DE112017000722T5

DE112017000722T5 - Strahlformungs-einrichtung und laser-oszillator

Info

Publication number: DE112017000722T5
Application number: DE112017000722.4T
Authority: DE
Inventors: Nobutaka Kobayashi; Chisako Oda; Daiji Morita; Junichi Nishimae
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-02-09
Filing date: 2017-01-13
Publication date: 2018-10-31
Also published as: JPWO2017138298A1; US20190265495A1; US10571708B2; WO2017138298A1; JP6432921B2; CN108604016A

Abstract

Eine Strahlformungs-Einrichtung (5) weist einen SAC (6) und einen FAC (7) auf. Der SAC (6) ist zwischen einer LD-Leiste und dem FAC (7) angeordnet. In dem SAC (6) sind eine erste Einfallsoberfläche (61) und eine erste Austrittsoberfläche (62) ausgebildet. Die erste Einfallsoberfläche (61) weist eine Mehrzahl von Linsenoberflächen auf der Einfallsseite auf, die in einer Richtung x der langsamen Achse ausgerichtet sind. Die Linsenoberflächen auf der Einfallsseite weisen in einem Schnitt orthogonal zu einer Richtung y der schnellen Achse jeweils eine Form auf, die zu der Außenseite des SAC (6) hin konvex gestaltet ist, und weisen in einem Schnitt orthogonal zu der Richtung x der langsamen Achse jeweils eine Form auf, die zu der Innenseite des SAC (6) hin konkav gestaltet ist. Die Form der ersten Einfallsoberfläche (61) und die Form der ersten Austrittsoberfläche (62) sind in einem Schnitt orthogonal zu der Richtung x der langsamen Achse konzentrische Bögen mit einem Punkt auf einer Emissionsendoberfläche einer lichtemittierenden Schicht als dem Mittelpunkt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Strahlformungs-Einrichtung sowie auf einen Laser-Oszillator, der so konfiguriert ist, dass er Laserlicht von einer Lichtemissions-Einrichtung kollimiert.
STAND DER TECHNIK
Von Lasern, die zum Beispiel zum Schneiden von Elementen und zum Zusammenschweißen von Elementen verwendet werden, weisen YAG-Laser, YVO₄-Laser, Faserlaser sowie andere ähnliche Laser einen Halbleiterlaser (eine Laserdiode: LD) als eine Anregungslichtquelle auf. Zum Beispiel wird das Anregungslicht eines Halbleiterlasers, dessen Wellenlänge in einem 800-nm-Band oder in einem 900-nm-Band liegt, direkt oder über einen Lichleiter auf ein Lasermedium eingestrahlt, um in ein oszillierendes Licht umgewandelt zu werden, dessen Wellenlänge in einem 1000-nm-Band liegt. In den letzten Jahren gab es auch Fälle, in denen das Laserlicht eines Halbleiterlasers verwendet wurde, dessen Wellenlänge in einem 900-nm-Band oder einem 1000-nm-Band lag, um ein Element direkt zu bearbeiten.
Außerdem ist Laserlicht mit einer hohen Energie erforderlich, um ein Element zu bearbeiten, und demzufolge ist eine Leistungserhöhung von Halbleiterlasern gefordert, die ein Anregungslicht erzeugen. Eine LD-Leiste, in der eine Mehrzahl von lichtemittierenden Schichten (aktive Schichtstreifen) von Halbleiterelementen in einer eindimensionalen Richtung ausgerichtet sind, wird auf diese Weise verwendet, um die Leistung eines Halbleiterlasers zu erhöhen.
Zum Beispiel werden zehn bis fünfzig Strahlen eines Laserlichts parallel von einer Endoberfläche jeder lichtemittierenden Schicht in einer LD-Leiste emittiert, die eine Breite von ungefähr 10 mm aufweist und lichtemittierende Schichten aufweist, von denen jede eine Breite von 50 µm bis 200 µm aufweist und die Seite an Seite mit gleichen Abständen angeordnet sind. Von einer derartigen LD-Leiste wird eine Leistung von mehreren zehn Watt erzielt, und in letzter Zeit stehen sogar LD-Leisten mit einer Leistung von mehreren hundert Watt zur Verfügung.
Wenn Laserlicht, das von der vorstehend beschriebenen LD-Leiste emittiert wird, verwendet wird, indem zum Beispiel bewirkt wird, dass das Laserlicht in einen Lichtleiter eintritt oder das Laserlicht direkt auf ein zu bearbeitendes Objekt eingestrahlt wird, ist es üblich, das Laserlicht einmal zu parallelisieren, das heißt, zu kollimieren.
Die Dicke einer lichtemittierenden Schicht eines Halbleiterelements ist ungefähr gleich 1 µm, während die Breite der lichtemittierenden Schicht in einem Bereich von 50 µm bis 200 µm liegt, was zu einem signifikanten Unterschied des Divergenzwinkels des Laserlichts zwischen der Breitenrichtung der lichtemittierenden Schicht und der Dickenrichtung der lichtemittierenden Schicht führt, wobei der Divergenzwinkel in der Breitenrichtung in einem Bereich von 7° bis 11° liegt und der Divergenzwinkel in der Dickenrichtung in einem Bereich von 45° bis 60° liegt.
Die Dickenrichtung, in welcher der Divergenzwinkel des Laserlichts groß ist, wird als eine Richtung der schnellen Achse bezeichnet, und die Breitenrichtung, in welcher Divergenzwinkel des Laserlichts klein ist, wird als eine Richtung der langsamen Achse bezeichnet.
Bislang hat man eine Strahlformungs-Einrichtung vorgeschlagen, bei der zylindrische Linsen getrennt für die Richtung der schnellen Achse und für die Richtung der langsamen Achse angeordnet sind, um eine Mehrzahl von Strahlen eines Laserlichts zu kollimieren, die von einem Halbleiterlaser emittiert werden, und eine Mehrzahl von zylindrischen Linsen, die den jeweiligen Strahlen des Laserlichts entsprechen, ist derart angeordnet, dass sie eine Anordnung von zylindrischen Linsen für die Richtung der langsamen Achse bildet (siehe zum Beispiel die Patentliteratur 1).
Bei diesem Typ einer Strahlformungs-Einrichtung des Stands der Technik können Strahlen eines Laserlichts, die von einer Mehrzahl von lichtemittierenden Schichten emittiert werden, einzeln in der Richtung der langsamen Achse kollimiert werden, und Laserlicht in der Richtung der schnellen Achse und Laserlicht in der Richtung der langsamen Achse können außerdem getrennt kollimiert werden. Eine Kollimatorlinse in der Richtung der schnellen Achse wird als ein Kollimator der schnellen Achse (FAC, Fast Axis Collimator) bezeichnet, und eine Kollimatorlinse in der Richtung der langsamen Achse wird als ein Kollimator der langsamen Achse (SAC, Slow Axis Collimator) bezeichnet.
Bislang hat man auch eine weitere Strahlformungs-Einrichtung vorgeschlagen, bei der zur Kollimierung von Laserlicht, das von einer LD-Leiste emittiert wird, Strahlen eines Laserlichts, die durch einen FAC hindurch ausgesendet werden, durch ein Lichtpfad-Umwandlungselement jeweils um 90° um eine optische Achse herum gedreht werden, damit ein Wechsel zwischen der Richtung der schnellen Achse und der Richtung der langsamen Achse erfolgt, und diese dann in einen SAC eintreten (siehe zum Beispiel die Patentliteratur 2).
Bei diesem Typ einer Strahlformungs-Einrichtung des Stands der Technik können Unterschiede bei der Qualität des Laserlichts zwischen der Richtung der schnellen Achse und der Richtung der langsamen Achse, und zwar Unterschiede bei der Breite des Laserlichts und bei dem Divergenzwinkel, klein gehalten werden, wenn das Laserlicht auf ein Lasermedium eingestrahlt wird oder wenn das Laserlicht in eine optische Faser eintritt.
LITERATURLISTE
Patentliteratur

PTL 1: US 5 861 992 A
PTL 2: JP 07-98 402 A

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Technisches Problem
Der Divergenzwinkel eines Laserlichts, das von einem Halbleiterlaser emittiert wird, ist in der Richtung der schnellen Achse größer als in der Richtung der langsamen Achse. Bei den in der Patentliteratur 1 und der Patentliteratur 2 beschriebenen Strahlformungs-Einrichtungen ist der FAC daher näher bei einer LD-Leiste positioniert als es der SAC ist.
Mit dem Fortschritt bei der Leistungserhöhung von LD-Leisten in den letzten Jahren stehen auch LD-Leisten mit einer Leistung von mehreren hundert Watt zur Verfügung. Bei einer LD-Leiste mit diesem Niveau einer hohen Leistung ist die Anzahl von lichtemittierenden Schichten groß, und der Abstand zwischen den lichtemittierenden Schichten ist so viel geringer. Der Abstand zwischen lichtemittierenden Schichten, die zum Beispiel jeweils eine Breite von 100 µm aufweisen, beträgt 200 µm, und eine Anzahl von lichtemittierenden Schichten nahe fünfzig ist in einer 10 mm breiten LD-Leiste Seite an Seite angeordnet. Dies bewirkt, dass das Verhältnis der Breite einer lichtemittierenden Schicht zu dem Abstand zwischen lichtemittierenden Schichten, und zwar ein Füllfaktor, in einer LD-Leiste mit einer hohen Leistung groß ist.
In einer LD-Leiste, in der lichtemittierende Schichten in der Richtung der langsamen Achse ausgerichtet sind, verursacht ein geringer Abstand zwischen den lichtemittierenden Schichten, dass Strahlen eines Laserlichts von benachbarten lichtemittierenden Schichten beginnen, in einer relativ geringen Entfernung von einer Endoberfläche der LD-Leiste miteinander zu überlappen. Demzufolge ist es erforderlich, dass ein SAC eine kurze Brennweite aufweist, und es ist erforderlich, dass er aus einer Anordnung von kleinen zylindrischen Linsen besteht, um die Strahlen des Laserlichts zu kollimieren, bevor eine Überlappung zwischen den Strahlen des Laserlichts erfolgt. In diesem Fall ist eine Brennweite eines FAC, der zwischen der LD-Leiste und dem SAC angeordnet ist, noch kürzer, und der Krümmungsradius einer Linsenoberfläche des FAC ist in einigen Fällen ungefähr 0,1 mm klein.
Dies bewirkt, dass es sich bei dem FAC um eine sehr dünne und langgestreckte zylindrische Linse handelt, da es erforderlich ist, dass ein FAC eine Länge aufweist, die gleich der Breite einer LD-Leiste oder größer als diese ist. Die Handhabung einer derartigen Linse ist schwierig und erfordert äußerste Sorgfalt. Darüber hinaus bedeutet der kleine Krümmungsradius der Linsenoberfläche des FAC, dass viel Arbeit notwendig ist, um den FAC zu formen und zu polieren, so dass die Herstellung des FAC schwierig wird. Wenn eine Leistungserhöhung und die Verringerung des Abstands zwischen lichtemittierenden Schichten in einer LD-Leiste in der Zukunft weiter vorangetrieben werden, ist zu erwarten, dass die Schwierigkeiten bei der Handhabung und bei der Herstellung eines SAC und eines FAC weiter zunehmen.
Wenn ein SAC und ein FAC so ausgelegt sind, dass ihre Abmessungen groß sind, um zu bewirken, dass der SAC und der FAC problemlos zu handhaben und herzustellen sind, wird der Abstand von einer LD-Leiste zu dem SAC vergrößert, und das Laserlicht tritt nicht nur in eine Zylinderoberfläche einer Anordnung von zylindrischen Linsen, die als SAC dient, der einer lichtemittierenden Schicht gegenüberliegt, sondern auch in eine benachbarte Zylinderoberfläche ein. Ein Teil des Laserlichts, das in die benachbarte Zylinderoberfläche eintritt, tritt in einer nicht beabsichtigten Richtung aus und verringert demzufolge die Nutzungseffizienz des Laserlichts, das durch den SAC hindurch ausgesendet wird.
Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um die vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen, und die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Strahlformungs-Einrichtung und einen Laser-Oszillator anzugeben, mit denen die Handhabung und die Herstellung erleichtert werden und eine Abnahme der Nutzungseffizienz des Laserlichts verhindert werden kann.
Mittel zum Lösen des Problems
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Strahlformungs-Einrichtung angegeben, die so konfiguriert ist, dass sie eine Mehrzahl von Strahlen eines Laserlichts kollimiert, die jeweils von einer von Emissionsendoberflächen einer Mehrzahl von in einer ersten Richtung ausgerichteten lichtemittierenden Bereichen in einer Lichtemissions-Einrichtung zu der Richtung einer optischen Achse hin emittiert werden, die orthogonal zu der ersten Richtung ist, wobei die Strahlformungs-Einrichtung Folgendes aufweist:

eine erste Kollimatorlinse, die so konfiguriert ist, dass sie mindestens einen von der Mehrzahl von Strahlen des Laserlichts kollimiert, der in der ersten Richtung divergiert; sowie
eine zweite Kollimatorlinse, die so konfiguriert ist, dass sie mindestens einen von der Mehrzahl von Strahlen des Laserlichts kollimiert, der in einer zweiten Richtung divergiert, bei der es sich um eine Richtung orthogonal sowohl zu der Richtung der optischen Achse als auch zu der ersten Richtung handelt, wobei die erste Kollimatorlinse zwischen der Lichtemissions-Einrichtung und der zweiten Kollimatorlinse angeordnet ist, wobei in der ersten Kollimatorlinse eine erste Einfallsoberfläche ausgebildet ist, in welche die Mehrzahl von Strahlen des Laserlichts eintritt, und eine erste Austrittsoberfläche ausgebildet ist, aus der die Mehrzahl von Strahlen des Laserlichts austritt, wobei die erste Einfallsoberfläche eine Mehrzahl von Linsenoberflächen auf der Einfallsseite aufweist, die in der ersten Richtung ausgerichtet sind, wobei die Mehrzahl von Linsenoberflächen auf der Einfallsseite in einem Schnitt orthogonal zu der zweiten Richtung jeweils eine Form aufweist, die zu einer Außenseite der ersten Kollimatorlinse hin konvex gestaltet ist, und in einem Schnitt orthogonal zu der ersten Richtung eine Form aufweist, die zu einer Innenseite der ersten Kollimatorlinse hin konkav gestaltet ist, und wobei die Form der ersten Einfallsoberfläche und die Form der ersten Austrittsoberfläche in einem Schnitt orthogonal zu der ersten Richtung konzentrische Bögen aufweisen, die einen Punkt auf der Emissionsendoberfläche von einem der Mehrzahl von lichtemittierenden Bereichen als einen Mittelpunkt aufweisen.

Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Bei der Strahlformungs-Einrichtung und dem Laser-Oszillator gemäß der vorliegenden Erfindung können die erste Kollimatorlinse und die zweite Kollimatorlinse mit Leichtigkeit gehandhabt und hergestellt werden. Die Strahlformungs-Einrichtung und der Laser-Oszillator sind außerdem in der Lage, eine unnötige Aberration zu verhindern, wenn der Abstand zwischen lichtemittierenden Bereichen gering ist, und sie können somit eine Abnahme der Nutzungseffizienz des Laserlichts verhindern.
Figurenliste
In den Figuren sind:

1 eine perspektivische Ansicht, um eine Strahlformungs-Einrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sowie eine LD-Leiste bei der ersten Ausführungsform darzustellen;
2 eine Schnittansicht, um die LD-Leiste und die Strahlformungs-Einrichtung in einer x-z-Ebene darzustellen, die orthogonal zu einer Richtung y der schnellen Achse gemäß 1 ist;
3 eine Schnittansicht, um die LD-Leiste und die Strahlformungs-Einrichtung in einer y-z-Ebene darzustellen, die orthogonal zu einer Richtung x der langsamen Achse gemäß 1 ist;
4 eine perspektivische Ansicht, um einen Bereich darzustellen, in dem eine Gießformoberfläche zum Bilden einer ersten Einfallsoberfläche aus einer SAC-Gießform ausgebildet ist, die für das Pressformen eines SAC gemäß 1 verwendet wird;
5 eine Schnittansicht, um eine Strahlformungs-Einrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sowie eine LD-Leiste bei der zweiten Ausführungsform darzustellen;
6 eine perspektivische Ansicht, um einen SAC gemäß 5 darzustellen;
7 eine Schnittansicht, um darzustellen, wie eine Strahlformungs-Einrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sowie eine LD-Leiste bei der dritten Ausführungsform bei einem Schnitt entlang der x-z-Ebene aussehen, die orthogonal zu der Richtung y der schnellen Achse der lichtemittierenden Schichten ist;
8 eine Schnittansicht, um darzustellen, wie die Strahlformungs-Einrichtung und die LD-Leiste gemäß 7 bei einem Schnitt entlang der y-z-Ebene aussehen, die orthogonal zu der Richtung x der langsamen Achse der lichtemittierenden Schichten ist;
9 eine Schnittansicht, um darzustellen, wie eine Strahlformungs-Einrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sowie eine LD-Leiste bei der vierten Ausführungsform bei einem Schnitt entlang der x-z-Ebene aussehen, die orthogonal zu der Richtung y der schnellen Achse der lichtemittierenden Schichten ist;
10 eine Schnittansicht, um darzustellen, wie die Strahlformungs-Einrichtung und die LD-Leiste gemäß 9 bei einem Schnitt entlang der y-z-Ebene aussehen, die orthogonal zu der Richtung x der langsamen Achse der lichtemittierenden Schichten ist;
11 eine vergrößerte Schnittansicht, um eine von lichtemittierenden Schichten gemäß 2 und einen Bereich eines SAC darzustellen, welcher der einen der lichtemittierenden Schichten in einer Richtung z einer optischen Achse gegenüberliegt;
12 eine vergrößerte Schnittansicht, um eine der lichtemittierenden Schichten gemäß 9 und einen Bereich eines SAC darzustellen, welcher der einen der lichtemittierenden Schichten in der Richtung z der optischen Achse gegenüberliegt;
13 eine graphische Darstellung, in der die Relation zwischen einem verbleibenden Divergenzwinkel ζ und einem Füllfaktor F in der Richtung x der langsamen Achse zwischen der ersten Ausführungsform und der vierten Ausführungsform verglichen wird;
14 eine Ansicht, wie ein Laser-Oszillator gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einer Betrachtung entlang der Richtung y der schnellen Achse der lichtemittierenden Schichten aussieht;
15 eine Ansicht, wie ein Laser-Oszillator gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einer Betrachtung entlang der Richtung y der schnellen Achse der lichtemittierenden Schichten aussieht;
16 eine Schnittansicht, um darzustellen, wie ein Lichtpfad-Umwandlungselement gemäß 15 bei einem Schnitt entlang der x-z-Ebene aussieht, die orthogonal zu der Richtung y der schnellen Achse ist;
17 eine Ansicht, wie das Lichtpfad-Umwandlungselement gemäß 15 bei einer Betrachtung entlang der Richtung z der optischen Achse aussieht;
18 eine Ansicht, wie ein Laser-Oszillator gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einer Betrachtung entlang der Richtung y der schnellen Achse der lichtemittierenden Schichten aussieht.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nunmehr sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Erste Ausführungsform
1 ist eine perspektivische Ansicht, um eine Strahlformungs-Einrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sowie eine LD-Leiste bei der ersten Ausführungsform darzustellen. In 1 handelt es sich bei einer LD-Leiste 1, die eine Lichtemissions-Einrichtung ist, um einen Halbleiterlaser, der mit einer Mehrzahl von lichtemittierenden Schichten 2 als einem lichtemittierenden Bereich versehen ist.
Jede der lichtemittierenden Schichten 2 emittiert Laserlicht 3. Die LD-Leiste 1 wird hergestellt, indem ein Halbleiterprozess, typischerweise eine Lithographie, an einem InGaAs-Substrat oder einem AlGaAs-Substrat durchgeführt wird. Darstellungen eines Kühlkörpers zum Kühlen der LD-Leiste 1, einer Sub-Halterung, die zwischen der LD-Leiste 1 und dem Kühlkörper eingefügt ist, sowie einer Elektrode und eines Golddrahts, um eine elektrische Verbindung mit der LD-Leiste 1 herzustellen, sind in 1 weggelassen.
Die lichtemittierenden Schichten 2 sind in 1 Seite an Seite, also nebeneinander mit Abständen in einer ersten Richtung angeordnet, bei der es sich um eine x-Richtung (eine eindimensionale Richtung) handelt. Bei diesem Beispiel sind ungefähr zehn bis fünfzig lichtemittierende Schichten 2 Seite an Seite mit gleichen Abständen P angeordnet. Zur Vereinfachung ist die Anzahl von lichtemittierenden Schichten 1 in 1 gleich sieben. Optische Achsen der lichtemittierenden Schichten 2 sind in 1 jeweils orthogonal zu der x-Richtung und sind parallel zueinander. Die Richtung, die entlang der optischen Achsen der lichtemittierenden Schichten 2 verläuft, stimmt in 1 mit der z-Richtung überein.
Von Emissionsendoberflächen 2a der lichtemittierenden Schichten 2 werden Strahlen eines Laserlichts 3 in die Richtung emittiert, die entlang der optischen Achsen der lichtemittierenden Schichten 2 verläuft, und zwar in 1 in die z-Richtung (auf die im Folgenden als „eine Richtung z der optischen Achse“ Bezug genommen wird). Die Emissionsendoberflächen 2a der lichtemittierenden Schichten 2 sind in 1 in einer geraden Linie ausgerichtet, die entlang der x-Richtung verläuft.
Die Breite W jeder lichtemittierenden Schicht 2 ist größer als die Dicke der lichtemittierenden Schicht 2. Bei diesem Beispiel liegt die Breite W jeder lichtemittierenden Schicht 2 in einem Bereich von ungefähr 50 µm bis ungefähr 200 µm, und die Dicke jeder lichtemittierenden Schicht 2 ist ungefähr gleich 1 µm. Ein Wert W/P, der durch Dividieren der Breite jeder lichtemittierenden Schicht 2 durch den Abstand P zwischen den lichtemittierenden Schichten 2 erhalten wird, wird als ein Füllfaktor F bezeichnet.
Die lichtemittierenden Schichten 2 sind so angeordnet, dass die Breitenrichtung der lichtemittierenden Schichten 2 in 1 mit der x-Richtung übereinstimmt, in der die lichtemittierenden Schichten 2 Seite an Seite angeordnet sind, und dass die Dickenrichtung der lichtemittierenden Schichten 2 in 1 mit einer y-Richtung übereinstimmt, bei der es sich um eine zweite Richtung orthogonal sowohl zu der x-Richtung als auch zu der Richtung z der optischen Achse handelt. In Strahlen des Laserlichts 3, die von den Emissionsendoberflächen 2a der lichtemittierenden Schichten 2 emittiert werden, ist der Divergenzwinkel des Laserlichts 3 in der Breitenrichtung der lichtemittierenden Schichten 2 kleiner als der Divergenzwinkel des Laserlichts 3 in der Dickenrichtung der lichtemittierenden Schichten 2.
Von der Breitenrichtung und der Dickenrichtung der lichtemittierenden Schicht 2 ist die Richtung, in welcher der Divergenzwinkel des Laserlichts 3 klein ist, eine Richtung der langsamen Achse, und die Richtung, in welcher der Divergenzwinkel des Laserlichts 3 groß ist, ist eine Richtung der schnellen Achse. Das Laserlicht 3 bei diesem Beispiel weist in der Richtung der langsamen Achse der lichtemittierenden Schichten 2 einen Divergenzwinkel von 7° bis 11° auf und weist in der Richtung der schnellen Achse der lichtemittierenden Schichten 2 einen Divergenzwinkel von 45° bis 60° auf. Dementsprechend stimmt die Richtung der langsamen Achse der lichtemittierenden Schichten 2 in 1 mit der x-Richtung überein, und die Richtung der schnellen Achse der lichtemittierenden Schichten 2 stimmt in 1 mit der y-Richtung überein.
Eine Mehrzahl von Strahlen des Laserlichts 3, die von den Emissionsendoberflächen 2a der lichtemittierenden Schichten 2 der LD-Leiste 1 emittiert werden, wird mittels einer Strahlformungs-Einrichtung 5 kollimiert, das heißt, parallel gemacht. Die Strahlformungs-Einrichtung 5 weist einen SAC 6 auf, bei dem es sich um eine erste Kollimatorlinse handelt, die so konfiguriert ist, dass sie das Laserlicht 3 kollimiert, das in 1 in der x-Richtung divergiert, und zwar in der Richtung der langsamen Achse (auf die im Folgenden als eine „Richtung x der langsamen Achse“ Bezug genommen wird), und weist einen FAC 7 auf, bei dem es sich um eine zweite Kollimatorlinse handelt, die so konfiguriert ist, dass sie das Laserlicht 3 kollimiert, das in 1 in der y-Richtung divergiert, und zwar in der Richtung der schnellen Achse (auf die im Folgenden als eine „Richtung y der schnellen Achse“ Bezug genommen wird). Der SAC 6 ist in der Richtung z der optischen Achse zwischen der LD-Leiste 1 und dem FAC 7 angeordnet.
2 ist eine Schnittansicht, um die LD-Leiste 1 und die Strahlformungs-Einrichtung 5 in einer x-z-Ebene darzustellen, die orthogonal zu der Richtung y der schnellen Achse in 1 ist. 3 ist eine Schnittansicht, um die LD-Leiste 1 und die Strahlformungs-Einrichtung 5 in einer y-z-Ebene darzustellen, die orthogonal zu der Richtung x der langsamen Achse in 1 ist. In dem SAC 6 sind eine erste Einfallsoberfläche 61, in die Strahlen des Laserlichts 3 eintreten, und eine erste Austrittsoberfläche 62 ausgebildet, aus der die Strahlen des Laserlichts 3 austreten, die in den SAC 6 eingetreten sind. Der SAC 6 ist so angeordnet, dass die erste Einfallsoberfläche 61 der LD-Leiste 1 gegenüberliegt, und dass die erste Austrittsoberfläche 62 der Seite, die sich gegenüber von der LD-Leiste 1 befindet, und zwar dem FAC 7 gegenüberliegt.
Bei der ersten Einfallsoberfläche 61 handelt es sich um eine Anordnung von Mikrolinsen, bei der eine Mehrzahl von Linsenoberflächen 61a auf der Einfallsseite in der Richtung x der langsamen Achse ausgerichtet ist. Jede Linsenoberfläche 61a auf der Einfallsseite ist so positioniert, dass sie einer der lichtemittierenden Schichten 2 in der Richtung x der langsamen Achse entspricht.
Die Linsenoberflächen 61a auf der Einfallsseite weisen in einem Schnitt entlang der x-z-Ebene (auf den im Folgenden als ein „x-z-Schnitt“ Bezug genommen wird), die orthogonal zu der Richtung y der schnellen Achse ist, jeweils eine Form auf, die zu der Außenseite des SAC 6 hin konvex gestaltet ist, wie in 2 dargestellt, und weisen in einem Schnitt entlang der y-z-Ebene (auf den im Folgenden als ein „y-z-Schnitt“ Bezug genommen wird), der orthogonal zu der Richtung x der langsamen Achse ist, jeweils eine Form auf, die zu der Innenseite des SAC 6 hin konkav gestaltet ist, wie in 3 dargestellt.
Andererseits ist die erste Austrittsoberfläche 62 so gestaltet, dass sie in einem x-z-Schnitt linear ist, wie in 2 dargestellt, und dass sie in einem y-z-Schnitt zu der Außenseite des SAC 6 hin konvex gestaltet ist, wie in 3 dargestellt. Mit anderen Worten, bei der ersten Austrittsoberfläche 62 handelt es sich um eine einzelne Linsenoberfläche, die zu der Außenseite des SAC 6 hin konvex gestaltet ist und wie ein Zylinder mit einer Mantellinie ausgebildet ist, die entlang der Richtung x der langsamen Achse verläuft.
In einem x-z-Schnitt ist der Abstand von den Emissionsendoberflächen 2a der lichtemittierenden Schichten zu der ersten Einfallsoberfläche 61 gleich einer Brennweite fs jeder Linsenoberfläche 61a auf der Einfallsseite, wie in 2 dargestellt. Mit anderen Worten, die Emissionsendoberflächen 2a jeder lichtemittierenden Schicht 2 ist an der Fokusposition oder dem Brennpunkt von einer der Linsenoberflächen 61a auf der Einfallsseite positioniert, und das Laserlicht 3, das von der Emissionsendoberfläche 2a emittiert wird, wird mittels der Linsenoberfläche 61a der ersten Einfallsoberfläche 61 in der Richtung x der langsamen Achse kollimiert. In einem x-z-Schnitt läuft jeder Strahl des Laserlichts 3, der mittels der ersten Einfallsoberfläche 61 kollimiert wird, durch die erste Austrittsoberfläche 62 hindurch, und zwar wie er ist, ohne gebrochen zu werden.
In einem y-z-Schnitt handelt es sich bei der Form der ersten Einfallsoberfläche 61 und bei der Form der ersten Austrittsoberfläche 62 um konzentrische Bögen mit einem Punkt auf der Emissionsendoberfläche 2a von einer der lichtemittierenden Schichten 2 als dem Mittelpunkt, wie in 3 dargestellt. In einem y-z-Schnitt bewirkt dies, dass das Laserlicht 3, das von der Emissionsendoberfläche 2a emittiert wird, durch den SAC 6 hindurch ausgesendet wird, wie es ist, ohne gebrochen zu werden.
Dementsprechend tritt in einem y-z-Schnitt in jedem Strahl des Laserlichts 3, der durch den SAC 6 hindurch ausgesendet wird, keine Aberration auf. In einem y-z-Schnitt ist ein Krümmungsradius Rc der ersten Einfallsoberfläche 61 gleich der Brennweite fs von jeder Linsenoberfläche 61a auf der Einfallsseite.
In einem x-z-Schnitt nimmt ein Krümmungsradius Rv jeder Linsenoberfläche 61a auf der Einfallsseite zu, wenn die Brennweite fs der Linsenoberfläche 61a auf der Einfallsseite länger wird. Die Herstellung des SAC 6 ist entsprechend einfacher, wenn die Brennweite fs jeder Linsenoberfläche 61a auf der Einfallsseite länger ist. Die Verlängerung der Brennweite fs verursacht jedoch, dass Strahlen des Laserlichts 3 von zwei lichtemittierenden Schichten 2, die in der Richtung x der langsamen Achse benachbart zueinander sind, miteinander überlappen, so dass die Nutzungseffizienz des Laserlichts 3 verringert wird.
Aus diesem Grund wird die Brennweite fs bei diesem Beispiel so bestimmt, dass das Laserlicht 3, das von einer lichtemittierenden Schicht 2 emittiert wird, lediglich in eine Linsenoberfläche 61a auf der Einfallsseite eintritt, die der lichtemittierenden Schicht 2 gegenüberliegt, und nicht in eine benachbarte Linsenoberfläche 61a auf der Einfallsseite eintritt.
Mit anderen Worten, von der 2 her lässt sich sagen, dass es sich bei der Brennweite fs jeder Linsenoberfläche 61a auf der Einfallsseite um einen Wert handelt, der einer Relation genügt, die unter Verwendung eines Divergenzwinkels θ des Laserlichts 3 in der Richtung x der langsamen Achse, des Abstands P zwischen den lichtemittierenden Schichten 2 und der Breite W jeder lichtemittierenden Schicht 2 ausgedrückt wird: fs < (P -W) / 2θ.
Wenn der Divergenzwinkel θ zum Beispiel gleich 4° ist, der Abstand P zwischen den lichtemittierenden Schichten 2 gleich 200 µm ist und die Breite W jeder lichtemittierenden Schicht 2 gleich 80 µm ist, dann ist die obere Grenze für die Brennweite fs ungefähr gleich 850 µm. Der Krümmungsradius Rc der ersten Einfalls-oberfläche 61 ist bei diesem Beispiel in dem in 3 dargestellten y-z-Schnitt gleich 850 µm. Wenn der Brechungsindex des SAC 6 gleich 1,5 ist, dann ist der Krümmungsradius Rv jeder Linsenoberfläche 61a auf der Einfallsseite in dem in 2 dargestellten x-z-Schnitt gleich 425 µm.
In dem in 3 dargestellten y-z-Schnitt ist die erste Austrittsoberfläche 62 wie ein Bogen mit einem Punkt auf der Emissionsendoberfläche 2a von einer der lichtemittierenden Schichten 2 als dem Mittelpunkt gestaltet. Das Laserlicht 3, das durch die erste Austrittsoberfläche 62 hindurch läuft, wird daher in dem y-z-Schnitt nicht gebrochen. Dies bedeutet, dass die Dicke des SAC 6 frei gewählt werden kann und die Dicke des SAC 6 zum Beispiel auf eine Dicke von mehreren Millimetern festgelegt werden kann, um zu bewirken, dass der SAC 6 problemlos zu handhaben und herzustellen ist. Wenn die Dicke des SAC 6 gleich 3,15 mm ist, so ist der Krümmungsradius Rb der ersten Austrittsoberfläche 62 in dem y-z-Schnitt gleich 4,0 mm.
Bei dem FAC 7 handelt es sich um eine zylindrische Linse mit einer Mantellinie entlang der Richtung x der langsamen Achse. In dem FAC 7 sind eine zweite Einfallsoberfläche 71, in die Strahlen des Laserlichts 3 eintreten, die durch den SAC 6 hindurch ausgesendet werden, und eine zweite Austrittsoberfläche 72 ausgebildet, aus der die Strahlen des Laserlichts 3 austreten, die in den FAC 7 eingetreten sind. Der FAC 7 ist so angeordnet, dass die zweite Einfallsoberfläche 71 dem SAC 6 gegenüberliegt und die zweite Austrittsoberfläche 72 der Seite gegenüberliegt, die sich entgegengesetzt zu dem SAC 6 befindet.
Bei der zweiten Einfallsoberfläche 71 handelt es sich um eine plane Oberfläche orthogonal zu der Richtung z der optischen Achse. Die zweite Einfallsoberfläche 71 kann wie ein Zylinder mit einer Mantellinie entlang der Richtung x der langsamen Achse und mit einem sehr großen Krümmungsradius gestaltet sein.
Die zweite Einfallsoberfläche 71 und die zweite Austrittsoberfläche 72 sind in dem in 2 dargestellten x-z-Schnitt jeweils wie eine gerade Linie orthogonal zu der Richtung z der optischen Achse gestaltet. In dem x-z-Schnitt werden Strahlen des Laserlichts 3, die durch den SAC 6 hindurch ausgesendet werden, dementsprechend durch den FAC 7 hindurch ausgesendet, ohne gebrochen zu werden.
In dem in 3 dargestellten y-z-Schnitt ist die zweite Einfallsoberfläche 71 wie eine gerade Linie orthogonal zu der Richtung z der optischen Achse oder wie eine im Wesentlichen gerade Linie gestaltet, die einen großen Krümmungsradius aufweist. Die zweite Austrittsoberfläche 72 weist in dem y-z-Schnitt eine Form auf, die zu der Außenseite des FAC 7 hin konvex gestaltet ist. Die Form der zweiten Einfallsoberfläche 71 und die Form der zweiten Austrittsoberfläche 72 in dem y-z-Schnitt sind in Bezug auf die optischen Achsen der lichtemittierenden Schichten 2 jeweils symmetrisch.
Strahlen des Laserlichts 3, die durch den SAC 6 hindurch ausgesendet werden, werden somit während einer Aussendung durch den FAC 7 hindurch mittels der zweiten Einfallsoberfläche 71 und der zweiten Austrittsoberfläche 72 jeweils in der Richtung y der schnellen Achse kollimiert. Um die Strahlen des Laserlichts 3 in der Richtung y der schnellen Achse, in welcher der Divergenzwinkel groß ist, präzise zu kollimieren, ist insbesondere der zweiten Austrittsoberfläche 72 in dem y-z-Schnitt eine nicht-bogenförmige Gestalt anstelle einer einfachen bogenförmigen Gestalt verliehen.
Strahlen des Laserlichts 3, die von den Emissionsendoberflächen 2a emittiert werden, werden in dem in 3 dargestellten y-z-Schnitt dementsprechend durch den SAC 6 hindurch ausgesendet, als ob der SAC 6 nicht existieren würde, um mittels des FAC 7 kollimiert zu werden. Der FAC 7 kann daher ohne Rücksicht darauf, ob der SAC 6 vorhanden ist oder nicht vorhanden ist, ausgelegt und angeordnet werden. Für den FAC 7 kann dementsprechend eine Abmessung gewählt werden, bei der sich der FAC 7 und der SAC 6 nicht behindern und bei welcher der FAC 7 problemlos zu handhaben und herzustellen ist.
Der SAC 6 und der FAC 7 sind jeweils aus Glas hergestellt. Der SAC 6 und der FAC 7 werden zum Beispiel mittels Pressformen von Glas hergestellt. Der SAC 6 und der FAC 7 können zum Beispiel in Abhängigkeit von der Leistung des Laserlichts 3 der LD-Leiste 1 oder der Wellenlänge des Laserlichts 3 auch aus einem Harz hergestellt sein. Für den SAC 6 und den FAC 7 können zum Beispiel Harzlinsen verwendet werden, die mittels Spritzgießen eines Polycarbonats hergestellt werden.
Wenn der SAC 6 und der FAC 7 mittels Pressformen hergestellt werden, so werden der SAC 6 und der FAC 7 gebildet, indem Formen auf Glas übertragen werden. Die Formen von Gießformoberflächen in den Formen sind dementsprechend invertierte Formen des SAC 6 und des FAC 7.
4 ist eine perspektivische Ansicht, um einen Bereich darzustellen, in dem eine Gießformoberfläche zum Bilden der ersten Einfallsoberfläche 61 aus einer SAC-Gießform ausgebildet ist, die für das Pressformen des SAC 6 gemäß 1 verwendet wird. In 4 ist ein Zustand dargestellt, in dem die Gießformoberfläche in der SAC-Gießform bearbeitet ist. Eine SAC-Gießform 8 weist eine Gießformoberfläche 81 auf der Einfallsseite zum Formgießen der ersten Einfallsoberfläche 61 auf, und die Gießformoberfläche 81 auf der Einfallsseite weist eine invertierte Form der ersten Einfallsoberfläche 61 auf.
Die Gießformoberfläche 81 auf der Einfallsseite weist dementsprechend eine Mehrzahl von Gießform-Einheitsflächen 81a auf, die in der Richtung x der langsamen Achse ausgerichtet sind. In einem y-z-Schnitt weisen die Gießform-Einheitsflächen 81a jeweils eine Form auf, die zu der Außenseite der SAC-Gießform 8 hin konvex gestaltet ist, und weisen in einem x-z-Schnitt jeweils eine Form auf, die zu der Innenseite der SAC-Gießform 8 hin konkav gestaltet ist.
Die Gießform-Einheitsflächen 81a der SAC-Gießform 8 werden durch Polieren mit einem Schleifstein 9 bearbeitet. Der Schleifstein 9 weist eine scheibenartige Form auf. Der Schleifstein 9 ist um eine Achsenlinie A der Drehachse des Schleifsteins 9 herum drehbar. Jede Gießform-Einheitsfläche 81a wird bearbeitet, indem die Achsenlinie A des Schleifsteins 9 entlang der Richtung x der langsamen Achse angeordnet wird, wie in 4 dargestellt, und der Schleifstein 9 um die Achsenlinie A herum gedreht wird, während ein äußerer Umfangsbereich (d.h. ein Randbereich) 91 des Schleifsteins 9 in Kontakt mit der Gießform-Einheitsfläche 81a gebracht wird.
Die Form jeder Gießform-Einheitsfläche 81a ist in einem y-z-Schnitt, der orthogonal zu der Achsenlinie A des Schleifsteins 9 ist, zu der Außenseite der SAC-Gießform 8 hin konvex gestaltet und ist dementsprechend nicht durch die Länge eines Radius Rw des Schleifsteins 9 begrenzt, wenn die Gießform-Einheitsfläche 81a mit dem Schleifstein 9 bearbeitet wird. Indessen weist eine Gießformoberfläche auf der Austrittsseite, bei der es sich um einen Bereich der SAC-Gießform 8 handelt, der zum Gießformen der ersten Austrittsoberfläche 62 verwendet wird, eine Form auf, die in einem y-z-Schnitt zu der Innenseite der SAC-Gießform 8 konkav gestaltet ist.
Es gibt jedoch bei der Bearbeitung der Gießformoberfläche auf der Austrittsseite der SAC-Gießform 8 mit dem Schleifstein 9 ebenso kein Problem, da der Krümmungsradius Rb der ersten Austrittsoberfläche 62 hinreichend größer als der Krümmungsradius Rv der ersten Linsenoberfläche 61a auf der Einfallsseite ist. Kurz gesagt, die Herstellung des SAC 6 aus der ersten Einfallsoberfläche 61 und der ersten Austrittsoberfläche 62 des SAC 6 wird erleichtert, indem eine Linsenanordnung als erste Einfallsoberfläche 61 verwendet wird.
Bei der so konfigurierten Strahlformungs-Einrichtung 5 ist der SAC 6 zwischen der LD-Leiste 1 und dem FAC 7 angeordnet, eine Linsenanordnung, bei der die Mehrzahl von Linsenoberflächen 61a auf der Einfallsseite in der Richtung x der langsamen Achse ausgerichtet ist, dient als erste Einfallsoberfläche 61 des SAC 6, und die erste Einfallsoberfläche 61 und die erste Austrittsoberfläche 62 des SAC 6 sind in einem y-z-Schnitt, der orthogonal zu der Richtung x der langsamen Achse ist, wie konzentrische Bögen mit einem Punkt auf der Emissionsendoberfläche 2a von einer der lichtemittierenden Schichten 2 als dem Mittelpunkt gestaltet.
Die Strahlformungs-Einrichtung 5 ist dementsprechend in der Lage zu verhindern, dass die Oberflächen des SAC 6 und des FAC 7 einen zu kleinen Krümmungsradius aufweisen, während eine Überlappung zwischen Strahlen des Laserlichts 3, die von der LD-Leiste 1 emittiert werden, verhindert wird, auch wenn der Abstand P zwischen den lichtemittierenden Schichten 2 der LD-Leiste 1 gering ist.
Dadurch wird erreicht, dass der SAC 6 und der FAC 7 problemlos zu handhaben und herzustellen sind, während eine unnötige Aberration verhindert wird. Darüber hinaus kann eine Leistungserhöhung des Laserlichts 3 der LD-Leiste 1 bei einfacher Herstellung des SAC 6 und des FAC 7 weiter vorangetrieben werden, während eine Abnahme der Nutzungseffizienz des Laserlichts 3 ungeachtet der Verringerung des Abstands P zwischen den lichtemittierenden Schichten 2 der LD-Leiste 1 verhindert wird.
Zweite Ausführungsform
5 ist eine Schnittansicht, um eine Strahlformungs-Einrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sowie eine LD-Leiste bei der zweiten Ausführungsform darzustellen. Die LD-Leiste 1 ist an einer oberen Oberfläche eines Kühlkörpers 10 befestigt. Bei dem Kühlkörper 10 handelt es sich zum Beispiel um einen Block, der aus Kupfer hergestellt ist. Bei einer Endoberfläche 10a des Kühlkörpers 10 handelt es sich um eine plane Oberfläche orthogonal zu der Richtung z der optischen Achse der lichtemittierenden Schichten 2.
Die LD-Leiste 1 ragt bei diesem Beispiel in der Richtung z der optischen Achse teilweise aus der Endoberfläche 10a des Kühlkörpers 10 hervor, mit dem Ergebnis, dass die Emissionsendoberflächen 2a der lichtemittierenden Schichten 2 näher bei dem SAC 6 positioniert sind als es die Endoberfläche 10a des Kühlkörpers 10 ist. Der Kühlkörper 10 ist mit einem Rohr (nicht gezeigt) versehen, in dem Kühlwasser strömt.
Die erste Einfallsoberfläche 61 und die erste Austrittsoberfläche 62 des SAC 6 sind in einem y-z-Schnitt wie konzentrische Bögen mit einem Punkt auf der Emissionsendoberfläche 2a von einer der lichtemittierenden Schichten 2 als Mittelpunkt gestaltet. Dementsprechend ist es erforderlich, dass der SAC 6 in Bezug auf die Emissionsendoberfläche 2a exakt in der Richtung z der optischen Achse positioniert ist. Es ist außerdem erforderlich, dass die Fokusposition oder der Brennpunkt des FAC 7 mit der Position der Emissionsendoberfläche 2a übereinstimmt, was bedeutet, dass es erforderlich ist, dass der FAC 7 in Bezug auf die Emissionsendoberfläche 2a auch exakt in der Richtung z der optischen Achse positioniert ist.
Um sicherzustellen, dass der Mittelpunkt der Bögen der ersten Einfallsoberfläche 61 und der ersten Austrittsoberfläche 62 des SAC 6 und die Fokusposition oder der Brennpunkt des FAC 7 mit der Position der Emissionsendoberfläche 2a übereinstimmen, ist es darüber hinaus erforderlich, dass der FAC 7 in Bezug auf den SAC 6 nicht nur exakt in der Richtung z der optischen Achse, sondern auch exakt in der Richtung y der schnellen Achse positioniert ist, so dass eine Mittelpunkt-Fehlausrichtung zwischen dem SAC 6 und dem FAC 7 in der Richtung y der schnellen Achse reduziert ist.
Bei der zweiten Ausführungsform ragt ein Paar von Sitzen 63, die als Montage- oder Anbringungssitze dienen, von zwei Endbereichen des SAC 6, bei denen es sich um Endbereiche in der Richtung y der schnellen Achse handelt, in Richtung zu der Seite der LD-Leiste 1 hervor. In den hervorragenden Endbereichen der Sitze 63 sind Endoberflächen 63a ausgebildet, bei denen es sich um plane Oberflächen orthogonal zu den optischen Achsen der lichtemittierenden Schichten 2 handelt. Die Endoberfläche 63a des einen Sitzes 63 von dem Paar von Sitzen 63 ist zum Beispiel mit einem Klebstoff an der Endoberfläche 10a des Kühlkörpers 10 befestigt.
Das heißt, durch das Befestigen der Endoberfläche 63a von einem der Sitze 63 an der Endoberfläche 10a des Kühlkörpers 10 wird der SAC 6 in Bezug auf die Emissionsendoberfläche 2a jeder lichtemittierenden Schicht 2 positioniert. Die Endoberfläche 10a des Kühlkörpers 10 dient dementsprechend als eine Referenzoberfläche für eine Positionierung des SAC 6 in Bezug auf die Emissionsendoberfläche 2a in der Richtung z der optischen Achse. Bei dem Klebstoff, der zum Befestigen des Sitzes 63 an der Endoberfläche 10a des Kühlkörpers 10 verwendet wird, handelt es sich zum Beispiel um einen UV-härtenden Harz-Klebstoff auf der Basis von Acryl.
Das Paar von Sitzen 63 und der SAC 6 wird einheitlich ohne Grenzen zwischen dem SAC 6 und den Sitzen 63 gebildet, indem ein Pressformvorgang unter Verwendung einer SAC-Gießform und des gleichen Materials wie jenem des SAC 6 durchgeführt wird. Das Ausmaß eines Hervorragens der Sitze 63 aus dem SAC 6 ist davon abhängig, welche SAC-Gießform bei dem Pressformvorgang verwendet wird. Die Abmessungsgenauigkeit einer Gießform ist im Allgemeinen hoch, und ein Fehler bei dem Ausmaß des Hervorragens der Sitze 63 aus dem SAC 6 kann dementsprechend sehr klein gehalten werden. Der SAC 6 kann demzufolge in Bezug auf die Emissionsendoberfläche 2a mit einer hohen Genauigkeit in der Richtung z der optischen Achse positioniert werden.
Die Positionen und Formen des Paars von Sitzen 63 in einem y-z-Schnitt sind symmetrisch in Bezug auf die optischen Achsen der lichtemittierenden Schichten 2. Das Paar von Sitzen 63 befindet sich in der Richtung y der schnellen Achse auf der jeweiligen Seite der ersten Einfallsoberfläche 61. In dem Paar von Sitzen 63 ist ein Paar von sich verjüngenden Oberflächen 63b des Sitzes ausgebildet, die sich in der Richtung y der schnellen Achse gegenüberliegen. Die erste Einfallsoberfläche 61 liegt zu einem Raum hin frei, der sandwichartig zwischen dem Paar von sich verjüngenden Oberflächen 63b des Sitzes angeordnet ist.
Der Abstand zwischen dem Paar von sich verjüngenden Oberflächen 63b des Sitzes in der Richtung y der schnellen Achse nimmt in Richtung zu der LD-Leiste 1 hin kontinuierlich zu. Jede sich verjüngende Oberfläche 63b des Sitzes weist bei diesem Beispiel in einem y-z-Schnitt einen Gradienten von 2° bis 8° in Bezug auf die optischen Achsen der lichtemittierenden Schichten 2 auf. Dies erleichtert das Lösen der ersten Einfallsoberfläche 61 des SAC 6 von der SAC-Gießform, wenn der SAC 6 bei dem Pressformvorgang aus der SAC-Gießform herausgenommen wird.
Ein Paar von Sitzen 73 ragt aus zwei Endbereichen des FAC 7 in der Richtung y der schnellen Achse in Richtung zu dem SAC 6 hin hervor. Die Positionen und Formen des Paars von Sitzen 73 in einem y-z-Schnitt sind symmetrisch in Bezug auf die optischen Achsen der lichtemittierenden Schichten 2. Das Paar von Sitzen 73 befindet sich in der Richtung y der schnellen Achse auf der jeweiligen Seite der zweiten Einfallsoberfläche 71. In den zwei Endbereichen des SAC 6, bei denen es sich um Endbereiche in der Richtung y der schnellen Achse handelt, ist ein Paar von ausgesparten Bereichen 64 ausgebildet, in welche die ein Paar bildenden Sitze 73 einzeln eingepasst sind.
In den hervorragenden Endbereichen der Sitze 73 sind Endoberflächen 73a ausgebildet, bei denen es sich um plane Oberflächen orthogonal zu den optischen Achsen der lichtemittierenden Schichten 2 handelt. In den ausgesparten Bereichen 64 sind Aufnahmeoberflächen 64a der ausgesparten Bereiche ausgebildet, um die Endoberflächen 73a der Sitze 73 in der Richtung z der optischen Achse aufzunehmen. Bei den Aufnahmeoberflächen 64a der ausgesparten Bereiche handelt es sich um plane Oberflächen orthogonal zu den optischen Achsen der lichtemittierenden Schichten 2.
Die Endoberflächen 73a der Sitze 73 sind zum Beispiel mit einem Klebstoff an den Aufnahmeoberflächen 64a der ausgesparten Bereiche 64 befestigt. Das heißt, durch Befestigen der Endoberflächen 73a der Sitze 73 an den Aufnahmeoberflächen 64a der ausgesparten Bereiche des SAC 6 wird der FAC 7 in der Richtung z der optischen Achse in Bezug auf die Aufnahmeoberflächen 64a der ausgesparten Bereiche des SAC 6 positioniert.
Die Aufnahmeoberflächen 64a der ausgesparten Bereiche des SAC 6 dienen dementsprechend als Referenzoberflächen für eine Positionierung des FAC 7 in der Richtung z der optischen Achse in Bezug auf den SAC 6. Bei dem Klebstoff, der zum Befestigen der Sitze 73 an den Aufnahmeoberflächen 64a der ausgesparten Bereiche 64 verwendet wird, handelt es sich zum Beispiel um einen UV-härtenden Harz-Klebstoff auf der Basis von Acryl.
Das Paar von Sitzen 73 und der FAC 7 werden einheitlich ohne Grenzen zwischen dem FAC 7 und den Sitzen 73 gebildet, indem ein Pressformvorgang unter Verwendung einer FAC-Gießform und des gleichen Materials wie jenem des FAC 7 durchgeführt wird. Das Ausmaß des Hervorragens der Sitze 73 aus dem FAC 7 ist davon abhängig, welche FAC-Gießform bei dem Pressformvorgang verwendet wird. Die Abmessungsgenauigkeit einer Gießform ist im Allgemeinen hoch, und ein Fehler bei dem Ausmaß des Hervorragens der Sitze 73 aus dem FAC 7 kann sehr klein gehalten werden. Der FAC 7 kann demzufolge mit einer hohen Genauigkeit in der Richtung z der optischen Achse in Bezug auf den SAC 6 positioniert werden.
In dem Paar von Sitzen 73 ist ein Paar von sich verjüngenden Oberflächen 73b des Sitzes ausgebildet, die einander in der Richtung y der schnellen Achse gegenüberliegen. Die zweite Einfallsoberfläche 71 liegt zu einem Raum hin frei, der sandwichartig zwischen dem Paar von sich verjüngenden Oberflächen 73b des Sitzes angeordnet ist. Der Abstand zwischen dem Paar von sich verjüngenden Oberflächen 73b des Sitzes in der Richtung y der schnellen Achse nimmt in Richtung zu dem SAC 6 hin kontinuierlich zu.
Jede sich verjüngende Oberfläche 73b des Sitzes weist bei diesem Beispiel in einem y-z-Schnitt einen Gradienten von 2° bis 8° in Bezug auf die optischen Achsen der lichtemittierenden Schichten 2 auf. Dies erleichtert das Lösen der zweiten Einfallsoberfläche 71 des FAC 7 von der FAC-Gießform, wenn der FAC 7 bei dem Pressformvorgang aus der FAC-Gießform herausgenommen wird.
In den ausgesparten Bereichen 64 sind sich verjüngende Oberflächen 64b des ausgesparten Bereichs ausgebildet, die entlang der sich verjüngenden Oberflächen 73b der Sitze 73 profiliert sind. Die sich verjüngenden Oberflächen 64b des ausgesparten Bereichs befinden sich in Kontakt mit den sich verjüngenden Oberflächen 73b des Sitzes ohne einen Zwischenraum zwischen den sich verjüngenden Oberflächen 64b des ausgesparten Bereichs und den sich verjüngenden Oberflächen 73b des Sitzes. Der FAC 7 ist so in der Richtung y der schnellen Achse in Bezug auf den SAC 6 positioniert. Eine Mittelpunkt-Fehlausrichtung zwischen dem SAC 6 und dem FAC 7 in der Richtung y der schnellen Achse wird durch Aufnehmen der sich verjüngenden Oberflächen 73b des Sitzes mit den sich verjüngenden Oberflächen 64b des ausgesparten Bereichs verhindert.
6 ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung des SAC 6 gemäß 5. In dem SAC 6 ist ein Paar von sich verjüngenden Oberflächen 65 auf der Einfallsseite ausgebildet. Das Paar von sich verjüngenden Oberflächen 65 auf der Einfallsseite befindet sich in der Richtung x der langsamen Achse auf der jeweiligen Seite der ersten Einfallsoberfläche 61 und erstreckt sich von der ersten Einfallsoberfläche 61 aus.
Die Positionen und Formen des Paars von sich verjüngenden Oberflächen 65 auf der Einfallsseite ist in einem x-z-Schnitt symmetrisch in Bezug auf eine Achse, die durch die Mitte der ersten Einfallsoberfläche 61 und parallel zu der Richtung x der optischen Achse verläuft. In einem x-z-Schnitt sind die sich verjüngenden Oberflächen 65 auf der Einfallsseite abgeschrägt in Bezug auf die optischen Achsen der lichtemittierenden Schichten 2, und der Abstand zwischen dem Paar von sich verjüngenden Oberflächen 65 auf der Einfallsseite nimmt in Richtung zu der Seite der LD-Leiste 1 hin kontinuierlich zu, wenn der Abstand von der ersten Einfallsoberfläche 61 größer wird. Das Paar von sich verjüngenden Oberflächen 65 auf der Einfallsseite befindet sich in der Richtung y der schnellen Achse zwischen dem Paar von Sitzen 63. Der Rest der Konfiguration ist der gleiche wie bei der ersten Ausführungsform.
Bei der so konfigurierten Strahlformungs-Einrichtung 5 ragt das Paar von Sitzen 63 aus dem SAC 6 hervor, und die Endoberfläche 63a des einen der Sitze 63 ist an der Endoberfläche 10a des Kühlkörpers 10 befestigt, an der die LD-Leiste 1 befestigt ist. Der SAC 6 kann dementsprechend in der Richtung z der optischen Achse in Bezug auf die Emissionsendoberflächen 2a der LD-Leiste 1 problemlos und mit größerer Genauigkeit positioniert werden Auf diese Weise kann eine Leistungserhöhung des Laserlichts 3 der LD-Leiste 1 weiter vorangetrieben werden, während eine Abnahme der Nutzungseffizienz des Laserlichts 3 mit einer noch höheren Erfolgsquote verhindert wird.
Der FAC 7 kann auch in der Richtung y der schnellen Achse und der Richtung z der optischen Achse problemlos und mit größerer Genauigkeit in Bezug auf den SAC 6 positioniert werden, da das Paar von Sitzen 73 aus dem FAC 7 hervorragt und das Paar von ausgesparten Bereichen 64, in das die ein Paar bildenden Sitze 73 einzeln eingepasst sind, in dem SAC 6 ausgebildet ist. Auf diese Weise kann eine Leistungserhöhung des Laserlichts 3 der LD-Leiste 1 weiter vorangetrieben werden, während eine Abnahme der Nutzungseffizienz des Laserlichts 3 mit einer noch höheren Erfolgsquote verhindert wird.
Das Paar von sich verjüngenden Oberflächen 73b des Sitzes, die einander in der Richtung y der schnellen Achse gegenüberliegen, ist in dem Paar von Sitzen 73 ausgebildet, das aus dem FAC 7 hervorragt, und die sich verjüngenden Oberflächen 64b des ausgesparten Bereichs 64, die entlang der sich verjüngenden Oberflächen 73b der Sitze 73 profiliert sind, sind in dem Paar von ausgesparten Bereichen 64 ausgebildet, das in dem SAC 6 ausgebildet ist. Dadurch wird ein Einpassen des Paars von Sitzen 73, das aus dem FAC 7 hervorragt, in dem Paar von ausgesparten Bereichen 64 des SAC 6 erleichtert, so dass die Positionierung des FAC 7 in Bezug auf den SAC 6 noch mehr erleichtert wird.
Die Exaktheit der Formen der ersten Einfallsoberfläche 61 und der ersten Austrittsoberfläche 62 kann auch verbessert werden, da das Paar von Sitzen 63 in einem y-z-Schnitt symmetrisch in Bezug auf die optischen Achsen der lichtemittierenden Schichten 2 positioniert und gestaltet ist. Die Exaktheit der Formen der zweiten Einfallsoberfläche 71 und der zweiten Austrittsoberfläche 72 kann ebenso verbessert werden, da das Paar von Sitzen 73 in einem y-z-Schnitt symmetrisch in Bezug auf die optischen Achsen der lichtemittierenden Schichten positioniert und gestaltet ist.
Das Paar von sich verjüngenden Oberflächen 65 auf der Einfallsseite ist in dem SAC 6 ausgebildet und befindet sich in der Richtung x der langsamen Achse auf der jeweiligen Seite der ersten Einfallsoberfläche 61. Dies verhindert, dass sich in der ersten Einfallsoberfläche 61, bei der es sich um eine Linsenanordnung handelt, in der die Mehrzahl von Linsenoberflächen 61a auf der Einfallsseite ausgerichtet ist, Risse bilden, wenn der SAC 6 durch einen Pressformvorgang unter Verwendung einer Gießform hergestellt wird, indem der Unterschied der linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen der Gießform und Glas, bei dem es sich um ein Rohmaterial des SAC 6 handelt, für ein gleitendes Verschieben des Glases entlang des Paars von sich verjüngenden Oberflächen 65 auf der Einfallsseite genutzt wird und dazu genutzt wird, zu bewirken, dass das Glas von allein aus der Gießform heraus kommt, bevor sich bei einem Abkühlungsprozess zum Abkühlen des Glases und der Gießform Risse in der ersten Einfallsoberfläche 61 bilden.
Das Paar von Sitzen 63 und der SAC 6 können einheitlich ohne Grenzen zwischen dem Paar von Sitzen 63 und dem SAC 6 gebildet werden, indem das Paar von Sitzen 63 und der SAC 6 durch einen Pressformvorgang unter Verwendung einer Gießform gleichzeitig hergestellt werden. Auf diese Weise können die Anzahl von Teilstücken und die Anzahl von Arbeitsstunden für die Strahlformungs-Einrichtung 5 reduziert werden, während eine Abnahme der Nutzungseffizienz des Laserlichts 3 verhindert wird, indem das Paar von Sitzen 63 bei der Positionierung des SAC verwendet wird. Infolgedessen können die Kosten reduziert werden.
Das Paar von Sitzen 73 und der FAC 7 können ebenso durch einen Pressformvorgang unter Verwendung einer Gießform gleichzeitig hergestellt werden, da das Paar von Sitzen 73 und der FAC 7 einheitlich ohne Grenzen zwischen dem Paar von Sitzen 73 und dem FAC 7 gebildet werden. Auf diese Weise können die Anzahl von Teilstücken und die Anzahl von Arbeitsstunden für die Strahlformungs-Einrichtung 5 reduziert werden, während eine Abnahme der Nutzungseffizienz des Laserlichts 3 verhindert wird, indem das Paar von Sitzen 73 bei der Positionierung des FAC 7 verwendet wird. Infolgedessen können die Kosten reduziert werden.
Dritte Ausführungsform
7 ist eine Schnittansicht, um darzustellen, wie eine Strahlformungs-Einrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sowie eine LD-Leiste bei der dritten Ausführungsform bei einem Schnitt entlang der x-z-Ebene aussehen, die orthogonal zu der Richtung y der schnellen Achse der lichtemittierenden Schichten ist. 8 ist eine Schnittansicht, um darzustellen, wie die Strahlformungs-Einrichtung und die LD-Leiste gemäß 7 bei einem Schnitt entlang der y-z-Ebene aussehen, die orthogonal zu der Richtung x der langsamen Achse der lichtemittierenden Schichten ist.
Die Strahlformungs-Einrichtung 5 weist als eine erste Kollimatorlinse einen SAC/FAC 11 auf, bei dem es sich um eine einheitliche Linse handelt, welche die Funktion, bei der das Laserlicht 3 in der Richtung x der langsamen Achse kollimiert wird, und die Funktion integriert sind, bei der das Laserlicht 3 in der Richtung y der schnellen Achse kollimiert wird. Die Strahlformungs-Einrichtung 5 gemäß der dritten Ausführungsform weist daher lediglich eine erste Kollimatorlinse, aber keine zweite Kollimatorlinse auf.
In dem SAC/FAC 11 sind eine erste Einfallsoberfläche 111, in die Strahlen des Laserlichts 3 eintreten, und eine erste Austrittsoberfläche 112 ausgebildet, aus der die Strahlen des Laserlichts 3 austreten, die in den SAC/FAC 11 eingetreten sind. Der SAC/FAC 11 ist so angeordnet, dass die erste Einfallsoberfläche 111 der LD-Leiste 1 gegenüberliegt und dass die erste Austrittsoberfläche 112 der Seite gegenüberliegt, die sich entgegengesetzt zu der LD-Leiste 1 befindet. Der SAC/FAC 11 wird durch einen Pressformvorgang unter Verwendung einer Gießform gebildet.
Bei der ersten Einfallsoberfläche 111 handelt es sich um eine Oberfläche, welche die gleiche Funktion wie jene des SAC 6 bei der ersten Ausführungsform aufweist. Die erste Einfallsoberfläche 111 ist in der gleiche Weise wie die erste Einfallsoberfläche 61 des SAC 6 bei der ersten Ausführungsform konfiguriert. Im Einzelnen handelt es sich bei der ersten Einfallsoberfläche 111 um eine Anordnung von Mikrolinsen, bei der eine Mehrzahl von Linsenoberflächen lila auf der Einfallsseite in der Richtung x der langsamen Achse ausgerichtet ist. Jede Linsenoberfläche lila auf der Einfallsseite ist so positioniert, dass sie einer der lichtemittierenden Schichten 2 in der Richtung x der langsamen Achse entspricht.
Die Linsenoberflächen lila auf der Einfallsseite weisen in einem x-z-Schnitt jeweils eine Form auf, die zu der Außenseite des SAC/FAC 11 hin konvex gestaltet ist, wie in 7 dargestellt, und weisen in einem y-z-Schnitt eine Form auf, die zu der Innenseite des SAC/FAC 11 hin konkav gestaltet ist, wie in 8 dargestellt. Dadurch wird bewirkt, dass die erste Einfallsoberfläche 111 eine Oberfläche ist, welche die Funktion aufweist, Strahlen des Laserlichts 3 in der Richtung x der langsamen Achse zu kollimieren.
In einem x-z-Schnitt ist der Abstand von den Emissionsendoberflächen 2a der lichtemittierenden Schichten 2 zu der ersten Einfallsoberfläche 111 gleich der Brennweite fs jeder Linsenoberfläche lila auf der Einfallsseite, wie in 7 dargestellt. Mit anderen Worten, die Emissionsendoberfläche 2a jeder lichtemittierenden Schicht 2 ist an der Fokusposition oder dem Brennpunkt von einer der Linsenoberflächen lila auf der Einfallsseite positioniert, und das Laserlicht 3, das von der Linsenoberfläche 2a emittiert wird, wird durch die Linsenoberfläche lila auf der Einfallsseite der ersten Einfallsoberfläche 111 in der Richtung x der langsamen Achse kollimiert.
Bei der Form der ersten Einfallsoberfläche 111 in einem y-z-Schnitt handelt es sich um einen Bogen mit einem Punkt auf der Emissionsendoberfläche 2a von einer der lichtemittierenden Schichten 2 als dem Mittelpunkt, wie in 8 dargestellt. Dadurch wird bewirkt, dass das Laserlicht 3, das von der Emissionsendoberfläche 2a emittiert wird, in einem y-z-Schnitt durch die erste Einfallsoberfläche 111 hindurch ausgesendet wird, wie es ist, ohne gebrochen zu werden. Mit anderen Worten, in jedem Strahl des Laserlichts 3, der in einem y-z-Schnitt durch die erste Einfallsoberfläche 111 hindurch ausgesendet wird, tritt keine Aberration auf. Der Krümmungsradius Rc der ersten Einfallsoberfläche 111 in einem y-z-Schnitt ist gleich der Brennweite fs jeder Linsenoberfläche lila auf der Einfallsseite.
Andererseits handelt es sich bei der ersten Austrittsoberfläche 112 um eine Oberfläche, welche die gleiche Funktion wie jene des FAC 7 bei der ersten Ausführungsform aufweist. Die erste Austrittsoberfläche 112 ist so gestaltet, dass sie in einem x-z-Schnitt linear ist, wie in 7 dargestellt, und dass sie in einem y-z-Schnitt zu der Außenseite des SAC/FAC 11 hin konvex gestaltet ist, wie in 8 dargestellt. Mit anderen Worten, bei der ersten Austrittsoberfläche 112 handelt es sich um eine einzelne Linsenoberfläche, die zu der Außenseite des SAC/FAC 11 hin konvex gestaltet ist und wie ein Zylinder mit einer Mantellinie gestaltet ist, die entlang der Richtung x der langsamen Achse verläuft.
In einem x-z-Schnitt treten Strahlen des Laserlichts 3, die von der ersten Einfallsoberfläche 111 in den SAC/FAC 11 eintreten, dementsprechend aus dem SAC/FAC 11 aus, ohne durch die erste Austrittsoberfläche 112 gebrochen zu werden, und werden in einem y-z-Schnitt durch die erste Austrittsoberfläche 112 kollimiert, bevor sie aus dem SAC/FAC 11 austreten. Mit anderen Worten, Strahlen des Laserlichts 3, die von der ersten Einfallsoberfläche 111 in den SAC/FAC 11 eintreten, werden durch die erste Austrittsoberfläche 112 in der Richtung y der schnellen Achse kollimiert, wenn sie durch die erste Austrittsoberfläche 112 hindurch laufen.
Um insbesondere die Strahlen des Laserlichts 3 in der Richtung y der schnellen Achse, in welcher der Divergenzwinkel groß ist, präzise durch die erste Austrittsoberfläche 112 zu kollimieren, ist der ersten Austrittsoberfläche 112 in einem y-z-Schnitt eine nicht-bogenförmige Gestalt anstelle einer einfachen bogenförmigen Gestalt verliehen. Eine wünschenswerte Form der ersten Austrittsoberfläche 112 in einem y-z-Schnitt ist eine Ellipse, deren Hauptachse mit der Richtung z der optischen Achse übereinstimmt. Wenn es sich bei der Form der ersten Austrittsoberfläche 112 in einem y-z-Schnitt um eine Ellipse handelt, deren Hauptachse mit der Richtung z der optischen Achse übereinstimmt, kann das Laserlicht 3 durch die erste Austrittsoberfläche 112 präzise kollimiert werden.
Wenn der Brechungsindex des SAC/FAC 11 bei der Strahlformungs-Einrichtung 5 höher ist, ist die Krümmung der ersten Austrittsoberfläche 112 in der Richtung y der schnellen Achse geringer, und der Austrittswinkel, unter dem das Laserlicht 3 aus der ersten Austrittsoberfläche 112 austritt (d.h. ein Winkel zwischen dem Laserlicht 3, das durch die erste Austrittsoberfläche 112 kollimiert wird, und einer Oberflächennormalen zu der ersten Austrittsoberfläche 112), ist kleiner.
Wenn der Austrittswinkel, unter dem das Laserlicht 3 aus der ersten Austrittsoberfläche 112 austritt, klein ist, erfährt das Laserlicht 3 einen geringeren Verlust an der ersten Austrittsoberfläche 112, was daran liegt, dass der SAC/FAC 11 bevorzugt einen hohen Brechungsindex aufweist. Der Brechungsindex des SAC/FAC 11 ist bei diesem Beispiel gleich 1,7 oder höher. Der Rest der Konfiguration ist der gleiche wie bei der ersten Ausführungsform.
Bei der so konfigurierten Strahlformungs-Einrichtung 5 ist die erste Einfallsoberfläche 111 des SAC/FAC 11 in einem y-z-Schnitt wie in Bogen mit einem Punkt auf der Emissionsendoberfläche 2a von einer der lichtemittierenden Schichten 2 als dem Mittelpunkt gestaltet, die erste Austrittsoberfläche 112 des SAC/FAC 11 weist in einem y-z-Schnitt eine nicht-bogenförmige Gestalt auf, und die erste Einfallsoberfläche 111 des SAC/FAC 11 bildet eine Linsenanordnung, bei der die Mehrzahl von Linsenoberflächen lila auf der Einfallsseite in der Richtung x der langsamen Achse ausgerichtet ist.
Die Strahlformungs-Einrichtung 5 ist dementsprechend in der Lage, von den Strahlen des Laserlichts 3, die von den Emissionsendoberflächen 2a der jeweiligen lichtemittierenden Schichten 2 emittiert werden, durch die erste Einfallsoberfläche 111 einen Strahl des Laserlichts 3 in der Richtung x der langsamen Achse und durch die erste Austrittsoberfläche 112 einen Strahl des Laserlichts 3 in der Richtung y der schnellen Achse zu kollimieren. Das Laserlicht 3 kann somit durch einen einzelnen SAC/FAC 11 sowohl in der Richtung x der langsamen Achse als auch in der Richtung y der schnellen Achse kollimiert werden, was dabei hilft, die Anzahl von Teilkomponenten zu reduzieren.
Bei einer Kollimation des Laserlichts 3 durch einen einzelnen SAC/FAC 11 wird außerdem die Notwendigkeit für die Positionierungsarbeiten und die Befestigungsarbeiten eliminiert, die bei der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform durchgeführt werden, um den SAC 6 und den FAC 7 zueinander zu positionieren und aneinander zu befestigen, so dass Arbeitsstunden und Kosten reduziert werden.
Während das Laserlicht 3 bei den Strahlformungs-Einrichtungen 5 gemäß der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform, die den SAC 6 und den FAC 7 aufweisen, durch vier Oberflächen hindurch ausgesendet wird, und zwar durch die erste Einfallsoberfläche 61, die erste Austrittsoberfläche 62, die zweite Einfallsoberfläche 71 und die zweite Austrittsoberfläche 72 hindurch, wird das Laserlicht 3 bei der dritten Ausführungsform nur durch zwei Oberflächen hindurch ausgesendet, und zwar durch die erste Einfallsoberfläche 111 und die erste Austrittsoberfläche 112 des SAC/FAC 11 hindurch. Die verringerte Anzahl von Oberflächen, durch die hindurch das Laserlicht 3 ausgesendet wird, erhöht die Nutzungseffizienz des Laserlichts 3 bei der dritten Ausführungsform noch mehr als bei der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform.
Darüber hinaus kann die erste Austrittsoberfläche 112 des SAC/FAC 11, die einen Brechungsindex von 1,7 oder höher aufweist, eine geringe Krümmung aufweisen, und der Verlust an Laserlicht 3 an der ersten Austrittsoberfläche 112 kann dementsprechend reduziert werden.
Der SAC/FAC 11 wird durch einen Pressformvorgang unter Verwendung einer Gießform gebildet. Ein Fehler in der Position der ersten Austrittsoberfläche 112 in Bezug auf die erste Einfallsoberfläche 111 kann daher sehr klein gehalten werden, was die Strahlformung durch den SAC/FAC 11 äußerst präzise macht.
Während das Paar von Sitzen 63, das bei der zweiten Ausführungsform beschrieben ist, in dem SAC/FAC 11 bei dem vorstehend angegebenen Beispiel nicht ausgebildet ist, kann das Paar von Sitzen 63 aus zwei Endbereichen des SAC/FAC 11 in der Richtung y der schnellen Achse zu der Seite der LD-Leiste 1 hin hervorragen. In diesem Fall sind das Paar von Sitzen 63 und der SAC/FAC 11 einheitlich ohne Grenzen zwischen dem Paar von Sitzen 63 und dem SAC/FAC 11 ausgebildet.
Auf diese Weise ist der SAC/FAC 11 wie bei der zweiten Ausführungsform problemlos herzustellen und zu handhaben, und durch Befestigen der Endoberfläche 63a von einem der Sitze 63 an der Endoberfläche 10a des Kühlkörpers 10, an der die LD-Leiste 1 befestigt ist, kann der SAC/FAC 11 problemlos und präziser in Bezug auf die LD-Leiste 1 positioniert werden.
Wie bei der zweiten Ausführungsform kann das Paar von sich verjüngenden Oberflächen 65 auf der Einfallsseite, die in der Richtung z der optischen Achse abgeschrägt sind, in dem SAC/FAC 11 bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel ausgebildet sein. Das Paar von sich verjüngenden Oberflächen 65 auf der Einfallsseite ist in diesem Fall in der Richtung x der langsamen Achse auf der jeweiligen Seite der ersten Einfallsoberfläche 111 ausgebildet.
Das Paar von sich verjüngenden Oberflächen 65 auf der Einfallsseite ist in diesem Fall außerdem in dem SAC/FAC 11 so ausgebildet, dass der Abstand zwischen dem Paar von sich verjüngenden Oberflächen 65 auf der Einfallsseite in einem x-z-Schnitt in Richtung zu der LD-Leiste 1 hin kontinuierlich zunimmt, wenn der Abstand von der ersten Einfallsoberfläche 111 größer wird.
Vierte Ausführungsform
9 ist eine Schnittansicht, um darzustellen, wie eine Strahlformungs-Einrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sowie eine LD-Leiste bei der vierten Ausführungsform bei einem Schnitt entlang der x-z-Ebene aussehen, die orthogonal zu der Richtung y der schnellen Achse der lichtemittierenden Schichten ist. 10 ist eine Schnittansicht, um darzustellen, wie die Strahlformungs-Einrichtung und die LD-Leiste gemäß 9 bei einem Schnitt entlang der y-z-Ebene aussehen, die orthogonal zu der Richtung x der langsamen Achse der lichtemittierenden Schichten ist.
Bei der ersten Austrittsoberfläche 62 handelt es sich um eine Anordnung von Mikrolinsen, bei der eine Mehrzahl von Linsenoberflächen 62a auf der Austrittsseite in der Richtung x der langsamen Achse der lichtemittierenden Schichten 2 ausgerichtet ist. Jede Linsenoberfläche 62a auf der Austrittsseite ist in der Richtung x der langsamen Achse so positioniert, dass sie einer der Linsenoberflächen 61a auf der Einfallsseite der ersten Einfallsoberfläche 61 entspricht.
Die Linsenoberflächen 62a auf der Austrittsseite weisen in einem x-z-Schnitt jeweils eine Form auf, die zu der Außenseite des SAC 6 hin konvex gestaltet ist, wie in 9 dargestellt, und weisen in einem y-z-Schnitt eine Form auf, die zu der Außenseite des SAC 6 hin konvex gestaltet ist, wie in 10 dargestellt. Der Krümmungsradius jeder Linsenoberfläche 62a auf der Austrittsseite in einem x-z-Schnitt unterscheidet sich von dem Krümmungsradius jeder Linsenoberfläche 61a auf der Einfallsseite in einem x-z-Schnitt. Die Form der ersten Einfallsoberfläche 61 und die Form der ersten Austrittsoberfläche 62 sind in einem y-z-Schnitt, wie bei der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform, konzentrische Bögen mit einem Punkt auf der Emissionsendoberfläche 2a von einer der lichtemittierenden Schichten 2 als dem Mittelpunkt.
Bei der vierten Ausführungsform handelt es sich bei der ersten Einfallsoberfläche 61 des SAC 6 um die gleiche Oberfläche wie die erste Einfallsoberfläche 61 bei der ersten Ausführungsform, und die Brennweite fs jeder Linsenoberfläche 61a auf der Einfallsseite ist auch die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform. Jede Linsenoberfläche 62a auf der Austrittsseite weist bei der vierten Ausführungsform in einem x-z-Schnitt eine Brennweite auf, die durch fs x P/W berechnet wird, und weist einen Krümmungsradius Ru auf, der durch Ru = Rv x P/W ausgedrückt wird.
Der Abstand zwischen einer der Linsenoberflächen 61a auf der Einfallsseite und ihrer entsprechenden Linsenoberfläche 62a auf der Austrittsseite in einem x-z-Schnitt wird bei der vierten Ausführungsform mit n x fs x (1 + P/W) ausgedrückt, wobei n den Brechungsindex des SAC 6 wiedergibt. Der Rest der Konfiguration ist der gleiche wie bei der ersten Ausführungsform
Bei der Strahlformungs-Einrichtung 5 gemäß der ersten Ausführungsform nimmt der verbleibende Divergenzwinkel des Laserlichts 3, das durch den SAC 6 hindurch ausgesendet wird, in der Richtung x der langsamen Achse zu, wenn das Verhältnis der Breite W jeder lichtemittierenden Schicht 2 in der LD-Leiste 1 zu dem Abstand P zwischen den lichtemittierenden Schichten 2, und zwar der Füllfaktor F (F = W/P) zunimmt. Wenn der Füllfaktor F den Wert 50 % übersteigt, wird insbesondere der verbleibende Divergenzwinkel des Laserlichts 3, das durch den SAC 6 hindurch ausgesendet wird, größer als der Divergenzwinkel des Laserlichts 3 zum Zeitpunkt einer Emission von den Endoberflächen 2a der lichtemittierenden Schichten 2.
Im Gegensatz dazu ist der verbleibende Divergenzwinkel des Laserlichts 3, das durch den SAC 6 hindurch ausgesendet wird, bei der Strahlformungs-Einrichtung 5 gemäß der vierten Ausführungsform aufgrund der Tatsache klein, dass es sich bei der ersten Austrittsoberfläche 62 um eine Linsenanordnung handelt, bei der die Mehrzahl von Linsenoberflächen 62a auf der Austrittsseite in der Richtung x der langsamen Achse der lichtemittierenden Schichten 2 ausgerichtet ist.
11 ist eine vergrößerte Schnittansicht zur Darstellung von einer der lichtemittierenden Schichten 2 gemäß 2 und eines Bereichs des SAC 6, welcher der einen der lichtemittierenden Schichten 2 in der Richtung z der optischen Achse gegenüberliegt. 12 ist eine vergrößerte Schnittansicht zur Darstellung der einen der lichtemittierenden Schichten 2 gemäß 9 und eines Bereichs des SAC 6, welcher der einen der lichtemittierenden Schichten 2 in der Richtung z der optischen Achse gegenüberliegt.
In 11 ist ein verbleibender Divergenzwinkel ζ des Laserlichts 3, das durch den SAC 6 der Strahlformungs-Einrichtung 5 gemäß der ersten Ausführungsform hindurch ausgesendet wird, in der Richtung x der langsamen Achse dargestellt. In 12 ist ein verbleibender Divergenzwinkel ζ des Laserlichts 3, das durch den SAC 6 der Strahlformungs-Einrichtung 5 gemäß der vierten Ausführungsform hindurch ausgesendet wird, in der Richtung x der langsamen Achse dargestellt.
Bei der in 11 dargestellten ersten Ausführungsform wird ein Laserlicht 3a (durchbrochene Linien), das unter dem Divergenzwinkel θ von einem Punkt in der Mitte der Emissionsendoberfläche 2a der lichtemittierenden Schicht 2 emittiert wird, durch eine der Linsenoberflächen 61a auf der Einfallsseite des SAC 6 kollimiert. Der verbleibende Divergenzwinkel ζ bei der ersten Ausführungsform in einem x-z-Schnitt wird dementsprechend durch Strahlen eines Laserlichts 3b (durchgezogene Linien) verursacht, die parallel von Punkten an den zwei Enden der Breite W der lichtemittierenden Schicht 2 emittiert werden.
Wenn der Brechungsindex des SAC 6 bei der ersten Ausführungsform mit n angegeben ist, schneiden sich die Strahlen des Laserlichts 3b, die parallel von den Punkten an den zwei Enden der Breite W der lichtemittierenden Schicht 2 emittiert werden, einmal an einem Punkt, der durch das Produkt aus der Brennweite fs der Linsenoberfläche 61a auf der Einfallsseite und dem Brechungsindex n des SAC 6 (n x fs) ermittelt wird, und divergieren dann ohne irgendwelche Änderungen, wie in 11 dargestellt. Der verbleibende Divergenzwinkel ζ wird in diesem Fall mit ζ = F/(1 - F) x θ ausgedrückt, wenn die Brennweite fs mit fs = (P - W) / 2θ ausgedrückt wird.
Andererseits breiten sich die Strahlen des Laserlichts 3b (durchgezogene Linien), die parallel von Punkten an den zwei Enden der Breite W der lichtemittierenden Schicht 2 emittiert werden, bei der in 12 dargestellten vierten Ausführungsform im vollen Umfang des Abstands P zwischen den lichtemittierenden Schichten 2 an der Position der Linsenoberfläche 62a auf der Austrittsseite aus und werden durch die Linsenoberfläche 62a auf der Austrittsseite kollimiert.
Der verbleibende Divergenzwinkel ζ wird bei der vierten Ausführungsform in einem x-z-Schnitt entsprechend durch die Strahlen des Laserlichts 3a (durchbrochene Linien) verursacht, die unter dem Divergenzwinkel θ von einem Punkt in der Mitte der Emissionsendoberfläche 2a der lichtemittierenden Schicht 2 emittiert werden. Der verbleibende Divergenzwinkel ζ, der durch Strahlen des Laserlichts 3 verursacht wird, die unter dem Divergenzwinkel θ von einem Punkt in der Mitte der Emissionsendoberfläche 2a der lichtemittierenden Schicht 2 emittiert werden, wird bei der vierten Ausführungsform mit ζ = F × θ ausgedrückt.
13 ist eine graphische Darstellung, in der die Relation zwischen dem verbleibenden Divergenzwinkel ζ und dem Füllfaktor F in der Richtung x der langsamen Achse zwischen der ersten Ausführungsform und der vierten Ausführungsform verglichen wird. In 13 ist der verbleibende Divergenzwinkel ζ auf der Ordinatenachse als ein Vielfaches des Divergenzwinkels θ an der Emissionsendoberfläche 2a der lichtemittierenden Schicht 2 gezeigt.
Die durchgezogene Linie in 13 gibt die Relation zwischen dem verbleibenden Divergenzwinkel ζ und dem Füllfaktor F bei der vierten Ausführungsform wieder, und die durchbrochene Linie in 13 gibt die Relation zwischen dem verbleibenden Divergenzwinkel ζ und dem Füllfaktor F bei der ersten Ausführungsform wieder.
Aus 13 wird verständlich, dass der verbleibende Divergenzwinkel ζ bei der vierten Ausführungsform kleiner als bei der ersten Ausführungsform ist. Es wird außerdem verständlich, dass eine Zunahme des verbleibenden Divergenzwinkels ζ bei der vierten Ausführungsform ungeachtet einer Zunahme des Werts des Füllfaktors F kleiner als bei der ersten Ausführungsform gehalten wird.
Bei der so konfigurierten Strahlformungs-Einrichtung 5 weist die erste Austrittsoberfläche 62 des SAC 6 die Mehrzahl von Linsenoberflächen 62a auf der Austrittsseite auf, die in der Richtung x der langsamen Achse der lichtemittierenden Schichten 2 ausgerichtet sind, und die Linsenoberflächen 62a auf der Austrittsseite weisen in einem x-z-Schnitt jeweils eine Form auf, die zu der Außenseite des SAC 6 hin konvex gestaltet ist, und weisen in einem y-z-Schnitt eine Form auf, die in Richtung zu der Außenseite des SAC 6 hin konvex gestaltet ist.
Der verbleibende Divergenzwinkel ζ des Laserlichts 3 kann dementsprechend kleiner als bei der ersten Ausführungsform gehalten werden. Dadurch wird der Verlust des Laserlichts 3 reduziert, nachdem das Laserlicht 3 durch den SAC 6 hindurch ausgesendet worden ist, so dass die Nutzungseffizienz des Laserlichts 3 noch stärker erhöht wird.
Die Brennweite der Linsenoberfläche 62a auf der Austrittsseite, die bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel mit fs x P/W ausgedrückt wird, ist nicht darauf beschränkt, und der verbleibende Divergenzwinkel ζ kann kleiner als bei der ersten Ausführungsform gehalten werden, solange die Form jeder Linsenoberfläche 62a auf der Austrittsseite in einem x-z-Schnitt eine Form aufweist, die zu der Außenseite des SAC 6 hin konvex gestaltet ist.
Wenngleich das Paar von Sitzen 63, das bei der zweiten Ausführungsform beschrieben ist, bei dem vorstehend angegebenen Beispiel in dem SAC 6 nicht ausgebildet ist, kann das Paar von Sitzen 63 in der Richtung y der schnellen Achse aus zwei Endbereichen des SAC 6 in Richtung zu der LD-Leiste 1 hin hervor ragen. In diesem Fall sind das Paar von Sitzen 63 und der SAC 6 einheitlich ohne Grenzen zwischen dem Paar von Sitzen 63 und dem SAC 6 ausgebildet. Auf diese Weise wird bewirkt, dass der SAC 6 problemlos herzustellen und zu handhaben ist und der SAC 6 problemlos und präziser in Bezug auf die LD-Leiste 1 positioniert werden kann.
Wie bei der zweiten Ausführungsform kann das Paar von Sitzen 73 und das Paar von ausgesparten Bereichen 64 bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel so ausgebildet sein, dass das Paar von Sitzen 73 in der Richtung y der schnellen Achse aus zwei Endbereichen des FAC 7 in Richtung zu der Seite des SAC 6 hervorragt und in das in dem SAC 6 ausgebildete Paar von ausgesparten Bereichen 64 eingepasst ist. In diesem Fall sind das Paar von Sitzen 73 und der FAC 7 einheitlich ohne Grenzen zwischen dem Paar von Sitzen 73 und dem FAC 7 ausgebildet. Auf diese Weise wird bewirkt, dass der FAC 7 problemlos herzustellen und zu handhaben ist und der FAC 7 problemlos und präziser in Bezug auf den SAC 6 positioniert werden kann.
Wie bei der zweiten Ausführungsform kann das Paar von sich verjüngenden Oberflächen 65 auf der Einfallsseite, die in der Richtung z der optischen Achse abgeschrägt sind, bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel in dem SAC 6 ausgebildet sein. Das Paar von sich verjüngenden Oberflächen 65 auf der Einfallsseite ist in diesem Fall in der Richtung x der langsamen Achse auf der jeweiligen Seite der ersten Einfallsoberfläche 61 ausgebildet.
Das Paar von sich verjüngenden Oberflächen 65 auf der Einfallsseite ist in diesem Fall in dem SAC 6 auch so ausgebildet, dass der Abstand zwischen dem Paar von sich verjüngenden Oberflächen 65 auf der Einfallsseite in einem x-z-Schnitt in Richtung zu der Seite der LD-Leiste 1 hin kontinuierlich zunimmt, wenn der Abstand von der ersten Einfallsoberfläche 61 größer wird.
Fünfte Ausführungsform
14 ist eine Ansicht, wie ein Laser-Oszillator gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einer Betrachtung entlang der Richtung y der schnellen Achse von lichtemittierenden Schichten aussieht. Bei einem Laser-Oszillator 200 handelt es sich um einen Laser-Oszillator vom Typ mit einer Wellenlängenkopplung, bei dem eine Strahlzuführungs-Einrichtung 201, die so konfiguriert ist, dass sie eine Mehrzahl von kollimierten Strahlen des Laserlichts 3 zuführt, mit einer externen Resonatorstruktur versehen ist.
Im Einzelnen weist der Laser-Oszillator 200 Folgendes auf: die Strahlzuführungs-Einrichtung 201, ein Lichtsammel-Element 202, ein Wellenlängen-Kopplungselement 203 sowie einen Spiegel 204 mit partieller Reflexion. Das Lichtsammel-Element 202 ist in der Ausbreitungsrichtung von Strahlen des Laserlichts 3 zwischen der Strahlzuführungs-Einrichtung 201 und dem Spiegel 204 mit partieller Reflexion angeordnet. Das Wellenlängen-Kopplungselement 203 ist in der Ausbreitungsrichtung von Strahlen des Laserlichts 3 zwischen dem Lichtsammel-Element 202 und dem Spiegel 204 mit partieller Reflexion angeordnet.
Die Strahlzuführungs-Einrichtung 201 weist die LD-Leiste 1 sowie die Strahlformungs-Einrichtung 5 auf. Die LD-Leiste 1 und die Strahlformungs-Einrichtung 5 sind in der gleichen Weise wie bei der ersten Ausführungsform konfiguriert und angeordnet. Bei Endoberflächen der lichtemittierenden Schichten 2 auf der Seite, die sich entgegengesetzt zu den Emissionsendoberflächen 2a befinden, handelt es sich um reflektierende Endoberflächen 2b, die das Laserlicht 3 reflektieren. Strahlen des Laserlichts 3, die von den Emissionsendoberflächen 2a der LD-Leiste 1 emittiert werden, werden durch die Strahlformungs-Einrichtung 5 kollimiert und breiten sich dann zu dem Lichtsammel-Element 202 hin aus.
Das Lichtsammel-Element 202 kollimiert die Strahlen des Laserlichts 3, die sich von der Strahlzuführungs-Einrichtung 201 aus ausbreiten, das heißt parallelisiert diese wieder aufgrund von Beugung und sammelt außerdem Hauptstrahlen der Strahlen des Laserlichts 3 an einem Punkt auf dem Wellenlängen-Kopplungselement 203. Bei dem Lichtsammel-Element 202 kann es sich zum Beispiel um eine Linse mit einer konvexen Fähigkeit zumindest in der Richtung x der langsamen Achse handeln.
Bei dem Wellenlängen-Kopplungselement 203 handelt es sich zum Beispiel um ein Beugungsgitter. Das Wellenlängen-Kopplungselement 203 beugt Strahlen des Laserlichts 3 zum Beispiel in eine primäre Beugungsrichtung, nachdem Hauptstrahlen der Strahlen des Laserlichts 3 durch das Lichtsammel-Element 202 an einem Punkt gesammelt worden sind.
Der Spiegel 204 mit partieller Reflexion reflektiert einen Teil der Strahlen des Laserlichts 3, die durch das Wellenlängen-Kopplungselement 203 gebeugt werden, in eine zu der Ausbreitungsrichtung der Strahlen des Laserlichts 3 umgekehrte Richtung und sendet den Rest der Strahlen des Laserlichts 3 aus.
Die Strahlen des Laserlichts 3, die mittels des Spiegels 204 mit partieller Reflexion reflektiert werden, werden auf einem Lichtpfad, entlang dessen sich die Strahlen des Laserlichts 3 ausgebreitet haben, in der umgekehrten Richtung zurückgeführt, um dadurch durch das Wellenlängen-Kopplungselement 203, das Lichtsammel-Element 202 und die Strahlformungs-Einrichtung 5 in der angegebenen Reihenfolge hindurchzulaufen und zu ihren jeweiligen lichtemittierenden Schichten 2 zurückzukehren, von denen die Strahlen des Laserlichts 3 emittiert worden sind.
Die Strahlen des Laserlichts 3, die zu den lichtemittierenden Schichten 2 zurückgekehrt sind, breiten sich im Inneren der lichtemittierenden Schichten 2 aus und werden durch die reflektierenden Endoberflächen 2b reflektiert und werden dann von den Emissionsendoberflächen 2a der lichtemittierenden Schichten 2 emittiert, um erneut durch die Strahlformungs-Einrichtung 5, das Lichtsammel-Element 202 und das Wellenlängen-Kopplungselement 203 in der angegebenen Reihenfolge hindurch zu laufen und den Spiegel 204 mit partieller Reflexion zu erreichen.
Mit anderen Worten, bei dem Laser-Oszillator 200 handelt es sich um einen Resonator, in dem die lichtemittierenden Schichten 2 als eine Oszillationsquelle verwendet werden, bei der es sich um ein Verstärkungsmedium handelt, und das Laserlicht 3 wird zwischen den reflektierenden Endoberflächen 2b der lichtemittierenden Schichten 2 und dem Spiegel 204 mit partieller Reflexion zur Resonanz gebracht.
Der Einfallswinkel, unter dem das Laserlicht 3, das von einer der lichtemittierenden Schichten 2 emittiert wird, in das Wellenlängen-Kopplungselement 203 eintritt, wird basierend auf den Positionen der LD-Leiste 1, des Lichtsammel-Elements 202 und des Wellenlängen-Kopplungselements 203 oder basierend auf anderen Faktoren bestimmt. Andererseits wird der Austrittswinkel des Laserlichts 3, das durch das Wellenlängen-Kopplungselement 203 gebeugt wird, und zwar des Laserlichts 3, das aus dem Wellenlängen-Kopplungselement 203 austritt, so bestimmt, dass das Laserlicht 3 vertikal in den Spiegel 204 mit partieller Reflexion eintritt und vertikal von diesem reflektiert wird. Indem aus dem Eintrittswinkel und dem Austrittswinkel ein bestimmter Wert als Wellenlänge bestimmt wird, wird eine Wellenlänge, bei der eine Oszillation in dem Laser-Oszillator 200 durchgeführt werden kann, automatisch gewählt, und das Laserlicht 3 mit der gewählten Wellenlänge wird durch den Laser-Oszillator 200 oszilliert und von diesem abgegeben.
Strahlen des Laserlichts 3, die von den lichtemittierenden Schichten 2 emittiert werden, unterscheiden sich in Bezug auf die Wellenlänge etwas voneinander, und die Wellenlängen der Strahlen des Laserlichts 3 variieren entlang der Richtung x der langsamen Achse stufenweise. Bei dem Laserlicht 3, das sich zwischen dem Wellenlängen-Kopplungselement 203 und dem Spiegel 204 mit partieller Reflexion ausbreitet, handelt es sich um einen einzelnen Strahl des Laserlichts, in dem Strahlen des Laserlichts mit einer Mehrzahl von Wellenlängen überlagert sind. Dies bewirkt, dass das Laserlicht, das durch den Spiegel 204 mit partieller Reflexion hindurch ausgesendet wird und aus dem Laser-Oszillator 200 austritt, ein einzelner Strahl des Multi-Wellenlängen-Laserlichts ist.
Der so konfigurierte Laser-Oszillator 200, der die Strahlformungs-Einrichtung 5 gemäß der ersten Ausführungsform verwendet, ist problemlos zu handhaben und herzustellen, seine Kosten können reduziert werden, und er kann die Nutzungseffizienz des Laserlichts 3 erhöhen. Darüber hinaus kann jede beliebige Länge als Brennweite des FAC 7 gewählt werden, und die Einstellempfindlichkeit des Laser-Oszillators 200 kann durch Festlegen einer großen Brennweite für den FAC 7 reduziert werden. Dies bewirkt, dass der resultierende Laser-Oszillator 200 stabil und unempfindlich gegenüber Temperaturänderungen und anderen Störungen ist.
Sechste Ausführungsform
15 ist eine Ansicht, wie ein Laser-Oszillator gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einer Betrachtung entlang der Richtung y der schnellen Achse der lichtemittierenden Schichten aussieht. Die Strahlzuführungs-Einrichtung 201 weist Folgendes auf: die LD-Leiste 1, die Strahlformungs-Einrichtung 5 sowie ein Lichtpfad-Umwandlungselement 205. Die LD-Leiste 1 und die Strahlformungs-Einrichtung 5 sind in der gleichen Weise wie bei der ersten Ausführungsform konfiguriert und angeordnet. Das Lichtpfad-Umwandlungselement 205 ist in der Ausbreitungsrichtung der Strahlen des Laserlichts 3 zwischen der Strahlformungs-Einrichtung 5 und dem Lichtsammel-Element 202 angeordnet.
16 ist eine Schnittansicht, um darzustellen, wie das Lichtpfad-Umwandlungselement 205 gemäß 15 bei einem Schnitt entlang der x-z-Ebene aussieht, die orthogonal zu der Richtung y der schnellen Achse ist. 17 ist eine Ansicht, wie das Lichtpfad-Umwandlungselement 205 gemäß 15 bei einer Betrachtung entlang der Richtung z der optischen Achse aussieht. In dem Lichtpfad-Umwandlungselement 205 sind eine Einfallsoberfläche 215 des Elements, in die Strahlen des Laserlichts 3 eintreten, und eine Austrittsoberfläche 225 des Elements ausgebildet, aus der die Strahlen des Laserlichts 3 austreten, die in das Lichtpfad-Umwandlungselement 205 eingetreten sind.
Das Lichtpfad-Umwandlungselement 205 ist so angeordnet, dass die Einfallsoberfläche 215 des Elements der Strahlformungs-Einrichtung 5 gegenüberliegt und dass die Austrittsoberfläche 225 des Elements der Seite gegenüberliegt, die sich entgegengesetzt zu der Strahlformungs-Einrichtung 5, und zwar zu dem Wellenlängen-Kopplungselement 203 befindet.
Bei der Einfallsoberfläche 215 des Elements handelt es sich um eine Anordnung von Mikrolinsen, bei der eine Mehrzahl von Linsenoberflächen 215a auf der Einfallsseite in der Richtung x der langsamen Achse der lichtemittierenden Schichten 2 ausgerichtet ist. Bei der Austrittsoberfläche 225 des Elements handelt es sich um eine Anordnung von Mikrolinsen, bei der eine Mehrzahl von Linsenoberflächen 225a auf der Austrittsseite in der Richtung x der langsamen Achse der lichtemittierenden Schichten 2 ausgerichtet ist.
Die Linsenoberflächen 215a auf der Einfallsseite und die Linsenoberflächen 225a auf der Austrittsseite sind so positioniert, dass eine Linsenoberfläche 215a auf der Einfallsseite und eine Linsenoberfläche 225a auf der Austrittsseite einander in der Richtung x der langsamen Achse entsprechen. Die Form jeder Linsenoberfläche 215a auf der Einfallsseite und die Form jeder Linsenoberfläche 225a auf der Austrittsseite sind einander gleich. Jede Linsenoberfläche 215a auf der Einfallsseite und jede Linsenoberfläche 225a auf der Austrittsseite sind wie ein Zylinder mit einer Mantellinie gestaltet, die in der x-y-Ebene entlang einer Richtung mit 45° verläuft.
Dies verleiht jeder Linsenoberfläche 215a auf der Einfallsseite und jeder Linsenoberfläche 225a auf der Austrittsseite eine bogenförmige Gestalt oder eine nicht-bogenförmige Gestalt, die zu der Außenseite des Lichtpfad-Umwandlungselements 205 in einem Schnitt senkrecht zu der Mantellinie konvex gestaltet sind.
Die Richtung der langsamen Achse und die Richtung der schnellen Achse eines Lichtstroms, der von der Einfallsoberfläche 215 des Elements in das Lichtpfad-Umwandlungselement 205 eintritt, werden mittels des Lichtpfad-Umwandlungselements 205 gewechselt, und dann tritt der Lichtstrom von dem Lichtpfad-Umwandlungselement 205 aus der Austrittsoberfläche 225 des Elements aus. Im Einzelnen wechselt das Lichtpfad-Umwandlungselement 205 die Richtung der langsamen Achse und die Richtung der schnellen Achse des Laserlichts 3, indem das Laserlicht 3 nur um 90° um die Richtung z der optischen Achse gedreht wird.
Dies verleiht dem Laserlicht 3 eine Richtung der langsamen Achse, die mit der x-Richtung übereinstimmt, bevor das Laserlicht 3 in das Lichtpfad-Umwandlungselement 205 eintritt, und die mit der y-Richtung übereinstimmt, nachdem das Laserlicht 3 aus dem Lichtpfad-Umwandlungselement 205 ausgetreten ist. Dies verleiht dem Laserlicht 3 außerdem eine Richtung der schnellen Achse, die mit der y-Richtung übereinstimmt, bevor das Laserlicht 3 in das Lichtpfad-Umwandlungselement 205 eintritt, und die mit der x-Richtung übereinstimmt, nachdem das Laserlicht 3 aus dem Lichtpfad-Umwandlungselement 205 ausgetreten ist. Jeder Strahl des Laserlichts 3 von der Strahlformungs-Einrichtung 5 erreicht das Lichtsammel-Element 202, nachdem seine Richtung der langsamen Achse und seine Richtung der schnellen Achse durch das Lichtpfad-Umwandlungselement 205 gewechselt worden sind. Der Rest der Konfiguration ist der gleiche wie bei der fünften Ausführungsform.
Bei dem so konfigurierten Laser-Oszillator 200 weist die Strahlzuführungs-Einrichtung 201 das Lichtpfad-Umwandlungselement 205 auf, das zwischen der Lichtformungs-Einrichtung 5 und dem Lichtsammel-Element 202 angeordnet ist, und dementsprechend kann bewirkt werden, dass jeder Strahl des Laserlichts 3 von der Strahlformungs-Einrichtung 5 in das Lichtsammel-Element 202 eintritt, wobei seine Richtung der langsamen Achse und seine Richtung der schnellen Achse gewechselt worden sind, so dass ermöglicht wird, dass eine Abmessung des Laser-Oszillators 200 gering ist.
Darüber hinaus können die Richtung der langsamen Achse und die Richtung der schnellen Achse jedes Strahls des Laserlichts 3 präzise gewechselt werden, da das Laserlicht 3, das veranlasst worden ist, in das Lichtpfad-Umwandlungselement 205 einzutreten, sowohl in der Richtung der langsamen Achse als auch in der Richtung der schnellen Achse durch die Strahlformungs-Einrichtung 5 bereits kollimiert worden ist, mit dem Ergebnis, dass Laserlicht 3 mit einer hohen Qualität von dem Laser-Oszillator 200 abgegeben wird.
Ein weiterer Effekt des Laserlichts 3, das sowohl in der Richtung der langsamen Achse als auch in der Richtung der schnellen Achse durch die Strahlformungs-Einrichtung 5 kollimiert wird, bevor es in das Lichtpfad-Umwandlungselement 205 eintritt, besteht darin, dass eine Vignettierung des Laserlichts 3 verhindert wird, wenn das Laserlicht 3 durch das Lichtpfad-Umwandlungselement 205 hindurchläuft. Diese Effekte bewirken, dass der resultierende Laser-Oszillator 200 eine hohe Nutzungseffizienz des Laserlichts 3 aufweist.
Siebte Ausführungsform
18 ist eine Ansicht, wie ein Laser-Oszillator gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einer Betrachtung entlang der Richtung y der schnellen Achse der lichtemittierenden Schichten aussieht. Wenngleich bei der sechsten Ausführungsform kein Element eines optischen Systems zwischen dem Lichtsammel-Element 202 und dem Wellenlängen-Kopplungselement 203 angeordnet ist, kann zwischen dem Lichtsammel-Element 202 und dem Wellenlängen-Kopplungselement 203 ein λ/2-Plättchen (Halbwellen-Plättchen: HWP) 206 angeordnet sein.
Das λ/2-Plättchen 206 dreht die Polarisationsrichtung jedes Strahls des Laserlichts 3 nur um 90° um die Richtung z der optischen Achse herum. Im Einzelnen treten Strahlen des Laserlichts 3, die von den lichtemittierenden Schichten 2 emittiert werden, jeweils in das Wellenlängen-Kopplungselement 203 ein, nachdem die Polarisationsrichtung des Strahls des Laserlichts 3 mittels des λ/2-Plättchens 206 nur um 90° um die Richtung z der optischen Achse herumgedreht worden ist. Der Rest der Konfiguration ist der gleiche wie bei der sechsten Ausführungsform. Dies erleichtert das Erhöhen der Beugungseffizienz für jeden Strahl des Laserlichts 3 in dem Wellenlängen-Kopplungselement 203, so dass eine noch höhere Nutzungseffizienz des Laserlichts 3 in dem Laser-Oszillator 200 bewirkt wird.
Bei der fünften Ausführungsform bis zur sieben Ausführungsform weist die Strahlzuführungs-Einrichtung 201 eine Strahlformungs-Einrichtung 5 auf, die konfiguriert ist, wie bei der ersten Ausführungsform beschrieben, sie kann jedoch auch eine Strahlformungs-Einrichtung 5 aufweisen, die so konfiguriert ist, wie bei einer von der zweiten bis zur vierten Ausführungsform beschrieben.
Wenngleich bei der fünften Ausführungsform bis zur siebten Ausführungsform lediglich eine Strahlzuführungs-Einrichtung 201 enthalten ist, kann eine Mehrzahl von Strahlzuführungs-Einrichtungen 201 enthalten sein. In diesem Fall ist jede der Mehrzahl von Strahlzuführungs-Einrichtungen 201 an einer Position angeordnet, an der Hauptstrahlen der Strahlen des Laserlichts 3 an einem Punkt auf dem Wellenlängen-Kopplungselement 203 gesammelt werden. Auf diese Weise können die Strahlen des Laserlichts 3 von einer Mehrzahl von LD-Leisten 1 zu einem einzigen Strahl des Laserlichts überlagert werden, was bedeutet, dass ein Laser-Oszillator 200 mit einer noch höheren Leistung erzielt werden kann.
Bezugszeichenliste

1: LD-Leiste
2: lichtemittierende Schicht (lichtemittierender Bereich)
2a: Emissionsendoberfläche
3: Laserlicht
5: Strahlformungs-Einrichtung
6: SAC (erste Kollimatorlinse)
7: FAC (zweite Kollimatorlinse)
11: SAC/FAC (erste Kollimatorlinse)
61: erste Einfallsoberfläche
61a: Linsenoberfläche auf der Einfallsseite
62: erste Austrittsoberfläche
62a: Linsenoberfläche auf der Austrittsseite
63: Sitz (Anbringungssitz)
64: ausgesparter Bereich
64b: sich verjüngende Oberfläche des ausgesparten Bereichs
65: sich verjüngende Oberfläche auf der Einfallsseite
73: Sitz
73b: sich verjüngende Oberfläche des Sitzes
111: erste Einfallsoberfläche
111a: Linsenoberfläche auf der Einfallsseite
112: erste Austrittsoberfläche
200: Laser-Oszillator
201: Strahlzuführungs-Einrichtung
202: Lichtsammel-Element
203: Wellenlängen-Kopplungselement
204: Spiegel mit partieller Reflexion
205: Lichtpfad-Umwandlungselement
206: λ/2-Plättchen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5861992 A [0011]
JP 7098402 A [0011]

Claims

Strahlformungs-Einrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Mehrzahl von Strahlen eines Laserlichts kollimiert, die jeweils von einer von Emissionsendoberflächen einer Mehrzahl von in einer ersten Richtung ausgerichteten lichtemittierenden Bereichen in einer Lichtemissions-Einrichtung zu einer Richtung einer optischen Achse hin emittiert werden, die orthogonal zu der ersten Richtung ist, wobei die Strahlformungs-Einrichtung Folgendes aufweist: - - eine erste Kollimatorlinse, die so konfiguriert ist, dass sie mindestens einen von der Mehrzahl von Strahlen des Laserlichts kollimiert, der in der ersten Richtung divergiert; und - - eine zweite Kollimatorlinse, die so konfiguriert ist, dass sie mindestens einen von der Mehrzahl von Strahlen des Laserlichts kollimiert, der in einer zweiten Richtung divergiert, die eine Richtung orthogonal sowohl zu der Richtung der optischen Achse als auch zu der ersten Richtung ist, - - wobei die erste Kollimatorlinse zwischen der Lichtemissions-Einrichtung und der zweiten Kollimatorlinse angeordnet ist, - - wobei in der ersten Kollimatorlinse eine erste Einfallsoberfläche ausgebildet ist, in welche die Mehrzahl von Strahlen des Laserlichts eintritt, und eine erste Austrittsoberfläche ausgebildet ist, aus der die Mehrzahl von Strahlen des Laserlichts austritt, - - wobei die erste Einfallsoberfläche eine Mehrzahl von Linsenoberflächen auf der Einfallsseite aufweist, die in der ersten Richtung ausgerichtet sind, - - wobei die Mehrzahl von Linsenoberflächen auf der Einfallsseite in einem Schnitt orthogonal zu der zweiten Richtung jeweils eine Form aufweist, die zu der Außenseite der ersten Kollimatorlinse hin konvex gestaltet ist, und in einem Schnitt orthogonal zu der ersten Richtung jeweils eine Form aufweist, die zu der Innenseite der ersten Kollimatorlinse hin konkav gestaltet ist, und - - wobei die Form der ersten Einfallsoberfläche und die Form der ersten Austrittsoberfläche in einem Schnitt orthogonal zu der ersten Richtung konzentrische Bögen mit einem Punkt auf der Emissionsendoberfläche von einem der Mehrzahl von lichtemittierenden Bereichen als einem Mittelpunkt aufweist.
Strahlformungs-Einrichtung nach Anspruch 1, - wobei die zweite Kollimatorlinse in der zweiten Richtung zwei Endbereiche aufweist, aus denen ein Paar von Sitzen in Richtung zu der Seite der ersten Kollimatorlinse hin hervorragt, - wobei in der ersten Kollimatorlinse ein Paar von ausgesparten Bereichen ausgebildet ist, in die das Paar von Sitzen eingepasst ist, - wobei in dem Paar von Sitzen ein Paar von sich verjüngenden Oberflächen des Sitzes ausgebildet ist, die einander in der zweiten Richtung gegenüberliegen, - wobei ein Abstand zwischen dem Paar von sich verjüngenden Oberflächen des Sitzes in Richtung zu der ersten Kollimatorlinse hin zunimmt und - wobei in dem Paar von ausgesparten Bereichen sich verjüngende Oberflächen des ausgesparten Bereichs ausgebildet sind, die entlang der sich verjüngenden Oberflächen des Sitzes profiliert sind.
Strahlformungs-Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, - - wobei die erste Austrittsoberfläche eine Mehrzahl von Linsenoberflächen auf der Austrittsseite aufweist, die in der ersten Richtung ausgerichtet sind, und - - wobei die Mehrzahl von Linsenoberflächen auf der Austrittsseite in einem Schnitt orthogonal zu der zweiten Richtung jeweils eine Form aufweist, die zu der Außenseite der ersten Kollimatorlinse hin konvex gestaltet ist, und in einem Schnitt orthogonal zu der ersten Richtung eine Form aufweist, die zu der Außenseite der ersten Kollimatorlinse hin konvex gestaltet ist.
Strahlformungs-Einrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Mehrzahl von Strahlen eines Laserlichts kollimiert, die jeweils von einer von Emissionsendoberflächen einer Mehrzahl von in einer ersten Richtung ausgerichteten lichtemittierenden Bereichen in einer Lichtemissions-Einrichtung zu einer Richtung der optischen Achse hin emittiert werden, die orthogonal zu der ersten Richtung ist, - wobei die Strahlformungs-Einrichtung eine erste Kollimatorlinse aufweist, die so konfiguriert ist, dass sie mindestens einen von der Mehrzahl von Strahlen des Laserlichts kollimiert, der in der ersten Richtung divergiert, und mindestens einen von der Mehrzahl von Strahlen des Laserlichts kollimiert, der in einer zweiten Richtung divergiert, die eine Richtung orthogonal sowohl zu der Richtung der optischen Achse als auch zu der ersten Richtung ist, - wobei in der ersten Kollimatorlinse eine erste Einfallsoberfläche ausgebildet ist, in welche die Mehrzahl von Strahlen des Laserlichts eintritt, und eine erste Austrittsoberfläche ausgebildet ist, aus der die Mehrzahl von Strahlen des Laserlichts austritt, - wobei die erste Einfallsoberfläche eine Mehrzahl von Linsenoberflächen auf der Einfallsseite aufweist, die in der ersten Richtung ausgerichtet sind, - wobei die Mehrzahl von Linsenoberflächen auf der Einfallsseite in einem Schnitt orthogonal zu der zweiten Richtung jeweils eine Form aufweist, die zu der Außenseite der ersten Kollimatorlinse hin konvex gestaltet ist, und in einem Schnitt orthogonal zu der ersten Richtung jeweils eine Form aufweist, die zu der Innenseite der ersten Kollimatorlinse hin konkav gestaltet ist, und - wobei eine Form der ersten Austrittsoberfläche in einem Schnitt orthogonal zu der ersten Richtung eine nicht-bogenförmige Gestalt aufweist, die zu der Außenseite der ersten Kollimatorlinse hin konvex gestaltet ist.
Strahlformungs-Einrichtung nach Anspruch 4, wobei die erste Kollimatorlinse einen Brechungsindex von 1,7 oder höher aufweist.
Strahlformungs-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, - wobei in der ersten Kollimatorlinse ein Paar von sich verjüngenden Oberflächen auf der Einfallsseite ausgebildet ist, - wobei sich das Paar von sich verjüngenden Oberflächen auf der Einfallsseite in der ersten Richtung auf der jeweiligen Seite der ersten Einfallsoberfläche befindet und - wobei das Paar von sich verjüngenden Oberflächen auf der Einfallsseite in einem Schnitt der ersten Kollimatorlinse, der orthogonal zu der zweiten Richtung ist, in der Richtung der optischen Achse abgeschrägt ist und ein Abstand zwischen dem Paar von sich verjüngenden Oberflächen auf der Einfallsseite in Richtung zu der Seite der Lichtemissions-Einrichtung hin kontinuierlich zunimmt, wenn ein Abstand zu der ersten Einfallsoberfläche größer wird.
Strahlformungs-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste Kollimatorlinse Anbringungssitze aufweist, die von der ersten Kollimatorlinse in Richtung zu der Seite der Lichtemissions-Einrichtung hin hervorragen.
Laser-Oszillator, der Folgendes aufweist: - eine Strahlzuführungs-Einrichtung, welche die Lichtemissions-Einrichtung und die Strahlformungs-Einrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist; - ein Lichtsammel-Element, das so konfiguriert ist, dass es die Mehrzahl von Strahlen des Laserlichts sammelt, die von der Strahlzuführungs-Einrichtung emittiert werden; - ein Wellenlängen-Kopplungselement, das so konfiguriert ist, dass es die Mehrzahl von Strahlen des Laserlichts beugt, die von dem Lichtsammel-Element gesammelt werden; und - einen Spiegel mit partieller Reflexion, der so konfiguriert ist, dass er die Mehrzahl von Strahlen des Laserlichts, die durch das Wellenlängen-Kopplungselement gebeugt werden, zu einer Richtung hin reflektiert, die umgekehrt zu einer Ausbreitungsrichtung des Laserlichts ist.
Laser-Oszillator nach Anspruch 8, der des Weiteren ein λ/2-Plättchen aufweist, das zwischen dem Lichtsammel-Element und dem Wellenlängen-Kopplungselement angeordnet ist.
Laser-Oszillator nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Strahlzuführungs-Einrichtung ein Lichtpfad-Umwandlungselement aufweist, das zwischen der Strahlformungs-Einrichtung und dem Lichtsammel-Element angeordnet ist und so konfiguriert ist, dass es die erste Richtung und die zweite Richtung des Laserlichts wechselt.
Laser-Oszillator nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Strahlzuführungs-Einrichtung eine Mehrzahl von Strahlzuführungs-Einrichtungen aufweist.