を照射する。図示されている例において、光源装置１１００の個数は、１個である。加工ヘッド１２００は、複数の光源装置１１００に光伝送ファイバ６０を介して接続され得る。

【0086】

光源装置１１００は、前述した構成を有する波長ビーム結合装置と、ピーク波長が互いに異なる複数のレーザビームを出射する複数の半導体レーザ装置または半導体レーザ素子とを有するダイレクトダイオードレーザ装置である。光源装置１１００が備える波長ビーム結合装置は、前述した種々の実施形態、および、それら実施形態の変形例であり得る。光源装置１１００に搭載される半導体レーザ装置の個数は特に限定されず、必要な光出力または放射照度に応じて決定される。半導体レーザ装置から出射されるレーザ光の波長も、加工対象の材料に応じて選択され得る。

【0087】

本実施形態によれば、波長ビーム結合によって高出力のレーザビームを生成し、光ファイバに効率的に結合されるため、ビーム品質に優れた高パワー密度のレーザビームを高いエネルギー変換効率で得ることが可能になる。

【0088】

なお、加工ヘッド１２００から出射されるレーザビームは、半導体レーザ装置または半導体レーザ素子から出射されて結合されたレーザビーム以外のレーザビームが含まれていてもよい。例えば、半導体レーザ装置から出射されて波長結合されるレーザビームのピーク波長は４３０ｎｍから４８０ｎｍの範囲に含まれるが、それとは別に、例えばピーク波長が近赤外のレーザビームが重畳されていてもよい。加工対象の材料に応じて、適宜、その材料の吸収率が高い波長のレーザビームが重畳され得る。

【0089】

本開示は、以下の項目に記載の波長ビーム結合装置、ダイレクトダイオードレーザ装置、およびレーザ加工機を含む。

【0090】

［項目１］
ピーク波長が互いに異なり、かつ、第１の方向に出射されるビームの中心軸が前記第１の方向に対して交差する第２の方向に並んだ複数のコリメートビームを結合する波長ビーム結合装置であって、
前記複数のコリメートビームのビーム中心軸間の距離を縮小して出射させるように構成された光学素子と、
第１および第２回折格子であって、前記第１回折格子は、前記光学素子から出射される前記複数のコリメートビームを受ける位置に配置され、かつ、前記複数のコリメートビームを波長に応じて異なる方向に回折して前記第２回折格子に入射させ、前記第２回折格子は、前記第１回折格子で回折された前記複数のコリメートビームを更に回折して波長結合ビームを形成し、前記波長結合ビームを出射する、第１および第２回折格子と、
を備える、波長ビーム結合装置。

【0091】

［項目２］
前記光学素子は、前記複数のコリメートビームを、前記第１の方向と前記第２の方向とを含む第１の平面内で集光する少なくとも１つのレンズを含む、項目１に記載の波長ビーム結合装置。

【0092】

［項目３］
前記少なくとも１つのレンズは、正の焦点距離を有するレンズと、負の焦点距離を有するレンズとを含む、項目２に記載の波長ビーム結合装置。

【0093】

［項目４］
前記少なくとも１つのレンズはシリンドリカルレンズを含む、項目２または３に記載の波長ビーム結合装置。

【0094】

［項目５］
前記少なくとも１つのレンズは２個の軸対称レンズを含み、
前記２個の軸対称レンズのそれぞれの前記第２の方向におけるサイズが、前記第１の平面に垂直な第３の方向におけるサイズよりも大きい、項目２に記載の波長ビーム結合装置。

【0095】

［項目６］
前記少なくとも１つのレンズを収納するレンズ鏡筒を備え、
前記レンズ鏡筒は、少なくとも１つの貫通孔を有する、項目２から５のいずれか１項に記載の波長ビーム結合装置。

【0096】

［項目７］
前記少なくとも１つのレンズを収納するレンズ鏡筒を備え、
前記少なくとも１つのレンズは、留め具によって前記レンズ鏡筒に固定される、項目２から５のいずれか１項に記載の波長ビーム結合装置。

【0097】

［項目８］
前記レンズ鏡筒の内側面は黒色を呈する、項目６または７に記載の波長ビーム結合装置。

【0098】

［項目９］
前記光学素子はビームレデューサであり、
前記ビームレデューサの倍率が、５以上２０以下である、項目１から８のいずれか１項に記載の波長ビーム結合装置。

【0099】

［項目１０］
前記波長結合ビームを収束する光収束器を備える、項目１に記載の波長ビーム結合装置。

【0100】

［項目１１］
前記光収束器は、前記波長結合ビームを収束する収束レンズを含む、項目１０に記載の波長ビーム結合装置。

【0101】

［項目１２］
前記第２回折格子は、前記波長結合ビームを前記第１の方向に出射し、
前記光収束器は、
前記波長結合ビームを、前記第１の方向と前記第２の方向とを含む第１の平面内で集光する第１レンズと、
前記波長結合ビームを、前記第１の方向と、前記第１および前記第２の方向に直交する第３の方向とを含む第２の平面内で集光する第２レンズと、
を含む、項目１０に記載の波長ビーム結合装置。

【0102】

［項目１３］
前記光学素子と前記第１回折格子との間に配置された偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタと前記第１回折格子との間に配置された第１偏光変換素子と、
前記第２回折格子と前記光収束器との間に配置された偏光ビーム結合器と、
前記第２回折格子と前記偏光ビーム結合器との間に配置された第２偏光変換素子と、
を備える、項目１０から１２のいずれか１項に記載の波長ビーム結合装置。

【0103】

［項目１４］
前記偏光ビームスプリッタは、前記光学素子の作用を受けた前記複数のコリメートビームを、それぞれ、第１偏光方向に直線偏光した複数の第１偏光ビームと、前記第１偏光方向に直交する第２偏光方向に直線偏光した複数の第２偏光ビームとに分離し、
前記第１偏光変換素子は、前記複数の第２偏光ビームを、前記第１偏光方向に直線偏光した複数の第３偏光ビームに変換し、
前記第１回折格子は、前記複数の第１偏光ビームを波長に応じて異なる方向に回折して前記第２回折格子の第１領域に入射させ、かつ、前記複数の第３偏光ビームを波長に応じて異なる方向に回折して前記第２回折格子の第２領域に入射させ、
前記第２回折格子は、前記第１領域に入射した前記複数の第１偏光ビームを更に回折して前記複数の第１偏光ビームを同軸に重畳した第１波長結合ビームを形成し、かつ、前記第２領域に入射した前記複数の第３偏光ビームを更に回折して前記複数の第３偏光ビームを同軸に重畳した第２波長結合ビームを形成し、
前記第２偏光変換素子は、前記第１波長結合ビームおよび前記第２波長結合ビームの少なくとも一方の偏光状態を変化させて、前記第１波長結合ビームおよび前記第２波長結合ビームの偏光方向を直交させ、
前記偏光ビーム結合器は、前記第１波長結合ビームおよび前記第２波長結合ビームを同軸に重畳した第３波長結合ビームを形成して出射する、項目１３に記載の波長ビーム結合装置。

【0104】

［項目１５］
前記偏光ビームスプリッタは、前記第１の方向と、前記第１および前記第２の方向に直交する第３の方向とを含む第２の平面内で光ビームの偏光分離を行うように構成され、
前記偏光ビーム結合器は、前記第２の平面内で光ビームの偏光合成を行うように構成されている、項目１３または１４に記載の波長ビーム結合装置。

【0105】

［項目１６］
それぞれが互いに異なるピーク波長の複数のレーザビームを前記複数のコリメートビームに変換するコリメータを備え、
前記光学素子は、前記コリメータと、前記第１回折格子との間に配置される、項目１から１５のいずれか１項に記載の波長ビーム結合装置。

【0106】

［項目１７］
項目１６に記載の波長ビーム結合装置と、
それぞれが互いに異なるピーク波長のレーザ光を出射する複数の半導体レーザ装置と、
前記複数の半導体レーザ装置から出射された前記レーザ光から、前記波長ビーム結合装置の前記コリメータに入射する前記複数のレーザビームを形成する光ファイバアレイと、
を備える、ダイレクトダイオードレーザ装置。

【0107】

［項目１８］
前記複数の半導体レーザ装置のそれぞれは、単一縦モードで発振するように構成されている、項目１７に記載のダイレクトダイオードレーザ装置。

【0108】

［項目１９］
前記互いに異なるピーク波長は、４３０ｎｍから４８０ｎｍの範囲に含まれる、項目１７または１８に記載のダイレクトダイオードレーザ装置。

【0109】

［項目２０］
前記光ファイバアレイは、前記複数のレーザビームを互いに平行に出射するように構成されている、項目１７から１９のいずれか１項に記載のダイレクトダイオードレーザ装置。

【0110】

［項目２１］
項目１７から２０のいずれか１項に記載の少なくとも１つのダイレクトダイオードレーザ装置と、
前記少なくとも１つのダイレクトダイオードレーザ装置から出射される前記波長結合ビームに結合される光伝送ファイバと、
前記光伝送ファイバに接続される加工ヘッドと、
を備える、レーザ加工機。

【産業上の利用可能性】

【0111】

本開示の波長ビーム結合装置、ダイレクトダイオードレーザ装置、およびレーザ加工機は、高いビーム品質を持つ高出力高パワー密度のレーザ光が求められる用途、例えば各種材料の切断、穴あけ、局所的熱処理、表面処理、金属の溶接、３Ｄプリンティングなどに広く利用され得る。

【符号の説明】

【0112】

２０・・・コリメータ、３０・・・光学素子、３１、３２・・・レンズ、４０・・・回折格子、４０Ａ・・・第１回折格子、４０Ｂ・・・第２回折格子、５０・・・光収束器、６０・・・光伝送ファイバ、７０Ａ、７０Ｂ・・・レンズ鏡筒、７１・・・貫通孔、７２・・・留め具、８１・・・偏光ビームスプリッタ、８２・・・偏光ビーム結合器、９１・・・第１偏光変換素子、９２・・・第２偏光変換素子、１００、１０１、２００、２０１、２０２、４００・・・波長ビーム結合装置、５１０・・・半導体レーザ装置、５２０・・・光ファイバ、５３０・・・光ファイバアレイ、５４０・・・半導体レーザ素子、１０００・・・ダイレクトダイオードレーザ装置、１１００・・・光源装置、１２００・・・加工ヘッド、１３００・・・対象物、２０００・・・レーザ加工機

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】