CN115244802A - 半导体激光装置 - Google Patents

半导体激光装置 Download PDF

Info

Publication number
CN115244802A
CN115244802A CN202180018189.5A CN202180018189A CN115244802A CN 115244802 A CN115244802 A CN 115244802A CN 202180018189 A CN202180018189 A CN 202180018189A CN 115244802 A CN115244802 A CN 115244802A
Authority
CN
China
Prior art keywords
semiconductor laser
elements
laser elements
laser beams
mirrors
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202180018189.5A
Other languages
English (en)
Inventor
深草雅春
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Panasonic Holdings Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Holdings Corp filed Critical Panasonic Holdings Corp
Publication of CN115244802A publication Critical patent/CN115244802A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0225—Out-coupling of light
    • H01S5/02253—Out-coupling of light using lenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031—Edge-emitting structures
    • H01S5/4062—Edge-emitting structures with an external cavity or using internal filters, e.g. Talbot filters
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/1006—Beam splitting or combining systems for splitting or combining different wavelengths
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/14—External cavity lasers
    • H01S5/141—External cavity lasers using a wavelength selective device, e.g. a grating or etalon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/0206—Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
    • H01S5/021—Silicon based substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/14—External cavity lasers
    • H01S5/141—External cavity lasers using a wavelength selective device, e.g. a grating or etalon
    • H01S5/143—Littman-Metcalf configuration, e.g. laser - grating - mirror
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/32308—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
    • H01S5/32341—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm blue laser based on GaN or GaP
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4087—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar emitting more than one wavelength

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

半导体激光装置(1)具备：半导体激光元件(11a～11d、12a～12d)，所述半导体激光元件(11a～11d、12a～12d)分别射出波长不同的激光(L1、L2)；准直透镜(21a～21d、22a～22d)，所述准直透镜(21a～21d、22a～22d)用于将激光(L1、L2)进行平行光化；衍射光栅(50)，激光(L1、L2)分别以不同的入射角入射于所述衍射光栅(50)，并且所述衍射光栅(50)使入射的各激光(L1、L2)的行进方向根据波长发生变化，来生成将激光(L1、L2)进行合成所得到的出射光(L10)；反射镜(41、42)，所述反射镜(41、42)具有用于使激光(L1、L2)分别以与各激光(L1、L2)对应的入射角入射于衍射光栅(50)的反射面；以及多个反射面(311、321)，所述多个反射面(311、321)用于将激光(L1、L2)分别向反射镜(41、42)引导。

Description

半导体激光装置
技术领域
本发明涉及一种半导体激光装置，例如是适用于产品的加工等的半导体激光装置。
背景技术
近年来，使用从半导体激光装置射出的激光来进行各种产品的加工。在这种半导体激光装置中，为了提高加工品质，优选提高出射光的输出。
在以下的专利文献1中记载有以下结构的半导体激光装置：利用衍射光栅将从出射波长互不相同的多个半导体激光元件分别射出的激光进行合成，来提高出射光的输出。在此，多个半导体激光元件沿以衍射光栅为中心的圆周彼此接近地配置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-54295号公报
发明内容
发明要解决的问题
当如上所述那样将多个半导体激光元件接近地配置时，多个半导体激光元件中的一个半导体激光元件所产生的热对这一个半导体激光元件的相邻的半导体激光元件造成影响。因此，产生在各半导体激光元件中无法得到足够的光输出的问题。
该问题能够通过扩大半导体激光元件间的在圆周方向上的间隔来消除。但是，在利用衍射光栅将波长不同的多个激光进行合成的情况下，需要在以衍射光栅为中心的规定的角度范围内配置多个半导体激光元件。因此，当如上所述那样扩大半导体激光元件间的间隔时，在上述的角度范围内能够配置的半导体激光元件的数量减少，结果是产生出射光的输出降低的问题。
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种能够有效地提高将波长不同的激光进行合成所生成的出射光的输出的半导体激光装置。
用于解决问题的方案
本发明的主要方式涉及一种半导体激光装置。本方式所涉及的半导体激光装置具备：多个半导体激光元件，所述多个半导体激光元件分别射出波长不同的多个激光；多个透镜部，所述多个透镜部用于将所述多个激光进行平行光化；波长色散元件，所述多个激光分别以不同的入射角入射于所述波长色散元件，并且所述波长色散元件使入射的各所述激光的行进方向根据波长发生变化，来生成将所述多个激光进行合成所得到的光；多个第一反射面，所述多个第一反射面用于使所述多个激光分别以与各所述激光对应的所述入射角入射到所述波长色散元件；以及多个第二反射面，所述多个第二反射面用于将所述多个激光分别向所述多个第一反射面引导。
根据本方式所涉及的半导体激光装置，即使扩大半导体激光元件间的间隔，也能够通过调整多个第二反射面的配置来将从多个半导体激光元件射出的激光分别向多个第一反射面引导，另外，能够通过调整多个第一反射面的配置来使各激光以适当的入射角入射于波长色散元件。因此，能够在抑制半导体激光元件间的热的影响的同时配置多个半导体激光元件。由此，能够有效地提高将波长不同的激光进行合成所生成的出射光的输出。
发明的效果
如上所述，根据本发明，能够提供一种能够有效地提高将波长不同的激光进行合成所生成的出射光的输出的半导体激光装置以及外部谐振型激光装置。
通过以下所示的实施方式的说明，本发明的效果乃至意义变得更加明确。但是，以下所示的实施方式只不过是实施本发明时的一个例示，本发明没有对以下的实施方式所记载的内容作任何限制。
附图说明
图1是示出实施方式1所涉及的半导体激光装置的结构的图。
图2是示出实施方式1所涉及的半导体激光元件的结构的立体图。
图3是将实施方式1所涉及的光学系统的一部分放大地示出的图。
图4是示出实施方式2所涉及的半导体激光装置的结构的图。
图5是示出实施方式3所涉及的半导体激光装置的结构的图。
图6是示出实施方式4所涉及的半导体激光装置的结构的图。
图7是示出实施方式4所涉及的激光器阵列的结构的立体图。
图8是示出实施方式4的变更例所涉及的半导体激光元件的配置方式的立体图。
具体实施方式
下面，参照附图来说明本发明的实施方式。此外，以下要说明的实施方式均表示本发明的一个具体例。因而，以下的实施方式中示出的数值、形状、材料、构成要素以及构成要素的配置位置、连接方式等是一例，并非旨在对本发明进行限定。因此，以下的实施方式的构成要素中的未被记载于独立权利要求的构成要素作为任意的构成要素来进行说明。
另外，各图是示意图，并非严格地进行了图示的图。因而，在各图中，比例尺等未必一致。在各图中，对实质上相同的结构标注了相同的附图标记，并省略或简化重复的说明。此外，方便起见，在各图中标注有相互正交的X轴、Y轴、Z轴。X轴方向是半导体激光元件的排列方向，Y轴方向是半导体激光元件中的激光的出射方向。
<实施方式1>
在实施方式1中，反射镜41、42的反射面411、421与本发明中记载的“第一反射面”对应，反射镜31、32的反射面311、321与本发明中记载的“第二反射面”对应。另外，在实施方式1中，准直透镜21a～21d以及准直透镜22a～22d与本发明中记载的“透镜部”对应。
但是，上述记载的目的始终是将权利要求书的结构与实施方式1的结构对应起来，权利要求书中记载的发明并未通过上述对应而对实施方式的结构作任何限定。
图1是示出半导体激光装置1的结构的图。
半导体激光装置1具备光学系统S1、光学系统S2以及衍射光栅50。
光学系统S1具备四个半导体激光元件11a～11d、四个准直透镜21a～21d、四个反射镜31以及四个反射镜41。光学系统S2具备四个半导体激光元件12a～12d、四个准直透镜22a～22d、四个反射镜32以及四个反射镜42。分别配置于光学系统S1和光学系统S2的半导体激光元件的数量不限于四个，也可以是四个以外的多个。
图2是示出半导体激光元件11a的结构的立体图。
如图2的(a)所示，半导体激光元件11a为活性层111被N型包覆层112和P型包覆层113夹着的构造。N型包覆层112层叠于N型基板114。另外，在P型包覆层113上层叠有接触层115。通过对电极116施加电流，从发光区域117沿Z轴正方向射出激光。一般来说，发光区域117在与活性层111平行的方向上的宽度W1比在与活性层111垂直的方向上的宽度W2宽。
发光区域117的短边方向的轴、即与活性层111垂直的方向(Z轴方向)的轴被称为快轴，发光区域117的长边方向的轴、即与活性层111平行的方向(X轴方向)的轴被称为慢轴。在图2的(b)中，118a表示快轴，118b表示慢轴。从发光区域117射出的激光的在快轴方向上的扩展角比在慢轴方向上的扩展角大。因此，光束B20的形状如图2的(b)所示那样成为在快轴方向上长的椭圆形状。
图1示出的半导体激光元件11a～11d、12a～12d是与图2的(a)及(b)相同的结构。半导体激光元件11a～11d、12a～12d分别射出波长不同的激光。半导体激光元件11a～11d、12a～12d的出射波长范围在彼此相邻的半导体激光元件间互不相同，例如相差几nm(例如1nm)左右。半导体激光元件11a～11d、12a～12d的出射波长范围例如被设定在390nm～450nm附近。在本实施方式1中，作为半导体激光元件11a～11d、12a～12d，例如使用分布反馈型(DFB：Distributed Feedback)激光元件或分布反射型(DBR：Distributed BraggReflector)激光元件。
返回到图1，半导体激光元件11a～11d、12a～12d分别以收纳于CAN的状态设置于散热板P1、P2。半导体激光元件11a～11d、12a～12d以沿X轴方向直线状地排列的方式配置。四个反射镜41在X轴正方向上与四个半导体激光元件11a～11d分离地配置。另外，四个反射镜42在X轴负方向上与四个半导体激光元件12a～12d分离地配置。
在半导体激光元件11a～11d的后级配置有用于将从这些半导体激光元件11a～11d射出的激光L1遍及整周地进行平行光化的四个准直透镜21a～21d。同样地，在半导体激光元件12a～12d的后级配置有用于将从这些半导体激光元件12a～12d射出的激光L2遍及整周地进行平行光化的四个准直透镜22a～22d。
另外，在准直透镜21a～21d的后级配置有用于将透过了准直透镜21a～21d的激光L1分别向四个反射镜41引导的四个反射镜31。同样地，在准直透镜22a～22d的后级配置有用于将透过了准直透镜22a～22d的激光L2分别向四个反射镜42引导的四个反射镜32。反射镜31、32是在Y轴负侧具有反射面311、321的板状的反射镜。
四个反射镜31分别配置于在Y轴方向上与半导体激光元件11a～11d相向的位置。在从Y轴正侧观察时的俯视图中，四个反射镜31与半导体激光元件11a～11d排列为同列。四个反射镜31以越靠X轴正侧的反射镜31越向Y轴正方向偏移的方式配置，以不遮挡被在X轴负侧相邻的反射镜31的反射面311反射后的激光L1。
四个反射镜32分别配置于在Y轴方向上与半导体激光元件12a～12d相向的位置。在从Y轴正侧观察时的俯视图中，四个反射镜32与半导体激光元件12a～12d排列为同列。四个反射镜32以越靠X轴负侧的反射镜32越向Y轴正方向偏移的方式配置，以不遮挡被在X轴正侧相邻的反射镜32的反射面321反射后的激光L2。
四个反射镜31以反射面311在与X-Y平面平行的平面上大致抛物线状地排列的方式配置。同样地，四个反射镜32以反射面321在与X-Y平面平行的平面上大致抛物线状地排列的方式配置。四个反射镜31的反射面311的倾角互不相同，四个反射镜32的反射面321的倾角互不相同。
四个反射镜41分别将被四个反射镜31反射后的激光L1反射，来使这些激光L1入射到衍射光栅50的入射面上的大致同一位置。另外，四个反射镜42分别将被四个反射镜32反射的激光L2反射，来使这些激光L2入射到衍射光栅50的入射面上的大致同一位置。衍射光栅50的入射面上的激光L1、L2的入射位置大致相同。
反射镜41、42是在Y轴正侧具有反射面411、421的板状的反射镜。在从Y轴正侧观察时的俯视图中，四个反射镜41与半导体激光元件11a～11d排列为同列。同样地，四个反射镜42在从Y轴正侧观察时的俯视图中与半导体激光元件12a～12d排列为同列。因而，四个反射镜41和四个反射镜42在X轴方向上直线状地排列。
图3是将反射镜41、42附近放大地示出的图。
四个反射镜41以越靠X轴正侧的反射镜41越向Y轴正方向偏移的方式配置。另外，四个反射镜42以越靠X轴负侧的反射镜42越向Y轴正方向偏移的方式配置。四个反射镜41以反射面411在与X-Y平面平行的平面上大致抛物线状地排列的方式配置。同样地，四个反射镜42以反射面421在与X-Y平面平行的平面上大致抛物线状状地排列的方式配置。四个反射镜41的反射面411的倾角互不相同，四个反射镜42的反射面421的倾角互不相同。
返回到图1，被反射镜41、42反射后的多个激光L1、L2分别以不同的入射角入射于衍射光栅50。衍射光栅50使入射的各激光L1、L2的行进方向以与波长相应的衍射角发生变化，并将这些多个激光L1、L2进行合成。即，使透过了衍射光栅50的各激光L1、L2的光轴彼此一致，由此生成出射光L10。出射光L10例如用于产品的加工。
衍射光栅50以在与X-Y平面平行的方向上以规定的角度倾斜的方式配置。衍射光栅50被设定有衍射图案(衍射槽的间距和深度)，以使得以规定的入射角入射的各波长的激光L1、L2向同一行进方向衍射。另外，调整反射镜31、32以及反射镜41、42的配置(Y轴方向的位置和倾斜度)，以使得各波长的激光L1、L2分别以对应的入射角入射于衍射光栅50。
同样地，结合反射镜31、32以及反射镜41、42的配置来调整半导体激光元件11a～11d、12a～12d的配置(X轴方向的间隔)，以使得各波长的激光L1、L2分别以对应的入射角入射于衍射光栅50。由此，能够如上所述那样使透过了衍射光栅50的各激光L1、L2的光轴对齐，能够生成将这些激光L1、L2进行合成所得到的出射光L10。
在图1的结构中的衍射光栅50的角度配置及各激光的入射角下，以满足λ12d<λ12c<λ12b<λ12a<λ11a<λ11b<λ11c<λ11d的关系的方式选择并配置半导体激光元件11a～11d、12a～12d的振荡波长。
<实施方式1的效果>
根据实施方式1，能够发挥以下效果。
即使扩大半导体激光元件11a～11d、12a～12d之间的间隔，也能够通过调整反射镜31、32的反射面311、321(第二反射面)的配置来将从半导体激光元件11a～11d、12a～12d射出的激光L1、L2分别向反射镜41、42的反射面411、421(第一反射面)引导。另外，能够通过调整反射镜41、42的反射面411、421(第一反射面)的配置来使各激光L1、L2以适当的入射角入射于衍射光栅50(波长色散元件)。因此，能够在抑制半导体激光元件11a～11d、12a～12d之间的热的影响的同时，配置多个半导体激光元件11a～11d、12a～12d。由此，能够有效地提高将波长不同的激光L1、L2进行合成所生成的出射光L10的输出。
另外，如图1所示，半导体激光元件11a～11d、12a～12d以沿X轴方向直线状地排列的方式配置，反射镜41、42的反射面411、421(第一反射面)在半导体激光元件11a～11d、12a～12d的排列方向上与半导体激光元件11a～11d、12a～12d分离地配置，在反射镜31、32的反射面311、321(第二反射面)中，离反射面411、421(第一反射面)越近的反射面311、321(第二反射面)被配置于离半导体激光元件11a～11d、12a～12d越远的位置。由此，能够使被一个反射镜31、32的反射面311、321反射后的激光L1、L2不被其它反射镜31、32遮挡地适当地入射到对应的反射镜41、42的反射面411、421。因此，能够顺利地提高出射光L10的输出。
另外，如图1所示，具有半导体激光元件11a～11d、准直透镜21a～21d(透镜部)、四个反射面411(第一反射面)以及四个反射面311(第二反射面)的光学系统S1(组)与具有半导体激光元件12a～12d、准直透镜22a～22d(透镜部)、四个反射面421(第一反射面)以及四个反射面321(第二反射面)的光学系统S2(组)沿半导体激光元件11a～11d、12a～12d的排列方向(X轴方向)排列，并且，光学系统S1、S2的反射面411、421(第一反射面)以彼此相邻的方式配置。这样，通过将两个光学系统S1、S2在一个方向上对称地配置，能够显著地增加可配置的半导体激光元件11a～11d、12a～12d的数量。因此，能够更有效地提高出射光L10的输出。
另外，在本实施方式1中，作为波长色散元件，使用了衍射光栅50。由此，能够通过调整衍射图案(衍射槽的间距和深度)来顺利地将各波长的激光L1、L2进行合成。
<实施方式2>
图4是示出实施方式2所涉及的半导体激光装置1的结构的图。
在实施方式2中，与实施方式1相比，追加了用于使来自衍射光栅50的出射光L10的一部分向衍射光栅50侧反射来返回到半导体激光元件11a～11d、12a～12d的部分反射镜60。另外，半导体激光元件11a～11d、12a～12d被变更为外部谐振型的半导体激光元件。即，在实施方式2中，由部分反射镜60和半导体激光元件11a～11d、12a～12d构成外部谐振器，通过从部分反射镜60返回反射光，半导体激光元件11a～11d、12a～12d以互不相同的波长进行外部谐振。其它结构与上述实施方式1相同。
由于衍射光栅50的角度配置及各激光的入射角与实施方式1相同，因此半导体激光元件11a～11d、12a～12d的外部谐振的各个波长λ11a～11d、λ12a～λ12d为λ12d<λ12c<λ12b<λ12a<λ11a<λ11b<λ11c<λ11d的关系。
半导体激光元件11a～11d、12a～12d中的能够进行外部谐振的波长宽度为30nm～40nm左右。半导体激光元件11a～11d、12a～12d在该波长宽度的范围内通过外部谐振进行振荡。优选调整半导体激光元件11a～11d、12a～12d的组成，以使得分别在通过外部谐振进行振荡的波长附近具有增益的峰值。由此，在外部谐振时能够使各半导体激光元件11a～11d、12a～12d高效地振荡，能够提高各半导体激光元件11a～11d、12a～12d的输出。
在实施方式2中，与上述实施方式1同样地，半导体激光元件11a～11d、12a～12d的出射波长的频带也被设定为例如390nm～450nm左右即可。
<实施方式2的效果>
在实施方式2中，能够发挥与实施方式1同样的效果。
另外，根据实施方式2，由部分反射镜60和半导体激光元件11a～11d、12a～12d构成外部谐振器，因此即使不对从半导体激光元件11a～11d、12a～12d射出的激光L1、L2相对于衍射光栅50的入射角进行周密地调整，半导体激光元件11a～11d、12a～12d也以会将这些激光L1、L2适当地合成为出射光L10的波长进行振荡。因此，能够通过简单的调整作业有效地提高出射光L10的输出。
<实施方式3>
图5是示出实施方式3所涉及的半导体激光装置1的结构的图。
在实施方式3中，与实施方式2相比还配置有快轴准直透镜70，该快轴准直透镜70用于将向衍射光栅50入射的激光L1、L2在快轴方向上进行平行光化。另外，半导体激光元件11a～11d、12a～12d沿快轴方向排列。即，半导体激光元件11a～11d、12a～12d以快轴与X轴方向平行的方式配置。实施方式3中的其它结构与上述实施方式2相同。
此外，在实施方式3中，快轴准直透镜70与本发明中记载的“其它透镜部”对应。
快轴准直透镜70具有仅在与X-Y平面平行的方向上弯曲的透镜面70a。透镜面70a的母线与Z轴平行。
<实施方式3的效果>
在上述实施方式2的结构中，从半导体激光元件11a～11d、12a～12d射出的激光L1、L2虽然分别通过准直透镜21a～21d、22a～22d被进行平行光化，但并没有完全成为平行光，而是以从平行光稍微扩散了的状态入射于衍射光栅50。因此，在激光L1、L2中产生不以适当的入射角入射于衍射光栅50的光束，该光束会偏离出射光L10。
与此相对地，在实施方式3中，利用快轴准直透镜70使向衍射光栅50入射的激光L1、L2在快轴方向上更加接近平行光。因此，与实施方式2相比，能够使不以适当的入射角入射于衍射光栅50的光束减少，能够将更多的光束合成为出射光L10。因此，能够更有效地提高出射光L10的输出。另外，能够确保来自部分反射镜60的返回光量，因此能够高效地从半导体激光元件11a～11d、12a～12d射出激光L1、L2。
另外，在实施方式3中，由于半导体激光元件11a～11d、12a～12d以沿快轴方向排列的方式配置，因此从半导体激光元件11a～11d、12a～12d射出的激光L1、L2随着去向衍射光栅50而在快轴方向上彼此接近，从而在衍射光栅50的受光面上重叠。因而，在光学部件的配置上产生了误差等的情况下，激光L1、L2在衍射光栅50的受光面上在快轴方向上发生位置偏移。但是，由于快轴方向的光束品质好，因此能够扩大能维持出射光L10整体的光束品质的、位置偏移的容许范围。因此，通过像这样将半导体激光元件11a～11d、12a～12d沿快轴方向排列，能够提高出射光L10的光束品质，并且能够容易地进行光学部件的配置的调整作业。
此外，实施方式3示出的结构即、将半导体激光元件11a～11d、12a～12d沿快轴方向配置并配置有快轴准直透镜70的结构也可以应用于上述实施方式1的结构。由此，能够发挥与上述同样的效果。
<变更例>
在图5的结构中，与实施方式1所涉及的图1的结构同样地，四个反射镜31的反射面311以在与X-Y平面平行的平面上大致抛物线状地排列的方式配置，四个反射镜41以反射面411在与X-Y平面平行的平面上大致抛物线状地排列的方式配置。关于这一点，对于四个反射镜32的反射面321以及四个反射镜42的反射面421也是同样的。
另外，由于衍射光栅50的角度配置以及各激光的入射角也与实施方式1相同，因此半导体激光元件11a～11d、12a～12d各自的波长λ11a～λ11d、λ12a～λ12d以λ12d<λ12c<λ12b<λ12a<λ11a<λ11b<λ11c<λ11d的关系形成了外部谐振器。这样，对于半导体激光元件11a～11d、12a～12d而言，越靠X轴正侧的半导体激光元件的外部谐振的波长越短。
另一方面，由于向快轴准直透镜70入射所有波长的激光L1、L2，因此按每个激光(每个波长)产生色差。另外，如上所述，半导体激光元件11a～11d、12a～12d的波长不同，因此按每个激光(每个波长)，收敛作用不同。因此，在图5的结构中，优选进一步使用用于将各波长的激光适当地进行平行光化的结构。
鉴于这一点，在本变更例中，以如下方式构成光学系统S1、S2：在半导体激光元件11a～11d、12a～12d中，出射波长越短的半导体激光元件到快轴准直透镜70的光路长度越短。具体地说，通过配置四个反射镜31的反射面311以及四个反射镜32的反射面321，如上述那样调整了半导体激光元件11a～11d、12a～12d与快轴准直透镜70之间的光路长度。
波长越短，快轴准直透镜70的焦距越短。因而，通过如上述那样以出射波长越短的半导体激光元件到快轴准直透镜70的光路长度越短的方式构成光学系统S1、S2，能够利用快轴准直透镜70将各波长的激光L1、L2更适当地进行平行光化。因此，能够更有效地提高出射光L10的输出。
此外，优选调整半导体激光元件11a～11d、12a～12d与快轴准直透镜70之间的光路长度，使得利用快轴准直透镜70将各波长的激光L1、L2适当地进行平行光化。在该情况下，例如通过配置四个反射镜31的反射面311以及四个反射镜32的反射面321来调整半导体激光元件11a～11d、12a～12d与快轴准直透镜70之间的光路长度即可。
在图5的结构中，在半导体激光元件11a～11d、12a～12d中，越靠X轴正侧的半导体激光元件的波长越短。因而，调整从半导体激光元件11a～11d、12a～12d到快轴准直透镜70的各个光路长度L1a～L1d、L2a～L2d以使得L2d<L2c<L2b<L2a<L1a<L1b<L1d即可。由此，能够实现出射波长越短的半导体激光元件到快轴准直透镜70的光路长度越短。
<实施方式4>
图6是示出实施方式4所涉及的半导体激光装置1的结构的图。
在实施方式4中，与实施方式3相比，反射镜31、32的前级的结构不同。即，在实施方式4中，半导体激光元件11a～11d、12a～12d以沿慢轴方向排列的方式设置于散热板P1、P2。另外，在半导体激光元件11a～11d、12a～12d的后级分别配置有快轴准直透镜81a～81d、82a～82d、光束旋转元件83a～83d、84a～84d、慢轴准直透镜85a～85d、86a～86d。实施方式4中的其它结构与上述实施方式3相同。
在实施方式4中，将四个半导体激光元件11a～11d阵列化。同样地，四个半导体激光元件12a～12d也被阵列化。
图7是示出激光器阵列11的结构的立体图。
如图7所示，四个半导体激光元件11a～11d以沿慢轴排列的方式设置于底座120，构成了激光器阵列11。因而，半导体激光元件11a～11d的发光区域117沿慢轴方向排成1列。包括四个半导体激光元件12a～12d的激光器阵列也是同样的结构。
此外，在图7中，通过将四个半导体激光元件11a～11d以彼此相邻的方式设置于底座120来构成激光器阵列11，但也可以将以四个发光区域117沿慢轴方向排列的方式形成的一个半导体发光元件设置于底座120。在该情况下，该半导体发光元件中的从各发光区域117射出激光的构造部分与半导体激光元件11a～11d分别对应。对于四个半导体激光元件12a～12d，也可以通过以四个发光区域117沿慢轴方向排列的方式形成的一个半导体发光元件来实现阵列化。
返回到图6，将通过这样构成的激光器阵列设置于散热板P1、P2。由此，半导体激光元件11a～11d、12a～12d以沿慢轴方向排列的方式配置。
快轴准直透镜81a～81d、82a～82d将从半导体激光元件11a～11d、12a～12d射出的激光L1、L2分别在快轴方向上进行平行光化。快轴准直透镜81a～81d、82a～82d例如由柱面透镜构成。在该情况下，快轴准直透镜81a～81d、82a～82d以透镜面的母线与X轴平行的方式配置。
光束旋转元件83a～83d、84a～84d使激光L1、L2的快轴和慢轴旋转。光束旋转元件83a～83d、84a～84d例如是在入射面和出射面上分别具有向外凸的柱面的光学元件。各柱面的母线互相平行。各柱面是彼此相同的形状，在光束旋转元件83a～83d、84a～84d的内部具有共同的焦点。
在该情况下，光束旋转元件83a～83d、84a～84d以柱面的母线相对于入射的激光L1、L2的快轴及慢轴为45°的方式配置。由此，透过了光束旋转元件83a～83d、84a～84d的激光L1、L2随着接近慢轴准直透镜85a～85d、86a～86d而以光轴为中心沿一个方向旋转。
慢轴准直透镜85a～85d、86a～86d配置在入射的激光L1、L2的慢轴与Z轴平行的位置。由此，激光L1、L2以慢轴与Z轴平行、快轴与X轴平行的状态入射于对应的慢轴准直透镜85a～85d、86a～86d。
慢轴准直透镜85a～85d、86a～86d将入射的激光L1、L2分别在慢轴方向上进行平行光化。慢轴准直透镜85a～85d、86a～86d例如由柱面透镜构成。在该情况下，慢轴准直透镜85a～85d、86a～86d以透镜面的母线与X轴平行的方式配置。慢轴准直透镜85a～85d、86a～86d的透镜面(柱面)形成为激光L1、L2的出射面。
当激光L1、L2向慢轴准直透镜85a～85d、86a～86d的透镜面(入射面)入射时，通过透镜面的光学作用，由光束旋转元件83a～83d、84a～84d赋予的光束的旋转停止。因而，透过了慢轴准直透镜85a～85d、86a～86d的激光L1、L2与上述实施方式3同样地以快轴与X轴平行的状态进入快轴准直透镜70。
<实施方式4的效果>
在实施方式4中，也能够发挥与上述实施方式3同样的效果。
另外，在实施方式4中，由于半导体激光元件11a～11d以及半导体激光元件12a～12d被阵列化，因此能够容易地进行半导体激光元件11a～11d、12a～12d的设置以及位置调整。
此外，上述实施方式3的变更例中示出的结构也可以同样地应用于实施方式4。
另外，在图6的结构中，由半导体激光元件11a～11d、12a～12d以及部分反射镜60构成了外部谐振器，但也可以是半导体激光元件11a～11d、12a～12d通过内部谐振进行振荡的结构。在该情况下，从图6的结构中省略部分反射镜60，与上述实施方式1同样地，半导体激光元件11a～11d、12a～12d被变更为内部谐振型的半导体激光元件。
另外，也可以是，各半导体激光元件11a～11d、12a～12d由还具有多个发射极的激光器阵列元件构成，为了与多个发射极对应，各光束旋转元件83a～83d、84a～84d为具有多个柱面透镜面的透镜阵列的结构。
此外，半导体激光元件11a～11d也可以不必一体化，例如也可以如图8所示那样彼此分离地配置。
<其它变更例>
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式，能够进行其它各种变更。
例如，在实施方式1～4中，共计配置了8个半导体激光元件11a～11d、12a～12d，但配置的半导体激光元件的数量不限于此。例如，也可以在光学系统S1、S2配置更多的半导体激光元件。另外，配置于光学系统S1的半导体激光元件的数量与配置于光学系统S2的半导体激光元件的数量也可以不同。
另外，在实施方式1～4中，相互分离地配置有共计8个反射面311、321，但反射面311、321也可以不必分离。例如，也可以是，倾角不同的四个反射面311不相互分离，以具有共同的边界的状态形成于一个反射镜。反射面321也可以与之同样地构成。关于这一点，反射面411、421也是同样的。
另外，在上述实施方式1～4中，半导体激光元件11a～11d的间隔是固定的，但半导体激光元件11a～11d的间隔也可以不必固定。关于这一点，半导体激光元件12a～12d也是同样的。
另外，在上述实施方式中，半导体激光元件11a～11d、12a～12d以直线状地排列的方式配置，但半导体激光元件11a～11d、12a～12d也可以不必直线状地排列。例如，在图1的结构中，半导体激光元件11b、11d也可以配置在相对于半导体激光元件11a、11c沿Z轴方向偏移了的位置。在该情况下，与半导体激光元件11b、11d相向的反射镜31根据半导体激光元件11b、11d的偏移向与Y-Z平面平行的方向倾斜，从而将从半导体激光元件11b、11d射出的激光L1引导至对应的反射镜41。另外，这两个反射镜41以被这两个反射镜41反射后的激光L1入射到衍射光栅50的共同的入射位置的方式向与Y-Z平面平行的方向倾斜。
另外，反射镜41、42也可以以相对于反射镜31、32沿Z轴方向偏移的方式配置。在该结构中，使衍射光栅50根据反射镜41、42的偏移沿Z轴方向偏移，调整反射镜41、42的倾斜度，以使得被反射镜41、42反射后的激光L1、L2入射到衍射光栅50的共同的入射位置即可。此外，在该情况下，由于被反射镜41、42反射后的激光L1、L2不通过X轴正方向的端部的反射镜31与X轴负方向的端部的反射镜32之间的间隙，因此也可以将前级的光学系统与反射镜31、32彼此接近地配置，以消除该间隙。
另外，在上述实施方式1～4中，在半导体激光装置1配置有两个光学系统S1、S2，但也可以在半导体激光装置1仅配置任一方的光学系统。
另外，在上述实施方式1～4中，作为波长色散元件，使用了透过型的衍射光栅50，但作为波长色散元件，也可以使用反射型的衍射光栅。另外，也可以使用棱镜等其它波长色散元件来代替衍射光栅50。
另外，在上述实施方式1～3中，作为本发明中记载的“透镜部”，使用了一个准直透镜21a～21d、22a～22d，但也可以将用于将激光L1、L2在快轴方向上进行平行光化的柱面透镜和用于将激光L1、L2在慢轴方向上进行平行光化的柱面透镜进行组合来构成“透镜部”。另外，本发明中记载的“其它透镜部”也可以不必由一个快轴准直透镜70构成，也可以组合多个透镜来构成。
另外，半导体激光装置1的结构也不限于上述实施方式1～4示出的结构，也能够进行各种变更。例如，也可以在反射镜41、42与衍射光栅50之间配置使激光L1、L2的光路弯折的反射镜。另外，也可以在衍射光栅50的后级适当配置透镜等光学元件。
此外，半导体激光装置1不限于产品的加工，也可以用于其它用途。
除此以外，本发明的实施方式能够在权利要求书示出的技术思想的范围内适当进行各种变更。例如，对上述各实施方式实施本领域技术人员想到的各种变形而得到的方式、在不脱离本发明的主旨的范围内通过将各实施方式中的构成要素及功能任意地组合而实现的方式也包含在本发明中。
附图标记说明
1：半导体激光装置；11：激光器阵列；11a～11d、12a～12d：半导体激光元件；21a～21d、22a～22d：准直透镜(透镜部)；31、32、41、42：反射镜；50：衍射光栅(波长色散元件)；60：部分反射镜；70：快轴准直透镜(其它透镜部)；81a～81d、82a～82d：快轴准直透镜(透镜部)；83a～83d、84a～84d：光束旋转元件；85a～85d、86a～86d：慢轴准直透镜(透镜部)；311：反射面(第二反射面)；411：反射面(第一反射面)；L1、L2：激光；L10：出射光；S1、S2：光学系统(组)。

Claims (11)

1.一种半导体激光装置，具备：
多个半导体激光元件，所述多个半导体激光元件分别射出波长不同的多个激光；
多个透镜部，所述多个透镜部用于将所述多个激光进行平行光化；
波长色散元件，所述多个激光分别以不同的入射角入射于所述波长色散元件，并且所述波长色散元件使入射的各所述激光的行进方向根据波长发生变化，来生成将所述多个激光进行合成所得到的光；
多个第一反射面，所述多个第一反射面用于使所述多个激光分别以与各所述激光对应的所述入射角入射到所述波长色散元件；以及
多个第二反射面，所述多个第二反射面用于将所述多个激光分别向所述多个第一反射面引导。
2.根据权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于，
所述多个半导体激光元件直线状地排列配置，
所述多个第一反射面在所述多个半导体激光元件的排列方向上与所述多个半导体激光元件分离地配置，
关于所述多个第二反射面，离所述多个第一反射面越近的所述第二反射面被配置于离所述半导体激光元件越远的位置。
3.根据权利要求2所述的半导体激光装置，其特征在于，
两个具有所述多个半导体激光元件、所述多个透镜部、所述多个第一反射面以及所述多个第二反射面的组沿所述多个半导体激光元件的排列方向排列，并且各组的所述多个第一反射面以彼此相邻的方式配置。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的半导体激光装置，其特征在于，
还具备部分反射镜，所述部分反射镜使来自所述波长色散元件的出射光的一部分向所述波长色散元件侧反射来返回到所述多个所述半导体激光元件，
由所述部分反射镜和所述多个半导体激光元件构成外部谐振器，
所述多个半导体激光元件以互不相同的波长进行外部谐振。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的半导体激光装置，其特征在于，
所述多个半导体激光元件沿快轴方向排列配置，
所述半导体激光装置还具备其它透镜部，所述其它透镜部用于将向波长色散元件入射的所述多个激光在所述快轴方向上进行平行光化。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的半导体激光装置，其特征在于，
所述多个半导体激光元件沿慢轴方向排列配置，
所述半导体激光装置还具备多个光束旋转元件，所述多个光束旋转元件使所述多个激光的快轴分别旋转大约90°，
所述半导体激光装置还具备其它透镜部，所述其它透镜部用于将向所述波长色散元件入射的所述多个激光在所述快轴方向上进行平行光化。
7.根据权利要求6所述的半导体激光装置，其特征在于，
所述多个透镜部分别包括：
快轴准直透镜，其配置在所述光束旋转元件的前级，用于将从所述半导体激光元件射出的所述激光在快轴方向上进行平行光化；以及
慢轴准直透镜，其配置在所述光束旋转元件的后级，用于将所述激光在慢轴方向上进行平行光化。
8.根据权利要求6或7所述的半导体激光元件，其特征在于，
所述多个半导体激光元件被阵列化。
9.根据权利要求5至8中的任一项所述的半导体激光装置，其特征在于，
出射波长越短的所述半导体激光元件到所述其它透镜部的光路长度越短。
10.根据权利要求9所述的半导体激光装置，其特征在于，
所述多个半导体激光元件与所述其它透镜部之间的光路长度根据所述多个第二反射面的配置而被调整。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的半导体激光装置，其特征在于，
波长色散元件是衍射光栅。
CN202180018189.5A 2020-03-05 2021-02-12 半导体激光装置 Pending CN115244802A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020-037680 2020-03-05
JP2020037680 2020-03-05
PCT/JP2021/005367 WO2021177001A1 (ja) 2020-03-05 2021-02-12 半導体レーザ装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115244802A true CN115244802A (zh) 2022-10-25

Family

ID=77613322

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202180018189.5A Pending CN115244802A (zh) 2020-03-05 2021-02-12 半导体激光装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230108080A1 (zh)
JP (1) JPWO2021177001A1 (zh)
CN (1) CN115244802A (zh)
DE (1) DE112021001421T5 (zh)
WO (1) WO2021177001A1 (zh)

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014120621A (ja) * 2012-12-17 2014-06-30 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザ装置
US9690107B2 (en) * 2013-03-15 2017-06-27 Trumpf Laser Gmbh Device for wavelength combining of laser beams
DE102013105467B4 (de) * 2013-05-28 2016-11-03 Lumics Gmbh Diodenlaser, Laserbearbeitungsvorrichtung und Laserbehandlungsvorrichtung
US9391713B2 (en) * 2013-10-14 2016-07-12 Trumpf Laser Gmbh High brightness dense wavelength multiplexing laser
JP2016096333A (ja) * 2014-11-10 2016-05-26 三菱電機株式会社 半導体レーザ装置
WO2018037548A1 (ja) * 2016-08-26 2018-03-01 株式会社島津製作所 発光装置
JP6293385B1 (ja) * 2017-03-17 2018-03-14 三菱電機株式会社 レーザ発振装置
JPWO2019155668A1 (ja) * 2018-02-07 2020-02-27 三菱電機株式会社 半導体レーザ装置

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2021177001A1 (zh) 2021-09-10
US20230108080A1 (en) 2023-04-06
DE112021001421T5 (de) 2023-01-12
WO2021177001A1 (ja) 2021-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5832455B2 (ja) 選択的再配置および回転波長ビーム結合システムならびに方法
US6327292B1 (en) External cavity laser source using spectral beam combining in two dimensions
US8670180B2 (en) Wavelength beam combining laser with multiple outputs
US9331457B2 (en) Semiconductor laser apparatus
US9093822B1 (en) Multi-band co-bore-sighted scalable output power laser system
US8477824B2 (en) Semiconductor laser apparatus having collimator lens and path rotator
KR20190034589A (ko) 레이저 라인 조명
KR101033759B1 (ko) 반도체 레이저 장치
US7424044B2 (en) Semiconductor laser device
US20220045483A1 (en) Laser system with staircased slow-axis collimators
US6104741A (en) Semiconductor laser light source and solid-state laser apparatus
US11914166B2 (en) Systems and methods for alignment of wavelength beam combining resonators
CN117546381A (zh) 用于波长光束组合激光系统的单发射器堆叠
CN112928597A (zh) 一种半导体激光器光纤耦合模块
JP4024270B2 (ja) 半導体レーザ装置
JP4166493B2 (ja) マルチビーム走査装置および光源装置
CN115244802A (zh) 半导体激光装置
US7376168B2 (en) Semiconductor laser device
JP2021067895A (ja) レーザスキャニング装置
CN113439003A (zh) 光谐振器以及激光加工装置
JP7479396B2 (ja) 光学ユニット、ビーム結合装置およびレーザ加工機
JP5399194B2 (ja) レーザ装置
CN116941146A (zh) 激光装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination