專利名稱：聚光裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及生成高光密度的激光束的聚光裝置。
背景技術：
作為高輸出的激光器元件，半導體激光器陣列疊層體是眾所周知的。在日本特開平9-181376號專利公報和日本特開2002-9385號專利公報中，記載著半導體激光器陣列疊層體的例子。
圖2是表示半導體激光器陣列疊層體的一個例子的立體圖。圖3是表示半導體激光器陣列的前端面(光輸出面)的圖。如圖2所示，半導體激光器陣列疊層體12具有交互配置多個半導體激光器陣列11和多個散熱片13的構造。散熱片13冷卻激光器陣列11。如圖3所示，在激光器陣列11中，沿水平方向配置著多個活性層14。
在激光器陣列疊層體12中，沿垂直方向疊層激光器陣列11，結果，行列狀地配置多個活性層14。各活性層14發(fā)射激光。從這些活性層14射出的激光形成一個光束。通過高密度地配置活性層14，能夠得到高光密度的光束。但是，近年來，希望進一步提高光密度。

發(fā)明內容
本發(fā)明以提供能夠生成極高光密度的激光束的聚光裝置作為課題。
與本發(fā)明有關的聚光裝置具有第一光源、第二光源和第一合光元件。第一光源具有第一半導體激光器陣列疊層體、第一準直透鏡和第一光束變換器。在第一激光器陣列疊層體中，在與第一方向垂直的方向上疊層多個具有沿第一方向并列配置的多個活性層的半導體激光器陣列。第一準直透鏡使從多個活性層射出的多個光束在與第一方向垂直的面內校準。第一光束變換器接受經(jīng)過第一準直透鏡校準的光束，使該光束的橫截面大致旋轉90°。第二光源具有第二半導體激光器陣列疊層體、第二準直透鏡、和第二光束變換器。在第二激光器陣列疊層體中，在與第二方向垂直的方向上疊層多個具有沿第二方向并列配置的多個活性層的半導體激光器陣列。第二準直透鏡使從多個活性層射出的多個光束在與第二方向垂直的面內校準。第二光束變換器接受經(jīng)過第二準直透鏡校準的光束，使該光束的橫截面大致旋轉90°。這里，光束的橫截面指的是實質上與該光束的中心軸垂直的截面。第一合光元件合成來自第一光源的光束和來自第二光源的光束。第一合光元件具有接受并透過從第一光束變換器射出的光束的透過單元、和接受并反射從第二光束變換器射出的光束的反射單元。第一合光元件將透過透過單元的光束和由反射單元反射的光束合成起來。
用合光元件將來自第一激光器陣列疊層體的光束和來自第二激光器陣列疊層體的光束合成起來。因此，生成高光密度的激光束。從激光器陣列疊層體的活性層射出的光束受到準直透鏡的折射作用，能夠抑制在與活性層的配列方向垂直的面內的光束的擴展。當由光束變換器使光束的橫截面大致旋轉90°時，能夠將光束的擴展抑制在活性層的配列方向中。因此，光束的橫截面具有在半導體激光器陣列的疊層方向長在活性層的配列方向短的形狀。因此，如果合光元件的透過單元和反射單元沿激光器陣列的疊層方向都為細長的帶狀，則即便活性層具有位置偏離，也可以由合光元件適當?shù)亟邮軓幕钚詫由涑龅墓馐?br> 從下面的詳細說明和附圖可以更充分地理解本發(fā)明。附圖只不過是例示而已。所以，不應該認為附圖會限定本發(fā)明。
從下面的詳細說明可以清楚地看到本發(fā)明的進一步的適用范圍?？墒牵撛敿氄f明和特定的例子表示本發(fā)明的優(yōu)先的實施方式，但是只不過是例示而已。這是因為本領域的普通技術人員可以從該詳細說明了解到在本發(fā)明的旨趣和范圍內的各種不同的變形和變更的緣故。


圖1是表示與第一實施方式有關的聚光裝置的示意立體圖。
圖2是表示第一實施方式用的半導體激光器陣列疊層體的立體圖。
圖3表示在與第一實施方式有關的聚光裝置中使用的半導體激光器陣列的前端面(光輸出面)。
圖4表示半導體激光器陣列的活性層的前端面。
圖5A和圖5B表示從半導體激光器陣列射出的光束的擴展角。
圖6是表示在第一實施方式中使用的柱面透鏡的立體圖。
圖7是在第一實施方式中使用的光束變換器的立體圖。
圖8是在第一實施方式中使用的合光元件的平面圖。
圖9A～圖9C是表示在第一實施方式中的光束的橫截面的圖。
圖10A～圖10C是表示在第一實施方式中的光束的合成的圖。
圖11A～11C表示當活性層具有垂直方向的位置偏離時的光束的合成。
圖12A～12C表示當活性層具有水平方向的位置偏離時的光束的合成。
圖13是表示與第二實施方式有關的聚光裝置的示意平面圖。
圖14A～圖14E表示在第二實施方式中的光束的合成。
圖15表示本發(fā)明的聚光裝置中使用的合光元件的其它例子。
具體實施例方式
下面，我們一面參照附圖一面詳細地說明本發(fā)明的實施方式。此外，在圖的說明中在相同要素上附加相同的標號，并省略對它們的重復說明。
第一實施方式圖1是表示與第一實施方式有關的聚光裝置的示意立體圖。該聚光裝置由第一光源10、第二光源20和合光元件30構成。
第一光源10由一個半導體激光器陣列疊層體12、多個準直透鏡16和多個光束變換器18構成。它們在光學上相互耦合。
圖2是表示半導體激光器陣列疊層體的立體圖。激光器陣列疊層體12，如圖2所示，具有沿z方向交互地配置多個半導體激光器陣列11和多個散熱片13的構造。此外，在圖1和圖2中的x軸、y軸、z軸分別表示激光器陣列11的縱方向、水平方向和垂直方向。
圖3表示激光器陣列11的前端面(光輸出面)。圖4表示活性層14的前端面。各激光器陣列11具有多個活性層14。激光器陣列11的活性層14在1cm寬度中以300μm～500μm的間隔沿y方向并排成一列。為了使圖面簡單，在這些圖中只畫出5個活性層14，但是，實際上，并排著更多活性層14。各活性層14的截面具有100μm～200μm的寬度和1μm的厚度。
圖5A和圖5B表示從激光器陣列射出的光束的擴展角。又，在這些圖中標號15表示光束的中心軸。從該活性層14射出的光束的擴展角，如圖5所示，在活性層14的厚度方向，即垂直方向(z方向)為30°～40°，在活性層14的寬度方向，即水平方向(y方向)為8°～10°。
散熱片13冷卻激光器陣列11。散熱片13具有將多個銅制的平板狀部件組合起來形成的冷卻水路。冷卻水在該冷卻水路內循環(huán)。
圖6是表示作為準直透鏡16的一個例子的柱面透鏡的立體圖。柱面透鏡16具有相互對置的輸入面160和輸出面161。輸入面160是與x方向垂直的平坦面，輸出面161是具有沿y方向的母線的圓柱面。柱面透鏡16在包含母線方向的面內沒有折射作用，但是在與母線垂直的面內具有折射作用。如圖6所示，母線方向，即y方向的長度為12mm，x方向的長度為0.4mm，z方向的長度為0.6mm。這樣，柱面透鏡16是沿y方向細長的。y方向的長度具有入射面160覆蓋激光器陣列11的全部活性層14那樣的大小。因此，從這些活性層14射出的光束全部入射到柱面透鏡16中。
如上所述，因為從活性層14射出的光束的垂直方向的擴展角很大，所以為了提高聚光效率需要抑制光束的擴展。因而，以使柱面透鏡16的輸出面161的母線與半導體激光器陣列11的垂直方向(z方向)正交的方式設置柱面透鏡16。因此，能夠使從活性層14射出的光束在垂直方向校準，即在與柱面透鏡16的母線垂直的面內校準。即準直透鏡16對從各活性層14射出的光束的垂直方向(z方向)的成分進行校準。為了高效率地進行校準，使柱面透鏡16接近活性層14地進行配置。因此，準直透鏡16與激光器陣列11一對一地對應。即，準直透鏡16的設置數(shù)量等于激光器陣列11的數(shù)量。以各準直透鏡16分別與一個激光器陣列11對置的方式配置各準直透鏡16。所以，從一個激光器陣列11的活性層14射出的光束全部入射到一個準直透鏡16中。
圖7是表示光束變換器18的一個例子的立體圖。光束變換器18由玻璃、石英等的透光性材料構成。x方向的長度為1.5mm，y方向的長度為12mm，z方向的長度為1.5mm。光束變換器18沿y方向具有細長的形狀。光束變換器18具有相互對置的輸入面180和輸出面181。輸入面180具有多個并列的斜圓柱面。各斜圓柱面的寬度為0.5mm。這些斜圓柱面以對y方向成45°的角度延伸。這些斜圓柱面的數(shù)量等于活性層14的數(shù)量。即這些斜圓柱面與活性層14一對一地對應。輸出面181也同樣，具有多個并列的寬度為0.5mm的斜圓柱面。這些斜圓柱面也以對y方向成45°的角度地延伸，與活性層14一對一地對應。所以從一個激光器陣列11的各活性層14的射出的光束全部入射到對應的一個光束變換器18中。
光束變換器18使經(jīng)過準直透鏡16校準的光束的橫截面大致旋轉90°。因此，光束變換器18與柱面透鏡16一對一地對應地進行配置。即，使各光束變換器18分別與一個準直透鏡16對置地進行配置。所以，從一個柱面透鏡16射出的全部光束入射到一個對應的光束變換器18中。
此外，本發(fā)明中使用的光束變換器不限于圖5所示的光束變換器。例如，在日本第3071360號專利公報中記載著光束變換器的其它例子。
第二光源20，與第一光源10同樣，由一個激光器陣列疊層體22、多個柱面透鏡26和多個光束變換器28構成。它們在光學上相互耦合。因為激光器陣列疊層體22、柱面透鏡26和光束變換器28的構成分別與激光器陣列疊層體12、柱面透鏡16和光束變換器18相同，所以我們省略對它們的詳細說明。但是，第二光源20的方向與第一光源10的方向不同。具體地說，構成激光器陣列疊層體12的激光器陣列11具有沿y方向并列配置的多個活性層14。相對于此，構成激光器陣列疊層體22的激光器陣列21具有沿x方向并列配置的多個活性層24。柱面透鏡26與激光器陣列21的活性層24對應，沿x方向配置。光束變換器28也同樣，與激光器陣列21的活性層24對應，沿x方向配置。
圖8是表示合光元件30的平面圖。合光元件30由具有交互地配置的多個透過單元32和多個反射單元34的平板構成。各個透過單元32和反射單元34是具有相同尺寸的帶狀。透過單元32和反射單元34是沿激光器陣列11和21的疊層方向(垂直方向)細長的長方形。更具體地說，透過單元32和反射單元34形成在由光透過部件構成的一塊平板上，分別以沿z方向延伸的細長的帶狀交互地并列配置。透過單元32接受從第一光束變換器18射出的光束。在透過單元32的表面上形成光透過性薄膜。另一方面，反射單元34接受從第二光束變換器28射出的光束。在反射單元34的表面上形成光反射性薄膜。
合光元件30對從第一光源10的活性層14射出的光束的中心軸15傾斜45°的角度。合光元件30對從第二光源20的活性層24射出的光束的中心軸15也同樣傾斜45°的角度。合光元件30的表面與第一光源10對置，合光元件30的背面與第二光源20對置。
一個透過單元32與第一光源10的激光器陣列疊層體12的行列狀配置的活性層14的一列對應。從各列的活性層14射出的全部光束入射到一個對應的透過單元32。另一方面，一個反射單元34與第二光源20的激光器陣列疊層體22的行列狀配置的活性層24的一列對應。從各列的活性層24射出的全部光束入射到一個對應的反射單元34中。因此，從第一光源10的活性層14射出的光束全部透過合光元件30的透過單元32。另一方面，從第二光源20的活性層24射出的光束全部被合光元件30的反射單元34反射。結果，各個光束在合光元件30的背面?zhèn)妊赝环较蛐羞M。如圖1所示，這些光束混合起來形成一個合成光束61。
下面，我們一面參照圖9A～圖9C和圖10A～圖10C，一面說明與本實施方式有關的聚光裝置的作用。這里，圖9A表示當在活性層14和24中生成的激光束射出時的橫截面，即射出圖案。圖9B表示在從活性層14和24射出的光束通過柱面透鏡16和26后，該光束的橫截面。圖9C表示在通過柱面透鏡16和26后的光束通過光束變換器18和28后的該光束的橫截面。圖10A是與從第一光源10射出、透過合光元件30的光束的中心軸15垂直的橫截面圖。圖10B是與從第二光源20射出、被合光元件30反射的光束的中心軸15垂直的橫截面圖。圖10C是與來自第一光源10的光束和來自第二光源20的光束的合成光束61的中心軸垂直的橫截面圖。圖10A～圖10C中的雙點劃線表示合光元件30。
如圖4所示，活性層14和24的橫截面的垂直方向的長度是水平方向的長度的百分之一以下。所以，如圖9A所示，從活性層14和24射出時，光束的橫截面在水平方向是細長的。從活性層14和24射出的光束到達柱面透鏡16和26，即便多少發(fā)生擴散，也能夠將該光束的橫截面的垂直方向的長度抑制在水平方向的長度的1.5分之1以下。即，入射到柱面透鏡16和26的光束的橫截面也具有在水平方向細長的形狀。
該光束，當透過柱面透鏡16和26時，在與柱面透鏡16和26的母線方向垂直的面內受到折射作用。結果，如圖9B所示，校準光束的垂直方向成分。另一方面，因為光束的水平方向的成分沒有受到折射作用，所以光束的水平方向的擴展角不變。
從活性層14射出的光束，透過第一柱面透鏡16后，入射到第一光束變換器18。如圖9C所示，光束變換器18使該光束的橫截面圍繞光束的中心軸15大致旋轉90°。因此，將在垂直方向校準的光束變換成在水平方向校準的光束。結果，光束在水平方向沒有擴展。光束的橫截面成為在垂直方向長在水平方向短的形狀。
從第二光源20的活性層24射出的光束也與第一光源同樣，當透過第二柱面透鏡26時，它的垂直方向成分被校準。當該光束透過第二光束變換器28時，被變換成在水平方向校準的光束。結果，在第二光源20中，光束在水平方向也沒有擴展。與光束變換器18同樣，從光束變換器28射出的光束的橫截面也成為在垂直方向長在水平方向短的形狀。
從光束變換器18和28射出的光束分別向著合光元件30的透過單元32和反射單元34。透過單元32和反射單元34分別在垂直方向具有細長的形狀。從各活性層14、24向著透過單元32或反射單元34的光束的寬度比透過單元32和反射單元34各自的寬度窄得多。因此，在合光元件30的透過單元32和反射單元34的寬度范圍內接受從各活性層14和24射出的光束。在激光器陣列疊層體12和22中，活性層14和24沿水平方向和垂直方向行列狀地配置。如圖10A所示，從各列的活性層14射出的光束透過對應的各透過單元32。另一方面，如圖10B所示，從各列的活性層24射出的光束被對應的各反射單元34所反射。透過透過單元32的光束和被反射單元34反射的光束形成一個合成光束61。如圖10C所示，合成光束61的光密度是將從第一光源10射出的光束的光密度和從第二光源20射出的光束的光密度加起來得到的光密度。因為將來自激光器陣列疊層體12和22的高光密度光束合成起來，所以能夠得到極高光密度的光束。
在上面說明中，假定將全部活性層14和24配置在預定位置上。但是，實際上，當在激光器陣列疊層體12和22的組合中疊層激光器陣列11和21時，活性層14和24偏離預定的位置。在本實施方式中，即便在這種情形中也能夠不損失光密度地形成合成光束61。下面，我們說明這一點。
因為激光器陣列11和21是用半導體工藝精密地制造出來的，所以在各個激光器陣列11和21中活性層14和24的水平方向的間隔誤差非常小。但是，因為激光器陣列疊層體12和22的組合是通過機械的步驟進行的，所以激光器陣列11和21的疊層間隔可能不均勻。這時，活性層14和24的位置從預定位置沿垂直方向發(fā)生偏離。該位置偏離通常在50μm左右。
下面，我們一面參照圖11A～圖11C，一面說明當在激光器陣列疊層體22中產生垂直方向的位置偏離時的本實施方式的聚光裝置的作用。此外，令激光器陣列疊層體12沒有位置偏離。圖11A是與從第一光源10射出的、透過合光元件30的光束的中心軸15垂直的橫截面圖。圖11B是與從第二光源20射出的、被合光元件30反射的光束的中心軸15垂直的橫截面圖。圖11C是與來自第一光源10的光束和來自第二光源20的光束的合成光束61的中心軸垂直的橫截面圖。圖11A～圖11C中的雙點劃線表示合光元件30。
在激光器陣列疊層體22中，疊層在第二層的激光器陣列21沿垂直方向偏離預定位置。因此，如圖11B所示，上面2行的光束沿垂直方向偏離。但是，因為反射單元34在垂直方向具有細長的形狀，所以即便存在這種位置偏離，光束也能夠入射到反射單元34中。結果，如圖11C所示，能夠適當?shù)睾铣蓙碜缘谝还庠?0的光束和來自第二光源20的光束，能夠得到高的光密度。
上面說明假定活性層具有垂直方向的位置偏離。實際上，在大多數(shù)情形中，活性層的位置偏離不限于垂直方向。但是，當進行激光器陣列疊層體12和22的組合時，活性層14、24也可以沿水平方向從預定位置發(fā)生微小的偏離。
下面，我們一面參照圖12A～圖12C，一面說明當在激光器陣列疊層體12中產生水平方向的位置偏離時的本實施方式的聚光裝置的作用。此外，令激光器陣列疊層體22沒有位置偏離。圖12A是與從第一光源10射出的、透過合光元件30的光束的中心軸15垂直的橫截面圖。圖12B是與從第二光源20射出的、被合光元件30反射的光束的中心軸15垂直的橫截面圖。圖12C是與來自第一光源10的光束和來自第二光源20的光束的合成光束61的中心軸垂直的橫截面圖。圖12A～圖12C中的雙點劃線表示合光元件30。
在激光器陣列疊層體12中，疊層在第二層的激光器陣列11具有沿水平方向的位置偏離。因此，如圖12A所示，第二行的光束向右偏離。但是，即便具有這種位置偏離，光束也能夠入射到透過單元32中。從活性層14入射到透過單元32的光束的橫截面，由于光束變換器18的作用，成為在垂直方向長在水平方向短的形狀。該光束的寬度與透過單元32的寬度比較極窄。因此，即便活性層14在水平方向多少具有位置偏離，透過單元32也能夠接受來自活性層14的光束。結果，如圖12C所示，能夠將來自第一光源10的光束和來自第二光源20的光束適當?shù)睾铣善饋怼?br> 以上，如詳細說明了的那樣，與本實施方式有關的聚光裝置，因為用合光元件30將來自2個半導體激光器陣列疊層體12和22的光束合成起來，所以能夠生成極高光密度的激光束。因為合光元件30的透過單元32和反射單元34在垂直方向具有細長的形狀，所以即便活性層14和24具有垂直方向的位置偏離，也能夠適當?shù)睾铣晒馐?br> 第二實施方式下面，我們說明本發(fā)明的第二實施方式。圖13是表示與本實施方式有關的聚光裝置的示意平面圖。與第一實施方式由2個光源和1個合光元件構成相對，本實施方式由3個光源和2個合光元件構成。與第一實施方式合成從2個光源射出的光束相對，本實施方式合成從3個光源射出的光束。
與本實施方式有關的聚光裝置由第一光源10、第二光源20、第三光源40、第一合光元件30和第二合光元件50構成。第一光源10、第二光源20和第一合光元件30的構成和配置如關于第一實施方式所作的說明所示。
第三光源40與第一和第二光源10和20同樣，由1個半導體激光器陣列疊層體42、多個準直透鏡46和多個光束變換器48構成。它們在光學上相互耦合。激光器陣列疊層體42、準直透鏡46和光束變換器48的構成，分別與半導體激光器陣列疊層體12和22、準直透鏡16和26以及光束變換器18和28相同。激光器陣列疊層體42，如圖2所示，具有沿z方向交互地配置多個半導體激光器陣列41和多個散熱片43的構造。激光器陣列41具有多個活性層44。散熱片43冷卻激光器陣列41。
準直透鏡46對從各活性層44射出的光束的垂直方向的成分進行校準。為了高效率地進行校準，準直透鏡46與激光器陣列41一對一地對應。準直透鏡46的設置數(shù)量等于激光器陣列41的數(shù)量。以各準直透鏡46分別與一個激光器陣列41對置的方式配置各準直透鏡46。所以，從一個激光器陣列41的活性層44射出的光束全部入射到一個準直透鏡46中。
光束變換器48具有相互對置的輸入面和輸出面。輸入面和輸出面分別具有多個圓柱面。這些圓柱面的數(shù)量等于激光器陣列41的活性層44的數(shù)量。即，這些圓柱面與活性層44一對一地對應。所以，從一個激光器陣列41的各活性層44射出的光束全部入射到對應的一個光束變換器48中。
光束變換器48使經(jīng)過準直透鏡46校準的光束的橫截面大致旋轉90°。因此，為了高效率地變換從激光器陣列41射出的光束的光程，光束變換器48也與激光器陣列41一對一地對應。即，光束變換器48的設置數(shù)量也等于激光器陣列41的數(shù)量。使各光束變換器48分別與一個準直透鏡46對置地進行配置。所以，從一個柱面透鏡46射出的全部光束入射到一個對應的光束變換器48中。
第三光源40的方向與第二光源20的方向相同，與第一光源10的方向不同。與第一光源10中的激光器陣列11具有沿y方向并列配置的多個活性層14相對，第二和第三光源20和40中的激光器陣列21和41具有沿x方向并列配置的多個活性層24和44。因此，柱面透鏡46與半導體激光器陣列41的活性層44對應，沿x方向配置。光束變換器48也同樣，沿x方向配置。
如上述第一實施方式中說明的那樣，從第一光源10射出的光束透過第一合光元件30的透過單元。另一方面，從第二光源20射出的光束被第一合光元件30的反射單元所反射。結果，各個光束在第一合光元件30的背面?zhèn)妊赝环较蛐羞M。如圖13所示，這些光束混合起來形成一個合成光束61。
第二合光元件50具有與第一合光元件30相同的構成。即，第二合光元件50由具有交互并列多個透過單元和多個反射單元的平板構成。透過單元和反射單元是沿半導體激光器陣列的疊層方向(垂直方向)細長的長方形。更具體地說，透過單元和反射單元形成在由光透過部件構成的一塊平板上，分別以沿z方向延伸的細長的帶狀交互地并列配置。第二合光元件80的透過單元接受從第一合光元件30射出的光束61。另一方面，第二合光元件50的反射單元接受從光束變換器48射出的光束。第二合光元件50相對合成光束61的中心軸傾斜45°的角度。第二合光元件50相對從第三光源40的活性層64射出的光束的中心軸也同樣傾斜45°的角度。第二合光元件50的表面與第一合光元件30對置，第二合光元件50的背面與第三光源40對置。第二合光元件50的一個反射單元與第三光源40的行列狀配置的活性層44的一列對應。從各列的活性層44射出的全部光束入射到一個對應的反射單元。
合成光束61透過第二合光元件50的透過單元。另一方面，從第三光源40射出的光束被第二合光元件50的反射單元所反射。結果，各個光束在第二合光元件50的背面?zhèn)妊赝环较蛐羞M。如圖13所示，這些光束混合起來形成一個合成光束65。
下面，我們一面參照圖14A～圖14E，一面說明與本實施方式有關的聚光裝置的作用效果。圖14A是與從第一光源10射出的、透過合光元件30的光束的中心軸15垂直的橫截面。圖14B是與從第二光源20射出的、被合光元件30反射的光束的中心軸15垂直的橫截面。圖14C是與從第三光源40射出的、被合光元件50反射的光束的中心軸15垂直的橫截面。圖14D是與來自第一光源10的光束和來自第二光源20的光束的合成光束61的中心軸垂直的橫截面。圖14E是與合成光束61和從第三光源40射出的光束的合成光束65的中心軸垂直的橫截面圖。圖14A～圖14E中的雙點劃線表示合光元件30和50。
與第一實施方式中說明的那樣，透過透過單元32光束(請參照圖14A)和被反射單元34反射的光束(請參照圖14B)形成一個合成的光束61(請參照圖14D)。合成光束61透過第二合光元件50的透過單元。
另一方面，從第三光源40的光束變換器48射出的光束被第二合光元件50的反射單元所反射，從激光器陣列疊層體42的行列狀配置的活性層44的各列射出的光束被對應的反射單元所反射(請參照圖14C)。透過透過單元的合成光束61和被反射單元反射的光束形成一個合成的光束65。合成光束65的光密度是將從上述第一光源10射出的光束的光密度和從第二光源20射出的光束的光密度加起來，再進一步加上從第三光源40射出的光束的光密度得到的光密度(請參照圖14E)。這樣，因為將來自半導體激光器陣列疊層體12、22和42的高光密度光束合成起來，所以能夠得到極高光密度的光束。
在激光器陣列疊層體12、22或44中可能發(fā)生位置偏離。但是與第一實施方式同樣，第二合光元件50也具有在垂直方向細長的透過單元和反射單元。因此，即便在激光器陣列疊層體中發(fā)生位置偏離，也能夠不損失光密度地形成合成光束65。以上，我們根據(jù)本發(fā)明的實施方式詳細地說明了本發(fā)明。但是本發(fā)明不限定于上述實施方式。在不脫離本發(fā)明的要旨的范圍內，本發(fā)明可以具有各種不同的變形。
在上述實施方式中，作為準直透鏡的一個例子我們舉出了柱面透鏡，但是代替它也可以使用玻璃光纖透鏡、自聚焦透鏡等。又，本發(fā)明也可以是用4個以上的光源的聚光裝置。
在上述合光元件30和50中，交互地配置具有帶狀的形狀的透過單元32和反射單元34。代替這種合光元件，也可以用圖15所示那種合光元件70。合光元件70具有行列狀配置的長方形的透過單元72和配置在透過單元72之間的格子狀的反射單元74。此外，代替反射單元74，也可以使透過單元72具有格子形狀，反射單元74具有長方形形狀。
在第二實施方式中，使合成光束61透過第二合光元件50，由第二合光元件50反射從第三光源40射出的光束，形成合成光束65。代替它，也可以使從第三光源40射出的光束透過第二合光元件50，由第二合光元件50反射合成光束61，形成合成光束65。這時，第二合光元件50的透過單元接受從第三光束變換器48射出的光束。另一方面，第二合光元件50的反射單元接受合成光束61。
在第一實施方式中，我們說明了在第一光源10和第二光源20的一方的激光器陣列疊層體中發(fā)生位置偏離的例子。但是，在本發(fā)明中，即便在2個以上的激光器陣列疊層體中發(fā)生垂直方向和/或水平方向的位置偏離的情形中，也能夠形成合成光束61。
本發(fā)明的聚光裝置能夠用合光元件適當?shù)睾铣蓮亩鄠€半導體激光器陣列疊層體射出的光束，生成極高光密度的激光束。所以，本發(fā)明的聚光裝置能夠很好地應用于需要高光密度的固體激光器激勵、打印、材料加工或醫(yī)療的領域中。
權利要求
1.一種聚光裝置，該聚光裝置具有第一光源、第二光源和合成來自所述第一光源的光束與來自所述第二光源的光束的第一合光元件，其特征在于所述第一光源具有含有沿第一方向并列配置的多個活性層的半導體激光器陣列在與所述第一方向垂直的方向上疊層多個的第一半導體激光器陣列疊層體、使從所述多個活性層射出的多個光束在與所述第一方向垂直的面內校準的第一準直透鏡、和接受經(jīng)過所述第一準直透鏡校準的光束，使該光束的橫截面大致旋轉90°的第一光束變換器；所述第二光源具有含有沿第二方向并列配置的多個活性層的半導體激光器陣列在與所述第二方向垂直的方向上疊層多個的第二半導體激光器陣列疊層體、使從所述多個活性層射出的多個光束在與所述第二方向垂直的面內校準的第二準直透鏡、和接受經(jīng)過所述第二準直透鏡校準的光束，使該光束的橫截面大致旋轉90°的第二光束變換器；所述第一合光元件具有接受并透過從所述第一光束變換器射出的光束的透過單元、和接受并反射從所述第二光束變換器射出的光束的反射單元，將透過所述透過單元的光束和由所述反射單元反射的光束合成起來。
2.根據(jù)權利要求1所述的聚光裝置，其特征在于所述第一合光元件的所述透過單元和所述反射單元沿所述激光器陣列的疊層方向都為細長的帶狀；所述第一合光元件是具有交互地配置的所述透過單元和所述反射單元的平板。
3.根據(jù)權利要求2所述的聚光裝置，其特征在于所述第一合光元件對從所述第一光源的活性層射出的光束和從所述第二光源的活性層射出的光束雙方的中心軸傾斜45度的角度；所述第一合光元件的表面與所述第一光源對置；所述第一合光元件的背面與所述第二光源對置。
4.根據(jù)權利要求1～3中任何一項所述的聚光裝置，其特征在于該聚光裝置進一步具有第三光源和第二合光元件；所述第三光源具有含有沿第三方向并列配置的多個活性層的半導體激光器陣列在與所述第三方向垂直的方向上疊層多個的第三半導體激光器陣列疊層體、使從所述多個活性層射出的多個光束在與所述第三方向垂直的面內校準的第三準直透鏡、和接受經(jīng)過所述第三準直透鏡校準的光束，使該光束的橫截面大致旋轉90°的第三光束變換器；所述第二合光元件，具有接受并透過由所述第一合光元件合成的光束的透過單元、和接受并反射從所述第三光束變換器射出的光束的反射單元，將透過所述透過單元的光束和由所述反射單元反射的光束合成起來。
5.根據(jù)權利要求1～3中任何一項所述的聚光裝置，其特征在于該聚光裝置進一步具有第三光源和第二合光元件；所述第三光源具有含有沿第三方向并列配置的多個活性層的半導體激光器陣列在與所述第三方向垂直的方向上疊層多個的第三半導體激光器陣列疊層體、使從所述多個活性層射出的多個光束在與所述第三方向垂直的面內校準的第三準直透鏡、和接受經(jīng)過所述第三準直透鏡校準的光束，使該光束的橫截面大致旋轉90°的第三光束變換器；所述第二合光元件，具有接受并透過從所述第三光束變換器射出的光束的透過單元、和接受并反射由所述第一合光元件合成的光束的反射單元，將透過所述透過單元的光束和由所述反射單元反射的光束合成起來。
6.根據(jù)權利要求4或5所述的聚光裝置，其特征在于所述第二合光元件的所述透過單元和所述反射單元沿所述半導體激光器陣列的疊層方向都為細長的帶狀；所述第二合光元件是具有交互地配置的所述透過單元和所述反射單元的平板。
7.根據(jù)權利要求6所述的聚光裝置，其特征在于所述第二合光元件對由所述第一合光元件合成的光束和從第三光源的活性層射出的光束的中心軸傾斜45度的角度；所述第二合光元件的表面與所述第一合光元件對置；所述第二合光元件的背面與所述第三光源對置。
全文摘要
聚光裝置具有多個光源(10、20)和合光元件(30)。這些光源(10、20)分別具有半導體激光器陣列疊層體(12、22)、準直透鏡(16、26)和光束變換器(18、28)。因為合光元件(30)合成來自疊層體(12)的光束和來自疊層體(22)的光束，所以能夠生成高光密度的激光束。合光元件(30)的透過單元(32)和反射單元(34)，優(yōu)選為沿疊層體(12、22)的疊層方向為細長的帶狀，這時，即便多個活性層(14、24)具有位置偏離，也可以由合光元件(30)適當?shù)亟邮?、合成從活性?14、24)射出的光束。
文檔編號G02B19/00GK1675578SQ0381863
公開日2005年9月28日 申請日期2003年8月28日 優(yōu)先權日2002年8月30日
發(fā)明者鄭宇進, 宮島博文, 菅博文 申請人:浜松光子學株式會社