CN113615014B - 半导体激光装置 - Google Patents

Abstract

特征在于，具有：多个半导体激光元件(1011、1012)，其射出波长彼此不同的激光(2001、2002)；部分反射元件(104)，其与多个半导体激光元件(1011、1012)构成外部谐振器的两端；透射型波长色散元件(103)，其在多个半导体激光元件(1011、1012)及部分反射元件(104)之间的激光的光路上，配置于多个激光(2001、2002)重叠起来的位置，具有波长色散性，通过在包含多个激光(2001、2002)的光轴的第1面(XY面)内，使多个激光(2001、2002)的行进方向变化，从而使多个激光共有光轴、进行耦合；以及非对称折射光学元件(105)，其配置于透射型波长色散元件(103)及部分反射元件(104)之间的光路上，与包含于第1面(XY面)且与激光的光轴正交的方向即第1朝向(D1)上的位置变化相伴地，从内部通过的距离即元件内通过距离减少。

Description

半导体激光装置

技术领域

本发明涉及使用波长色散光学元件而将从多个半导体激光元件射出的激光耦合的半导体激光装置。

背景技术

就半导体激光元件而言，从1个发光点能够产生的激光功率低，在激光加工等用途中，需要将来自多个半导体激光元件的激光汇集而使用。作为将来自多个半导体激光元件的激光汇集的技术提出如下半导体激光装置，即，使用包含多个半导体激光元件和波长色散光学元件的外部谐振器，将来自多个半导体激光元件的光束耦合至1个光轴。在这样的半导体激光装置中，提高光束的聚光性成为课题。

在专利文献1中公开了如下半导体激光装置，即，在使用色散光学元件将多个半导体激光元件的光束耦合的外部谐振器中，通过在色散光学元件及部分反射镜之间配置的透镜对交叉耦合振荡进行抑制，使输出光束的聚光性提高。

专利文献1：美国专利申请公开第2013/0208361号说明书

发明内容

但是，根据上述现有技术，存在如下问题，即，虽然能够缓和由交叉耦合振荡导致的聚光性的降低，但对由交叉耦合振荡之外的原因导致的聚光性的降低不具有效果。

本发明就是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供如下半导体激光装置，即，在使用波长色散光学元件将从多个半导体激光元件射出的激光耦合的半导体激光装置中，产生聚光性高且高功率的激光。

为了解决上述课题，达成目的，本发明涉及的半导体激光装置的特征在于具有：多个半导体激光元件，其射出波长彼此不同的激光；部分反射元件，其与多个半导体激光元件构成外部谐振器的两端；透射型波长色散元件，其在多个半导体激光元件及部分反射元件之间的激光的光路上，配置于多个激光重叠起来的位置，具有波长色散性，该透射型波长色散元件通过在包含多个激光的光轴的第1面内，使多个激光的行进方向变化，从而使多个激光共有光轴、进行耦合；以及

非对称折射光学元件，其配置于透射型波长色散元件及部分反射元件之间的光路上，与包含于第1面且与激光的光轴正交的方向即第1朝向上的位置变化相伴地，从内部通过的距离即元件内通过距离减少。

发明的效果

根据本发明，取得如下效果，即，在使用波长色散光学元件将从多个半导体激光元件射出的激光耦合的半导体激光装置中，能够产生聚光性高且高功率的激光。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1涉及的半导体激光装置的结构的示意图。

图2是表示没有像差的光学系统的聚光状态的一个例子的示意图。

图3是表示具有像差的光学系统的聚光状态的一个例子的示意图。

图4是表示图1所示的非对称折射光学元件的结构的一个例子的示意图。

图5是表示作为图4的变形例的非对称折射光学元件的结构的示意图。

图6是表示本发明的实施方式2涉及的半导体激光装置的结构的示意图。

图7是表示本发明的实施方式3涉及的半导体激光装置的结构的示意图。

图8是表示本发明的实施方式4涉及的半导体激光装置的结构的示意图。

图9是表示图8所示的半导体激光器阵列元件的结构的示意图。

图10是表示本发明的实施方式5涉及的半导体激光装置的结构的示意图。

图11是表示图10所示的旋转光学元件的结构的一个例子的斜视图。

图12是表示本发明的实施方式6涉及的半导体激光装置的结构的示意图。

具体实施方式

下面，基于附图对本发明的实施方式涉及的半导体激光装置进行详细的说明。此外，本发明并不限于该实施方式。

实施方式1.

图1是表示本发明的实施方式1涉及的半导体激光装置1001的结构的示意图。在图1中图示出3轴直角坐标系的X轴、Y轴、Z轴。

半导体激光装置1001具有射出波长彼此不同的激光的多个半导体激光元件1011、1012。半导体激光元件1011所射出的激光2001经由对光束发散角进行校正的发散角校正元件1021，入射至透射型波长色散元件103。半导体激光元件1012所射出的激光2002经由对光束发散角进行校正的发散角校正元件1022，入射至透射型波长色散元件103。

半导体激光元件1011、1012构成外部谐振器的一端，部分反射元件104构成外部谐振器的另一端。换言之，部分反射元件104与半导体激光元件1011、1012构成外部谐振器的两端。透射型波长色散元件103在半导体激光元件1011、1012及部分反射元件104之间的激光的光路上，配置于包含多个激光2001、2002被重叠起来的位置在内的偏转部301。透射型波长色散元件103在包含激光2001、2002的光轴的第1面即XY面内，通过波长色散性使激光2001、2002的行进方向变化。由此，多个激光2001、2002被耦合为共有共通的光轴的1个光束。透射型波长色散元件103例如为透射型衍射光栅、棱镜等。

部分反射元件104将耦合为1个光束的激光2001、2002的一部分反射而使其返回到透射型波长色散元件103，使其余部分向外部谐振器的外部输出。在图1中，部分反射元件104针对激光2001、2002的光束剖面整体将一部分反射，但也可以作为使入射光的光束剖面的一部分向外部通过、将其余部分反射的刮板(scraper)镜来构成不稳定型谐振器。

非对称折射光学元件105配置于透射型波长色散元件103及部分反射元件104之间的光路上。就非对称折射光学元件105而言，非对称折射光学元件105的出射面105a相对于入射光的角度依赖于包含于XY面且与激光的光轴正交的方向即第1朝向D1上的位置而不同。因此，出射面105a的角度变化依赖于第1朝向D1上的位置而不同。因此，非对称折射光学元件105依赖于第1朝向D1上的位置，使从出射面105a至部分反射元件104为止的光程长度产生差异。

外部光学系统302包含聚光透镜302a，使由半导体激光装置1001射出的激光聚光于聚光点303。图2是表示没有像差的光学系统的聚光状态的一个例子的示意图。图3是表示具有像差的光学系统的聚光状态的一个例子的示意图。作为光束内的大量光线的代表，示出了在光束的光轴上通过的主光线312、在透镜内从光束光轴的下侧通过的下侧光线311、在透镜内从光束光轴的上侧通过的上侧光线313。在没有像差的情况下，如图2所示，在由外部光学系统302形成的聚光点303处，主光线312、上侧光线313及下侧光线311在1点交叉。

相对于此，在具有像差的情况下，如图3所示，在由外部光学系统302形成的聚光点303处，主光线312、上侧光线313及下侧光线311没有在1点交叉。这样，在具有像差的情况下，聚光性降低，聚光点303处的激光的能量密度降低，产生光束轮廓的非对称化。

在图1所示的半导体激光装置1001中，在偏转部301处，由于各激光2001、2002的光程长度产生差异，因此在没有设置非对称折射光学元件105的情况下，如图3所示聚光性降低。在半导体激光装置1001中，在偏转部301处产生的光程差被非对称折射光学元件105减少。因此，光束的聚光性得到改善。

对半导体激光装置1001的各结构要素的更详细的结构进行说明。半导体激光装置1001在图1中使用了2个半导体激光元件1011、1012，但也可以使用大于或等于3个半导体激光元件。另外，这里，半导体激光元件1011、1012是具有法布里珀罗型谐振器的端面发光型的单发射半导体激光元件。具有法布里珀罗型谐振器的端面发光型半导体激光器具有光束发散角大的快轴、与快轴正交且光束发散角小的慢轴。在图1中，快轴处于XY面内，慢轴为Z轴方向。半导体激光元件1011、1012例如具有易于光纤耦合的400nm至1100nm的波长，特别是市场上能够得到在900nm至1000nm附近与其它波段相比功率高的寿命长的元件，因此在应用于激光加工等高功率用途的情况下适用。此外，上述只是一个例子，本实施方式的半导体激光元件1011、1012例如也可以设为面发光型，谐振器结构也能够设为喇叭型、折回谐振器型等各种方式。

从半导体激光元件1011、1012射出的激光2001、2002分别入射至快轴方向的发散角校正元件1021、1022。从发散角校正元件1021、1022射出的激光2001、2002入射至透射型波长色散元件103。

激光2001、2002在透射型波长色散元件103的位置处，光束剖面重叠。在图1中，通过对半导体激光元件1011、1012及透射型波长色散元件103的配置进行调整而使光束剖面重叠。这样，可以对多个半导体激光元件1011、1012的配置进行调整而使光束剖面重叠，也可以在多个激光2001、2002的光路上另外设置光学元件而对光路进行调整，由此使光束剖面重叠。

透射型波长色散元件103在激光的XY面内方向具有波长色散性。透射型波长色散元件103通过使多个激光以依赖于波长的角度在XY面内偏转，从而将多个激光耦合为共有1个光轴的光束。在通过偏转部301时，在XY面内，依赖于光束剖面内的位置，光程长度产生差异。这样的光程长度的差异成为外部谐振器的输出光束的聚光性降低的原因。

非对称折射光学元件105在XY面内，与光束剖面方向的第1朝向D1上的位置变化相伴地，激光在非对称折射光学元件105的内部通过的距离即内部通过距离减少。图1所示的非对称折射光学元件105由具有比自由空间高的折射率的材料形成。在本说明书中，将半导体激光元件1011、1012及光学元件存在处的周边的区域称为自由空间。在非对称折射光学元件105的折射率比自由空间的折射率高的情况下，如图1所示，第1朝向D1是从透射型波长色散元件103至非对称折射光学元件105为止的距离长的一侧的外侧光线203，朝向短的一侧的内侧光线201的朝向。此外，在非对称折射光学元件105由具有比自由空间低的折射率的材料形成的情况下，第1朝向D1为从内侧光线201朝向外侧光线203的朝向。

在图1中示出主光线202、内侧光线201及外侧光线203。主光线202为激光的光轴。内侧光线201及外侧光线203为几何光路。内侧光线201在透射型波长色散元件103处与主光线202相比入射至偏转角的内侧，外侧光线203在透射型波长色散元件103处与主光线202相比入射至偏转角的外侧。

非对称折射光学元件105起如下作用，即，在通过透射型波长色散元件103使激光的行进方向改变时，针对光程长度变得比主光线202短的内侧光线201，使得通过非对称折射光学元件105后的至部分反射元件104为止的光程长度比主光线202长。非对称折射光学元件105起如下作用，即，针对光程长度变得比主光线202长的外侧光线203，使得通过非对称折射光学元件105后的至部分反射元件104为止的光程长度比主光线202短。由此，聚光点303处的光线的波动降低。即，能够取得使像差降低，对输出光束的聚光性的降低进行抑制的效果。

图4是表示图1所示的非对称折射光学元件105的结构的一个例子的示意图。图4所示的非对称折射光学元件105为具有底面是直角三角形的三棱柱的形状的棱镜。作为棱镜的构成材料，例如，合成石英这样的光学材料是合适的，在光入射面和光出射面处根据需要形成低反射涂层。三角形的顶角θ只要能够降低外侧光线203和内侧光线201之间的光程差即可。更优选地，也可以通过对由偏转部301产生的像差进行计算，将非对称折射光学元件105的材料的折射率考虑在内而对顶角θ进行设计，对依赖于剖面内的位置的非对称折射光学元件105内的元件内通过距离进行计算，从而以对由偏转部301产生的外侧光线203和内侧光线201之间的光程差进行补偿的方式得到聚光性高的输出光束。

该非对称折射光学元件105是以与直角三角形的斜边对应的侧面成为出射面的方式配置的。由此，元件内通过距离相对于第1朝向D1上的行进距离而线性地减少。此外，在与第1朝向D1正交的方向即Z轴方向上，元件内通过距离相同。

图5是表示作为图4的变形例的非对称折射光学元件1052的结构的示意图。非对称折射光学元件1052是台阶形状的高折射材料元件。非对称折射光学元件105的形状并不限于图4及图5所示的例子，只要元件内通过距离依赖于光束剖面的第1朝向D1上的位置而不同即可。另外，非对称折射光学元件105在图1、4、5中为单一的光学元件，但也可以由多个光学元件构成。

近年来，加工用激光不断高功率化，需要在有限的波长范围中将来自更多的半导体激光元件的光束耦合。在这样的激光装置中，为了使向波长色散元件的光束入射角变大，并且提高波长色散性光学元件的波长分辨率，要求使波长色散元件上的光束直径大。光束入射角是向元件的入射光线与入射面的法线所成的角度。而且，在这样的激光装置中，由于波长色散元件的波长色散方向，图1所示的第1朝向D1上的聚光性的降低大，因此通过应用上述实施方式的技术，可以期待大的效果。

例如，在半导体激光元件1011、1012的输出光的波长为900nm至1100nm，透射型波长色散元件103使用槽的根数大于或等于1500根/mm的透射型衍射光栅的情况下，在衍射效果最高的例如与利特罗(littrow)型接近的光学配置中，向透射型波长色散元件103的激光的入射角大于或等于40度。在这样的条件下，由于在透射型波长色散元件103的偏转部301处产生的像差变大，因此通过应用本实施方式的技术，可以期待大的效果。而且，在透射型波长色散元件103上的第1朝向D1的光束直径以刀口宽度来表现的话大于或等于30mm的情况下，由透射型波长色散元件103产生的像差尤其会变大。因此，由应用本实施方式的技术带来的像差降低效果变大。

这里，在光束剖面的第1朝向D1上对能量进行累计，在将累计能量为16％的位置设为x1，将累计能量达到84％的位置设为x2的情况下，刀口宽度dx由下面的数学式(1)表示。

dx＝2×(x2-x1)…(1)

以往不知道在本实施方式中说明过的在偏转部301处产生的光束剖面内的像差在波长耦合外部谐振器中对聚光性造成大幅影响。其原因被认为是，波长耦合外部谐振器是以将多个光束耦合的复杂的系统开发出的。在将多个光束耦合的复杂的系统中，存在进行波长耦合的光束间的特性的差异、半导体激光器阵列的污点(smile)的影响、交叉耦合振荡的影响等使聚光性降低的多个原因。因此，难以将它们分离而进行解析，没有着眼于由偏转部301产生的像差的影响，也没有进行应对。本发明的发明人首次着眼于由偏转部301产生的像差，提供了解决方案。

此外，还想到如果将非对称折射光学元件105配置在波长耦合外部谐振器内，则由于非对称折射光学元件105所具有的波长色散性，波长耦合光束的聚光性降低。但是，在本实施方式中，设为由非对称折射光学元件105的波长色散性导致的聚光性降低与由非对称折射光学元件105导致的聚光性的改善效果相比充分小的结构。具体而言，例如，如果设为使用由石英玻璃、SF10等玻璃形成的光学元件，利用从由该玻璃形成的部分通过的距离的差异来消除像差的结构，则聚光性的改善效果能够比聚光性的降低高至少大于或等于1个数量级。

如以上说明所述，就本发明的实施方式1涉及的半导体激光装置1001而言，在第1面即XY面内，与第1朝向D1上的位置变化相伴地，激光从非对称折射光学元件105的内部通过的距离即元件内通过距离减少。随着从激光2001、2002的光线的拐角的外侧朝向内侧，偏转部301处的光程长度变短，但通过使用具有上述那样的元件内通过距离的非对称折射光学元件105，从非对称折射光学元件105的出射面105a至部分反射元件104为止的光程长度随着从激光2001、2002的光线的拐角的外侧朝向内侧而变长。因此，非对称折射光学元件105能够降低半导体激光装置1001的像差。因此，半导体激光装置1001能够产生聚光性高且高功率的激光。

实施方式2.

图6是表示本发明的实施方式2涉及的半导体激光装置1002的结构的示意图。半导体激光装置1002除了图1所示的半导体激光装置1001的结构之外，具有在发散角校正元件1021及透射型波长色散元件103之间的光路上配置的聚光透镜1061、在发散角校正元件1022及透射型波长色散元件103之间的光路上配置的聚光透镜1062。下面，对与半导体激光装置1001相同的结构要素标注相同的标号而省略详细的说明，主要对与半导体激光装置1001不同的部分进行说明。

在半导体激光装置1002中，与半导体激光装置1001同样地，在通过透射型波长色散元件103使激光2001、2002的行进方向变化时，内侧光线201与主光线202相比光程长度短，外侧光线203与主光线202相比光程长度长。非对称折射光学元件105起如下作用，即，通过光的折射，针对光程长度比主光线202短的内侧光线201，使得通过非对称折射光学元件105后的至部分反射元件104为止的光程长度比主光线202长。另外，非对称折射光学元件105起如下作用，即，通过光的折射，针对光程长度比主光线202长的外侧光线203，使得通过非对称折射光学元件105后的至部分反射元件104为止的光程长度比主光线短。由此，通过透射型波长色散元件103，能够降低由在包含第1朝向D1的方向上产生的激光2001、2002的光程长度差引起的像差。因此，能够对聚光性的降低进行抑制。

另外，在半导体激光装置1002中，通过聚光透镜1061及1062的作用，透射型波长色散元件103处的光束直径比半导体激光装置1001小。因此，能够降低在偏转部301处产生的像差的量。另外，由透射型波长色散元件103耦合后的光束直径也比半导体激光装置1001小。因此，能够缩短外部光学系统302中的至聚光点303为止的距离，能够减小光学系统整体的尺寸。

如以上说明所述，根据本发明的实施方式2，与实施方式1同样地，能够对由偏转部301产生的依赖于光束剖面内的第1朝向D1上的位置的像差的至少一部分进行补偿。因此，能够利用具有色散性的元件，使用由多个半导体激光元件1011、1012射出的多个激光2001、2002，产生聚光性高且高功率的激光。

另外，通过缩小入射至透射型波长色散元件103的激光2001、2002的光束直径，能够在产生阶段降低由偏转部301产生的像差。

实施方式3.

图7是表示本发明的实施方式3涉及的半导体激光装置1003的结构的示意图。半导体激光装置1003除了半导体激光装置1001的结构之外，在透射型波长色散元件103及非对称折射光学元件105之间的光路上具有聚光透镜107。下面，对与半导体激光装置1001相同的结构要素标注相同的标号而省略详细的说明，主要对与半导体激光装置1001不同的部分进行说明。

聚光透镜107使向非对称折射光学元件105的激光的入射角度及光线高度变化。由此，能够将像差的产生原因即光路间的光程长度差变换为聚光角度差及光线高度差。因此，能够将非对称折射光学元件105小型化。这里，光线高度是指从光轴起在与光轴垂直的方向上测量到的光线的高度。

在将半导体激光元件1011、1012假设为点光源的情况下，在没有像差的光学系统中，如果将与主光线202垂直的方向的光线高度设为h，将聚光角设为α，则单一光束内的光线在保持光线高度h与聚光角α的正切tanα成比例的关系的状态下被聚光。在该情况下，全部光线汇集于一点。另一方面，在具有像差的光学系统的情况下，该光线高度h和聚光角α之间的关系破裂，光线没有汇集于一点。

在部分反射元件104前没有设置非对称折射光学元件105的情况下，由于在透射型波长色散元件103处产生的光程长度差的影响，内侧光线201、主光线202及外侧光线203没有在聚光点303处汇集于一点。相对于此，在本实施方式中，通过设置非对称折射光学元件105，从而由于折射作用使各光线的光线高度h和聚光角α产生变更，光线高度h和聚光角α的正切tanα接近于成比例的状态，像差降低。此外，这里，为了简化，将半导体激光元件1011、1012作为点光源而进行了说明，但对于从实际的半导体激光元件1011、1012射出的激光，也能够得到与上述说明相同的像差降低效果。

如以上说明所述，根据本发明的实施方式3，与实施方式1同样地，能够对由偏转部301产生的依赖于光束剖面内的第1朝向D1上的位置的像差的至少一部分进行补偿。因此，能够利用具有色散性的元件，使用由多个半导体激光元件1011、1012射出的多个激光2001、2002，产生聚光性高且高功率的激光。

另外，在本实施方式中能够得到如下效果，即，通过使用聚光透镜107将作为像差的产生原因的光路间的光程长度差变换为聚光角度差及光线高度差，从而与实施方式1及实施方式2相比能够减小非对称折射光学元件105的大小，能够将半导体激光装置1003小型化。

实施方式4.

图8是表示本发明的实施方式4涉及的半导体激光装置1004的结构的示意图。半导体激光装置1004兼具在实施方式2中说明过的聚光透镜1061、1062的功能、在实施方式3中说明过的聚光透镜107。因此，能够同时得到由偏转部301产生的像差的降低、非对称折射光学元件105的小型化这2种效果。

另外，半导体激光装置1004将多个半导体激光元件被一体化后的半导体激光器阵列元件108用作光源。因此，在实施方式2中，与半导体激光元件1011、1012各自对应地设置有发散角校正元件1021、1022及聚光透镜1061、1062，相对于此，在实施方式4中，横跨由半导体激光器阵列元件108射出的多个激光的多个光路，设置发散角校正元件109及聚光透镜1063。

图9是表示图8所示的半导体激光器阵列元件108的结构的示意图。半导体激光器阵列元件108的快轴方向与Z轴方向一致，慢轴方向与Y轴方向一致。半导体激光器阵列元件108具有多个发光点。在图9中示出来自各发光点的出射光401及光出射方向402。图9所示的半导体激光器阵列元件108在具有平行的光轴的状态下射出多个光束。聚光透镜1063除了使上述多个光束的扩展角变化的作用之外，还具有通过使多个光束的行进方向变化，在某个位置处使多个光束重叠的作用。

另外，在端面发光型的半导体激光条中，通常，元件排列于慢轴方向，作为对快轴方向的光束发散角进行校正的透镜而使用作为圆筒透镜的发散角校正元件109。在本实施方式中，由透射型波长色散元件103实现的光束的耦合是在慢轴方向进行的，偏转部301处的像差也是在慢轴方向产生的。因此，关于与像差降低相关的聚光透镜1063、聚光透镜107及非对称折射光学元件105，以在慢轴方向上发挥作用的方式配置。

另外，半导体激光器阵列元件108以狭窄的间距紧密地排列有半导体激光元件。因此，与单芯片激光二极管相比，更多的光束射入至狭窄的角度中，进行波长耦合。因此，透射型波长色散元件103需要更高的角度分辨率。为了提高透射型波长色散元件103的角度分辨率，需要将透射型波长色散元件103上的光束直径设得大。因此，由偏转部301产生的光束剖面内的像差变得更大，本发明的效果更大地得以发挥。

如以上说明所述，根据本发明的实施方式4，与实施方式1同样地，能够对由偏转部301产生的依赖于光束剖面内的第1朝向D1上的位置的像差的至少一部分进行补偿。因此，能够利用具有色散性的元件，使用由半导体激光器阵列元件108射出的多个激光，产生聚光性高且高功率的激光。

而且，在本实施方式中，由于具有聚光透镜1063及聚光透镜107，因此能够同时得到在实施方式2中说明过的在产生阶段降低偏转部301处的像差的效果、在实施方式3中说明过的能够将非对称折射光学元件105小型化这样的效果。

另外，由于使用了搭载有多个半导体激光元件的半导体激光器阵列元件108，因此能够通过构造简单且部件数量少的半导体激光装置，产生高功率且聚光性高的激光。

实施方式5.

图10是表示本发明的实施方式5涉及的半导体激光装置1005的结构的示意图。半导体激光装置1005除了实施方式4涉及的半导体激光装置1004的结构之外，在快轴方向的发散角校正元件109及透射型波长色散元件103之间的光路上具有旋转光学元件110，该旋转光学元件110使各个光束以光轴为中心进行像旋转并且重叠于透射型波长色散元件103上。

图11是表示图10所示的旋转光学元件110的结构的一个例子的斜视图。旋转光学元件110是使射入的多个激光以光轴为旋转轴单独地旋转90度而射出的90度像旋转光学系统阵列。旋转光学元件110在YZ面内以相对于Y轴倾斜45度的状态配置。旋转光学元件110在相对于水平轴倾斜45度的状态下排列有多对圆筒凸透镜。圆筒凸透镜以与半导体激光器阵列元件108所包含的多个发光点的排列间距相同的间距排列。在将圆筒凸透镜的焦距设为f时，一对圆筒凸透镜间的距离L为2f。如果使光束入射至这样的旋转光学元件110，则射出垂直轴向和水平轴向调换后的状态的光束。这样的旋转光学元件110已被产品化，能够容易地得到。在国际公开第2014/087726号公报中也公开了具有旋转光学元件110的波长耦合外部谐振器，能够应用相同的技术。

图9所示那样的端面发光型的半导体激光器阵列元件108在排列地使用多个半导体激光元件的情况下经常使用。在这样的半导体激光器阵列元件108中，通常，发光点的排列方向即慢轴的光束发散角为全角5度至10度左右，相对于此，与排列方向正交的快轴方向的光束发散角大至30度至60度左右。另外，通常，慢轴方向与快轴方向相比聚光性低。在半导体激光器阵列元件108中，存在由制造工艺引起的被称为污点的元件的变形，有时在快轴方向上产生光源的设置高度的波动。在本实施方式中，通过使用旋转光学元件110而使激光绕光轴旋转90度，从而能够将快轴方向的污点的影响变换至聚光性相对低的慢轴方向。

由此，半导体激光装置1005具有如下效果，即，能够对由污点引起的聚光性的降低比率进行抑制，稳定地将多个半导体激光元件的输出重叠起来，能够得到高功率。

如以上说明所述，根据本发明的实施方式5涉及的半导体激光装置1005，与实施方式1同样地，能够对由偏转部301产生的依赖于光束剖面内的第1朝向D1上的位置的像差的至少一部分进行补偿。因此，能够利用具有色散性的元件，使用由半导体激光器阵列元件108射出的多个激光，产生聚光性高且高功率的激光。

而且，在本实施方式中，由于使用旋转光学元件110，因此能够将快轴方向的污点的影响变换至聚光性相对低的慢轴方向。因此，能够取得如下效果，即，能够对由污点引起的聚光性的降低进行抑制，稳定地将多个半导体激光元件的输出重叠而得到高功率。

实施方式6.

图12是表示本发明的实施方式6涉及的半导体激光装置1006的结构的示意图。半导体激光装置1006具有多个半导体激光器阵列元件1081、1082。半导体激光器阵列元件1081、1082能够具有与图9所示的半导体激光器阵列元件108相同的结构。这里，示出2个半导体激光器阵列元件1081、1082，但也可以使用大于或等于3个半导体激光器阵列元件108。

半导体激光装置1006具有与2个半导体激光器阵列元件1081、1082各自对应地设置的2个发散角校正元件1091、1092、2个旋转光学元件1101、1102。

另外，为了将多个半导体激光器阵列元件1081、1082的输出重叠起来，与使用1个半导体激光器阵列元件108的情况相比，光束从更宽的角度范围入射至透射型波长色散元件103。因此，就以大的入射角入射至透射型波长色散元件103的光束而言，偏转部301处的偏转角变大，由偏转部301产生的光程长度差所引起的像差也变大。因此，在具有使用多个半导体激光器阵列元件1081、1082的波长耦合外部谐振器的半导体激光装置1006中，由应用本实施方式的技术带来的效果变大。

如以上说明所述，根据本发明的实施方式6涉及的半导体激光装置1006，与实施方式1同样地，能够对由偏转部301产生的依赖于光束剖面内的第1朝向D1上的位置的像差的至少一部分进行补偿。因此，能够利用具有色散性的元件，使用由半导体激光器阵列元件1081、1082射出的多个激光，产生聚光性高且高功率的激光。

而且，在本实施方式中，由于使用多个半导体激光器阵列元件1081、1082，因此通过将由更多的半导体激光元件输出的激光耦合，与使用1个半导体激光器阵列元件108的情况相比，能够取得可以进一步实现高功率化这样的效果。

在上述实施方式中，对半导体激光装置1001～1006的结构进行了说明，但在上述实施方式中说明过的技术也能够作为具有半导体激光装置1001～1006的激光加工装置而实现。

以上实施方式所示的结构表示的是本发明的内容的一个例子，也可以与其它的公知技术进行组合，在不脱离本发明的主旨的范围内，也可以省略、变更结构的一部分。

例如，在上述实施方式4及5中，示出将1个半导体激光器阵列元件108用作光源的例子，在实施方式6中，示出将2个半导体激光器阵列元件1081、1082用作光源的例子，但本发明并不限于上述例子。只要多个半导体激光元件中的至少一部分由半导体激光器阵列元件108构成即可。即，不限于半导体激光元件全部为半导体激光器阵列元件108的例子，半导体激光装置1004～1006也可以具有半导体激光器阵列元件108及作为单芯片激光二极管的半导体激光元件这两者。另外，半导体激光装置1004～1006也可以具有大于或等于3个半导体激光器阵列元件108。

标号的说明

103透射型波长色散元件，104部分反射元件，105非对称折射光学元件，105a出射面，107、302a、1061、1062、1063聚光透镜，108、1081、1082半导体激光器阵列元件，109、1021、1022、1091、1092发散角校正元件，110、1101、1102旋转光学元件，201内侧光线，202主光线，203外侧光线，301偏转部，302外部光学系统，303聚光点，1001～1006半导体激光装置，1011、1012半导体激光元件，2001、2002激光，D1第1朝向，θ顶角，α聚光角，h光线高度。

Claims (10)

1.一种半导体激光装置，其特征在于，具有：

多个半导体激光元件，其射出波长彼此不同的激光；

部分反射元件，其与多个所述半导体激光元件构成外部谐振器的两端；

透射型波长色散元件，其在多个所述半导体激光元件及所述部分反射元件之间的所述激光的光路上，配置于多个所述激光重叠起来的位置，具有波长色散性，该透射型波长色散元件通过在包含多个所述激光的光轴的第1面内，使多个所述激光的行进方向变化，从而使多个所述激光共有光轴、进行耦合；

非对称折射光学元件，其配置于所述透射型波长色散元件及所述部分反射元件之间的光路上，与包含于所述第1面且与所述激光的光轴正交的第1朝向上的位置变化相伴地，从内部通过的距离即元件内通过距离减少；以及

聚光透镜，其配置于所述透射型波长色散元件及所述非对称折射光学元件之间的光路上。

2.根据权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于，

所述透射型波长色散元件为透射型衍射光栅。

3.根据权利要求1或2所述的半导体激光装置，其特征在于，

所述非对称折射光学元件由折射率比自由空间高的材料形成，

所述第1朝向是从所述透射型波长色散元件至所述非对称折射光学元件为止的距离长的一侧朝向短的一侧的朝向。

4.根据权利要求3所述的半导体激光装置，其特征在于，

就所述非对称折射光学元件而言，所述元件内通过距离相对于所述第1朝向的距离线性地减少。

5.根据权利要求3所述的半导体激光装置，其特征在于，

就所述非对称折射光学元件而言，所述元件内通过距离在所述第1朝向上每行进一定距离而阶段性地减少。

6.根据权利要求1或2所述的半导体激光装置，其特征在于，

还具有发散角校正元件，该发散角校正元件配置于所述半导体激光元件及所述透射型波长色散元件之间，对所述激光的发散角进行校正。

7.根据权利要求6所述的半导体激光装置，其特征在于，

还具有聚光透镜，该聚光透镜配置于所述发散角校正元件及所述透射型波长色散元件之间的光路上。

8.根据权利要求1或2所述的半导体激光装置，其特征在于，

还具有旋转光学元件，该旋转光学元件配置于多个所述半导体激光元件及所述透射型波长色散元件之间的光路上，使入射的多个所述激光以光轴为旋转轴单独地旋转90度而射出。

9.根据权利要求1或2所述的半导体激光装置，其特征在于，

多个所述半导体激光元件中的至少一部分由半导体激光器阵列元件构成。

10.一种半导体激光装置，其特征在于，具有：

多个半导体激光元件，其射出波长彼此不同的激光；

部分反射元件，其与多个所述半导体激光元件构成外部谐振器的两端；

透射型波长色散元件，其在多个所述半导体激光元件及所述部分反射元件之间的所述激光的光路上，配置于多个所述激光重叠起来的位置，具有波长色散性，该透射型波长色散元件通过在包含多个所述激光的光轴的第1面内，使多个所述激光的行进方向变化，从而使多个所述激光共有光轴、进行耦合；以及

非对称折射光学元件，其配置于所述透射型波长色散元件及所述部分反射元件之间的光路上，与包含于所述第1面且与所述激光的光轴正交的第1朝向上的位置变化相伴地，从内部通过的距离即元件内通过距离减少，

所述第1朝向是从所述透射型波长色散元件至所述非对称折射光学元件为止的距离长的一侧朝向短的一侧的朝向，

所述非对称折射光学元件由折射率比自由空间高的材料形成，所述元件内通过距离在所述第1朝向上每行进一定距离而阶段性地减少。