光源组件制造技术

本发明专利技术提供一种光源组件，其为适用于空间光束耦合的新型的光源组件。本发明专利技术的光源组件(100)具备：封装体(10)，其包括具有射出激光的发射极区域(E)的LD(激光二极管)(12)及窗部件(14)；第一透镜系统(20)，其接收透过窗部件(14)的激光，在像面(22)形成发射极区域的像(虚拟光源)(E’)；第二透镜系统(30)，其将通过像面的激光转换成准直光束(B)或会聚光束并射出。

【技术实现步骤摘要】
光源组件
本专利技术涉及一种光源组件。
技术介绍
使用高输出高亮度的激光束对各种材料进行切割、打孔、作标记等加工、或者对金属材料进行焊接。目前，这种激光加工中使用的二氧化碳激光装置及YAG固态激光装置的一部分正在被能量转换效率高的光纤激光装置所代替。光纤激光装置的激发光源使用半导体激光二极管(以下，简称为LD)。近年来，随着LD的高输出化，开发了LD不用作激发光源而是用作直接照射材料进行加工的激光束的光源的技术。这种技术被称为直接二极管激光(DDL)技术。专利文献1公开了通过将从多个LD分别射出的多个激光束进行耦合(combine)来增大光输出的激光光源的一例。多个激光束的耦合被称为“空间光束耦合”，能够用于提高例如光纤激光装置的激发光源及DDL装置等的光输出。现有技术文献专利文献专利文献1：美国专利7733932号说明书
技术实现思路
专利技术要解决的问题本专利技术提供一种适用于空间光束耦合的可靠性更高的激光光源及具备这种激光光源的激光加工装置。用于解决问题的技术方案在非限制性示例性实施方式中，本专利技术的光源组件具备：半导体激光器封装体，其被密封，并包括具有射出激光的发射极区域的激光二极管和透过所述激光的窗部件；第一透镜系统，其接收透过所述窗部件的所述激光，在像面形成所述发射极区域的像；第二透镜系统，其将通过所述像面后的所述激光转换成准直光束或会聚光束并射出。专利技术效果本专利技术的实施方式能够提供适用于空间光束耦合的新型的光源组件。附图说明图1A是示意性表示使从处于芯片状态的LD射出的激光准直并输出的现有光源组件100P的结构例的俯视图。图1B是图1A所示的光源组件100P的结构例的侧面图。图2是表示LD12的基本结构的一例的立体图。图3A是表示使从收纳于封装体10的LD12射出的激光准直并输出的光源组件100Q的结构例的与XZ面平行的示意剖面图。图3B是图3A所示的光源组件100Q的与YZ面平行的示意剖面图。图4是表示本实施方式的光源组件100的基本结构例的图。图5是放大表示光源组件100的主要部分的图。图6是表示第一透镜系统20包括物镜系统24及成像透镜系统26的形态的图。图7A是从XZ面的法线方向观察本实施方式的激光光源模块200的示意俯视图。图7B是从YZ面的法线方向观察本实施方式的激光光源模块200的示意侧面图。图7C是从XY面的法线方向观察本实施方式的激光光源模块200的示意正面图。图8是示意性表示具备9个光源组件100的其它结构例的立体图。图9A是表示光学系统160的结构例的图。图9B是表示光学系统160的其它结构例的图。图10A是示意性表示5根准直光束B入射到快轴会聚透镜FAF时的光束截面形状的图。图10B是示意性表示9根准直光束B入射到快轴会聚透镜FAF时的光束截面形状的图。图10C是示意性表示9根×2列准直光束B入射到快轴会聚透镜FAF时的光束截面形状的图。图11是表示激光光源模块200的其它结构例的立体图。图12是表示激光光源模块200的其它结构例的图。图13是表示本专利技术的直接二极管激光(DDL)装置的实施方式的结构例的图。图14是表示本专利技术的光纤激光装置的实施方式的结构例的图。图15是表示本专利技术的实施方式的光源组件的变形例的图。图16是示意性表示准直光束B的传播方向相对于Z轴倾斜的示例的立体图。图17A是示意性表示楔形棱镜34的立体图。图17B是示意性表示楔形棱镜34的剖面图。图17C是示意性表示从楔形棱镜34射出的准直光束B以描绘圆锥面的方式转向的情况的图。图18是表示截面具有左右对称的棱镜形状的楔形棱镜34的图。图19是表示使楔形棱镜34绕X轴转动角度θ0的状态的图。图20是表示光路修正元件32的正面及截面的图。图21是表示光路修正元件32的结构例的立体图。图22是示意性表示具备具有光路修正元件32的多个光源组件100的其它结构例的立体图。附图标记说明10：半导体激光器封装体、12：LD、14：窗部件、20：第一透镜系统、22：像面、24：物镜系统、26：成像透镜系统、30：第二透镜系统、100：光源组件、120：合束器、140：支架、160：会聚光学系统、300：传输光纤、400：加工头、1000：直接二极管激光(DDL)装置、B：光束、M：反射镜、FAC：快轴准直透镜、SAC：慢轴准直透镜、FAF：快轴会聚透镜、SAF：慢轴会聚透镜具体实施方式在说明本专利技术的实施方式之前，说明本专利技术人等发现的见解及其技术背景。图1A是示意性表示使从处于芯片状态的LD射出的激光准直并输出的现有光源组件100P的结构例的俯视图，图1B是其侧面图。在附图中，出于参考的目的，示意性示出了以相互垂直的X轴、Y轴及Z轴为基底的XYZ坐标系。图示的光源组件100P具备射出激光L的LD12和使激光L准直的光学系统30P。在图中的示例中，光学系统30P包括从接近LD12的位置在光轴上依次配置的快轴准直透镜FAC及慢轴准直透镜SAC。快轴准直透镜FAC及慢轴准直透镜SAC均为柱面透镜(例如圆筒面平凸透镜)。柱面透镜具有使平行光束在直线(焦点)上会聚的曲面。曲面具有与圆柱的外周表面的一部分对应的形状，圆柱的轴向曲率为零。可以使用分别具备图示结构的多个光源组件100P执行空间光束耦合。关于空间光束耦合，后面详细叙述。图2是表示LD12的基本结构的一例的立体图。图示的结构出于说明的目的而被简化。在图2的示例中，LD12具有形成于上表面的带状p侧电极12P、形成于下表面的n侧电极12N及位于端面12F的发射极区域E。激光L从发射极区域E射出。LD12具有半导体基板和生长于半导体基板上的多个半导体层(半导体层叠结构)。半导体层叠结构包括通过进行激光振荡而发光的发光层，可以具有公知的各种结构。该示例中的LD12为广域型，发射极区域E具有X轴方向尺寸(例如50μm以上)远大于Y轴方向尺寸(例如约2μm)的形状。发射极区域E的Y轴尺寸由LD12的半导体层叠结构(具体为波导及包覆层的厚度、折射率比等)规定。发射极区域E的X轴尺寸由电流在横跨发光层的方向上流动的区域的X轴尺寸，具体为脊结构(未图示)的宽度(增益波导宽度)等规定。如图2所示，从发射极区域E射出的激光L的光束形状在X轴方向和Y轴方向上不对称。图2中，示意性示出了激光L的远场(farfield)图案。激光L在Y轴方向上具有与单模高斯光束近似的光束形状，但是在X轴方向上具有整体上发散角较小的多模的光束形状。Y轴方向的发散半角θyO大于X轴方向的发散半角θxO。Y轴方向上的激光L能够与高斯光束近似，因此，若假设Y轴方向的光束腰位置处的光束半径为ωo，激光L的波长为λ，则θyO＝tan-1(λ/πωo)≒λ/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光源组件，其具备：/n半导体激光器封装体，其被密封，并包括具有射出激光的发射极区域的激光二极管和透过所述激光的窗部件；/n第一透镜系统，其接收透过所述窗部件的所述激光，在像面形成所述发射极区域的像；/n第二透镜系统，其将通过所述像面后的所述激光转换成准直光束或会聚光束并射出。/n

【技术特征摘要】
20190124 JP 2019-010068;20190522 JP 2019-0958371.一种光源组件，其具备：
半导体激光器封装体，其被密封，并包括具有射出激光的发射极区域的激光二极管和透过所述激光的窗部件；
第一透镜系统，其接收透过所述窗部件的所述激光，在像面形成所述发射极区域的像；
第二透镜系统，其将通过所述像面后的所述激光转换成准直光束或会聚光束并射出。


2.如权利要求1所述的光源组件，其中，
从所述像面至所述第二透镜系统的距离小于从所述激光二极管的所述发射极区域至所述窗部件的外侧表面的距离。


3.如权利要求1或2所述的光源组件，其中，
所述第一透镜系统包括物镜系统及成像透镜系统。


4.如权利要求3所述的光源组件，其中，
所述激光二极管的所述发射极区域位于所述物镜系统的前侧焦点，
所述像面位于所述成像透镜系统的后侧焦点，
所述成像透镜系统的有效焦距为所述物镜系统的有效焦距以上。


5.如权利要求3或4所述的光源组件，其中，
所述物镜系统及所述成像透镜系统分别为透镜组。


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【专利技术属性】
技术研发人员：大森雅树，村山隆史，出岛范宏，
申请(专利权)人：日亚化学工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP