DE112004000773B4

DE112004000773B4 - Halbleiterlaservorrichtung

Info

Publication number: DE112004000773B4
Application number: DE112004000773.9T
Authority: DE
Inventors: Yujin Zheng; Hirofumi Kan; Xin Gao
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2004-05-07
Publication date: 2018-09-27
Anticipated expiration: 2024-05-08
Also published as: JPWO2004100331A1; US7693206B2; WO2004100331A1; US8477824B2; US20070064754A1; DE112004000773T5; US20110206083A1; JP4002286B2

Abstract

Halbleiterlaservorrichtung (100-330) mit:
einem Halbleiterlaserarray (3) mit mehreren aktiven Schichten (3a), wovon jede sich entlang einer ersten Richtung in einer vorbestimmten Ebene erstreckt, und die entlang einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung parallel in der vorbestimmten Ebene angeordnet sind;
einer ersten Kollimatorlinse (5) zum Bündeln mehrerer Strahlen, die von den entsprechenden aktiven Schichten (3a) ausgesendet sind, in einer dritten Richtung senkrecht zu der vorbestimmten Ebene;
einem Wegrotator (7) zum Ausgeben jedes Strahls, der von der ersten Kollimatorlinse (5) eintrifft und in der dritten Richtung gebündelt ist, mit einem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung so, dass ein transversaler Schnitt des Strahls um ungefähr 90 Grad gedreht ist; und
einem optischen Element (9), das an einer Position angeordnet ist, an der zumindest ein Teil jedes Strahles mit dem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung, der von dem Wegrotatator (7) ausgegeben wird, ankommt und zumindest einen Bereich eines externen Resonators im Zusammenwirken mit den aktiven Schichten (3a) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass
das optische Element (9) einen Teil jedes von dem Wegrotator (7) eintreffenden Strahles reflektiert, wodurch der reflektierte Teil jedes Strahles zu den aktiven Schichten (3a) zurückgeführt wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleiterlaservorrichtung mit mehreren Laserlichtquellen.
Hintergrund der Erfindung
Eine der herkömmlich bekannten Halbleiterlaservorrichtungen ist eine Halbleiterlaservorrichtung mit einem Halbleiterlaserarray mit mehreren aktiven Schichten, die parallel entlang einer vorbestimmten Richtung in Feldform angeordnet sind, mit einer Kollimatorlinse zum Kollimieren bzw. Bündeln mehrerer Strahlen, die von den mehreren aktiven Schichten ausgesendet werden, in eine Richtung senkrecht zur Arrayrichtung der aktiven Schichten, und mit einem Wegänderungselement zur Aufnahme der von dem Kollimator kollimierten Strahlen und zum Drehen der transversalen Schnitte der Strahlen um 90° (siehe beispielsweise Dokument 1: japanisches Patent Nr. 3071360 ).
1a und 1b sind Ansichten zur Erläuterung des Divergenzwinkels eines von jeder der aktiven Schichten 103 des Halbleiterarrays 101 ausgesandten Strahles in der Halbleiterlaservorrichtung, die in diesem Dokument 1 beschrieben ist. 1a ist eine Seitenansicht, die den Divergenzwinkel des Strahles zeigt und 1b ist eine Draufsicht, die ebenso den Divergenzwinkel des Strahls zeigt. Die Koordinatenachsen (x-Achse, y-Achse und z-Achse) sind wie folgt festgelegt. Die Richtung der x-Achse ist entlang einer Richtung der Ausbreitung von Laserlicht aus dem Halbleiterlaserarray definiert, die Richtung der y-Achse ist entlang der Array- bzw. Feldrichtung der aktiven Schichten definiert und die Richtung der z-Achse ist entlang der Richtung senkrecht zu jeweils der x-Achsenrichtung und der y-Achsenrichtung definiert. Der Divergenzwinkel in der z-Achsenrichtung des von jeder aktiven Schicht ausgesandten Strahles beträgt 30° bis 40°, wobei das Zentrum auf der optischen Achse 105 (1a) liegt und der Divergenzwinkel in der y-Achsenrichtung beträgt 8° bis 10° (1b). Der in dem vorgenannten Dokument 1 beschriebene Halbleiterlaser ist entsprechend einer Struktur aufgebaut, in der die Kollimatorlinse die Strahlen in der vertikalen Richtung bündelt und danach dreht das Wegänderungselement die Abschnitte der Strahlen um 90°, so dass benachbarte Strahlen sich nur mit geringer Wahrscheinlichkeit schneiden.
Die Druckschrift JP 2002 - 239 773 A offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bündelung der Strahlen aus einem Halbleiterlaserarray mit einem Wegrotator.
Die Druckschrift DE 693 24 869 T2 offenbart ein Laser-Array-System mit schmaler Bandbreite.
Überblick über die Erfindung
Die Erfinder untersuchten die konventionelle Halbleiterlaservorrichtung und erkannten das folgende Problem. Insbesondere das von der Laservorrichtung ausgesandte Laserlicht soll im Allgemeinen einen kleinen Divergenzwinkel und eine schmale spektrale Breite im Hinblick auf eine Vielzahl von Anwendungen aufweisen.
Da jedoch die Halbleiterlaservorrichtung des Dokuments 1 so aufgebaut ist, dass die Querschnitte der Strahlen um 90° mittels des Wegänderungselements gedreht werden, wird der Divergenzwinkel in der y-Achsenrichtung direkt in den Divergenzwinkel in der z-Achsenrichtung umgewandelt. Das schließlich von der Halbleiterlaservorrichtung ausgesandte Laserlicht besitzt somit weiterhin den Divergenzwinkel von 8 bis 10° in der z-Achsenrichtung. Ferner weist die Halbleiterlaservorrichtung des Dokuments 1 eine breite spektrale Verteilung des aus jeder aktiven Schicht 103 in dem Halbleiterlaser 101 ausgesandten Lichts auf und besitzt ferner eine große spektrale Breite des Laserlichts, das schließlich von der Halbleiterlaservorrichtung ausgesandt wird. Die vorliegende Erfindung wurde daraufhin erdacht, und es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleiterlaservorrichtung bereitzustellen, die einen Aufbau aufweist, der in der Lage ist, Laserlicht mit einem kleinen Divergenzwinkel auszusenden und die spektrale Breite des Laserlichts zu verringern.
Um das oben genannte Problem zu lösen, umfasst eine Halbleiterlaservorrichtung der vorliegenden Erfindung mindestens ein Halbleiterlaserarray, eine erste Kollimatorlinse, ein Wegänderungselement (das im Weiteren als Wegrotator bezeichnet ist), und ein optisches Element. Die Halbleiterlaservorrichtung kann einen Halbleiterlaserarraystapel, eine erste Kollimatorlinse, einen Wegrotator und ein optisches Element aufweisen.
Das Halbleiterlaserarray besitzt mehrere aktive Schichten, die sich jeweils entlang einer ersten Richtung in einer vorbestimmten Ebene erstrecken und entlang einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung und parallel zu der vorbestimmten Ebene angeordnet sind. Die erste Kollimatorlinse bündelt mehrere von den entsprechenden aktiven Schichten ausgesandte Strahlen in einer dritten Richtung, die senkrecht zu der vorbestimmten Ebene steht. Der Wegrotator gibt jeden der von der ersten Kollimatorlinse herkommenden Strahlen aus und bündelt diese in der dritten Richtung mit einem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung derart, dass ein transversaler Schnitt um ungefähr 90° gedreht ist. Das davor angeordnete optische Element ist an einer Position angeordnet, an der zumindest ein Teil jedes Strahles mit dem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung, der von dem Wegrotator ausgegeben wird, eintrifft, und das Element bildet zumindest einen Bereich eines externen Resonators im Zusammenwirken mit der aktiven Schicht. Dieses optische Element dient dazu, einen Teil jedes von dem Wegrotator ankommenden Strahles zu reflektieren, um damit den reflektierten Teil jedes Strahles zu der aktiven Schicht zurückzulenken.
Der zuvor genannte Halbleiterlaserarraystapel ist in einer Struktur aufgebaut, in der mehrere Halbleiterlaserarrays in einer dritten Richtung senkrecht zu der vorbestimmten Ebene gestapelt sind, wobei jedes Array mehrere aktive Schichten aufweist, wovon sich jede entlang einer ersten Richtung in einer vorbestimmten Ebene erstreckt und entlang einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung und parallel in der vorbestimmten Ebene angeordnet ist.
In der erfindungsgemäßen Halbleiterlaservorrichtung besitzt jeder durch den Wegrotator hindurchgehende Strahl eine Divergenz in der dritten Richtung (vertikale Richtung) und eine Strahlteilkomponente mit einem optischen Weg gemäß einer festgelegten Bedingung in jedem Strahl wird in die aktive Schicht in dem Halbleiterlaserarray durch das optische Element zurückgeführt. Die Strahlkomponente, die in die aktive Schicht zurückgelenkt wird, kehrt zu einer Endfläche gegenüberliegend einer Ausgangsfläche des Halbleiterlaserarrays zurück, so dass sie dort reflektiert wird, und somit tritt eine Resonanz zwischen der Endfläche gegenüberliegend der Ausgangsfläche des Halbleiterlaserarrays und dem optischen Element (das im Weiteren als ein externer Resonator bezeichnet ist) auf. D. h., die Strahlkomponente mit dem optischen Weg gemäß der festgelegten Bedingung wird selektiv zu der Endfläche gegenüberliegend der Ausgangsfläche zurückgeführt, um in dem externen Resonator in Resonanz zu geraten, so dass diese verstärkt wird (die Bedingung des Strahls zum Auftreten einer derartigen Verstärkung wird im Weiteren als „Verstärkungsbedingung“ bezeichnet). Daher erhält eine Lichtintensitätsverteilung des von dem optischen Element ausgesandten Laserlichts, das schließlich von der Halbleiterlaservorrichtung ausgesandt wird, einen ausgeprägteren Spitzenwert in einer Richtung entsprechend der Strahlkomponente, die die Verstärkungsbedingung erfüllt. D. h., es ist möglich, den Divergenzwinkel des von der Halbleiterlaservorrichtung ausgesandten Laserlichts zu reduzieren.
In der erfindungsgemäßen Halbleiterlaserstrahlvorrichtung kann das optische Element eine reflektierende Oberfläche zum Reflektieren der Strahls von dem Wegrotator aufweisen. In diesem Falle ist die reflektierende Oberfläche vorzugsweise relativ zu einer Ebene senkrecht zur optischen Achse geneigt, um damit einen Strahl an einer Position, die von der optischen Achse des Strahls in dem Wegrotator entfernt ist, zu der aktiven Schicht zurückzuführen. Es ist häufig der Fall, dass das von dem Halbleiterlaserarray ausgesandte Laserlicht eine Lichtintensitätsverteilung besitzt, die die Abhängigkeit zwischen der ersten Richtung (Emissionsrichtung, die mit der Erstreckungsrichtung der aktiven Schicht übereinstimmt) und der Lichtintensität beschreibt, die nicht eine Gaussian-Verteilung mit einem Spitzenwert auf der optischen Achse in der zweiten Richtung (die Array-Richtung der aktiven Schicht) ist, und dass es Spitzenwerte an Positionen gibt, die von der optischen Achse abweichen. Selbst in derartigen Fällen ermöglicht es die Halbleiterlaservorrichtung, dass die Richtung des Spitzenwertes so ausgerichtet ist, dass die Verstärkungsbedingung erfüllt ist, indem der Winkel der reflektierenden Oberfläche des optischen Elements geeignet eingestellt wird. Da eine Resonanz hervorgerufen werden kann, während das Laserlicht in der Emissionsrichtung entsprechend dem Spitzenwert der Lichtintensität ausgewählt werden kann, wie zuvor beschrieben ist, kann die Lichtintensität noch weiter erhöht werden.
Die erfindungsgemäße Halbleiterlaservorrichtung kann ferner eine zweite Kollimatorlinse aufweisen, die in einem Resonanzweg zwischen dem Wegrotator und dem optischen Element angeordnet und ausgebildet ist, jeden Strahl mit einem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung, der von dem Wegrotator ausgegeben wird, in der dritten Richtung zu bündeln. Entsprechend der Halbleiterlaservorrichtung mit einem derartigen Aufbau ist die Kollimatorlinse in der Lage, das von dem Wegrotator ausgesandte Laserlicht zu brechen, so dass das Laserlicht besser einem parallelen Strahl in der vertikalen Richtung (dritte Richtung) angenähert wird. Dies ermöglicht es, den Abstand zwischen dem Wegrotator und dem optischen Element zu vergrößern und damit ein höheres Maß an Gestaltungsfreiheit für die Halbleiterlaservorrichtung bereitzustellen.
Das zuvor genannte optische Element ist ein Element mit einer Funktion zur Reflektierung eines Strahls mit einer speziellen Wellenlänge und kann ein Spiegel, ein Wellenlängenselektor oder dergleichen sein.
Eine weitere Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Halbleiterlaserarray und/oder einen Halbleiterarraystapel, eine erste Kollimatorlinse, einen Wegrotator und ein optisches Element und insbesondere ist das optische Element vorzugsweise an einer Position angeordnet, in der das optische Element einen Teil jedes Strahles mit einem vorbestimmten Divergenzwinkel in einer dichten Richtung schneidet, der von dem Wegrotator ausgeht, wobei jedoch der Rest des Strahles durchgelassen wird, und wobei das optische Element einen außerhalb der Achse liegenden bzw. außerachsigen externen Resonator mit einem Resonanzweg, der außerhalb einer optischen Achse jedes von einer aktiven Schicht ausgesandten Lichtstrahls liegt, im Zusammenwirken mit der aktiven Schicht bildet. In diesem Falle ist eine reflektierende Oberfläche unter einem vorbestimmten Winkel relativ zu einer Ebene senkrecht zur optischen Achse jedes von dem Wegrotator ausgesandten Strahles geneigt, um damit einen Teil jedes dort ankommenden Strahles total zu reflektieren und um damit den total reflektierten Anteil jedes Strahles zu der aktiven Schicht zurückzulenken. In der vorliegenden Anmeldung bedeutet der Begriff „Totalreflektion“ eine Reflektion von 95% oder mehr des einfallenden Lichts (eine Reflektivität von nicht weniger als 95%).
Bei der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird jeder von dem Wegrotator ausgesandte Strahl mit Divergenz in der dritten Richtung ausgesendet. Da das optische Element so angeordnet ist, dass es einen Teil des optischen Weges jedes von dem Wegrotator ausgesandten Strahls schneidet, fällt ein Teil jedes divergierenden Strahles auf die reflektierende Oberfläche des optischen Elements und der Rest fällt nicht auf die reflektierende Oberfläche. Der auf die reflektierende Oberfläche einfallende Strahl wird von der reflektierenden Oberfläche total reflektiert. Da das optische Element relativ zu der optischen Achse des von dem Wegrotator ausgesandten Strahls geneigt ist, kehrt zumindest ein Teil des von dem optischen Element reflektierten Strahls entgegengesetzt zu einem Eingangsweg des Halbleiterlaserarrays zurück und kehrt auch zur Endfläche gegenüberliegend zur Ausgangsfläche des Halbleiterlaserarrays zurück. Ferner wird dieser Strahl an der Endfläche gegenüberliegend der Ausgangsfläche reflektiert und wird wiederum von dem Lichtemissionsgebiet (aktive Schicht) ausgesendet. Auf diese Weise wandert ein Teil des von der aktiven Schicht erzeugten Laserlichts zwischen der reflektierenden Oberfläche und der Endfläche gegenüberliegend der Ausgangsfläche des Halbleiterlaserarrays vor und zurück, so dass Resonanz auftritt. D. h., es wird ein externer Resonator für das Laserlicht zwischen der reflektierenden Oberfläche und der Endfläche gegenüberliegend zu der Ausgangsfläche des Halbleiterlaserarrays gebildet. Wenn das von dem Halbleiterlaserarray ausgesandte Laserlicht in dem externen Resonator in Resonanz ist, liegt die räumlich transversale Mode näher an dem Einzelmodenverhalten, so dass der Divergenzwinkel reduziert wird.
Andererseits wird der Strahlanteil, der nicht auf die reflektierende Oberfläche auftritt, der ein Teil des von dem Wegrotator ausgesandten Strahles ist, zu der anderen Seite des Halbleiterlaserarrays ausgegeben, wenn dies von dem optischen Element aus betrachtet wird, d. h. dieser Anteil wird aus der Halbleiterlaservorrichtung herausgeführt. Daher wird schließlich das Laserlicht mit einem Divergenzwinkel, der durch den externen Resonator reduziert ist, als ein Ausgangslicht aus der Halbleiterlaservorrichtung herausgeführt. Auf diese Weise ist die Halbleiterlaservorrichtung in der Lage, den Divergenzwinkel des ausgegebenen Laserlichts zu reduzieren. Da die Halbleiterlaservorrichtung ausgebildet ist, den optischen Weg des Resonanzlichtes (der im Weiteren als Resonanzweg bezeichnet wird) in dem externen Resonator und den optischen Weg des Ausgangslichts (der im Weiteren als ein Ausgangsweg bezeichnet wird) durch den physikalischen Installationsort der reflektierenden Oberfläche zu trennen, kann eine total reflektierende Oberfläche als die reflektierende Oberfläche verwendet werden. Somit kann das Resonanzlicht intensiver werden, wodurch ein intensives Ausgangslicht erreicht werden kann.
In der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Installationswinkel der reflektierenden Oberfläche vorzugsweise kleiner als die Hälfte eines Divergenzwinkels jedes von dem Wegrotator ausgegebenen Strahles. Wenn der Winkel der reflektierenden Oberfläche des optischen Elements in Bezug auf die Ebene senkrecht zur optischen Achse kleiner als die Hälfte des Divergenzwinkels des von dem optischen Elements ausgesandten Strahles ist, ist immer ein Strahl, der senkrecht in die reflektierende Oberfläche eindringt und zu der aktiven Schicht zurückgespeist wird, stets in dem Strahl vorhanden, der von dem optischen Element auf die reflektierende Oberfläche auftritt, wodurch der zuvor genannte externe Resonator stets ausgebildet ist.
In der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die reflektierende Oberfläche des optischen Elements so angeordnet, dass die optische Achse jedes von dem Wegrotator ausgegebenen Strahles geschnitten wird. Wenn die reflektierende Oberfläche angeordnet ist, um die optische Achse zu schneiden, ist es möglich, die reflektierende Oberfläche so festzulegen, dass die reflektierende Oberfläche die Hälfte oder mehr des Querschnitts jedes von dem Wegrotator ausgegebenen Strahls reflektiert und das Ausgangslicht im restlichen Querschnittsbereich von nicht mehr als der Hälfte nach außen abgeben wird. In diesem Falle lässt sich ein intensives Resonanzlicht erreichen, da die Hälfte oder mehr jedes Strahles reflektiert wird, wodurch ein intensives Ausgangslicht erreicht werden kann.
Die Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine zweite Kollimatorlinse aufweisen, die in dem Resonanzweg zwischen dem Wegrotator und dem optischen Element angeordnet und ausgebildet ist, jeden Strahl mit dem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung, der von dem Wegrotator ausgegeben wird, in der dritten Richtung zu bündeln. In diesem Falle ist die Kollimatorlinse in der Lage, das von dem Wegrotator ausgesandte Laserlicht zu brechen, so dass das Laserlicht besser einem parallelen Strahl in der Ebene senkrecht zu der zweiten Richtung (der Arrayrichtung der aktiven Schichten) entspricht. Dies ermöglicht es, den Abstand zwischen dem Wegrotator und dem optischen Element zu vergrößern und damit ein höheres Maß an Gestaltungsfreiheit für die Halbleiterlaservorrichtung zu schaffen.
Eine weitere Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst mindestens einen Halbleiterlaserarraystapel, eine erste Kollimatorlinse, einen Wegrotator und ein optisches Element, und insbesondere kann das optische Element an einer Position angeordnet sein, an der zumindest ein Teil jedes Strahles mit einem vorbestimmten Divergenzwinkel in einer dritten Richtung, der von dem Wegrotator ausgegeben wird, eintrifft und das optische Element einen außerachsigen externen Resonator in einem Resonanzweg, der von einer optischen Achse jedes von einer aktiven Schicht ausgesandten Strahls abweicht, im Zusammenwirken mit der aktiven Schicht bildet. In diesem Falle sind vorzugsweise reflektierende Bereiche zum Reflektieren eines Teils jedes von dem Wegrotator eintreffenden Strahles zur Zurückführung des reflektierten Anteils zu der aktiven Schicht und zum Durchlassen von Bereichen zur Weiterleitung des Restes jedes eintreffenden Strahles nach außen, abwechselnd entlang der dritten Richtung auf einer Oberfläche des optischen Elements, die dem Wegrotator zugewandt ist, angeordnet.
In der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden Strahlen, die von den entsprechenden aktiven Schichten der mehreren Halbleiterlaserarrays, die in der dritten Richtung als der Halbleiterlaserarraystapel gestapelt sind, von der ersten Kollimatorlinse so gebrochen, dass sie in der dritten Richtung annähernd gebündelt werden, und danach werden transversale Schnitte davon um 90° durch den Wegrotator gedreht. Jeder Strahl, der den Wegrotator durchlaufen hat, wird mit einer Divergenz in der dritten Richtung ausgestrahlt, so dass er in das optische Element eintritt. In dem optischen Element sind die reflektierenden Bereiche und die durchlassenden Bereiche für jeden empfangenen Strahl abwechselnd entlang der dritten Richtung (der Laminatrichtung der Halbleiterlaserarrays) angeordnet. Sodann wird mindestens ein Teil des von jedem reflektierenden Bereich des optischen Elements reflektierten Lichts zu der aktiven Schicht, die das Licht ausgesendet hat, zurückgeführt, wodurch ein externer Resonator gebildet wird, in welchem eine induzierte bzw. stimulierte Emission in der aktiven Schicht zur Initiierung eines Lasereffekts auftritt. Andererseits wird das von den durchlässigen Bereichen des optischen Elements durchgelassene Licht aus dem optischen Element nach außen ausgesendet.
In der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann das optische Element aus einem Substrat in flacher Plattenform aufgebaut sein, das aus einem optisch transparenten Material hergestellt ist und eine Oberfläche aufweist, auf der reflektierende Bereiche und durchlassende Bereiche abwechselnd entlang einer vorbestimmten Richtung ausgebildet sind. Da in diesem Falle das optische Element ein integriert aufgebautes Element ist, in welchem die reflektierenden Bereiche und die durchlassenden Bereiche für die entsprechenden Strahlen abwechselnd entlang der vorbestimmten Richtung ausgebildet sind, ist es einfacher, das optische Element zu handhaben und die Montage der Halbleiterlaservorrichtung und die Einstellung der optischen Achse zu gewährleisten.
In der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise das Substrat in flacher Plattenform des optischen Elements in einem geneigten Zustand relativ zu einer Ebene senkrecht zur optischen Achse jedes von dem Wegrotator ausgesandten Strahles angeordnet, um zumindest einen Teil des einfallenden Lichtes zu einem reflektierenden Anteil zu machen, der senkrecht auf den reflektierenden Bereich auftrifft. In diesem Falle fällt ein Teil eines mit Divergenz in der dritten Richtung von dem Wegrotator ausgestrahlten Strahles senkrecht auf den reflektierenden Bereich ein, um über den Weg entgegengesetzt zu dem Eingangsweg zu der aktiven Schicht reflektiert zu werden. Dies bildet einen externen Resonator zur Ermöglichung eines Lasereffekts mit hoher Effizienz. Jeder reflektierende Bereich des optischen Elements kann eine totalreflektierende Schicht, die auf einer Oberfläche des Substrats mit flacher Plattenform ausgebildet ist, ein Beugungsgitter oder ein Etalon sein. Jeder durchlässige Bereich kann eine Reflektion reduzierende Schicht sein, die auf einer Oberfläche des Substrats mit flacher Plattenform ausgebildet ist.
Die Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine zweite Kollimatorlinse umfassen, die in dem Resonanzweg zwischen dem Wegrotator und dem optischen Element angeordnet und ausgebildet ist, jeden Strahl mit dem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung, der von dem Wegrotator ausgegeben wird, in der dritten Richtung zu bündeln. In diesem Falle ist es ebenso möglich, den Abstand zwischen dem Wegrotator und dem optischen Element zu vergrößern und damit ein höheres Maß an Gestaltungsfreiheit für die Halbleiterlaservorrichtung zu schaffen.
Eine weitere Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Halbleiterlaserarray oder einen Halbleiterlaserarraystapel, eine erste Kollimatorlinse, einen Wegrotator und ein optisches Element und kann ferner einen Wellenlängenselektor aufweisen. Der Wellenlängenselektor ist in einem Resonanzweg zwischen dem Wegrotator und einer aktiven Schicht angeordnet, bildet einen außerachsigen externen Resonator mit einem Resonanzweg, der von der optischen Achse jedes von der aktiven Schicht ausgesandten Strahles abweicht, im Zusammenwirken mit dem optischen Element, und gibt selektiv Licht mit einer speziellen Wellenlänge in dem Licht, das von dem Wegrotator eintrifft, in Richtung auf den Wegrotator aus. In dieser Konfiguration ist das optische Element an einer Position angeordnet, an der zumindest ein Teil jedes Strahls mit dem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung, der von dem Wegrotator ausgegeben wird, eintrifft und das optische Element besitzt einen reflektierenden Bereich zum Reflektieren eines Teils jedes von dem Wegrotator eintreffenden Strahles, um den reflektierten Anteil zu der aktiven Schicht zurückzuführen, und besitzt ferner einen durchlässigen Bereich zum Lenken des Restanteils jedes eintreffenden Strahles nach außen, wobei die Bereiche an einer Oberfläche ausgebildet sind, die dem Wegrotator zugewandt ist.
In der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt ein von jeder aktiven Schicht in dem Halbleiterlaserarray ausgesandter Strahl eine Divergenz in der dritten Richtung, und wenn dieser von der ersten Kollimatorlinse gebrochen wird, wird der Strahl näherungsweise in der dritten Richtung gebündelt und dessen transversaler Schnitt wird dann ungefähr um 90° durch den Wegrotator gedreht. Jeder Strahl mit Divergenz in der dritten Richtung, der durch diesen Wegrotator hindurchgegangen ist, wird so gestaltet, dass er in das optische Element eintritt. Das optische Element besitzt den reflektierenden Bereich und den durchlässigen Bereich für jeden empfangenen Strahl. Da zumindest ein Teil des von dem reflektierenden Bereich des optischen Elements reflektierten Lichts zu der aktiven Schicht zurückgeführt wird, die das Licht ausgesandt hat, wird dadurch ein externer Resonator gebildet, wodurch eine induzierte Emission in der aktiven Schicht zur Bewirkung eines Lasereffekts auftritt. Andererseits wird Licht, das von dem durchlässigen Bereich des optischen Elements durchgelassen wird, von dem optischen Element nach außen ausgesandt.
In der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Wellenlängenselektor in dem Resonanzweg zwischen dem reflektierenden Bereich des optischen Elements und der aktiven Schicht vorgesehen, und das Licht mit der spezifizierten Wellenlänge in dem über den optischen Weg auf den Wellenlängenselektor einfallenden Licht wird selektiv von dem Wellenlängenselektor auf den optischen Weg ausgegeben. Daher ist das Licht der spezifizierten Wellenlänge, das von dem Wellenlängenselektor ausgewählt wird, in Resonanz und das Licht der spezifizierten Wellenlänge läuft durch den durchlässigen Bereich des optischen Elements, so dass es nach außen ausgegeben wird, wodurch dieses Ausgangslicht eine ausreichend schmale spektrale Breite aufweist.
Diese Halbleiterlaservorrichtung der vorliegenden Erfindung kann ferner eine zweite Kollimatorlinse aufweisen, die in dem Resonanzweg zwischen dem Wegrotator und dem optischen Element angeordnet und ausgebildet ist, jeden Strahl mit dem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung, der von dem Wegrotator ausgegeben wird, in der dritten Richtung zu bündeln. In diesem Falle ist es möglich, den Abstand zwischen dem Wegrotator und dem optischen Element zu vergrößern und damit ein höheres Maß an Gestaltungsfreiheit für die Halbleiterlaservorrichtung zu schaffen.
Der Wellenlängenselektor ist vorzugsweise ein Beugungsgitterelement, ein Etalonfilter oder ein dielektrischer Mehrschichtfilter. Der Wellenlängenselektor kann ein durchlässiges Element sein, das separat zu dem reflektierenden Bereich des optischen Elements vorgesehen ist, oder kann ein reflektierendes Element sein, das auf dem reflektierenden Bereich des optischen Elements vorgesehen ist. Wenn der Wellenlängenselektor ein reflektierendes Element ist, ist der Wellenlängenselektor vorzugsweise zusammen mit dem optischen Element als integrales Bauelement ausgebildet. In jedem Falle kann das von der Halbleiterlaservorrichtung ausgesandte Laserlicht eine ausreichend schmale spektrale Breite aufweisen. Wenn ein Beugungsgitterelement als der Wellenlängenselektor vorgesehen ist, kann die Wellenlänge des von der Halbleiterlaservorrichtung ausgesandten Laserlichts durch Einstellen des Neigungswinkels des Beugungsgitterelements geändert werden.
Das optische Element kann ein Element sein, in welchem einfach ein reflektierender Spiegel als der reflektierende Bereich dient und kein Medium als der durchlässige Bereich vorgesehen ist. In diesem Falle ist der reflektierende Spiegel so angeordnet, dass ein Teil jedes von dem Wegrotator eintreffenden Strahles reflektiert wird, und so dass der Rest des Strahles als Ausgangslicht der Halbleiterlaservorrichtung dient.
Das optische Element ist vorzugsweise ein Substrat mit flacher Plattenform, das aus einem optisch transparenten Material hergestellt ist und eine Oberfläche aufweist, auf der ein reflektierender Bereich und ein durchlässiger Bereich ausgebildet sind. Da in diesem Falle das Substrat mit flacher Plattenform den reflektierenden Bereich und den durchlässigen Bereich darauf ausgebildet aufweist, ist es einfacher, das optische Element zu handhaben und die Montage der Halbleiterlaservorrichtung und die Einstellung der optischen Achse effizient zu gewährleisten.
Das optische Element ist vorzugsweise so gestaltet, dass reflektierende Bereiche und durchlässige Bereiche abwechselnd entlang einer dritten Richtung (einer Richtung, in der mehrere Halbleiterlaserarrays in dem Halbleiterlaserarraystapel gestapelt sind) angeordnet sind, oder dieses kann so aufgebaut sein, dass reflektierende Bereiche und durchlässige Bereich abwechselnd entlang einer vorbestimmten Richtung (die dritte Richtung, in der mehrere Halbleiterlaserarrays in dem Halbleiterlaserarraystapel gestapelt sind) abwechselnd ausgebildet sind.
Des weiteren ist das optische Element vorzugsweise so gestaltet, dass der reflektierende Bereich geneigt in Bezug auf eine Ebene senkrecht zu der optischen Achse jedes von dem Wegrotator ausgesandten Strahls angeordnet ist, und so dass zumindest ein Teil des auf den reflektierenden Bereich einfallenden Lichtes in der gleichen Ausgangsrichtung entsprechend der Eingangsrichtung reflektiert wird. In diesem Falle ist das Substrat mit flacher Plattenform in Bezug auf die Ebene senkrecht zu der optischen Achse des von dem Wegrotator ausgegebenen Strahls geneigt und ein Teil des von dem Wegrotator auf das optische Element einfallenden Strahls wird in der gleichen Richtung wie die Eingangsrichtung als Ausgangsrichtung reflektiert; daher wird der reflektierte Anteil des Strahls über den Weg umgekehrt zum Eingangsweg zu der aktiven Schicht zurückgeführt. Dies bildet einen externen Resonator, um damit eine Laserwirkung mit hoher Effizienz zu erreichen.
Wenn der reflektierende Bereich des optischen Elements lediglich ein reflektierender Spiegel ist, oder wenn ein Etalonfilter oder ein dielektrisches Mehrschichtfilter in dem reflektierenden Bereich integriert sind, kann zumindest ein Teil des auf den reflektierenden Bereich einfallenden Lichts so angeordnet werden, dass dieses senkrecht auf den reflektierenden Bereich einfällt. Wenn ein reflektierendes Beugungsgitterelement in dem reflektierenden Bereich des optischen Elements integriert ist, kann der reflektierende Bereich in einem geneigten Zustand angeordnet werden, um damit die Eingangsrichtung und die Ausgangsrichtung des Lichts der speziellen Wellenlänge gleich zu machen entsprechend der Wellenlänge des Lichts, das schließlich als Ausgangslicht der Halbleiterlaservorrichtung ausgegeben wird.
Eine weitere Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Halbleiterlaserarray oder einen Halbleiterlaserarraystapel, eine erste Kollimatorlinse, einen Wegrotator und ein optisches Element und kann ferner einen Wellenlängenselektor aufweisen. Der Wellenlängenselektor ist so angeordnet, dass ein Teil jedes Strahles mit einem Divergenzwinkel in einer dritten Richtung, der von dem Wegrotator ausgegeben wird, von der vertikalen Richtung aus eintrifft, und der Wellenlängenselektor bildet einen außerachsigen externen Resonator mit einem Resonanzweg, der von der optischen Achse jedes von einer aktiven Schicht ausgesandten Strahls abweicht, im Zusammenwirken mit dem optischen Element. Dieser Wellenlängenselektor reflektiert gemäß dem Bragg-Mechanismus einen Teil des Lichts einer spezifizierten Wellenlänge in dem aus der vertikalen Richtung eintreffenden Licht, um damit den reflektierten Teil zu der aktiven Schicht zurückzulenken, und lässt den Rest des Lichtes der spezifizierten Wellenlänge durch. Das optische Element ist an einer Position angebracht, an der zumindest ein Teil des Strahls mit dem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung, der von dem Wegrotator ausgegeben wird, eintrifft. Das optische Element besitzt einen reflektierenden Bereich zum Reflektieren zumindest eines Teils jedes von dem Wegrotator eintreffenden Strahles, um den reflektierten Teil zu der aktiven Schicht zurückzuführen, und besitzt einen durchlässigen Bereich zum Lenken des Restanteils jedes eintreffenden Strahls nach außen, wobei die Bereiche auf einer Oberfläche des Wegrotators angeordnet sind.
In der Halbleiterlasereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein von jeder aktiven Schicht des Halbleiterlaserarrays ausgesandter Strahl mit Divergenz in der dritten Richtung von jeder aktiven Schicht ausgesendet und wird von der ersten Kollimatorlinse gebeugt, so dass dieser annähernd in der dritten Richtung gebündelt wird, und danach wird der transversale Bereich davon um ungefähr 90° durch den Wegrotator gedreht. Jeder Strahl, der diesen Wegrotator durchlaufen hat, wird mit Divergenz in der dritten Richtung ausgestrahlt und fällt dann auf den reflektierenden Bereich des optischen Elements oder auf den Wellenlängenselektor. Sodann wird zumindest ein Teil des von dem reflektierenden Bereich des optischen Elements reflektierten Lichts zu der aktiven Schicht zurückgeführt, die das Licht ausgesendet hat. Ein Teil des Lichts der spezifizierten Wellenlänge in dem Licht, das auf den Wellenlängenselektor einfällt, wird mittels Bragg-Mechanismus von dem Wellenlängenselektor reflektiert, und zumindest ein Teil des reflektierten Lichts wird zu der aktiven Schicht zurückgeführt, die das Licht ausgesendet hat. Diese Konfiguration bildet einen externen Resonator zwischen dem reflektierenden Bereich des optischen Elements und dem Wellenlängenselektor, wodurch eine induzierte Emission in der aktiven Schicht, die innerhalb des Resonators angeordnet ist, auftritt, so dass ein Lasereffekt erreicht wird. Andererseits wird das von dem durchlässigen Bereich des optischen Elements durchgelassene Licht als Ausgangslicht der Halbleiterlaservorrichtung nach außen ausgesendet.
Die Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann einen Wellenlängenselektor zum Beugen und Reflektieren von Licht mittels Beugung anstelle des zuvor genannten Wellenlängenselektors auf der Grundlage der Bragg-Reflektion aufweisen. D. h., der Wellenlängenselektor in dieser Konfiguration reflektiert jeden Strahl in dem transversalen Schnitt, der von dem Wegrotator gedreht wird (der Strahl mit dem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung) mittels Beugung, führt Licht einer speziellen Beugungsordnung mit der spezifizierten Wellenlänge in dem gebeugten Licht zu der aktiven Schicht zurück, die das Licht ausgesendet hat, und gibt Licht, das nicht dem Licht der speziellen Beugungsordnung mit der speziellen Wellenlänge entspricht, nach außen ab.
In dieser Halbleiterlaservorrichtung wird ein von jeder aktiven Schicht des Halbleiterlaserarray ausgesandter Strahl mit Divergenz in der dritten Richtung von jeder aktiven Schicht ausgesendet und wird von der Kollimatorlinse gebrochen, so dass dieser in der dritten Richtung gebündelt wird, und danach wird der transversale Schnitt davon um ungefähr 90° durch den Wegrotator gedreht. Jeder Strahl, der den Wegrotator durchlaufen hat, wird mit Divergenz in der dritten Richtung so ausgestrahlt, dass er in dem reflektierenden Bereich des optischen Elements eintritt oder auf den Wellenlängenselektor einfällt. Sodann wird zumindest ein Teil des von dem reflektierenden Bereichs des optischen Elements reflektierten Lichts zu der aktiven Schicht zurückgeführt, die das Licht ausgesendet hat. Licht der speziellen Beugungsordnung mit der spezifizierten Wellenlänge in dem Licht, das auf den Wellenlängenselektor einfällt, wird zu der aktiven Schicht zurückgeführt, die das Licht ausgesendet hat. Diese Konfiguration bildet einen externen Resonator zwischen dem reflektierenden Bereich des optischen Elements und dem Wellenlängenselektor, in welchem eine induzierte Emission in der aktiven Schicht, die innerhalb des Resonators angeordnet ist, auftritt, um damit eine Laserwirkung zu erreichen. Andererseits wird Licht, das nicht Licht der speziellen Beugungsordnung mit der spezifizierten Wellenlänge in dem auf dem Wellenlängenselektor einfallenden Lichts entspricht, als Ausgangslicht der Halbleiterlaservorrichtung nach außen ausgegeben.
Die Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine zweite Kollimatorlinse aufweisen, die so angeordnet ist, dass sie jeweils den Resonanzweg zwischen dem optischen Element und dem Wegrotator und einen Resonanzweg zwischen dem Wellenlängenselektor und dem Wegrotator schneidet, und diese kann ferner ausgebildet sein, jeden Strahl mit dem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung, der von dem Wegrotator ausgegeben wird, in der dritten Richtung zu bündeln. In diesem Falle ist es möglich, den Abstand zwischen dem optischen Element und dem Wegrotator oder den Abstand zwischen dem Wellenlängenselektor und dem Wegrotator zu vergrößern und damit ein höheres Maß an Gestaltungsfreiheit für die Halbleiterlaservorrichtung zu schaffen.
Das optische Element kann so gestaltet sein, dass einfach ein reflektierender Spiegel als der reflektierende Bereich dient und das kein Medium als der durchlässige Bereich vorgesehen ist. In diesem Falle ist der reflektierende Spiegel so angeordnet, dass ein Teil eines von dem Wegrotator eintreffenden Strahles reflektiert wird und der Rest des Strahles auf den Wellenlängenselektor einfällt.
Das optische Element ist vorzugsweise aus einem Substrat mit flacher Plattenform aufgebaut, das ein optisch transparentes Material aufweist und eine Oberfläche besitzt, auf der ein reflektierender Bereich und ein durchlässiger Bereich ausgebildet sind. In diesem Falle sind die reflektierenden Bereiche und die durchlässigen Bereiche für die entsprechenden Strahlen abwechselnd entlang der zweiten Richtung auf der Oberfläche des Substrats ausgebildet und das optische Element ist in integraler Weise ausgebildet; daher ist dieses optische Element einfacher zu handhaben und die Montage der Halbleiterlaservorrichtung und die Einstellung der optischen Achse ist effizienter zu bewerkstelligen.
In dem optischen Element sind vorzugsweise die reflektierenden Bereiche und die durchlässigen Bereiche abwechselnd entlang einer dritten Richtung (eine Richtung, in der mehrere Halbleiterlaserarrays in dem Halbleiterlaserarraystapel gestapelt sind) angeordnet.
Ferner ist in dem obigen optischen Element der reflektierende Bereich vorzugsweise in einem geneigten Zustand in Bezug auf eine Ebene senkrecht zu der optischen Achse jedes von dem Wegrotator ausgegebenen Strahls angeordnet, um damit zumindest einen Teil des auf den reflektierenden Bereich einfallenden Lichts als ein senkrecht einfallendes Licht bereitzustellen. In diesem Falle fällt ein Teil eines Strahles, der mit Divergenz in der dritten Richtung von dem Wegrotator ausgegeben wird, senkrecht auf den reflektierenden Bereich, so dass dieser durch den entgegengesetzten Weg im Vergleich zu dem Eingangsweg zu der aktiven Schicht zurückgeführt wird. Dies ergibt einen externen Resonator, um damit eine Laserwirkung mit hoher Effizienz zu erreichen.
Der Wellenlängenselektor für die Bragg-Reflektion ist vorzugsweise an einer Position des durchlässigen Bereichs in dem optischen Element angeordnet. Wenn das optische Element aus einem Substrat mit flacher Plattenform aufgebaut ist, das aus einem optisch transparenten Material hergestellt ist und eine Oberfläche besitzt, auf der ein reflektierender Bereich und ein durchlässiger Bereich ausgebildet sind, ist es vorteilhaft, den Wellenlängenselektor als den durchlässigen Bereich auf dem Substrat vorzusehen. Diese Konfiguration reduziert die Anzahl der Komponenten der Halbleiterlaservorrichtung und vereinfacht die Montage.
Die vorliegende Erfindung kann besser mittels der folgenden detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen verstanden werden, die lediglich zum Zwecke der Darstellung angegeben sind und nicht als eine Einschränkung der vorliegenden Erfindung verstanden werden sollen-.
Ferner geht die Anwendungsbreite der vorliegenden Erfindung aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor. Es sollte jedoch selbstverständlich sein, dass die detaillierte Beschreibung und die speziellen Beispiele, obwohl sie bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung kennzeichnen, lediglich der Anschaulichkeit halber dargestellt sind, da diverse Änderungen und Modifizierungen innerhalb des Grundgedankens und Schutzbereichs der Erfindung durchgeführt werden können, wie dies der Fachmann aus dieser detaillierten Beschreibung entnehmen kann.
Figurenliste

1a ist eine Seitenansicht, die den Divergenzwinkel in der vertikalen Richtung (z-Achsenrichtung) eines von einem Halbleiterlaser ausgesandten Strahls zeigt, und 1b ist eine Draufsicht, die den Divergenzwinkel in der horizontalen Richtung (y-Achsenrichtung) des Strahls zeigt.
2a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration der ersten Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und 2b ist eine Seitenansicht davon.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Halbleiterlaserarray und einem Strahl, der von dem Halbleiterlaserarray ausgesandt wird, zeigt.
4a ist eine Darstellung, die eine vordere Endfläche (Lichtausgangsfläche) eines Halbleiterlaserarrays zeigt, und 4b ist eine Darstellung, die eine vordere Endfläche einer aktiven Schicht zeigt.
5 ist eine Lichtintensitätsverteilung in der horizontalen Richtung (y-Achsenrichtung) eines Ausgangslichts von einem Halbleiterlaserarray, das in der Halbleiterlaservorrichtung der ersten Ausführungsform verwendet ist.
6 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration einer ersten Kollimatorlinse zeigt, die in der Halbleiterlaservorrichtung der ersten Ausführungsform verwendet ist.
7 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines Wegrotators zeigt, der in der Halbleiterlaservorrichtung der ersten Ausführungsform verwendet ist.
8 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines optischen Elements zeigt, das in der Halbleiterlaservorrichtung der ersten Ausführungsform verwendet ist.
9a zeigt transversale Schnitte (Ausgangsmuster) beim Aussenden des in aktiven Schichten erzeugten Lichts, 9b zeigt transversale Schnitte von Strahlen, nach dem Durchlaufen der ersten Kollimatorlinse, und 9c zeigt transversale Schnitte der Strahlen nach dem Durchlaufen des Wegrotators.
10 ist eine Lichtintensitätsverteilung in horizontaler Richtung (y-Achsenrichtung) eines Strahls, der von der Halbleiterlaservorrichtung der ersten Ausführungsform ausgesendet wird.
11a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration der zweiten Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und 11b ist eine Seitenansicht davon.
12 ist eine Lichtintensitätsverteilung in horizontaler Richtung (y-Achsenrichtung) von Ausgangslicht eines Halbleiterlaserarrays, das in der Halbleiterlaservorrichtung der zweiten Ausführungsform verwendet ist.
13a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration der dritten Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und 13b ist eine Seitenansicht davon.
14 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration einer zweiten Kollimatorlinse zeigt.
15 ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration der vierten Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und 15b ist eine Seitenansicht davon.
16a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration der fünften Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und 16b ist eine Seitenansicht davon.
17 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau eines Halbleiterlaserarraystapels zeigt.
18a bis 18c sind Seitenansichten, die Modifizierungen der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform zeigen.
19a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration der sechsten Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und 19b ist eine Seitenansicht davon.
20 ist eine Lichtintensitätsverteilung in horizontaler Richtung (y-Achsenrichtung) von Ausgangslicht eines Halbleiterlaserarrays, das in der Halbleiterlaservorrichtung der sechsten Ausführungsform verwendet ist.
21 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines reflektierenden Spiegels zeigt, der in der Halbleiterlaservorrichtung der sechsten Ausführungsform verwendet ist.
22 ist ein Graph einer Lichtintensitätsverteilung in vertikaler Richtung (z-Achsenrichtung) von Ausgangslicht der Halbleiterlaservorrichtung der sechsten Ausführungsform.
23a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration der siebten Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und 23b ist eine Seitenansicht davon.
24a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration der achten Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und 24b ist eine Seitenansicht davon.
25 ist eine Seitenansicht, die eine Modifizierung der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der achten Ausführungsform zeigt.
26 ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration der neunten Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und 26b ist eine Seitenansicht davon.
27 ist eine Lichtintensitätsverteilung in horizontaler Richtung (y-Achsenrichtung) von Ausgangslicht eines Halbleiterlaserarrays, das in der Halbleiterlaservorrichtung der neunten Ausführungsform verwendet ist.
28 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines optischen Elements zeigt, das in der Halbleiterlaservorrichtung der neunten Ausführungsform verwendet ist.
29a zeigt transversale Schnitte (Ausgangsmuster) vor dem Einfall von Strahlen, die in aktiven Schichten erzeugt werden, auf die erste Kollimatorlinse, 29b zeigt transversale Schnitte der Strahlen nach dem Durchlaufen der ersten Kollimatorlinse, und 29c ist eine Darstellung, die transversale Schnitte der Strahlen nach dem Durchlaufen des Wegrotators 7 zeigt.
30 ist eine Lichtintensitätsverteilung in vertikaler Richtung (z-Achsenrichtung) von ausgangslicht der Halbleiterlaservorrichtung der neunten Ausführungsform.
31 ist eine Seitenansicht, die eine Konfiguration der zehnten Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
32a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration der elften Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und 32b ist eine Seitenansicht davon.
33 ist eine Lichtintensitätsverteilung in horizontaler Richtung (y-Achsenrichtung) von Ausgangslicht eines Halbleiterlaserarrays, das in der Halbleiterlaservorrichtung der elften Ausführungsform verwendet ist.
34 ist ein Spektrum von Ausgangslicht eines Halbleiterlaserarrays, das in der Halbleiterlaservorrichtung der elften Ausführungsform verwendet ist.
35a zeigt transversale Schnitte (Ausgangsmuster) vor dem Einfall von in aktiven Schichten erzeugten Strahlen auf die erste Kollimatorlinse, 35b zeigt transversale Schnitte der Strahlen nach dem Durchlaufen der ersten Kollimatorlinse, und 35c ist eine Darstellung, die transversale Schnitte der Strahlen nach dem Durchlaufen des Wegrotators 7 zeigt.
36 ist eine Lichtintensitätsverteilung in vertikaler Richtung (z-Achsenrichtung) eines Ausgangslichts der Halbleiterlaservorrichtung der elften Ausführungsform.
37 ist ein Spektrum von Ausgangslicht der Halbleiterlaservorrichtung 1 gemäß der elften Ausführungsform.
38a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration der zwölften Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und 38b ist eine Seitenansicht davon.
39a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration der dreizehnten Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und 39b ist eine Seitenansicht davon.
40a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration der vierzehnten Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt, und 40b ist eine Seitenansicht davon.
41a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration der fünfzehnten Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und 41b ist eine Seitenansicht davon.
42 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines Wellenlängenselektors zeigt, der in der Halbleiterlaservorrichtung der fünfzehnten Ausführungsform verwendet ist.
43a zeigt transversale Schnitte (Ausgangsmuster) von in aktiven Schichten erzeugten Strahlen vor dem Einfall auf die erste Kollimatorlinse. 43b zeigt transversale Schnitte der Strahlen nach dem Durchlaufen der von den aktiven Schichten ausgesandten Strahlen durch die erste Kollimatorlinse, und 43c ist eine Darstellung, die die transversalen Schnitte der durch die erste Kollimatorlinse gelaufenen Strahlen nach dem Durchgang durch den Wegrotator zeigt.
44 ist ein Spektrum von Licht, das in einer aktiven Schicht eines Halbleiterlaserarrays erzeugt wird, das in der Halbleiterlaservorrichtung der fünfzehnten Ausführungsform verwendet ist.
45 ist ein Spektrum von Licht, das von einem Wellenlängenselektor ausgesendet wird, der in der Halbleiterlaservorrichtung der fünfzehnten Ausführungsform verwendet ist.
46a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration der sechszehnten Ausführungsförm der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt und 46b ist eine Seitenansicht davon.
47a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration der siebzehnten Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und 47b ist eine Seitenansicht davon.
48a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration der achtzehnten Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt und 48b ist eine Seitenansicht davon.
49 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines optischen Elements zeigt, das in der Halbleiterlaservorrichtung der achtzehnten Ausführungsform verwendet ist.
50a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration der neunzehnten Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und 50b ist eine Seitenansicht davon.
51a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration der zwanzigsten Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und 51b ist eine Seitenansicht davon.
52a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration der einundzwanzigsten Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und 52b ist eine Seitenansicht davon.
53a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration der zweiundzwanzigsten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halbleiterlaservorrichtung zeigt, und 53b ist eine Seitenansicht davon.
54a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration der dreiundzwanzigsten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halbleiterlaservorrichtung zeigt, und 54b ist eine Seitenansicht davon.
55 ist ein Spektrum von Ausgangslicht eines Halbleiterlaserarrays, das in der Halbleiterlaservorrichtung der dreiundzwanzigsten Ausführungsform verwendet ist, und ein Spektrum von Ausgangslicht aus einem externen Resonator in der Halbleiterlaservorrichtung der dreiundzwanzigsten Ausführungsform.
56a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration der vierundzwanzigsten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halbleiterlaservorrichtung zeigt, und 56b ist eine Seitenansicht davon.

Beste Art zum Ausführen der Erfindung
Jede der Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Halbleiterlaservorrichtung wird im Folgenden detailliert unter Anwendung der 2a bis 2b, 3, 4a bis 4b, 5 bis 8, 9a bis 9c, 10, 11a bis 11b, 12, 13a bis 13b, 14, 15a bis 16b, 17, 18a bis 19b, 20 bis 22, 23a bis 24b, 25, 26a bis 26b, 27 bis 28, 29a bis 29c, 30 bis 31, 32a bis 32b, 33 bis 34, 35a bis 35c, 36 bis 37, 38a bis 41b, 42, 43a bis 43c, 44 bis 45, 46a bis 48b, 49, 50a bis 54a, 55, 56a und 56b beschrieben. Die gleichen Elemente sind ohne zusätzliche Beschreibung in den Zeichnungen mit den gleichen Referenzzeichen belegt.
(Erste Ausführungsform)
2a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration bzw. einen Aufbau der ersten Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und 2b ist eine Seitenansicht davon. Die Halbleiterlaservorrichtung 100 der ersten Ausführungsform umfasst ein Halbleiterlaserarray 3, eine erste Kollimatorlinse 5, einen Wegrotator 7 und einen reflektierenden Spiegel 9 als ein optisches Element. Wie in diesen 2a und 2b gezeigt ist, sind die Koordinatenachsen (x-Achse, y-Achse und z-Achse) wie folgt festgelegt und dies wird nachfolgend in der Beschreibung beibehalten: die y-Achsenrichtung (zweite Richtung) ist als eine Richtung definiert, in der aktive Schichten 3a in dem Halbleiterlaserarray 3 in Feldform angeordnet sind; die x-Achsenrichtung (erste Richtung) ist als eine Richtung definiert, in der die aktiven Schichten 3a sich erstrecken, d. h. eine Richtung, in der Laserlicht ausgesendet wird; und die z-Achsenrichtung (dritte Richtung) ist als eine Richtung senkrecht zu den beiden vorhergehenden Richtungen definiert.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration des Halbleiterlaserarrays 3 zeigt, das in der Halbleiterlaservorrichtung 100 der ersten Ausführungsform verwendet ist. Das Halbleiterlaserarray 3 besitzt mehrere aktive Schichten 3a, die parallel entlang der y-Achsenrichtung (Längsrichtung) als Array angeordnet sind. Strahlen aus Laserlicht werden entlang der optischen Achse A von den entsprechenden aktiven Schichten 3a ausgesendet. Hierbei ist die optische Achse A eine Achse, die parallel zu der x-Achse liegt und die durch die Mitte der aktiven Schicht 3a verläuft. 4a ist eine Darstellung, die eine vordere Endfläche (Lichtaustrittsfläche) des Halbleiterlaserarrays 3 zeigt und 4b ist eine Darstellung, die eine vordere Endfläche einer aktiven Schicht 3a zeigt. Das Halbleiterlaserarray 3 besitzt eine Struktur, in der die aktiven Schichten 3a mit Abständen von 500 µm ausgerichtet sind und in der y-Achsenrichtung eine Breite von 1 cm aufweisen. Ein Querschnitt jeder aktiven Schicht 3a besitzt eine Breite von 100 µm und eine Dicke von 1 µm.
Ein Strahl L1 aus Laserlicht, das von einer aktiven Schicht 3a ausgesendet wird, besitzt den Divergenzwinkel von ungefähr 30° in der z-Achsenrichtung und ungefähr 8° in der y-Achsenrichtung, wobei die Mitte auf der optischen Achse A sitzt. 5 ist eine Lichtintensitätsverteilung in der y-Achsenrichtung des Strahls L1, der von der aktiven Schicht 3a ausgesendet wird. Die horizontale Achse dieses Graphen repräsentiert den Winkel in Bezug auf die optische Achse A und die vertikale Achse repräsentiert die Lichtintensität des Laserstrahls. Wie aus 5 erkennbar ist, ist die Intensitätsverteilung keine Gauss-förmige Verteilung und besitzt eine Spitze beim Winkel α. D. h., die Strahlkomponenten, die in Richtungen unter einem Winkel α ausgesendet werden, besitzen die höchste Lichtintensität in dem von jeder aktiven Schicht 3a ausgesandten Strahl.
6 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration der ersten Kollimatorlinse 5 zeigt, die in der Halbleiterlaservorrichtung 100 der ersten Ausführungsform verwendet ist. Diese erste Kollimatorlinse 5 besitzt eine Länge von 0,4 mm entlang der x-Achsenrichtung, eine Länge von 12 mm entlang der y-Achsenrichtung und eine Länge von 0,6 mm entlang der z-Achsenrichtung. Die erste Kollimatorlinse 5 weist eine längliche Form entlang der y-Achsenrichtung auf. Die vordere und die hintere Linsenoberfläche der ersten Kollimatorlinse 5 sind zylindrische Oberflächen mit einer Erzeugenden entlang der y-Achsenrichtung.
Die erste Kollimatorlinse 5 weist keine brechende Wirkung in der Ebene auf, in der die Richtung der Erzeugenden enthalten ist, besitzt jedoch eine brechende Wirkung in der Ebene senkrecht zu der Erzeugenden. Da der von jeder aktiven Schicht 3a ausgesandte Strahl den großen Divergenzwinkel in vertikaler Richtung (z-Achsenrichtung) besitzt, wie dies zuvor beschrieben ist, ist es notwendig, die Divergenz des Strahles zu reduzieren, indem die beugende Wirkung der Kollimatorlinse 5 ausgenutzt wird, um damit die Effizienz der Strahlbündelung zu verbessern. Die erste Kollimatorlinse 5 und das Halbleiterlaserarray 3 sind so in einer positionellen Beziehung zueinander angeordnet, dass die Erzeugende der ersten Kollimatorlinse 5 senkrecht zur vertikalen Richtung des Halbleiterlaserarrays 3 (z-Achsenrichtung) steht. Durch diesen Aufbau kann der von der aktiven Schicht 3a ausgesandte Strahl in der Ebene senkrecht zu der Erzeugenden der ersten Kollimatorlinse gebrochen und damit gebündelt werden. D. h., die erste Kollimatorlinse 5 bricht die Komponenten in der vertikalen Richtung (z-Achsenrichtung) des von der aktiven Schicht ausgesandten Strahl, um den Strahl zu bündeln. Um eine effiziente Bündelung zu erreichen, ist die erste Kollimaborlinse 5 in der Nähe der aktiven Schichten 3a angeordnet. Alle von den aktiven Schichten 3a des Halbleiterlaserarrays 3 ausgesandten Strahlen fallen auf eine erste Kollimatorlinse 5.
7 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration des Wegrotators 7 zeigt, der in der Halbleiterlaservorrichtung 100 dieser Ausführungsform verwendet ist. Der Wegrotator 7 ist aus einem optisch transparenten Material, etwa Glas, Quarz, hergestellt. Die Länge in der x-Achsenrichtung beträgt 1,5 mm, die Länge in der y-Achsenrichtung beträgt 12 mm und die Länge in der z-Achsenrichtung beträgt 1,5 mm. Somit besitzt der Wegrotator 7 eine längliche Form entlang der y-Achsenrichtung.
Der Wegrotator dreht den transversalen Schnitt jedes Strahles, der von der ersten Kollimatorlinse gebündelt wird, um ungefähr 90 Grad. Alle von der ersten Kollimatorlinse 5 ausgesandten Strahlen fallen auf den Wegrotator 7. Der Wegrotator 7 besitzt eine Eintrittsfläche 7a und eine Austrittsfläche 7b, die einander zugewandt sind. Diese Einrittsfläche 7a besitzt mehrere zylindrische Oberflächen mit einer Breite von 0,5 mm, die parallel angeordnet sind. Diese zylindrischen Oberflächen erstrecken sich unter einem von 45 Grad in Bezug auf die y-Achsenrichtung. Die Anzahl dieser zylindrischen Oberflächen ist gleich der Anzahl an aktiven Schichten 3a in dem Halbleiterlaserarray 3. D. h., diese zylindrischen Oberflächen sind eins zu eins zu den aktiven Schichten 3a vorgesehen. In ähnlicher Weise besitzt die Austrittsfläche 7b mehrere zylindrische Oberflächen mit einer Breite von 0,5 mm, die parallel angeordnet sind. Diese zylindrischen Oberflächen erstrecken sich ebenso unter einem Winkel von 45 Grad in Bezug auf die Y-Achsenrichtung. Diese zylindrischen Oberflächen sind ebenso eins zu eins zu den aktiven Schichten 3a vorgesehen. Daher fallen die von den entsprechenden aktiven Schichten 3a des Halbleiterlaserarrays 3 ausgesandten Strahlen alle auf einen einzelnen entsprechenden Wegrotator 7.
Weitere Beispiele des Wegrotators sind in dem zuvor genannten Dokument 1 beschrieben.
8 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration des reflektierenden Spiegels 9 zeigt, der ein in der Halbleiterlaservorrichtung der ersten Ausführungsform verwendetes optisches Element ist. Der reflektierende Spiegel 9 besitzt ein Substrat 9s mit rechteckiger parallelepipedförmiger Gestalt, das aus einen optischen transparenten Material, etwa Glas oder Quarz hergestellt ist und besitzt eine reflektierende Oberfläche 9a und eine Austrittsfläche 9c, die einander zugewandt sind. Die reflektierende Oberfläche 9a ist mit einer reflektierenden Schicht 9b versehen und die reflektierende Oberfläche 9a reflektiert einen Teil jedes Strahls aus dem Wegrotator 7. Die reflektierende Schicht 9b besitzt die Reflektivität von einigen Prozent bis einigen 10 Prozent. Ein Strahl, der von der reflektierenden Oberfläche 9a nicht reflektiert sondern durchgelassen wird, läuft durch das Substrat 9s und tritt an der Austrittsfläche 9c aus. Die Austrittsfläche 9c ist mit einer AR(anti-reflektierender)-Beschichtung 9d versehen, so dass der von dem Substrat 9s austretende Strahl ausgesendet wird, ohne dass dieser von der Austrittsfläche reflektiert wird. Der reflektierende Spiegel 9 ist so montiert, dass die reflektierende Oberfläche 9a senkrecht zu der x-Achsenrichtung liegt. Die Abmessungen des reflektierenden Spiegels 9 sind 1 bis 2 mm in der x-Achsenrichtung, 12 bis 15 mm in der y-Achsenrichtung und 1 bis 5 mm in der z-Achsenrichtung.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der Halbleiterlaservorrichtung 100 unter Anwendung der Fig. 2a bis 2b und der 9a bis 9c erläutert. 9a zeigt die transversalen Schnitte (Ausgangsmuster) bei Aussendung von Licht, das in den aktiven Schichten 3a erzeugt wird, 9b zeigt die transversalen Schnitte der Strahlen, nachdem die von den aktiven Schichten 3a ausgesandten Strahlen die erste Kollimatorlinse 5 durchlaufen haben, und 9c zeigt die transversalen Abschnitte der Strahlen, nachdem die von der ersten Kollimatorlinse 5 ausgesandten Strahlen den Wegrotator 7 durchlaufen haben.
Zunächst senden die aktiven Schichten 3a des Halbleiterlaserarrays 3 ihren entsprechenden Strahlen L1 in der x-Achsenrichtung aus. Jeder Strahl L1 besitzt den Divergenzwinkel von 8 Grad in der y-Achsenrichtung und den Divergenzwinkel von 30 Grad in der z-Achsenrichtung, wobei die Mitte auf der optischen Achse A liegt (9a). Die vertikale Länge des transversalen Schnitts jeder aktiven Schicht 3a beträgt ein Hunderstel der horizontalen Länge (4a und 4b). Daher ist der transversale Schnitt jedes Strahles in der horizontalen Richtung beim Aussenden aus der aktiven Schicht 3a länglich. Der von der aktiven Schicht 3a ausgesandte Strahl ist zu einem gewissen Grade diffus, bevor er an der ersten Kollimatorlinse 5 eintrifft, jedoch ist die vertikale Länge des transversalen Schnitts des Strahles auf das doppelte oder weniger der horizontalen Länge einstellbar. D. h., der transversale Schnitt jedes auf die erste Kollimatorlinse 5 einfallenden Strahles ist auch horizontal länglich geformt.
Danach treffen die Strahlen L1 auf die erste Kollimatorlinse 5; die erste Kollimatorlinse 5 bricht die Strahlen L1 in der Ebene senkrecht zu der y-Achse (d. h. eine Ebene parallel zur xz-Ebene), um Strahlen L2 in der x-Achsenrichtung auszugeben. Die Strahlen L2 besitzen den Divergenzwinkel von ungefähr 0 Grad in der z-Achsenrichtung und unterliegen keiner Brechung in der z-Achsenrichtung; daher sind die Strahlen näherungsweise parallel ( 9b). Da die erste Kollimatorlinse 5 keine brechende Wirkung in der Ebene aufweist, die die y-Achse mit einschließt, beträgt der Divergenzwinkel in der y-Achsenrichtung 8 Grad, wie im Falle der Strahlen L1 mit 8°.
Als nächstes treffen die Strahlen L2 auf den Wegrotator 7, bevor sich benachbarte Strahlen schneiden. Der Wegrotator 7 dreht die transversalen Schnitte der Strahlen L2 um ungefähr 90 Grad und gibt Strahlen L3 in der x-Achsenrichtung aus. Die in der vertikalen Richtung gebündelten Strahlen werden hier in Strahlen umgewandelt, die in der horizontalen Richtung gebündelt sind. Dies verlängert die transversalen Schnitte der Strahlen in der vertikalen Richtung und kürzt sie in der horizontalen Richtung (9c). Da die Strahlen L3 sich aus der Drehung der transversalen Schnitte der Strahlen L2 um ungefähr 90 Grad ergeben, werden auch die Richtungen der Divergenzwinkel in den Strahlen L2 um ungefähr 90 Grad gedreht. D. h., die Strahlen L3 sind nahezu parallel in der y-Achsenrichtung und besitzen den Divergenzwinkel von 8 Grad in der z-Achsenrichtung. Da die Strahlen nahezu parallel in der y-Achsenrichtung sind, kann verhindert werden, dass sich benachbarte Strahlen L3 schneiden.
Danach treffen die Strahlen L3 auf den reflektierenden Spiegel 9. Die Strahlen L3 werden mit einer Reflektivität von einigen Prozent bis einigen 10 Prozent an der reflektierenden Oberfläche 9a reflektiert, um damit als Strahlen L5 aufzutreten, und der Rest des Lichtes wird von dem reflektierenden Spiegel 9 durchgelassen. Ein Teilstrahl L31, der in die Nähe des Kreuzungspunktes 9x zwischen der optischen Achse A und der reflektierende Oberfläche 9a ein in jedem Strahl L3 eintrifft, wird von der reflektierenden Oberfläche 9a reflektiert und wird dadurch zum Strahl L51. Da der Strahl L31 ein Strahl ist, der nahezu senkrecht zu der reflektierenden Oberfläche 9a auftritt, wird dieser als ein Strahl L51 in nahezu die entgegengesetzte Richtung an der reflektierenden Oberfläche 9a reflektiert. Jeder Strahl L51 kehrt in die entsprechende entgegengesetzte Richtung des optischen Weges von der aktiven Schicht 3a zu der reflektierenden Oberfläche 9a zurück und trifft an der aktiven Schicht 3a des Halbleiterlaserarrays 3 ein. Der Strahl L51 läuft weiter zu einer Endfläche 3b, die der Endfläche gegenüberliegt, aus der das Laserlicht des Halbleiterlaserarrays 3 ausgesandt wird. Der an der Endfläche 3b eintreffende Strahl wird an der Endfläche 3b reflektiert und wird wieder von der aktiven Schicht 3a in die x-Achsenrichtung ausgesandt. Der ausgesendete Strahl läuft wieder durch den zuvor genannten optischen Weg zu der reflektierenden Oberfläche 9a und lediglich ein Teil des Strahls, der in der Nähe des Kreuzungspunktes 9x eintrifft und an der reflektierenden Oberfläche 9a ankommt, wird in die entgegengesetzte Richtung erneut durch den optischen Weg zu der Endfläche 3b zurückgeführt. Da der Teilstrahl zwischen der reflektierenden Oberfläche 9a und der Endfläche 3b (in dem externen Resonator) vor und zurück läuft, wie zuvor beschrieben ist, wird die Lichtintensität verstärkt. Ein Teil des verstärkten Lichts läuft durch die reflektierende Oberfläche 9a, und wird schließlich als Strahlen L4 ausgegeben.
In der Halbleiterlaservorrichtung 100 der ersten Ausführungsform, wie sie zuvor beschrieben ist, ist aus dem Strahl, dessen Lichtintensität in dem von jeder aktiven Schicht 3a ausgesandten Lichtstrahl zu verstärken ist, nur der Strahl L31 in dem Strahl L3, der an der reflektierenden Oberfläche 9a auftrifft und unter Winkeln annähernd von 90 Grad (der in die Nähe des Kreuzungspunkt 9x einfällt) auf die reflektierende Oberfläche 9a einfällt, und der andere Strahlteil erfährt keine Verstärkung, wie dies zuvor beschrieben ist. D. h., lediglich der Strahl mit kleinen Winkeln relativ zur optischen Achse A, etwa der Strahl L31, erfüllt die Verstärkungsbedingung und wird selektiv durch den externen Resonator verstärkt. Folglich sind die ausgesandten Strahlen L4 Strahlen, die sich aus der selektiven Verstärkung von Komponenten mit kleinen Winkeln in Bezug auf die optische Achse A ergeben.
Aus diesem Grund enthält jeder Strahl L4 (d. h. das schließlich von der Halbleiterlaservorrichtung 100 ausgesandte Laserlicht) einen erhöhten Anteil an Strahlkomponenten mit äußerst kleinem Divergenzwinkel, und die Lichtintensitätsverteilung des Strahls L4 ist so, wie dies in 10 gezeigt ist. Die horizontale Achse in 10 repräsentiert den Winkel zur optischen Achse A und die vertikale Achse repräsentiert die Lichtintensität des Laserstrahls. Im Vergleich zu der Lichtintensitätsverteilung des von der aktiven Schicht 3a ausgesandten Strahls (siehe 5) besitzt die Verteilung lediglich eine Spitze und diese Spitze ist schärfer ausgebildet. Anders ausgedrückt, das von der Halbleiterlaservorrichtung 100 ausgesandte Laserlicht besitzt kleinere Divergenzwinkel. Dieser Divergenzwinkel ändert sich in Abhängigkeit von diversen Bedingungen, etwa der Größe der aktiven Schichten, beträgt aber im Falle der obigen Halbleiterlaservorrichtung 100 ungefähr 2 Grad, was kleiner ist als der Divergenzwinkel von 8 Grad der von den aktiven Schichten 3a ausgesandten Strahlen.
(Zweite Ausführungsform)
11a ist eine Draufsicht (eine Ansicht aus der z-Achsenrichtung), in der eine Konfiguration der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halbleiterlaservorrichtung gezeigt ist, und 11b ist eine Seitenansicht davon (eine Ansicht aus der y-Achsenrichtung). Die Halbleiterlaservorrichtung 100 der ersten Ausführungsform besitzt den reflektierenden Spiegel 9, der so angeordnet ist, dass die reflektierende Oberfläche 9a senkrecht zu der x-Achsenrichtung steht, wohingegen die Halbleiterlaservorrichtung 110 den reflektierenden Spiegel so montiert hat, dass die reflektierende Oberfläche 9a relativ zu der Ebene, die senkrecht zur optischen Achse A (eine Ebene parallel zu der yx-Ebene) steht, geneigt ist. Die reflektierende Oberfläche 9a, wie sie in den Figuren gezeigt ist, ist so geneigt, dass eine Normale zu der reflektierenden Oberfläche 9a parallel zur xz-Ebene ist, und der Neigungswinkel ist durch θ repräsentiert. Die Konfiguration der Halbleiterlaservorrichtung 110 der zweiten Ausführungsform ist, mit Ausnahme dieses Unterschiedes, gleich zu der Konfiguration der Halbleiterlaservorrichtung 100 der zuvor genannten ersten Ausführungsform und wird somit nicht mehr beschrieben.
Der so eingestellte Winkel θ wird nun mit Bezug zu den 11a, 11b und 12 beschrieben. In 12 repräsentiert die horizontale Achse des Graphen den Winkel zu der optischen Achse A und die vertikale Achse repräsentiert die Lichtintensität des Laserstrahls. Eine gestrichelte Linie repräsentiert eine Lichtintensitätsverteilung eines Strahls, der von einer aktiven Schicht 3a ausgesendet wird. Die Lichtintensitätsverteilung in der y-Achsenrichtung des von der aktiven Schicht 3a des Halbleiterlaserarrays 3 ausgesandten Strahls besitzt eine Spitze in den Richtungen unter einem Winkel α, wie dies zuvor beschrieben ist. D. h., der Strahl Lm, der nahe der Richtung des Winkels α ausgesandt wird, besitzt die höchste Lichtintensität. Der Strahl Lm wandert nach dem Aussenden aus der aktiven Schicht 3a entlang dem optischen Weg des Strahls Lm, der durch eine dicke Linie in jeder der 11a und 11b gekennzeichnet ist, zu der reflektierenden Oberfläche 9a. Da der Winkel θ hierin auf θ = α gesetzt ist, fällt der Stahl Lm vertikal auf die reflektierende Oberfläche 9a und wird in die genau entgegengesetzte Richtung reflektiert, wodurch der Strahl in der von der optischen Achse A entfernten Position zu der aktiven Schicht 3a in dem Halbleiterlaserarray 3 zurückgeführt werden kann. Aus diesem Grunde erfüllt der Strahl Lm die Verstärkungsbedingung.
Jeder von dem Halbleiterlaserarray 3 ausgesandte Strahl besitzt die Spitzen hinsichtlich der Lichtintensität in Richtungen des Winkels α, die sich von der Richtung der optischen Achse A unterscheiden, wobei die Halbleiterlaservorrichtung 110 das Festlegen des Winkels θ der Neigung der reflektierenden Oberfläche so ermöglicht, dass der unter dem Winkel α von der aktiven Schicht 3a ausgesendete Strahl Lm die Verstärkungsbedingung erfüllen kann. Daher kann in der Halbleiterlaservorrichtung 110 der Strahl im Spitzenwertbereich der Lichtintensität ausgewählt werden, um eine Resonanz zur Verstärkung des Strahls hervorzurufen und damit das Laserlicht mit höherer Lichtintensität auszusenden. Die durchgezogene Linie in 12 kennzeichnet die Lichtintensitätsverteilung des von der Halbleiterlaservorrichtung 110 ausgesandten Strahls.
(Dritte Ausführungsform)
13a ist eine Draufsicht (eine Ansicht entlang der z-Achsenrichtung), in der eine Konfiguration der dritten Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt ist, und 13b ist eine Seitenansicht davon (eine Ansicht entlang der y-Achsenrichtung).
In der Halbleiterlaservorrichtung 120 der dritten Ausführungsform ist eine zweite Kollimatorlinse 8 zwischen dem Wegrotator 7 und dem reflektierenden Spiegel 9 vorgesehen. Die Konfiguration der Halbleiterlaservorrichtung 120 der dritten Ausführungsform ist mit Ausnahme dieses Unterschiedes gleich der Konfiguration der Halbleiterlaservorrichtung 100 der zuvor genannten ersten Ausführungsform und daher wird eine weitergehende Beschreibung davon weggelassen.
14 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration der zweiten Kollimatorlinse 8 zeigt, die in der Halbleiterlaservorrichtung 120 der dritten Ausführungsform verwendet ist. Die vordere und die hintere Linsenfläche der zweiten Kollimatorlinse 8 sind zylindrische Oberflächen mit einer Erzeugenden entlang der y-Achsenrichtung. Die zweite Kollimatorlinse 8 besitzt keine brechende Wirkung in der Ebene, die die Richtung der Erzeugenden enthält, besitzt jedoch eine brechende Wirkung in der Ebene der Erzeugenden. Wie in 14 gezeigt ist, beträgt die Länge in der Richtung der Erzeugenden, d. h. in der y-Achsenrichtung, 12 mm, die Länge in der x-Achsenrichtung 0,5 bis 3 mm und die Länge in der z-Achsenrichtung 1,5 bis 10 mm. Die von dem Wegrotator 7 ausgehenden Strahlen fallen auf die zweite Kollimatorlinse 8. Die zweite Kollimatorlinse 8 ist so montiert, dass die Erzeugende davon senkrecht zu der z-Achsenrichtung steht. Da die zweite Kollimatorlinse 8 in dieser Weise montiert ist, können die von dem Wegrotator 7 ausgehenden Strahlen in der Ebene senkrecht zu der Erzeugenden der zweiten Kollimatorlinse 8 gebrochen werden, um diese damit besser parallel zu machen.
In der Halbleiterlaservorrichtung 120 der dritten Ausführungsform ist die zweite Kollimatorlinse 8 ausgebildet, das von dem Wegrotator 7 durchgelassene Laserlicht zu brechen, so dass das Laserlicht besser parallel in der Ebene senkrecht zur Längsrichtung ist. Dies ermöglicht es, den Abstand zwischen dem Wegrotator 7 und dem reflektierenden Spiegel 9 zu vergrößern und damit ein höheres Maß an Gestaltungsfreiheit für die Halbleiterlaservorrichtung 120 bereitzustellen.
In der Halbleiterlaservorrichtung 120 der dritten Ausführungsform kann der reflektierende Spiegel 9 auch so montiert werden, dass die reflektierende Oberfläche 9a in Bezug auf die Ebene, die senkrecht zur optischen Achse A steht, geneigt ist. Durch geeignetes Festlegen dieses Neigungswinkels ist es möglich, den Strahl am Spitzenwert der Lichtintensität auszuwählen und in Resonanz zu bringen, um damit dessen Verstärkung zu bewirken, und es ist daher möglich, den Stahl mit größerer Lichtintensität auszusenden.
(Vierte Ausführungsform)
15a ist eine Draufsicht (eine Ansicht aus der z-Achsenrichtung), die eine Konfiguration der vierten Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und 15b ist eine Seitenansicht davon (eine Ansicht aus der y-Achsenrichtung).
In der Halbleiterlaservorrichtung 130 der vierten Ausführungsform ist im Unterschied zu der Halbleiterlaservorrichtung 100 der ersten Ausführungsform der reflektierende Spiegel 9 als ein optisches Element an einer Position angeordnet, die nicht auf der optischen Achse der von den aktiven Schichten 3a des Halbleiterlaserarrays 3 ausgesandten Strahlen liegt und ist so angeordnet, dass die Strahlen senkrecht auf die reflektierende Oberfläche des reflektierenden Spiegels 9 auftreffen. Die Konfiguration der Halbleiterlaservorrichtung 130 mit Ausnahme dieses Unterschiedes ist ansonsten gleich der Konfiguration der Halbleiterlaservorrichtung 100 und damit wird eine weitergehende Beschreibung weggelassen.
(Fünfte Ausführungsform)
16a ist eine Draufsicht (eine Ansicht aus der z-Achsenrichtung), die eine Konfiguration der fünften Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und 16b ist eine Seitenansicht davon (eine Ansicht aus der y-Achsenrichtung).
Die Halbleiterlaservorrichtung 140 der fünften Ausführungsform besitzt einen Halbleiterlaserarraystapel 4, erste Kollimatorlinsen 5, Wegrotatoren 7 und einen reflektierenden Spiegel 9 als ein optisches Element.
17 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration des Halbleiterlaserarraystapels 4 zeigt, der in der Halbleiterlaservorrichtung 140 der fünften Ausführungsform verwendet ist. Der Halbleiterlaserarraystapel 4, wie er in 17 gezeigt ist, besitzt einen Aufbau, in welchem mehrere Halbleiterlaserarrays 3 und mehrere Wärmesenken 4h abwechselnd in der z-Achsenrichtung angeordnet sind.
Die Wärmesenken 4h kühlen die Halbleiterlaserarrays 3. Die Wärmesenken 4h besitzen einen Kühlwasserströmungsweg, der durch Verbinden von Kupferelementen mit flacher Plattenform gebildet ist. Das Kühlwasser zirkuliert in diesen Kühlwasserströmungsweg.
In dieser fünften Ausführungsform besitzt jede erste Kollimatorlinse 5 die gleiche Bauweise wie die erste Kollimatorlinse 5 in der Halbleiterlaservorrichtung 100 der zuvor genannten ersten Ausführungsform (6). Die erste Kollimatorlinse 5 ist so montiert, dass die Erzeugende der ersten Kollimatorlinse 5 senkrecht zur vertikalen Richtung des Halbleiterlaserarrays 3 steht (z-Achsenrichtung). Wenn die erste Kollimatorlinse 5 auf diese Weise montiert ist, ist es möglich, die von den aktiven Schichten 3a ausgesandten Strahlen in der Ebene senkrecht zu der Erzeugenden der ersten Kollimatorlinse 5 zu brechen, um damit diese Strahlen zu bündeln. D. h., die erste Kollimatorlinse 5 bricht die vertikale Komponente (in der z-Achsenrichtung) des von jeder aktiven Schicht 3a ausgesandten Strahls, um diesen zu bündeln. Um eine effiziente Bündelung zu erreichen, ist jede erste Kollimatorlinse 5 in der Nähe der aktiven Schichten 3a angeordnet. Aus diesem Grunde sind die ersten Kollimatortinsen 5 in einer 1:1- Zuordnung zu den entsprechenden Halbleiterlaserarrays 3 vorgesehen. D. h., die Anzahl der installierten ersten Kollimatorlinsen ist gleich der Anzahl an Halbleiterlaserarrays 3. Jede erste Kollimatorlinse 5 ist so angeordnet, dass sie einem einzelnen Halbleiterlaserarray 3 gegenüberliegt. Daher fallen die von den aktiven Schichten 3a eines einzelnen Halbleiterlaserarrays 3 ausgesandten Strahlen alle auf eine einzelne Kollimatortinse 5.
In ähnlicher Weise besitzt jeder Wegrotator 7 die gleiche Konfiguration wie der Wegrotator 7 der Halbleiterlaservorrichtung 100 der zuvor genannten ersten Ausführungsform (7). Der Wegrotator 7 dreht die transversalen Abschnitte der von der ersten Kollimatorlinse gebündelten Strahlen um ungefähr 90 Grad. Aus diesem Grund sind die Wegrotatoren 7 in einer 1:1-Zuordnung zu den ersten Kollimatorlinsen 5 vorgesehen. D. h., jeder Wegrotator 7 ist so angeordnet, dass er einer einzelnen ersten Kollimatorlinse 5 gegenüberliegt. Daher fallen alle von einer einzelnen Kollimatorlinse ausgehenden Strahlen auf einen einzelnen entsprechenden Wegrotator 7. Die zylindrischen Flächen jedes Wegrotators 7 liegen in einer 1:1-Zuordnung zu den aktiven Schichten 3a vor. Daher fallen die von den entsprechenden aktiven Schichten 3a eines einzelnes Halbleiterlaserarrays 3 ausgesandten Strahlen alle auf einen einzelnen entsprechenden Wegrotator 7.
Der reflektierende Spiegel 9 besitzt ebenso die gleiche Konfiguration wie der reflektierende Spiegel 9 der Halbleiterlaservorrichtung 100 der zuvor genannten ersten Ausführungsform (8). Der reflektierende Spiegel 9 ist so montiert, dass seine reflektierende Oberfläche 9a senkrecht zur x-Achsenrichtung liegt. Die Abmessungen des reflektierenden Spiegels 9 beinhalten eine Länge von 1 bis 2 mm in der x-Achsenrichtung, eine Länge von 12 bis 15 mm in der y-Achsenrichtung und eine Länge der z-Achsenrichtung, die 1 bis 5 mm länger als die Länge in der z-Achsenrichtung des Halbleiterlaserarraystapels 4 ist. Der reflektierende Spiegel 9 ist so angeordnet, dass alle von den entsprechendem Halbleiterlaserarrays 3 ausgesandten Strahlen auf den reflektierenden Spiegel 9 treffen.
In der Halbleiterlaservorrichtung 140 der fünften Ausführungsform ist der Strahl, dessen Lichtintensität in dem von jeder aktiven Schicht 3a ausgesandten Strahl zu verstärken ist, lediglich der Strahl L31, der unter Winkeln nahezu senkrecht zu der reflektierenden Oberfläche 9a in dem Strahl L3, der auf die reflektierende Oberfläche 9a trifft, einfallend ist, und der andere Strahlteil unterliegt nicht der zuvor beschriebenen Verstärkung. D. h., lediglich der Strahl mit kleinen Winkel zur optischen Achse A, etwa der Strahl L31, genügt der Verstärkungsbedingung, um selektiv von dem externen Resonator verstärkt zu werden. Daher sind die ausgesandten Strahlen L4 Strahlen, die sich aus der selektiven Verstärkung der Komponenten mit kleinen Winkeln in Bezug auf die optische Achse A ergeben.
Aus diesem Grunde enthält jeder Strahl L4 (d. h. das von der Halbleiterlaservorrichtung 140 schließlich ausgesendete Laserlicht) einen erhöhten Anteil an Strahlkomponenten mit äußerst kleinem Divergenzwinkel, und die Lichtintensitätsverteilung des Strahls L4 ist eine, die ähnlich zu 10 ist. Im Vergleich mit der Lichtintensitätsverteilung des von der aktiven Schicht 3a ausgesandten Stahls (siehe 5), besitzt die Lichtintensitätsverteilung des Strahls L4 lediglich eine Spitze und diese Spitze ist schmäler ausgeprägt. Anders gesagt, das von der Halbleiterlaservorrichtung 140 ausgesandte Laserlicht besitzt einen kleineren Divergenzwinkel. Der Divergenzwinkel unterscheidet sich in Abhängigkeit von diversen Bedingungen, etwa der Größe der aktiven Schichten, liegt aber im Falle der Halbleiterlaservorrichtung 140 in einem Bereich von ungefähr 2 Grad, was kleiner ist als der Divergenzwinkel der von den aktiven Schichten 3a ausgesandten Strahlen, der 8 Grad beträgt.-
Die vorliegende Erfindung kann auf diverse Arten modifiziert werden, ohne von den zuvor beschriebenen Ausführungsformen abzuweichen. Beispielsweise sind die 18a bis 18c Seitenansichten, die die Konfigurationen von Modifizierungen der Halbleiterlaservorrichtung 140 gemäß der fünften Ausführungsform zeigen. Die Halbleiterlaservorrichtung 140 kann so ausgebildet sein, dass eine zweite Kollimatorlinse 8 zwischen jedem Wegrotator 7 und dem reflektierenden Spiegel 9 vorgesehen ist, wie in 18a gezeigt ist. Diese zweite Kollimatorlinse 8 besitzt den gleichen Aufbau wie die zweite Kollimatorlinse 8 der Halbleiterlaservorrichtung 120 der zuvor genannten dritten Ausführungsform (14). Wenn die zweiten Kollimatorlinsen 8 in dieser Weise ausgebildet sind, kann das von den Wegrotatoren 7 durchgelassene Laserlicht von den zweiten Kollimatorlinsen 8 so gebrochen werden, dass dieses besser parallel ist in der Ebene senkrecht zur Längsrichtung. Sodann ermöglicht dies, dass der Abstand zwischen den Wegrotatoren 7 und dem reflektierenden Spiegel 9 vergrößert wird, wodurch ein höheres Maß an Gestaltungsfreiheit für die Halbleiterlaservorrichtung 140 gegeben ist.
Die Halbleiterlaservorrichtung 140 kann den reflektierenden Spiegel 9 so ausgebildet aufweisen, dass die reflektierende Oberfläche 9a in Bezug auf die Ebene senkrecht zu der Achse geneigt ist, wie dies in 18b gezeigt ist. Durch geeignetes Einstellen dieses Neigungswinkels ist es möglich, die Strahlen an dem Spitzenwert der Lichtintensität auszuwählen und in Resonanz zu bringen, und diese damit zu verstärken und die Strahlen somit mit größerer Lichtintensität auszusenden.
Des weiteren kann die Halbleiterlaservorrichtung 140 eine zweite Kollimatorlinse 8 zwischen jedem Wegrotator 7 und dem reflektierenden Spiegel 9 aufweisen und der reflektierende Spiegel 9 kann so ausgebildet sein, dass die reflektierende Oberfläche 9a zu der Ebene, die senkrecht zur x-Achse angeordnet ist, geneigt ist, wie dies in 18c gezeigt ist. Diese Bauweise ermöglicht es, ein höheres Maß an Gestaltungsfreiheit für die Halbleiterlaservorrichtung 140 zu erreichen und die Strahlen mit größerer Lichtintensität auszusenden.
(Sechste Ausführungsform)
19a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration der sechsten Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden. Erfindung zeigt, und 19b ist eine Seitenansicht davon. Die Halbleiterlaservorrichtung 150 der sechsten Ausführungsform besitzt ein Halbleiterlaserarray 3, eine erste Kollimatorlinse 5, einen Wegrotator 7 und einen reflektierenden Spiegel (optisches Element) 9.
Das Halbleiterlaserarray 3 besitzt einen Aufbau ähnlich zu jenem in der ersten Ausführungsform (3). Das Halbleiterlaserarray 3 besitzt mehrere aktive Schichten 3a, die parallel entlang der y-Achsenrichtung (Längsrichtung) in Feldform angeordnet sind. Die aktiven Schichten 3a senden ihre entsprechenden Strahlen als Laserlicht entlang der optischen Achse A aus. Hierbei ist die optische Achse A eine Achse parallel zu der x-Achse, die durch die Mitte jeder aktiven Schicht 3a verläuft. Die vordere Endfläche (Lichtaustrittsfläche) des Halbleiterlaserarrays 3 besitzt einen Aufbau, ähnlich zu jenem in Fig. 4a, und die vordere Endfläche jeder aktiven Schicht 3a besitzt eine Struktur ähnlich zu jener in 4b. Das Halbleiterlaserarray 3 weist einen Aufbau auf, in welchem die aktiven Schichten 3a mit Abständen von 500 µm in der y-Achsenrichtung mit einer Breite von 1 cm ausgerichtet sind. Ein Querschnitt jeder der aktiven Schichten 3a weist eine Breite von 100 µm und eine Dicke von 1 µm auf. Die vordere Endfläche des Halbleiterlaserarrays 3 ist mit einer reflektierenden Schicht bedeckt, die eine Reflektivität von nicht mehr als einigen Prozent besitzt.
Ein Strahl L1 aus Laserlicht, der von einem einzelnen aktiven Schichtgebiet 3a ausgesandt wird, besitzt einen Divergenzwinkel von ungefähr 30 Grad in der z-Achsenrichtung und einen Divergenzwinkel von ungefähr 8 in der y-Achsenrichtung, wobei der Mittelpunkt auf der optischen Achse A liegt. 20 ist eine Lichtintensitätsverteilung in der y-Achsenrichtung des Strahls L1, der von der aktiven Schicht 3a ausgesendet wird. Die horizontale Achse des Graphen bezeichnet den Winkel zu der optischen Achse A und die vertikale Achse repräsentiert die Lichtintensität des Laserstrahls. Wie in 20 gezeigt ist, ist die Intensitätsverteilung keine Gauss-förmige Verteilung, sondern ist eine unregelmäßige Verteilung.
Der Aufbau der ersten Kollimatorlinse 5 ist ähnlich zu jenem in der ersten Ausführungsform (6). Die Abmessungen der ersten Kollimatorlinse 5 ergeben eine Länge von 0,4 mm in der x-Achsenrichtung, eine Länge von 12 mm in der y-Achsenrichtung und eine Länge von 0,6 mm in der z-Achsenrichtung. Die erste Kollimatorlinse 5 besitzt eine längliche Form entlang der y-Achsenrichtung. Die vordere und die hintere Linsenfläche der ersten Kollimatorlinse 5 sind zylindrische Flächen mit einer Erzeugenden entlang der y-Achsenrichtung.
Die erste Kollimatorlinse 5 besitzt keine brechende Wirkung in der Ebene, die die Richtung der Erzeugenden (y-Achsenrichtung) enthält, weist jedoch eine brechende Wirkung in der Ebene senkrecht zu der Erzeugenden auf. Da die von den aktiven Schichten 3a ausgesandten Strahlen den großen Divergenzwinkel in der vertikalen Richtung aufweisen, ist es notwendig, die Divergenz der Strahlen durch Anwenden der brechenden Wirkung zu verringern, um damit die Effizienz der Bündelung der Strahlen zu erhöhen. Die erste Kollimatorlinse 5 und das Halbleiterlaserarray 3 werden räumlich so zueinander angeordnet, dass die Erzeugende der ersten Kollimatorlinse 5 senkrecht zur vertikalen Richtung (z-Achsenrichtung) das Halbleiterlaserarrays 3 angeordnet ist. Durch diesen Aufbau ist es möglich, die von den aktiven Schichten 3a ausgesandten Strahlen in der Ebene senkrecht zur Erzeugenden der ersten Kollimatorlinse 5 zu brechen, um damit die Strahlen zu bündeln. D. h., die erste Kollimatorlinse 5 bricht und bündelt die Komponenten der vertikalen Richtung (z-Achsenrichtung) des von jeder aktiven Schicht 3a ausgesandten Strahls. Zur effizienten Kollimierung wird die erste Kollimatorlinse 5 in der Nähe der aktiven Schichten 3a angeordnet. Die von den aktiven Schichten 3a in dem Halbleiterlaserarray 3 ausgesandten Strahlen fallen auf eine einzelne erste Kollimatorlinse 5.
Der Wegrotator 7 besitzt einen Aufbau ähnlich zu jenem in der ersten Ausführungsform (7). Der Wegrotator 7 ist aus einem optisch transparenten Material, etwa Glas oder Quarz hergestellt. Die Länge in der x-Achsenrichtung beträgt 1,5 mm, die Länge in der y-Achsenrichtung 12 mm und die Länge in der z-Achsenrichtung 1,5 mm. Wie beschrieben ist, ist der Wegrotator 7 entlang der y-Achsenrichtung von länglicher Form.
Der Wegrotator 7 dreht die transversalen Schnitte der von der ersten Kollimatorlinse 5 gebündelten Strahlen um ungefähr 90 Grad. Alle von der Kollimatorlinse 5 ausgehenden Strahlen fallen auf den Wegrotator 7. Der Wegrotator 7 besitzt eine Eintrittsfläche 7a und eine Austrittsfläche 7b, die einander zugewandet sind. Diese Eintrittsfläche 7a besitzt mehrere zylindrische Oberflächen mit einer Breite von 0,5 mm, die parallel angeordnet sind. Diese zylindrischen Flächen erstrecken sich unter einem Winkel von 45 Grad relativ zu der y-Achsenrichtung. Die Anzahl dieser zylindrischen Flächen ist gleich der Anzahl aktiver Schichten 3a in dem Halbleiterlaserarray 3. D. h., diese zylindrischen Flächen sind in einer 1:1-Zuordnung zu den aktiven Schichten 3a vorgesehen. In ähnlicher Weise besitzt die Austrittsfläche 7b mehrere zylindrische Oberflächen mit einer Breite von 0,5 mm, die parallel angeordnet sind. Diese zylindrischen Oberflächen erstrecken sich ebenso unter einem Winkel von 45 Grad in Bezug auf die y-Achsenrichtung. Diese zylindrischen Oberflächen liegen ebenso in einer 1:1-Zuordnung zu den aktiven Schichten 3a vor. Folglich fallen die von den entsprechenden aktiven Schichten 3a in dem Halbleiterlaserarray 3 ausgesandten Strahlen alle auf einen einzelnen entsprechenden Wegrotator 7.
Weitere Beispiele des Wegrotators sind in der zuvor genannten Schrift 1 erläutert.
21 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau des reflektierenden Spiegels 9 als einem optischen Element, das in der Halbleiterlaservorrichtung 150 der sechsten Ausführungsform verwendet ist, zeigt. Der reflektierende Spiegel 9 besitzt ein Substrat 9s mit rechteckiger parallelepipedförmiger Gestalt, das aus einem optisch transparenten Material, etwa Glas oder Quarz, gefertigt ist und eine reflektierende Oberfläche 9a aufweist. Die reflektierende Oberfläche 9a ist mit einer reflektierenden Schicht 9b versehen und die reflektierende Oberfläche 9a reflektiert die von dem Wegrotator 7 eintrefffenden Strahlen total. Die reflektierende Schicht 9b besitzt eine Reflektivität von nicht weniger als 99,5 %. Der reflektierende Spiegel 9 schneidet einen Bereich des optischen Weges jedes von dem Wegrotator 7 ausgehenden Strahles. Der reflektierende Spiegel ist so vorgesehen, dass der Rand 9b der reflektierenden Schicht 9a parallel zur y-Achse ist; daher fallen die Strahlen auf der -z-Seite (die untere Seite in 19b) in Bezug auf den Rand 9b auf die reflektierende Oberfläche 9a, während die Strahlen auf der +z-Seite (die obere Seite in 19b) in Bezug auf den Rand 9d nicht auf die reflektierende Oberfläche 9a einfallen, und damit nach außen ausgegeben werden. Da die reflektierende Oberfläche 9a so angeordnet ist, dass diese die optische Achse A jedes von dem Wegrotator 7 ausgesandten Strahls schneidet, wird der Querschnitt jedes einfallenden Strahles größer als jener des Strahles, der nicht auf die reflektierende Oberfläche 9a trifft.
Der reflektierende Spiegel 9 ist so geneigt, dass die Normale zu der reflektierenden Oberfläche 9a in der xz-Ebene liegt und dass der Winkel zu der reflektierenden Oberfläche 9a und der yz-Ebene dem Winkel θ entspricht. Die Neigung der reflektierenden Oberfläche 9a ist so festgelegt, dass die Normale zu der reflektierenden Oberfläche 9a, die sich in Richtung des Wegrotators 7 erstreckt, zu der +z-Seite zeigt, d. h., die Normale der reflektierenden Oberfläche 9a, die sich zu dem Wegrotator 7 erstreckt ist so gerichtet, dass sie näher an der optischen Achse A auf Seite des Wegroators 7 liegt. Der Winkel θ ist auf einen Winkelwert kleiner als die Hälfte des Divergenzwinkels α (α/2) in der z-Achsenrichtung der von den von dem Wegrotator 7 ausgesandten Strahlen festgelegt, so dass zumindest ein Teil jedes von dem Wegrotator ausgesandten Strahles senkrecht auf die reflektierende Oberfläche 9a auftrifft. Jeder senkrecht auf die reflektierende Oberfläche 9a auftreffende Strahl wird von der reflektierenden Oberfläche 9a reflektiert und läuft in der entgegengesetzten Richtung des Eintrittsweg zurück, um wieder zur aktiven Schicht 3a zurückzukehren. Die Abmessungen des reflektierenden Spiegels 9 entsprechen einer Länge von 1 bis 2 mm in der x-Achsenrichtung, einer Länge von 12 bis 15 mm in der y-Achsenrichtung und einer Länge von 0,8 bis 1,4 mm in der z-Achsenrichtung.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der Halbleiterlaservorrichtung mit Bezug zu den Fig. 19a und 19b und den Fig. 9a bis 9c, die in der ersten Ausführungsform verwendet sind, beschrieben.
Zunächst wird jeder Strahl L1 in der x-Achsenrichtung von der zugehörigen Schicht 3a des Halbleiterlaserarrays 3 ausgesendet. Der Strahl L1 besitzt einen Divergenzwinkel von 8 Grad in der y-Achsenrichtung und einen Divergenzwinkel von 30 Grad in der z-Achsenrichtung, wobei die Mitte auf der optischen Achse A liegt (9a). Die vertikale Länge des transversalen Schnitts jeder aktiven Schicht 3a beträgt ein Hunderstel der horizontalen Länge (4a). Daher ist der transversale Schnitt des Strahls bei der Aussendung der aktiven Schicht 3a in horizontaler Richtung länglich ausgebildet. Selbst wenn der von der aktiven Schicht 3a ausgesandte Strahl etwas diffus ist, bevor er an der ersten Kollimatorlinse 5 eintrifft, kann die vertikale Länge des transversalen Schnitts des Strahls auf das doppelt oder weniger der horizontalen Länge eingestellt werden. D. h., der transversale Schnitt jedes auf die erste Kollimatorlinse 5 einfallenden Strahls besitzt ebenso eine horizontal längliche Form.
Als nächstes trifft jeder Strahl L1 auf die erste Kollimatorlinse 5. Die erste Kollimatorlinse 5 bricht den Strahl L1 in der Ebene senkrecht zur y-Achse (die Ebene senkrecht zur xz-Ebene), um einen Strahl L2 in der x-Achsenrichtung auszugeben. Der Strahl L2 besitzt einen Divergenzwinkel von 0 Grad in der z-Achsenrichtung und wird in der y-Achsenrichtung nicht gebrochen (9b). Da die erste Kollimatorlinse keine brechende Wirkung in der Ebene aufweist, die die y-Achse enthält, ist der Divergenzwinkel in der y-Achsenrichtung ähnlich zu dem Winkel des Strahls L1.
Als nächstes trifft jeder Strahl L2 auf den Wegrotator 7, bevor benachbarte Strahlen sich schneiden. Der Wegrotator 7 dreht den transversalen Abschnitt jedes Strahls L2 um ungefähr 90 Grad und gibt einen Strahl L3 in der x-Achsenrichtung aus. Jeder in der z-Achsenrichtung gebündelte Strahl wird hierbei in einen in der y-Achsenrichtung gebündelten Strahl umgewandelt. Dies ändert den transversalen Schnitt jedes Strahles in eine längliche Form in der z-Achsenrichtung und führt zur einer Kürzung in der horizontalen Richtung (9c). Da der Strahl L3 sich aus der Drehung des transversalen Schnitts des Strahls L2 um ungefähr 90 Grad ergibt, wird auch die Richtung des Divergenzwinkels des Strahls L2 um ungefähr 90 Grad gedreht. D. h., jeder Strahl L3 ist nahezu parallel in der y-Achsenrichtung und weist einen Divergenzwinkel in der z-Achsenrichtung auf. Da die Strahlen L3 nahezu paralleles Licht in der y-Achsenrichtung repräsentieren, ist es möglich, ein Überschneiden benachbarter Strahlen L3 zu verhindern.
Der reflektierende Spiegel 9 ist in der Ausbreitungsrichtung jedes Strahles L3 nach dem Wegrotator 7 angeordnet, und der reflektierende Spiegel ist so positioniert, dass die Oberfläche 9a lediglich einen Teil des optischen Weges des Strahls L3 schneidet; daher fällt jeder von dem Wegrotator 7 ausgesandte Strahl L3 teilweise auf die reflektierende Oberfläche 9a und der Rest trifft nicht auf die reflektierende Oberfläche 9a. Der Strahl L3 sei in zwei Strahlkomponenten in der z-Achsenrichtung unterteilt, und im Folgenden sei in der Beschreibung auf den Strahl L3r für die Komponente, die auf die reflektierende Oberfläche 9a fällt, in dem Strahl L3 und auf eine Komponente L3t für die Komponente, die nicht auf die reflektierende Oberfläche 9a trifft, verwiesen. Der Strahl L3r wird von dem Wegrotator 7 ausgestrahlt und trifft auf die reflektierende Oberfläche 9a des reflektierenden Spiegels 9. Da das auf die reflektierende Oberfläche 9a auftreffende Licht total reflektiert wird, wird der Strahl Lr3 als ein Strahl L5 mit der Reflektivität von 99,5 oder mehr (nahezu 100%) an der reflektierenden Oberfläche 9a zurückgeworfen. Wie zuvor beschrieben ist, ist die reflektierende Oberfläche 9a nicht senkrecht in Bezug auf die optische Achse A, sondern ist unter dem Winkel θ geneigt und der Winkel θ ist auf einen Wert kleiner als die Hälfte des Divergenzwinkels α (α/2) des von dem Wegrotator 7 ausgegebenen Strahls L3 eingestellt. Aus diesem Grunde enthält der Strahl L3r einen Strahl der näherungsweise senkrecht zu der reflektierenden Oberfläche 9a auftrifft, und der senkrecht auftreffende Strahl wird ungefähr in die genau entgegengesetzte Richtung reflektiert. Der reflektierte Strahl läuft in die entgegengesetzte Richtung über den optischen Weg zu der aktiven Schicht 3a zu der reflektierenden Oberfläche 9a, um damit zu der aktiven Schicht zurückzukehren. Der zu der aktiven Schicht 3 zurückkehrende Strahl trifft an der hinteren Endfläche 3b des Halbleiterlaserarrays 3 ein und wandert weiter zu der Austrittsendfläche (vordere Endfläche), in der das Laserlicht des Halbleiterlaserarrays 3 ausgesendet wird. Ein Teil des Strahles, der an der Austrittsendfläche eintrifft, wird in Richtung auf die hintere Endfläche 3b reflektiert und wandert erneut über die hintere Endfläche 3b weiter, um in der x-Achsenrichtung von der aktiven Schicht 3a ausgegeben zu werden. Ein Teil des ausgesandten Strahls wandert wiederum durch den zuvor genannten optischen Weg zu der reflektierenden Oberfläche 9a und lediglich ein Teil des nahezu senkrecht auf die reflektierende Oberfläche 9a fallenden Strahlanteils in dem an der reflektierenden Oberfläche 9a ankommenden Strahl läuft erneut in der entgegengesetzten Richtung in den optischen Weg zurück. Wenn der Teil des Strahles durch den Resonanzweg zwischen der reflektierenden Oberfläche 9a und der Austrittsendfläche über die hintere Endfläche 3b vor und zurückwandert (d. h. der Resonanzweg besteht aus dem Weg, in welchem das an der reflektierenden Oberfläche 9a reflektierten Licht über die hintere Endfläche 3b zu der Austrittsendfläche läuft, und dem Weg, in welchem das von der Austrittsendfläche in Richtung des inneren der aktiven Schicht 3a reflektierte Licht über die hintere Endfläche 3b in Richtung der reflektierenden Oberfläche 9a) nähert sich die räumlich transversale Mode des Laserlichts besser der Einzelmode an. Andererseits wird der Strahl L3t von dem Wegrotator 7 ausgegeben, und wird dann nach außen von der Halbleiterlaservorrichtung 150 ausgesendet, ohne dass dieser die reflektierende Oberfläche 9a des reflektierenden Spiegels 9 trifft; daher ist der Strahl L3t das endgültige Ausgangslicht der Halbleiterlaservorrichtung 150.
Wie zuvor beschrieben ist, weist die Halbleiterlaservorrichtung 150 dieser sechsten Ausführungsform den Resonanzweg mit dem optischen Weg des Strahls L3r und den Austrittsweg mit dem optischen Weg des Stahls L3t auf. In der Halbleiterlaservorrichtung 150 ist damit die räumliche transversale Mode ähnlich zu der Einzelmode mittels der Resonanz des in dem Halbleiterlaserarray 3 erzeugten Laserlichts in dem Resonanzweg, wodurch das Laserlicht mit dem Divergenzwinkel, der mittels der Konfiguration zur Annäherung der räumlichen transversalen Mode an die Einzelmode reduziert ist, von dem Austrittsweg nach außen ausgegeben werden kann. Daher kann in der Halbleiterlaservorrichtung 150 der Divergenzwinkel des endgültigen Ausgangslichts reduziert werden. Da der Resonanzweg und der Austrittsweg durch die Position der reflektierenden Oberfläche 9a getrennt sind, ist kein Halbspiegel oder dergleichen für die Auftrennung der optischen Wege erforderlich, und es wird die reflektierende Oberfläche 9a mit der Eigenschaft der Totalreflektion verwendet. Daher ist das sich ergebende Licht ein intensiveres Resonanzlicht im Vergleich zu dem Fall, wenn der Halbspiegel oder dergleichen verwendet wird, um den optischen Weg des Resonanzlichtes und den optischen Weg des Austrittslichtes zu bilden, und somit ist auch das Ausgangslicht intensiver.
Ein Lichtintensitätsverteilung in der z-Achsenrichtung des Strahls L3t besitzt einen Verlauf, wie er in 22 gezeigt ist. Im Vergleich zu der Lichtintensitätsverteilung des von der aktiven Schicht 3a (siehe 20) ausgesandten Lichts besitzt die Lichtintensitätsverteilung des Strahls L3t lediglich eine Spitze und die Spitze ist schmäler ausgeprägt. Anders ausgedrückt, das von der Halbleiterlaservorrichtung 150 ausgesandte Laserlicht weist einen reduzierten Divergenzwinkel auf. Dieser Unterschied im Divergenzwinkel hängt von diversen Bedingungen, etwa der Größe der aktiven Schichten ab, ist aber im Falle der Halbleiterlaservorrichtung 150 bei ungefähr 1 Grad, was kleiner ist als der Divergenzwinkel von 8 Grad des von der aktiven Schicht 3a ausgesandten Strahls.
Durch Ändern des Neigungswinkels θ des reflektierenden Spiegels 9 kann die Position des Spitzenwerts und die maximale Intensität der Intensitätsverteilung variiert werden. Um ein Ausgangslicht mit höherer Intensität zu erhalten, kann die Halbleiterlaservorrichtung 150 so aufgebaut sein, dass der Neigungswinkel des reflektierenden Spiegels 9 zur Maximierung der Spitzenwertintensität vorläufig bestimmt und der auf diese Weise bestimmte Winkel als der Winkel θ sodann festgelegt wird.
Die Halbleiterlaservorrichtung 150 der sechsten Ausführungsform ist ausgebildet, um einen Teil des von dem Wegrotator 7 ausgesandten Strahls zu der aktiven Schicht 3a unter Anwendung der ebenen reflektierenden Oberfläche als die reflektierende Oberfläche 9a zurückzuführen, es ist jedoch auch möglich, eine Konfiguration einzusetzen, in der eine konkave reflektierende Oberfläche zur vertikalen Totalreflektion des gesamten Strahls, der von dem Wegrotator 7 eintrifft, verwendet wird, um den gesamten reflektierten Strahl zu der aktiven Schicht 3a zurückzuführen.
(Siebente Ausführungsform)
23a ist eine Draufsicht (eine Ansicht aus der z-Achsenrichtung), in der eine Konfiguration der siebenten Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt ist, und 23b ist eine Seitenansicht davon (eine Ansicht entsprechend er y-Achsenrichtung).
In der Halbleiterlaservorrichtung 160 dieser siebenten Ausführungsform ist eine zweite Kollimatorlinse 8 zwischen dem Wegrotator 7 und dem reflektierenden Spiegel 9 angeordnet. Die Konfiguration der Halbleiterlaservorrichtung 160 ist mit Ausnahme dieses Unterschiedes gleich der Konfiguration der Halbleiterlaservorrichtung 100, 150 der ersten und der sechsten Ausführungsform, wie sie zuvor beschrieben ist, und somit wird eine diesbezügliche Beschreibung weggelassen.
Die zweite Kollimatorlinse 8, die auf diese Weise angeordnet ist, besitzt einen ähnlichen Aufbau wie in der dritten Ausführungsform (14). Die vordere und die hintere Linsenoberfläche der zweiten Kollimatorlinse 8 sind zylindrische Fläche mit einer Erzeugenden entlang der y-Achsenrichtung. Die zweite Kollimatorlinse 8 weist keine brechende Wirkung in der Ebene auf, in der die Richtung der Erzeugenden liegt, besitzt jedoch eine brechende Wirkung in der Ebene senkrecht zu der Erzeugenden. Wie in 14 gezeigt ist, beträgt die Länge in der Richtung der Erzeugenden, d. h. in der y-Achsenrichtung, 12 mm, die Länge in der x-Achsenrichtung 0,5 bis 3 mm und die Länge in der z-Achsenrichtung 1,5 bis 10 mm. Die von dem Wegrotator 7 ausgesandten Strahlen fallen alle auf die zweite Kollimatorlinse 8. Die zweite Kollimatorlinse 8 ist so eingestellt, dass deren Erzeugende senkrecht zur z-Achsenrichtung angeordnet ist. Durch diesen Aufbau ist es möglicht, jeden von dem Wegrotator 7 ausgesandten Strahl in der Ebene senkrecht zu der Erzeugenden der zweiten Kollimatorlinse 8 zu brechen und damit den Strahl parallel dazu zu gestalten.
In der Halbleiterlaservorrichtung 160 der siebenten Ausführungsform ist die zweite Kollimatorlinse 8 ausgebildet, das von dem Wegrotator 7 ausgesandte Laserlicht zu brechen, um damit eine bessere Parallelität des Lichtes in der Richtung senkrecht zu der y-Achsenrichtung zu erhalten. Dies ermöglicht es, den Abstand zwischen dem Wegrotator 7 und dem reflektierenden Spiegel 9 zu vergrößern, um damit ein höheres Maß an Gestaltungsfreiheit für die Halbleiterlaservorrichtung 160 zu erhalten.
(Achte Ausführungsform)
24 ist eine Draufsicht (eine Ansicht von der z-Achsenrichtung), in der eine Konfiguration der achten Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt ist, und 24b ist eine Seitenansicht davon (eine Ansicht aus der y-Achsenrichtung). Die Halbleiterlaservorrichtung 170 dieser achten Ausführungsform besitzt einen Halbleiterlaserarraystapel 4, erste Kollimatorlinsen 5, Wegrotatoren 7 und reflektierende Spiegel (optische Elemente) 9.
Der Halbleiterlaserarraystapel 4 besitzt einen Aufbau ähnlich zu jenem in der fünften Ausführungsform (17). Der Halbleiterlaserarraystapel 4 besitzt einen Aufbau, in welchem mehrere Halbleiterlaserarrays 3 und mehrere Wärmesenken 4h abwechselnd in der z-Achsenrichtung angeordnet sind, wie dies in 17 gezeigt ist.
Die Wärmesenken 4h kühlen die Halbleiterlaserarrays 3. Die Wärmesenken 4h besitzen eine Kühlwasserführung, die durch das Kombinieren von Kupferelementen mit flacher Plattenform ausgebildet ist. Das Kühlwasser zirkuliert in dieser Kühlwasserführung.
Jede erste Kollimatorlinse 5 besitzt einen Aufbau, der ähnlich ist zu jenem in der ersten Ausführungsform und der sechsten Ausführungsform (6). Die erste Kollimatorlinse 5 ist so eingestellt, dass die Erzeugende der ersten Kollimatorlinse 5 senkrecht zur vertikalen Richtung (z-Achsenrichtung) des gegenüberliegenden Halbleiterlaserarrays 3 angeordnet ist. Durch diesen Aufbau ist es möglich, den von jeder aktiven Schicht 3a ausgesandten Strahl in der Ebene senkrecht zu der Erzeugenden der ersten Kollimatorlinse zu brechen und damit zu bündeln. D. h., die erste Kollimatorlinse 5 bricht die Komponente in der vertikalen Richtung (z-Achsenrichtung) des von jeder aktiven Schicht 3a ausgesandten Strahls, um diesen zu bündeln. Für eine effiziente Bündelung ist jede erste Kollimatorlinse 5 in der Nähe der aktiven Schichten 3a angeordnet. Aus diesem Grund sind die ersten Kollimatorlinsen 5 in einer 1:1-Zuordnung zu den Halbleiterlaserarrays 3 vorgesehen. D. h., die Anzahl von ersten Kollimatorlinsen 5, die vorgesehen sind, ist gleich der Anzahl der Halbleiterlaserarrays 3. Jede erste Kollimatorlinse 5 ist gegenüberliegend entsprechend einem Halbleiterlaserarray 3 angeordnet. Deshalb treffen von den aktiven Schichten 3a eines Halbleiterlaserarrays 3 ausgesandten Strahlen auf eine einzelne erste Kollimatorlinse 5.
Jeder Wegrotator 7 besitzt eine Konfiguration ähnlich zu jener in der erste Ausführungsform und der sechsten Ausführungsform (7). Der Wegrotator 7 dreht den transversalen Schnitt jedes von der ersten Kollimatorlinse 5 gebündelten Strahles um ungefähr 90 Grad. Aus diesem Grund sind die Wegrotatoren 7 in einer 1:1-Zuordnung zu den ersten Kollimatorlinsen 5 vorgesehen. D. h., jeder Wegrotator 7 ist gegenüberliegend zu einer einzelnen entsprechenden erste Kollimatorlinse 5 angeordnet. Daher fallen alle von einer einzelnen ersten Kollimatorlinse 5 ausgehenden Strahlen auf einen einzelnen entsprechenden Wegrotator 7. Die zylindrischen Oberflächen der entsprechenden Wegrotatoren 7 sind in einer 1:1-Zuordnung zu den aktiven Schichten 3a vorgesehen. Daher treffen alle von den entsprechenden aktiven Schichten 3a eines einzelnen Halbleiterlaserarrays 3 ausgesandten Strahlen auf einen einzelnen entsprechenden Wegrotator 7.
Jeder reflektierende Spiegel 9 besitzt ein optisches Element mit einer Konfiguration ähnlich zu der sechsten Ausführungsform (21). Jeder reflektierende Spiegel 9 reflektiert einen Teil jedes von einem jeweiligen Wegrotator 7 ausgesandten Strahles und der reflektierte Anteil jedes Strahles kehrt zu der aktiven Schicht 3a zurück. Aus diesem Grunde sind die reflektierenden Spiegel 9 in einer 1:1-Zuordnung zu den Wegrotatoren 7 vorgesehen. D. h., jede reflektierende Spiegel 9 ist gegenüberliegend zu einem einzelnen entsprechend Wegrotator 7 angeordnet.
In der Halbleiterlaservorrichtung 170 der achten Ausführungsform ist das in den Halbleiterlaserarrays 3 erzeugte Laserlicht in Resonanz in dem externen Resonatorweg, um die räumliche transversale Mode an die Einzelmode anzunähern, und das Laserlicht mit dem Divergenzwinkel, der durch die Konfiguration zur Annäherung der räumlichen transversalen Mode an die Einzelmode reduziert ist, kann nach außen abgeführt werden. Daher kann die Halbleiterlaservorrichtung 170 den Divergenzwinkel des endgültigen Ausgangslichts reduzieren.
Die vorliegende Erfindung kann auf diverse Arten modifiziert werden, ohne auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen beschränkt zu sein. 25 ist eine Seitenansicht, die eine Konfiguration einer Modifizierung einer Halbleiterlaservorrichtung 170 gemäß der achten Ausführungsform zeigt. Wie in dieser 25 gezeigt ist, ist die Halbleiterlaservorrichtung 170 mit zweiten Kollimatorlinsen 8 versehen, wovon jede zwischen einem Wegrotator 6 und einem reflektierenden Spiegel 9 angeordnet ist. Die zweiten Kollimatorlinsen 8 besitzen eine Konfiguration ähnlich zu jener in der dritten Ausführungsform (14). Wenn jede zweite Kollimatorlinse 8 so aufgebaut ist, ist die zweite Kollimatorlinse 8 ausgebildet, das von dem Wegrotator 7 ausgesandte Laserlicht paralleler in der Ebene senkrecht zu der y-Achsenrichtung zum machen. Dies ermöglicht auch, den Abstand zwischen den Wegrotatoren 7 und den reflektierenden Spiegeln 9 zu vergrößern, um damit ein höheres Maß an Gestaltungsfreiheit für die Halbleiterlaservorrichtung 170 zu erreichen.
(Neunte Ausführungsform)
26a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration der neunten Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und 26 ist eine Seitenansicht davon. Die Halbleiterlaservorrichtung 180 der neunten Ausführungsform weist einen Halbleiterlaserarraystapel 4, erste Kollimatorlinsen 5, Wegrotatoren 7 und ein optisches Element 9 auf.
Der Halbleiterlaserarraystapel 4 besitzt einen Aufbau ähnlich zu jenem in der fünften Ausführungsform (17). Der Halbleiterlaserarraystapel 4 besitzt eine Struktur, in der mehrere Halbleiterlaserarrays 3 und mehrere Wärmesenken 4h abwechselnd entlang der z-Achsenrichtung angeordnet sind, wie in 17 gezeigt ist. Die Wärmesenken 4h kühlen die Halbleiterlaserarray 3. Die Wärmesenken 4h besitzen eine Kühlwasserführung, die mittels der Kombination von Kupferelementen mit flacher Plattenform gebildet ist. Das Kühlwasser zirkuliert in dieser Kühlwasserführung.
Die Halbleiterlaserarrays 3 in dem Halbleiterlaserarraystapel weisen einen Aufbau auf, wie er in 3 gezeigt ist. Jedes Halbleiterlaserarray 3 besitzt mehrere aktive Schichten 3a, die parallel entlang der y-Achsenrichtung (Längsrichtung) in Feldform angeordnet sind. Jede aktive Schicht 3a sendet einen Strahl aus Laserlicht entlang der optischen Achse A aus. Hierbei ist die optische Achse A eine Achse parallel zu der x-Achse, wobei diese durch die Mitte der aktiven Schicht 3a verläuft. Die vordere Endfläche (Lichtaustrittsfläche) jedes Halbleiterlaserarrays 3 besitzt eine Konfiguration ähnlich zu Fig. 4a, und die vordere Endfläche jeder aktiven Schicht 3a besitzt einen Aufbau ähnlich zu 4b. Jedes Halbleiterlaserarray besitzt eine Struktur, in der die aktiven Schichten 3a unter Abständen von 500 µm in der y-Achsenrichtung mit einer Breite von 1 cm angeordnet sind. Der Querschnitt jeder aktiven Schicht 3a besitzt eine Breite von 100 µm und eine Dicke von 1 µm. Die vordere Endfläche jedes Halbleiterlaserarrays 3 ist mit einer reflektierenden Schicht bedeckt, die eine Reflektivität von nicht mehr als 10 % aufweist.
Ein Strahl L1 aus Laserlicht, das von einer aktiven Schicht 3a ausgesendet wird, besitzt einen Divergenzwinkel von 30 bis 40 Grad in der z-Achsenrichtung, der Divergenzwinkel in der y-Achsenrichtung beträgt 8 bis 10 Grad, wobei der Mittelpunkt auf der optischen Achse A liegt. 27 zeigt eine Lichtintensitätsverteilung in der y-Achsenrichtung des Strahls L1, der von der aktiven Schicht 3a ausgesendet wird. Die horizontale Achse des Graphen repräsentiert den Winkel zu der optischen Achse A und die vertikale Achse repräsentiert die Lichtintensität des Laserstrahls. Wie in der 27 gezeigt ist, ist die Intensitätsverteilung keine Gauss-förmige Verteilung, sondern eine unregelmäßige Verteilung.
Die ersten Kollimatorlinsen 5 besitzen eine Konfiguration ähnlich zu jener in der ersten Ausführungsform (6). Die vordere und die hintere Linsenfläche jeder ersten Kollimatorlinse 5 sind zylindrische Oberflächen mit einer Erzeugenden entlang der y-Achsenrichtung. Die Abmessungen jeder ersten Kollimatorlinse 5 ergeben eine Länge von 0,4 mm in der x-Achsenrichtung, eine Länge von 12 mm in der y-Achsenrichtung und eine Länge von 0,6 mm in der z-Achsenrichtung. Die ersten Kollimatorlinsen 5 weisen in der y-Achsenrichtung eine längliche Form auf.
Die ersten Kollimatorlinsen 5 besitzen keine brechende Wirkung in der Ebene, die die Richtung der Erzeugenden (y-Achsenrichtung) enthält, zeigen jedoch eine brechende Wirkung in der Ebene senkrecht zu der Erzeugenden. Da der vertikale Divergenzwinkel des von jeder aktiven Schicht 3a ausgesandten Strahls groß ist, wie zuvor beschrieben ist, ist es notwendig, die Divergenz des Stahls durch Ausnutzen der brechenden Wirkung zu reduzieren, um damit die Effizienz der Bündelung des Strahls zu vergrößern. Die erste Kollimatorlinse 5 und das Halbleiterlaserarray 3 sind so räumlich zueinander angeordnet, dass die Erzeugende der ersten Kollimatorlinse 5 senkrecht zur vertikalen Richtung (z-Achsenrichtung) des Halbleiterlaserarrays 3 angeordnet ist. Durch diesen Aufbau ist es möglich, den von jeder aktiven Schicht 3a ausgesandten Strahl in der Ebene senkrecht zu der Erzeugenden der ersten Kollimatorlinse 5 zu brechen und damit zu bündeln, d. h. die erste Kollimatorlinse 5 bricht und bündelt die Komponente in der vertikalen Richtung (z-Achsenrichtung) des von jeder aktiven Schicht 3a ausgesandten Stahls. Für eine effiziente Bündelung ist jede erste Kollimatorlinse 5 in der Nähe der aktiven Schichten 3a angeordnet. Die von den aktiven Schichten 3a jedes Halbleiterlaserarrays 3.ausgesandten Strahlen treffen alle auf eine einzelne erste Kollimatorlinse 5.
Die Wegrotatoren 7 besitzen ebenso eine Konfiguration ähnlich zu jener in der ersten Ausführungsform (7). Die Wegrotatoren 7 sind aus einem optisch transparenten Material, etwa Glas oder Quarz hergestellt. Die Länge in der x-Achsenrichtung beträgt 1,5 mm, die Länge in der y-Achsenrichtung beträgt 12 mm und die Länge in der z-Achsenrichtung beträgt 1,5 mm. Wie beschrieben ist, weisen die Wegrotatoren 7 entlang der y-Achsenrichtung eine längliche Form auf.
Jeder Wegrotator 7 dreht die transversalen Schnitte der in der z-Achsenrichtung durch die erste Kollimatorlinse 5 gebündelten Strahlen um ungefähr 90 Grad. Alle die von der ersten Kollimatorlinse 5 ausgesandten Strahlen fallen auf den entsprechenden Wegrotator 7. Jeder Wegrotator 7 besitzt eine Eintrittsfläche 7a und eine Austrittsfläche 7b, die einander zugewandt sind. Diese Eintrittsfläche 7a besitzt mehrere zylindrische Oberflächen mit einer Breite von 0,5 mm, die parallel angeordnet sind. Diese zylindrischen Oberflächen erstrecken sich unter einem Winkel von 45 Grad in Bezug auf die y-Achsenrichtung. Die Anzahl dieser zylindrischen Oberfläche ist gleich der Anzahl der aktiven Schichten 3a in jedem Halbleiterlaserarray 3. D. h., diese zylindrischen Oberflächen sind in einer 1:1-Zuordnung zu den aktiven Schichten 3a vorgesehen. Ähnlicherweise besitzt auch die Austrittsfläche 7b mehrere zylindrische Oberflächen mit einer Breite von 0,5 mm, die parallel angeordnet sind. Diese zylindrischen Oberflächen erstrecken sich ebenso unter einem Winkel von 45 Grad in Bezug auf die y-Achsenrichtung. Diese zylindrischen Oberflächen sind auch in einer 1:1-Zuordnung zu den aktiven Schichten 3a vorgesehen. Daher treffen alle von den aktiven Schichten 3a in jedem Halbleiterlaserarray 3 ausgesandten Strahlen auf einen einzelnen zugeordneten Wegrotator 7.
Andere Beispiele des Wegrotators sind in dem zuvor genannten Dokument 1 beschrieben.
28 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration des optischen Elements 9 zeigt, das in der Halbleiterlaservorrichtung 180 der neunten Ausführungsform verwendet ist. Diese Figur ist eine perspektivische Ansicht des optischen Elements, wenn dieses von der Richtung der Wegrotatoren 7 aus betrachtet wird. Das optische Element 9 empfängt jeden Strahl mit dem transversalen Schnitt, der von dem Wegrotator 7 gedreht ist, und weist eine Konfiguration auf, in der reflektierende Bereiche 9a und durchlässige Bereiche 9b für jeden empfangenen Strahl abwechselnd entlang einer vorbestimmten Richtung senkrecht zur y-Achsenrichtung angeordnet sind. Das optische Element 9 führt zumindest einen Teil des von jedem reflektierenden Bereich 9a reflektierten Lichts zu der aktiven Schicht 3a zurück, die das Licht ausgesendet hat. Das optische Element 9 gibt das von jedem durchlässigen Bereich 9b ausgesandte Licht zur Außenseite aus.
Das optische Element 9 besitzt einen Aufbau, in welchem die reflektierenden Bereiche 9a und die durchlässigen Bereiche 9b abwechselnd entlang der vorbestimmten Richtung senkrecht zur y-Achsenrichtung auf einer einzelnen Oberfläche (eine Oberfläche auf der Seite der Wegrotatoren 7) eines Substrats 9s mit flacher plattenförmiger Gestalt angeordnet ist, die aus einem optisch transparenten Material, etwa Glas oder Quarz hergestellt ist. Jeder der reflektierenden Bereiche 9a und der durchlässigen Bereiche 9b erstreckt sich mit konstanter Breite in der zuvor genannten vorbestimmten Richtung und entlang der y-Achsenrichtung. D. h., das optische Element 9 besitzt mehrere reflektierende Bereiche 9a in einem streifenförmigen Muster.
Die reflektierenden Bereiche 9a reflektieren das von den Wegrotatoren 7 eintreffende Licht vorzugsweise mit hoher Reflektivität (beispielsweise einer Reflektivität von nicht weniger als 99,5%) und sind beispielsweise aus einer total reflektierenden Schicht, einem Beugungsgitter oder einem Etalon aufgebaut. Die durchlässigen Bereiche 9b lassen das von den Wegrotatoren 7 eintreffende Licht vorzugsweise mit einer hohen Durchlässigkeit (beispielsweise einer Durchlässigkeit von nicht weniger als 99,5%) durch und sind beispielsweise aus einem reflektionsreduzierenden Film aufgebaut. Die andere Oberfläche (die Oberfläche auf der anderen Seite in Bezug auf die Wegrotatoren 7) des Substrats 9s ist vorzugsweise mit einem reflektionsreduzierenden Film versehen.
Ein Paar aus einem reflektierenden Bereich 9a und einem durchlässigen Bereich 9b, die zueinander benachbart sind, entsprechen einem einzelnen Halbleiterlaserarray 3, und eine Grenze zwischen diesem reflektierenden Bereich 9a und dem durchlässigen Bereich 9b ist parallel zur y-Achsenrichtung angeordnet und liegt innerhalb eines transversalen Schnitts jedes Strahls, der von dem Wegrotator 7 bei dem optischen Element 9 eintrifft. Daher reflektiert der reflektierende Bereich 9a einen Schnittbereich jedes von dem Wegrotator 7 an dem optischen Element 9 eintreffenden Strahls in Richtung des Wegrotators 7. Andererseits lässt der durchlässige Bereich 9b den restlichen Schnittsbereich jedes von dem Wegrotator 7 an dem optischen Element 9 eintreffenden Strahls durch.
Das optische Element 9 kann so gestaltet sein, dass das Substrat 9s senkrecht zur optischen Achse jedes von dem Wegrotator 7 ausgehenden Strahls angeordnet ist, ist aber in der bevorzugten Ausführungsform so aufgebaut, dass das Substrat 9s unter einem Winkel α in Bezug auf die Ebene senkrecht zur optischen Achse jedes Strahls, der von dem Wegrotator 7 ausgesendet wird, geneigt ist und der Neigungswinkel α ist kleiner als die Hälfte des Divergenzwinkels in der z-Achsenrichtung jedes von dem Wegrotator 7 ausgesandten Strahls. Durch diese Bauweise ist es möglich, zumindest einen Teil des auf jeden reflektierenden Bereich 9a einfallenden Lichts als senkrecht auf den reflektierenden Bereich einfallendes Licht zu erhalten und das reflektierte Licht durch den optischen Weg entgegensetzt zu dem Eintrittsweg zu der aktiven Schicht 3a zurückzureflektieren.
Ein Beispiel für die Abmessungen des optischen Elements 9 ist eine Länge von 12 mm in der x-Achsenrichtung und eine Dicke von 1 mm bis 3 mm in der x-Achsenrichtung. Ein Verhältnis (W_R/W_T) der Breite W_R in der z-Achsenrichtung des reflektierenden Bereichs 9a zu der Breite W_T in der z-Achsenrichtung des durchlässigen Bereichs 9b beträgt 1 bis 7, und die Laminatperiode W_L, die die Summe (W_R + W_T) der Breite W_R und der Breite W_T ist, beträgt ungefähr 1,5 mm bis 2,0 mm. Unter der Annahme, dass die Laminatperiode in der z-Achsenrichtung der Halbleiterlaserarrays 3 W_L ist, ist die Summe (W_R + W_T) der Breite W_R und der Breite W_T = W_L/cosα.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der Halbleiterlaservorrichtung 180 der neunten Ausführungsform mit Bezug zu den Fig. 26a bis 26b und 29a bis 29c beschrieben. 29a zeigt die transversalen Schnitte (Ausgangsmuster) der in den aktiven Schichten 3a erzeugten Strahlen vor dem Auftreffen auf die erste Kollimatorlinse 5, 29b zeigt die transversalen Schnitte der Strahlen nach dem Durchlaufen der von den aktiven Schichten 3a ausgesandten Strahlen durch die erste Kollimatorlinse 5, und 29c ist eine Darstellung, die die transversalen Schnitte der Strahlen nach dem Durchlaufen der von der ersten Kollimatorlinse 5 ausgehenden Strahlen durch den Wegrotator 7 zeigt.
Jede aktive Schicht 3a jedes Halbleiterlaserarrays 3 in dem Halbleiterlaserarraystapel 4 sendet einen Strahl L1 in der x-Achsenrichtung aus. Dieser Strahl L1 besitzt einen Divergenzwinkel von 8 Grad in der y-Achsenrichtung und einen Divergenzwinkel von 30 Grad in der z-Achsenrichtung, wobei der Mittelpunkt auf der optischen Achse (gestrichelte Linie in 26b) liegt. Die Länge in der vertikalen Richtung (z-Achsenrichtung) des transversalen Schnitts jeder aktiven Schicht 3a beträgt ein Hunderstel der Länge in der horizontalen Richtung (y-Achsenrichtung). Daher ist der transversale Schnitt jedes Strahls L1 beim Aussenden aus der aktiven Schicht 3a in der horizontalen Richtung länglich ausgebildet. Der von jeder aktiven Schicht 3a ausgesandte Strahl divergiert vor dem Eintreffen an der ersten Kollimatorlinse 5 (29a). Die vertikale Länge des transversalen Schnitts jedes auf die erste Kollimatorlinse 5 einfallenden Strahles ist durch Brennweite der ersten Kollimatorlinse 5 bestimmt.
Der von jeder aktiven Schicht 3a ausgesandte Strahl L1 fällt auf die erste Kollimatorlinse 5. Die erste Kollimatorlinse 5 bricht den Strahl L1 in der Ebene senkrecht zu der y-Achse (d. h. eine Ebene parallel zu der xz-Ebene) und gibt den gebrochenen Strahl L2 als einen Strahl L2 in der x-Achsenrichtung aus. Der Strahl L2 besitzt einen Divergenzwinkel von ungefähr 0 Grad in der z-Achsenrichtung und unterliegt keiner Brechung in der y-Achsenrichtung ( 29b). Da die erste Kollimatorlinse 5 keine brechende Wirkung in der Ebene aufweist, die die y-Achse enthält, ist der Divergenzwinkel in der y-Achsenrichtung ähnlich zu dem Winkel des Strahls L1.
Die Strahlen L2, die von der ersten Kollimatorlinse gebrochen und ausgegeben werden, treffen auf den Wegrotator 7, bevor sich benachbarte Strahlen schneiden. Der Wegrotator 7 dreht die transversalen Schnitte der Strahlen L2 um ungefähr 90 Grad und gibt die gedrehten Strahlen als Strahlen L3 in der x-Achsenrichtung aus. Jeder Strahl L2, der in der z-Achsenrichtung gebündelt ist, wird in einen Strahl L3, der in der y-Achsenrichtunggebündelt ist, umgewandelt. Durch diese Umwandlung ist der transversale Schnitt jedes Strahles in der z-Achsenrichtung länglich und verkürzt sich in der horizontalen Richtung (29c). Der Strahl L3 ergibt sich aus der Drehung des transversalen Schnitts jedes Strahls L2 um ungefähr 90 Grad, wodurch die Richtung des Divergenzwinkels jedes Strahls L2 ebenso um ungefähr 90 Grad gedreht wird. D. h., der Strahl L3 ist nahezu paralleles Licht in der y-Achsenrichtung und besitzt den Divergenzwinkel in der z-Achsenrichtung. Da der Strahl in der y-Achsenrichtung nahezu paralleles Licht ist, ist es möglich, ein Überschneiden benachbarter Strahlen L3 zu verhindern.
Das optische Element 9 ist nach den Wegrotatoren 7 bezüglich der Ausbreitungsrichtung der Strahlen L3 angeordnet. In diesem optischen Element 9 ist eine Grenze, die sich in der y-Achsenrichtung zwischen einem reflektierenden Bereich 9a und einen durchlässigen Bereich 9b, die zueinander benachbart sind, erstreckt, innerhalb eines transversalen Schnitts eines optischen Weges jedes Strahls L3; daher trifft ein Teil jedes von dem Wegrotator 7 ausgesandten Strahls L3 auf den reflektierenden Bereich 9a, und der Rest trifft auf den durchlässigen Bereich 9b. Zumindest ein Teil des auf den reflektierenden Bereich 9a treffenden Lichts fällt senkrecht auf den reflektierenden Bereich 9a ein.
Das sich aus der Reflektion des Strahls L3 an dem reflektierenden Bereich 9a ergebende Licht wandert in einer entgegengesetzten Richtung zu dem optischen Weg von der aktiven Schicht 3a zu dem reflektierenden Bereich 9a, um zur aktiven Schicht 3a zurückzukehren. Der zurückgekehrte Strahl wandert zwischen der aktiven Schicht 3a des Halbleiterlaserarrays 3 hin und her, um in der aktiven Schicht 3a verstärkt zu werden, und wandert ferner über die hintere Endfläche (reflektierende Oberfläche) des Halbleiterlaserarrays 3 zu der Endfläche (Austrittsfläche), von der das Laserlicht ausgesendet wird. Das in Richtung der hinteren Endfläche reflektierte Licht von dem Licht, das die Austrittsfläche erreicht, läuft zu der hinteren Endfläche, von wo es wiederum von der aktiven Schicht 3a in der x-Achsenrichtung ausgegeben wird. Ein Teil des ausgesandten Lichts läuft wieder durch die optische Achse zu dem optischen Element 9 und nur ein Teil des an dem reflektierenden Bereich 9a reflektierten Lichts läuft erneut zurück in den optischen Weg, um zu der aktiven Schicht 3a zurückzukehren. Wie zuvor beschrieben ist, ist ein externer Resonator zwischen jedem reflektierenden Bereich 9a und der reflektierenden Oberfläche jeder aktiven Schicht 3a gebildet, und ein Teil des Lichtes ist in dem externen Resonator in Resonanz, um damit eine induzierte Emission in der aktiven Schicht 3a hervorzurufen. Dies führt dazu, dass die räumliche transversale Mode des Laserlichts der induzierten Emission besser einer Einzelmode entspricht. Andererseits läuft das von dem Wegrotator 7 auf den durchlässigen Bereich 9b des optischen Elements 9 auftreffenden Lichts durch den durchlässigen Bereich 9b, so dass es zur Außenseite der Halbleiterlaservorrichtung 180 ausgegeben wird. Dies ist das endgültige Ausgangslicht der Halbleiterlaservorrichtung 180.
Wie zuvor beschrieben ist, besitzt die Halbleiterlaservorrichtung 180 der neunten Ausführungsform den Resonanzweg in dem Weg des von jedem reflektierenden Bereich 9a reflektierten Strahls und den Austrittsweg in dem Weg des durch jeden durchlässigen Bereich 9b hindurchtretenden Strahls. In der Halbleiterlaservorrichtung 180 ist damit das in den aktiven Schichten 3a des Halbleiterlaserarrays 3 erzeugte Licht in Resonanz, so dass die räumliche transversale Mode mehr der Einzelmode entspricht, und das Laserlicht kann mit dem Divergenzwinkel, der durch die Konfiguration zur Annäherung der räumlich transversalen Mode an die Einzelmode reduziert ist, von dem Austrittsweg nach außen abgegeben werden. Daher kann mittels der Halbleiterlaservorrichtung 180 der Divergenzwinkel des endgültigen Austrittslichts reduziert werden. Da der Resonanzweg und der Austrittsweg durch die Anordnung des reflektierenden Bereichs 9a und des durchlässigen Bereichs 9b getrennt sind, ist das optische Element mit den reflektierenden Bereichen 9a, die total reflektieren, vorgesehen, ohne dass ein Halbspiegel oder dergleichen zur Trennung der optischen Wege verwendet werden muss. Damit erhält die Halbleiterlaservorrichtung 180 ein intensiveres Resonanzlicht und damit ein intensiveres Austrittslicht im Vergleich zu dem Fall, in welchem der Halbspiegel oder dergleichen zur Erzeugung des Resonanzweges für das Licht und des optischen Weges für das Austrittslicht verwendet wird.
Die Lichtintensitätsverteilung in der z-Achsenrichtung des Lichts, das über den durchlässigen Bereich 9b (das endgültige Ausgangslicht der Halbleiterlaservorrichtung 180) erhalten wird, besitzt eine Verteilung, wie sie in 30 gezeigt ist. Im Vergleich mit der Lichtintensitätsverteilung des von der aktiven Schicht 3a (siehe 27) ausgesandten Strahls ist die Lichtintensitätsverteilung des endgültigen Ausgangslichts der Halbleiterlaservorrichtung 180 der neunten Ausführungsform nur mit einer Spitze versehen und die Spitze ist schmäler ausgeprägt. Anders ausgedrückt, der Divergenzwinkel des von der Halbleiterlaservorrichtung 180 ausgesandten Laserlichts ist kleiner. Dieser Unterschied im Divergenzwinkel hängt von diversen Bedingungen ab, etwa der Größe der aktiven Schicht 3a, aber im Falle der Halbleiterlaservorrichtung 180 beträgt dieser ungefähr 1 Grad, was kleiner ist als der Divergenzwinkel von 8 Grad des von der aktiven Schicht 3a ausgesandten Strahls.
Durch Änderung des Neigungswinkels α des optischen Elements 9 kann die Spitzenwertposition und die Spitzenintensität der Intensitätsverteilung geändert werden. Um Ausgangslicht mit höherer Intensität zu erhalten, kann die Halbleiterlaservorrichtung 180 so ausgebildet sein, dass der Neigungswinkel des optischen Elements 9 vorläufig bestimmt wird, um damit die Spitzenintensität zu maximieren, und sodann wird dieser Winkel als der Winkel α festgelegt. Eine mögliche Konfiguration besteht darin, den Neigungswinkel des optischen Elements 9 auf +α festzulegen, und der untere Teil (Teil der -z-Seite) des an dem optischen Element 9 eintreffenden Strahles wird von dem reflektierenden Bereich 9a reflektiert, wie in 26b gezeigt ist. Andererseits ist es auch möglich, eine Konfiguration zu verwenden, in der der Neigungswinkel des optischen Elements -α beträgt und der obere Teil (Teil der +z-Seite) jedes Strahls, der an dem optischen Element 9 eintrifft, von dem reflektierenden Bereich 9a reflektiert wird.
Die Halbleiterlaservorrichtung 180 der neunten Ausführungsform ist so ausgebildet, dass ebene reflektierende Oberflächen als reflektierender Bereich 9a verwendet werden und das ein Teil jedes von dem Wegrotator 7 ausgesandten Strahls zu der aktiven Schicht 3a zurückgeführt wird, jedoch ist es auch möglich, eine konkave reflektierende Oberfläche zu verwenden, um den gesamten von dem Wegrotator 7 eintreffenden Strahl senkrecht total zu reflektieren und damit den gesamten reflektierten Strahl zu der aktiven Schicht 3a zurückzuführen.
Wenn ein Beugungsgitter oder ein Etalon, das auf dem Substrat 9s ausgebildet ist, als der reflektierende Bereich 9a in dem optischen Element 9 verwendet wird, weist das von der Halbleiterlaserlichtquelle 180 ausgesandte Laserlicht einen geringen Divergenzwinkel und eine schmale Wellenlängenbandbreite auf Grund der selektierenden Wirkung des Beugungsgitters oder des Etalons für die reflektierende Wellenlänge auf.
(Zehnte Ausführungsform)
Als nächstes ist 31 eine Seitenansicht (eine Ansicht aus der y-Achsenrichtung), in der eine Konfiguration der zehnten Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt ist. In der Halbleiterlaservorrichtung 190 der zehnten Ausführungsform sind zweite Kollimatorlinsen 8 zwischen den Wegrotatoren 7 und dem reflektierenden Spiegel 9 angeordnet. Die Konfiguration der Halbleiterlaservorrichtung 190 der zehnten Ausführungsform ist mit Ausnahme dieses Unterschiedes gleich der Konfiguration der Halbleiterlaservorrichtung 100, 180 der ersten Ausführungsform und der neunten Ausführungsform und daher wird eine Beschreibung davon weggelassen.
Die zweiten Kollimatorlinsen 8 besitzen eine näherungsweise ähnliche Form wie die erste Kollimatorlinse 5, die in 6 gezeigt ist. Die vorderen und hinteren Linsenflächen der zweiten Kollimatorlinsen 8 sind zylindrische Oberflächen mit einer Erzeugenden entlang der y-Achsenrichtung. Die zweiten Kollimatorlinsen 8 besitzen keine brechende Wirkung in der Ebene, die die Richtung der Erzeugenden enthält, weisen jedoch eine brechende Wirkung in der Ebene senkrecht zu der Erzeugenden auf. Die Länge in der y-Achsenrichtung beträgt 12 mm, die Länge in der x-Achsenrichtung beträgt 0,5 bis 3 mm und die Länge in der z-Achsenrichtung beträgt 1,5 mm bis 10 mm. Die von dem Wegrotator 7 ausgesandten Strahlen fallen alle auf eine einzelne entsprechende zweite Kollimatorlinse 8. Jede zweite Kollimatorlinse 8 ist so aufgebaut, dass deren Erzeugende senkrecht zur z-Achsenrichtung verläuft. Durch diesen Aufbau ist es möglich, die von dem Wegrotator 7 ausgesandten Strahlen in der Ebene senkrecht zu der Erzeugenden der zweiten Kollimatorlinse zu brechen und damit die Strahlen parallel dazu zu gestalten. In der Halbleiterlaservorrichtung 190 der zehnten Ausführungsform können die zweiten Kollimatorlinsen 8 die von den Wegrotatoren 7 ausgesandten Strahlen brechen und diese zu besser parallelem Licht in der Ebene senkrecht zur Längsrichtung machen. Dies ermöglicht auch, den Abstand zwischen den Wegrotatoren 7 und dem reflektierenden Spiegel größer zu gestalten und damit eine höheres Gestaltungsfreiheit für die Halbleiterlaservorrichtung 190 zu erreichen.
(Elfte Ausführungsform)
32a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration der elften Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und 32b ist eine Seitenansicht davon. Die Halbleiterlaservorrichtung 200 der elften Ausführungsform besitzt ein Halbleiterlaserarray 3, eine erste Kollimatorlinse 5, einen Wegrotator 7, einen Wellenlängenselektor 10 und ein optisches Element 9.
Das Halbleiterlaserarray 3 besitzt einen Aufbau ähnlich zu jenem in der ersten Ausführungsform (3). Das Halbleiterlaserarray 3 umfasst mehrere aktive Schichten 3a, die parallel entlang der y-Achsenrichtung in Feldform angeordnet sind. Jede aktive Schicht 3a sendet einen Strahl aus Laserlicht entlang der optischen Achse aus. Hierbei ist die optische Achse A die Achse, die parallel zur x-Achse verläuft und durch den Mittelpunkt der aktiven Schicht 3a geht. Die vordere Endfläche (Lichtaustrittsfläche) des Halbleiteriaserarrays 3 ist in 4a gezeigt und die vordere Endfläche der aktiven Schicht 3a ist in 4b dargestellt. Das Halbleiterlaserarray 3 weist einen Aufbau auf, in welchem die aktiven Schichten 3a unter Abständen von 300 µm bis 500 µm in der y-Achsenrichtung in einer Breite von 1 cm ausgerichtet sind. Der Querschnitt jeder aktiven Schicht 3a besitzt eine Breite von 100 µm bis 200 µ und eine Dicke von 1 µm. Die vordere Endfläche des Halbleiterlaserarrays 3 ist mit einer reflektionsreduzierenden Schicht und einer Reflektivität von nicht mehr als 10 bis einigen Prozent bedeckt.
Ein Strahl L1 aus von einer aktiven Schicht 3a ausgesandten Laserlichts besitzt einen Divergenzwinkel von ungefähr 30 bis 40 Grad in der z-Achsenrichtung und einen Divergenzwinkel von ungefähr 8 Grad bis 10 Grad in der y-Achsenrichtung, wobei der Mittelpunkt auf der optischen Achse A liegt. 33 zeigt eine Lichtintensitätsverteilung in der y-Achsenrichtung des von der aktiven Schicht 3a ausgesandten Lichts als L1. Die horizontale Achse des Graphen repräsentiert den Winkel zu der optischen Achse A und die vertikale Achse repräsentiert die Lichtintensität des Laserstrahls. Wie in dieser 33 gezeigt ist, ist die Intensitätsverteilung keine Gauss-förmige Verteilung, sondern eine unregelmäßige Verteilung. 34 ist ein Spektrum des von der aktiven Schicht 3a ausgesandten Strahls L1.
Wie in dieser 34 erkennbar ist, besitzt der von der aktiven Schicht 3a ausgesandte Strahl L1 eine breite spektrale Verteilung.
Die erste Kollimatorlinse 5 besitzt eine Konfiguration ähnlich zu jener in der ersten Ausführungsform (6). Die vordere und hintere Linsenfläche der ersten Kollimatorlinse 5 sind zylindrische Flächen mit einer Erzeugenden entlang der y-Achsenrichtung. Die Abmessungen der ersten Kollimatorlinse 5 ergeben eine Länge von 0,4 mm bis 1 mm in der x-Achsenrichtung, eine Länge von 12 mm in der y-Achsenrichtung und eine Länge von 0,6 mm bis 1 mm in der z-Achsenrichtung. Die erste Kollimatorlinse 5 besitzt in der y-Achsenrichtung eine längliche Form.
Die erste Kollimatorlinse 5 besitzt keine brechende Wirkung in der Ebene, in der die Richtung der Erzeugenden (y-Achsenrichtung) liegt, weist jedoch eine brechende Wirkung in der Ebene senkrecht zu der Erzeugenden auf. Da der von jeder aktiven Schicht 3a ausgesandte Strahl einen großen Divergenzwinkel in der vertikal Richtung aufweist, wie dies zuvor beschrieben ist, ist es erforderlich, die Divergenz des Strahles durch Ausnutzung der brechenden Wirkung zu reduzieren, um damit die Effizienz des Bündelns des Strahls zu erhöhen. Die erste Kollimatorlinse 5 und das Halbleiterlaserarray 3 wird räumlich so zueinander angeordnet, dass die Erzeugende der ersten Kollimatorlinse 5 senkrecht zur vertikalen Richtung (z-Achsenrichtung) des Halbleiterlaserarrays 3 angeordnet ist. Durch diesen Aufbau ist es möglich, den von jeder aktiven Schicht 3a ausgesandten Strahl in der Ebene senkrecht zu der Erzeugenden der ersten Kollimatorlinse 5 zu brechen und damit zu bündeln. D. h., die erste Kollimatorlinse 5 bricht und bündelt die Komponente in der vertikalen Richtung (z-Achsenrichtung) des von jeder aktiven Schicht 3a ausgesandten Strahls. Für eine effiziente Bündelung ist die erste Kollimatorlinse 5 mit einer großen NA (beispielsweise Na ≥ 0,5) und einer geringen Brennweite (beispielsweise f ≥ 1,5 mm) versehen, so dass der Bildhauptpunkt entsprechend der Brennweite von der aktiven Schicht 3a angeordnet ist. Die von den aktiven Schichten 3a des Halbleiterlaserarrays 3 ausgesandten Strahlen fallen alle auf eine einzelne erste Kollimatorlinse 5.
Der Wegrotator 7 besitzt eine Konfiguration ähnlich zu jener in der ersten Ausführungsform (7). Der Wegrotator 7 ist aus einem optisch transparenten Material, etwa Glas oder Quarz, hergestellt. Die Länge in der x-Achsenrichtung beträgt 1,5 mm, die Länge in der y-Achsenrichtung beträgt 12 mm und die Länge in der z-Achsenrichtung beträgt 1,5 mm. Wie beschrieben ist, weist der Wegrotator 7 entlang der y-Achsenrichtung eine längliche Form auf. Der Wegrotator 7 dreht den transversalen Schnitt jedes in der z-Achsenrichtung durch die erste Kollimatorlinse 5 gebündelten Stahles um ungefähr 90 Grad. Alle von der ersten Kollimatorlinse 5 ausgehenden Strahlen fallen auf den Wegrotator 7. Der Wegrotator 7 besitzt eine Eintrittsfläche 7a und eine Austrittsfläche 7b, die einander zugewandt sind. Diese Eintrittsfläche 7a weist mehrere zylindrischen Flächen mit einer Breite von 0,5 mm auf, die parallel angeordnet sind. Diese zylindrischen Flächen erstrecken sich unter einem Winkel von 45 Grad in Bezug auf die y-Achsenrichtung. Die Anzahl dieser zylindrischen Flächen ist gleich der Anzahl der aktiven Schichten 3a in dem Halbleiterlaserarray 3. D. h. diese zylindrischen Flächen sind in einer 1:1-Zuordnung zu den aktiven Schichten 3a vorgesehen. In ähnlicher Weise besitzt die Austrittsfläche 7b ebenso mehrere zylindrische Flächen mit einer Breite von 0,5 mm, die parallel angeordnet sind. Diese zylindrischen Flächen erstrecken sich ebenso unter einem Winkel von 45 Grad in Bezug auf die y-Achsenrichtung. Diese zylindrischen Flächen sind ebenso in einer 1:1-Zuordnung entsprechend den aktiven Schichten 3a vorgesehen. Daher treffen die von den entsprechenden aktiven Schichten 3a in dem Halbleitelaserarray 3 ausgesandten Strahlen alle auf einen einzelnen entsprechenden Wegrotator 7.
Andere Beispiele des Wegrotators sind in dem zuvor genannten Dokument 1 beschrieben.
Das optische Element 9 in 32b empfängt jeden Strahl, wobei der transversale Schnitt durch den Wegrotator 7 gedreht ist, und besitzt einen reflektierenden Bereich und einen durchlässigen Bereich für jeden empfangenen Strahl, führt zumindest einen Teil von dem reflektierenden Bereich reflektierenden Lichts zu der aktiven Schicht 3a, die das Licht ausgesandt hat, zurück, und gibt das von dem durchlässigen Bereich durchgelassene Licht nach außen ab. In dieser Konfiguration ist, wie in 32b gezeigt ist, kein Medium als der durchlässige Bereich vorgesehen, und der reflektierende Spiegel als das optische Element 9 kann ausgebildet sein, die untere Hälfte (oder obere Hälfte) in der z-Achsenrichtung in dem transversalen Schnitt jedes Strahles, der von dem Wegrotator 7 eintrifft, zu reflektieren. Der reflektierende Spiegel als optisches Element 9 weist in diesem Falle beispielsweise eine rechteckige parallelepipedförmige Gestalt auf, die eine Dicke von 2 mm bis 3 mm in der x-Achsenrichtung, eine Dicke von 12 mm in der y-Achsenrichtung und eine Höhe von 0,5 mm bis 0,8 mm in der z-Achsenrichtung aufweist, und einen äußerst reflektierenden Film besitzt, der auf der den Wegrotator 7 zugewandten Fläche ausgebildet ist.
Das optische Element 9 ist vorzugsweise aus einem Substrat mit flacher Plattenform aufgebaut, das aus einem optischen transparenten Material hergestellt und eine Oberfläche aufweist, auf der der reflektierende Bereich und der durchlässige Bereich ausgebildet sind. In diesem Falle ist eine reflektierende Schicht als der reflektierende Bereich auf dem Substrat ausgebildet und eine reflektionsreduzierende Schicht ist als der durchlässige Bereich auf dem Substrat ausgebildet. Das optische Element 9 kann einen Aufbau aufweisen, in welchem reflektierende Bereiche und durchlässige Bereiche abwechselnd entlang der z-Achsenrichtung auf einem Substrat mit flacher Plattenform angeordnet sind, das aus einem optisch transparenten Material hergestellt ist und das so angeordnet sein kann, um eine Hälfte in der z-Achsenrichtung in dem transversalen Schnitt jedes von dem Wegrotator 7 eintreffenden Strahl zu reflektieren.
Das optische Element 9 kann so angeordnet sein, dass die Oberfläche des reflektierenden Bereichs senkrecht zu der optischen Achse jedes von dem Wegrotator 7 ausgesandten Stahls angeordnet ist, es ist jedoch vorteilhaft, die Oberfläche des reflektierenden Bereichs in Bezug auf die Ebene senkrecht zur optischen Achse jedes von dem Wegrotator 7 ausgesandten Strahls zu neigen, so dass zumindest ein Teil des auf den reflektierenden Bereichs einfallenden Lichts in die Ausgangsrichtung, die gleich der Eingangsrichtung ist, reflektiert wird. Der Neigungswinkel der Oberfläche des reflektierenden Bereichs in dem optischen Element 9 ist vorzugsweise kleiner als die Hälfte des Divergenzwinkels in der z-Achsenrichtung des von dem Wegrotator 7 ausgesandten Strahls. Dies ermöglicht, dass zumindest ein Teil des auf den reflektierenden Bereichs einfallenden Lichts senkrecht auf den reflektierenden Bereich einfallend gemacht wird, so dass es möglich ist, das reflektierte Licht durch den zum Eintrittsweg entgegengesetzt verlaufenden Weg zurückzuführen.
Der Wellenlängenselektor 10 ist in dem Resonanzweg zwischen dem reflektierenden Bereich des optischen Elements 9 und den aktiven Schichten 3a vorgesehen und gibt selektiv Licht einer speziellen Wellenlänge des über den optischen Weg einfallenden Lichts in den optischen Weg aus. Dieser Wellenlängenselektor 10 ist ein durchlässiges Element, das separat zu dem reflektierenden Bereich des optischen Elements vorgesehen ist, und das vorzugsweise ein Beugungsgitterelement, ein Etalonfilter oder ein dielektrisches Mehrschichtfilter ist. Wenn ein derartiger Wellenlängenselektor 10 vorgesehen ist, weist das in dem Resonanzweg zwischen dem reflektierenden Bereichs des optischen Elements 9 und der aktiven Schicht 3a in Resonanz befindlichen Lichts ein schmales Spektrum auf. Ein Etalonfilter als Wellenlängenselektor 10 besitzt beispielsweise eine rechteckige parallelepipedförmige Gestalt und weist eine Dicke von einigen mm in der x-Achsenrichtung, eine Breite von 12 mm in der y-Achsenrichtung und eine Höhe von 0,5 mm bis 0,8 mm in der z-Achsenrichtung auf.
Nachfolgend wird die Funktion der Halbleiterlaservorrichtung 200 der elften Ausführungsform unter Anwendung der Figuren 32a bis 32b und der 35a bis 35c beschrieben. 35a zeigt die transversalen Schnitte (Ausgangsmuster) der in den aktiven Schichten 3a erzeugten Strahlen vor dem Einfall auf die erste Kollimatorlinse 5, 35b zeigt die transversalen Schnitte der Strahlen nach dem Durchlaufen der von den aktiven Schichten 3a ausgesandten Strahlen durch die erste Kollimatorlinse 5 und 35c ist eine Darstellung, die die transversalen Schnitte der Strahlen nach dem Durchgang der von der ersten Kollimatorlinse 5 ausgesandten Strahlen durch den Wegrotator 7 zeigt.
Jede aktive Schicht 3a des Halbleiterlaserarrays 3 sendet einen Stahl L1 in der x-Achsenrichtung aus. Dieser Strahl L1 besitzt einen Divergenzwinkel von 8 Grad in der y-Achsenrichtung und einen Divergenzwinkel von 30 Grad in der z-Achsenrichtung, wobei der Mittelpunkt auf der optischen Achse liegt (gestrichelte Linie in 32b). Die Länge in der vertikalen Richtung (z-Achsenrichtung) des transversalen Schnitts jeder aktiven Schicht 3a beträgt ein Hunderstel bis zwei Hunderstel der Länge der horizontalen Richtung (y-Achsenrichtung). Daher ist der transversale Schnitt jedes Strahls L1 beim Aussenden aus der aktiven Schicht 3a in horizontaler Richtung von länglicher Gestalt. Der von jeder aktiven Schicht 3a ausgesandte Strahl ist vor dem Eintreffen an der ersten Kollimatorlinse 5 divergent (35a). Die vertikale Länge des transversalen Schnitts des auf die erste Kollimatorlinse 5 einfallenden Strahls ist durch die Brennweite der ersten Kollimatorlinse 5 bestimmt.
Der von jeder aktiven Schicht 3a ausgesandte Strahl L1 trifft auf die erste Kollimatorlinse 5. Die erste Kollimatorlinse 5 bricht den Strahl L1 in der Ebene senkrecht zur y-Achse (d. h. eine Ebene parallel zu der xz-Ebene) und gibt den gebrochenen Strahl L2 als einen Strahl L2 in der x-Achsenrichtung aus. Der Strahl L2 besitzt sodann den Divergenzwinkel von ungefähr 0,2 Grad in der z-Achsenrichtung und unterliegt keiner Brechung in der y-Achsenrichtung. D. h. nach dem Aussenden aus der ersten Kollimatorlinse ist der horizontale Divergenzwinkel größer als der vertikale Divergenzwinkel, und somit besitzt der transversale Schnitt jedes Strahls an einer Position, die von der ersten Kollimatorlinse 5 entfernt ist, eine horizontal längliche Form (35). Da die erste Kollimatorlinse 5 keine brechende Wirkung in der Ebene, die die y-Achse enthält aufweist, ist der Divergenzwinkel in der y-Achsenrichtung ähnlich zu jenem des Strahls L1.
Der Strahl L2, der von der ersten Kollimatorlinse 5 gebrochen und ausgegeben wird, trifft auf den Wegrotator 7, bevor sich benachbarte Strahlen schneiden. Der Wegrotator 7 dreht den transversalen Schnitt des Strahls L2 um ungefähr 90 Grad und gibt den gedrehten Strahl als einen Strahl L3 in der x-Achsenrichtung aus. Der Strahl L2, der in der z-Achsenrichtung gebündelt ist, wird hiermit in einen Strahl L3 umgewandelt, der in der y-Achsenrichtung gebündelt ist. Dies führt zu einer Umwandlung des transversalen Schnitts jedes Strahls in eine Form, die in der z-Achsenrichtung länglich ist, und die in der horizontalen Richtung verkürzt ist (35c). Da der Strahl L3 ein Strahl ist, der sich aus der Drehung des transversalen Schnitts des Strahls L2 um ungefähr 90 Grad ergibt, wird auch die Richtung des Divergenzwinkels des Strahls L2 um ungefähr 90 Grad gedreht, d. h., der Strahl L3 ist nahezu paralleles Licht in der y-Achsenrichtung und besitzt den Divergenzwinkel der z-Achsenrichtung. Da der Strahl L3 nahezu parallel in der y-Achsenrichtung ist, ist es möglicht, ein Schneiden benachbarter Strahlen L3 zu verhindern.
Der Wellenlängenselektor 10 und das optische Element 9 sind in Ausbreitungsrichtung des Strahls L3 nach dem Wegrotator 7 angeordnet. Ein Teil des von dem Wegrotator 7 ausgesandten Strahls L3 läuft durch den Wellenlängenselektor 10 und wird durch den reflektierenden Bereich des optischen Elements 9 reflektiert, und der Rest wird ein Ausgangslicht der Halbleiterlaservorrichtung 200.
Das von dem Strahl L3 durch das optische Element 9 reflektiert Licht läuft in die entgegengesetzte Richtung zu dem optischen Weg von der aktiven Schicht 3a zu dem reflektierenden Bereich des optischen Elements 9, um zu der aktiven Schicht 3a zurückzukehren. Der Rückkehrstrahl läuft zurück zu der aktiven Schicht 3a des Halbleiterlaserarrays 3, um in der aktiven Schicht 3a verstärkt zu werden, und läuft ferner über die hintere Endfläche (reflektierende Oberfläche) des Halbleiterlaserarrays 3, um die Endfläche (Austrittsfläche) zu erreichen, von der das Laserlicht ausgegeben wird. Das in Richtung der reflektierenden Oberfläche reflektierte Licht von dem Licht, das die Austrittsfläche erreicht, läuft erneut über die reflektierende Oberfläche, um von der aktiven Schicht 3a in der x-Achsenrichtung ausgegeben zu werden. Ein Teil des ausgesandten Strahls läuft erneut durch den zuvor genannten optischen Weg zu dem optischen Element 9 und lediglich ein Teil des auf den reflektierenden Bereich 9a auftreffenden und dort reflektierten Lichts läuft erneut durch den optischen Weg zurück, um zu der aktiven Schicht 3a zurückzukehren.
Wie zuvor beschrieben ist, ist ein externer Resonator zwischen dem reflektierenden Bereich des optischen Elements 9 und der reflektierenden Oberfläche jeder aktiven Schicht 3a gebildet, und der Teilstrahl ist in dem externen Resonator in Resonanz, um damit eine induzierte Emission in der aktiven Schicht 3a hervorzurufen. Dies führt zu einer größeren Ähnlichkeit der räumlich transversalen Mode des Laserlichts der induzierten Emission mit der Einzelmode. Andererseits wird das auf den durchlässigen Bereich des optischen Elements 9 von dem Wegrotator 7 auftreffenden Licht durch den durchlässigen Bereich geführt, um aus der Halbleiterlaservorrichtung 200 herausgeführt zu werden. Dies ist das endgültige Ausgangslicht der Halbleiterlaservorrichtung 200.
Wie zuvor beschrieben ist, besitzt die Halbleiterlaservorrichtung 200 der elften Ausführungsform den Resonanzweg, der den Weg des von dem reflektierenden Bereich des optischen Elements 9 reflektierten Strahls umfasst, und besitzt den Austrittsweg, der den Weg des von dem durchlässigen Bereich durchgelassenen Strahls umfasst. In der Halbleiterlaservorrichtung 200 ist daher in der aktiven Schicht 3a des Halbleiterlaserarrays 3a erzeugtes Licht in Resonanz innerhalb des Resonanzweges, so dass die räumlich transversale Mode besser an die Einzelmode angenähert ist, und das Laserlicht mit dem Divergenzwinkel, der durch die Konfiguration zur Annäherung der räumlichen transversalen Mode an die Einzelmode reduziert ist, kann aus dem Austrittsweg nach außen abgegeben werden. Daher kann in der Halbleiterlaservorrichtung 200 der Divergenzwinkel des endgültigen Ausgangslichtes reduziert sein.
Da der Resonanzweg und der Austrittsweg durch die Anordnung des reflektierenden Bereichs und des durchlässigen Bereichs in dem optischen Element 9 getrennt sind, wird der reflektierende Bereich als total reflektierender Bereich vorgesehen, ohne dass ein Halbspiegel oder dergleichen zur Trennung der optischen Wege verwendet wird. Daher erreicht die Halbleiterlaservorrichtung ein intensiveres Resonanzlicht und ein intensiveres Ausgangslicht im Vergleich zu dem Fall, in welchem ein Halbspiegel oder dergleichen zur Erzeugung des optischen Weges für das Resonanzlicht und des optischen Weges des Ausgangslichts verwendet ist.
Da ferner die Halbleiterlaservorrichtung 200 der elften Ausführungsform den Wellenlängenselektor 10 in dem Resonanzweg aufweist, ist das Licht der von dem Wellenlängenselektor 10 spezifisch ausgewählten Wellenlänge in Resonanz in dem externen Resonator und dieses Licht der spezifizierten Wellenlänge wird durch den Austrittsweg nach außen abgegeben. Daher ist die Halbleiterlaservorrichtung 200 ausgebildet, die spektrale Breite des endgültigen Ausgangslichts schmäler zu machen.
36 zeigt eine Lichtintensitätsverteilung in der z-Achsenrichtung des von der Halbleiterlaservorrichtung 200 der elften Ausführungsform ausgesandten Strahls. 37 zeigt ein Spektrum des von der Halbleiterlaservorrichtung 200 ausgegebenen Strahls. Wie aus dem Vergleich zwischen der Lichtintensitätsverteilung und den in diesen 36 und 37 gezeigten Spektrum und der Lichtintensitätsverteilung und den in den 33 und 34 gezeigten Spektrum erkennbar ist, besitzt das endgültige Ausgangslicht, das mit der Halbleiterlaservorrichtung 200 der elften Ausführungsform erhalten wird, einen schmalen Divergenzwinkelbereich und eine schmale spektrale Breite.
(Zwölfte Ausführungsform)
Als nächstes ist 38a eine Draufsicht, die eine Konfiguration der zwölften Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und 38b ist eine Seitenansicht davon. Die Halbleiterlaservorrichtung 210 der zwölften Ausführungsform weist ein Halbleiterlaserarray 3, eine erste Kollimatorlinse 5, einen Wegrotator 7, eine zweite Kollimatorlinse 8, einen Wellenlängenselektor 10 und ein optisches Element 9 auf.
Die Halbleiterlaservorrichtung 210 der zwölften Ausführungsform unterscheidet sich von der Halbleiterlaservorrichtung 200 der elften Ausführungsform (32a und 32b) dahingehend, dass die zweite Kollimatorlinse 8 zwischen dem Wegrotator 7 und dem Wellenlängenselektor 10 angeordnet ist. Die Konfiguration der Halbleiterlaservorrichtung 210 ist mit Ausnahme dieses Unterschieds gleich der Konfiguration der Halbleiterlaservorrichtung 200 der elften Ausführungsform und somit wird deren Beschreibung hier weggelassen.
Die zweite Kollimatorlinse 8 besitzt eine Konfiguration ähnlich zu der dritten Ausführungsform (14). Die vordere und die hintere Linsenfläche der zweiten Kollimatorlinse 8 sind zylindrische Flächen mit einer Erzeugenden entlang der y-Achsenrichtung. Die zweite Kollimatorlinse 8 besitzt keine brechende Wirkung in der Ebene, die die Richtung der Erzeugenden enthält, weist jedoch eine brechende Wirkung in der Ebene senkrecht zu der Erzeugenden auf. Die Länge in der y-Achsenrichtung beträgt 12 mm, die Länge in der x-Achsenrichtung beträgt 0,5 bis 3 mm und die Länge in der z-Achsenrichtung beträgt 1,5 bis 10 mm. Die von dem Wegrotator 7 ausgesandten Strahlen fallen alle auf die zweite Kollimatorlinse 8. Die zweite Kollimatorlinse 8 ist so aufgebaut, dass deren Erzeugende senkrecht zu der z-Achsenrichtung liegt. Durch diesen Aufbau ist es möglich, jedem von dem Wegrotator 7 ausgesandten Strahl in der Ebene senkrecht zu der Erzeugenden der zweiten Kollimatorlinse 8 zu brechen und damit diesen Strahl paralleler zu machen.
In der Halbleiterlaservorrichtung 210 der zwölften Ausführungsform ist die zweite Kollimatorlinse 8 ausgebildet, jeden von dem Wegrotator 7 ausgesandten Strahl in der Ebene senkrecht zu der Längsrichtung paralleler zu machen. Dies ermöglicht es, den Abstand zwischen dem Wegrotator 7 und dem reflektierenden Spiegel 9 größer zu machen und ein höheres Maß an Gestaltungsfreiheit für die Halbleiterlaservorrichtung 210 zu erreichen.
(Dreizehnte Ausführungsform)
39a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration der dreizehnten Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und 39b ist eine Seitenansicht davon. Die Halbleiterlaservorrichtung 220 der dreizehnten Ausführungsform besitzt ein Halbleiterlaserarray 3, eine erste Kollimatorlinse 5, einen Wegrotator 7, eine zweite Kollimatorlinse 8, einen Wellenlängenselektor 10 und ein optisches Element 9.
Die Halbleiterlaservorrichtung 220 der dreizehnten Ausführungsform unterscheidet sich von der Halbleiterlaservorrichtung 210 der zwölften Ausführungsform (38a und 38b) dahingehend, dass der Wellenlängenselektor 10 ein Reflektionselement ist, das auf dem reflektierenden Bereich des optischen Elements 9 vorgesehen ist. Der Aufbau der Halbleiterlaservorrichtung 220 mit Ausnahme dieses Unterschieds ist gleich der Konfiguration der Halbleiterlaservorrichtung 210 der vorhergehenden zwölften Ausführungsform und daher wird deren Beschreibung weggelassen.
In der Halbleiterlaservorrichtung 220 der dreizehnten Ausführungsform ist der Wellenlängenselektor 10 vorzugsweise ein Beugungsgitterelement, ein Etalonfilter oder ein dielektrisches Mehrschichtfilter. Der Wellenlängenselektor 10 kann in dem reflektierenden Bereich des optischen Elements 9 integriert sein. Beispielsweise ist ein Beugungsgitter als der Wellenlängenselektor 10 auf einer Oberfläche des reflektierenden Bereichs des optischen Elements 9 ausgebildet. Das Etalonfilter als der Wellenlängenselektor 10 ist in folgender Weise aufgebaut: eine hochreflektierende Schicht ist auf einer Fläche ausgebildet, die einer dem Wegrotator 7 zugewandten Fläche gegenüber liegt, und zwar auf einem Substrat mit flacher Plattenform, das aus einem optisch transparenten Material hergestellt ist, und ein Etalon ist mit diesem Substrat so aufgebaut, dass es in dem reflektierenden Bereich des optischen Elements 9 integriert ist. Das dielektrische Mehrschichtfilter als Wellenlängenselektor 10 ist wie folgt aufgebaut: eine dielektrische Mehrschichtlage ist auf der Oberfläche, die dem Wegrotator 7 zugewandt ist, in einem Substrat in einer flachen Plattenform ausgebildet, das aus einem optisch transparenten Material hergestellt ist, so dass das Filter in dem reflektierenden Bereich des optischen Elements 9 integriert ist.
Wenn das Beugungsgitter als der Wellenlängenselektor 10 auf der Oberfläche des reflektierenden Bereichs des optischen Elements 9 ausgebildet ist, ist die Orientierung des optischen Elements 9 entsprechend der Wellenlänge des Lichts, das als das endgültige Ausgangslicht aus der Halbleiterlaservorrichtung 220 auszugeben ist, eingestellt. D. h., durch Einstellen der Orientierung des optischen Elements 9 ist es möglich, die Wellenlänge des in dem externen Resonator in Resonanz vorliegenden Lichts auszuwählen. Die Einstellung der Orientierung des optischen Elements wird entsprechend der Erstreckungsrichtung und dem Gitterabstand jeder Gitterzeile in dem Beugungsgitter ausgeführt.
(Vierzehnte Ausführungsform)
40 ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration der vierzehnten Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und 40b ist eine Seitenansicht davon. Die Halbleiterlaservorrichtung 230 der vierzehnten Ausführungsform weist einen Halbleiterlaserarraystapel 4, erste Kollimatorlinsen 5, Wegrotatoren 7, zweite Kollimatorlinsen 8, Wellenlängenselektoren 10 und optische Elemente 9 auf.
Die Halbleiterlaservorrichtung 230 der vierzehnten Ausführungsform unterscheidet sich von der Halbleiterlaservorrichtung 210 der zwölften Ausführungsform (38a und 38b) dahingehend, dass die Halbleiterlaservorrichtung 230 den Halbleiterlaserarraystapel 4 mit mehreren Halbleiterlaserarrays 3 und mehreren Mengen der anderen Komponenten in Verbindung mit den mehreren Halbleiterlaserarrays 3 aufweist. Die Konfiguration der Halbleiterlaservorrichtung 230 mit Ausnahme dieses Unterschiedes ist ansonsten gleich dem Aufbau der Halbleiterlaservorrichtung 210 der zuvor genannten zwölften Ausführungsform, und somit wird eine Beschreibung weggelassen.
Der Halbleiterlaserarraystapel 4 besitzt eine Konfiguration ähnlich zu jenem in der fünften Ausführungsform (17). Der Halbleiterlaserarraystapel 4, wie dies in 17 gezeigt ist, weist einen Aufbau auf, in welchem mehrere Halbleiterlaserarrays 3 und mehrere Wärmesenken 4h abwechselnd entlang der z-Achsenrichtung angeordnet sind. Die Wärmesenken 4h kühlen die Halbleiterlaserarrays 3. Die Wärmesenken 4h besitzen einen Kühlwasserleitungsweg, der durch Kombination von Kupferelementen mit flacher Plattenform ausgebildet ist. Das Kühlwasser zirkuliert in diesem Kühlwasserleitungsweg.
Jedes Halbleiterlaserarray 3 besitzt einen Aufbau ähnlich zu jenem in der ersten Ausführungsform (3, 4a und 4b). Jede erste Kollimatorlinse 5 weist eine Konfiguration ähnlich zu jener in der ersten Ausführungsform (6) auf.
Jeder Wegrotator 7 besitzt eine Konfiguration ähnlich zu jener in der ersten Ausführungsform (7). Jede zweite Kollimatorlinse 8 weist einen Aufbau ähnlich zu dem Aufbau auf, wie er in 14 gezeigt ist. Jeder Wellenlängenselektor 10 besitzt eine Konfiguration ähnlich zu jener in der elften Ausführungsform. Jedes optische Element 9 besitzt ferner eine Konfiguration ähnlich zu der in der elften Ausführungsform.
Es sind die gleiche Anzahl an Halbleiterlaserarrays 3, ersten Kollimatorlinsen 5, Wegrotatoren 7, zweiten Kollimatorlinsen 8, Wellenlängenselektoren 10 und optischen Elementen 9 vorgesehen: die ersten Kollimatorlinsen 5 sind in einer 1:1-Zuordnung zu den Halbleiterlaserarrays 3 vorgesehen; die Wegrotatoren 7 sind in einer 1:1-Zurodnung zu den ersten Kollimatorlinsen 5 vorgesehen; die zweiten Kollimatorlinsen 8 sind in einer 1:1-Zuordnung zu den Wegrotatoren 7 vorgesehen; die Wellenlängenselektoren 10 sind in einer 1:1-Zuordnung zu den zweiten Kollimatorlinsen 8 vorgesehen; die optischen Elemente 9 sind in einer 1:1-Zuordnung zu den Wellenlängenselektoren 10 vorgesehen. Jeder Satz aus einem Halbleiterlaserarray 3, einer ersten Kollimatorlinse 5, einem Wegrotator 7, einer zweiten Kollilmatorlinse 8, einem Wellenlängenselektor 10 und einem optischen Element 9 ist in der gleichen Weise wie in der zwölften Ausführungsform gestaltet.
In der Halbleiterlaservorrichtung 230 der vierzehnten Ausführungsform ist Licht, das in jeder aktiven Schicht 3a des Halbleiterlaserarrays 3 erzeugt wird, in dem Resonanzweg in Resonanz, um die räumliche transversale Mode besser der Einzelmode anzunähern, und das Laserlicht mit dem Divergenzwinkel, der durch die Konfiguration zu Annäherung der räumlichen transversalen Mode an die Einzelmode reduziert ist, kann aus dem Austrittsweg nach außen ausgegeben werden. Daher kann in der Halbleiterlaservorrichtung 230 der Divergenzwinkel des endgültigen Ausgangslichts reduziert werden. Da die Halbleiterlaservorrichtung 230 mit dem Wellenlängenselektoren 10 versehen ist, ist es möglich, die spektrale Breite des endgültigen Ausgangslichts zu reduzieren.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt, sondern kann in diversen Arten und Weisen modifiziert werden. Beispielsweise kann in jeder der elften bis vierzehnten Ausführungsform jeder Wellenlängenselektor 10 ein durchlässiges Element sein, das separat zu dem reflektierenden Bereich des optischen Elements 9 vorgesehen ist, oder kann ein reflektierendes Element sein, das auf dem reflektierenden Bereich des optischen Elements 9 vorgesehen ist. In diesen Ausführungsformen kann die zweite Kollimatorlinse 8 vorgesehen sein oder auch nicht. In der vierzehnten Ausführungsform können die optischen Elemente 9 in einer 1:1-Zuordnung zu den entsprechenden Halbleiterlaserarrays 3 vorgesehen sein, können jedoch ein optisches Element sein, in denen reflektierende Bereiche und durchlässige Bereiche in Streifenform entlang der z-Achsenrichtung auf einem gemeinsamen transparenten Substrat angeordnet sind.
(Fünfzehnte Ausführungsform)
41a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration der fünfzehnten Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und 14b ist eine Seitenansicht davon. Die Halbleiterlaservorrichtung 240 der fünfzehnten Ausführungsform besitzt ein Halbleiterlaserarray 3, eine erste Kollimatorlinse 5, einen Wegrotator 7, einen Wellenlängenselektor 10 und ein optisches Element 9.
Das Halbleiterlaserarray 3 besitzt eine Konfiguration ähnlich zu jener in der ersten Ausführungsform (3). Das Halbleiterlaserarray 3 besitzt mehrere aktive Schichten 3a, die parallel zu der y-Achsenrichtung in Feldform angeordnet sind. Jede aktive Schicht 3a sendet einen Strahl aus Laserlicht entlang der optischen Achse A aus. Hierbei ist die optische Achse A eine Achse parallel zu der x-Achse und läuft durch die Mitte der aktiven Schicht 3a. Die vordere Endfläche (Lichtaustrittsfläche) des Halbleiterlaserarrays 3 ist in 4a gezeigt, und die vordere Endfläche jeder aktiven Schicht 3a ist in 4 dargestellt. Das Halbleiterlaserarray 3 besitzt einen Aufbau, in welchem die aktiven Schichten 3a mit Abständen von 300 µm bis 500 µm in der y-Achsenrichtung in einer Breite von 1 cm angeordnet sind. Der Querschnitt jeder aktiven Schicht 3a weist eine Breite von 100 µm bis 200 µm und eine Dicke von 1 µm auf. Die vordere Endfläche des Halbleiterlaserarrays 3 ist mit einer reflektionsreduzierenden Schicht mit einer Reflektivität von nicht mehr als 10 oder einigen Prozent beschichtet.
Die erste Kollimatorlinse 5 besitzt eine Konfiguration ähnlich zu jener in der ersten Ausführungsform (6). Die vordere und die hintere Linsenfläche der ersten Kollimatorlinse 5 sind zylindrische Oberflächen mit einer Erzeugenden entlang der y-Achsenrichtung. Die Abmessungen der ersten Kollimatorlinse 5 ergeben eine Länge von 0,4 mm bis 1 mm in der x-Achsenrichtung, eine Länge von 12 mm in der y-Achsenrichtung und eine Länge von 0,6 mm bis 1 mm in der z-Achsenrichtung. Die erste Kollimatorlinse 5 ist von länglicher Form entlang der y-Achsenrichtung.
Die erste Kollimatorlinse 5 besitzt keine brechende Wirkung in der Ebene, die die Richtung der Erzeugenden enthält (y-Achsenrichtung), weist jedoch eine brechende Wirkung in der Ebene senkrecht zu der Erzeugenden auf. Da der von jeder aktiven Schicht 3a ausgesandte Strahl den großen Divergenzwinkel in der vertikalen Richtung aufweist, wie dies zuvor beschrieben ist, ist es erforderlich, die Divergenz des Strahles durch Ausnutzung der brechenden Wirkung zu reduzieren, um damit die Effizienz der Bündelung des Strahls zu verbessern. Die erste Kollimatorlinse 5 und das Halbleiterlaserarray 3 sind in einer derartigen räumlichen Beziehung zueinander angeordnet, dass die Erzeugende der ersten Kollimatorlinse 5 senkrecht zur vertikalen Richtung (z-Achsenrichtung) des Halbleiterlaserarrays 3 angeordnet ist. Durch diesen Aufbau ist es möglich, den von jeder aktiven Schicht 3a ausgesandten Strahl in der Ebene senkrecht zu der Erzeugenden der ersten Kollimatorlinse 5 zu brechen und damit zu bündeln. D. h., die erste Kollimatorlinse 5 5 zu brechen und damit zu bündeln. D. h., die erste Kollimatorlinse 5 bricht und bündelt die Komponente in der vertikalen Richtung (z-Achsenrichtung) des von jeder aktiven Schicht 3a ausgesandten Strahls. Für eine effiziente Bündelung ist die erste Kollimatorlinse 5 mit einer großen NA (beispielsweise NA ≥ = 0,5) und einer kleinen Brennweite (beispielsweise f ≤ 1,5 mm) so angeordnet, dass der Hauptpunkt in der Brennweite der aktiven Schicht 3a liegt. Die von den entsprechenden aktiven Schichten 3a in dem Halbleiterlaserarray ausgesandten Strahlen treffen alle auf eine einzelne erste Kollimatorlinse 5.
Der Wegrotator 7 besitzt einen Aufbau ähnlich zu jenem in der ersten Ausführungsform (7). Der Wegrotator 7 ist aus einem optisch transparenten Material, etwa Glas oder Quarz, hergestellt. Die Länge in der x-Achsenrichtung beträgt 1,5 mm, die Länge in der y-Achsenrichtung beträgt 12 mm und die Länge in der z-Achsenrichtung beträgt 1,5 mm. Wie zuvor beschrieben ist, ist der Wegrotator 7 in der y-Achsenrichtung von länglicher Gestalt.
Der Wegrotator 7 dreht den transversalen Schnitt jedes in der z-Achsenrichtung durch die erste Kollimatorlinse 5 gebündelten Strahls um ungefähr 90 Grad. Alle von der ersten Kollimatorlinse 5 ausgesandten Strahlen treffen auf den Wegrotator 7. Der Wegrotator 7 besitzt eine Eintrittsfläche 7a und eine Austrittsfläche 7b, die einander zugewandt sind. Diese Eintrittsfläche 7a besitzt mehrere zylindrische Oberflächen mit der Breite von 0,5 mm, die parallel angeordnet sind. Diese zylindrischen Oberflächen erstrecken sich unter einem Winkel von 45 Grad in Bezug auf die y-Achsenrichtung. Die Anzahl dieser zylindrischen Oberflächen ist gleich der Anzahl an aktiven Schichten 3a in dem Halbleiterlaserarray 3. D. h., diese zylindrischen Oberflächen liegen in einer 1:1-Zuordnung zu den aktiven Schichten 3a vor. In ähnlicher Weise besitzt die Austrittsfläche 7b mehrere zylindrische Oberfläche mit der Breite von 0,5 mm, die parallel angeordnet sind. Diese zylindrischen Oberflächen erstrecken sich unter einem Winkel von 45 Grad in Bezug auf die y-Achsenrichtung. Diese zylindrischen Oberflächen besitzen ebenso eine 1:1-Zuordnung bezüglich der aktiven Schichten 3a. Daher treffen alle von den entsprechenden aktiven Schichten 3a in dem Halbleiterlaserarray 3 ausgesandten Strahlen auf einen einzelnen entsprechenden Wegrotator 7.
Weitere Beispiele des Wegrotators sind in der zuvor genannten Schrift 1 beschrieben.
42 ist eine perspektivische Ansicht, die die Konfiguration des Wellenlängenselektors 10 zeigt. Der Wellenlängenselektor 10 besitzt eine periodische Verteilung der Brechungsindizies in der Dickenrichtung (ungefähr in der x-Achsenrichtung) und ist zur Bragg-Reflektion eines Teils des einfallenden Lichts ausgebildet. Der Wellenlängenselektor 10 empfängt jeden von dem Wegrotator 7 ausgegebenen Strahl als normal einfallendes Licht, reflektiert einen Teil des Lichts mit einer spezifizierten Wellenlänge, die die Bragg-Bedingung in dem normal einfallenden Licht erfüllt, führt zumindest einen Teil des reflektierten Lichts in die aktive Schicht 3a zurück, die das Licht ausgesandt hat, und lässt den Rest des Lichts mit der spezifizierten Wellenlänge durch. Ein bekannter Wellenlängenselektor dieser Art ist beispielsweise ein LuxxMaster, der von PD-LD, Inc. erhältlich ist.
Das optische Element 9 ist so aufgebaut, dass eine total reflektierende Schicht auf einer einzelnen Oberfläche (eine Oberfläche, die dem Wegrotator 7 zugewandt ist) eines Substrats mit flacher Plattenform ausgebildet ist, das aus einem optisch transparenten Material hergestellt ist, und ein reflektierender Bereich, der aus dieser total reflektierenden Schicht aufgebaut ist, reflektiert das von dem Wegrotator 7 eintreffende Licht mit hoher Reflektivität (beispielsweise einer Reflektivität von nicht weniger als 99,5%). Das optische Element 9 ist vorzugsweise wie folgt aufgebaut: der reflektierende Bereich ist mit einem gewissen Neigungswinkel in Bezug auf die Ebene senkrecht zu der optischen Achse jedes von dem Wegrotator 7 ausgesandten Strahls geneigt, und der Neigungswinkel ist kleiner als die Hälfte des Divergenzwinkels in der z-Achsenrichtung des von dem Wegrotator 7 ausgegebenen Strahls. Dies ermöglicht, dass zumindest ein Teil des einfallenden Licht zu dem reflektierenden Bereich des optischen Elements 9 senkrecht auf den reflektierenden Bereich einfällt, und ermöglicht, dass das reflektierte Licht über den optischen Weg entgegengesetzt zu dem Eintrittsweg zu der aktiven Schicht 3a zurückgeführt wird. Der reflektierende Bereich des optischen Elements 9 und der Wellenlängenselektor 10 sind an unterschiedlichen Positionen in der z-Achsenrichtung angeordnet. Ein Laserresonator ist zwischen dem reflektierenden Bereich des optischen Elements 9 und dem Wellenlängenselektor 10 angeordnet.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der Halbleiterlaservorrichtung 240 der fünfzehnten Ausführungsform unter Anwendung der 41a bis 41b und 43a bis 43c beschrieben. 43a zeigt die transversalen Schnitte (Ausgangsmuster) vor dem Einfall der in den aktiven Schichten 3a erzeugten Strahlen auf die erste Kollimatorlinse 5, 43b zeigt die transversalen Schnitte der Strahlen nach dem Durchlaufen der von den aktiven Schichten 3a ausgesandten Strahlen durch die erste Kollimatorlinse 5, und 43c ist eine Darstellung, die die transversalen Schnitte der Strahlen nach dem Durchlaufen der von der ersten Kollimatorlinse 5 ausgesandten Strahlen durch den Wegrotator 7 zeigen.
Jede aktive Schicht 3a in dem Halbleiterlaserarray 3 sendet einen Strahl L1 in der x-Achsenrichtung aus. Dieser Strahl L1 besitzt den Divergenzwinkel von 8 Grad in der y-Achsenrichtung und einen Divergenzwinkel von 30 Grad in der z-Achsenrichtung, wobei der Mittelpunkt auf der optischen Achse (gestrichelte Linien in den 41a und 41b) liegt. Die Länge in der vertikalen Richtung (z-Achsenrichtung) des transversalen Schnitts jeder aktiven Schicht 3a) beträgt ein Hunderstel bis zwei Hunderstel der Länge in der horizontalen Richtung (y-Achsenrichtung). Daher ist der transversale Schnitt jedes Strahls L1 beim Aussenden aus der aktiven Schicht 3a in horizontaler Richtung länglich gestaltet. Der von jeder aktiven Schicht 3a ausgesandte Strahl divergiert vor dem Eintreffen an der ersten Kollimatorlinse 5 (43a). Die vertikale Länge des transversalen Schnitts jedes Strahls, der auf die erste Kollimatorlinse 5 einfällt, ist durch die Brennweite der ersten Kollimatorlinse 5 bestimmt.
Der von jeder aktiven Schicht 3a ausgesandte Strahl L1 fällt auf die erste Kollimatorlinse 5. Die erste Kollimatorlinse 5 bricht den Strahl L1 in der Ebene senkrecht zu der y-Achse (d. h. eine Ebene parallel zu der xz-Ebene), und gibt das gebrochene Licht als einen Strahl L2 in der x-Achsenrichtung aus. Der Strahl L2 weist den Divergenzwinkel von ungefähr 0,2 Grad in der z-Achsenrichtung auf und unterliegt keiner Brechung in der y-Achsenrichtung. D. h., nach dem Austreten aus der ersten Kollimatorlinse 5 ist der horizontale Divergenzwinkel größer als der vertikale Divergenzwinkel, und somit besitzt der transversale Schnitt des Strahls an einer Position, die von der ersten Kollimatorlinse 5 entfernt ist, eine horizontal längliche Form (43b). Da die erste Kollimatorlinse 5 keine brechende Wirkung in der Ebene, die die y-Achse enthält, aufweist, ist der Divergenzwinkel in der y-Achsenrichtung winkelähnlich zu jenem in dem Strahl L1.
Jeder Strahl L2, der von der ersten Kollimatorlinse 5 gebrochen und ausgegeben wird, trifft auf den Wegrotator 7, bevor sich benachbarte Strahlen schneiden. Der Wegrotator 7 dreht den transversalen Schnitt jedes Strahls L2 um ungefähr 90 Grad und gibt den gedrehten Strahl als einen Strahl L3 in der x-Achsenrichtung aus. Der in der z-Achsenrichtung gebündelte Strahl L2 wird hierbei in den Strahl L3, der in der y-Achsenrichtung gebündelt ist, umgewandelt. Dies führt dazu, dass der transversale Schnitt jedes Strahls in eine Form ungewandelt wird, die in der z-Achsenrichtung lang ist und in der horizontalen Richtung kurz ist (43c). Da der Strahl L3 sich aus der Drehung des transversalen Schnitts des Strahls L2 um ungefähr 90 Grad ergibt, wird auch die Richtung des Divergenzwinkels des Strahls L2 um ungefähr 90 Grad gedreht. D. h., der Strahl L3 wird nahezu parallel in der y-Achsenrichtung und besitzt den Divergenzwinkel in der z-Achsenrichtung. Da der Strahl L3 nahezu paralleles Licht in der y-Achsenrichtung ist, ist es möglich, ein Überschneiden benachbarter Strahlen L3 miteinander zu verhindern. Der durch Drehung des transversalen Schnitts mittels des Wegrotators 7 ausgesandte Strahl L3 trifft auf den reflektierenden Bereich des optischen Elements 9 oder auf den Wellenlängenselektor 10.
Zumindest ein Teil des Lichts von dem Wegrotator 7, das auf den reflektierenden Bereich des optischen Elements 9 auftrifft und dort reflektiert wird, durchläuft den optischen Weg von der aktiven Schicht 3a zu dem reflektierenden Bereich des optischen Elements 9 in entgegengesetzter Richtung, um in die aktive Schicht 3a zurückzukehren. Der Rückkehrstrahl läuft zur aktiven Schicht 3a des Halbleiterlaserarrays, um dann in der aktiven Schicht 3a verstärkt zu werden, und der Strahl läuft weiter zu der Endfläche (reflektierende Oberfläche) gegenüberliegend zu der Endfläche (Austrittsfläche), von der das Laserlicht von dem Halbleiterlaserarray 3 ausgesandt wird. Der die reflektierende Oberfläche erreichende Strahl wird durch die reflektierende Oberfläche reflektiert und wird erneut von der aktiven Schicht 3a in der x-Achsenrichtung ausgesandt. Ein Teil des ausgesandten Strahls läuft wiederum durch den optischen Weg zu dem reflektierenden Bereich des optischen Elements 9 oder zu dem Wellenlängenselektor 10.
Andererseits wird ein Teils des Lichts der spezifizierten Wellenlänge in dem von dem Wegrotator 7 auf den Wellenlängenselektor 10 geführten Lichts Bragg-reflektiert, und der Rest wird von dem Wellenlängenselektor durchgelassen. Zumindest ein Teil des reflektierten Lichts läuft in den optischen Weg von der aktiven Schicht 3a zu dem Wellenlängenselektor 10 in der entgegengesetzten Richtung, um in die aktive Schicht 3a zurückzukehren. Der Rückkehrstrahl läuft zurück zu der aktiven Schicht 3a des Halbleiterlaserarrays 3, um in der aktiven Schicht 3a verstärkt zu werden, und läuft dann zu der Endfläche (reflektierende Oberfläche) gegenüberliegend der Endfläche (Austrittsfläche), von der Laserlicht von dem Halbleiterlaserarray ausgesandt wird. Der die reflektierende Oberfläche erreichende Strahl wird von der reflektierenden Oberfläche reflektiert und erneut von der aktiven Schicht 3a in der x-Achsenrichtung ausgegeben. Ein Teil des ausgesandten Strahls läuft erneut durch den optischen Weg zu dem reflektierenden Bereich des optischen Elements 9 oder zu dem Wellenlängenselektor 10.
Wie zuvor beschrieben ist, ist der externe Laserresonator zwischen dem reflektierenden Bereich des optischen Elements 9 und dem Wellenlängenselektor 10 gebildet, jede aktive Schicht 3a ist innerhalb des Resonators angeordnet und der Strahl ist in einem Teil in dem externen Resonator in Resonanz, um damit eine induzierte Emission in der aktiven Schicht 3a hervorzurufen. Dies führt zu einer Annäherung der räumlichen transversalen Mode des Laserlichts der induzierten Emission an die Einzelmode. Andererseits wird das von dem Wellenlänenselektor 10 durchgelassene Licht an die Umgebung der Halbleiterlaservorrichtung 240 ausgegeben. Dies ist das endgültige Ausgangslicht der Halbleiterlaservorrichtung 240.
Wie zuvor beschrieben ist, besitzt die Halbleiterlaservorrichtung 240 der fünfzehnten Ausführungsform den Resonanzweg, der den Weg des von dem reflektierenden Bereich des optischen Elements 9 reflektierten Strahls umfasst, und den Austrittsweg, der den Weg des von dem durchlässigen Bereich durchgelassenen Strahls umfasst. In der Halbleiterlaservorrichtung 240 ist daher das in jeder aktiven Schicht 3a in dem Halbleiterlaserarray 3 erzeugte Licht in Resonanz in dem Resonanzweg, um die räumlich transversale Mode besser an Licht mit Einzelmodeverhalten anzugleichen, und das Laserlicht mit einem Divergenzwinkel, der durch die Konfiguration zur Annäherung der räumlich transversalen Mode an die Einzelmode reduziert ist, kann aus dem Austrittsweg nach außen abgegeben werden. Daher ist die Halbleiterlaservorrichtung 240 in der Lage, den Divergenzwinkel des endgültigen Ausgangslichts zu reduzieren.
Da der Resonanzweg und der Austrittsweg durch die Anordnung des reflektierenden Bereichs in dem optischen Element 9 und dem Wellenlängenselektor 10 getrennt sind, ist der reflektierende Bereich für Totalreflektion vorgesehen, ohne dass ein Halbspiegel oder dergleichen für die Trennung der beiden optischen Wege verwendet wird. Daher erreicht die Halbleiterlaservorrichtung ein intensiveres Resonanzlicht und ein intensiveres Austrittslicht als im Falle, wenn der Halbspiegel oder dergleichen zur Ausbildung des Weges für Resonanzlicht und des Weges für Austrittslicht verwendet wird.
Da ferner die Halbleiterlaservorrichtung 240 der fünfzehnten Ausführungsform den Wellenlängenselektor 10 an einer Seite des Resonators aufweist, ist das Licht der spezifizierten Wellenlänge, die von diesen Wellenlängenselektor 10 ausgewählt wird, und selektiver Resonanz in den externen Resonator, und das Licht dieser spezifizierten Wellenlänge kann nach außen abgegeben werden. Daher ist die Halbleiterlaservorrichtung 240 in der Lage, die spektrale Breite des endgültigen Ausgangslichts zu reduzieren.
44 ist ein Spektrum des in der aktiven Schicht 3a des Halbleiterlaserarrays 3 erzeugten Lichts, und 45 ist ein Spektrum des von dem Wellenlängenselektor 10 der Halbleiterlaservorrichtung 240 der fünfzehnten Ausführungsform durchgelassen und ausgesandten Lichts. Wie man aus einem Vergleich zwischen den beiden Figuren erkennen kann, besitzt das von der Halbleiterlaservorrichtung 240 ausgegebene Laserlicht eine Spitze bei der Wellenlänge von 809 nm, das die Bragg-Bedingung in dem Wellenlängenselektor 10 erfüllt, und weist somit eine schmale spektrale Breite auf.
(Sechszehnte Ausführungsform)
46a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration der sechszehnten Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und 46b ist eine Seitenansicht davon. Die Halbleiterlaservorrichtung 250 der sechszehnten Ausführungsform weist ein Halbleiterlaserarray 3, eine erste Kollimatorlinse 5, einen Wegrotator 7, eine zweite Kollimatorlinse 8, einen Wellenlänenselektor 10 und ein optisches Element 9 auf.
Die Halbleiterlaservorrichtung 250 der sechszehnten Ausführungsform unterscheidet sich von der Halbleiterlaservorrichtung 240 der fünfzehnten Ausführungsform (41a und 41b) dahingehend, dass die zweite Kollimatorlinse 8 zwischen dem Wellenlängenselektor 10 und dem optischen Element 9 und dem Wegrotator 7 vorgesehen ist. Die Konfiguration der Halbleiterlaservorrichtung 250 ist mit Ausnahme dieses Unterschiedes im Wesentlichen gleich der Konfiguration der Halbleiterlaservorrichtung 240 der zuvor genannten fünfzehnten Ausführungsform.
Die zweite Kollimatorlinse 8 besitzt im Wesentlichen die gleiche Form wie die erste Kollimatorlinse 5, die in 6 gezeigt ist. Die vordere und die hintere Linsenoberfläche dieser zweiten Kollimatorlinse 8 sind zylindrische Oberflächen mit einer Erzeugenden entlang der y-Achsenrichtung. Die zweite Kollimatorlinse 8 besitzt keine brechende Wirkung in der Ebene, die die Richtung der Erzeugenden enthält, weist jedoch die brechende Wirkung in der Ebene senkrecht zu der Erzeugenden auf. Die Länge in der y-Achsenrichtung beträgt 12 mm, die Länge in der x-Achsenrichtung beträgt 0,5 bis 3 mm und die Länge in der z-Achsenrichtung beträgt 1,5 bis 10 mm. Die von dem Wegrotator 7 ausgesandten Strahlen treffen alle auf die zweite Kollimatorlinse 8. Die zweite Kollimatorlinse 8 ist so hergestellt, dass deren Erzeugende senkrecht zu der z-Achsenrichtung liegt. Da die zweite Kollimatorlinse so eingestellt, ist sie in der Lage, jeden von dem Wegrotator 7 ausgesandten Strahl in der Ebene senkrecht zu der Erzeugenden der zweiten Kollimatorlinse 8 zu brechen, um damit das Licht paralleler zu machen.
In der zweiten Halbleiterlaservorrichtung 250 der sechszehnten Ausführungsform kann die zweite Kollimatorlinse 8 jeden von dem Wegrotator 7 durchgelassenen Strahl brechen, um damit den Strahl besser parallel in der Ebene senkrecht zur Längsrichtung zu machen. Dies ermöglicht es auch, den Abstand zwischen dem Wegrotator 7 und dem Wellenlängenselektror 10 zu vergrößern und macht es auch möglich, den Abstand zwischen dem optischen Element oder dem Wellenlängenselektor 10 und dem Wegrotator 7 zu vergrößern, um damit ein größeres Maß an Gestaltungsfreiheit für die Halbleiterlaservorrichtung 250 zu erreichen. Da jeder von der zweiten Kollimatorlinse 8 in Richtung des Wellenlängenselektors 10 und des optischen Elements 9 laufende Strahl ein nahezu paralleler Strahl ist, sind jeweils der Wellenlängenselektor 10 und das optische Element 9 im Wesentlichen parallel zu der yz-Ebene angeordnet.
In der Halbleiterlaservorrichtung 250 der sechszehnten Ausführungsform können das optische Element 9 und der Wellenlängenselektor 10 Elemente sein, die voneinander beabstandet sind, diese können jedoch auch Elemente sein, die auf einem gemeinsamen Substrat mit flacher Plattenform ausgebildet sind. Insbesondere ist ein reflektierender Bereich zum Reflektieren des Lichts in einem Teilgebiet eines Substrats mit flacher Plattenform vorgesehen, und der Wellenlängenselektor für die Bragg-Reflektion eines Teils des Lichts mit der spezifizierten Wellenlänge ist in einem anderen Gebiet vorgesehen. Diese Konfiguration reduziert die Anzahl von Komponenten der Halbleiterlaservorrichtung und erleichtert deren Zusammenbau.
(Siebzehnte Ausführungsform)
47a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration des siebzehnten Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und 47b ist eine Seitenansicht davon. Die Halbleiterlaservorrichtung 260 der siebzehnten Ausführungsform weist einen Halbleiterlaserarraystapel 4, erste Kollimatorlinsen 5, Wegrotatoren 7, zweite Kollimatorlinsen 8, Wellenlängenselektoren 10 und optische Elemente 9 auf.
Die Halbleiterlaservorrichtung 260 der siebzehnten Ausführungsform unterscheidet sich von der Halbleiterlaservorrichtung 250 der sechzehnten Ausführungsform (46a und 46b) dahingehend, dass die Halbleiterlaservorrichtung 260 den Halbleiterlaserarraystapel 4 mit mehreren Halbleiterlaserarrays 3 und mehreren Sätzen anderer Komponenten in Verbindung mit den mehreren Halbleiterlaserarrays 3 umfasst. Die Konfiguration der Halbleiterlaservorrichtung 260 mit Ausnahme dieses Unterschiedes ist die gleiche, wie für die Halbleiterlaservorrichtung 250 der sechzehnten Ausführungsform, die zuvor beschrieben ist.
Der Halbleiterlaserarraystapel 4 besitzt eine Konfiguration ähnlich zu jener in der fünften Ausführungsform (17). Der Halbleiterlaserarraystapel 4, wie er in dieser 17 gezeigt ist, hat einen Aufbau, in welchem mehrere Halbleiterlaserarrays 3 und mehrere Wärmesenken 4h abwechselnd entlang der z-Achsenrichtung angeordnet sind. Die Wärmesenken 4h kühlen die Halbleiterlaserarrays 3. Die Wärmesenken 4h weisen einen Kühlwasserleitungsweg auf, der durch Kombination von Kupferelementen mit flacher Plattenform hergestellt. Das Kühlwasser zirkuliert in diesen Kühwasserleitungswegen.
Jedes Halbleiterlaserarray 3 besitzt eine Konfiguration ähnlich zu jener in der ersten Ausführungsform (3). Jede erste Kollimatorlinse 5 weist eine Konfiguration ähnlich zu jener in der ersten Ausführungsform (6) auf. Jeder Wegrotator 7 besitzt eine Konfiguration ähnlich zu jener in der ersten Ausführungsform (7). Jede zweite Kollimatorlinse 8 besitzt einen Aufbau, wie er in 14 gezeigt ist. Jeder Wellenlängenselektor 10 besitzt einen Aufbau ähnlich zu der fünfzehnten Ausführungsform (42). Jedes optische Element 9 besitzt eine Konfiguration ähnlich zu der in der ersten Ausführungsform. Die Halbleiterlaserarrays 3, die ersten Kollimatorlinsen 5, die Wegrotatoren 7, die zweiten Kollimatorlinsen 8, die Wellenlängenselektoren 10 und die optischen Elemente 9 sind in der gleichen Weise wie in der zuvor genannten sechzehnten Ausführungsform ausgebildet.
In der Halbleiterlaservorrichtung 260 der siebzehnten Ausführungsform ist das in den aktiven Schichten 3a der Halbleiterlaserarrays 3 erzeugte Licht in Resonanz in den entsprechenden Resonanzwegen, um die räumliche transversale Mode besser der Einzelmode anzugleichen, und das Laserlicht mit dem Divergenzwinkel, der durch die Konfiguration zu Angleichung der räumlich transversalen Mode an die Einzelmode reduziert ist, kann aus den Austrittswegen nach außen abgegeben werden. Daher ist die Halbleiterlaservorrichtung 260 in der Lage, den Divergenzwinkel des endgültigen Ausgangslichts zu verringern. Da die Halbleiterlaservorrichtung 260 mit den Wellenlängenselektoren 10 versehen ist, kann die spektrale Breite des endgültigen Ausgangslichts reduziert werden.
In der Halbleiterlaservorrichtung 260 der siebzehnten Ausführungsform können die optischen Elemente 9 und die Wellenlängenselektoren 10 als separate Elemente zueinander vorgesehen sein, und können auch als Elemente vorgesehen sein, die auf einem gemeinsamen Substrat mit flacher Plattenform ausgebildet sind. Insbesondere sind reflektierende Bereiche zum Reflektieren des Lichts in Teilgebieten auf einem Substrat mit flacher Plattenform vorgesehen, und die Wellenlängenselektoren für die Bragg-Reflektion eines Teils dese Lichtes der spezifizierten Wellenlänge sind in anderen Gebieten vorgesehen, und die reflektierenden Bereiche und die Wellenlängenselektoren sind abwechselnd in der z-Achsenrichtung angeordnet. Dies verringert die Anzahl an Komponenten der Halbleiterlaservorrichtung und erleichtert deren Montage.
(Achtzehnte Ausführungsform)
48 ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration der achtzehnten Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und 48b ist eine Seitenansicht davon. Die Halbleiterlaservorrichtung 270 dieser achtzehnten Ausführungsform weist einen Halbleiterlaserarraystapel 4, erste Kollimatorlinsen 5, Wegrotatoren 7, zweite Kollimatorlinsen 8, einen Wellenlängenselektor 10 und ein optisches Element 9 auf.
Die Halbleiterlaservorrichtung 270 der achtzehnten Ausführungsform unterscheidet sich von der Halbleiterlaservorrichtung der siebzehnten Ausführungsform (47a und 47b) dahingehend, dass der Wellenlängenselektor 10 ein integriertes Element ist und das optische Element 9 ebenso ein integriertes Element ist. Die Konfiguration der Halbleiterlaservorrichtung 270 mit Ausnahme dieses Unterschiedes ist gleich der Konfiguration der Halbleiterlaservorrichtung 100, 240 in der ersten Ausführungsform und der fünfzehnten Ausführungsform, wie sie zuvor beschrieben sind.
49 ist eine perspektivische Ansicht, die die Konfiguration dese optischen Elements 9 zeigt, das in der Halbleiterlaservorrichtung 270 der achtzehnten Ausführungsform verwendet ist. Diese 49 ist eine perspektivische Ansicht des optischen Elements 9, wenn es von der Seite der zweiten Kollimatorlinsen 8 aus betrachtet wird. Das optische Element 9 empfängt jeden der von den zweiten Kollimatorlinsen 8 ausgesandten Strahlen und reflektierende Bereiche 9a und durchlässige Bereiche 9b für jeden empfangenen Strahl sind abwechselnd entlang der z-Achsenrichtung vorgesehen. Sodann führt das optische Element 9 zumindest einen Teils des von den reflektierenden Bereiche 9a reflektierten Lichts zu den aktiven Schichten 3a zurück, die das Licht ausgesendet haben. Das optische Element 9 lässt Licht, das auf die durchlässigen Bereiche 9b auftrifft, durch, um das Licht zu dem Wellenlängenselektor 10 zu führen.
Das optische Element 9 ist ein Element, in welchem reflektierende Bereiche 9a und durchlässige Bereiche 9b abwechselnd entlang der z-Achsenrichtung auf einer einzelnen Oberfläche (eine Oberfläche auf Seite der zweiten Kollimatorlinsen 8) eines Substrats 9s mit flacher Plattenform ausgebildet sind, das aus einem optisch transparenten Material, etwa Glas oder Quarz hergestellt ist. Jeder der reflektierenden Bereiche 9a und der durchlässigen Bereiche 9b erstreckt sich in einer konstanten Breite in der zuvor genannten vorbestimmten Richtung und entlang der z-Achsenrichtung. D. h., das optische Element 9 besitzt mehrere reflektierende Bereiche 9a in einem Streifenmuster.
Jeder reflektierende Bereich 9a reflektiert vorzugsweise einfallendes Licht von der zweiten Kollimatorlinse 8 mit einer hohen Reflektivität (beispielsweise beträgt die Reflektivität nicht weniger als 99,5%) und ist vorzugsweise z. B. aus einer total reflektierenden Schicht aufgebaut. Jeder durchlässige Bereich 9b lässt vorzugsweise einfallendes Licht von dem Wegrotator 7 mit hoher Durchlässigkeit (beispielsweise eine Durchlässigkeit von nicht weniger als 99,5%) durch und ist vorzugsweise z. B. ein reflektionsreduzierender Film ausgebildet. Vorteilhafterweise ist ein reflektionsreduzierender Film an der anderen Oberfläche des Substrats 9s (die Oberfläche gegenüberliegend zur Seite der zweiten Kollimatorlinsen 8) ausgebildet.
Ein Paar aus einem reflektierenden Bereich 9a und einem durchlässigen Bereich 9b, die zueinander benachbart angeordnet sind, entsprechen einem einzelnen Halbleiterlaserarray 3 und eine Grenze zwischen diesem reflektierenden Bereich 9a und dem durchlässigen Bereich 9b ist parallel zur y-Achsenrichtung angeordnet und liegt in dem transversalen Schnitt jedes Strahles, der an dem optischen Element 9 von der zweiten Kollimatorlinse 8 eintrifft. Daher reflektiert der reflektierende Bereich 9a einen Teilbereich jedes Strahles, der an dem Element 9 von der zweiten Kollimatorlinse 8 eintrifft, in Richtung der zweiten Kollimatorlinse 8. Andererseits lässt der durchlässige Bereich 9b den Rest des Schnittbereichs jedes Strahles, der an dem optischen Element 9 von der zweiten Kollimatorlinse 8 eintrifft, durch.
In der Halbleiterlaservorrichtung 270 der achtzehnten Ausführungsform liegt das in jeder aktiven Schicht 3a des Halbleiterlaserarrays 3 erzeugte Licht ebenso in Resonanz in dem Resonanzweg vor, um damit die räumliche transversale Mode besser an die Einzelmode anzugleichen, und das Laserlicht mit dem Divergenzwinkel, der durch die Konfiguration zur Angleichung der räumlich transversalen Mode an die Einzelmode reduziert ist, wird von dem Austrittsweg nach außen abgegeben. Daher kann die Halbleiterlaservorrichtung 270 den Divergenzwinkel des endgültigen Ausgangslichts verringern. Da die Halbleiterlaservorrichtung 270 mit dem Wellenlängenselektor 10 versehen ist, ist es möglich, die spektrale Breite des endgültigen Ausgangslichts zu reduzieren. Da die Vorrichtung lediglich mit einem Satz aus einem Wellenlängenselektor 10 und einem optischen Element 9 versehen ist, ist es einfacher, die Halbleiterlaservorrichtung 270 zu montieren und eine effiziente Justierung der optischen Achse zu gewährleisten.
(Neunzehnte Ausführungsform)
50a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration der neunzehnten Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und 50b ist eine Seitenansicht davon. Die Halbleiterlaservorrichtung 280 der neunzehnten Ausführungsform besitzt ein Halbleiterlaserarray, eine erste Kollimatorlinse 5, einen Wegrotator 7, einen Wellenlängenselektor 10 und ein optisches Element 9.
Die Halbleiterlaservorrichtung 280 der neunzehnten Ausführungsform unterscheidet sich von der Halbleiterlaservorrichtung 240 der fünfzehnten Ausführungsform (41a und 41b) dahingehend, dass der Wellenlängenselektor 10 ein Raman-Naht-Beugungsgitterelement des Reflektionstyps aufweist. Die Konfiguration der Halbleiterlaservorrichtung 280 mit Ausnahme dieses Unterschiedes ist gleich der Konfiguration der Halbeiterlaservorrichtung 240 der zuvor genannten fünfzehnten Ausführungsform und somit wird eine Beschreibung davon weggelassen.
In dieser neunzehnten Ausführungsform empfängt der Wellenlängenselektor 10 jeden Strahl, wobei der transversale Schnitt durch den Wegrotator 7 gedreht ist, als ankommendes Licht, reflektiert das eintreffende Licht durch Raman-Naht-Beugung und speist das Licht einer speziellen Beugungsordnung (beispielsweise der ersten Ordnung) einer spezifizierten Wellenlänge aus dem gebeugten Lichtkomponenten zu der aktiven Schicht zurück, die das Licht ausgesendet hat und gibt Licht (beispielsweise das Licht nullter Ordnung) mit Ausnahe des Lichtes der speziellen Beugungsordnung der spezifizierten Wellenlänge nach außen ab.
In der Halbleiterlaservorrichtung 280 dieser Bauweise trifft ein von jeder aktiven Schicht 3a des Halbleiterlaserarrays 3 ausgesandter Strahl mit einer Divergenz in der z-Achsenrichtung von jeder aktiven Schicht 3a auf, und wird von der ersten Kollimatorlinse 5 gebrochen, so dass sich daraus nahezu paralleles Licht in der z-Achsenrichtung ergibt, und danach dreht der Wegrotator 7 den transversalen Schnitt des Strahls um ungefähr 90 Grad. Jeder von diesem Wegrotator 7 ausgesandte Strahl wird mit Divergenz in der z-Achsenrichtung ausgestrahlt, um damit in das optische Element 9 oder den Wellenlängenselektor 10 einzutreten.
Zumindest ein Teil des von dem optischen Element 9 reflektierten Lichts wird zu der aktiven Schicht 3a zurückgeführt, die das Licht ausgesandt hat. Das Licht der speziellen Beugungsordnung mit der spezifizierten Wellenlänge in dem Licht, das den Wellenlängenselektor 10 trifft, wird zu der aktiven Schicht 3a zurückgeführt, das das Licht ausgesendet hat. Dies bildet einen externen Resonator zwischen dem optischen Element 9 und dem Wellenlängenselektor 10, wodurch eine induzierte Emission in der aktiven Schicht 3a, die innerhalb des Resonators angeordnet ist, hervorruft, um damit eine Laserwirkung zu erreichen. Andererseits wird das Licht mit Ausnahme des Lichtes mit der speziellen Beugungsordnung der spezifizierten Wellenlänge in dem Lichtanteil, der auf den Wellenlängenselektor 10 auftrifft, als Ausgangslicht von der Halbleiterlaservorrichtung 280 nach außen abgegeben. In dieser Halbleiterlaservorrichtung 280 besitzt somit das endgültige Ausgangslicht einen geringen Divergenzwinkel und eine schmale spektrale Breite.
(Zwanzigste Ausführungsform)
51a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration der zwanzigsten Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und 51b ist eine Seitenansicht davon. Die Halbleiterlaservorrichtung 290 der zwanzigsten Ausführungsform weist ein Halbleiterlaserarray 3, eine erste Kollimatorlinse 5, einen Wegrotator 7, eine zweite Kollimatorlinse 8, einen Wellenlängenselektor 10 und ein optisches Element 9 auf.
Die Halbleiterlaservorrichtung 200 der zwanzigsten Ausführungsform unterscheidet sich von der Halbleiterlaservorrichtung 250 der sechzehnten Ausführungsform (46a und 46b) dahingehend, dass der Wellenlängenselektor 10 ein Raman-Naht-Beugungsgitterelement des Reflektionstyps aufweist. Die Konfiguration der Halbleiterlaservorrichtung 290 mit Ausnahme dieses Unterschiedes ist gleich der Konfiguration der Halbleiterlaservorrichtung 250 der zuvor genannten sechzehnten Ausführungsform und daher wird eine Beschreibung davon weggelassen.
In dieser zwanzigsten Ausführungsform empfängt der Wellenlängenselektor 10 jeden Strahl, wobei der transversale Schnitt durch den Wegrotator 7 gedreht ist, als Eingangslicht reflektiert das einfallende Licht mittels Raman-Naht-Beugung, führt das Licht einer speziellen Beugungsordnung (beispielsweise der ersten Ordnung) einer spezifizierten Wellenlänge aus den gebeugten Lichtkomponenten zu der aktiven Schicht zurück, die das Licht ausgesendet hat, und gibt das Licht (beispielsweise das Licht nullter Ordnung) mit Ausnahme des Lichts der spezifizierten Beugungsordnung mit der spezifizierten Wellenlänge nach außen ab.
In der Halbleiterlaservorrichtung 290 dieser Bauweise entsteht ein von jeder aktiven Schicht 3a dese Halbleiterlaserarrays 3 ausgesandter Strahl mit einer Divergenz in der z-Achsenrichtung aus jeder aktiven Schicht 3a und wird von der ersten Kollimatorlinse 5 gebrochen, um ein nahezu paralleles Licht in der z-Achsenrichtung zu bilden, und danach dreht der Wegrotator 7 den transversalen Schnitt des Strahles um ungefähr 90 Grad. Jeder von diesem Wegrotator 7 ausgesandte Strahl wird mit einer Divergenz in der z-Achsenrichtung ausgesendet, und wird ferner von der zweiten Kollimatorlinse 8 gebrochen, so dass nahezu paralleles Licht entsteht, und dieses trifft dann auf das optische Element 9 oder den Wellenlängenselektor 10.
Zumindest ein Teil des von den optischen Elementen 9 reflektierten Lichts wird zu der aktiven Schicht 3a zurückgeführt, die das Licht ausgesendet hat. Das Licht mit der spezifizierten Beugungsordnung der spezifizierten Wellenlänge in dem in den Wellenlängenselektor 10 eintretenden Licht wird zu der aktiven Schicht 3a zurückgeführt, die das Licht ausgesendet hat. Dies ergibt einen externen Resonator zwischen dem optischen Element 9 und dem Wellenlängenselektor 10, um eine stimulierte Emission in der aktiven Schicht 3a, die innerhalb des Resonators angeordnet ist, hervorzurufen, um damit eine Laserwirkung zu erreichen. Andererseits wird das Licht mit Ausnahme des Lichts der speziellen Beugungsordnung mit der spezifizierten Wellenlänge in dem Lichtanteil, der auf den Wellenlängenselektor auftrifft, als Ausgangslicht von der Halbleiterlaservorrichtung 290 nach außen abgegeben. In dieser Halbleiterlaservorrichtung 290 besitzt somit das endgültige Ausgangslicht einen geringen Divergenzwinkel und schmale spektrale Breite.
(Einundzwanzigste Ausführungsform)
52a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration der einundzwanzigsten Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und 52b ist eine Seitenansicht davon. Die Halbleiterlaservorrichtung 300 dieser einundzwanzigsten Ausführungsform besitzt einen Halbleiterlaserarraystapel 4, erste Kollimatorlinsen 5, Wegrotatoren 7, zweite Kollimatorlinsen 8, Wellenlängenselektoren 10 und optische Elemente 9.
Die Halbleiterlaservorrichtung 300 dieser einundzwanzigsten Ausführungsform unterscheidet sich von der Halbleiterlaservorrichtung 260 der siebzehnten Ausführungsform (47a und 47b) dahingehend, dass die Wellenlängenselektoren 10 Raman-Naht-Beugungsgitterelemente des Reflektionstyps sind. Die Konfiguration der Halbleiteriaservorrichtung 300 ist mit Ausnahme dieses Unterschiedes gleich der Konfiguration der Halbleiterlaservorrichtung 260 der zuvor genannten siebzehnten Ausführungsform und damit wird eine Beschreibung davon weggelassen.
In dieser einundzwanzigsten Ausführungsform empfängt jeder Wellenlängenselektor 10 jeden Strahl, wobei der transversale Schnitt von dem Wegrotator 7 gedreht ist, als einfallendes Licht, reflektiert das einfallende Licht mittels Raman-Naht-Beugung, führt das Licht einer speziellen Beugungsordnung (beispielsweise der ersten Beugungsordnung) einer spezifizierten Wellenlänge aus den gebeugten Lichtkomponenten zu der aktiven Schicht zurück, die das Licht ausgesendet hat, und gibt Licht (beispielsweise das Licht nullter Ordnung) mit Ausnahme des Lichts für die spezielle Beugungsordnung der spezifizierten Wellenlänge nach außen ab.
In dieser Halbleiterlaservorrichtung 300 ist jedes der Halbleiterlaserarrays 3 in dem Halbleiterlaserarraystapel 4 mit einem Satz aus einer ersten Kollimatorlinse 5, einem Wegrotator 7, einer zweiten Kollimatorlinse 8, einen Wellenlängenselektor 10 und einem optischen Element 9 versehen, und jeder Satz funktioniert in der gleichen Weise, wie dies in der zuvor genannten zwanzigsten Ausführungsform der Fall ist. In der Halbleiterlaservorrichtung 300 der einundzwanzigsten Ausführungsform besitzt somit das endgültige Ausgangslicht einen geringen Divergenzwinkel und eine schmale spektrale Breite.
(Zweiundzwanzigste Ausführungsform)
53a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration der zweiundzwanzigsten Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und 53b ist eine Seitenansicht davon. Die Halbleiterlaservorrichtung 310 der zweiundzwanzigsten Ausführungsform weist einen Halbleiterlaserarraystapel 4, erste Kollimatorlinsen 5, Wegrotatoren 7, zweite Kollimatorlinsen 8, einen Wellenlängenselektor 10 und ein optisches Element 9 auf.
Die Halbleiterlaservorrichtung 310 dieser zweiundzwanzigsten Ausführungsform unterscheidet sich von der Halbleiterlaservorrichtung 300 der einundzwanzigsten Ausführungsform (52a und 52b) dahingehend, dass der Wellenlängenselektor 10 ein integrales Element und das optische Element 9 ein integrales Element sind. Die Konfiguration der Halbleiterlaservorrichtung 310 mit Ausnahme dieses Unterschieds gleicht der Konfiguration der Halbleiterlaservorrichtung 300 der zuvor genannten einundzwanzigsten Ausführungsform.
Die Halbleiterlaservorrichtung 310 der zweiundzwanzigsten Ausführungsform funktioniert in der gleichen Weise wie die einundzwanzigste Ausführungsform. In dieser Halbleiterlaservorrichtung 310 besitzt somit das endgültige Ausgangslicht einen kleinen Divergenzwinkel und eine schmale spektrale Breite. Da die Vorrichtung lediglich einen Satz aus einem Wellenlängenselektor 10 und einem optischen Element 9 aufweist, ist die Halbleiterlaservorrichtung 310 einfacher zu montieren und die Justierung der optischen Achse ist einfacher.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt, sondern kann auf diverse Arten modifiziert werden. Beispielsweise ist es in der fünfzehnten und sechzehnten Ausführungsform auch möglich, ein optisches Element zu verwenden, in welchem die reflektierenden Bereiche und die durchlässigen Bereiche, wie dies in 49 gezeigt ist, abwechselnd entlang der z-Achsenrichtung auf einem Substrat angeordnet sind. Die siebzehnte und die achtzehnte Ausführungsform können ohne die zweiten Kollimatorlinsen vorgesehen sein, und diesem Falle sind jeweils das optische Element und das Wellenlängenselektorelement vorzugsweise geneigt.
(Dreiundzwanzigste Ausführungsform)
54a ist eine Draufsicht (von der z-Achsenrichtung aus betrachtet), wobei eine Konfiguration der dreiundzwanzigsten Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt ist, und 54b ist eine Seitenansicht davon (aus Sicht der y-Achsenrichtung). 55 zeigt ein Spektrum (Graph G 550) von Ausgangslicht des Halbleiterlaserarrays, das in der Halbleiterlaservorrichtung 320 der dreiundzwanzigsten Ausführungsform verwendet ist und zeigt ein Spektrum von Ausgangslicht der Halbleiterlaservorrichtung 320 der dreiundzwanzigsten Ausführungsform (Licht, das durch einen externen Resonator in der Halbleiterlaservorrichtung 320) ausgesendet wird).
Die Halbleiterlaservorrichtung 320 dieser dreiundzwanzigsten Ausführungsform weist ein Halbleiterlaserarray 3, eine erste Kollimatorlinse 5 und einen Wegrotator 7 in der gleichen Weise wie die Halbleiterlaservorrichtung 100 der ersten Ausführungsform auf; jedoch besitzt die Halbleiterlaservorrichtung 100 der ersten Ausführungsform den reflektierenden Spiegel 9 als ein optisches Element, wohingegen die Halbleiterlaservorrichtung 320 einen Wellenlängenselektor 10 (LuxxMaster mit einer Reflektivität von 50%, der von PD-LD, Inc. verfügbar ist) aufweist.
In der Halbleiterlaservorrichtung 320 der dreiundzwanzigsten Ausführungsform mit dem zuvor beschriebenen Aufbau, wie er in 55 gezeigt ist, besitzt das von der Halbleiterlaservorrichtung 320 ausgegebene Laserlicht (d. h. das Licht, das durch den externen Resonator in der Vorrichtung 320) eine Spitze bei der Wellenlänge von 809 nm, wodurch die Bragg-Bedingung in dem Wellenlängenselektor erfüllt ist, und weist eine schmale spektrale Breite auf.
(Vierundzwanzigste Ausführungsform)
56a ist eine Draufsicht (eine Ansicht in der z-Achsenrichtung), wobei eine Konfiguration der vierundzwanzigsten Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt ist, und 56 ist eine Seitenansicht davon (eine Ansicht der y-Achsenrichtung). Die Halbleiterlaservorrichtung 330 dieser vierundzwanzigsten Ausführungsform weist eine Struktur auf, in der die Halbleiterlaservorrichtung 320 gemäß der vorhergehenden dreiundzwanzigsten Ausführungsform in der z-Achsenrichtung gestapelt ist. D. h., diese Halbleiterlaservorrichtung 330 der vierundzwanzigsten Ausführungsform weist einen Halbleiterlaserarraystapel 4, erste Kollimatorlinsen 5, Wegrotatoren 7 und Wellenlängenselektoren 10 als optische Elemente auf. Der Halbleiterlaserarraystapel 4 besitzt eine Konfiguration ähnlich zu jenem in der fünften Ausführungsform (17). Der Halbleiterlaserarraystapel 4, wie er in 17 gezeigt ist, besitzt eine Struktur, in der mehrere Halbleiterlaserarrays 3 und mehrere Wärmesenken 4h abwechselnd entlang der z-Achsenrichtung angeordnet sind. Die Wärmesenken 4h kühlen die Halbleiterlaserarrays 3. Die Wärmesenken 4h besitzen einen Kühlwasserweg, der durch eine Kombination von Kupferelementen mit flacher Plattenform ausgebildet ist. Kühlwasser zirkuliert in diesen Kühlwasserströmungswegen.
Jede erste Kollimatorlinse 5 besitzt eine Konfiguration ähnlich zu der in der ersten Ausführungsform und der dreiundzwanzigsten Ausführungsform (6). Jede erste Kollimatorlinse 5 ist so aufgebaut, dass die Erzeugende der ersten Kollimatorlinse 5 senkrecht zur vertikalen Richtung (z-Achsenrichtung) des gegenüberliegenden Halbleiterlaserarray 3 verläuft. Durch diesen Aufbau ist es möglich, den Strahl von jeder aktiven Schicht 3a in der Ebene senkrecht zu der Erzeugenden der ersten Kollimatorlinse 5 zu brechen und diesen Strahl zu bündeln. D. h., die erste Kollimatorlinse 5 bricht und bündelt die Komponente in der vertikalen Richtung (z-Achsenrichtung) des von jeder aktiven Schicht 3a ausgesandten Strahls. Für eine effiziente Bündelung ist jede erste Kollimatorlinse 5 in der Nähe der aktiven Schichten 3a angeordnet. Aus diesem Grunde liegt für die ersten Kollimatorlinsen 5 eine 1:1-Zuordnung zu den entsprechenden Halbleiterarrays 3 vor. D. h., die Anzahl der installierten ersten Kollimatorlinsen 5 ist gleich der Anzahl an Halbleiterlaserarrays 3. Jede erste Kollimatorlinse 5 ist so angeordnet, dass sie einem einzelnen Halbleiterlaserarray 3 gegenüberliegt. Deshalb treffen die von den entsprechenden aktiven Schichten 3a eines einzelnen Halbleiterlaserarrays 3 ausgesandten Strahlen auf eine einzelne erste Kollimatorlinse 5.
Jeder Wegrotator 7 besitzt ferner eine Konfiguration ähnlich zu der in der ersten Ausführungsform und in der dreiundzwanzigsten Ausführungsform (7). Der Wegrotator 7 dreht den transversalen Schnitt jedes von der ersten Kollimatorlinse 5 gebündelten Strahls um ungefähr 90 Grad. Aus diesem Grunde sind die Wegrotatoren 7 in einer 1:1-Zuordnung zu den ersten Kollimatorlinsen 5 vorgesehen. D. h., jeder Wegrotator 7 ist so angeordnet, dass er einer einzelnen ersten Kollimatorlinse zugewandt ist. Daher treffen alle von einer einzelnen ersten Kollimatorlinse 5 ausgehenden Strahlen auf einen einzelnen entsprechenden Wegrotator 7. Die zylindrischen Oberflächen der entsprechenden Wegrotatoren 7 liegen in einer 1:1-Zuordnung zu den aktiven Schichten 3a vor. Daher treffen die von den entsprechenden aktiven Schichten 3a eines einzelnen Halbleiterlaserarrays 3 ausgehenden Strahlen alle auf einen einzelnen entsprechenden Wegrotatator 7.
Jeder Wellenlängenselektor 10 als ein optisches Element weist eine Konfiguration ähnlich zu der in der fünfzehnten Ausführungsform (42) auf und ebenso wie im Falle der dreiundzwanzigsten Ausführungsform ist ein LuxxMaster mit einer Reflektivität von 50%, wie er von der PD-LD, Inc. verfügbar ist, verwendet. Daher sind die Wellenlängenselektoren 10 in einer 1:1-Zuordnung zu den entsprechenden Wegrotatoren 7 angeordnet, und jeder Wellenlängenselektor 10 bildet einen externen Resonator im Zusammenwirken mit jeder aktiven Schicht 3a in dem Halbleiterlaserarraystapel 4.
In der Halbleiterlaservorrichtung 330 der vierundzwanzigsten Ausführungsform, wie sie zuvor beschrieben ist, ist das in den Halbleiterlaserarrays 3 erzeugte Laserlicht in Resonanz in den externen Resonatorwegen, um die räumliche transversale Mode besser der Einzelmode anzugleichen, und das Laserlicht mit dem Divergenzwinkel, der durch die Konfiguration zur Angleichung der räumlichen transversalen Mode an die Einzelmode reduziert ist, kann nach außen abgegeben werden. Wie zuvor beschrieben ist, ist die Halbleiterlaservorrichtung 330 in der Lage, den Divergenzwinkel des endgültigen Ausgangslichts zu verringern.
Aus der Erfindung, wie sie zuvor beschrieben ist, geht hervor, dass die Ausführungsformen der Erfindung auf viele Arten variiert werden können. Derartige Variationen sollen nicht als eine Abweichung von dem Grundgedanken und Schutzbereich der Erfindung aufgefasst werden, und alle derartigen Modifizierungen sind für den Fachmann ersichtlich und sollen als im Schutzbereich der vorliegenden Ansprüche liegend erachtet werden.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung kann in geeigneter Weise auf die Halbleiterlaservorrichtung zum Aussenden von Laserlicht mit kleinem Divergenzwinkel und zum Aussenden von Laserlicht mit kleinem Divergenzwinkel und schmaler spektraler Breite eingesetzt werden.

Claims

Halbleiterlaservorrichtung (100-330) mit: einem Halbleiterlaserarray (3) mit mehreren aktiven Schichten (3a), wovon jede sich entlang einer ersten Richtung in einer vorbestimmten Ebene erstreckt, und die entlang einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung parallel in der vorbestimmten Ebene angeordnet sind; einer ersten Kollimatorlinse (5) zum Bündeln mehrerer Strahlen, die von den entsprechenden aktiven Schichten (3a) ausgesendet sind, in einer dritten Richtung senkrecht zu der vorbestimmten Ebene; einem Wegrotator (7) zum Ausgeben jedes Strahls, der von der ersten Kollimatorlinse (5) eintrifft und in der dritten Richtung gebündelt ist, mit einem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung so, dass ein transversaler Schnitt des Strahls um ungefähr 90 Grad gedreht ist; und einem optischen Element (9), das an einer Position angeordnet ist, an der zumindest ein Teil jedes Strahles mit dem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung, der von dem Wegrotatator (7) ausgegeben wird, ankommt und zumindest einen Bereich eines externen Resonators im Zusammenwirken mit den aktiven Schichten (3a) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (9) einen Teil jedes von dem Wegrotator (7) eintreffenden Strahles reflektiert, wodurch der reflektierte Teil jedes Strahles zu den aktiven Schichten (3a) zurückgeführt wird.
Halbleiterlaservorrichtung (140, 170, 180, 190, 230, 260, 270, 310, 330) mit: einem Halbleiterlaserarraystapel (4), in welchem mehrere Halbleiterlaserarrays (3), wovon jedes mehrere aktive Schichten (3a) aufweist, wovon jede sich entlang einer ersten Richtung in einer vorbestimmten Ebene erstreckt und die entlang einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung und parallel in der vorbestimmten Ebene angeordnet sind, in einer dritten Richtung senkrecht zu der vorbestimmten Ebene gestapelt sind; einer ersten Kollimatorlinse (5) zum Bündeln mehrerer von den entsprechenden aktiven Schichten (3a) ausgesandten Strahlen in der dritten Richtung; einem Wegrotator (7) zum Ausgeben jedes von der ersten Kollimatorlinse (5) eintreffenden Strahles, der in der dritten Richtung gebündelt ist, mit einem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung so, dass ein transversaler Schnitt des Strahls um ungefähr 90 Grad gedreht ist; und einem optischen Element (9), das an einer Position angeordnet ist, an der zumindest ein Teil jedes Strahls mit dem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung, der von dem Wegrotator (7) ausgegebenen wird, eintrifft und das zumindest einen Bereich eines externen Resonators im Zusammenwirken mit den aktiven Schichten (3a) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (9) einen Teil jedes Strahls, der von dem Wegrotator (7) eintrifft, reflektiert, um damit den reflektierten Teil jedes Strahls zu den aktiven Schichten (3a) zurückzuleiten.
Halbleiterlaservorrichtung (100 - 330) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das optische Element (9) eine reflektierende Oberfläche (9a) zum Reflektieren jedes Strahls mit dem vorbestimmten Divergenzwinkel, der von dem Wegrotator (7) ausgegeben wird, aufweist, und wobei die reflektierende Oberfläche (9a) so geneigt ist zu der zugehörigen der aktiven Schichten (3a), dass ein Teil des Strahles außerhalb einer optischen Achse des Strahls, der von dem Wegrotator (7) eintrifft, in Bezug auf eine Ebene senkrecht zur optischen Achse zurückgeführt wird.
Halbleiterlaservorrichtung (100 - 330) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die ferner umfasst: eine zweite Kollimatorlinse (8), die auf einem Resonanzweg zwischen dem Wegrotator (7) und dem optischen Element (9) angeordnet und ausgebildet ist, jeden Strahl mit dem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung, der von dem Wegrotator (7) ausgegeben wird, in der dritten Richtung zu bündeln.
Halbleiterlaservorrichtung (100 - 330) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das optische Element (9) an einer Position angeordnet ist, an der das optische Element (9) einen Teil jedes Strahls mit dem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung, der von dem Wegrotator (7) ausgegeben wird, schneidet, und den Rest des Strahles durchlässt, und wobei das optische Element (9) einen außerachsigen externen Resonator mit einem Resonanzweg außerhalb einer optischen Achse jedes Strahls, der von den aktiven Schichten ausgesendet wird, im Zusammenwirken mit den aktiven Schichten (3a) bildet, und wobei die reflektierende Oberfläche (9a) unter einem vorbestimmten Winkel in Bezug auf eine Ebene senkrecht zu einer optischen Achse jedes Strahls, der von dem Wegrotator (7) ausgegeben wird, geneigt ist, um einen Teil jedes ankommenden Strahls total zu reflektieren, um damit den total reflektierten Teil jedes Strahls zu den aktiven Schichten (3a) zurückzuführen.
Halbleiterlaservorrichtung (100 - 330) nach Anspruch 2, wobei das optische Element (9) an einer Position angeordnet ist, an der zumindest ein Teil jedes Strahls mit dem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung, der von dem Wegrotator (7) ausgegeben wird, eintrifft und wobei das optische Element (9) einen außerachsigen externen Resonator mit einem Resonanzweg außerhalb einer optischen Achse jedes Strahls, der von den aktiven Schichten (3a) ausgesendet wird, im Zusammenwirken mit den aktiven Schichten (3a) bildet, und wobei auf einer Oberfläche des optischen Elements (9), die dem Wegrotator (7) zugewandt ist, reflektierende Bereiche (9a) zum Reflektieren eines Teils jedes von dem Wegrotator (7) eintreffenden Strahles zum Zurückführen des reflektierten Anteils zu der zugeordneten aktiven Schicht (3a), und durchlässige Bereiche (9b) zum Leiten des Rest jedes ankommenden Strahls nach außen, abwechselnd entlang der dritten Richtung angeordnet sind.
Halbleiterlaservorrichtung (100 - 330) nach Anspruch 1 oder 2, die ferner umfasst: einen Wellenlängenselektor, (10) der auf einem Resonanzweg zwischen dem Wegrotator (7) und den aktiven Schichten (3a) angeordnet ist und einen außerachsigen externen Resonator mit einem Resonanzweg außerhalb einer optischen Achse jedes von den aktiven Schichten (3a) ausgesandten Strahles im Zusammenwirken mit dem optischen Element (9) bildet, wobei der Wellenlängenselektor (10) selektiv Licht einer spezifizierten Wellenlänge aus dem Licht, das von dem Wegrotator (7) eintrifft, in Richtung auf den Wegrotator (7) ausgibt, wobei das optische Element (9) an einer Position angeordnet ist, an der zumindest ein Teil jedes Strahls mit dem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung, der von dem Wegrotator (7) ausgegeben wird, eintrifft und wobei das optische Element (9) einen reflektierenden Bereich (9a) zum Reflektieren eines Teils jedes von dem Wegrotator (7) eintreffenden Strahles zu den aktiven Schichten (3a) und einen durchlässigen Bereich (9b) zum Führen des Rests jedes eintreffenden Strahls nach außen auf einer Oberfläche, die dem Wegrotator (7) zugewandet ist, aufweist.
Halbleiterlaservorrichtung (100 - 330) nach Anspruch 1 oder 2, die ferner umfasst: einen Wellenlängenselektor (10), der so angeordnet ist, dass ein Teil jedes Strahles mit dem Divergenzwinkel in der dritten Richtung, der von dem Wegrotator (7) ausgegeben wird, aus einer vertikalen Richtung eintrifft und einen außerachsigen externen Resonator mit einem Resonanzweg außerhalb einer optischen Achse jedes von den aktiven Schichten (3a) ausgesandten Strahls im Zusammenwirken mit dem optischen Element (9) bildet, wobei der Wellenlängenselektor (10) einen Teil eines Lichts einer spezifizierten Wellenlänge in dem Licht, das von der vertikalen Richtung eintrifft, Bragg-reflektiert, um damit den reflektierten Teil zu der zugeordneten aktiven Schicht (3a) zurückzuwerfen und den Rest des Lichts der spezifizierten Wellenlänge durchzulassen, wobei das optische Element (9) an einer Position angeordnet ist, an der zumindest ein Teil jedes Strahls mit dem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung, der von dem Wegrotator (7) ausgegeben wird, eintrifft und das optische Element (9) einen reflektierenden Bereich (9a) zum Reflektieren mindestens eines Teils jedes von dem Wegrotator (7) eintreffenden Strahls zum Zurückführen des reflektierten Teils zu der zugeordneten aktiven Schicht (3a) und einen durchlässigen Bereich (9b) zum Führen des Rests jedes eintreffenden Strahls nach außen auf einer Oberfläche, die dem Wegrotator (7) zugewandt ist, aufweist.
Halbleiterlaservorrichtung (100 - 330) nach Anspruch 1 oder 2, die ferner umfasst: einen Wellenlängenselektor (10), der ausgebildet ist, durch Beugung einen Teil jedes Strahls mit dem Divergenzwinkel in der dritten Richtung, der von dem Wegrotator (7) ausgegeben wird, zu reflektieren und einen außerachsigen externen Resonator mit einem Resonanzweg außerhalb einer optischen Achse jedes von den aktiven Schichten (3a) ausgesandten Strahls im Zusammenwirken mit dem optischen Element (9) zu bilden, wobei der Wellenlängenselektor (10) gebeugtes Licht einer speziellen Ordnung mit einer spezifizierten Wellenlänge in dem gebeugten Licht beugt und reflektiert, um damit das reflektierte Licht zu den aktiven Schichten (3a) zurückzuführen, und das gebeugte Licht mit Ausnahme des gebeugten Lichts der spezifizierten Ordnung mit der spezifizierten Wellenlänge nach außen zu führen, und wobei das optische Element (9) an einer Position angeordnet ist, an der zumindest ein Teil jedes Strahls mit dem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung, welcher von dem Wegrotator (7) ausgegeben wird, eintrifft und wobei das optische Element (9) einen reflektierenden Bereich (9a) zum Reflektieren zumindest eines Teils jedes von dem Wegrotator (7) eintreffenden Strahls zum Zurückführen des reflektierten Teils zu der zugeordneten aktiven Schicht (3a) und einen durchlässigen Bereich (9b) zum Führen des Rests jedes eintreffenden Strahls nach außen auf einer Oberfläche, die dem Wegrotator (7) zugewandt ist, aufweist.
Halbleiterlaservorrichtung (100 - 330) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das optische Element (9) einen Wellenlängenselektor (10) zum selektiven Ausgeben von Licht einer spezifizierten Wellenlänge aus Licht, das von dem Wegrotator (7) eintrifft, in Richtung des Wegrotators (7) aufweist.
Halbleiterlaservorrichtung (110, 130, 150, 170, 180, 200, 240) mit: einem Halbleiterlaserarry (3) mit mehreren aktiven Schichten (3a), wovon sich jede entlang einer ersten Richtung in einer vorbestimmten Ebene erstreckt und die entlang einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung und parallel in der vorbestimmten Ebene angeordnet sind; einer ersten Kollimatorlinse (5) zum Bündeln mehrerer von den entsprechenden aktiven Schichten (3a) ausgesandten Strahlen in einer dritten Richtung senkrecht zu der vorbestimmten Ebene; einem Wegrotator (7) zum Ausgeben jedes Strahls, der von der ersten Kollimatorlinse (5) eintrifft und in der dritten Richtung gebündelt ist, mit einem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung so, dass ein transversaler Schnitt des Strahles um ungefähr 90 Grad gedreht ist; und einem optischen Element (9), das an einer Position angeordnet ist, an der das optische Element (9) einen Teil jedes Strahls mit dem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung, der von dem Wegrotator (7) ausgegeben wird, schneidet und den Rest des Strahls durchlässt und eine reflektierende Oberfläche aufweist, die zumindest einen Teil eines externen Resonators im Zusammenwirken mit den aktiven Schichten (3a) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierende Oberfläche unter einem vorbestimmten Winkel in Bezug auf eine Ebene senkrecht zu einer optischen Achse jedes von dem Wegrotator (7) ausgegebenen Strahls so geneigt ist, dass ein Teil jedes eintreffenden Strahls total reflektiert wird, um den total reflektierten Anteil jedes Strahls zu der zugehörigen aktiven Schicht (3a) zurückzuführen.
Halbleiterlaservorrichtung (170, 180) mit: einem Halbleiterlaserarraystapel (4), in welchem mehrere Halbleiterlaserarrays (3), wovon jedes Halbleiterlaserarray (3) mehrere aktive Schichten (3a) aufweist, wovon jede sich entlang einer ersten Richtung in einer vorbestimmten Ebene erstreckt und entlang einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung parallel in der vorbestimmten Ebene angeordnet ist, in einer dritten Richtung senkrecht zu der vorbestimmten Ebene gestapelt sind; einer ersten Kollimatorlinse (5) zum Bündeln mehrerer von den entsprechenden aktiven Schichten (3a) ausgesandten Strahlen in der dritten Richtung senkrecht zu der vorbestimmten Ebene; einem Wegrotator (7)zum Ausgeben jedes Strahls, der von der Kollimatorlinse (5) eintrifft und in der dritten Richtung gebündelt ist, mit einem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung so, dass ein transversaler Schnitt des Strahls um ungefähr 90 Grad gedreht ist; und einem optischen Element (9), das an einer Position angeordnet ist, an der das optische Element zumindest einen Teil jedes Strahls mit dem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung, der von dem Wegrotator (7) ausgegeben wird, schneidet und den Rest des Strahls durchlässt, und eine reflektierende Oberfläche (9a) aufweist, die zumindest einen Teil eines externen Resonantors im Zusammenwirken mit den aktiven Schichten (3a) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierende Oberfläche (9a) so unter einem vorbestimmten Winkel in Bezug auf eine Ebene senkrecht zu einer optischen Achse jedes Strahls, der von dem Wegrotator (7) ausgegeben wird, geneigt ist, um einen Teil jedes eintreffenden Strahls total zu reflektieren, um damit den total reflektierten Teil jedes Strahls zu der zugeordneten aktiven Schicht (3a) zurückzuführen.
Halbleiterlaservorrichtung (110 - 240) nach Anspruch 11 oder 12, wobei ein Installationswinkel der reflektierenden Oberfläche (9a) in dem optischen Element (9) kleiner ist als die Hälfte des Divergenzwinkels jedes von dem Wegrotator (7) ausgesandten Strahls.
Halbleiterlaservorrichtung (110 - 240) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die reflektierende Oberfläche (9a) so angeordnet ist, dass die optische Achse jedes von dem Wegrotator (7) ausgegebenen Strahls geschnitten wird.
Halbleiterlaservorrichtung (110 - 240) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, die ferner umfasst: eine zweite Kollimatorlinse (8), die in einem Resonanzweg zwischen dem Wegrotator (7) und dem optischen Element (9) angeordnet und ausgebildet ist, jeden Strahl mit dem vorbestimmten Divergenzwinkel in dritten Richtung, der von dem Wegrotator (7) ausgegeben wird, in der dritten Richtung zu bündeln.
Halbleiterlaservorrichtung (180, 190, 270, 310) mit: einem Halbleiterlaserarraystapel (4), in welchem mehrere Halbleiterlaserarrays (3), wovon jedes Halbleiterlaserarray (3) mehrerer aktive Schichten (3a) aufweist, die sich jeweils einer ersten Richtung in einer vorbestimmten Ebene erstrecken und die entlang einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung parallel in der vorbestimmten Ebene angeordnet sind, in einer dritten Richtung senkrecht zu der vorbestimmten Ebene gestapelt sind; einer ersten Kollimatorlinse (5) zum Bündeln mehrerer Strahlen, die von den entsprechenden aktiven Schichten (3a) ausgesendet werden, in der dritten Richtung senkrecht zu der vorbestimmten Ebene; einem Wegrotator (7) zum Ausgeben jedes Strahls, der von der Kollimatorlinse (5) eintrifft und in der dritten Richtung gebündelt ist, mit einem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung so, dass ein transversaler Schnitt des Strahls um ungefähr 90 Grad gedreht ist; und einem optischen Element (9), das an einer Position angeordnet ist, an der zumindest ein Teil jedes Strahls mit dem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung, der von dem Wegrotator (7) ausgegeben wird, eintrifft, und zumindest einen Teil eines externen Resonators im Zusammenwirken mit den aktiven Schichten (3a) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche des optischen Elements (9), die dem Wegrotator (7) zugewandt ist, reflektierende Bereiche (9a) zum Reflektieren eines Teils jedes von dem Wegrotator (7) eintreffenden Strahls zum Zurückführen des reflektierten Teils zu der zugeordneten aktiven Schicht (3a) und durchlässige Bereiche (9b) zum Führen des Rests jedes eintreffenden Strahls nach außen abwechselnd entlang der dritten Richtung aufweist.
Halbleiterlaservorrichtung (180, 190, 270, 310) nach Anspruch 16, wobei das optische Element (9) ein Substrat (9s) mit flacher Plattform umfasst, das aus einem optisch transparenten Material hergesellt ist, wobei auf einer Oberfläche davon die reflektierenden Bereich (9a) und die durchlässigen Bereich (9b) abwechselnd ausgebildet sind.
Halbleiterlaservorrichtung (180, 190, 270, 310) nach Anspruch 17, wobei das Substrat (9s) mit flacher Plattenform in dem optischen Element (9) in geneigter Weise in Bezug auf eine Ebene senkrecht zu einer optischen Achse jedes Strahls mit dem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung, der von dem Wegrotator (7) ausgegeben wird, angeordnet ist, um zumindest einen Teil jedes an dem reflektierenden Bereich (9a) eintreffenden Strahls senkrecht auf den reflektierenden Bereich (9a) einfallen zu lassen.
Halbleiterlaservorrichtung (180, 190, 270, 310) nach Anspruch 17, wobei die reflektierenden Bereiche (9a) eine total reflektierende Schicht aufweisen, die auf der Oberfläche des Substrats (9s) mit flacher Plattenform ausgebildet ist.
Halbleiterlaservorrichtung (180, 190, 270, 310) nach Anspruch 17, wobei die reflektierenden Bereiche (9a) ein Beugungsgitter aufweisen, das auf der Oberfläche des Substrats (9s) mit flacher Plattenform ausgebildet ist.
Halbleiterlaservorrichtung (180, 190, 270, 310) nach Anspruch 17, wobei die reflektierenden Bereiche (9a) ein Etalon aufweisen, das auf der Oberfläche des Substrats (9s) mit flacher Plattenform ausgebildet ist.
Halbleiterlaservorrichtung (180, 190, 270, 310) nach Anspruch 17, wobei die reflektierenden Bereiche (9a) eine reflektionsreduzierende Schicht aufweisen, die auf der Oberfläche des Substrats (9s) mit der flachen Plattenform ausgebildet ist.
Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 16, die ferner umfasst: eine zweite Kollimatorlinse (8), die in einem Resonanzweg zwischen dem Wegrotator (7) und dem optischen Element (9) angeordnet und ausgebildet ist, jeden Strahl mit dem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung, der von dem Wegrotator (7) ausgegeben wird, in der dritten Richtung zu bündeln.
Halbleiterlaservorrichtung (180, 310) mit: einem Halbleiterlaserarray (3) mit mehreren aktiven Schichten (3a), wovon sich jede entlang einer ersten Richtung in einer vorbestimmten Ebene erstreckt und die entlang einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung und parallel in der vorbestimmten Ebene angeordnet sind; einer ersten Kollimatorlinse (5) zum Bündeln mehrerer von den entsprechenden aktiven Schichten (3a) ausgesandten Strahlen in einer dritten Richtung senkrecht zu der vorbestimmten Ebene; einem Wegrotator (7) zum Ausgeben jedes von der Kollimatorlinse (5) eintreffenden Strahles, der in der dritten Richtung gebündelt ist, mit einem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung so, dass ein transversaler Schnitt des Strahls um ungefähr 90 Grad gedreht ist; und einem optischen Element (9), das an einer Position angeordnet ist, in der zumindest ein Teil jedes Strahls mit dem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung, der von dem Wegrotator (7) ausgegeben wird, eintrifft und zumindest einen Teil eines externen Resonantors im Zusammenwirken mit den aktiven Schichten (3a) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (9) einen reflektierenden Bereich (9a) zum Reflektieren eines Teils jedes Strahls, der von dem Wegrotator (7) eintrifft, zum Zurückführen des reflektierten Teils zu der zugeordneten aktiven Schicht (3a) und einen durchlässigen Bereich (9b) zum Führen des Rests jedes eintreffenden Strahls nach außen auf einer Oberfläche des optischen Elements (9), die den Wegrotator (7) zugewandt ist, aufweist; und die Halbleiterlaservorrichtung (180, 310) weiter einen Wellenlängenselektor (10) umfasst, der in einem Resonanzweg zwischen dem Wegrotator (7) und den aktiven Schichten (3a) angeordnet und ausgebildet ist, selektiv Ausgangslicht einer spezifizierten Wellenlänge in dem Licht, das vor dem Wegrotator (7) eintrifft, in Richtung auf den Wegrotator (7) auszugeben.
Halbleiterlaservorrichtung (180, 310) mit: einem Halbleiterlaserstapel (4), in welchem mehrere Halbleiterlaserarrays (3), wovon jedes mehrerer aktiven Schichten (3a) aufweist, die sich entlang einer ersten Richtung in einer vorbestimmten Ebene erstrecken und die entlang einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung und parallel in der vorbestimmten Ebene angeordnet sind, in einer dritten Richtung senkrecht zu der vorbestimmten Ebene gestapelt sind; einer ersten Kollimatorlinse (5) zum Bündeln mehrerer Strahlen, die von den entsprechenden aktiven Schichten (3a) ausgesendet werden, in der dritten Richtung senkrecht zu der vorbestimmten Ebene; einem Wegrotator (7) zum Ausgeben jedes von der ersten Kollimatorlinse (5) ausgesandten und in der dritten Richtung gebündelten Strahls mit einem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung so, das ein transversaler Schnitt des Strahles um ungefähr 90 Grad gedreht ist; und einem optischen Element (9), das an einer Position angeordnet ist, an der zumindest ein Teil jedes Strahles mit dem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung, der von dem Wegrotator (7) ausgegeben wird, eintrifft und mindestens einen Teil eines externen Resonators im Zusammenwirken mit den aktiven Schichten (3a) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (9) einen reflektierenden Bereich (9a) zum Reflektieren eines Teils jedes von den Wegrotator (7) eintreffenden Strahles zum Zurückführen des reflektierten Teils zu der zugeordneten aktiven Schicht (3a) und einen durchlässigen Bereich (9b) zum Führen des Rest jedes eintreffenden Strahles nach außen auf einer Oberfläche des optischen Elements (9), die dem Wegrotator (7) zugewandt ist, aufweist; und die Halbleiterlaservorrichtung (180, 310) weiter einen Wellenlängenselektor (10) umfasst, der in einem Resonanzweg zwischen dem Wegrotator (7) und dem aktiven Schichten (3a) angeordnet und ausgebildet ist, selektiv Ausgangslicht einer spezifizierten Wellenlänge in von dem Wegrotator (7) eintreffenden Licht in Richtung des Wegrotators (7) auszugeben.
Halbleiterlaservorrichtung (180, 310) nach Anspruch 24 oder 25, die ferner umfasst: eine zweite Kollimatorlinse (8), die in einem Resonanzweg zwischen dem Wegrotator (7) und dem optischen Element (9) angeordnet und ausgebildet ist, jeden Strahl mit dem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung, der von dem Wegrotator (7) ausgegeben wird, in der dritten Richtung zu bündeln.
Halbleiterlaservorrichtung (180, 310) nach Anspruch 24 oder 25, wobei der Wellenlängenselektor (10) ein Beugungsgitterelement oder ein Etalonfilter oder ein dielektrisches Mehrschichtfilter aufweist.
Halbleiterlaservorrichtung (180, 310) nach Anspruch 24 oder 25, wobei der Wellenlängenselektor (10) ein durchlässiges Element aufweist, das separat zu dem reflektierenden Bereich (9a) des optischen Elements (9) vorgesehen ist.
Halbleiterlaservorrichtung (180, 310) nach Anspruch 24 oder 25, wobei der Wellenlängenselektor (10) ein reflektierendes Element aufweist, das auf dem reflektierende Bereich (9a) des optischen Elements (9) vorgesehen ist.
Halbleiterlaservorrichtung (180, 310) nach Anspruch 24 oder 25, wobei das optische Element (9) ein Substrat (9s) mit flacher Plattenform umfasst, das aus einem optisch transparenten Material hergestellt ist, wobei auf einer seiner Oberflächen der reflektierende Bereich (9a) und der durchlässige Bereich (9b) ausgebildet sind.
Halbleiterlaservorrichtung (180, 310) nach Anspruch 25, wobei der reflektierende Bereich (9a) und der durchlässige Bereich (9b) in dem optischen Element (9) aus mehreren reflektierenden Elementen und mehreren durchlässigen Elementen aufgebaut sind, die entlang der dritten Richtung abwechselnd angeordnet sind.
Halbleiterlaservorrichtung (180, 310) nach Anspruch 24 oder 25, wobei der reflektierende Bereich (9a) des optischen Elements (9) in Bezug auf eine Ebene senkrecht zu einer optischen Achse jedes von dem Wegrotator (7) ausgegebenen Strahls geneigt ist und wobei der reflektierende Bereich (9a) zumindest einen Teil des eintreffenden Lichts in die gleiche Richtung wie eine Eintrittsrichtung reflektiert.
Halbleiterlaservorrichtung (270) mit: einem Halbleiterlaserarray (3) mit mehreren aktiven Schichten (3a), wovon sich jede entlang einer ersten Richtung in einer vorbestimmten Ebene erstreckt und die entlang einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung und parallel in der vorbestimmten Ebene angeordnet sind; einer ersten Kollimatorlinse (5) zum Bündeln mehrerer von den entsprechenden aktiven Schichten (3a) ausgesandten Strahlen in einer dritten Richtung senkrecht zu der vorbestimmten Ebene; einem Wegrotator (7) zum Ausgeben jedes von der ersten Kollimatorlinse (5) eintreffenden und in der dritten Richtung gebündelten Strahles mit einem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung so, dass ein transversaler Schnitt des Strahls um ungefähr 90 Grad gedreht ist; und einem optischen Element (9), das an einer Position angeordnet ist, an der zumindest ein Teil jedes Strahles mit dem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung, der von dem Wegrotator (7) ausgegeben wird, eintrifft, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (9) einen reflektierenden Bereich (9a) zum Reflektieren mindestens eines Teils jedes von dem Wegrotator (7) eintreffenden Strahles zum Zurückführen des reflektierten Teils zu der zugeordneten aktiven Schicht und einen durchlässigen Bereich (9b) zum Führen des Rests jedes eintreffenden Strahles nach außen auf einer Oberfläche des optischen Elements (9), die dem Wegrotator (7) zugewandt ist, aufweist; und die Halbleiterlaservorrichtung (270) weiter einen Wellenlängenseleketor (10) umfasst, der so angeordnet ist, dass ein Teil jedes Strahls mit dem Divergenzwinkel in der dritten Richtung, der von dem Wegrotator (7) ausgegeben wird, aus einer vertikalen Richtung eintrifft und im Zusammenwirken mit dem optischen Element (9) einen externen Resonator bildet, wobei der Wellenlängenselektor (10) einen Teil eines Lichts mit einer spezifizierten Wellenlänge aus dem von der vertikalen Richtung eintreffenden Licht Bragg-reflektiert, um den reflektierten Teil zu der zugeordneten aktiven Schicht (3a) zurückzuführen und den Rest des Licht der spezifizierten Wellenlänge durchzulassen.
Halbleiterlaservorrichtung (270) mit: einem Halbleiterlaserarraystapel (4), in welchem mehrere Halbleiterlaserarrays (3), wovon jedes mehrere aktive Schichten (3a) aufweist, von denen sich jede entlang einer ersten Richtung in einer vorbestimmten Ebene erstreckt und die entlang einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung und parallel in der vorbestimmten Ebene angeordnet sind, in einer dritten Richtung senkrecht zu der vorbestimmten Ebene gestapelt sind; einer ersten Kollimatorlinse (5) zum Bündeln mehrerer von den entsprechenden aktiven Schichten (3a) ausgesandten Strahlen in der dritten Richtung senkrecht zu der vorbestimmten Ebene; einem Wegrotator (7) zum Ausgeben jedes von der ersten Kollimatorlinse (5) eintreffenden und in der dritten Richtung gebündelten Strahles mit einem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung so, dass ein transversaler Schnitt des Strahles um ungefähr 90 Grad gedreht ist; und einem optischen Element (9), das an einer Position angeordnet ist, an der zumindest ein Teil jedes Strahls mit dem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung, der von dem Wegrotator (7) ausgegeben wird, eintrifft, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (9) einen reflektierenden Bereich (9a) zum Reflektieren mindestens eines Teils jedes von dem Wegrotator (7) eintreffenden Strahles zum Zurückführen des reflektierten Strahls zu der zugeordneten aktiven Schicht (3a) und einen durchlässigen Bereich (9b) zum Führen des Rests jedes eintreffenden Strahles nach außen auf einer Oberfläche des optischen Elements (9), die dem Wegrotator (7) zugewandt ist, aufweist; und die Halbleiterlaservorrichtung (270) weiter einen Wellenlängenselektor (10) umfasst, der so angeordnet ist, dass ein Teil jedes Strahles mit dem Divergenzwinkel in der dritten Richtung, der von dem Wegrotator (7) ausgegeben wird, aus einer vertikalen Richtung eintrifft und der Wellenlängenselektor (10) einen externen Resonator im Zusammenwirken mit dem optischen Element (9) bildet, wobei der Wellenlängenselektor (10) einen Teil von Licht mit einer spezifizierten Wellenlänge aus dem Licht, das aus der vertikalen Richtung eintrifft, Bragg-reflektiert, um damit den reflektierten Teil zu der zugeordneten aktiven Schicht (3a) zurückzuführen, und ferner den Rest des Lichts mit der spezifizierten Wellenlänge durchlässt.
Halbleiterlaservorrichtung (310) mit: einem Halbleiterlaserarray (3) mit mehreren aktiven Schichten (3a), wovon sich jede entlang einer ersten Richtung in einer vorbestimmten Ebene erstreckt und die entlang einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung und parallel zu der vorbestimmten Ebene angeordnet sind; einer ersten Kollimatorlinse (5) zum Bündeln mehrerer Strahlen, die von den entsprechenden aktiven Schichten (3a) ausgesendet werden, in einer dritten Richtung senkrecht zu der vorbestimmten Ebene; einem Wegrotator (7) zum Ausgeben jedes von der Kollimatorlinse (5) eintreffenden und in der dritten Richtung gebündelten Strahles mit einem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung so, dass ein transversaler Schnitt des Strahles um ungefähr 90 Grad gedreht ist; und einem optischen Element (9), das an einer Position angeordnet ist, an der zumindest ein Teil jedes Strahls mit dem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung, der von dem Wegrotator (7) ausgegeben wird, eintrifft, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (9) einen reflektierenden Bereich (9a) zum Reflektieren mindestens eines Teils jedes von dem Wegrotator (7) eintreffenden Strahles zum Zuführen des reflektierten Teils zu der zugeordneten aktiven Schicht (3a) und einen durchlässigen Bereich (9b) zum Führen des Rests jedes eintreffenden Strahles nach außen auf einer Oberfläche des optischen Elements (9), die dem Wegrotator (7) zugewandet ist, aufweist; und die Halbleiterlaservorrichtung (310) weiter einen Wellenlängenselektor (10)umfasst, der ausgebildet ist, um durch Beugung einen Teil jedes Strahls mit dem Divergenzwinkel in der dritten Richtung, der von dem Wegrotator (7) ausgegeben wird, zurückzuführen, wobei der Wellenlängenselektor (10) einen externen Resonator im Zusammenwirken mit dem optischen Element (9) bildet, und wobei der Wellenlängenselektor (10) gebeugtes Licht einer spezifizierten Ordnung mit einer spezifizierten Wellenlänge in dem gebeugten Licht beugt und reflektiert, um damit das reflektierte Licht zu der zugeordneten aktiven Schicht (3a) zurückzuführen, und gebeugtes Licht mit Ausnahme des gebeugten Lichts der spezifizierten Ordnung mit der spezifizierten Wellenlänge nach außen führt.
Halbleiterlaservorrichtung (310) mit: einem Halbleiterlaserarraystapel (4), in welchem mehrere Halbleiterlaserarrays (3), von denen jedes mehrere aktive Schichten (3a) aufweist, die sich entlang einer ersten Richtung in einer vorbestimmten Ebene erstrecken und die entlang einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung und parallel in der vorbestimmten Ebene angeordnet sind, in einer dritten Richtung senkrecht zu der vorbestimmten Ebene gestapelt sind; einer ersten Kollimatorlinse (5) zum Bündeln mehrerer Strahlen, die von den entsprechenden aktiven Schichten (3a) ausgesendet werden, in der dritten Richtung senkrecht zu der vorbestimmten Ebene; einem Wegrotator (7) zum Ausgeben jedes von der ersten Kollimatorlinse (5) eintreffenden und in der dritten Richtung gebündelten Strahles mit einem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung so, dass ein transversaler Schnitt des Strahles um ungefähr 90 Grad gedreht ist; und einem optischen Element (9), das an einer Position angeordnet ist, an der zumindest ein Teil jedes Strahles mit dem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung, der von dem Wegrotator (7) ausgegeben wird, eintrifft, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (9) einen reflektierenden Bereich (9a) zum Reflektieren zumindest eines Teils jedes von dem Wegrotator (7) eintreffenden Strahles zum Zuführen des reflektierten Teils zu der zugeordneten aktiven Schicht (3a) und einen durchlässigen Bereich (9b) zum Führen des Rests jedes eintreffenden Strahles nach außen auf einer Oberfläche des optischen Elements (9), die dem Wegrotator (7) zugewandt ist, aufweist; und die Halbleiterlaservorrichtung (310) weiter einen Wellenlängenselektor (10) umfasst, der angeordnet ist, um durch Beugung einen Teil des Strahls mit dem Divergenzwinkel in der dritten Richtung, der von dem Wegrotator (7) ausgegeben wird, zu reflektieren, wobei der Wellenlängenselektor (10) einen externen Resonator im Zusammenwirken mit dem optischen Element (9) bildet, und wobei der Wellenlängenselektor (10) gebeugtes Licht mit einer spezifizierten Ordnung mit einer spezifizierten Wellenlänge in dem gebeugten Licht beugt und reflektiert, um damit das reflektierte Licht zu der zugeordneten aktiven Schicht (3a) zurückzuführen, und um gebeugtes Licht mit Ausnahme des gebeugten Lichts der spezifizierten Ordnung mit der spezifizierten Wellenlänge nach außen zu führen.
Halbleiterlaservorrichtung (270, 310) nach einem der Ansprüche 33 bis 36, die ferner umfasst: eine zweite Kollimatorlinse (8), die angeordnet ist, einen Resonanzweg zwischen dem optischen Element (9) und dem Wegrotator (7) und einen Resonanzweg zwischen den Wellenlängenselektor (10) und dem Wegrotator (7) zu schneiden, und die ausgebildet ist, jeden Strahl mit dem vorbestimmten Divergenzwinkel in der dritten Richtung, der von dem Wegrotator (7) ausgegeben wird, in der dritten Richtung zu bündeln.
Halbleiterlaservorrichtung (270, 310) nach einem der Ansprüche 33 bis 36, wobei das optische Element (9) ein Substrat (9s) mit flacher Plattenform, das aus einem optisch transparenten Material hergestellt ist, aufweist, auf dessen Oberfläche der reflektierende Bereich und der durchlässige Bereich ausgebildet sind.
Halbleiterlaservorrichtung (270, 310) nach Anspruch 34 oder 36, wobei der reflektierende Bereich (9a) und der durchlässige Bereich (9b) in dem optischen Element (9) aus mehreren reflektierenden Elementen und mehreren durchlässigen Elementen, die entlang der dritten Richtung abwechselnd angeordnet sind, aufgebaut sind.
Halbleiterlaservorrichtung (270, 310) nach einem der Ansprüche 33 bis 36, wobei der reflektierende Bereich (9a) in dem optischen Element (9) in Bezug auf eine Ebene senkrecht zu einer optischen Achse jedes Strahls mit dem Divergenzwinkel in der dritten Richtung, der von dem Wegrotator (7) ausgegeben wird, geneigt ist und mindestens ein Teil jedes an dem reflektierenden Bereich (9a) eintreffenden Strahls senkrecht auf den reflektierenden Bereich (9a) einfällt.
Halbleiterlaservorrichtung (270, 310) nach Anspruch 33 oder 35, wobei der Wellenlängenselektor (10) an einer Position angeordnet ist, die mit dem durchlässigen Bereich (9b) in dem optischen Element (9) zusammenfällt.