特許 7439296 レーザモジュール及びファイバレーザ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-16

(45)【発行日】2024-02-27

(54)【発明の名称】レーザモジュール及びファイバレーザ装置

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/02255 20210101AFI20240219BHJP

   H01S 5/02253 20210101ALI20240219BHJP

   H01S 3/067 20060101ALI20240219BHJP

   H01S 3/0941 20060101ALI20240219BHJP

【ＦＩ】

H01S5/02255

H01S5/02253

H01S3/067

H01S3/0941

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2022559084

(86)(22)【出願日】2021-10-22

(86)【国際出願番号】 JP2021039066

(87)【国際公開番号】W WO2022091959

(87)【国際公開日】2022-05-05

【審査請求日】2022-12-16

(31)【優先権主張番号】P 2020179187

(32)【優先日】2020-10-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000005186

【氏名又は名称】株式会社フジクラ

(74)【代理人】

【識別番号】100143764

【弁理士】

【氏名又は名称】森村 靖男

(72)【発明者】

【氏名】葛西 洋平

【審査官】高椋 健司

(56)【参考文献】

【文献】独国特許出願公開第１０２０１３１０５４６７（ＤＥ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２７１８３７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－１６６１２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２１６３６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１３４９６６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－２２４３７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／００－５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の光を出射する第１レーザダイオードと、
前記第１の光と異なる波長の第２の光を出射する第２レーザダイオードと、
前記第１レーザダイオード及び前記第２レーザダイオードのそれぞれに対応して設けられ、前記第１レーザダイオード及び前記第２レーザダイオードのそれぞれから出射する光のファスト軸方向をコリメートするファスト軸コリメートレンズと、
前記第１レーザダイオード及び前記第２レーザダイオードのそれぞれに対応して設けられ、前記第１レーザダイオード及び前記第２レーザダイオードのそれぞれから出射する光のスロー軸方向をコリメートするスロー軸コリメートレンズと、
ＶＢＧ（Volume Bragg Grating）又は回折格子から成る波長合成素子と、
を備え、
前記第１レーザダイオードから出射して前記ファスト軸コリメートレンズ及び前記スロー軸コリメートレンズを透過した前記第１の光、及び、前記第２レーザダイオードから出射して前記ファスト軸コリメートレンズ及び前記スロー軸コリメートレンズを透過した前記第２の光は、前記波長合成素子に入射し、
前記波長合成素子は、前記第１の光を所定の方向に反射するとともに、前記第２の光を前記第１の光と重ね合わせて前記所定の方向に出射し、
前記波長合成素子に入射する前記第１の光のファスト軸は、前記第１の光を前記波長合成素子に直接入射させる光学素子から前記波長合成素子に至るまでの前記第１の光の全区間と、前記波長合成素子から当該波長合成素子を出射する前記第１の光が直接入射する光学素子に至るまでの前記第１の光の全区間と、を通る第１の平面と平行であり、
前記波長合成素子に入射する前記第２の光のファスト軸は、前記第１の光を前記波長合成素子に直接入射させる光学素子から前記波長合成素子に至るまでの前記第１の光の全区間と、前記波長合成素子から当該波長合成素子を出射する前記第１の光が直接入射する光学素子に至るまでの前記第１の光の全区間と、を通る第２の平面と平行であり、
前記第１レーザダイオード、前記第２レーザダイオード、及び前記波長合成素子は、互いに平行な実装面に実装され、
前記波長合成素子に入射する際における前記第１の光及び前記第２の光のファスト軸は、前記実装面に平行であり、
前記第１の平面は、前記実装面に平行で、前記波長合成素子に入射する前記第１の光の光軸と前記波長合成素子で反射する前記第１の光の光軸とを通る
ことを特徴とするレーザモジュール。

【請求項2】

前記第２の平面は、前記波長合成素子に入射する前記第１の光の光軸と前記波長合成素子で反射する前記第１の光の光軸とを通る
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザモジュール。

【請求項3】

複数の前記第１レーザダイオード及び複数の前記第２レーザダイオードを有し、
複数の前記第１レーザダイオードから出射するそれぞれの前記第１の光及び複数の前記第２レーザダイオードから出射するそれぞれの前記第２の光は、前記ファスト軸コリメートレンズ及び前記スロー軸コリメートレンズを透過して前記波長合成素子に入射し、
前記波長合成素子は、それぞれの前記第１の光を前記所定の方向に反射するとともに、それぞれの前記第２の光をそれぞれの前記第１の光と一対一で重ね合わせて、前記所定の方向に出射し、
互いに重ね合わされる前記第１の光及び前記第２の光のそれぞれの対において、前記波長合成素子に入射する前記第１の光のファスト軸は前記対における前記第１の平面と平行であり、前記波長合成素子に入射する前記第２の光のファスト軸は前記対における前記第２の平面と平行である
ことを特徴とする請求項１または２に記載のレーザモジュール。

【請求項4】

前記波長合成素子に入射するそれぞれの前記第１の光のファスト軸は互いに平行である
ことを特徴とする請求項３に記載のレーザモジュール。

【請求項5】

前記波長合成素子に入射するそれぞれの前記第２の光のファスト軸は、少なくとも１つの前記第１の光のファスト軸と平行である
ことを特徴とする請求項３または４に記載のレーザモジュール。

【請求項6】

前記波長合成素子に入射するそれぞれの前記第２の光のファスト軸は、互いに平行である
ことを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載のレーザモジュール。

【請求項7】

前記第１レーザダイオード及び前記第２レーザダイオードから出射する光の波長は、９７０ｎｍ以上９８２ｎｍ以下である
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のレーザモジュール。

【請求項8】

前記第１の光の波長と前記第２の光の波長とは９７６ｎｍを挟み、前記第１の光の波長と前記第２の光の波長との差が２ｎｍ以内である
ことを特徴とする請求項７に記載のレーザモジュール。

【請求項9】

前記第１の光の前記波長合成素子への入射角及び前記第２の光の前記波長合成素子への入射角が、それぞれ３°以上である
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のレーザモジュール。

【請求項10】

前記波長合成素子はアポダイズを有するＶＢＧである
ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のレーザモジュール。

【請求項11】

前記波長合成素子に入射する前記第１の光の全てのパワーに対する前記波長合成素子で反射して前記所定の方向に進む前記第１の光の全てのパワーが８０％以上であり、かつ、前記波長合成素子に入射する前記第２の光の全てのパワーに対する前記波長合成素子から出射して前記所定の方向に進む前記第２の光の全てのパワーが８０％以上である
ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のレーザモジュール。

【請求項12】

請求項１から１１のいずれか１項に記載のレーザモジュールと、
前記レーザモジュールから出射する光が入射し、前記光により励起される活性元素がコアに添加される増幅用光ファイバと、
を備えることを特徴とするファイバレーザ装置。

【請求項13】

前記第１の光の波長及び前記第２の光の波長は、前記活性元素が吸収する光の吸収スペクトルにおけるピーク波長を挟んで低波長側と高波長側とに位置する
ことを特徴とする請求項１２に記載のファイバレーザ装置。

【請求項14】

前記ファイバレーザ装置の使用温度における一部において、前記第１の光の前記活性元素への吸収率と、前記第２の光の前記活性元素への吸収率とが互いに等しい
ことを特徴とする請求項１３に記載のファイバレーザ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザモジュール及びファイバレーザ装置に関し、具体的には、異なる波長の光を合成して出射するレーザモジュール、及び、当該レーザモジュールを備えるファイバレーザ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ファイバレーザ装置では出射する光の高出力化が求められており、ファイバレーザ装置の高出力化のために、例えば、レーザモジュールから出射する励起光が高出力化されている。例えば、下記特許文献１には、レーザモジュールから出射する励起光を高出力化し得るレーザモジュールが記載されている。

【0003】

この特許文献１のレーザモジュールは、第１の波長の光をそれぞれ出射する複数のＬＤ（Laser Diode）と、第２の波長の光をそれぞれ出射する複数のＬＤとを有している。これらのＬＤは、ＬＤを実装する実装面に対して活性層が平行になるように載置されている。このため、ＬＤから出射する光のファスト軸は実装面に垂直であり、スロー軸は実装面と平行である。また、特許文献１のレーザモジュールは、上記実装面に垂直に立設された波長合成素子を備えている。このような構成により、波長の異なる複数の光が、スロー軸方向が実装面と平行な状態で波長合成素子に入射し、波長合成素子から出射する。その結果、下記特許文献１によれば、空間的に密に充填された光が生成され、レーザモジュールから出射する励起光の出力が高まるとされる。

【0004】

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２７１８３７号明細書

【発明の概要】

【0005】

上記の波長合成素子として、回折格子や、ガラスブロックに屈折率変化を周期的につけたボリュームブラッググレーティング（ＶＢＧ：Volume Bragg Grating）が使用されることがある。所望の回折効率を得るためには、これらに入射する光の入射角を所定の設計値に正確に合わせる必要がある。

【0006】

ところで、一般に、ＬＤから出射する光のファスト軸方向の広がり角はスロー軸方向の広がり角よりも大きい。しかし、一般に、ＬＤから出射する光のスロー軸方向の幅はファスト軸方向の幅よりも広く、当該光のスロー軸方向におけるビーム品質はファスト軸方向におけるビーム品質よりも悪い。そのため、ＬＤから出射する光がファスト軸コリメートレンズ及びスロー軸コリメートレンズを透過した後において、当該光の光軸に対するスロー軸方向の広がり角は、光軸に対するファスト軸方向の広がり角に比べて大きくなり易い。特許文献１のレーザモジュールでは、ファスト軸コリメートレンズ及びスロー軸コリメートレンズを透過した後において、波長の異なる複数の光のそれぞれのスロー軸が、波長合成素子に入射するそれぞれの光の光軸と波長合成素子から出射するそれぞれの光の光軸とを通る平面に平行な状態で波長合成素子に入射し、波長合成素子から出射する。したがって、特許文献１のようにスロー軸方向が上記平面に平行な状態で光を波長合成素子に入射させる場合、当該光には、スロー軸方向の大きな広がり角に起因して、上記設計値と異なる角度で波長合成素子に入射する成分が多く含まれる。このため、特許文献１のレーザモジュールでは、回折効率が低下し易く、レーザモジュールから出射する光の輝度が低下する傾向にある。

【0007】

そこで、本発明は、高輝度の光を出射し得るレーザモジュール及び当該レーザモジュールを備えるファイバレーザ装置を提供することを目的とする。

【0008】

上記目的の達成のため、本発明のレーザモジュールは、第１の光を出射する第１レーザダイオードと、前記第１の光と異なる波長の第２の光を出射する第２レーザダイオードと、前記第１レーザダイオード及び前記第２レーザダイオードのそれぞれに対応して設けられ、前記第１レーザダイオード及び前記第２レーザダイオードのそれぞれから出射する光のファスト軸方向をコリメートするファスト軸コリメートレンズと、前記第１レーザダイオード及び前記第２レーザダイオードのそれぞれに対応して設けられ、前記第１レーザダイオード及び前記第２レーザダイオードのそれぞれから出射する光のスロー軸方向をコリメートするスロー軸コリメートレンズと、ＶＢＧ又は回折格子から成る波長合成素子と、を備え、前記第１レーザダイオードから出射して前記ファスト軸コリメートレンズ及び前記スロー軸コリメートレンズを透過した前記第１の光、及び、前記第２レーザダイオードから出射して前記ファスト軸コリメートレンズ及び前記スロー軸コリメートレンズを透過した前記第２の光は、前記波長合成素子に入射し、前記波長合成素子は、前記第１の光を所定の方向に反射するとともに、前記第２の光を前記第１の光と重ね合わせて前記所定の方向に出射し、前記波長合成素子に入射する前記第１の光のファスト軸は、前記第１の光を前記波長合成素子に直接入射させる光学素子から前記波長合成素子に至るまでの前記第１の光の全区間と、前記波長合成素子から当該波長合成素子を出射する前記第１の光が直接入射する光学素子に至るまでの前記第１の光の全区間と、を通る第１の平面と平行であり、前記波長合成素子に入射する前記第２の光のファスト軸は、前記波長合成素子に前記第１の光を直接入射させる光学素子から前記波長合成素子に至るまでの前記第１の光の全区間と、前記波長合成素子から当該波長合成素子を出射する前記第１の光が直接入射する光学素子に至るまでの前記第１の光の全区間と、を通る第２の平面と平行であることを特徴とするものである。

【0009】

第１の光を波長合成素子に直接入射させる光学素子から波長合成素子に至るまでの第１の光の光軸の全区間と、波長合成素子から当該波長合成素子を出射する第１の光が直接入射する光学素子に至るまでの第１の光の光軸の全区間とを通る平面を基準面として規定すると、波長合成素子に第１の光が入射する際、第１の光の基準面と平行な方向における光軸に対する広がり成分が小さい程、波長合成素子における第１の光の回折効率の低下が抑制される。なお、波長合成素子に入射する光の基準面に垂直な方向における広がり成分は、基準面に平行な方向における広がり成分に比べて、波長合成素子から出射する光同士の干渉に及ぼす影響が小さい。上記第１の平面は、第１の光を波長合成素子に直接入射させる光学素子から波長合成素子に至るまでの第１の光の全区間と、波長合成素子から当該波長合成素子を出射する第１の光が直接入射する光学素子に至るまでの第１の光の全区間と、を通るため、基準面と平行か、又は平行に近い。なお、第１の平面は、上記のように第１の光を通れば良く、第１の光の光軸を通ることに限定されず、第１の光の光軸を通る平面と僅かに非平行であってもよい。また、上記のように、レーザモジュールでは、一般的に、ファスト軸方向における光軸に対する光の広がり角は、スロー軸方向における光軸に対する光の広がり角に比べて小さい。このレーザモジュールでは、第１の光のファスト軸は第１の平面と平行であるため、第１の光のファスト軸は基準面と平行か、又は平行に近い。よって、このレーザモジュールでは、第１の光の基準面と平行な方向における広がり角が小さく、第１の光の回折効率の低下を抑制することができる。また、上記第２の平面は、第１の光を波長合成素子に直接入射させる光学素子から波長合成素子に至るまでの第１の光の全区間と、波長合成素子から当該波長合成素子を出射する第１の光が直接入射する光学素子に至るまでの第１の光の全区間と、を通るため、上記基準面と平行か、又は平行に近い。なお、第２の平面は、上記のように第１の光を通れば良く、第１の光の光軸を通ることに限定されず、第１の光の光軸を通る平面と僅かに非平行であってもよい。また、第２の平面は、第１の平面と同じ平面でもよく、異なる平面でもよい。ただし、第２の平面が第１の平面と異なる場合であっても、第２の平面と第１の平面とは平行に近い。このレーザモジュールでは、第２の光のファスト軸は第２の平面と平行であるため、第２の光のファスト軸は基準面と平行か、又は平行に近い。よって、このレーザモジュールでは、第２の光の基準面と平行な方向における広がり角が小さく、第２の光の回折効率の低下を抑制することができる。このように、このレーザモジュールによれば、第１の光と第２の光との回折効率の低下がそれぞれ抑制されるため、出射する光の密度を高めて高輝度の光を出射し得る。

【0010】

また、前記第１の平面は、前記波長合成素子に入射する前記第１の光の光軸と前記波長合成素子で反射する前記第１の光の光軸とを通ることが好ましい。

【0011】

第１の平面が上記のように第１の光の光軸を通る場合、この第１の平面は上記基準面と平行である。よって、第１の平面が第１の光の光軸を通らない場合に比べて、回折効率の低下を抑制することができる。

【0012】

また、前記第２の平面は、前記波長合成素子に入射する前記第１の光の光軸と前記波長合成素子で反射する前記第１の光の光軸とを通ることがより好ましい。

【0013】

第２の平面が上記のように第１の光の光軸を通る場合、第２の平面は上記基準面と平行である。よって、第２の平面が第１の光の光軸を通らない場合に比べて、回折効率の低下を抑制することができる。

【0014】

また、複数の前記第１レーザダイオード及び複数の前記第２レーザダイオードを有し、複数の前記第１レーザダイオードから出射するそれぞれの前記第１の光及び複数の前記第２レーザダイオードから出射するそれぞれの前記第２の光は、前記ファスト軸コリメートレンズ及び前記スロー軸コリメートレンズを透過して前記波長合成素子に入射し、前記波長合成素子は、それぞれの前記第１の光を前記所定の方向に反射するとともに、それぞれの前記第２の光をそれぞれの前記第１の光と一対一で重ね合わせて、前記所定の方向に出射し、互いに重ね合わされる前記第１の光及び前記第２の光のそれぞれの対において、前記波長合成素子に入射する前記第１の光のファスト軸は前記対における前記第１の平面と平行であり、前記波長合成素子に入射する前記第２の光のファスト軸は前記対における前記第２の平面と平行であることがさらに好ましい。

【0015】

この場合、複数の第１の光のそれぞれのファスト軸が第１の平面と平行であり、複数の第２の光のそれぞれのファスト軸が第２の平面と平行であるため、複数の第１の光と複数の第２の光のそれぞれにおいて回折効率の低下が抑制され得る。よって、全体として出射する光の密度を高めて高輝度の光を出射し得る。

【0016】

また、レーザモジュールが複数の第１レーザダイオード及び複数の第２レーザダイオードを有する場合、前記波長合成素子に入射するそれぞれの前記第１の光のファスト軸は互いに平行であることがより好ましい。

【0017】

この場合、波長合成素子に入射するそれぞれの第１の光のファスト軸の少なくとも一部のファスト軸が互いに非平行である場合に比べて、第１の光のそれぞれを近づけることができ、高密度の第１の光を波長合成素子に入射させ得る。よって、より高輝度の光を出射し得る。

【0018】

また、レーザモジュールが複数の第１レーザダイオード及び複数の第２レーザダイオードを有する場合、前記波長合成素子に入射するそれぞれの前記第２の光のファスト軸は、少なくとも１つの前記第１の光のファスト軸と平行であることが好ましい。

【0019】

この場合、波長合成素子に入射するそれぞれの第２の光のファスト軸が、それぞれの第１の光のファスト軸と非平行である場合に比べて、第１の光と第２の光とが重なる度合を高くすることができ、波長合成素子に入射する第１の光及び第２の光の密度を高め得る。よって、より高輝度の光を出射し得る。

【0020】

また、レーザモジュールが複数の第１レーザダイオード及び複数の第２レーザダイオードを有する場合、前記波長合成素子に入射するそれぞれの前記第２の光のファスト軸は、互いに平行であることが好ましい。

【0021】

この場合、波長合成素子に入射するそれぞれの第２の光のファスト軸の少なくとも一部のファスト軸が互いに非平行である場合に比べて、第２の光のそれぞれを近づけることができ、高密度の第２の光を波長合成素子に入射させ得る。よって、より高輝度の光を出射し得る。

【0022】

また、前記第１レーザダイオード及び前記第２レーザダイオードから出射する光の波長は、９７０ｎｍ以上９８２ｎｍ以下であってもよい。

【0023】

レーザモジュールをファイバレーザ装置に使用する場合、レーザモジュールから出射する光が伝搬する増幅用光ファイバのコアには、活性元素としてイッテルビウム（Ｙｂ）が添加されることがある。このイッテルビウムが吸収する光の吸収スペクトルにおけるピーク波長帯の１つは、概ね９７０ｎｍ以上９８２ｎｍ以下である。したがって、複数のレーザダイオードから出射する光の波長が９７０ｎｍ以上９８２ｎｍ以下であれば、イッテルビウムの添加された増幅用光ファイバにレーザモジュールを接続する場合において、効果的に当該増幅用光ファイバに光を吸収させることができる。

【0024】

第１レーザダイオード及び第２レーザダイオードから出射する光の波長が９７０ｎｍ以上９８２ｎｍ以下の場合、前記第１の光の波長と前記第２の光の波長とは９７６ｎｍを挟み、前記第１の光の波長と前記第２の光の波長との差が２ｎｍ以内であることが好ましい。

【0025】

第１の光の波長と第２の光の波長との差がこのように小さければ、第１の光及び第２の光の両方のイッテルビウムへの吸収効率が高いため、このレーザモジュールをイッテルビウムの添加された増幅用光ファイバに接続する場合において、増幅用光ファイバにおける励起効率をより高くすることができる。

【0026】

また、前記第１の光の前記波長合成素子への入射角及び前記第２の光の前記波長合成素子への入射角が、それぞれ３°以上であることが好ましい。

【0027】

上記入射角が３°以上であれば、上記入射角が３°未満の場合に比べて、第１の光と第２の光とが、波長合成素子から上記所定の方向に出射し易い。このため、波長合成素子から出射する第１の光及び第２の光が、本来入射すべき光学素子とは異なる光学素子に入射することを抑制し得るレイアウトを構成し易い。

【0028】

また、前記波長合成素子はアポダイズを有するＶＢＧであってもよい。

【0029】

このような構成によれば、ＶＢＧに入射する光の波長に対するＶＢＧの回折効率の分布にサイドローブが生じる場合に、このサイドローブを低減することができる。その結果、短い波長間隔の光同士であってもサイドローブに干渉されずに合成することが可能になり得る。

【0030】

また、前記波長合成素子に入射する前記第１の光の全てのパワーに対する前記波長合成素子で反射して前記所定の方向に進む前記第１の光の全てのパワーが８０％以上であり、かつ、前記波長合成素子に入射する前記第２の光の全てのパワーに対する前記波長合成素子から出射して前記所定の方向に進む前記第２の光の全てのパワーが８０％以上であることが好ましい。

【0031】

このような構成によれば、波長合成素子に入射する第１の光及び第２の光のそれぞれ８０％以上が所定の方向に出射するため、波長合成素子から出射する光の密度がより高まる。

【0032】

また、上記目的達成のために、本発明のファイバレーザ装置は、上記いずれかに記載のレーザモジュールと、前記レーザモジュールから出射する光が入射し、前記光により励起される活性元素がコアに添加される増幅用光ファイバと、を備えることを特徴とするものである。

【0033】

このファイバレーザ装置は、上記いずれかに記載のレーザモジュールを備えるため、増幅用光ファイバの活性元素のピーク波長帯に収まる励起光を高密度かつ高輝度で当該増幅用光ファイバに入射させることができる。このため、増幅用光ファイバを伝搬する励起光が高密度かつ高輝度になり、増幅用光ファイバにおける励起光の吸収効率を高めることができる。

【0034】

また、上記ファイバレーザ装置において、前記第１の光の波長及び前記第２の光の波長は、前記活性元素が吸収する光の吸収スペクトルにおけるピーク波長を挟んで低波長側と高波長側とに位置してもよい。

【0035】

同一のレーザモジュールに搭載されるレーザダイオードは、同一のレーザモジュールに搭載されることによって、それらの外的環境や駆動条件が概ね同一である。このため、それぞれのレーザダイオードから出射する光の波長シフトの方向は、いずれも同じ方向になる傾向にあり、いずれも長波長側又は短波長側にシフトする傾向にある。よって、第１の光の波長及び第２の光の波長が、上記ピーク波長を挟んで低波長側と高波長側とに位置すれば、ファイバレーザ装置の温度変化等によって、それぞれのレーザダイオードから出射する光が例えば長波長側に波長シフトした場合、第１の光及び第２の光のうち波長がピーク波長を挟んで低波長側に位置する光の波長は、活性元素への吸収率が上がる側の波長にシフトし、高波長側に位置する光の波長は活性元素への吸収率が下がる側の波長にシフトし得る。したがって、波長シフトが生じた場合において、第１の光の活性元素への吸収率と、第２の光の活性元素への吸収率とが全体的にバランスされ得、励起光の活性元素への吸収率が変化することによるレーザ装置の挙動変化を抑制することができる。

【0036】

この場合、第１の光の波長及び第２の光の波長が、活性元素が吸収する光の吸収スペクトルにおけるピーク波長を挟んで低波長側と高波長側とに位置する場合、前記ファイバレーザ装置の使用温度における一部において、前記第１の光の前記活性元素への吸収率と、前記第２の光の前記活性元素への吸収率とが等しいことが好ましい。

【0037】

第１の光の活性元素への吸収率と、第２の光の活性元素への吸収率とに差がある場合、活性元素の添加量や増幅用光ファイバの長さなどを、吸収率の差を考慮して設計する必要がある。一方、上記のように、ファイバレーザ装置の使用温度における一部において、第１の光の活性元素への吸収率と、第２の光の活性元素への吸収率とが同じであれば、単一の吸収率に合わせて活性元素の添加量などを決定することができ、レーザ装置の設計が容易になり得る。

【0038】

以上のように、本発明によれば、高輝度の光を出射し得るレーザモジュール及び当該レーザモジュールを備えるファイバレーザ装置が提供され得る。

【図面の簡単な説明】

【0039】

【図1】本発明の第１実施形態に係るファイバレーザ装置の構成を示す図である。

【図2】図１に示す増幅用光ファイバの長手方向に垂直な断面の様子を示す図である。

【図3】本発明の第１実施形態に係るレーザモジュールを、レーザダイオードの活性層に垂直な方向から見る平面図である。

【図4】光回転素子に入射する光の様子を示す図である。

【図5】図３に示される光回転素子の一例を示す斜視図である。

【図6】光回転素子から出射する光の様子を示す図である。

【図7】図３に示される波長合成素子近傍の様子を概略的に示す図である。

【図8】活性元素が吸収する光の吸収スペクトルを示す図である。

【図9】本発明の第２実施形態に係るレーザモジュールを図３と同様の視点で示す平面図である。

【図10】本発明のレーザモジュールの第１の変形例を図７と同様の視点で示す図である。

【図11】本発明のレーザモジュールの第２の変形例を図７と同様の視点で示す図である。

【図12】本発明のレーザモジュールの第３の変形例を図７と同様の視点で示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0040】

以下、本発明に係るレーザモジュール及びファイバレーザ装置を実施するための形態が添付図面と共に例示される。以下に例示する実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、以下の実施形態から変更、改良することができる。また、本明細書では、理解を容易にするために、各部材の寸法が誇張して示されている場合がある。

【0041】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るファイバレーザ装置の構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態のファイバレーザ装置１は、励起光源２、光コンバイナ３、増幅用光ファイバ５、増幅用光ファイバ５の一方側に接続される光ファイバ４、光ファイバ４に設けられる第１ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）７、増幅用光ファイバ５の他方側に接続される光ファイバ６、及び、光ファイバ６に設けられる第２ＦＢＧ８を主な構成として備える。このファイバレーザ装置１では、増幅用光ファイバ５、第１ＦＢＧ７、及び第２ＦＢＧ８によって共振器が構成される。このファイバレーザ装置１の一般的な使用温度は、０℃以上６０℃以下であるが、０℃以上６０℃以下の温度範囲よりも低温又は高温においてファイバレーザ装置１を使用してもよい。

【0042】

図２は、図１に示す増幅用光ファイバ５の長手方向に垂直な断面の様子を示す図である。図２に示すように増幅用光ファイバ５は、コア５ａと、コア５ａの外周面を隙間なく囲む内側クラッド５ｂと、内側クラッド５ｂの外周面を被覆する外側クラッド５ｃと、外側クラッド５ｃを被覆する被覆層５ｄとを主な構成として備え、いわゆるダブルクラッド構造とされている。内側クラッド５ｂの屈折率はコア５ａの屈折率よりも低く、外側クラッド５ｃの屈折率は内側クラッド５ｂの屈折率よりも低くされている。

【0043】

コア５ａを構成する材料としては、例えば、屈折率を上昇させるゲルマニウム（Ｇｅ）等の元素、及び、励起光源２から出射される励起光により励起されるイッテルビウム（Ｙｂ）等の活性元素が添加された石英が挙げられる。なお、これらの元素の他に、必要に応じてアルミニウム（Ａｌ）やリン（Ｐ）などが添加されてもよい。このような活性元素としては、希土類元素が挙げられ、希土類元素としては、上記Ｙｂの他にツリウム（Ｔｍ）、セリウム（Ｃｅ）、ネオジウム（Ｎｄ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、エルビウム（Ｅｒ）等が挙げられる。さらに活性元素として、希土類元素の他に、ビスマス（Ｂｉ）等を挙げることができる。本実施形態では、活性元素としてイッテルビウムが添加されている。

【0044】

内側クラッド５ｂを構成する材料としては、例えば、何らドーパントが添加されていない純粋石英を挙げることができる。なお、内側クラッド５ｂの材料には、屈折率を低下させるフッ素（Ｆ）等の元素が添加されてもよい。外側クラッド５ｃは、樹脂または石英から成る。このような樹脂としては例えば紫外線硬化樹脂が挙げられ、石英としては例えば内側クラッド５ｂよりもさらに屈折率が低くなるように屈折率を低下させるフッ素（Ｆ）等のドーパントが添加された石英が挙げられる。被覆層５ｄを構成する材料としては、例えば、紫外線硬化樹脂が挙げられ、外側クラッド５ｃが樹脂の場合、外側クラッドを構成する樹脂とは異なる紫外線硬化樹脂とされる。

【0045】

増幅用光ファイバ５の一方側に接続される光ファイバ４は、活性元素が添加されていないコアと、このコアの外周面を隙間なく囲む内側クラッドと、この内側クラッドの外周面を被覆する外側クラッドと、外側クラッドを被覆する被覆層とを主な構成として備える。光ファイバ４のコアの直径や屈折率等は、活性元素が添加されていないことを除いて増幅用光ファイバ５のコア５ａの直径や屈折率等と略同様である。光ファイバ４のコアは増幅用光ファイバ５のコア５ａと接続され、光ファイバ４の内側クラッドは増幅用光ファイバ５の内側クラッド５ｂと接続されている。また、光ファイバ４のコアには、第１ミラーとしての第１ＦＢＧ７が設けられている。こうして第１ＦＢＧ７は、増幅用光ファイバ５の一方側において増幅用光ファイバ５のコア５ａと光学的に結合している。第１ＦＢＧ７は、光ファイバ４の長手方向に沿って周期的に屈折率が高くなる部分が繰り返されており、この周期が調整されることにより、励起状態とされた増幅用光ファイバ５の活性元素が放出する光うち少なくとも一部の波長の光を反射するように構成されている。第１ＦＢＧ７の反射率は、後述の第２ＦＢＧ８の反射率よりも高く、活性元素が放出する光のうち所望の波長の光を例えば９９％以上で反射する。また、第１ＦＢＧ７が反射する光の波長は、上述のように活性元素がイッテルビウムである場合、例えば１０７０ｎｍとされる。

【0046】

増幅用光ファイバ５の他方側に接続される光ファイバ６は、活性元素が添加されていないコアと、このコアの外周面を隙間なく囲むクラッドと、このクラッドの外周面を被覆する被覆層とを主な構成として備える。光ファイバ６のコアは増幅用光ファイバ５のコア５ａと接続され、光ファイバ６のクラッドは増幅用光ファイバ５の内側クラッド５ｂと接続されている。また、光ファイバ６のコアには、第２ミラーとしての第２ＦＢＧ８が設けられている。こうして第２ＦＢＧ８は、増幅用光ファイバ５の他方側において増幅用光ファイバ５のコア５ａと光学的に結合している。第２ＦＢＧ８は、光ファイバ６の長手方向に沿って一定の周期で屈折率が高くなる部分が繰り返されており、第１ＦＢＧ７が反射する光のうち少なくとも一部の波長の光を第１ＦＢＧ７よりも低い反射率で反射するように構成される。第２ＦＢＧ８は、第１ＦＢＧ７が反射する光のうち少なくとも一部の波長の光を例えば５％～５０％の反射率で反射する。また、本実施形態では光ファイバ６の増幅用光ファイバ５側と反対側の他端には特に何も接続されていないが、光ファイバ６のコアの直径より大径のガラスロッド等を加工ヘッドの一部として接続してもよい。

【0047】

励起光源２は、複数のレーザモジュール２０と、それぞれのレーザモジュール２０に接続される光ファイバ１１とを備える。それぞれの光ファイバ１１のコアは、光コンバイナ３を介して光ファイバ４の内側クラッドに接続されている。従って、それぞれのレーザモジュール２０から出射する励起光が伝搬する光ファイバ１１のコアと増幅用光ファイバ５の内側クラッド５ｂとは、光ファイバ４の内側クラッドを介して光学的に結合されている。

【0048】

図３は、レーザモジュール２０を示す平面図である。図３に示すように、レーザモジュール２０は、後述の光学素子群と、当該光学素子群が実装される実装基板２１と、実装基板２１に被せられて実装基板２１と共に光学素子群を収容する不図示の蓋体と、を備える。

【0049】

実装基板２１は、平板部２２と、階段状に形成される階段部２３とを含む。平板部２２の階段部２３側とは反対側の縁部近傍には、上記光ファイバ１１が接続されている。

【0050】

階段部２３は、平板部２２に垂直な第１方向において段差がつくように構成されている。平板部２２の表面を０段目とすると、本実施形態では、階段部２３は第１方向に沿って６段の段差を有している。階段部２３の１段目は平板部２２に最も近い段であり、階段部２３のうち最も低い段である。段数が増えるに従って、平板部２２からの距離が遠くなると共に平板部２２の表面から離れる高さが高くなる。なお、階段部２３の段数は６段に限定されるものではない。各段の表面は、それぞれ平板部２２の表面と平行であり、平板部２２の表面と各段の表面とには上記光学素子群が載置されるため、平板部２２の表面と各段の表面とを併せて実装面２１Ｆと言うことがある。この実装面２１Ｆに垂直な方向が上記第１方向である。また、各段の表面は、互いに平行な帯状に形成されており、各段の長手方向は、第１方向に垂直な方向の１つである第２方向に沿っている。第１方向及び第２方向の双方に垂直な方向が第３方向である。

【0051】

実装面２１Ｆに実装される上記光学素子群は、複数のレーザダイオード（ＬＤ）、複数のファスト軸コリメートレンズ３６、複数のスロー軸コリメートレンズ３７、複数のミラー３９、２つの光回転素子４０、２つの波長安定化素子４３、一対のミラー４４Ａ１，４４Ａ２、一対のミラー４４Ｂ１，４４Ｂ２、波長合成素子４５、第１集光レンズ４６、及び第２集光レンズ４７を含む。この光学素子群のうち、２つの光回転素子４０、２つの波長安定化素子４３、一対のミラー４４Ａ１，４４Ａ２、一対のミラー４４Ｂ１，４４Ｂ２、波長合成素子４５、第１集光レンズ４６、及び第２集光レンズ４７は平板部２２に配置される。また、複数のＬＤ、複数のファスト軸コリメートレンズ３６、複数のスロー軸コリメートレンズ３７、複数のミラー３９は階段部２３に配置される。

【0052】

複数のＬＤは、第２方向における実装基板２１の中央を基準とする一方側に配置される複数の第１ＬＤ３１からなる第１ＬＤ群３１Ｇと、他方側に配置される複数の第２ＬＤ３２からなる第２ＬＤ群３２Ｇとを含む。第１ＬＤ３１及び第２ＬＤ３２のそれぞれは、階段部２３の各段の表面に１つずつ配置される。また、第１ＬＤ３１及び第２ＬＤ３２のそれぞれは、活性層を含む複数の半導体層が積層されて成るファブリペロー構造を有し、この活性層が実装面２１Ｆと平行になるように配置される。また、第１ＬＤ３１は、同じ段に配置される第２ＬＤ３２側に向かって第２方向に光を出射し、第２ＬＤ３２は、同じ段に配置される第１ＬＤ３１側と反対側に向かって第２方向に光を出射する。したがって、第１ＬＤ３１及び第２ＬＤ３２から出射する光のファスト軸方向は第１方向と平行である。また、第１ＬＤ３１及び第２ＬＤ３２から出射する光のスロー軸方向は実装面２１Ｆに平行であり、第２方向に垂直な第３方向と平行である。

【0053】

第１ＬＤ３１及び第２ＬＤ３２は、波長９７０ｎｍ以上９８２ｎｍ以下の波長帯域の光を出射し、より具体的には、波長９７０ｎｍ以上９８０ｎｍ以下の波長帯域の光を出射する。第１ＬＤ３１が出射する第１の光Ｌ１の波長と、第２ＬＤ３２が出射する第２の光Ｌ２の波長とは互いに異なっている。本実施形態では、これらの波長の間隔は例えば２ｎｍ以内であり、第１の光Ｌ１の波長は例えば概ね９７５ｎｍであり、第２の光Ｌ２の波長は例えば概ね９７７ｎｍである。

【0054】

複数のファスト軸コリメートレンズ３６は、複数のＬＤに対して一対一対応で設けられており、対応するＬＤと同じ段に設けられている。ファスト軸コリメートレンズ３６は、ＬＤ３１，３２の出射面の近傍に設けられ、ＬＤ３１，３２から出射するファスト軸方向に広がる成分の光をコリメートする。

【0055】

複数のスロー軸コリメートレンズ３７は、複数のＬＤに対して一対一対応で設けられており、対応するＬＤと同じ段に設けられている。スロー軸コリメートレンズ３７は、ファスト軸コリメートレンズ３６と第２方向に沿って並んでおり、ファスト軸コリメートレンズ３６を透過したスロー軸方向に広がる成分の光をコリメートする。

【0056】

複数のミラー３９は、複数のＬＤに対して一対一対応で設けられており、対応するＬＤと同じ段に設けられている。ミラー３９は、ファスト軸コリメートレンズ３６及びスロー軸コリメートレンズ３７と第２方向に沿って並んでおり、スロー軸コリメートレンズ３７を透過した光を反射する反射面を有している。この反射面は、第２方向に対して概ね４５°傾いている。このため、ミラー３９で反射された光は、上記平板部２２側に向かって第３方向に沿って伝搬する。

【0057】

図４は、それぞれの第１ＬＤ３１から出射してミラー３９で反射して階段部２３と平板部２２との境界に達した時点での第１の光Ｌ１の様子を示す図である。図４では、それぞれの第１の光Ｌ１が実装面２１Ｆに垂直で第３方向に直交する断面で示されている。図４に示すように、個々の第１ＬＤ３１から出射する第１の光Ｌ１は、長軸が実装面２１Ｆに平行な楕円の形状である。図４には、ミラー３９で反射した後の第１の光Ｌ１の様子が示されており、符号Ｓは、第１の光Ｌ１のスロー軸方向を示し、符号Ｆはこの第１の光Ｌ１のファスト軸方向を示す。このファスト軸方向は、上述のように第１方向と平行である。それぞれの第１の光Ｌ１は、上述の６段の階段部２３により、ファスト軸方向である第１方向に沿って並列している。本実施形態では、それぞれの第１の光Ｌ１は、大きさの概ね等しい楕円の形状であり、それぞれの光軸ＬＡ１が第１方向に沿って直線上に並んでいる。

【0058】

なお、第２ＬＤ群３２Ｇから出射してミラー３９で反射し、階段部２３と平板部２２との境界に達した時点の第２の光Ｌ２の様子も、図４に示される第１の光Ｌ１の様子と同様である。このため、これら６つの第２の光Ｌ２のそれぞれは、大きさの概ね等しい楕円の形状であり、それぞれの光軸ＬＡ２が第１方向に沿って直線上に並んでいる。

【0059】

図３に示すように、２つの光回転素子４０のうち一方の光回転素子４０は、第１の光Ｌ１のそれぞれの光路上に設けられており、第１ＬＤ群３１Ｇに対応するミラー３９と共に第３方向に沿って並んでいる。他方の光回転素子４０は、第２の光Ｌ２のそれぞれの光路上に設けられており、第２ＬＤ群３２Ｇに対応するミラー３９と共に第３方向に沿って並んでいる。これらの光回転素子４０は互いに同様の構成を有する。そのため、上記一方の光回転素子４０について説明する。

【0060】

図５は、光回転素子４０の一例を示す斜視図である。なお、図５では、図が複雑になることを避けるために、光回転素子４０に入射するそれぞれの第１の光Ｌ１の１つが示されている。図５に示すように、光回転素子４０は、第１方向の下側に配置される第１反射部材４１と、上側に配置される第２反射部材４２とを含む。第１反射部材４１の第３方向における階段部２３側には、反射面４１ｒが設けられており、この反射面４１ｒは、平板部２２の表面に対して概ね４５°傾斜している。第２反射部材４２の反射面４１ｒの直上には、反射面４２ｒが設けられており、この反射面４２ｒは、平板部２２の表面に対して概ね４５°傾斜している。反射面４２ｒは、第２反射部材４２における上記他方の光回転素子４０側とは反対側の面である。したがって、ミラー３９で反射され第３方向に伝搬するそれぞれの第１の光Ｌ１は、第１反射部材４１の反射面４１ｒに入射すると、反射面４１ｒで第１方向の上側に反射する。これにより、第１の光Ｌ１のファスト軸が第３方向と平行になる。なお、この段階において、第１の光Ｌ１のスロー軸は第２方向と平行のままである。この状態で、第１の光Ｌ１のそれぞれは第１方向の上側に伝搬して、上方に位置する第２反射部材４２の反射面４２ｒに入射する。

【0061】

上述のように、反射面４２ｒは４５°傾斜している。このため、反射面４１ｒで反射した第１の光Ｌ１のそれぞれは、反射面４２ｒで反射して第２方向における上記他方の光回転素子４０側とは反対側に伝搬する。図６は、反射面４２ｒで反射した第１の光Ｌ１の様子を示す図である。図６では、それぞれの第１の光Ｌ１が実装面２１Ｆに垂直で第２方向に直交する断面で示されている。図６に示すように、光回転素子４０から出射する第１の光Ｌ１のそれぞれは、反射面４２ｒで反射することによって、スロー軸が第１方向と平行かつファスト軸が第３方向と平行な状態となる。また、本実施形態では、光回転素子４０から出射した後において、それぞれの第１の光Ｌ１は概ね同じ大きさの楕円の形状であり、それぞれの光軸ＬＡ１が実装面２１Ｆと平行な第３方向に沿って直線上に並んでいる。したがって、本実施形態では、光回転素子４０から出射するそれぞれの第１の光Ｌ１の光軸ＬＡ１の第１方向における高さが一致している。

【0062】

第２の光Ｌ２のそれぞれは、他方の光回転素子４０において第１の光Ｌ１と同様に反射し、図６に示す第１の光と同様の状態になる。なお、本実施形態では、光回転素子４０から出射した後において、第２の光Ｌ２の光軸の第１方向における高さは、それぞれの第１の光Ｌ１の光軸ＬＡ１の第１方向における高さと一致している。

【0063】

２つの波長安定化素子４３の一方は、一方の光回転素子４０で反射した第１の光Ｌ１のそれぞれの光路上に配置されており、当該光回転素子４０と第２方向に沿って並んでいる。このため、光回転素子４０で反射した第１の光Ｌ１が一方の波長安定化素子４３に入射する。他方の波長安定化素子４３は、他方の光回転素子４０で反射した第２の光Ｌ２のそれぞれの光路上に配置されており、光回転素子４０と第２方向に沿って並んでいる。よって、光回転素子４０で反射した第２の光Ｌ２が他方の波長安定化素子４３に入射する。

【0064】

本実施形態において、一方の波長安定化素子４３は、波長が概ね９７５ｎｍの光の一部を透過し、他の一部を反射する光学素子であり、本実施形態ではＶＢＧ又は回折格子である。上述のように、第１の光Ｌ１の波長は概ね９７５ｎｍである。したがって、この波長安定化素子４３に入射する第１の光Ｌ１の上記他の一部が波長安定化素子４３において反射して、第１ＬＤ群３１Ｇに戻る。このように、波長安定化素子４３と第１ＬＤ群３１Ｇとによって共振器が構成されており、共振器内における利得と損失とが等しくなることにより、波長が概ね９７５ｎｍの第１の光Ｌ１が発振状態となる。

【0065】

本実施形態において、他方の波長安定化素子４３は、波長が概ね９７７ｎｍの光の一部を透過し、他の一部を反射する光学素子であり、ＶＢＧ又は回折格子である。したがって、この波長安定化素子４３と第２ＬＤ群３２Ｇとによって共振器が構成され、波長が概ね９７７ｎｍの第２の光Ｌ２が発振状態となる。

【0066】

一対のミラー４４Ａ１，４４Ａ２のうちミラー４４Ａ１は、一方の波長安定化素子４３から出射する複数の第１の光Ｌ１をミラー４４Ａ２に向かって反射する。ミラー４４Ａ２は、ミラー４４Ａ１で反射した第１の光Ｌ１を波長合成素子４５に向かって反射する。また、一対のミラー４４Ｂ１，４４Ｂ２のうちミラー４４Ｂ１は、他方の波長安定化素子４３から出射する複数の第２の光Ｌ２をミラー４４Ｂ２に向かって反射する。ミラー４４Ｂ２は、ミラー４４Ｂ１で反射した第２の光Ｌ２を波長合成素子４５に向かって反射する。こうして、複数の第１の光Ｌ１が、ファスト軸が実装面２１Ｆと平行かつスロー軸が実装面２１Ｆと垂直な第１方向と平行の状態で、波長合成素子４５に向かって伝搬する。同様に、複数の第２の光Ｌ２が、ファスト軸が実装面２１Ｆと平行かつスロー軸が実装面２１Ｆと垂直な第１方向と平行の状態で、波長合成素子４５に向かって伝搬する。

【0067】

なお、本実施形態では、ミラー４４Ａ１，４４Ａ２で反射したそれぞれの第１の光Ｌ１は、長軸方向が第１方向に平行な概ね同じ大きさの楕円であり、それぞれの光軸ＬＡ１の第１方向における平板部２２の表面からの高さが一致している。同様に、ミラー４４Ｂ１，４４Ｂ２で反射したそれぞれの第２の光Ｌ２は、長軸方向が第１方向に平行な概ね同じ大きさの楕円であり、それぞれの光軸の第１方向における平板部２２の表面からの高さが一致している。また、ミラー４４Ａ１，４４Ａ２で反射した第１の光Ｌ１の光軸ＬＡ１の高さと、ミラー４４Ｂ１，４４Ｂ２で反射した第２の光Ｌ２の光軸ＬＡ２の高さとは互いに一致している。

【0068】

波長合成素子４５は、平板部２２における階段部２３とは反対側の縁部近傍であって、上記光ファイバ１１側と反対側に配置されている。本実施形態において、この波長合成素子４５は回折格子であり、波長合成素子４５には、当該波長合成素子４５に入射する直前の第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２のそれぞれの概ねスロー軸方向に沿って延在する不図示の複数の溝が所定のパターンで形成されている。したがって、本実施形態の波長合成素子４５は、反射面４５ｒを有し、当該反射面４５ｒに概ね第１方向に沿って延在する複数の溝が形成されている。このような回折格子としては、例えば、反射型回折格子、ブレーズド回折格子、あるいはホログラフィック回折格子を挙げることができる。

【0069】

波長合成素子４５には、ミラー４４Ａ２で反射した第１の光Ｌ１が入射する。したがって、ミラー４４Ａ２は第１の光Ｌ１を波長合成素子４５に直接入射させる光学素子である。また、波長合成素子４５には、ミラー４４Ｂ２で反射した第２の光Ｌ２が入射する。したがって、ミラー４４Ｂ２は第２の光Ｌ２を波長合成素子４５に直接入射させる光学素子である。

【0070】

図７は、波長合成素子４５近傍の様子を示す図である。図７に示すように、波長合成素子４５は、第１方向に沿っており、第２方向及び第３方向に対して所定の角度で傾いている。本実施形態において、それぞれの第１の光Ｌ１が波長合成素子４５に入射する第１の入射角と、それぞれの第２の光Ｌ２が波長合成素子４５に入射する第２の入射角とは互いに異なっている。それぞれの第１の光Ｌ１と、それぞれの第２の光Ｌ２とは、波長合成素子４５における概ね同じ位置に入射し、それぞれの第１の光Ｌ１にそれぞれの第２の光Ｌ２が１つずつ重なっており、第１の光Ｌ１と第２の光Ｌ２とが一対一で重なり、合成光ＳＬとなる。従って、それぞれの合成光ＳＬには、第１の光Ｌ１と第２の光Ｌ２とが含まれる。なお、図７では、図が複雑になることを防止するために、第１の光Ｌ１と第２の光Ｌ２とが２つずつ示されている。

【0071】

波長合成素子４５は、第１の光Ｌ１が第１の入射角で入射し、かつ、第２の光Ｌ２が第２の入射角で入射する場合に、第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２が概ね同一の所定の方向に反射して出射するように形成されている。本実施形態において、上記所定の方向は第２方向に沿って光ファイバ１１側に向かう方向である。したがって、波長合成素子４５に入射するそれぞれの第１の光Ｌ１及びそれぞれの第２の光Ｌ２は、波長合成素子４５において第２方向に沿って光ファイバ１１側に反射する。なお、第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２は、反射により波長合成素子４５から出射する。波長合成素子４５から出射する第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２を含む合成光ＳＬは、第１集光レンズ４６に入射する。そのため、第１集光レンズ４６は、波長合成素子４５を出射する第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２が直接入射する光学素子である。本実施形態において、波長合成素子４５から出射するそれぞれの第１の光Ｌ１のファスト軸は実装面２１Ｆと平行な第３方向と平行であり、それぞれの光軸ＬＡ１の第１方向の高さは一致している。同様に、波長合成素子４５から出射するそれぞれの第２の光Ｌ２のファスト軸は実装面２１Ｆと平行な第３方向と平行であり、それぞれの光軸ＬＡ２の第１方向の高さは一致している。また、波長合成素子４５から出射する光Ｌ１，Ｌ２の光軸ＬＡ１，ＬＡ２の第１方向における高さは一致している。こうして、１つの第１の光Ｌ１と１つの第２の光Ｌ２とが重ね合わされた合成光ＳＬが複数形成され、これらの合成光ＳＬが光ファイバ１１に向かって伝搬する。

【0072】

ここで、互いに重ね合わされる第１の光Ｌ１と第２の光Ｌ２とを対にして、それぞれの対において、第１の光Ｌ１を波長合成素子４５に直接入射させる光学素子であるミラー４４Ａ２から波長合成素子４５に至るまでの第１の光Ｌ１の光軸ＬＡ１の全区間と、波長合成素子４５から当該波長合成素子４５を出射する第１の光Ｌ１が直接入射する光学素子である第１集光レンズ４６に至るまでの第１の光Ｌ１の光軸ＬＡ１の全区間と、を通る第１の平面を定める。この第１の平面は、それぞれの第１の光Ｌ１ごとに定まる面である。本実施形態では、それぞれの第１の光Ｌ１ごとに定まるそれぞれの第１の平面を実装面２１Ｆと平行にできる。この場合、波長合成素子４５に入射するそれぞれの第１の光Ｌ１のファスト軸は上記対における第１の平面と平行である。また、上記のように、波長合成素子４５に入射するそれぞれの第１の光Ｌ１の光軸ＬＡ１の高さは一致しているため、それぞれの第１の平面の高さは同じである。このため、本実施形態では、それぞれの第１の平面を互いに重複した１つの平面状の基準面ＳＦに含ませることができる。なお、図７では、基準面ＳＦの一部の領域のみが示されている。

【0073】

また、それぞれの第１の光Ｌ１及びそれぞれの第２の光Ｌ２のうち、互いに重ね合わされる第１の光Ｌ１と第２の光Ｌ２とを対にして、それぞれの対において、ミラー４４Ａ２から波長合成素子４５に至るまでの第１の光Ｌ１の光軸ＬＡ１の全区間と、波長合成素子４５から第１集光レンズ４６に至るまでの第１の光Ｌ１の光軸ＬＡ１の全区間と、を通る第２の平面を定める。この第２の平面は、それぞれの第２の光Ｌ２ごとに定まる面である。本実施形態では、それぞれの第２の光Ｌ２ごとに定まるそれぞれの第２の平面を実装面２１Ｆと平行にできる。この場合、波長合成素子４５に入射するそれぞれの第２の光Ｌ２のファスト軸は上記対における第２の平面と平行である。また、上記のように、波長合成素子４５に入射するそれぞれの第２の光Ｌ２の光軸ＬＡ２の高さは波長合成素子４５に入射するそれぞれの第１の光Ｌ１の光軸ＬＡ１の高さと一致しており、かつ、波長合成素子４５で反射するそれぞれの第２の光Ｌ２の光軸ＬＡ２の高さは波長合成素子４５で反射するそれぞれの第１の光Ｌ１の光軸ＬＡ１の高さと一致している。このため、それぞれの第２の平面の高さを第１の平面の高さと同じにできる。このため、本実施形態では、それぞれの第２の平面を上記基準面ＳＦに含ませることができる。

【0074】

なお、第１の入射角及び第２の入射角は、例えば、３°以上９０°未満であってもよく、３°以上４５°以下であってもよい。入射角が３°以上であれば、入射角が３°未満の場合に比べて、第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２が波長合成素子４５から所望の方向に出射するようにし易い。このため、波長合成素子４５から出射する第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２が、本来入射すべき光学素子とは異なる光学素子に入射することを抑制できるレイアウトを構成し易い。

【0075】

また、本実施形態の波長合成素子４５は、波長合成素子４５に入射する第１の光Ｌ１の全てのパワーに対する波長合成素子４５で反射して第２方向に沿って光ファイバ１１側に進む第１の光Ｌ１の全てのパワーが８０％以上となるように構成される。また、この波長合成素子４５は、波長合成素子４５に入射する第２の光Ｌ２の全てのパワーに対する波長合成素子４５から出射して第２方向に沿って光ファイバ１１側に進む第２の光Ｌ２の全てのパワーが８０％以上となるように構成される。

【0076】

図３に示すように、波長合成素子４５から出射する第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２が直接入射する第１集光レンズ４６は、波長合成素子４５と第２方向に沿って並んでいる。この第１集光レンズ４６は、入射する第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２の合成光ＳＬをファスト軸方向に集光するレンズである。したがって、波長合成素子４５から出射したそれぞれの合成光ＳＬは、第１集光レンズ４６に入射して、ファスト軸方向である第３方向に集光される。

【0077】

第２集光レンズ４７は、第１集光レンズ４６と第２方向に沿って並んでいる。この第２集光レンズ４７は、入射する合成光ＳＬをスロー軸方向に集光するレンズである。よって、第１集光レンズ４６から出射した合成光ＳＬは、スロー軸方向である第１方向に集光される。

【0078】

光ファイバ１１は、第２集光レンズ４７と第２方向に沿って並んでいる。また、光ファイバ１１のコアは、第２集光レンズ４７を透過した光の光路上に配置されている。したがって、第２集光レンズ４７を透過した合成光ＳＬは、光ファイバ１１のコアに入射して、コアを伝搬する。なお、合成光ＳＬは、概ね９７５ｎｍの波長の複数の第１の光Ｌ１と、概ね９７７ｎｍの波長の複数の第２の光Ｌ２とを含む光である。

【0079】

次に、ファイバレーザ装置１の動作について説明する。

【0080】

励起光源２を構成するレーザモジュール２０のそれぞれに所定の電力が供給されると、概ね９７５ｎｍの波長の複数の第１の光Ｌ１が上記第１ＬＤ群３１Ｇから出射し、概ね９７７ｎｍの波長の複数の第２の光Ｌ２が上記第２ＬＤ群３２Ｇから出射する。これらの光は、レーザモジュール２０の上述の光学素子群によって合成されて、励起光として光ファイバ１１のコアを伝搬する。レーザモジュール２０のそれぞれから出射する励起光のそれぞれは、光コンバイナ３で合成される。この合成された励起光は、光ファイバ４の内側クラッドを介して、増幅用光ファイバ５の内側クラッド５ｂに入射する。内側クラッド５ｂは内側クラッド５ｂより屈折率が高いコア５ａと内側クラッド５ｂより屈折率が低い外側クラッド５ｃとに挟まれており、内側クラッド５ｂに入射した励起光は主に内側クラッド５ｂを伝搬してコア５ａに入射する。こうして、コア５ａに入射する励起光は、コア５ａに添加されている活性元素であるイッテルビウムを励起する。

【0081】

図８は、活性元素であるイッテルビウムが吸収する光の吸収スペクトルを示す図である。図８に示すように、イッテルビウムの吸収スペクトルにおけるピーク波長帯の１つは、概ね９７０ｎｍ以上９８２ｎｍ以下である。より具体的には、このピーク波長帯は概ね９７０ｎｍ以上９８０ｎｍ以下であり、このピーク波長帯におけるピークは概ね波長９７６ｎｍである。また、このピークである概ね波長９７６ｎｍを挟んで低波長側である概ね波長９７５ｎｍの光のイッテルビウムへの吸収率と、このピークを挟んで高波長側である概ね波長９７７ｎｍの光のイッテルビウムへの吸収率とは、上述のファイバレーザ装置１の使用温度の一部、例えば、一般的な使用温度である０℃以上６０℃以下において、同等と見做し得る。本実施形態では、ピーク波長を挟んで低波長側の概ね９７５ｎｍの波長の光と、高波長側の概ね９７７ｎｍの波長の光とが励起光である。

【0082】

励起状態とされたイッテルビウムは、特定の波長の自然放出光を放出する。このときの自然放出光は、１０７０ｎｍの波長を含み一定の波長帯域を有する光である。この自然放出光は、増幅用光ファイバ５のコア５ａを伝搬して、一部の波長の光が第１ＦＢＧ７により反射され、このように反射された光のうち第２ＦＢＧ８が反射する波長の光が第２ＦＢＧ８で反射されて、共振器内を往復する。そして、第１ＦＢＧ７及び第２ＦＢＧ８で反射される光が増幅用光ファイバ５のコア５ａを伝搬するときに、誘導放出が生じてこの光が増幅され、共振器内における利得と損失が等しくなったところでレーザ発振状態となる。そして、第１ＦＢＧ７と第２ＦＢＧ８との間を共振する光のうち一部の光が第２ＦＢＧ８を透過して、光ファイバ６の端部から出射する。

【0083】

ファイバレーザ装置１が例えばレーザ加工装置である場合、光ファイバ６の端部から出射する光は、例えば不図示の加工ヘッドを介して被加工体に照射され、被加工体の加工に寄与する。

【0084】

以上説明したように、本実施形態のレーザモジュール２０は、第１の光Ｌ１を出射する複数の第１ＬＤ３１と、第２の光Ｌ２を出射する複数の第２ＬＤ３２と、上記それぞれの第１ＬＤ３１及びそれぞれの第２ＬＤ３２に対応して設けられ、それぞれのＬＤ３１，３２から出射する光をコリメートするファスト軸コリメートレンズ３６及びスロー軸コリメートレンズ３７と、回折格子から成る波長合成素子４５と、を備える。また、コリメートレンズ３６，３７を透過したそれぞれの第１の光Ｌ１、及び、コリメートレンズ３６，３７を透過したそれぞれの第２の光Ｌ２は、波長合成素子４５に入射する。また、波長合成素子４５は、それぞれの第１の光Ｌ１を第２方向における光ファイバ１１側に反射するとともに、それぞれの第２の光Ｌ２を第２方向における光ファイバ１１側に出射して、それぞれの第１の光Ｌ１とそれぞれの第２の光Ｌ２とを一対一対応で重ね合わせる。また、互いに重ね合わされる第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２の複数の対のそれぞれにおいて、波長合成素子４５に入射する第１の光Ｌ１のファスト軸は、ミラー４４Ａ２から波長合成素子４５に至るまでの第１の光Ｌ１の光軸ＬＡ１の全区間と、波長合成素子４５から第１集光レンズ４６に至るまでの第１の光Ｌ１の光軸ＬＡ１の全区間と、を通る第１の平面と平行であり、波長合成素子４５に入射する第２の光Ｌ２のファスト軸は、ミラー４４Ａ２から波長合成素子４５に至るまでの第１の光Ｌ１の光軸ＬＡ１の全区間と、波長合成素子４５から第１集光レンズ４６に至るまでの第１の光Ｌ１の光軸ＬＡ１の全区間と、を通る第２の平面と平行である。なお、上述のように、本実施形態では、第１の光Ｌ１ごとに定まるそれぞれの第１の平面及び第２の光Ｌ２ごとに定まるそれぞれの第２の平面は１つの基準面ＳＦに含まれる。

【0085】

このレーザモジュール２０では、波長合成素子４５に入射するそれぞれの第１の光Ｌ１のファスト軸が、第１の光Ｌ１ごとに定まる第１の平面の全てを含む基準面ＳＦと平行である。一般に、ＬＤから出射する光のスロー軸方向の幅はファスト軸方向の幅よりも広く、当該光のスロー軸方向におけるビーム品質はファスト軸方向におけるビーム品質よりも悪い。そのため、ＬＤから出射する光がファスト軸コリメートレンズ及びスロー軸コリメートレンズを透過する場合、当該光のスロー軸方向における成分はファスト軸方向における成分に比べてコリメートされ難く、その結果、ファスト軸コリメートレンズ及びスロー軸コリメートレンズを透過した後において、当該光の光軸に対するスロー軸方向の広がり角は、光軸に対するファスト軸方向の広がり角に比べて大きくなり易い。一般的なレーザモジュールでは、ファスト軸コリメートレンズ及びスロー軸コリメートレンズを透過した後において、ファスト軸方向の光の広がり角は例えば概ね０．０５°～０．１°であるのに対して、スロー軸方向の光の広がり角は例えば概ね０．５°～１°であり、前者の広がり角は後者の広がり角に比べて１桁程度小さい。このため、波長合成素子４５に入射するそれぞれの第１の光Ｌ１のファスト軸が基準面ＳＦと平行であることによって、第１の光Ｌ１の基準面ＳＦと平行な方向における広がり成分が、第１の光Ｌ１のスロー軸が基準面ＳＦと平行である場合に比べて少なくなる。したがって、それぞれの第１の光Ｌ１のうち第２方向における光ファイバ１１側の方向に回折しない成分が少なくなり得、集光レンズ４６,４７を介して光ファイバ１１に結合する第１の光Ｌ１の結合効率が低下することを抑制することができる。また、このレーザモジュール２０では、波長合成素子４５に入射するそれぞれの第２の光Ｌ２のファスト軸は、第２の光Ｌ２ごとに定まる第２の平面の全てを含む基準面ＳＦと平行である。このため、全ての第２の光Ｌ２の基準面ＳＦと平行な方向における広がり成分が少なくなる。よって、それぞれの第２の光Ｌ２のうち第２方向における光ファイバ１１側の方向に回折しない成分が少なくなり得、集光レンズ４６,４７を介して光ファイバ１１に結合する第２の光Ｌ２の結合効率が低下することを抑制することができる。したがって、このレーザモジュール１によれば、波長合成素子４５として回折格子を使用することによって、回折効率の低下を抑制することができ、その結果、出射する光の密度を高めて高輝度の光を出射することができる。

【0086】

なお、本実施形態では、波長合成素子４５に入射する第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２のスロー軸方向における広がり成分が大きくなるが、波長合成素子４５に入射する光の基準面ＳＦに垂直な方向における広がり成分は、基準面ＳＦに平行な方向における広がり成分に比べて、波長合成素子４５から出射する光同士の干渉に及ぼす影響が小さい。

【0087】

また、上述のように、本実施形態の波長合成素子４５は、波長合成素子４５に入射する第１の光Ｌ１の全てのパワーに対する波長合成素子４５で反射して第２方向に沿って光ファイバ１１側に進む第１の光Ｌ１の全てのパワーが８０％以上となるように構成される。また、この波長合成素子４５は、波長合成素子４５に入射する第２の光Ｌ２の全てのパワーに対する波長合成素子４５から出射して第２方向に沿って光ファイバ１１側に進む第２の光Ｌ２の全てのパワーが８０％以上となるように構成される。このような構成により、波長合成素子４５に入射する光Ｌ１，Ｌ２のそれぞれ８０％以上が第２方向に沿って光ファイバ１１側に出射するため、波長合成素子４５から出射する光の密度がより高まる。なお、このように８０％以上であることは必須ではない。

【0088】

また、上述のように、このレーザモジュール２０では、ＬＤ３１，３２から出射する光の波長は、９７０ｎｍ以上９８２ｎｍ以下である。上述のように、このレーザモジュール２０を備えるファイバレーザ装置１の増幅用光ファイバ５のコア５ａには、活性元素としてイッテルビウムが添加されている。このイッテルビウムが吸収する光の吸収スペクトルにおけるピーク波長帯の１つは、概ね９７０ｎｍ以上９８２ｎｍ以下である。したがって、本実施形態によれば、レーザモジュール２０から出射する光が増幅用光ファイバ５のイッテルビウムに効果的に吸収される。

【0089】

また、本実施形態のファイバレーザ装置１は、上述のように、レーザモジュール２０と、レーザモジュール２０から出射する光が入射し当該光により励起される活性元素がコア５ａに添加される増幅用光ファイバ５と、を備える。このような構成によれば、レーザモジュール２０によって、増幅用光ファイバ５の活性元素のピーク波長帯に収まる励起光が高密度かつ高輝度となるため、増幅用光ファイバ５における励起光の吸収効率を高め得る。

【0090】

また、本実施形態のファイバレーザ装置１では、上述のように、第１の光Ｌ１の波長及び第２の光Ｌ２の波長は、活性元素であるイッテルビウムが吸収する光の吸収スペクトルにおけるピーク波長を挟んで低波長側と高波長側とに位置する。同一のレーザモジュールに搭載されるＬＤは、同一のレーザモジュールに搭載されることによって、それらの外的環境や駆動条件が概ね同一である。このため、それぞれのＬＤから出射する光の波長シフトの方向は、いずれも同じ方向になる傾向にあり、いずれも長波長側又は短波長側にシフトする傾向にある。このため、上記のように、第１の光Ｌ１の波長及び第２の光Ｌ２の波長が、上記ピーク波長を挟んで低波長側と高波長側とに位置すれば、ファイバレーザ装置１の温度変化等によって、それぞれのＬＤにおいて例えば長波長側への波長シフトが生じた場合、低波長側の第１の光Ｌ１の波長が活性元素への吸収率が上がる側の波長にシフトし、高波長側の第２の光Ｌ２の波長が活性元素への吸収率が下がる側の波長にシフトし得る。したがって、波長シフトが生じた場合において、第１の光Ｌ１の活性元素への吸収率と、第２の光Ｌ２の活性元素への吸収率とが全体的にバランスされ得、励起光の活性元素への吸収効率が変化することによるレーザ装置の挙動変化を抑制することができる。なお、第１の光Ｌ１の波長及び第２の光Ｌ２の波長が、活性元素であるイッテルビウムが吸収する光の吸収スペクトルにおけるピーク波長を挟んで低波長側と高波長側とに位置することは必須ではない。

【0091】

また、本実施形態のファイバレーザ装置１では、上述のように、ファイバレーザ装置の使用温度の一部、例えば０℃以上６０℃以下において、概ね波長９７５ｎｍの第１の光Ｌ１のイッテルビウムへの吸収率と、概ね９７７ｎｍの第２の光Ｌ２のイッテルビウムへの吸収率とが互いに等しい。このような温度において第１の光Ｌ１の活性元素への吸収率と第２の光Ｌ２の活性元素への吸収率とに差がある場合、活性元素の添加量や増幅用光ファイバの長さなどを、吸収率の差を考慮して設計する必要がある。一方、上記のように、ファイバレーザ装置の一般的な使用温度における一部において、第１の光Ｌ１の活性元素への吸収率と第２の光Ｌ２の活性元素への吸収率とが同じであれば、単一の吸収率に合わせて活性元素の添加量などを決定することができ、設計が容易である。なお、ファイバレーザ装置の一般的な使用温度における一部において第１の光Ｌ１の活性元素への吸収率と第２の光Ｌ２の活性元素への吸収率とが等しいことは必須の構成ではない。

【0092】

なお、本実施形態では、波長合成素子４５として回折格子を用いる例を説明したが、ＶＢＧを用いてもよい。

【0093】

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明を省く。

【0094】

本実施形態のファイバレーザ装置は、第１実施形態のレーザモジュール２０とは構成の異なるレーザモジュールを備える点を除いて、第１実施形態のファイバレーザ装置１と同様の構成を有する。図９は、本実施形態のレーザモジュール２０を図３と同様の視点で示す平面図である。図９に示すように、本実施形態のレーザモジュール２０は、光学素子群の数や種類が第１実施形態のレーザモジュール２０と異なる点を除いて、第１実施形態のレーザモジュール２０と同様の構成を有する。したがって、以下、本実施形態の光学素子群の第１実施形態と異なる点を中心に説明する。

【0095】

本実施形態の光学素子群は、複数のＬＤと、複数のファスト軸コリメートレンズ３６と、複数のスロー軸コリメートレンズ３７と、複数のミラー３９と、３つの波長板２４７と、３つのミラー２４８と、３つの偏波合成素子２４９と、３つの光回転素子４０と、３つの波長安定化素子４３と、第１波長合成素子２４５と、第２波長合成素子２４６と、第１集光レンズ４６と、第２集光レンズ４７と、を含む。複数のＬＤ、コリメートレンズ３６，３７、及びミラー３９は階段部２３に配置され、他の光学素子は平板部２２に配置される。

【0096】

本実施形態の複数のＬＤは、第１実施形態の複数のＬＤと同様に、活性層が実装面２１Ｆと平行になるように階段部２３に配置されている。しかし、複数のＬＤの数及び複数のＬＤの一部から出射する光の波長が第１実施形態の複数のＬＤと異なる。

【0097】

本実施形態では、複数のＬＤは、例えば概ね波長９７５ｎｍの第１の光Ｌ１を出射する複数の第１ＬＤ３１からなる第１ＬＤ群３１Ｇと、例えば概ね波長９７６ｎｍの第２の光Ｌ２を出射する複数の第２ＬＤ３２からなる第２ＬＤ群３２Ｇと、例えば概ね波長９７７ｎｍの第３の光Ｌ３を出射する複数の第３ＬＤ３３からなる第３ＬＤ群３３Ｇと、を含む。本実施形態では、第２の光Ｌ２の波長と第１の光Ｌ１の波長との差及び第３の光Ｌ３の波長と第２の光Ｌ２の波長との差は、いずれも概ね１ｎｍであり、２ｎｍ未満である。

【0098】

それぞれのＬＤ群３１Ｇ，３２Ｇ，３３Ｇは、第２方向に沿って並んでおり、光ファイバ１１に最も近く配置されるＬＤ群が第１ＬＤ群３１Ｇであり、光ファイバ１１から最も離れて配置されるのが第３ＬＤ群３３Ｇである。ＬＤ群３１Ｇ，３２Ｇ，３３Ｇのそれぞれは、第２方向の一方側に配置される複数のＬＤと、他方側に配置される複数のＬＤから構成されており、それぞれのＬＤ群３１Ｇ，３２Ｇ，３３Ｇにおける一方側に配置される１つのＬＤと他方側に配置される１つのＬＤとの対が各段に配置される。こうして、一方側のＬＤのそれぞれは、同じ段に配置される他方側のＬＤに向かって光を出射し、他方側のＬＤのそれぞれは、同じ段に配置される一方側のＬＤに向かって光を出射する。ここで言う一方側とは、ＬＤ群３１Ｇ，３２Ｇ，３３Ｇのそれぞれにおいて、第２方向における光ファイバ１１に近い側であり、他方側とは第２方向における光ファイバ１１から遠い側である。

【0099】

これら複数のＬＤのそれぞれに対応して、コリメートレンズ３６，３７、及びミラー３９が配置される。ＬＤ群３１Ｇ，３２Ｇ，３３Ｇのそれぞれにおいて、同じ段に配置される一方側のミラー３９と他方側のミラー３９とは隣り合っている。また、ＬＤ群３１Ｇ，３２Ｇ，３３Ｇのそれぞれにおいて、一方側のミラー３９は、同じ段に配置される一方側のＬＤから出射する光を第３方向の平板部２２側に反射し、他方側のミラー３９は、同じ段に配置される他方側のＬＤから出射する光を第３方向の光ファイバ１１側に反射する。

【0100】

一方側と他方側とのそれぞれの側のミラー３９で反射される光は、コリメートレンズ３６，３７でコリメートされた光である。ＬＤ群３１Ｇ，３２Ｇ，３３Ｇのそれぞれにおいて、一方側と他方側とのそれぞれの側のミラー３９で反射されたそれぞれの光は、図４に示されるように並んでいる。

【0101】

３つの波長板２４７は、平板部２２と階段部２３との境界近傍に設けられており、ＬＤ群３１Ｇ，３２Ｇ，３３Ｇのそれぞれにおける一方側のミラー３９で反射した光の光路上に１つずつ配置される。それぞれの波長板２４７は、光の偏光方向を９０°回転させる１／２波長板である。したがって、一方側のミラー３９から出射するそれぞれの光の偏光方向は、波長板２４７によって、他方側のミラー３９から出射するそれぞれの光の偏光方向に対して９０°回転される。

【0102】

３つのミラー２４８は、波長板２４７を透過したそれぞれの光の光路上に配置されている。また、ミラー２４８は、第３方向における光ファイバ１１側に伝搬する光を第２方向における光ファイバ１１側とは反対側に反射する反射面を有する。このため、上記光は、ミラー２４８で反射して、他方側のミラー３９で反射した光に向かって伝搬する。ミラー２４８で反射した光のスロー軸は第３方向、ファスト軸は第１方向にそれぞれ平行である。

【0103】

３つの偏波合成素子２４９は、他方側のミラー３９で反射した光の光路上、かつ、ミラー２４８で反射した光の光路上に配置されている。偏波合成素子２４９は、例えば、２つの直角プリズムを貼り合わせて片方のプリズムに誘電体多層膜を設けた構成を有しており、偏光方向が９０°異なる２つの光のうち一方の光を透過し、他方の光を入射方向に対して９０°異なる方向に反射する。本実施形態では、他方側のミラー３９で反射した光を透過し、ミラー２４８で反射した光を第３方向における光ファイバ１１側に反射する。

【0104】

こうして、１２個のそれぞれの第１の光Ｌ１が、偏波合成素子２４９で合成され、第３方向における光ファイバ１１側に伝搬する。偏波合成素子２４９から出射するそれぞれの第１の光Ｌ１は、図４に示すように並列しており、スロー軸が第２方向と平行であり、ファスト軸が第１方向と平行である。本実施形態では、一方側に位置する６つの第１の光Ｌ１と他方側に位置する６つの第１の光Ｌ１とが一対一で重なって合成されることによって、図４に示すように６つの第１の光Ｌ１が並んでいる。なお、１２個のそれぞれの第２の光Ｌ２及び第３の光Ｌ３も他の偏波合成素子２４９において一対一で重なって合成されることによって、図４に示すように６つの光が並んだ状態となる。なお、偏波合成素子２４９から出射する第２の光Ｌ２及び第３の光Ｌ３も第３方向における光ファイバ１１側に伝搬する。

【0105】

３つの光回転素子４０は、光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３のそれぞれの光路上に配置されている。本実施形態において、光回転素子４０の構成は第１実施形態の光回転素子４０の構成と概ね同様である。光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３のそれぞれが対応する光回転素子４０に入射すると、第２方向における光ファイバ１１側に向かって伝搬する。図６に示すように、光回転素子４０から出射する光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３のそれぞれのスロー軸は第１方向と平行であり、ファスト軸は第３方向と平行である。

【0106】

３つの波長安定化素子４３は、光回転素子４０から出射した光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３のそれぞれの光路上に設けられている。本実施形態では、それぞれの波長安定化素子４３は、第１実施形態の波長安定化素子４３と概ね同様の構成を有する。それぞれの波長安定化素子４３から、波長が概ね９７５ｎｍに安定化された第１の光Ｌ１、波長が概ね９７６ｎｍに安定化された第２の光Ｌ２、及び波長が概ね波長９７７ｎｍに安定化された第３の光Ｌ３が、それぞれ第２方向における光ファイバ１１側に伝搬する。

【0107】

一対のミラー４４Ａ１，４４Ａ２のうちミラー４４Ａ１は、波長安定化素子４３から出射するそれぞれの第１の光Ｌ１の光路上に配置され、それぞれの第１の光Ｌ１をミラー４４Ａ２に向かって反射する。ミラー４４Ａ２は、ミラー４４Ａ１で反射した第１の光Ｌ１を第１波長合成素子２４５に向かって反射する。こうして、第１波長合成素子２４５には、ミラー４４Ａ２で反射した第１の光Ｌ１が入射する。したがって、ミラー４４Ａ２は、第１の光Ｌ１を第１波長合成素子２４５に直接入射させる光学素子である。また、一対のミラー４４Ｂ１，４４Ｂ２のうちミラー４４Ｂ１は、波長安定化素子４３から出射するそれぞれの第２の光Ｌ２の光路上に配置され、それぞれの第２の光Ｌ２をミラー４４Ｂ２に向かって反射する。ミラー４４Ｂ２は、ミラー４４Ｂ１で反射した第２の光Ｌ２を第２波長合成素子２４６に向かって反射する。こうして、第２波長合成素子２４６には、ミラー４４Ｂ２で反射した第２の光Ｌ２が入射する。したがって、ミラー４４Ｂ２は、第２の光Ｌ２を第２波長合成素子２４６に直接入射させる光学素子である。

【0108】

第２波長合成素子２４６は、波長安定化素子４３から出射したそれぞれの第３の光Ｌ３の光路上、かつ、ミラー４４Ｂ２で反射したそれぞれの第２の光Ｌ２の光路上に配置されている。したがって、第３の光Ｌ３が透過する波長安定化素子４３は、第３の光Ｌ３を第２波長合成素子２４６に直接入射させる光学素子である。第２波長合成素子２４６は、所定の条件下、それぞれの第２の光Ｌ２を反射し、かつ、それぞれの第３の光Ｌ３を透過させて出射するＶＢＧである。第２波長合成素子２４６は、第２方向及び第３方向に対して所定の角度で傾いている。この第２波長合成素子２４６の傾きは、第２波長合成素子２４６に入射する第３の光Ｌ３の入射角が第１の入射角となる傾きであり、第２波長合成素子２４６に入射する第２の光Ｌ２の入射角が第１の入射角とは異なる第２の入射角となる傾きである。第２波長合成素子２４６では、第２の光Ｌ２が第２の入射角で入射し、かつ、第３の光Ｌ３が第１の入射角で入射する場合に光Ｌ２，Ｌ３が概ね同じ所定の方向に出射するように、屈折率変化が周期的に形成されている。本実施形態における上記所定の方向は、第２方向における光ファイバ１１側の方向である。このため、第２波長合成素子２４６に入射するそれぞれの第２の光Ｌ２は、第２波長合成素子２４６で反射して光ファイバ１１に向かって出射する。また、第２波長合成素子２４６に入射するそれぞれの第３の光Ｌ３は、第２波長合成素子２４６を透過して、それぞれの第２の光Ｌ２と一対一で重ね合わされて光ファイバ１１側に向かって出射する。こうして、複数の合成光ＳＬ２が形成され、これらの合成光ＳＬ２が第１波長合成素子２４５に向かって伝搬する。よって、第１波長合成素子２４５は、第２波長合成素子２４６を出射する第２の光Ｌ２及び第３の光Ｌ３が直接入射する光学素子である。

【0109】

ここで、それぞれの第２の光Ｌ２とそれぞれの第３の光Ｌ３のうち、互いに重ね合わされる第２の光Ｌ２と第３の光Ｌ３とを対にして、それぞれの対において、第２の光Ｌ２を第２波長合成素子２４６に直接入射させる光学素子であるミラー４４Ｂ２から第２波長合成素子２４６に至るまでの第２の光Ｌ２の光軸の全区間と、第２波長合成素子２４６から当該第２波長合成素子２４６を出射する第２の光Ｌ２が直接入射する光学素子である第１波長合成素子２４５に至るまでの第２の光Ｌ２の光軸の全区間と、を通る第１の平面を定める。この第１の平面は、それぞれの第２の光Ｌ２ごとに定まる面である。本実施形態では、それぞれの第２の光Ｌ２ごとに定まるそれぞれの第１の平面を実装面２１Ｆと平行にできる。この場合、第２波長合成素子２４６に入射するそれぞれの第２の光Ｌ２のファスト軸は上記対における第１の平面と平行である。また、本実施形態では、第２波長合成素子２４６に入射するそれぞれの第２の光Ｌ２の光軸の高さは一致しているため、それぞれの第１の平面の高さを同じにできる。よって、本実施形態では、それぞれの第１の平面を互いに重複した１つの基準面に含ませることができる。

【0110】

また、それぞれの上記対において、ミラー４４Ｂ２から第２波長合成素子２４６に至るまでの第２の光Ｌ２の光軸の全区間と、第２波長合成素子２４６から第１波長合成素子２４５に至るまでの第２の光Ｌ２の光軸の全区間と、を通る第２の平面を定める。この第２の平面は、それぞれの第３の光Ｌ３ごとに定まる面である。本実施形態では、それぞれの第３の光Ｌ３ごとに定まるそれぞれの第２の平面を実装面２１Ｆと平行にできる。また、本実施形態では、第２波長合成素子２４６に入射するそれぞれの第３の光Ｌ３の光軸の高さは第２波長合成素子２４６に入射するそれぞれの第２の光Ｌ２の光軸の高さと一致しており、かつ、第２波長合成素子２４６で反射するそれぞれの第３の光Ｌ３の光軸の高さは第２波長合成素子２４６で反射するそれぞれの第２の光Ｌ２の光軸の高さと一致している。よって、それぞれの第２の平面の高さを第１の平面の高さと同じにできる。このため、本実施形態では、それぞれの第２の平面を上記基準面ＳＦに含ませることができる。

【0111】

第１波長合成素子２４５は、それぞれの合成光ＳＬ２の光路上、かつ、ミラー４４Ａ２で反射したそれぞれの第１の光Ｌ１の光路上に配置されている。第２波長合成素子２４６を出射したそれぞれの合成光ＳＬ２は、第１波長合成素子２４５に入射する。したがって、合成光ＳＬ２を出射する第２波長合成素子２４６は、第２の光Ｌ２及び第３の光Ｌ３を第１波長合成素子２４５に直接入射させる光学素子である。本実施形態において、第１波長合成素子２４５は、所定の条件下、第１の光Ｌ１を反射し、かつ、合成光ＳＬ２を形成する第２の光Ｌ２及び第３の光Ｌ３を透過させて出射するＶＢＧである。第１波長合成素子２４５は、第２方向及び第３方向に対して所定の角度で傾いている。この第１波長合成素子２４５の傾きは、第１波長合成素子２４５に入射する第１の光Ｌ１の入射角が第３の入射角となる傾きであり、第１波長合成素子２４５に入射する第２の光Ｌ２及び第３の光Ｌ３の入射角が第３の入射角とは異なる第４の入射角となる傾きである。第１波長合成素子２４５では、第１の光Ｌ１が第３の入射角で入射し、かつ、第２の光Ｌ２及び第３の光Ｌ３が第４の入射角で入射する場合に、第１の光Ｌ１、第２の光Ｌ２、及び第３の光Ｌ３が概ね同じ所定の方向に出射するように、屈折率変化が周期的に形成されている。本実施形態における上記所定の方向は、第２方向における光ファイバ１１側の方向である。このため、第１波長合成素子２４５に入射するそれぞれの第１の光Ｌ１は、第１波長合成素子２４５で反射して、第１集光レンズ４６に向かって出射する。また、第１波長合成素子２４５に入射するそれぞれの第２の光Ｌ２及び第３の光Ｌ３は、第１波長合成素子２４５を透過して、第１の光Ｌ１と一対一で重ね合わされて、１つの第１の光Ｌ１、１つの第２の光Ｌ２、及び１つの第３の光Ｌ３からなる合成光ＳＬ１が複数形成され、これらの合成光ＳＬ１が第１集光レンズ４６に向かって伝搬する。よって、第１集光レンズ４６は、第１波長合成素子２４５を出射する第１の光Ｌ１、第２の光Ｌ２、及び第３の光Ｌ３が直接入射する光学素子である。

【0112】

ここで、それぞれの第１の光Ｌ１とそれぞれの第２の光Ｌ２のうち、互いに重ね合わされる第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２を対にして、それぞれの対において、第１の光Ｌ１を第１波長合成素子２４５に直接入射させる光学素子であるミラー４４Ａ２から第１波長合成素子２４５に至るまでの第１の光Ｌ１の光軸の全区間と、第１波長合成素子２４５から第１波長合成素子２４５を出射する第１の光Ｌ１が直接入射する光学素子である第１集光レンズ４６に至るまでの第１の光Ｌ１の光軸の全区間と、を通る第１の平面を定める。この第１の平面は、それぞれの第１の光Ｌ１ごとに定まる面である。本実施形態では、それぞれの第１の光Ｌ１ごとに定まるそれぞれの第１の平面を実装面２１Ｆと平行にできる。この場合、第１波長合成素子２４５に入射するそれぞれの第１の光Ｌ１のファスト軸はそれぞれの上記対における第１の平面と平行である。また、本実施形態では、第１波長合成素子２４５に入射するそれぞれの第１の光Ｌ１の光軸の高さは一致しており、それぞれの第１の平面の高さを同じにできる。よって、本実施形態では、それぞれの第１の平面を互いに重複した１つの基準面に含ませることができる。

【0113】

また、それぞれの上記対において、ミラー４４Ａ２から第１波長合成素子２４５に至るまでの第１の光Ｌ１の光軸の全区間と、第１波長合成素子２４５から第１集光レンズ４６に至るまでの第１の光Ｌ１の光軸の全区間とを通る第２の平面を定める。この第２の平面は、それぞれの第２の光Ｌ２ごとに定まる面である。本実施形態では、それぞれの第２の光Ｌ２ごとに定まるそれぞれの第２の平面を実装面２１Ｆと平行にできる。また、本実施形態では、第１波長合成素子２４５に入射するそれぞれの第２の光Ｌ２の光軸の高さは第１波長合成素子２４５に入射するそれぞれの第１の光Ｌ１の光軸の高さと一致しており、かつ、第１波長合成素子２４５を透過するそれぞれの第２の光Ｌ２の光軸の高さは第１波長合成素子２４５で反射するそれぞれの第１の光Ｌ１の光軸の高さと一致している。よって、それぞれの第２の平面の高さを第１の平面の高さと同じにできる。このため、本実施形態では、それぞれの第２の平面を上記基準面ＳＦに含ませることができる。

【0114】

また、別の観点で、第２の平面を定める。具体的には、それぞれの第１の光Ｌ１とそれぞれの第３の光Ｌ３のうち、互いに重ね合わされる第１の光Ｌ１及び第３の光Ｌ３を対にして、それぞれの対において、ミラー４４Ａ２から第１波長合成素子２４５に至るまでの第１の光Ｌ１の光軸の全区間と、第１波長合成素子２４５から第１集光レンズ４６に至る全ての第１の光Ｌ１の光軸の全区間とを通る第２の平面を定める。この第２の平面は、それぞれの第３の光Ｌ３ごとに定まる面である。本実施形態では、それぞれの第３の光Ｌ３ごとに定まるそれぞれの第２の平面を実装面２１Ｆと平行にできる。また、本実施形態では、第１波長合成素子２４５に入射するそれぞれの第３の光Ｌ３の光軸の高さは第１波長合成素子２４５に入射するそれぞれの第１の光Ｌ１の光軸の高さと一致しており、かつ、第１波長合成素子２４５を透過するそれぞれの第３の光Ｌ３の光軸の高さは第１波長合成素子２４５で反射するそれぞれの第１の光Ｌ１の光軸の高さと一致している。よって、それぞれの第２の平面の高さを第１の平面の高さと同じにできる。このため、本実施形態では、それぞれの第２の平面を上記基準面ＳＦに含ませることができる。

【0115】

第１波長合成素子２４５から出射したそれぞれの合成光ＳＬ１は、第１集光レンズ４６に入射した後、第２集光レンズ４７に入射し、ファスト軸方向及びスロー軸方向に集光され、光ファイバ１１のコアに入射する。

【0116】

この合成光ＳＬ１は、増幅用光ファイバ５のコア５ａに添加されているイッテルビウムを励起する。図８に示すように、イッテルビウムの吸収スペクトルにおけるピークである概ね波長９７６ｎｍを挟んで、低波長側である概ね波長９７５ｎｍの光のイッテルビウムへの吸収率と、高波長側である概ね波長９７７ｎｍの光のイッテルビウムへの吸収率とは互いに等しい。本実施形態では、このような概ね９７５ｎｍの波長の光と、概ね９７６ｎｍの波長の光と、概ね９７７ｎｍの波長の光とが励起光とされる。

【0117】

以上説明したように、本実施形態のレーザモジュール２０では、第２波長合成素子２４６に入射するそれぞれの第２の光Ｌ２のファスト軸が、第２の光Ｌ２ごとに定まる第１の平面を含む基準面と平行である。このため、第２の光Ｌ２の基準面と平行な方向における広がり成分が、第２の光Ｌ２のスロー軸が基準面と平行である場合に比べて少なくなる。したがって、それぞれの第２の光Ｌ２のうち第２方向における第１波長合成素子２４５側の方向に回折しない成分が少なくなり得る。また、このレーザモジュール２０では、第２波長合成素子２４６に入射するそれぞれの第３の光Ｌ３のファスト軸は、第３の光Ｌ３ごとに定まる第２の平面を含む基準面と平行である。このため、第３の光Ｌ３の基準面と平行な方向における広がり成分が少なくなる。よって、それぞれの第３の光Ｌ３のうち第２方向における第１波長合成素子２４５側の方向に回折しない成分が少なくなり得る。

【0118】

なお、本実施形態において、第２波長合成素子２４６で反射する第２の光Ｌ２を第１の光Ｌ２と読み替え、第２波長合成素子２４６を透過する第３の光Ｌ３を第２の光Ｌ３と読み替える場合、第２波長合成素子２４６は、それぞれの第１の光Ｌ２を所定の方向に反射するとともに、それぞれの第２の光Ｌ３をそれぞれの第１の光Ｌ２と一対一で重ね合わせて、所定の方向に出射し、互いに重ね合わされる第１の光Ｌ２及び第２の光Ｌ３のそれぞれの対において、第２波長合成素子２４６に入射する第１の光Ｌ２のファスト軸は上記対における第１の平面と平行であり、第２波長合成素子２４６に入射する第２の光Ｌ３のファスト軸は上記対における第２の平面と平行である。

【0119】

また、本実施形態のレーザモジュール２０では、第１波長合成素子２４５に入射するそれぞれの第１の光Ｌ１のファスト軸が、第１の光Ｌ１ごとに定まる第１の平面を含む基準面に平行である。このため、第１の光Ｌ１の基準面と平行な方向における広がり成分が、第１の光Ｌ１のスロー軸が基準面と平行である場合に比べて少なくなる。したがって、それぞれの第１の光Ｌ１のうち第２の方向における光ファイバ１１側に回折しない成分が少なくなり得る。また、このレーザモジュールでは、第１波長合成素子２４５に入射するそれぞれの第２の光Ｌ２のファスト軸は、第２の光Ｌ２ごとに定まる第２の平面を含む基準面と平行である。このため、第２の光Ｌ２の基準面と平行な方向における広がり成分が少なくなる。よって、それぞれの第２の光Ｌ２のうち第２方向における第１集光レンズ４６側の方向に回折しない成分が少なくなり得る。さらに、このレーザモジュール２０では、第１波長合成素子２４５に入射するそれぞれの第３の光Ｌ３のファスト軸は、第３の光Ｌ３ごとに定まる第２の平面を含む基準面と平行である。このため、第３の光Ｌ３の基準面と平行な方向における広がり成分が少なくなる。よって、それぞれの第３の光Ｌ３のうち第２方向における第１集光レンズ４６側の方向に回折しない成分が少なくなり得る。したがって、本実施形態のレーザモジュール２０によれば、光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３が回折効率の低下が抑制された状態で合成され、光の密度が高まり高輝度の光が出射し得る。

【0120】

なお、第１実施形態と同様に、波長合成素子に入射する第１の光、第２の光、及び第３の光のスロー軸方向における広がり成分が大きくなるが、波長合成素子に入射する光の基準面に垂直な方向における広がり成分は、基準面に平行な方向における広がり成分に比べて、波長合成素子から出射する光同士の干渉に及ぼす影響が小さい。このため、上記のように基準面に平行な光の広がり成分を少なくすることによって、波長合成素子における回折効率の低下を抑制することができる。

【0121】

また、本実施形態では、第１実施形態と異なり、３つのＬＤ群を備えており、かつ、各ＬＤ群を構成するＬＤの数が第１実施形態のＬＤ群を構成するＬＤの数の倍であるため、より光の密度が高まり、より高出力で高輝度の光が生成され得る。

【0122】

なお、本実施形態では、光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を合成する第１波長合成素子２４５と、光Ｌ２，Ｌ３を合成する第２波長合成素子２４６とを設け、光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の全てを合成する例を説明した。しかし、光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の少なくとも２つを合成すればよい。例えば、第１波長合成素子２４５のみを設けて光Ｌ１，Ｌ２のみを合成してもよい。あるいは、第２波長合成素子２４６のみを設け、光Ｌ２，Ｌ３のみを合成してもよい。

【0123】

また、本実施形態では、波長合成素子２４５，２４６がＶＢＧである例を説明したが、これらのうち少なくとも一方が回折格子であってもよい。

【0124】

また、上記第１～第４の入射角のそれぞれは、例えば３°以上９０°未満であってもよく、３度以上４５°以下であってもよい。また、波長合成素子２４５，２４６のそれぞれは、波長合成素子に入射する光の全てのパワーに対する波長合成素子から出射する光の全てのパワーが８０％以上となるように構成されてもよい。

【0125】

以上、本発明について上記実施形態を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。

【0126】

例えば、上記実施形態では、異なる波長の光が２種類又は３種類の例を説明したが、例えば、第４の波長の光を出射する第４ＬＤ群をさらに設けて、異なる波長の光の種類を４種類にしてもよい。このように、光の種類は４種類以上であってもよい。また、第２実施形態で説明したように、光の種類が４つ以上の場合であっても、少なくとも波長の異なる２種類の光を合成すればよい。

【0127】

また、上記実施形態では、活性元素としてイッテルビウムを用いた例を説明したが、活性元素は上述のようにイッテルビウムに限定されない。また、活性元素としてイッテルビウムとは異なる元素を用いる場合、ＬＤが出射する光の波長は、その活性元素が吸収する光の吸収スペクトルにおけるピーク波長帯の波長であることが好ましい。

【0128】

また、上記実施形態では、第Ｎの光の波長と第（Ｎ＋１）の光の波長（Ｎは１以上）との波長の間隔が２ｎｍ未満である例を説明したが、この間隔は２ｎｍ以上であってもよい。ただし、この間隔が２ｎｍ未満であれば、上述のようにピーク波長帯が狭い場合でも、全ての波長の光を当該ピーク波長帯に収め易い。

【0129】

また、波長合成素子としてＶＢＧを使用する場合において、波長合成素子はアポダイズを有するＶＢＧであってもよい。このような構成によれば、ＶＢＧに入射する光の波長に対するＶＢＧの回折効率の分布にサイドローブが生じる場合に、このサイドローブを低減することができる。その結果、短い波長間隔の光同士であってもサイドローブに干渉されずに合成することが可能になり得る。

【0130】

また、上記実施形態では、それぞれの第１の平面が実装面２１Ｆと平行な１つの基準面ＳＦに含まれる例を説明した。しかし、それぞれの第１の平面が１つの基準面に含まれる必要はない。以下、この点ついて説明する。

【0131】

例えば、図１０に示すように、第１の光Ｌ１ａのファスト軸と第１の光Ｌ１ｂのファスト軸とが平行であるが、第１の光Ｌ１ａと第１の光Ｌ１ｂとが第１方向に沿ってずれている場合を考える。この場合、第１の光Ｌ１ａの光軸ＬＡ１ａと第１の光Ｌ１ｂの光軸ＬＡ１ｂとの高さが一致していない。したがって、第１の光Ｌ１ａの光軸ＬＡ１ａによって定まる基準面ＳＦ１ａと、第１の光Ｌ１ｂの光軸ＬＡ１ｂによって定まる第１の平面ＳＦ１ｂとは異なる平面となる。なお、図１０では、基準面ＳＦ１ａ及び第１の平面ＳＦ１ｂのそれぞれの一部の領域のみが示されている。

【0132】

また、図１１に示すように、第１の光Ｌ１ａのファスト軸と第１の光Ｌ１ｂのファスト軸とが非平行の場合を考える。この場合、第１の光Ｌ１ｂによって定まる第１の平面ＳＦ１ｂが基準面ＳＦ１ａに対して傾いている。図１１の例において、基準面ＳＦ１ａは、第１の光Ｌ１ａの光軸ＬＡ１ａによって定まる平面である。なお、図１１では、基準面ＳＦ１ａ及び第１の平面ＳＦ１ｂのそれぞれの一部の領域のみが示されている。この場合、第１の平面ＳＦ１ｂは、基準面ＳＦ１ａとは異なる平面であり、第１の光Ｌ１ｂの光軸ＬＡ１ｂを通らない。ただし、第１の平面ＳＦ１ｂは、波長合成素子４５に第１の光Ｌ１ｂを直接入射させる光学素子から波長合成素子４５に至るまでの第１の光Ｌ１ｂの全区間と、波長合成素子４５から当該波長合成素子４５を出射する第１の光Ｌ１ｂが直接入射する光学素子に至るまでの第１の光Ｌ１ｂの全区間と、を通る必要がある。この条件により、第１の平面ＳＦ１ｂが基準面ＳＦ１ａに対して傾いている場合でも、基準面ＳＦ１ａに対する第１の平面ＳＦ１ｂの傾きは小さく、第１の平面ＳＦ１ｂを定める第１の光Ｌ１ｂのファスト軸の基準面ＳＦ１ａに対する傾きも小さい。よって、第１の光Ｌ１ｂのファスト軸が傾いている場合でも、第１の光Ｌ１ｂの基準面ＳＦ１ａと平行な方向における広がり成分が小さくなる。ただし、回折効率の低下を抑制する観点から、第１の平面は、第１の光の光軸を通ることが好ましい。

【0133】

また、上記実施形態では、それぞれの第２の平面が実装面２１Ｆと平行な１つの基準面ＳＦに含まれる例を説明した。しかし、図１０と同様に、ある第２の光Ｌ２のファスト軸は他の第２の光Ｌ２のファスト軸と平行であるが、ある第２の光Ｌ２と他の第２の光Ｌ２とが第１方向に沿ってずれていてもよい。この場合、ある第２の光の光軸の高さと他の第２の光の光軸の高さとは一致しておらず、ある第２の光Ｌ２の光軸によって定まる第２の平面と、他の第２の光の光軸によって定まる第２の平面とは異なる平面となる。

【0134】

また、図１２に示すように、第２の光Ｌ２のファスト軸と第１の光Ｌ１のファスト軸とが非平行の場合を考える。この場合、第２の光Ｌ２によって定まる第２の平面ＳＦ２が、第１の光Ｌ１の光軸ＬＡ１によって定まる基準面ＳＦ１に対して傾いている。なお、図１２では、基準面ＳＦ１及び第２の平面ＳＦ２のそれぞれの一部の領域のみが示されており、また、第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２が１つずつ示されている。図１２の例では、第２の光Ｌ２によって定まる第２の平面ＳＦ２は、第１の光Ｌ１によって定まる基準面ＳＦ１とは異なる平面であり、第２の光Ｌ２の光軸ＬＡ２を通らない。ただし、第２の平面ＳＦ２は、波長合成素子４５に第１の光Ｌ１を直接入射させる光学素子から波長合成素子４５に至るまでの第１の光Ｌ１の全区間と、波長合成素子４５から当該波長合成素子４５を出射する第１の光Ｌ１が直接入射する光学素子に至るまでの第１の光Ｌ１の全区間と、を通る必要がある。この条件により、第２の平面ＳＦ２が基準面ＳＦ１に対して傾いている場合でも、基準面ＳＦ１に対する第２の平面ＳＦ２の傾きは小さく、第２の平面ＳＦ２を定める第２の光Ｌ２のファスト軸の基準面ＳＦ１に対する傾きも小さい。よって、第２の光Ｌ２のファスト軸が傾いている場合でも、第２の光Ｌ２の基準面ＳＦ１と平行な方向における広がり成分が小さくなる。ただし、回折効率の低下を抑制する観点から、第２の平面ＳＦ２は、第１の光Ｌ１の光軸ＬＡ１を通ることが好ましい。なお、図１２の例では、波長合成素子が回折格子である例を説明したが、波長合成素子がＶＢＧであっても同様である。

【0135】

しかし、波長合成素子４５に入射するそれぞれの第１の光Ｌ１のファスト軸は互いに平行であることが好ましい。これにより、波長合成素子４５に入射するそれぞれの第１の光Ｌ１のファスト軸の少なくとも一部のファスト軸が互いに非平行である場合に比べて、第１の光Ｌ１のそれぞれを近づけることができ、高密度の第１の光Ｌ１を波長合成素子４５に入射させ得る。よって、より高輝度の光を出射し得る。また、波長合成素子４５に入射するそれぞれの第２の光Ｌ２のファスト軸は、少なくとも１つの第１の光Ｌ１のファスト軸と平行であることが好ましい。これにより、波長合成素子４５に入射するそれぞれの第２の光Ｌ２のファスト軸が、それぞれの第１の光Ｌ１のファスト軸と非平行である場合に比べて、第１の光Ｌ１と第２の光Ｌ２とが重なる度合を高くすることができ、波長合成素子４５に入射する第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２の密度を高め得る。よって、より高輝度の光を出射し得る。また、波長合成素子４５に入射するそれぞれの第２の光Ｌ２のファスト軸は、互いに平行であることが好ましい。これにより、波長合成素子４５に入射するそれぞれの第２の光Ｌ２のファスト軸の少なくとも一部のファスト軸が互いに非平行である場合に比べて、第２の光Ｌ２のそれぞれを近づけることができ、高密度の第２の光Ｌ２を波長合成素子に入射させ得る。よって、より高輝度の光を出射し得る。

【0136】

また、上記実施形態では、波長合成素子に入射する光が実装面と平行な方向に伝搬する例を説明したが、波長合成素子から出射する光の方向はこの方向に限定されない。

【0137】

本発明によれば、高輝度の光を出射し得るレーザモジュール及び当該レーザモジュールを備えるファイバレーザ装置が提供され、レーザ加工などの分野において利用可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】