JP2001083460A - レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ光の光パワー密度を均一化させ、製造
が容易で低コスト化を図ることができるレーザ装置を提
供すること。 【解決手段】 本発明は、光軸１３，２９の垂直面内で
発光パターンがストライプ状になる第１平行光束（第１
光束）、第２平行光束（第２光束）をＰＢＳ２の偏光膜
６表面、裏面に入射しそれらの合成光を出射するレーザ
装置において、ストライプ長手方向に振動する第１電界
成分を持つ第１光束を第１電界成分が偏光膜６表面にｐ
偏光となるようＰＢＳ２に入射する手段、そのストライ
プ長手方向の垂直方向に振動する第２電界成分を持つ第
２光束を第２電界成分が偏光膜６裏面にｓ偏光となるよ
うＰＢＳ２に入射する手段を備える。この場合、第１電
界成分は偏光膜６表面にｐ偏光として入射され、第２電
界成分は偏光膜６裏面にｓ偏光として入射されるため、
偏光膜６で第１、第２光束のストライプが平行となり得
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばレーザ加
工、固体レーザ励起等に使用されるレーザ装置に係り、
より詳細には、いわゆる半導体レーザアレイスタックを
用いたレーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ加工用のレーザ装置として、従来
から、例えば高出力のＮｄ：ＹＡＧレーザ装置等が用い
られている。Ｎｄ：ＹＡＧレーザ装置は、励起用光源か
ら出射される光をＹＡＧレーザ素子に照射することによ
りＹＡＧレーザ素子から高い光パワー密度を持ったレー
ザ光を出力する。励起用光源としては、半導体レーザが
よく用いられ、特に、活性層がいくつかのストライプに
分割されたアレイ構造を持つ半導体レーザアレイを複数
積層した半導体レーザアレイスタックは、比較的高出力
を得られる半導体レーザとして注目を集めている。

【０００３】例えば特開平４−７８１８０号公報に記載
されるレーザ装置は、励起用光源として２個の半導体レ
ーザアレイスタックを用い、互いに直交する２方向か
ら、光軸に直交する面内でストライプ状となる２つの平
行光束を偏光ビームスプリッタに入射し、その合成光を
集光してＹＡＧレーザ素子に照射する。このレーザ装置
において、半導体レーザアレイスタックは、それらから
出射される平行光束のストライプが互いに直交するよう
に、即ち合成光の発光パターンが格子状となるように配
置されている。

【０００４】一方、特開平１１−７２７４３号公報に開
示されるレーザ装置は、半導体レーザアレイスタックを
それぞれ有する２つの光源から出力される平行光束を、
透光板を用いて合成するものであり、透光板の表面には
Ａｕ等からなる光反射膜が１ｍｍ程度あるいはそれ以下
のピッチサイズでストライプ状にコーティングされてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の公報に記載のレーザ装置は、以下のような問題
点を有していた。

【０００６】即ち、特開平４−７８１８０号公報に記載
されるレーザ装置においては、偏光ビームスプリッタで
合成される合成光の発光パターンが格子状になるため、
光強度分布が空間的に不均一となる。特に、半導体レー
ザアレイスタックは、比較的高出力で動作するので、光
の重なった部分の光強度は特に大きく、その光強度によ
って偏光ビームスプリッタが破損するおそれがある。

【０００７】また、特開平１１−７２７４３号公報に記
載されたレーザ装置においては、Ａｕ等からなる光反射
膜が透光板の表面に１ｍｍ程度あるいはそれ以下のピッ
チサイズでストライプ状にコーティングされているた
め、透光板の製造が面倒であり、コストも高くなる。

【０００８】そこで、本発明は、レーザ光の光パワー密
度を均一化させると共に、製造が容易で且つ低コスト化
を図ることができるレーザ装置を提供することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、光軸に垂直な面内で発光パターンがスト
ライプ状になる第１平行光束及び第２平行光束を偏光ビ
ームスプリッタの偏光膜の表面及び裏面にそれぞれ入射
し、第１平行光束及び第２平行光束の合成光を出射する
レーザ装置において、第１平行光束として、そのストラ
イプの長手方向に振動する第１電界成分を有するもの
を、第１電界成分が偏光膜の表面に対しｐ偏光となるよ
う偏光ビームスプリッタに入射する第１光入射手段と、
第２平行光束として、そのストライプの長手方向に垂直
な方向に振動する第２電界成分を有するものを、第２電
界成分が偏光膜の裏面に対しｓ偏光となるよう偏光ビー
ムスプリッタに入射する第２光入射手段とを備えること
を特徴とする。

【００１０】本発明によれば、第１光入射手段から、第
１平行光束が偏光ビームスプリッタの偏光膜表面に入射
されると、偏光膜表面に対し第１平行光束の第１電界成
分がｐ偏光となるため、第１平行光束は偏光膜を透過す
る。一方、第２光入射手段から、第２平行光束が偏光ビ
ームスプリッタの偏光膜裏面に入射されると、偏光膜裏
面に対し第２平行光束の第２電界成分がｓ偏光となるの
で、第２平行光束は偏光膜裏面で反射される。ここで、
偏光膜の表面に対しては、ストライプの長手方向に振動
する第１電界成分がｐ偏光として入射され、偏光膜の裏
面に対しては、ストライプの長手方向に垂直な方向に振
動する第２電界成分がｓ偏光として入射されるため、偏
光膜において、第１平行光束と第２平行光束のストライ
プを平行にすることが可能となる。従って、第１平行光
束と第２平行光束のストライプが互いに交差することな
く合成され得る。また、偏光膜の裏面でｓ偏光が選択的
に反射されるため、反射率の向上を図るために、偏光膜
裏面に反射膜等をコーティングする必要がなくなる。

【００１１】上記発明においては、例えば、第１光入射
手段が、第１平行光束としてＴＥモードの平行光束を偏
光膜の表面に入射する第１光源を備え、第２光入射手段
が、第２平行光束としてＴＭモードの平行光束を偏光膜
の裏面に入射する第２光源を備えることが可能である。

【００１２】また、上記発明において、第１光入射手段
は、四角形状に４点配列され、内側に向けて、出射光軸
に垂直な面内で発光パターンがストライプ状となるよう
に平行光束を出射する４つの第１光源と、第１光源の内
側に配置され、第１光源からそれぞれ出射される平行光
束を同一方向に反射する４つの反射面を有する第１反射
体とを備え、第２光入射手段は、四角形状に４点配列さ
れ、内側に向けて、出射光軸に垂直な面内で発光パター
ンがストライプ状となるように平行光束を出射する４つ
の第２光源と、第２光源の内側に配置され、第２光源か
らそれぞれ出射される平行光束を同一方向に反射する４
つの反射面を有する第２反射体とを備え、第１光入射手
段は、第１反射体で反射される４つの平行光束を第１平
行光束として偏光膜の表面に入射するものであり、第２
光入射手段は、第２反射体で反射される４つの平行光束
を第２平行光束として偏光膜の裏面に入射するものであ
ることが好ましい。

【００１３】この発明によれば、４つの第１光源から出
射される平行光束は、第１反射体の４つの反射面で同一
方向に反射され、この平行光束が第１平行光束として、
偏光ビームスプリッタの偏光膜表面に入射される。一
方、４つの第２光源から出射される平行光束は、第２反
射体の４つの反射面で同一方向に反射され、この平行光
束が第２平行光束として、偏光ビームスプリッタの偏光
膜裏面に入射される。このとき、第１及び第２平行光束
の光パワー密度はそれぞれ、第１及び第２光入射手段と
してそれぞれ単一の光源を用いる場合に比べて４倍にな
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明のレー
ザ装置の好適な実施形態について説明する。なお、全図
中、同一又は同等の構成要素については、同一の符号を
付す。

【００１５】図１は、本発明のレーザ装置の第１実施形
態を示す斜視図である。図１に示すように、レーザ装置
５０は偏光ビームスプリッタ２を備えており、偏光ビー
ムスプリッタ２はフラット面１上に配置されている。偏
光ビームスプリッタ２としては、例えば一対の直角三角
柱状の透光性部材４ａ，４ｂを偏光膜としての誘電体多
層膜６を介して貼り合わせたものが用いられる。偏光ビ
ームスプリッタ２としては、透光板に偏光膜としての誘
電体多層膜をコーティングした平板状のものでもよい。

【００１６】透光性部材４ａは、フラット面１に垂直な
第１受光面８ａを有し、透光性部材４ｂはフラット面１
に垂直な第２受光面８ｂを有し、第１受光面８ａ及び第
２受光面８ｂは互いに直交している。また、誘電体多層
膜６の透光性部材４ａ側の表面及び透光性部材４ｂ側の
裏面もフラット面１に垂直であり、且つ第１受光面８ａ
及び第２受光面８ｂに対して所定の角度（例えば４５
°）をなして傾いている。さらに、第１受光面８ａに対
向する位置には、第１光源（第１光入射手段）９が配置
され、第２受光面８ｂに対向する位置には、第２光源
（第２の光出射手段）１１が配置されている。

【００１７】ここで、第１光源９及び第２光源１１の構
成について説明する。

【００１８】まず第１光源９は、図２に示すように、半
導体レーザアレイスタック１０を備えている。半導体レ
ーザアレイスタック１０は、フラット面１に垂直な方向
に対向配置される一対の平板状電極１２ａ，１２ｂを有
し、電極１２ａ，１２ｂ間には、プレート状の複数の半
導体レーザアレイ（図２では３つ）１４がフラット面１
に垂直な方向に沿って積層されている。各半導体レーザ
アレイ１４は、活性層がいくつかのストライプに分割さ
れたアレイ構造を有している。そして、半導体レーザア
レイスタック１０は、その出射光軸１３が偏光ビームス
プリッタ２の第１受光面８ａに直交するように配置され
ている。従って、電極１２ａ，１２ｂ間に電圧を印加す
ると、半導体レーザアレイスタック１０からは、フラッ
ト面１に垂直な方向に並んだ複数の平面状のレーザ光が
出射され、出射光軸１３に垂直な面７内で発光パターン
がストライプ状になる。

【００１９】また、各半導体レーザアレイ１４は、例え
ばダブルヘテロ構造、あるいは無歪み又は圧縮歪みを持
った量子井戸構造で構成されている。半導体レーザアレ
イ１４がダブルヘテロ構造で構成されている場合、ＴＥ
モード、ＴＭモードの利得は互いに同程度であり、閉込
め係数及び内部損失も大差はない。しかし、端面反射率
は、ＴＥモードに対する値の方がＴＭモードに対する値
に比べて非常に大きい。このため、ＴＥモードでの発振
となる。また、半導体レーザアレイ１４が無歪みの量子
井戸構造で構成されている場合、例えばＡｌＧａＡｓ
（クラッド層）／ＧａＡｓ（活性層）材料系からなると
き、利得はＴＥモードの方が大きくなる。このため、Ｔ
Ｅモードでの発振となる。また、半導体レーザアレイ１
４が圧縮歪みの量子井戸構造で構成されている場合、例
えばＩｎＧａＡｓ（クラッド層ないし障壁層）／ＧａＡ
ｓ（活性層ないし量子井戸層）材料系からなるときは、
利得はＴＥモードの方が大きくなる。このため、この場
合もＴＥモードでの発振となる。

【００２０】従って、半導体レーザアレイスタック１０
から出射されるレーザ光束は、そのストライプの長手方
向に沿って振動する電界成分（第１電界成分）を有す
る。

【００２１】各半導体レーザアレイ１４は、例えば金
属、セラミックまたはダイヤモンド等からなる一対のプ
レート状の高熱伝導性ヒートシンク１６によって挟持さ
れている。そして、これらヒートシンク１６を介して半
導体レーザアレイ１４を冷却するために、ＢｅＯ、Ａｌ
Ｎ、ＳｉＣ、ダイヤモンド等の高熱伝導材料からなりヒ
ートシンク１６と接触する電気絶縁板１８を介して水冷
タンク２０が設けられ、この水冷タンク２０の内部と外
部との間で冷却水が循環している。従って、半導体レー
ザアレイスタック１０の作動中における半導体レーザア
レイ１４の過度の発熱が防止される。

【００２２】また、第１光源９は、半導体レーザアレイ
スタック１０から出射されるレーザ光束のフラット面１
に垂直な方向の広がりを抑えて平行光化するために、半
導体レーザアレイ１４の出射側に近接配置される複数の
シリンドリカルレンズ２２を備えている。更に、第１光
源９は、シリンドリカルレンズ２２を通過したレーザ光
束のフラット面１に平行な方向の広がりを抑えるため
に、シリンドリカルレンズ２２の近傍にマイクロレンズ
アレイ２４を備えている。従って、半導体レーザアレイ
スタック１０から出射されるレーザ光束は、シリンドリ
カルレンズ２２及びマイクロレンズアレイ２４によって
平行化され、第１平行光束として第１光源９から出射さ
れる。

【００２３】こうして第１光源９から出射される第１平
行光束は、そのストライプ１５がフラット面１に垂直な
方向に配列され、誘電体多層膜６の表面もフラット面１
に垂直となっているため（図１参照）、ストライプの長
手方向に振動する電界成分は、偏光ビームスプリッタ２
の誘電体多層膜６の表面に対しｐ偏光となる。このた
め、第１平行光束は偏光ビームスプリッタ２を透過す
る。

【００２４】一方、第２光源１１は以下のように構成さ
れる。

【００２５】即ち、第２光源１１は、図１に示すよう
に、各半導体レーザアレイ２６がＴＭモードの光を出射
するように構成されている以外は第１光源９と同様な構
成を有する。第２光源１１は、半導体レーザアレイスタ
ック２８を有し、半導体レーザアレイスタック２８は、
その出射光軸２９が偏光ビームスプリッタ２の第２受光
面８ｂに直交するように配置され、この出射光軸２９
は、第１光源９の出射光軸１３と直交している。従っ
て、電極１２ａ，１２ｂ間に電圧を印加すると、半導体
レーザアレイスタック２８からは、フラット面１に垂直
な方向に並んだ複数の平面状のレーザ光が第２受光面８
ｂに向けて出射され、出射光軸２９に垂直な面内で発光
パターンがストライプ状になる。

【００２６】ここで、第２光源１１から出射される第２
平行光束がＴＭモード光となるためには、第２光源１１
の半導体レーザアレイ２６が、引張り歪みを持った量子
井戸構造で構成される必要がある。即ち、量子井戸層の
格子定数が障壁層の格子定数よりも小さい場合、引張り
歪みによりバンド構造が変化しＴＭモード発振が起こ
る。より詳細に説明すると、図３に示すように、歪みの
無いバルク半導体では、価電子帯の重い正孔帯（ＨＨ）
と軽い正孔帯（ＬＨ）の上端は縮退している（図３
（ａ）参照）が、歪みが加わるとその縮退が解け、圧縮
歪みでは重い正孔帯（ＨＨ）が価電子帯上端に（図３
（ｂ）参照）、引張り歪みでは軽い正孔帯（ＬＨ）が価
電子帯上端になる（図３（ｃ）参照）。従って、圧縮歪
みでは、電子−重い正孔間（Ｅ−ＨＨ）遷移が、引張り
歪みでは電子−軽い正孔帯（Ｅ−ＬＨ）遷移が主要な遷
移となる。そして、Ｅ−ＨＨ遷移は、ＴＥ波の増幅に寄
与し、Ｅ−ＬＨ遷移はＴＭ波の増幅に寄与する。

【００２７】具体的には、半導体レーザアレイ２６は、
例えばＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＰ材料系、あるいはＩ
ｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ材料系で構成され、各元
素の混晶比を適当に選ぶことにより半導体レーザアレイ
２６に引張り歪みが導入される。なお、図３（ａ）〜
（ｃ）において、縦軸はエネルギー、横軸は波数を表
す。

【００２８】こうして量子井戸構造に引張り歪みを導入
すると、ＴＭモード発振が起こり、第２平行光束は、Ｔ
Ｍモード光となる。従って、第２平行光束は、そのスト
ライプの長手方向に垂直な方向に振動する電界成分（第
２電界成分）を有する。そして、この電界成分は、偏光
ビームスプリッタ２の誘電体多層膜６の裏面に対しｓ偏
光となるので、第２平行光束は誘電体多層膜６の裏面で
選択的に反射される。

【００２９】次に、前述した構成を有するレーザ装置５
０の動作について説明する。

【００３０】まず、第１光源９において電極１２ａ，１
２ｂ間に電圧を印加すると、半導体レーザアレイスタッ
ク１０からその出射光軸１３に垂直な面７内で発光パタ
ーンがストライプ状となるレーザ光束が出射され、この
レーザ光束は、シリンドリカルレンズ２２及びマイクロ
レンズアレイ２４によって平行化され、第１平行光束と
して偏光ビームスプリッタ２の第１受光面８ａに向けて
出射される。第１平行光束は、透光性部材４ａを透過し
て誘電体多層膜６の表面に入射する。このとき、第１平
行光束は、誘電体多層膜６の表面に対しｐ偏光となるの
で、誘電体多層膜６を透過する。

【００３１】一方、第２光源１１において、電極１２
ａ，１２ｂ間に電圧を印加すると、半導体レーザアレイ
スタック２６からレーザ光束が出射され、このレーザ光
束は、シリンドリカルレンズ２２及びマイクロレンズア
レイ２４によって平行化され、第２平行光束として偏光
ビームスプリッタ２の第２受光面８ｂに向けて出射され
る。第２平行光束は、透光性部材４ｂを透過して誘電体
多層膜６の裏面に入射する。このとき、第２平行光束
は、誘電体多層膜６の裏面に対しｓ偏光となるので、誘
電体多層膜６の裏面で反射される。

【００３２】このとき、第１平行光束のストライプがフ
ラット面１に垂直な方向に配列され、第２平行光束のス
トライプもフラット面１に垂直な方向に配列されるた
め、誘電体多層膜６において、第１平行光束と第２平行
光束のストライプが互いに平行になり得る。従って、誘
電体多層膜６を透過する第１平行光束のストライプと、
誘電体多層膜６の裏面で反射される第２平行光束のスト
ライプとが互いに交差することなく合成されることが可
能となり、合成光の光パワー密度が均一となる。このた
め、比較的高出力で動作する半導体レーザアレイスタッ
ク１０，２８を有する第１光源９及び第２光源１１を用
いる場合でも、過大な光強度による偏光ビームスプリッ
タ２の破損が十分に防止される。

【００３３】さらに、誘電体多層膜６の裏面でｓ偏光が
選択的に反射されるため、反射率の向上を図るべく誘電
体多層膜６の裏面に、Ａｕ等からなる反射膜をコーティ
ングする必要がなくなる。従って、レーザ装置５０の製
造が容易となり、また、コストも低減することができ
る。

【００３４】こうして合成された合成光は、集光レンズ
等で集光することによりレーザ加工や固体レーザ励起等
に利用することができる。

【００３５】次に、本発明のレーザ装置の第２の実施形
態について説明する。

【００３６】図４は、本発明のレーザ装置の第２実施形
態を概略的に示す斜視図である。図４に示すように、本
実施形態に係るレーザ装置７０においては、第１光入射
手段２９は、偏光ビームスプリッタ２の第１受光面８ａ
に平行な第１フラット面３０上に配置され、第２光入射
手段３１は、第２受光面８ｂに平行な第２フラット面３
２上に配置され、レーザ装置７０は、第１光入射手段２
９及び第２光入射手段３１が以下のように構成されてい
る点で第１実施形態のレーザ装置５０と異なっている。

【００３７】即ち、まず第１光入射手段２９は、四角形
状に４点配列される４つの第１光源３４ａ，３４ｂ，３
４ｃ，３４ｄを備えている。第１光源３４ａ〜３４ｄの
配置形状としては、四角形状であればよく、例えば正方
形状、長方形状、菱形形状等を採用することができる。

【００３８】また、４つの第１光源３４ａ〜３４ｄの内
側には、第１光源３４ａ〜３４ｄから出射される平行光
束を同一方向に且つ第１フラット面１３０に垂直な方向
に反射する第１反射体３６が配置され、第１反射体３６
は、各第１光源３４ａ〜３４ｄから出射される平行光束
を偏光ビームスプリッタ２の第１受光面８ａに向けて反
射する。

【００３９】ここで、第１反射体３６の構成について説
明する。

【００４０】図５は、第１反射体３６の構成を示す斜視
図である。図５に示すように、第１反射体３６は、第１
フラット面３０上に配置される直方体状の固定台３８を
有し、固定台３８の上面上には４つの反射部４０ａ〜４
０ｄが固定されている。反射部４０ａ〜４０ｄはそれぞ
れ、固定台３８の上面と４５°の角度をなす反射面４２
ａ〜４２ｄを有し、反射面４２ａ〜４２ｄはそれぞれ固
定台３８の上面の周縁部を交線としている。４つの反射
面４２ａ〜４２ｄは、これらを右回りにみたとき、固定
台３８の上面に直交する軸Ｃの回りに９０°ずつ回転し
た状態でそれぞれ配置されている。

【００４１】反射部４０ａ〜４０ｄとしては、図６にも
示すように、例えば互いに直交する２つの直交面４４
ａ，４４ｂと、これら直交面４４ａ，４４ｂと４５°の
角度をなす斜面４６とを有し且つ断面が二等辺三角形状
の三角柱状体が用いられる。こうした三角柱状体は、例
えばガラスや金属等からなる。三角柱状体は、直交面４
４ａ又は４４ｂが固定台３８の上面に接し且つ第１光源
３４ａ〜３４ｄから出射される平行光束が固定台３８の
上方に反射されるように固定台３８に固定されること、
即ち斜面４６が反射面４２ａ〜４２ｄとなっていること
が好ましい。これにより、４つの反射部４０ａ〜４０ｄ
のそれぞれの反射面４２ａ〜４２ｄが互いに近接するこ
ととなり、各反射面４２ａ〜４２ｄで出射される平行光
束が互いに近接する。従って、これら平行光束群の光強
度分布の均一化が図られる。また、４つの平行光束が近
接するので、これら平行光束群を受光する偏光ビームス
プリッタ２を小型化することが可能となる。

【００４２】ここで、三角柱状体の斜面４６上には、図
７に示すように、誘電体多層膜４８がコーティングされ
ることが好ましい。この場合、誘電体多層膜４８の表面
が反射面４２ａを構成する。これにより、第１光源３４
ａから出射される平行光束の反射率がより向上し、レー
ザ装置７０から出射される光パワー密度が増加する。

【００４３】一方、第１光源３４ａ〜３４ｂとしては、
第１実施形態の第１光源９と同様の構成を有するものが
用いられる。図４に示すように、第１光源３４ａ〜３４
ｄの出射光軸５２ａ〜５２ｄはいずれも第１フラット面
３０に平行となっている。更に、半導体レーザアレイス
タック１０は、隣接する半導体レーザアレイスタック１
０同士の半導体レーザアレイ１４の積層方向が互いに直
交するように配置され、且つ第１反射体３６で反射され
る４つの平行光束が偏光ビームスプリッタ２の誘電体多
層膜６の表面に対しｐ偏光となるように配置されてい
る。

【００４４】従って、半導体レーザアレイスタック１０
からは、第１フラット面３０に垂直な方向に並んだ複数
の平面状のレーザ光束が出射され、このレーザ光束は、
シリンドリカルレンズ２２及びマイクロレンズアレイ２
４（図４では省略）によって平行化され、平行光束とし
て出射される。

【００４５】ここで、第１光源３４ａの半導体レーザア
レイスタック１０から出射される平行光束はＴＥモード
であり、そのストライプの長手方向に振動する電界成分
（第１電界成分）を有する。そして、第１光源３４ａ
は、図８に示すように、第１反射体３６に対して、その
出射光軸５２ａが反射面４２ａと交差するように配置さ
れている。従って、第１光源３４ａから出射される平行
光束は、反射面４２ａの方向に向けて出射される。

【００４６】ここで、第１光源３４ａの出射光軸５２ａ
は、第１フラット面３０に平行となっているため、第１
光源３４ａの出射光軸５２ａは反射面４２ａと４５°の
角度をなすことになる。このため、反射面４２ａで反射
される平行光束の反射光軸５４ａは、第１フラット面３
０に直交する。従って、第１光源３４ａからは、出射光
軸５２ａに沿って平行光束が出射され、平行光束は反射
面４２ａで上方に向かって反射される。

【００４７】第１光源３４ｂは、図９に示すように、第
１光源３４ａに対し第１反射体３６を介して対向配置さ
れ、第１光源３４ｂの出射光軸５２ｂは、第１フラット
面３０に平行で且つ反射面４２ｂと交差している。一
方、第１光源３４ｃ、３４ｄは、第１光源３４ａ，３４
ｂを結ぶ方向と直交する方向に沿って配置され、第１光
源３４ｃ，３４ｄ間には第１反射体３６が配置されてい
る。また、第１光源３４ｃ，３４ｄの出射光軸５２ｃ，
５２ｄはそれぞれ第１フラット面３０に平行となってい
る。そして、第１光源３４ｃは、反射面４２ｃに対向
し、その出射光軸５２ｃは反射面４２ｃと交差してい
る。また、第１光源３４ｄは、反射面４２ｄに対向し、
その出射光軸５２ｄは反射面４２ｄと交差している。

【００４８】ここで、第１光源３４ｂ〜３４ｄの出射光
軸５２ａ〜５２ｄはそれぞれ、反射面４２ｂ〜４２ｄと
４５°の角度をなしているため、反射面４２ｂ〜４２ｄ
で反射される平行光束の反射光軸５４ａ〜５４ｄは第１
フラット面３０に直交する。従って、第１光源３４ａ〜
３４ｄの反射光軸５４ａ〜５４ｄは互いに平行となる。

【００４９】一方、図４に示すように、第２光入射手段
３１は、第１光源３４ａ〜３４ｄに代えて、第１実施形
態の第２光源１１と同様の第２光源５６ａ〜５６ｄを用
いた以外は、第１光入射手段２９と同様の構成を有す
る。但し、第２光源５６ａ〜５６ｄは、第２反射体３６
で反射される平行光束のストライプが互いに平行とな
り、且つそのストライプの長手方向に垂直な方向に振動
する電界成分が誘電体多層膜６の裏面に対してｓ偏光と
なるように配置されている。

【００５０】次に、前述した構成を有するレーザ装置７
０の動作について説明する。

【００５１】まず、第１光源３４ａ〜３４ｄのそれぞれ
において電極１２ａ，１２ｂ間に電圧を印加すると、各
半導体レーザアレイスタック１０から出射されるレーザ
光束は、シリンドリカルレンズ２２及びマイクロレンズ
アレイ２４によって平行光化され、出射光軸５２ａ〜５
２ｄに沿って平行光束として出射される。

【００５２】出射された平行光束は、図９に示すよう
に、反射部４０ａ〜４０ｄの各反射面４２ａ〜４２ｄに
入射され、各反射面４２ａ〜４２ｄで、反射光軸５４ａ
〜５４ｄに沿って、即ち第１フラット面３０に垂直な方
向に沿って反射される。このとき、各第１光源３４ａ〜
３４ｄの反射光軸５４ａ〜５４ｄは互いに平行であるた
め、図１０に示すように、４つの平行光束はともに同一
方向に、且つ第１フラット面３０に垂直な方向に反射さ
れる。また、各反射面４２ａ〜４２ｄで反射される平行
光束同士は重なり合うことがなく、反射される平行光束
群のストライプは互いに平行となる。

【００５３】こうして反射される４つの平行光束は、図
４に示すように、第１平行光束として偏光ビームスプリ
ッタ２の第１受光面８ａに入射される。このとき、第１
平行光束は、４つの第１光源３４ａ〜３４ｄによって作
り出されるので、誘電体多層膜６の表面に入射されるス
トライプの数は、第１実施形態の如く１つの光源を用い
る場合に比べて４倍となる。また、第１平行光束は、偏
光ビームスプリッタ２の誘電体多層膜６の表面に対しｐ
偏光となるので、偏光ビームスプリッタ２を透過する。

【００５４】一方、第２光入射手段３１において、各光
源５６ａ〜５６ｄの電極１２ａ，１２ｂ間に電圧を印加
すると、各半導体レーザアレイスタック２８から出射さ
れるレーザ光束は、シリンドリカルレンズ２２及びマイ
クロレンズアレイ２４によって平行光化され、出射光軸
５８ａ〜５８ｄに沿って平行光束として出射される。出
射された平行光束は、第２反射体３６の反射部４０ａ〜
４０ｄの各反射面４２ａ〜４２ｄに入射され、各反射面
４２ａ〜４２ｄで第２フラット面３２に垂直な方向に反
射される。このとき、第１光入射手段２９と同様に、４
つの平行光束はともに同一方向に、且つ第２フラット面
３２に垂直な方向に反射される。従って、各反射面４２
ａ〜４２ｄで反射される平行光束同士は重なり合うこと
がなく、また、反射される平行光束群のストライプは互
いに平行となる。

【００５５】こうして反射される４つの平行光束は第２
平行光束として、偏光ビームスプリッタ２の第２受光面
８ｂに入射される。ここで、第２平行光束はＴＭモード
である。即ち、第２平行光束は、ストライプに垂直な方
向に振動する電界成分を有する。従って、第２平行光束
は、偏光ビームスプリッタ２の誘電体多層膜６の裏面に
対しｓ偏光となり、その裏面で反射される。

【００５６】こうして、偏光ビームスプリッタ２の誘電
体多層膜６の表面及び裏面に第１平行光束及び第２平行
光束が入射されると、誘電体多層膜６において、第１平
行光束のストライプと第２平行光束のストライプとが互
いに平行となって入射される。

【００５７】従って、誘電体多層膜６を透過する第１平
行光束のストライプと、誘電体多層膜６の裏面で反射さ
れる第２平行光束のストライプとが互いに交差すること
なく合成されることが可能となり、合成光の光パワー密
度が均一となる。更に、第１平行光束、第２平行光束は
それぞれ、４つの光源によって作り出されるので、誘電
体多層膜６に入射されるストライプの数は単一の光源を
用いる場合に比べて４倍となる。従って、これらの合成
光のストライプの数も、第１光入射手段２９及び第２光
入射手段３１としてそれぞれ単一の光源を用いる場合に
比べて４倍となり、光パワー密度が大幅に向上する。更
に、このように光パワー密度が大幅に向上しても、第１
平行光束のストライプと第２平行光束のストライプとが
重なり合うことがないので、過大な光強度による偏光ビ
ームスプリッタ２の破損も十分に防止される。

【００５８】また、誘電体多層膜６の裏面にはｓ偏光が
入射され、それが選択的に反射されるため、反射率の向
上を図るべく誘電体多層膜６の裏面に特別に反射膜等を
コーティングする必要がなくなる。従って、レーザ装置
７０の製造が容易となり、また、コストも低減すること
ができる。

【００５９】こうして合成された合成光は、集光レンズ
等で集光することによりレーザ加工や固体レーザ励起等
に利用することができる。特に、本実施形態のレーザ装
置７０においては、合成光の光パワー密度が均一で且つ
大幅に大きくなるので、レーザ加工の分野において特に
有効である。

【００６０】なお、本発明は、前述した第１及び第２実
施形態に限定されるものではない。例えば、第２実施形
態において、反射部４０ａ〜４０ｄは、第１フラット面
３０に対して４５°の角度をなす反射面を有するもので
あれば特に限定されない。例えば、上記第２実施形態で
は、三角柱状体の斜面４６上に誘電体多層膜４８をコー
ティングしたものが用いられているが、三角柱状体の斜
面４６が固定台３８の上面に接するように三角柱状体を
固定台３８に固定し、直交面４４ａ，４４ｂ上に誘電体
多層膜４８をコーティングするようにしてもよい。この
場合でも、光パワー密度を向上させることが可能とな
る。また、円柱状体をその中心軸に対して４５°の角度
をなす平面で切断し、その切断面を反射面とするように
してもよい。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、偏
光膜表面に対しては、ストライプの長手方向に振動する
第１電界成分がｐ偏光として入射され、偏光膜の裏面に
対しては、ストライプの長手方向に直交する方向に振動
する第２電界成分がｓ偏光として入射されるため、偏光
膜において、偏光膜表面に入射される第１平行光束のス
トライプと、偏光膜裏面に入射される第２平行光束のス
トライプとを平行にすることが可能となる。従って、第
１平行光束と第２平行光束のストライプが互いに交差す
ることなく合成されることが可能となり、レーザ装置か
ら出射される合成光の光パワー密度を均一とすることが
できる。また、偏光膜裏面でｓ偏光が選択的に反射され
るため、偏光膜裏面に反射膜等をコーティングする必要
がなくなり、レーザ装置の製造が容易となり、コストも
低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレーザ装置の一実施形態を示す斜視図
である。

【図２】図１の第１光源を示す分解斜視図である。

【図３】無歪み、圧縮歪み、引張り歪みによる半導体レ
ーザアレイの価電子帯のバンド構造の変形を示すグラフ
である。

【図４】本発明のレーザ装置の他の実施形態を示す斜視
図である。

【図５】図４の第１反射体を示す斜視図である。

【図６】図４の第１反射体を構成する反射部を示す斜視
図である。

【図７】図４の第１反射体の断面図である。

【図８】１つの第１光源と第１反射体との位置関係を示
す斜視図である。

【図９】４つの第１光源と第１反射体との位置関係を示
す斜視図である。

【図１０】４つの第１光源から平行光束が出射された状
態を示す斜視図である。

【符号の説明】

２…偏光ビームスプリッタ、６…誘電体多層膜（偏光
膜）、７…光軸に垂直な面、９…第１光源（第１光入射
手段）、１１…第２光源（第２光入射手段）、１３，２
９…光軸、３４ａ〜３４ｄ…第１光源、３６…第１反射
体、第２反射体、４２ａ〜４２ｄ…反射面、５０、７０
…レーザ装置、５２ａ〜５２ｄ…出射光軸、５６ａ〜５
６ｄ…第２光源。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光軸に垂直な面内で発光パターンがスト
   ライプ状になる第１平行光束及び第２平行光束を偏光ビ
   ームスプリッタの偏光膜の表面及び裏面にそれぞれ入射
   し、前記第１平行光束及び前記第２平行光束の合成光を
   出射するレーザ装置において、 前記第１平行光束として、そのストライプの長手方向に
   振動する第１電界成分を有するものを、前記第１電界成
   分が前記偏光膜の表面に対しｐ偏光となるよう前記偏光
   ビームスプリッタに入射する第１光入射手段と、 前記第２平行光束として、そのストライプの長手方向に
   垂直な方向に振動する第２電界成分を有するものを、前
   記第２電界成分が前記偏光膜の裏面に対しｓ偏光となる
   よう前記偏光ビームスプリッタに入射する第２光入射手
   段と、を備えることを特徴とするレーザ装置。
2. 【請求項２】 前記第１光入射手段が、前記第１平行光
   束としてＴＥモードの平行光束を前記偏光膜の表面に入
   射する第１光源を備え、 前記第２光入射手段が、前記第２平行光束としてＴＭモ
   ードの平行光束を前記偏光膜の裏面に入射する第２光源
   を備えることを特徴とするレーザ装置。
3. 【請求項３】 前記第１光入射手段は、 四角形状に４点配列され、内側に向けて、出射光軸に垂
   直な面内で発光パターンがストライプ状となるように平
   行光束を出射する４つの第１光源と、 前記第１光源の内側に配置され、前記第１光源からそれ
   ぞれ出射される平行光束を同一方向に反射する４つの反
   射面を有する第１反射体とを備え、 前記第２光入射手段は、 四角形状に４点配列され、内側に向けて、出射光軸に垂
   直な面内で発光パターンがストライプ状となるように平
   行光束を出射する４つの第２光源と、 前記第２光源の内側に配置され、前記第２光源からそれ
   ぞれ出射される平行光束を同一方向に反射する４つの反
   射面を有する第２反射体とを備え、 前記第１光入射手段は、前記第１反射体で反射される４
   つの平行光束を前記第１平行光束として前記偏光膜の表
   面に入射するものであり、 前記第２光入射手段は、前記第２反射体で反射される４
   つの平行光束を前記第２平行光束として前記偏光膜の裏
   面に入射するものである、ことを特徴とする請求項１に
   記載のレーザ装置。