激光装置的制造方法_2

文档序号:9583771阅读:来源:国知局
激光阵列堆桟ΙΑ?LS (^对应地配置,与各半导体激光阵列堆桟LS:?LS N的发光区域14相对。准直透镜堆栈16具有在X轴方向上延伸并与多个半导体激光阵列12分别对应的多个柱面透镜。各柱面透镜进行从对应的半导体激光阵列12射出的激光La的快轴方向的平行化。
[0036]通过准直透镜堆栈16进行了快轴方向的平行化后的激光光束Ln向对应的第η个的第一棱镜ΡΑη的光入射面21入射。第一棱镜PA PAW如为由玻璃、石英等的透明材料构成的棱镜,具有光入射面21和光射出面22。本实施方式的第一棱镜PAi? PA N的沿YZ平面的截面呈平行四边形(例如菱形)等的形状,该平行四边形的一个边成为光入射面21,与该一个边平行的另一个边成为光射出面22。
[0037]第η个第一棱镜ΡΑη使入射到光入射面21的激光光束Ln透过,并从光射出面22射出。光入射面21相对于XZ平面倾斜,激光光束Ln向光入射面21入射时,激光光束L n相对于光射出方向(Z轴方向)仅折射规定角度。此外,光射出面22相对于光入射面21平行,激光光束Ln从光射出面22射出时,激光光束Ln在与之前的折射相反的方向上再次仅折射上述规定角度,再次沿光射出方向(Z轴方向)行进。这样,第一棱镜PAn使激光光束匕的光轴向与该光轴交叉的方向(在本实施方式中为Y轴方向)偏移。换言之,第一棱镜PAj/fi从光射出面22射出的激光光束Ln的光轴相对于向光入射面21入射的激光光束L n的光轴大致平行并且向Y轴方向移动。
[0038]此外,在本实施方式中,第(2k_l)个(其中,k为1以上K以下的整数)第一棱镜PA2k:与第2k个第一棱镜PA 215在Y轴方向上彼此相邻地配置,第一棱镜PA 2k:的光入射面21和光射出面22与第一棱镜PA2k的光入射面21和光射出面22夹着沿XZ平面的基准面AA!JS置在对称的位置。然后,入射到第一棱镜PA2k i的光入射面21的激光光束L2k i向接近相邻的激光光束L2k的方向折射,此外,入射到第一棱镜PA 2k的光入射面21的激光光束L 2k向接近相邻的激光光束L2k:的方向折射。由此,在这些激光光束L 2k 从光射出面22射出时,激光光束L2k n L2k彼此的间隔缩小,形成由一对光束L 2k p L2k构成的激光光束组LA ko该激光光束组LAjft原来的光射出方向(Z轴方向)行进。另外,虽然构成本实施方式的激光光束组LAk的激光光束L 2k p L2k彼此相邻地行进,但是彼此不重叠,具有例如1mm左右的间隔。
[0039]第二棱镜PBf PB κ是例如由玻璃、石英等的透明材料构成的棱镜,具有光入射面23和光射出面24。本实施方式的第二棱镜PB1、PB κ与第一棱镜PA PA N相同,在沿YZ平面的截面上呈平行四边形(例如菱形)等的形状,该平行四边形的一个边成为光入射面23,与该一个边平行的另一个边成为光射出面24。
[0040]从第一棱镜PA2k n PA21^出的激光光束L 2k p L2k作为激光光束组LA k向第k个第二棱镜PBk的光入射面23入射。第二棱镜PB k使入射到光入射面23的激光光束组LA 15透过,并从光射出面24射出。光入射面21相对于XZ平面倾斜,激光光束组LAk向光入射面23入射时,激光光束组1^\相对于光射出方向(Z轴方向)仅折射规定角度。此外,光射出面24相对于光入射面21平行,激光光束组1^\从光射出面24射出时,激光光束组LA k在与之前的折射相反的方向上再次仅折射上述规定角度,再次沿光射出方向(Z轴方向)行进。这样,第二棱镜PBk使激光光束组LA 4勺光轴向与该光轴交叉的方向(在本实施方式中为Y轴方向)偏移。换言之,第二棱镜PBk使从光射出面24射出的激光光束组LAk的光轴相对于向光入射面23入射的激光光束组1^\的光轴大致平行并且向Y轴方向移动。
[0041]此外,在本实施方式中,第(2m-l)个(其中,m为1以上Μ以下的整数。Μ = Ν/4)第二棱镜PB2ni i与第(2m)个第二棱镜PB 2?在Y轴方向上彼此相邻地配置,第二棱镜PB 2η ι的光入射面23和光射出面24与第二棱镜ΡΒ2ηι的光入射面23和光射出面24夹着沿ΧΖ平面的基准面ABJS置在对称的位置。因而,入射到第二棱镜PB 2n i的光入射面23的激光光束组LA2n1:向接近相邻的激光光束组LA 2?的方向折射,此外,入射到第二棱镜PB 2?的光入射面23的激光光束组LA2ni向接近相邻的激光光束组LA 2n:的方向折射。由此,在这些激光光束组LA2ni ι、LA2ni从光射出面24射出时,激光光束组LA 2ni 1、LA2ni彼此的间隔缩小,形成由一对光束组LA2ni n LA2ni构成的激光光束组LB n0该激光光束组LBm沿原来的光射出方向(Z轴方向)行进。另外,虽然构成本实施方式的激光光束组LBm的激光光束组LA 2n pLAh彼此相邻地行进,但是彼此不重叠,是具有例如1_左右的间隔的不重叠。即,在一个激光光束组LB?包含四个激光光束Ln,且这些激光光束1^在Y轴方向上排列,彼此不重叠,例如在相邻的激光光束之间具有1mm左右的间隔。
[0042]本实施方式的激光装置1A进一步包括成像光学系统18。成像光学系统18将透过第一棱镜PAi? PA N和第二棱镜PB PB卩后的各激光光束L L N在与慢轴方向交叉的面内(在本实施方式中为YZ平面内)按每激光光束进行聚光。此外,成像光学系统18在该面内将各激光光束Li?L N的光轴按每激光光束进行偏向。
[0043]具体而言,成像光学系统18包括N个成像透镜Fi?F N个偏向光学元件D:?0(^而构成。成像透镜F:?F (^与N个激光光束L:?L N—对一对应地设置,第η个成像透镜Fn将对应的激光光束L ?在YZ平面内聚光。另外,在本实施方式中,成像透镜F F ,在XZ平面内不具有聚光作用,激光光束I^?L ,在XZ平面内不被聚光。
[0044]此外,成像透镜Fi?F ,在成像光学系统18与Z轴方向的规定位置Q之间产生各激光光束1^?“的聚光点P:?P N。更详细而言,成像透镜Fi?焦点距离比成像光学系统18与规定位置Q的距离短,激光光束Li?LN在规定位置Q的跟前进行一端收敛后再次扩大并通过规定位置Q。
[0045]偏向光学元件D1、D N个激光光束L L N—对一对应地设置,第η个偏向光学元件Dn将对应的激光光束L ?在YZ平面内偏向。此处,将激光光束L n偏向是指稍微改变激光光束Ln的光轴的朝向,在本实施方式中,激光光束匕的光轴以Z轴方向为基准而向Y轴方向稍微倾斜。
[0046]这样的激光光束Ln的偏向以在Z轴方向的规定位置Q上N个激光光束L广L互重叠的方式进行。换言之,从X轴方向看时的激光光束1^?1^的各光轴通过偏向光学元件Di?D (^后,在规定位置Q上相互重叠。具有这样的作用的偏向光学元件D:?DN例如通过楔形棱镜实现。在规定位置Q,例如配置有照射对象物。作为该照射对象物,例如能够列举配置在激光谐振器的谐振光路上,通过供给激发光而产生放出光的固体激光介质。
[0047]本实施方式的激光装置1A进一步包括慢轴准直透镜41、42和43。慢轴准直透镜41是本实施方式中的第二准直部,慢轴准直透镜43是本实施方式中的第三准直部。慢轴准直透镜41配置在准直透镜堆栈16与第一棱镜PAi? PA N之间的光轴上,进行包含于激光光束Ln的激光La的慢轴方向(在本实施方式中为X轴方向)的平行化。慢轴准直透镜42配置在第一棱镜PAi? PA N与第二棱镜PB PB K之间的光轴上,进行包含于激光光束组LA k的激光La的慢轴方向的平行化。慢轴准直透镜43配置在第二棱镜PBi? PB κ与成像光学系统18之间的光轴上,进行包含于激光光束组LB?的激光La的慢轴方向的平行化。
[0048]对通过具备以上的结构的本实施方式的激光装置1A所获得的效果进行说明。在该激光装置1A中,从N个半导体激光阵列堆栈ΙΑ?LS ,射出的激光光束L L N的光轴通过棱镜光学系统10A (第一棱镜PAi? PA N、第二棱镜PBi? PB κ)而被偏移,由此,激光光束Li?L N彼此的间隔被缩小。通过设置这样的棱镜光学系统10A,不需要使多个半导体激光阵列堆栈IA?LS N彼此相邻,因此能够利用半导体激光阵列堆栈LS LS N之间的间隙充分地进行冷却,此外,因为利用简单的冷却装置就足够了,所以能够避免冷却装置的大型化。此外,因为能够由棱镜光学系统10A那样的简易的结构将激光光束1^?1^集中,所以能够将激光装置1A进一步小型化。
[0049]此外,根据该激光装置1A,因为使用棱镜光学系统10A传送激光光束Li?L N,所以能够以小的空间、低损失(例如几%以下)地长距离(例如lm以上)传送激光光束U?Ln。此外,在任意的位置Q上具有均匀性高的空间强度分布,能够在任意的大小(例如lcm见方)的区域内以足够的光强度(例如几十kW/cm2以上)使激光光束Li?LN聚焦。
[0050]此外,在该激光装置1A中,成像光学系统18将各激光光束Li?L N按每束光束进行聚光,在成像光学系统18与规定位置Q之间产生各激光光束1^?L (^的聚光点P:?P N。由此,能够提高规定位置Q上的激光量的均匀性,能够对例如设置在规定位置Q的照射对象物赋予均匀的光强度的激光光束。再有,在该激光装置1A中,成像光学系统18将均匀的N个激光光束Li?L N以在规定位置Q上相互重叠的方式按每束光束进行偏向。由此,在规定位置Q上均匀的N个激光光束Li?LN相互重叠,因此,即使在半导体激光阵列堆栈LS广LSN中任意的一部分发生劣化且其影响在一个激光光束L n
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