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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleiterlaservorrichtung mit
mehreren Laserlichtquellen.
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Hintergrund
der Erfindung
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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).
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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.
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Überblick über die
Erfindung
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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.
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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 Haibleiterlaservorrichtung
bereitzustellen, die einen Aufbau aufweist, der in der Lage ist,
Laserlicht mit einem kleinen Divergenzwinkel auszusenden und die spektrale
Breite des Laserlichts zu verringern.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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%).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 au ßen,
abwechselnd entlang der dritten Richtung auf einer Oberfläche des
optischen Elements, die dem Wegrotator zugewandt ist, angeordnet.
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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 zweiten Richtung (der
Arrayrichtung der aktiven Schichten) 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 Beugungs ordnung 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 Wellenlängense lektor als
den durchlässigen
Bereich auf dem Substrat vorzusehen. Diese Konfiguration reduziert
die Anzahl der Komponenten der Halbleiterlaservorrichtung und vereinfacht
die Montage.
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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.
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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.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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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.
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2a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration
der ersten Ausführungsform
der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
und 2b ist eine Seitenansicht davon.
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3 ist
eine perspektivische Ansicht, die ein Halbleiterlaserarray und einem
Strahl, der von dem Halbleiterlaserarray ausgesandt wird, zeigt.
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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.
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5 ist
eine Lichtintensitätsverteilung
in der horizontalen Richtung (y-Achsenrichtung) eines Ausgangslichts
von einem Halbleiterlaserarray, das in der Halbleiterlaservorrichtung
der ersten Ausführungsform
verwendet ist.
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6 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration einer ersten
Kollimatorlinse zeigt, die in der Halbleiterlaservorrichtung der
ersten Ausführungsform
verwendet ist.
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7 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines Wegrotators
zeigt, der in der Halbleiterlaservorrichtung der ersten Ausführungsform
verwendet ist.
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8 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines optischen
Elements zeigt, das in der Halbleiterlaservorrichtung der ersten
Ausführungsform
verwendet ist.
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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.
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10 ist eine Lichtintensitätsverteilung in horizontaler
Richtung (y-Achsenrichtung) eines Strahls, der von der Halbleiterlaservorrichtung
der ersten Ausführungsform
ausgesendet wird.
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11a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration
der zweiten Ausführungsform
der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
und 11b ist eine Seitenansicht davon.
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12 ist eine Lichtintensitätsverteilung in horizontaler
Richtung (y-Achsenrichtung) von Ausgangslicht eines Halbleiterlaserarrays,
das in der Halbleiterlaservorrichtung der zweiten Ausführungsform
verwendet ist.
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13a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration
der dritten Ausführungsform
der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
und 13b ist eine Seitenansicht
davon.
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14 ist eine perspektivische Ansicht, die eine
Konfiguration einer zweiten Kollimatorlinse zeigt.
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15 ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration
der vierten Ausführungsform
der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
und 15b ist eine Seitenansicht
davon.
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16a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration
der fünften
Ausführungsform
der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
und 16b ist eine Seitenansicht
davon.
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17 ist eine perspektivische Ansicht, die einen
Aufbau eines Halbleiterlaserarraystapels zeigt.
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18a bis 18c sind
Seitenansichten, die Modifizierungen der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vierten
Ausführungsform
zeigen.
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19a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration
der sechsten Ausführungsform
der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
und 19b ist eine Seitenansicht
davon.
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20 ist eine Lichtintensitätsverteilung in horizontaler
Richtung (y-Achsenrichtung) von Ausgangslicht eines Halbleiterlaserarrays,
das in der Halbleiterlaservorrichtung der sechsten Ausführungsform
verwendet ist.
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21 ist eine perspektivische Ansicht, die eine
Konfiguration eines reflektierenden Spiegels zeigt, der in der Halbleiterlaservorrichtung
der sechsten Ausführungsform
verwendet ist.
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22 ist ein Graph einer Lichtintensitätsverteilung
in vertikaler Richtung (z-Achsenrichtung) von
Ausgangslicht der Halbleiterlaservorrichtung der sechsten Ausführungsform.
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23a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration
der siebten Ausführungsform
der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
und 23b ist eine Seitenansicht
davon.
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24a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration
der achten Ausführungsform
der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
und 24b ist eine Seitenansicht
davon.
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25 ist eine Seitenansicht, die eine Modifizierung
der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der achten Ausführungsform
zeigt.
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26 ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration
der neunten Ausführungsform
der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
und 26b ist eine Seitenansicht
davon.
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27 ist eine Lichtintensitätsverteilung in horizontaler
Richtung (y-Achsenrichtung) von Ausgangslicht eines Halbleiterlaserarrays,
das in der Halbleiterlaservorrichtung der neunten Ausführungsform
verwendet ist.
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28 ist eine perspektivische Ansicht, die eine
Konfiguration eines optischen Elements zeigt, das in der Halbleiterlaservorrichtung
der neunten Ausführungsform
verwendet ist.
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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.
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30 ist eine Lichtintensitätsverteilung in vertikaler
Richtung (z-Achsenrichtung) von ausgangslicht der Halbleiterlaservorrichtung
der neunten Ausführungsform.
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31 ist eine Seitenansicht, die eine Konfiguration
der zehnten Ausführungsform
der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt.
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32a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration
der elften Ausführungsform
der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt, und 32b ist eine Seitenansicht
davon.
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33 ist eine Lichtintensitätsverteilung in horizontaler
Richtung (y-Achsenrichtung) von Ausgangslicht eines Halbleiterlaserarrays,
das in der Halbleiterlaservorrichtung der elften Ausführungsform
verwendet ist.
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34 ist ein Spektrum von Ausgangslicht eines Halbleiterlaserarrays,
das in der Halbleiterlaservorrichtung der elften Ausführungsform
verwendet ist.
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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.
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36 ist eine Lichtintensitätsverteilung in vertikaler
Richtung (z-Achsenrichtung) eines Ausgangslichts der Halbleiterlaservorrichtung
der elften Ausführungsform.
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37 ist ein Spektrum von Ausgangslicht der Halbleiterlaservorrichtung 1 gemäß der elften Ausführungsform.
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38a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration
der zwölften
Ausführungsform
der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
und 38b ist eine Seitenansicht
davon.
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39a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration
der dreizehnten Ausführungsform
der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt, und 39b ist eine Seitenansicht
davon.
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40a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration
der vierzehnten Ausführungsform
der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform
zeigt, und 40b ist eine Seitenansicht davon.
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41a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration
der fünfzehnten
Ausführungsform
der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt, und 41 b ist eine Seitenansicht
davon.
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42 ist eine perspektivische Ansicht, die eine
Konfiguration eines Wellenlängenselektors zeigt,
der in der Halbleiterlaservorrichtung der fünfzehnten Ausführungsform
verwendet ist.
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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.
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44 ist ein Spektrum von Licht, das in einer aktiven
Schicht eines Halbleiterlaserarrays erzeugt wird, das in der Halbleiterlaservorrichtung
der fünfzehnten
Ausführungsform
verwendet ist.
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45 ist ein Spektrum von Licht, das von einem Wellenlängenselektor
ausgesendet wird, der in der Halbleiterlaservorrichtung der fünfzehnten Ausführungsform
verwendet ist.
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46a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration
der sechszehnten Ausführungsform
der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt und 46b ist eine Seitenansicht
davon.
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47a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration
der siebzehnten Ausführungsform
der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt, und 47b ist eine Seitenansicht
davon.
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48a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration
der achtzehnten Ausführungsform
der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt und 48b ist eine Seitenansicht
davon.
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49 ist eine perspektivische Ansicht, die eine
Konfiguration eines optischen Elements zeigt, das in der Halbleiterlaservorrichtung
der achtzehnten Ausführungsform
verwendet ist.
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50a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration
der neunzehnten Ausführungsform
der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt, und 50b ist eine Seitenansicht
davon.
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51a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration
der zwanzigsten Ausführungsform
der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt, und 51b ist eine Seitenansicht
davon.
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52a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration
der einundzwanzigsten Ausführungsform
der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt, und 52b ist eine Seitenansicht davon.
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53a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration
der zweiundzwanzigsten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Halbleiterlaservorrichtung
zeigt, und 53b ist eine Seitenansicht
davon.
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54a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration
der dreiundzwanzigsten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Halbleiterlaservorrichtung
zeigt, und 54b ist eine Seitenansicht
davon.
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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.
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56a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration
der vierundzwanzigsten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Halbleiterlaservorrichtung
zeigt, und 56b ist eine Seitenansicht
davon.
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Beste Art zum Ausführen der
Erfindung
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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.
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(Erste Ausführungsform)
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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.
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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 ausgerich tet
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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Weitere
Beispiele des Wegrotators sind in dem zuvor genannten Dokument 1
beschrieben.
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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.
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Nachfolgend
wird die Funktionsweise der Halbleiterlaservorrichtung 100 unter
Anwendung der 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.
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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.
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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.
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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.
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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 ausge sandte
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.
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(Zweite Ausführungsform)
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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 yz-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.
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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.
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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.
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(Dritte Ausführungsform)
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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).
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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.
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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 Kollimatorlin se 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.
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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.
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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.
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(Vierte Ausführungsform)
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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).
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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.
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(Fünfte Ausführungsform)
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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).
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Die
Halbleiterlaservorrichtung 140 der fünften Ausführungsform besitzt einen Halbleiterlaserarraystapel 4,
erste Kollimatorlinsen 5, Wegrotatoren 7 und einen
reflektierenden Spiegel 9 als ein optisches Element.
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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.
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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.
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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 Kollimatorlinsen 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 Kollimatorlinse 5.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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(Sechste Ausführungsform)
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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.
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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 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
Ab ständen
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.
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Ein
Strahl L1 aus Laserlicht, der von einem einzelnen aktiven Schichtgebiet 3a ausgesandt
wird, besitzt einen Divergenzwinkel von ungefähr 80 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 reflek tierende
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.
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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.
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Nachfolgend
wird die Funktionsweise der Halbleiterlaservorrichtung mit Bezug
zu den 19a und 19b und
den 9a bis 9c,
die in der ersten Ausführungsform
verwendet sind, beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 Halbleiterla servorrichtung 150 bei ungefähr 1 Grad,
was kleiner ist als der Divergenzwinkel von 8 Grad des von der aktiven
Schicht 3a ausgesandten Strahls.
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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.
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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.
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(Siebente Ausführungsform)
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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).
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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.
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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 Linsen oberfläche 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.
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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.
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(Achte Ausführungsform)
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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(Neunte Ausführungsform)
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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.
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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.
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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 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Andere
Beispiele des Wegrotators sind in dem zuvor genannten Dokument 1
beschrieben.
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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.
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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 z- Achsenrichtung. D.
h., das optische Element 9 besitzt mehrere reflektierende
Bereiche 9a in einem streifenförmigen Muster.
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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.
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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.
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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.
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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
(WR/WT) der Breite
WR in der z-Achsenrichtung des reflektierenden
Bereichs 9a zu der Breite WT in
der z-Achsenrichtung des durchlässigen
Bereichs 9b beträgt
1 bis 7, und die Laminatperiode WL, die
die Summe (WR + WT)
der Breite WR und der Breite WT ist,
beträgt
ungefähr
1,5 mm bis 2,0 mm. Unter der Annahme, dass die Laminatperiode in
der z-Achsenrichtung
der Halbleiterlaserarrays 3 WL ist,
ist die Summe (WR + WT)
der Breite WR und der Breite WT =
WL/cosα.
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Nachfolgend
wird die Funktionsweise der Halbleiterlaservorrichtung 180 der
neunten Ausführungsform
mit Bezug zu den 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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(Zehnte Ausführungsform)
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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.
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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 Wegro tatoren 7 und dem reflektierenden
Spiegel größer zu gestalten und
damit eine höheres
Gestaltungsfreiheit für
die Halbleiterlaservorrichtung 190 zu erreichen.
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(Elfte Ausführungsform)
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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.
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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 Halbleiterlaserarrays 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.
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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.
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Wie
in dieser 34 erkennbar ist, besitzt der
von der aktiven Schicht 3a ausgesandte Strahl L1 eine breite
spektrale Verteilung.
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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.
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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.
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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.
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Andere
Beispiele des Wegrotators sind in dem zuvor genannten Dokument 1
beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Nachfolgend
wird die Funktion der Halbleiterlaservorrichtung 200 der
elften Ausführungsform unter
Anwendung der 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 trans versale
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 ausgege ben
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 Er zeugung 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.
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36 zeigt eine Lichtintensitätsverteilung in der z-Achsenrichtung
des von der Halbleiterlaservorrichtung 200 der elften Ausführungsform
ausgesandten Strahls. 33 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.
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(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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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(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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Weitere
Beispiele des Wegrotators sind in der zuvor genannten Schrift 1 beschrieben.
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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.
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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.
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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 transver salen 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.
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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 gebün delte 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.
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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.
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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.
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(Sechszehnte Ausführungsform)
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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(Siebzehnte Ausführungsform)
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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(Achtzehnte Ausführungsform)
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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.
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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 Halbleiterlaservorrich tung 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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(Zwanzigste Ausführungsform)
-
51a ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration
der zwanzigsten Ausführungsform
der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt, und 51 b 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.
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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.
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(Einundzwanzigste Ausführungsform)
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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 Halbfeiterlaservorrichtung 260 der
siebzehnten Ausführungsform
(47a und 47b) dahingehend,
dass die Wellenlängenselektoren 10 Raman-Naht-Beugungsgitterelemente
des Reflektionstyps sind. Die Konfiguration der Halbleiterlaservorrichtung 300 ist
mit Ausnahme dieses Unterschiedes gleich der Konfiguration der Halbleiterlaservorrichtung 260 der
zuvor genannten siebzehnten Ausführungsform
und damit wird eine Beschreibung davon weggelassen.
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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.
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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.
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(Zweiundzwanzigste Ausführungsform)
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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.
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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 310 der
zuvor genannten einundzwanzigsten Ausführungsform.
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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.
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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 149 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.
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(Dreiundzwanzigste Ausführungsform)
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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).
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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.
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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.
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(Vierundzwanzigste Ausführungsform)
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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.
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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 vertika len 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.
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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.
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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.
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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 Konfigura tion 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.
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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.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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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.
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Figurenbeschreibung
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5, 10, 12, 20, 22, 27, 30, 33, 36
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- x-Achse: Winkel
- y-Achse: Lichtintensität
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34, 37, 44, 45, 55
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- x-Achse: Wellenlänge
- y-Achse: Lichtintensität
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Zusammenfassung
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Diese
Erfindung betrifft eine Halbleiterlaservorrichtung mit einem Aufbau
zur Reduzierung des Divergenzwinkels des Ausgangslichts und zur
Verringerung der spektralen Breite. Die Halbleiterlaservorrichtung
besitzt mindestens ein Halbleiterlaserarray, eine Kollimatorlinse,
einen Wegrotator und ein optisches Element mit einer reflektierenden
Funktion. Die Kollimatorlinse bündelt
mehrere Laserstrahlen von dem Halbleiterlaserarray in einer vorbestimmten Richtung.
Der Wegrotator gibt jeden Strahl, der in der vorbestimmten Richtung
kollimiert ist, mit einem vorbestimmten Divergenzwinkel in der vorbestimmten Richtung
so aus, dass ein transversaler Schnitt des Strahls um ungefähr 90 Grad
gedreht ist. Das optische Element ist an einer Position angeordnet,
an der zumindest ein Teil jedes Strahles von dem Wegrotator eintrifft,
und bildet zumindest einen Teil eines externen Resonators. Das optische
Element reflektiert einen Teil jedes Strahls von dem Wegrotator,
um damit den reflektierten Teil jedes Strahls zu der aktiven Schicht
in dem Halbleiterlaserarray zurückzuführen.