DE112019004591T5

DE112019004591T5 - Optische vorrichtung

Info

Publication number: DE112019004591T5
Application number: DE112019004591.1T
Authority: DE
Inventors: Koshi Nakamura
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2018-09-13
Filing date: 2019-09-06
Publication date: 2021-07-29
Also published as: US20230006413A1; JPWO2020054593A1; US20210359491A1; JP7333330B2; JP2023145805A; US11894653B2; US11476639B2; WO2020054593A1

Abstract

Eine optische Vorrichtung (100) umfasst: eine optische Komponente (130), die einer Lichtemissionsfläche (111), durch die ein Laserlicht (210) emittiert wird, mit einem Abstand gegenüberliegt; ein Gehäuse (140), in dem ein Halbleiterlaserelement (110) und die optische Komponente (130) aufgenommen sind und das eine Einführöffnung (141) zum Einführen eines Gases und eine Ausführöffnung (142) zum Ausführen des Gases umfasst; und einen Flussdurchgangsabschnitt (z.B. einen rohrförmigen Körper) (150) mit einer Sprühöffnung (151) zum Besprühen des Halbleiterlaserelements (110) mit dem von der Einführöffnung (141) eingeführten Gas.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung, die ein Halbleiterlaserelement enthält.
Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung als eine Patentanmeldung im Rahmen einer 2016 im Auftrag der NEDO (New Energy and Industrial Technology Development Organization) durchgeführten Forschung mit dem Titel „Development of Advanced Laser Processing with Intelligence based on High-Brightness and High-Efficiency Laser Technologies/Development on GaN-Based High Power High-Beam Quality Semiconductor Lasers for Highly-Efficient Laser Processing“ gemäß dem Artikel 17 des Industrial Technology Enhancement Act eingereicht wurde.
HINTERGRUND
Unter Verwendung von Laserlicht kann eine Laserverarbeitung eine kontaktlose und feine Verarbeitung im Vergleich zum Stand der Technik durchführen. Insbesondere führen Direktdiodenlaser, die ein Halbleiterlaserelement als eine Lichtquelle verwenden, keine Wandlung von Laserlicht durch und sind somit hocheffizient. Halbleiterlaserelemente weisen Ausgaben von mehreren Watt pro Emitter (d.h. Lichtemitter) auf. Dagegen muss ein für eine Verarbeitung verwendetes Laserlicht eine optische Ausgabe im Bereich von einigen hundert Watt bis zu einigen Kilowatt aufweisen. Wenn also Laserlicht für eine Verarbeitung verwendet wird, nutzen Halbleiterlaserelemente zum Beispiel einen Arrayaufbau, der eine große Anzahl von ausgerichteten Emittern umfasst. Ein Halbleiterlaserelement mit einem mehrere Emitter umfassenden Aufbau synthetisiert ein von Emittern ausgegebenes Laserlicht, um ein Laserlicht mit einer hohen Ausgabe zu erhalten.
Zum Beispiel reagiert in einer optischen Vorrichtung, die ein Galliumnitrid (GaN)-basiertes Halbleiterlaserelement verwendet, ein Siloxan mit einem geringen Molekulargewicht, das in einer das GaN-basierte Halbleiterlaserelement enthaltenden Packung vorhanden ist, mit dem Laserlicht und haftet an der Facette des Halbleiterlaserelements, wodurch die Lasereigenschaften beeinträchtigt werden. Um dieses Problem zu vermeiden, ist das Innere der Packung eines GaN-basierten Halbleiterlaserelements luftdicht abgedichtet, um eine Unklarheit der Facette des Halbleiterlaserelements zu reduzieren.
Die Größen der Halbleiterlaserelemente mit einem mehrere Emitter umfassenden Aufbau sind jedoch das 80-fache der Größen von Halbleiterlaserelementen mit einem nur einen einzigen Emitter umfassenden Aufbau. Es ist aufwändig, die zuerst genannten Halbleiterlaserelemente insgesamt luftdicht abzudichten. Um dieses Problem zu vermeiden, ist eine Technik (siehe z.B. die Patentliteratur PTL 1) zum Reduzieren einer Haftung von Staub oder Schmutz an der Facette eines Halbleiterlaserelements unter Verwendung eines Gases, das in der ein Halbleiterlaserelement enthaltenden Packung fließt, bekannt.
Referenzliste
Patentliteratur
PTL 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2002-144073
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHE PROBLEME
Es ist jedoch bei der in der PTL 1 angegebenen Technik schwierig, einen Fluss eines Gases in der Nähe der Lichtemissionsfläche eines Halbleiterlaserelements zu veranlassen, wenn eine optische Komponente wie etwa eine Linse der Lichtemissionsfläche des Halbleiterlaserelements mit einer Distanz von ungefähr 30 µm bis ungefähr 200 µm gegenüberliegt. Außerdem bleibt das Gas in der Nähe der Lichtemissionsfläche des Halbleiterlaserelements und sammeln sich Staub oder Schmutz an.
Die vorliegende Erfindung sieht eine optische Vorrichtung vor, die eine Haftung von Staub oder Schmutz an der Facette eines Halbleiterlaserelements reduzieren kann.
PROBLEMLÖSUNG
Eine optische Vorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst: ein Halbleiterlaserelement, das ein Laserlicht emittiert; eine optische Komponente, die der Lichtemissionsfläche, durch die das Laserlicht emittiert wird, mit einem Abstand gegenüberliegt; ein Gehäuse, in dem das Halbleiterlaserelement und die optische Komponente aufgenommen sind und das eine Einführöffnung zum Einführen eines Gases und eine Ausführöffnung zum Ausführen des Gases umfasst; und einen Flussdurchgangsabschnitt, der eine Sprühöffnung zum Besprühen des Halbleiterlaserelements mit dem von der Einführöffnung eingeführten Gas umfasst.
VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG
Die optische Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung reduziert eine Haftung von Staub oder Schmutz an der Facette eines Halbleiterlaserelements.
Figurenliste

1A ist eine Draufsicht auf eine interne Konfiguration einer optischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform 1.
1B ist eine Seitenansicht der internen Konfiguration der optischen Vorrichtung gemäß der Ausführungsform 1.
1C ist eine Teilseitenansicht der optischen Vorrichtung gemäß der Ausführungsform 1.
1D ist eine Teilvorderansicht der optischen Vorrichtung gemäß der Ausführungsform 1.
2 ist ein Kurvendiagramm, das eine Änderung der optischen Eigenschaften der optischen Vorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 zeigt.
3A ist eine Teilseitenansicht einer optischen Vorrichtung gemäß einer Variation 1 der Ausführungsform 1.
3B ist eine Teilvorderansicht der optischen Vorrichtung gemäß der Variation 1 der Ausführungsform 1.
4A ist eine Teilseitenansicht einer optischen Vorrichtung gemäß einer Variation 2 der Ausführungsform 1.
4B ist eine Teilvorderansicht der optischen Vorrichtung gemäß der Variation 2 der Ausführungsform 1.
5A ist eine Teilseitenansicht einer optischen Vorrichtung gemäß einer Variation 3 der Ausführungsform 1.
5B ist eine Teilvorderansicht der optischen Vorrichtung gemäß der Variation 3 der Ausführungsform 1.
6 ist eine Draufsicht auf eine interne Konfiguration einer optischen Vorrichtung gemäß einer Variation 4 der Ausführungsform 1.
7 ist eine Draufsicht auf eine interne Konfiguration einer optischen Vorrichtung gemäß einer Variation 5 der Ausführungsform 1.
8 ist eine Draufsicht auf eine interne Konfiguration einer optischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform 2.
9 ist eine Teildraufsicht auf eine interne Konfiguration einer optischen Vorrichtung gemäß einer Variation der Ausführungsform 2.
10 ist eine Teildraufsicht auf eine interne Konfiguration einer optischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform 3.
11A ist eine Teilseitenansicht einer optischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform 4.
11B ist eine perspektivische Teilansicht der optischen Vorrichtung gemäß der Ausführungsform 4.
12A ist eine Teilseitenansicht einer optischen Vorrichtung gemäß einer Variation 1 der Ausführungsform 4.
12B ist eine perspektivische Teilansicht der optischen Vorrichtung gemäß der Variation 1 der Ausführungsform 4.
13A ist eine Teilseitenansicht einer optischen Vorrichtung gemäß einer Variation 2 der Ausführungsform 4.
13B ist eine perspektivische Teilansicht der optischen Vorrichtung gemäß der Variation 2 der Ausführungsform 4.
14A ist eine Teilseitenansicht einer optischen Vorrichtung gemäß einer Variation 3 der Ausführungsform 4.
14B ist eine perspektivische Teilansicht der optischen Vorrichtung gemäß der Variation 3 der Ausführungsform 4.

BESCHREIBUNG VON BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Es ist zu beachten, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die vorliegende Erfindung sind. Die numerischen Werte, die Formen, die Materialien, die Komponenten und die Anordnung und Verbindung der Komponenten, die Schritte, die Reihenfolge der Schritte usw. der nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen sind also lediglich beispielhaft und schränken den durch die Ansprüche definierten Erfindungsumfang in keiner Weise ein. Von den Komponenten in den folgenden Ausführungsformen werden diejenigen beschrieben, die nicht in den unabhängigen Ansprüchen für die Definition des breitesten Konzepts der vorliegenden Erfindung genannt werden.
Die Figuren sind schematische Wiedergaben und sind nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet. Es wird auf wiederholte Beschreibungen von im Wesentlichen gleichen Komponenten verzichtet.
In der Beschreibung und in den Zeichnungen entsprechen die X-, Y- und Z-Achsen den drei Achsen eines dreidimensionalen, orthogonalen Koordinatensystems. In den Ausführungsformen befindet sich die positive Seite der Z-Achse oben, während sich die negative Seite der Z-Achse unten befindet. In der Beschreibung ist unter der Dickenrichtung die Richtung zu verstehen, in der sich die Dicke der optischen Vorrichtung erstreckt und die senkrecht zu der „Montagefläche“ des Gehäuses, an der ein Halbleiterlaserelement montiert wird, ist. Eine „Draufsicht“ ist eine Ansicht aus der Richtung senkrecht zu der Montagefläche. Eine „Vorderansicht“ ist eine Ansicht der Lichtemissionsfläche jedes Halbleiterlaserelements in der Richtung senkrecht zu der Lichtemissionsfläche.
In den Zeichnungen wird ein Fluss des Gases schematisch durch gestrichelte Pfeile angegeben.
In der Beschreibung sind Angaben mit „oben“ und „unten“ nicht im Sinne von oben und unten in der vertikalen Richtung des absoluten Raums zu verstehen. Außerdem können die Angaben „oben“ und „unten“ nicht nur auf mit einem Abstand zueinander angeordnete Komponenten, sondern auch auf einander kontaktierende Komponenten angewendet werden.
In der Beschreibung können Angaben wie „parallel“ oder „quaderförmig“ nicht nur auf vollständig parallele oder quaderförmige Formen usw., sondern auch auf entsprechende Formen mit Herstellungsfehlern angewendet werden. Die Angabe „parallel“ ist also im Sinne von „im Wesentlichen parallel“ zu verstehen und kann Herstellungsfehler umfassen. Entsprechend ist die Angabe „quaderförmig“ im Sinne von „im Wesentlichen quaderförmig“ zu verstehen und kann Herstellungsfehler umfassen.
AUSFÜHRUNGSFORM 1
Konfiguration
1A ist eine Draufsicht auf eine interne Konfiguration einer optischen Vorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform 1. 1B ist eine Seitenansicht der internen Konfiguration der optischen Vorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform 1. 1C ist eine Teilseitenansicht der optischen Vorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform 1. 1D ist eine Teilvorderansicht der optischen Vorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform 1. Es ist zu beachten, dass 1C und 1D nur einige der Komponenten der optischen Vorrichtung 100 zeigen.
Die optische Vorrichtung 100 ist ein Lasermodul, das ein Laserlicht 210 emittiert. Die optische Vorrichtung 100 wird zum Beispiel als eine Laserquelle für eine Verarbeitungsvorrichtung für eine Laserverarbeitung verwendet. In der Ausführungsform ist die optische Vorrichtung 100 ein sogenanntes „CAN-Packung“-Laserdiodenmodul.
Die optische Vorrichtung 100 umfasst eine optische Einrichtung 220, eine optische Komponente 130, ein Gehäuse 140, einen Flussdurchgangsabschnitt (z.B. einen rohrförmigen Körper) 150 und eine Gaszuführeinrichtung 190.
Die optische Einrichtung 220 emittiert ein Laserlicht 210. Insbesondere umfasst die optische Einrichtung 220 ein Halbleiterlaserelement 110, ein Submountsubstrat 120 und Halteglieder 160 und 161.
Das Halbleiterlaserelement 110 ist ein Halbleiterelement, das ein Laserlicht 210 emittiert. Das Halbleiterlaserelement 110 emittiert zum Beispiel von einem blauen Licht bis zu einem ultravioletten Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von ungefähr 350 nm bis zu ungefähr 450 nm. Das Halbleiterlaserelement 110 kann eine einzelne Emitterlaserdiode mit einem einzelnen Leuchtpunkt oder eine Mehremitter-Laserdiode mit einer Vielzahl von Leuchtpunkten sein. Das Halbleiterlaserelement 110 ist zum Beispiel aus einem GaN-basierten oder einem InGaN-basierten Halbleiter ausgebildet.
An dem Submountsubstrat 120 ist ein Halbleiterlaserelement 110 montiert. Hinsichtlich des für das Submountsubstrat 120 verwendeten Materials werden hier keine besonderen Vorgaben gemacht, wobei zum Beispiel ein Metallmaterial wie etwa CuW oder ein keramisches Material wie etwa AIN verwendet werden kann.
Die Halteglieder 160 und 161 halten in dem Gehäuse 140 das an einem Submountsubstrat 120 montierte Halbleiterlaserelement 110. Die Halteglieder 160 und 161 sind in einem Gehäuse 140 angeordnet, um das an dem Submountsubstrat 120 montierte Halbleiterlaserelement 110 von oben und unten einzuschließen. Hinsichtlich des für die Halteglieder 160 und 161 verwendeten Materials werden hier keine besonderen Vorgaben gemacht, wobei zum Beispiel ein Metallmaterial wie etwa Cu verwendet werden kann. Es ist zu beachten, dass die Halteglieder 160 und 161 aus einem beliebigen Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit ausgebildet sein können. Dieses Material gibt einfach die in dem Halbleiterlaserelement 110 erzeugte Wärme in das Gehäuse 140 ab.
Das Submountsubstrat 120 und die Halteglieder 160 und 161 können Metalldrähte aufweisen, die elektrisch mit dem Halbleiterlaserelement 110 verbunden sind. Zum Beispiel wird Strom zu dem Halbleiterlaserelement 110 über Metalldrähte und Drähte (nicht gezeigt) in dem Gehäuse 140 zugeführt.
Die optische Komponente 130 steuert die Verteilung des durch das Halbleiterlaserelement 110 emittierten Laserlichts 210 und lässt das gesteuerte Licht durch. Die optische Komponente 130 ist in dem Gehäuse 140 gegenüberliegend zu und beabstandet von der Lichtemissionsfläche 111 des Halbleiterlaserelements 110 angeordnet. Die optische Komponente 130 ist zum Beispiel eine Linse. In dieser Ausführungsform ist die optische Komponente 130 eine Kollimatorlinse. In dieser Ausführungsform ist die optische Komponente 130 eine plankonvexe Linse mit einer flachen Fläche, wobei sie aber auch eine bikonvexe Linse oder eine konkave Linse sein kann. Solange sie eine Lichtdurchlässigkeit für das Durchlassen des Laserlichts 210 aufweist und die Verteilung des Laserlichts 210 steuern kann, werden hier keine besonderen Vorgaben hinsichtlich der Form der optischen Komponente gemacht. Das für die optische Komponente 130 verwendete Material kann zum Beispiel ein Glasmaterial oder ein Kunstharzmaterial sein und kann frei ausgewählt werden. Außerdem kann die optische Komponente 130 an dem Gehäuse 140 fixiert werden und zum Beispiel in einer Linsenhalterung angeordnet sein.
Das Gehäuse 140 ist ein Gehäuse, in dem das Halbleiterlaserelement 110 und die optische Komponente 130 aufgenommen sind. Hinsichtlich der Form des Gehäuses 140 werden hier keine besonderen Vorgaben gemacht, wobei es sich zum Beispiel um einen Quader oder einen Zylinder handeln kann. Das Gehäuse 140 umfasst an der zu dem Halbleiterlaserelement 110 gegenüberliegenden Fläche (d.h. in dieser Ausführungsform an der Fläche auf der positiven Seite der X-Achse) ein durchscheinendes Fenster 230, das Laserlicht 210 durchlässt. Das durchscheinende Fenster 230 ist ein durchscheinendes Giled, das Laserlicht 210 durchlässt. Das durchscheinende Fenster ist zum Beispiel in ein Durchgangsloch in dem Gehäuse 140 gepasst und an dem Gehäuse 140 fixiert. Hinsichtlich des für das Gehäuse 140 verwendeten Materials werden hier keine besonderen Vorgaben gemacht, wobei es sich zum Beispiel um ein Metall handeln kann.
Das Gehäuse 140 umfasst eine Einführöffnung 141 zum Einführen von Gas in das Gehäuse 140 und eine Ausführöffnung 142 zum Ausführen des Gases aus dem Gehäuse 140. In dieser Ausführungsform umfasst das Gehäuse 140 eine einzelne Einführöffnung 141 und eine einzelne Ausführöffnung 142, wobei es aber auch eine Vielzahl von Einführöffnungen 141 und eine Vielzahl von Ausführöffnungen 142 enthalten kann. Die Einführöffnung 141 und die Ausführöffnung 142 können an beliebigen Positionen in dem Gehäuse 140 angeordnet sein. Zum Beispiel kann das Gehäuse 140 eine Einführöffnung 141 auf der hinteren Seite des Gehäuses 140 (d.h. in dieser Ausführungsform auf der negativen Seite der X-Achse) und eine Ausführöffnung 142 auf der vorderen Seite des Gehäuses 140 (d.h. in dieser Ausführungsform auf der positiven Seite der X-Achse) umfassen. Alternativ dazu kann das Gehäuse eine Einführöffnung 141 auf der vorderen Seite des Gehäuses 140 und eine Ausführöffnung 142 auf der hinteren Seite des Gehäuses 140 umfassen. Zum Beispiel kann das Gehäuse 140 eine Einführöffnung 141 an einer oberen Position des Gehäuses 140 (d.h. in dieser Ausführungsform auf der positiven Seite in der Z-Achse) und eine Ausführöffnung 142 an einer unteren Position des Gehäuses 140 (d.h. in dieser Ausführungsform auf der negativen Seite der Z-Achse) umfassen. Alternativ dazu kann das Gehäuse eine Einführöffnung 141 an einer unteren Position des Gehäuses 140 und eine Ausführöffnung 142 an einer oberen Position des Gehäuses 140 umfassen. Die Einführöffnung 141 und die Ausführöffnung 142 können an gegenüberliegenden Flächen des Gehäuses 140 angeordnet sein.
Ein Flussdurchgangsabschnitt (z.B. ein rohrförmiger Körper) 150 umfasst einen Flussdurchgang 152, der das von der Einführöffnung 141 des Gehäuses 140 eingeführte Gas zu dem Halbleiterlaserelement 110 führt. Insbesondere enthält der Flussdurchgangsabschnitt 150 einen Flussdurchgang 152, der das von der Einführöffnung 141 des Gehäuses 140 eingeführte Gas zu der Lichtemissionsfläche 111 des Halbleiterlaserelements 110 führt. Das von der Einführöffnung 141 eingeführte Gas geht durch den Flussdurchgang 152 in dem rohrförmigen Körper 150 und wird aus der Sprühöffnung 151 auf die Lichtemissionsfläche 111 gesprüht. Die Sprühöffnung 151 ist in dem rohrförmigen Körper 150 angeordnet, um das Gas auf die Lichtemissionsfläche 111 des Halbleiterlaserelements 110 zu sprühen. In dieser Ausführungsform umfasst der Flussdurchgangsabschnitt (d.h. der rohrförmige Körper) 150 in der optischen Vorrichtung 100 die Sprühöffnung 151. Wie in 1B und 1C gezeigt, ist die Sprühöffnung 151 zum Beispiel zwischen dem Halbleiterlaserelement 110 und der optischen Komponente 130 aus der Richtung parallel zu der Lichtemissionsfläche 111 gesehen angeordnet. Zum Beispiel wird das von der Sprühöffnung 151 emittierte Gas in der Richtung orthogonal zu der Lichtemissionsfläche 111 emittiert.
Der rohrförmige Körper 150 umfasst den Flussdurchgang 152, der die Einführöffnung 141 und die Sprühöffnung 151 miteinander verbindet und ein Hindurchgehen des Gases erlaubt. Insbesondere umfasst der rohrförmige Körper 150 die Sprühöffnung 151 und ist mit der Einführöffnung 141 verbunden. Insbesondere ist ein Ende des rohrförmigen Körpers 150 mit einer das Gas zuführenden Gaszuführeinrichtung 190 verbunden. Das von der Gaszuführeinrichtung 190 zugeführte Gas geht durch die Einführöffnung 141 und den Flussdurchgang 152 hindurch und wird von der Sprühöffnung 151 an dem anderen Ende des rohrförmigen Körpers 150 ausgestoßen. Dementsprechend wird das Gas auf die Lichtemissionsfläche 111 des Halbleiterlaserelements 110 gesprüht. In dieser Ausführungsform erstreckt sich der rohrförmige Körper 150 von der Einführöffnung 141 auf der negativen Seite der X-Achse in dem Gehäuse 140 zu der positiven Seite der X-Achse über die Lichtemissionsfläche 111. Der rohrförmige Körper biegt sich zu der Lichtemissionsfläche 111 hin zu den negativen Seiten der X- und Z-Achsen.
Um das Gas in das Gehäuse 140 einzuführen, führt die Gaszuführeinrichtung 190 das Gas über die Einführöffnung 141 und insbesondere die Einführöffnung 141 und den Flussdurchgang 152 des rohrförmigen Körpers 150 zu der Sprühöffnung 151. Zum Beispiel ist die Gaszuführeinrichtung 190 eine Pumpe, die das Gas zuführt.
Es ist zu beachten, dass die Sprühöffnung 151 direkt in dem Gehäuse 140 ausgebildet sein kann. In diesem Fall können die Einführöffnung 141 und die Sprühöffnung 151 identisch sein.
Der rohrförmige Körper 150 kann einstückig mit dem Gehäuse 140 sein oder separat zu dem Gehäuse 140 vorgesehen sein.
Optische Eigenschaften
Im Folgenden werden optische Eigenschaften der optischen Vorrichtung 100 und Vergleichsbespiele beschrieben.
2 ist ein Kurvendiagramm, das eine Änderung der optischen Eigenschaften der optischen Vorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform 1 zeigt. Insbesondere gibt die in 2 gezeigte Kurve eine beispielhafte Änderung in der optischen Ausgabe über die Zeit wieder. In 2 gibt eine durchgehende Linie ein experimentelles Ergebnis der optischen Eigenschaften der optischen Vorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform 1 wieder. Eine Strichlinie gibt ein experimentelles Ergebnis eines Vergleichsbeispiels wieder, in dem kein Gas auf die Lichtemissionsfläche 111 gesprüht wird und das Gehäuse 140 durch trockene Luft luftdicht abgedichtet wird. Eine zweifach gepunktete Linie gibt ein experimentelles Ergebnis eines anderen Vergleichsbeispiels an, in dem das Gehäuse 140 nicht luftdicht abgedichtet ist und kein Gas auf die Lichtemissionsfläche 111 gesprüht wird. Es ist zu beachten, dass die trockene Luft, die als das Gas in der optischen Vorrichtung 100 wie durch die durchgezogene Linie der Kurve von 2 wiedergegeben verwendet wird, die Atmosphäre nach einer Extraktion der in der Atmosphäre enthaltenen Feuchtigkeit ist, sodass also das Gas N₂ und O₂ enthält. Es ist zu beachten, dass die experimentellen Ergebnisse durch Werte wiedergegeben werden, die durch die optische Ausgabe zu der abgelaufenen Zeit 0 standardisiert sind.
Aus den in 2 gezeigten Ergebnissen wird deutlich, dass die optische Vorrichtung 100 ohne eine luftdichte Abdichtung gleiche oder ähnliche optische Eigenschaften wie in den Vergleichsbeispielen mit einer luftdichten Abdichtung erzielt. Der Grund hierfür kann sein, dass Gas auf die Lichtemissionsfläche 111 der optischen Vorrichtung 100 gesprüht wird und kein Staub haftet, sodass die Facette sauber bleibt. Das auf die Lichtemissionsfläche 111 gesprühte Gas kann Stickstoff, Wasserstoff, Helium, Argon, ein halogenbasiertes Gas oder ein Halogenverbindungsgas zusätzlich zu Sauerstoff sein.
Vorteilhafte Effekte
Wie weiter oben beschrieben, umfasst die optische Vorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform 1 ein Halbleiterlaserelement 110, eine optische Komponente 130, ein Gehäuse 140 und einen Flussdurchgangsabschnitt (d.h. einen rohrförmigen Körper) 150. Das Halbleiterlaserelement 110 emittiert ein Laserlicht 210. Die optische Komponente 130 liegt der Lichtemissionsfläche 111, durch die das Laserlicht 210 emittiert wird, mit einem Abstand gegenüber. In dem Gehäuse 140 sind das Halbleiterlaserelement 110 und die optische Komponente 130 aufgenommen, und es umfasst eine Einführöffnung 141 zum Einführen eines Gases und eine Ausführöffnung 142 zum Ausführen des Gases. Der Flussdurchgangsabschnitt (z.B. ein rohrförmiger Körper) 150 umfasst eine Sprühöffnung 151 zum Sprühen des von der Einführöffnung 141 eingeführten Gases auf das Halbleiterlaserelement 110. Insbesondere umfasst der Flussdurchgangsabschnitt 150 eine Sprühöffnung 151 zum Sprühen des von der Einführöffnung 141 eingeführten Gases auf die Lichtemissionsfläche 111 des Halbleiterlaserelements 110.
Die Komponenten wie etwa die optische Einrichtung 220 oder die optische Komponente 130 der optischen Vorrichtung 100 können an dem Gehäuse 140 durch ein Kunstharzmaterial wie etwa ein Si enthaltendes Silikonharz fixiert sein. Wenn das Halbleiterlaserelement 110 das Laserlicht 210 wie etwa ein blaues oder violettes Licht mit einer kleineren Wellenlänge emittiert, können Si enthaltende Substanzen wie etwa Siloxan, die in dem Gehäuse 140 verdampft werden, mit dem Laserlicht 210 reagieren und sich dann verfestigen. Diese als Staub oder Schmutz an der Lichtemissionsfläche 111 haftenden Substanzen beeinträchtigen die optischen Eigenschaften des Halbleiterlaserelements 110. Um dieses Problem zu vermeiden, umfasst die optische Vorrichtung 110 die Sprühöffnung 151 zum Sprühen von Gas auf die Lichtemissionsfläche 111.
Es soll hier angenommen werden, dass das Halbleiterlaserelement 110 und die optische Komponente 130 zum Beispiel mit einer Distanz von ungefähr 30 µm bis ungefähr 200 µm nah zueinander in dem Gehäuse 140 angeordnet sind. Die oben beschriebene Konfiguration sprüht direkt oder indirekt das Gas auf die Facette des Halbleiterlaserelements 110, d.h. auf die Lichtemissionsfläche 111. Zum Beispiel fließt das auf das Halbleiterlaserelement 110 gesprühte Gas zu der Lichtemissionsfläche 111. Dadurch wird eine Haftung von Staub oder Schmutz an der Facette des Halbleiterlaserelements 110, d.h. an der Lichtemissionsfläche 111, reduziert. Dementsprechend werden die optischen Eigenschaften des Halbleiterlaserelements 110 und insbesondere die optische Ausgabe über die Zeit wie 2 gezeigt weniger beeinträchtigt. Das auf das Halbleiterlaserelement 110 gesprühte Gas reduziert einen Anstieg der Temperatur des Halbleiterlaserelements 110 und reduziert damit die Temperatur des Halbleiterlaserelements 110. Dementsprechend weist das Halbleiterlaserelement 110 eine geringere Änderung der optischen Eigenschaften und damit eine stabile optische Ausgabe auf.
Zum Beispiel umfasst der Flussdurchgangsabschnitt 150 die Sprühöffnung 151 zum Besprühen der Lichtemissionsfläche 111 des Halbleiterlaserelements 110 mit dem von der Einführöffnung 141 eingeführten Gas. Die Sprühöffnung sprüht direkt Gas auf die Facette des Halbleiterlaserelements 110, d.h. auf die Lichtemissionsfläche 111, wenn das Halbleiterlaserelement 110 und die optische Komponente 130 mit einer Distanz von ungefähr 30 µm bis ungefähr 200 µm nah zueinander in dem Gehäuse 140 angeordnet sind. Dadurch wird die Haftung von Staub oder Schmutz an der Facette des Halbleiterlaserelements 110, d.h. an der Lichtemissionsfläche 111, weiter reduziert. Daraus resultiert, dass die optischen Eigenschaften des Halbleiterlaserelements 110 und insbesondere die in 2 gezeigte optische Ausgabe über die Zeit weniger beeinträchtigt werden.
Zum Beispiel ist aus der Richtung parallel zu der Lichtemissionsfläche 111 gesehen die Sprühöffnung 151 zwischen dem Halbleiterlaserelement 110 und der optischen Komponente 130 angeordnet.
Diese Konfiguration erlaubt ein effektives Sprühen des Gases auf die Lichtemissionsfläche 111 des Halbleiterlaserelements 110. Dadurch wird eine Haftung von Staub oder Schmutz an der Lichtemissionsfläche 111 des Halbleiterlaserelements 110 reduziert.
Zum Beispiel umfasst der rohrförmige Körper 150 den Flussdurchgang 152, der die Einführöffnung 141 mit der Sprühöffnung 151 verbindet und ein Hindurchgehen von Gas erlaubt.
Diese Konfiguration führt das von der Einführöffnung 141 eingeführte Gas effektiv zu der Lichtemissionsfläche 111 des Halbleiterlaserelements 110. Dementsprechend wird eine Haftung von Staub oder Schmutz an der Lichtemissionsfläche 111 des Halbleiterlaserelements 110 weiter reduziert.
Zum Beispiel enthält das auf die Lichtemissionsfläche 111 des Halbleiterlaserelements 110 gesprühte Gas Sauerstoff.
Dadurch wird eine Verschlechterung der optischen Ausgabe der optischen Vorrichtung 100 über die Zeit reduziert.
Zum Beispiel enthält das auf die Lichtemissionsfläche 111 des Halbleiterlaserelements 110 gesprühte Gas Stickstoff, Wasserstoff, Helium, Argon, ein halogenbasiertes Gas und/oder ein Halogenverbindungsgas zusätzlich zu Sauerstoff.
Die Verwendung dieser Edelgase zusätzlich zu Sauerstoff reduziert eine Verschlechterung der optischen Ausgabe der optischen Vorrichtung 100 über die Zeit. Diese Gase weisen hohe Wärmeleitfähigkeiten auf. Die Verwendung eines Gases mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit reduziert eine Haftung von Staub oder Schmutz an der Lichtemissionsfläche 111 des Halbleiterlaserelements 110 und gibt die in dem Halbleiterlaserelement 110 erzeugte Wärme einfach von dem Halbleiterlaserelement 110 ab.
VARIATION 1
3A ist eine Teilseitenansicht einer optischen Vorrichtung 100a gemäß einer Variation 1 der Ausführungsform 1. 3B ist eine Teilvorderansicht der optischen Vorrichtung 100a gemäß der Variation 1 der Ausführungsform 1. Es ist zu beachten, dass 3A und 3B Komponenten in Entsprechung zu denjenigen von 1C und 1D zeigen, aber einige der Komponenten wie etwa das Gehäuse 140 nicht zeigen.
Wie in 3A und 3B gezeigt, ist die Sprühöffnung 151 an einer unteren Position in der optischen Vorrichtung 100a angeordnet. Auf diese Weise kann die Sprühöffnung 151 an einer beliebigen Position angeordnet sein, solange sie das Gas auf die Lichtemissionsfläche 111 sprühen kann.
VARIATION 2
4A ist eine Teilseitenansicht einer optischen Vorrichtung 100b gemäß einer Variation 2 der Ausführungsform 1. 4B ist eine Teilvorderansicht der optischen Vorrichtung 100b gemäß der Variation 2 der Ausführungsform 1. Es ist zu beachten, dass 4A und 4B Komponenten in Entsprechung zu denjenigen von 1C und 1D zeigen, aber einige der Komponenten wie etwa das Gehäuse 140 nicht zeigen.
Wie in 4A und 4B gezeigt, umfasst die optische Vorrichtung 100b eine Vielzahl von Sprühöffnungen 151. Zum Beispiel umfasst die optische Vorrichtung 100b eine Vielzahl von rohrförmigen Körpern 150 mit jeweils einer Sprühöffnung 151. Auf diese Weise kann die optische Vorrichtung 100b die Vielzahl von Sprühöffnungen 151 enthalten.
VARIATION 3
5A ist eine Teilseitenansicht einer optischen Vorrichtung 100c gemäß einer Variation 3 der Ausführungsform 1. 5B ist eine Teilvorderansicht der optischen Vorrichtung gemäß der Variation 3 der Ausführungsform 1. Es ist zu beachten, dass 5A und 5B Komponenten in Entsprechung zu denjenigen von 1C und 1D zeigen, aber einige der Komponenten wie etwa das Gehäuse 140 nicht zeigen.
Wie in 5A und 5B gezeigt, ist die Sprühöffnung 151 an einer unteren Position in der optischen Vorrichtung 100c angeordnet. Die optische Vorrichtung 100c umfasst eine Vielzahl von Sprühöffnungen 151. Zum Beispiel umfasst die optische Vorrichtung 100c eine Vielzahl von rohrförmigen Körpern (nicht gezeigt) mit jeweils einer Sprühöffnung 151. Auf diese Weise können die in der Ausführungsform gezeigten Konfigurationen und Variationen frei kombiniert werden.
VARIATION 4
6 ist eine Draufsicht auf eine interne Konfiguration einer optischen Vorrichtung gemäß einer Variation 4 der Ausführungsform 1. Es ist zu beachten, dass 6 eine Draufsicht in Entsprechung zu 1A ist.
Wie in 6 gezeigt, erstreckt sich der rohrförmige Körper 150 in der optischen Vorrichtung 100d nicht über die optische Einrichtung 220, aber durch eine Seite der optischen Vorrichtung (d.h. in einer Richtung entlang der Y-Achse in dieser Ausführungsform). In der optischen Vorrichtung 100d ist die Sprühöffnung 151 auf der Seite angeordnet. Auf diese Weise können die Position und die Ausrichtung des rohrförmigen Körpers 150 in dem Gehäuse 140 frei bestimmt werden.
VARIATION 5
7 ist eine Draufsicht auf eine interne Konfiguration einer optischen Vorrichtung gemäß einer Variation 5 der Ausführungsform 1. Es ist zu beachten, dass 7 eine Draufsicht in Entsprechung zu 1A ist.
Wie in 7 gezeigt, umfasst der rohrförmige Körper 150a in der optischen Vorrichtung 100e zwei Sprühöffnungen 151. Insbesondere weist der rohrförmige Körper 150a ein mit einer Gaszuführeinrichtung 190 verbundenes Ende auf, verzweigt von der Gaszuführeinrichtung 190 in zwei Teile und erstreckt sich nicht über die optische Einrichtung 220, aber durch entsprechende Seiten der optischen Einrichtung 220. Auf diese Weise kann der rohrförmige Körper 150a die Vielzahl von Sprühöffnungen 151 umfassen.
Die Konfiguration erlaubt ein direktes Sprühen des Gases auf einen breiteren Bereich der Lichtemissionsfläche 111 des Halbleiterlaserelements 110. Dementsprechend wird eine Haftung von Staub oder Schmutz auf der Lichtemissionsfläche 111 des Halbleiterlaserelements 110 reduziert. Insbesondere wenn das Halbleiterlaserelement 110 mehrere Emitter mit einer Vielzahl von Leuchtpunkten umfasst, sind eine Vielzahl von Sprühöffnungen 151 zum Sprühen des Gases auf die Vielzahl von Leuchtpunkten vorgesehen. Wenn das Halbleiterlaserelement 110 zum Beispiel mehrere Emitter umfasst, kann eine Haftung von Staub oder Schmutz an der Vielzahl von Leuchtpunkten reduziert werden.
Es ist zu beachten, dass die Anzahl von Sprühöffnungen 151 in dem Gehäuse 140 frei bestimmt werden kann.
AUSFÜHRUNGSFORM 2
Im Folgenden wird eine optische Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform 2 mit Bezug auf 8 und 9 beschrieben.
In der Beschreibung der optischen Vorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 werden im Wesentlichen gleiche Bezugszeichen wie für die optische Vorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform 1 verwendet, um entsprechende Elemente anzugeben, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet oder diese vereinfacht wird.
Konfiguration
8 ist eine Draufsicht auf eine interne Konfiguration der optischen Vorrichtung 101 gemäß der Ausführungsform 2. Es ist zu beachten, dass 8 eine Draufsicht in Entsprechung zu 1A ist.
Die optische Vorrichtung 101 ist ein Lasermodul, das ein Laserlicht 210 emittiert. Die optische Vorrichtung 101 wird zum Beispiel als eine Laserquelle für eine Verarbeitungseinrichtung für eine Laserverarbeitung verwendet. In dieser Ausführungsform ist die optische Vorrichtung 101 ein sogenanntes „CAN-Packung“-Laserdiodenmodul.
Die optische Vorrichtung 101 umfasst eine Vielzahl von optischen Einrichtungen 220, eine Vielzahl von optischen Komponenten 130, eine optische Komponente 131, ein Gehäuse 140 und einen rohrförmigen Körper 150b mit einer Vielzahl von Sprühöffnungen 151. Die optische Vorrichtung 101 gemäß der Ausführungsform 2 unterscheidet sich von der optischen Vorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform 1 wie folgt. Das System umfasst die Vielzahl von optischen Einrichtungen 220, d.h. die Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 110. Die optischen Komponenten 130 und die Sprühöffnungen 151 sind in Entsprechung zu der Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 110 vorgesehen.
Die Vielzahl von optischen Komponenten 130 sind in einer eins-zu-eins-Entsprechung zu der Vielzahl von optischen Einrichtungen 220 und insbesondere zu der Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 110 vorgesehen und liegen in dem Gehäuse 140 den Lichtemissionsflächen 111 mit einem Abstand gegenüber.
Die Vielzahl von Sprühöffnungen 151 sind in einer eins-zu-eins-Entsprechung zu der Vielzahl von optischen Einrichtungen 220 und insbesondere zu der Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 110 vorgesehen und sind in dem rohrförmigen Körper 150b angeordnet, um das Gas auf die Lichtemissionsflächen 111 zu sprühen. Das heißt, dass der rohrförmige Körper 150b die Vielzahl von Sprühöffnungen 151 umfasst. Außerdem sind die Vielzahl von Sprühöffnungen 151 in einer eins-zu-eins-Entsprechung zu der Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 110 angeordnet. In dieser Ausführungsform umfasst ein einzelner rohrförmiger Körper 150b in der optischen Vorrichtung 101 die Sprühöffnungen 151.
Der rohrförmige Körper 150b umfasst in seinem Inneren einen Flussdurchgang, der die Einführöffnung 141 und die Vielzahl von Sprühöffnungen 151 miteinander verbindet und ein Hindurchgehen des Gases erlaubt. Insbesondere umfasst der rohrförmige Körper 150b die Vielzahl von Sprühöffnungen 151 und ist ein Teil des rohrförmigen Körpers 150b in der Einführöffnung 141 angeordnet. Ein Ende des rohrförmigen Körpers 150b ist mit der das Gas zuführenden Gaszuführeinrichtung 190 verbunden. Das von der Gaszuführeinrichtung 190 zugeführte Gas geht durch den Flussdurchgang in dem rohrförmigen Körper 150b hindurch und wird von der Vielzahl von Sprühöffnungen 151 an den anderen Enden des rohrförmigen Körpers 150b ausgestoßen. Dementsprechend wird das Gas auf die Lichtemissionsflächen 111 der entsprechenden Halbleiterlaserelemente 110 in der Vielzahl von optischen Einrichtungen 220 gesprüht.
Ein Ende des rohrförmigen Körpers 150b ist mit der Gaszuführeinrichtung 190 verbunden, verzweigt von der Gaszuführeinrichtung 190 in die Vielzahl von optischen Einrichtungen 220 und erstreckt sich. Die Zweige erstrecken sich durch die Seiten der optischen Einrichtungen 220.
Es ist zu beachten, dass die optische Vorrichtung 101 einen einzelnen rohrförmigen Körper 150b mit der Vielzahl von Sprühöffnungen 151 umfassen kann. Wie bei der optischen Vorrichtung 100c von 5A und 5B können aber auch eine Vielzahl von rohrförmigen Körpern 150 vorgesehen sein und kann das Gas aus entsprechenden Sprühöffnungen 151 der rohrförmigen Körper 150 auf die Lichtemissionsflächen 111 der Halbleiterlaserelemente 110 in den optischen Einrichtungen 220 gesprüht werden.
Die optische Komponente 131 ist eine Linse, die das durch die Vielzahl von optischen Komponenten 130 hindurchgegangene Laserlicht 210 sammelt und das gesammelte Laserlicht 210a zu dem durchscheinenden Fenster 230 emittiert. Es ist zu beachten, dass die optische Komponente 131 eine plankonvexe Linse mit nur einer flachen Fläche ist, wobei sie aber auch eine bikonvexe Linse oder eine konkave Linse sein kann. Solange sie eine Lichtdurchlässigkeit aufweist, die das Laserlicht 210a durchlässt und die Verteilung des Laserlichts 210a steuern kann, werden hier keine besonderen Vorgaben hinsichtlich der Form der optischen Komponente gemacht. Das für die optische Komponente 131 verwendete Material kann zum Beispiel ein Glasmaterial oder ein Kunstharzmaterial sein und kann frei ausgewählt werden. Außerdem kann die optische Komponente 131 an dem Gehäuse 140 fixiert werden, während sie in einer Linsenhalterung angeordnet ist.
Vorteilhafte Effekte
Wie weiter oben beschrieben, umfasst die optische Vorrichtung 101 gemäß einer Ausführungsform 2 die Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 110 und die Vielzahl von Sprühöffnungen 151, die in einer eins-zu-eins-Entsprechung zu der Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 110 angeordnet sind.
Diese Konfiguration erlaubt das Sprühen des Gases auf die entsprechenden Lichtemissionsflächen 111 der Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 110. Wenn dementsprechend die Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 110 wie in der optischen Vorrichtung 101 enthalten sind, kann eine Haftung von Staub oder Schmutz an den entsprechenden Lichtemissionsflächen 111 der Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 110 reduziert werden.
VARIATION
9 ist eine Teildraufsicht auf eine interne Konfiguration einer optischen Vorrichtung 101a gemäß einer Variation der Ausführungsform 2. Es ist zu beachten, dass 9 eine Draufsicht in Entsprechung zu 1A ist.
Wie die optische Vorrichtung 101 umfasst die optische Vorrichtung 101a eine Vielzahl von optischen Einrichtungen 220, eine Vielzahl von optischen Komponenten 130, eine optische Komponente 131, ein Gehäuse 140 und eine Vielzahl von Sprühöffnungen 151. Wie die optische Vorrichtung 101 umfasst die optische Vorrichtung 101a die Vielzahl von optischen Einrichtungen 220, d.h. die Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 110 (siehe z.B. 1B). Die Optischen Komponenten 130 und die Sprühöffnungen 151 sind in Entsprechung zu der Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 110 vorgesehen.
Die Vielzahl von Sprühöffnungen 151 sind Löcher in einer eins-zu-eins-Entsprechung zu der Vielzahl von optischen Einrichtungen 220 und insbesondere zu der Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 110, um das Gas auf die Lichtemissionsflächen 111 zu sprühen. Das heißt, dass die Vielzahl von Sprühöffnungen 151 in einer eins-zu-eins-Beziehung zu der Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 110a angeordnet sind. In dieser Variation umfasst ein in der optischen Vorrichtung 101a enthaltener rohrförmiger Körper 150c die Vielzahl von Sprühöffnungen 151.
Der rohrförmige Körper 150c enthält in seinem Inneren einen Flussdurchgang, der die Einführöffnung 141 und die Vielzahl von Sprühöffnungen 151 miteinander verbindet und ein Hindurchgehen des Gases erlaubt. Insbesondere umfasst der rohrförmige Körper 150c die Vielzahl von Sprühöffnungen 151 und ist ein Teil des rohrförmigen Körpers 150c in der Einführöffnung 141 angeordnet. Ein Ende des rohrförmigen Körpers 150c ist mit der das Gas zuführenden Gaszuführeinrichtung 190 verbunden. Das von der Gaszuführeinrichtung 190 zugeführte Gas geht durch den Flussdurchgang in dem rohrförmigen Körper 150c hindurch und wird von der Vielzahl von Sprühöffnungen 151 an den anderen Enden des rohrförmigen Körpers 150c ausgestoßen. Dementsprechend wird das Gas auf die Lichtemissionsflächen 111 der Halbleiterlaserelemente 110 in der Vielzahl von optischen Einrichtungen 220 gesprüht.
Ein Ende des rohrförmigen Körpers 150c ist mit der Gaszuführeinrichtung 190 verbunden, verzweigt von der Gaszuführeinrichtung 190 in die Anzahl von optischen Einrichtungen 220 und erstreckt sich. Die Zweige erstrecken sich über die optischen Einrichtungen 220. Diese Konfiguration erlaubt auch ein Sprühen des Gases auf die entsprechenden Lichtemissionsflächen 111 der Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 110.
AUSFÜHRUNGSFORM 3
Im Folgenden wird eine optische Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform 3 mit Bezug auf 10 beschrieben.
In der Beschreibung der optischen Vorrichtung gemäß der Ausführungsform 3 werden im Wesentlichen die gleichen Bezugszeichen wie für die optische Vorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform 1 verwendet, um entsprechende Elemente anzugeben, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet oder diese vereinfacht wird.
Konfiguration
10 ist eine Teildraufsicht auf eine interne Konfiguration der optischen Vorrichtung 102 gemäß der Ausführungsform 3.
Die optische Vorrichtung 102 umfasst eine optische Einrichtung 220, eine optische Komponente 130, ein Gehäuse 140 und einen rohrförmigen Körper 150 mit einer Sprühöffnung 151. Die optische Vorrichtung 102 umfasst weiterhin eine Zirkulationseinrichtung 180.
Die Zirkulationseinrichtung 180 ist mit einer Einführöffnung 141 und einer Ausführöffnung 142 außerhalb des Gehäuses 140 verbunden und lässt das Gas in dem Gehäuse 140 zirkulieren, indem sie das Gas von der Ausführöffnung 142 ausführt und das von der Ausführöffnung 142 ausgeführte Gas von der Einführöffnung 141 einführt. Die Zirkulationseinrichtung 180 umfasst zum Beispiel eine Gaszuführeinrichtung 180a, einen rohrförmigen Körper 180b und einen rohrförmigen Körper 180c.
Die Gaszuführeinrichtung 180a führt das von dem rohrförmigen Körper 180c zugeführte Gas zu dem rohrförmigen Körper 180b zu, um das Gas in dem Gehäuse 140 zirkulieren zu lassen. Die Gaszuführeinrichtung 180a enthält zum Beispiel eine Pumpe für das Zirkulieren des Gases und ein Filter für das Entfernen von Staub aus dem Gas.
Der rohrförmige Körper 180b enthält in seinem Inneren einen Flussdurchgang, durch den das Gas hindurchgeht, und weist ein mit der Gaszuführeinrichtung 180a verbundenes Ende und ein mit der Einführöffnung 141 verbundenes anderes Ende auf. In dieser Ausführungsform erstreckt sich der rohrförmige Körper 180b von der Einführöffnung 141 und ist mit der Sprühöffnung 151 verbunden.
Der rohrförmige Körper 180c enthält in seinem Inneren den Flussdurchgang, durch den das Gas hindurchgeht, und weist ein mit der Ausführöffnung 142 des Gehäuses 140 verbundenes Ende und ein anderes mit der Gaszuführeinrichtung 180a verbundenes Ende auf.
Vorteilhafte Effekte
Wie weiter oben beschrieben, umfasst die optische Vorrichtung 102 gemäß der Ausführungsform 3 das Halbleiterlaserelement 110, die optische Komponente 130, das Gehäuse 140 und den Flussdurchgangsabschnitt 150. Die optische Vorrichtung umfasst weiterhin die Zirkulationseinrichtung 180, die mit der Einführöffnung 141 und der Ausführöffnung 142 außerhalb des Gehäuses 140 verbunden ist und das Gas in dem Gehäuse zirkulieren lässt, indem sie das Gas von der Ausführöffnung 142 ausführt und das von der Ausführöffnung 142 ausgeführte Gas von der Einführöffnung 141 einführt.
Diese Konfiguration erlaubt ein direktes Sprühen des Gases auf die Lichtemissionsfläche 111 des Halbleiterlaserelements 110. Dadurch wird eine Haftung von Staub und Schmutz an der Lichtemissionsfläche 111 des Halbleiterlaserelements 110 reduziert. Wenn das Gas in dem Gehäuse 140 zirkuliert und verwendet wird, um die Konzentrationen der Komponenten wie etwa des Sauerstoffs in dem Gas einzustellen, werden die Konzentrationen der Komponenten in dem Gas einmal eingestellt, um das Gas kontinuierlich mit den eingestellten Konzentrationen auf die Lichtemissionsfläche 111 zu sprühen.
AUSFÜHRUNGSFORM 4
Im Folgenden wird eine optische Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform 4 mit Bezug auf 11A bis 14B beschrieben.
In der Beschreibung der optischen Vorrichtung gemäß der Ausführungsform 4 werden im Wesentlichen gleiche Bezugszeichen wie für die optische Vorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform 1 verwendet, um entsprechende Elemente anzugeben, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet oder diese vereinfacht wird.
Konfiguration
11A ist eine Teilseitenansicht einer optischen Vorrichtung 103 gemäß der Ausführungsform 4. 11 B ist eine perspektivische Teilansicht der optischen Vorrichtung 103 gemäß der Ausführungsform 4.
Es ist zu beachten, dass 11A die Komponenten in Entsprechung zu denjenigen von 1C zeigt, aber einige der Komponenten wie etwa das Gehäuse 140 nicht zeigt. Auch 11B zeigt einige der Komponenten wie etwa das Gehäuse 140 nicht.
Die optische Vorrichtung 103 ist ein Lasermodul, das Laserlicht 210 emittiert. Die optische Vorrichtung 100 wird zum Beispiel als eine Laserquelle für eine Verarbeitungsvorrichtung für eine Laserverarbeitung verwendet. In dieser Ausführungsform ist die optische Vorrichtung 103 ein sogenanntes „CAN-Packung“-Laserdiodenmodul.
Die optische Vorrichtung 103 umfasst eine optische Einrichtung 220, eine optische Komponente 130, ein Gehäuse 140 und eine Vielzahl von rohrförmigen Körpern 150 mit jeweils einer Sprühöffnung 151. Obwohl nicht in der Figur gezeigt, umfasst die optische Vorrichtung 103 wie die optische Vorrichtung 100 ein Gehäuse 140 (siehe z.B. 1A), in dem die optische Einrichtung 220 und die optische Komponente 130 aufgenommen sind, und eine Gaszuführeinrichtung 190, die das Gas zu den rohrförmigen Körpern 150 zuführt.
Die in der optischen Vorrichtung 103 enthaltene optische Komponente 130 wird durch ein Fixierungsglied 170 an dem Halteglied 160 fixiert.
Das Fixierungsglied 170 fixiert die optische Komponente 130 an dem Halteglied 160. Das Fixierungsglied 170 ist zum Beispiel aus einem Kunstharzmaterial ausgebildet.
Das Fixierungsglied 170 weist zum Beispiel Durchgangslöcher 171 auf.
Das aus den Sprühöffnungen 151 gesprühte Gas geht durch die Durchgangslöcher 171 hindurch. Die Durchgangslöcher 171 sind zwischen der Lichtemissionsfläche 111 des Halbleiterlaserelements 110 und den Sprühöffnungen 151 angeordnet.
Es ist zu beachten, dass 11B eine optische Vorrichtung 103 zeigt, die eine Vielzahl von rohrförmigen Körpern 150, d.h. eine Vielzahl von Sprühöffnungen 151, und ein Fixierungsglied 170 mit einer Vielzahl von Durchgangslöchern 171 in Entsprechung zu der Vielzahl von Sprühöffnungen 151 umfasst. Die optische Vorrichtung 103 kann auch nur einen rohrförmigen Körper 150, d.h. nur eine Sprühöffnung 151, und ein Fixierungsglied 170 mit nur einem Durchgangsloch umfassen.
Hinsichtlich der Form, der Größe und der Anzahl von Durchgangslöchern 171 werden hier keine besonderen Vorgaben gemacht. Zum Beispiel kann die optische Vorrichtung 103 eine Vielzahl von rohrförmigen Körpern 150, d.h. eine Vielzahl von Sprühöffnungen 151 und ein Fixierungsglied 170 mit einem einzelnen Durchgangsloch 171, das in einer Draufsicht lang ist und der Vielzahl von Sprühöffnungen 151 entspricht, umfassen.
Das Durchgangsloch 171 und der rohrförmige Körper 150 können miteinander verbunden sein. In diesem Fall kann eine Öffnung des Durchgangsloch 171 an der Lichtemissionsfläche 11 als Sprühöffnung 151 dienen.
Vorteilhafte Effekte
Wie oben beschrieben, umfasst die optische Vorrichtung 103 gemäß der Ausführungsform 4 ein Halbleiterlaserelement 110, eine optische Komponente 130, ein Gehäuse 140 und Flussdurchgangsabschnitte 150. Die optische Vorrichtung umfasst weiterhin ein Halteglied 160 und ein Fixierungsglied 170. Das Halteglied 160 ist zwischen dem Halbleiterlaserelement 110 und dem Gehäuse 140 angeordnet und hält das Halbleiterlaserelement 110. Das Fixierungsglied 170 fixiert die optische Komponente 130 an dem Halteglied 160.
Diese Konfiguration reduziert Änderungen in der relativen Positionsbeziehung zwischen dem Halbleiterlaserelement 110 und der optischen Komponente 130 im Vergleich zu einem Fall, in dem die optische Einrichtung 220 mit darin dem Halbleiterlaserelement 110 und der optischen Komponente 130 in dem Gehäuse 140 angeordnet sind. Dementsprechend kann die optische Vorrichtung 103, die ein Laserlicht 210 mit gewünschten Verteilungseigenschaften emittiert, einfach hergestellt werden.
Zum Beispiel weist das Fixierungsglied 170 Durchgangslöcher 171 auf, durch die das aus den Sprühöffnungen 151 gesprühte Gas hindurchgeht. Durchgangslöcher 171 sind zwischen der Lichtemissionsfläche 111 und den Sprühöffnungen 151 angeordnet.
Diese Konfiguration erlaubt, dass das Gas durch die Durchgangslöcher 171 geht und direkt auf die Lichtemissionsfläche 111 des Halbleiterlaserelements 110 gesprüht wird, wo auch immer die Sprühöffnungen 151 und das Fixierungsglied 170 angeordnet sind. Dadurch wird eine Haftung von Staub oder Schmutz an der Facette des Halbleiterlaserelements 110, d.h. der Lichtemissionsfläche 111, reduziert. Dementsprechend wird eine Verschlechterung der optischen Eigenschaften des Halbleiterlaserelements 110 und insbesondere eine Verschlechterung der optischen Ausgabe über die Zeit wie in 2 gezeigt reduziert.
VARIATION 1
12A ist eine Teilseitenansicht einer optischen Vorrichtung 103a gemäß einer Variation 1 der Ausführungsform 4. 12B ist eine perspektivische Teilansicht der optischen Vorrichtung 103a gemäß der Variation 1 der Ausführungsform 4.
Es ist zu beachten, dass 12A die Komponenten in Entsprechung zu denjenigen von 1C zeigt, aber einige der Komponenten wie etwa das Gehäuse 140 nicht zeigt. Auch 12B zeigt einige der Komponenten wie etwa das Gehäuse 140 nicht.
Die optische Vorrichtung 103a umfasst eine optische Einrichtung 220, eine optische Komponente 130, ein Gehäuse 140 und einen rohrförmigen Körper 150 mit einer Sprühöffnung 151. Obwohl nicht in der Figur gezeigt, umfasst die optische Vorrichtung 103 wie die optische Vorrichtung 100 ein Gehäuse 140 (siehe z.B. 1A), in dem die optische Einrichtung 220 und die optische Komponente 130 aufgenommen sind, und eine Gaszuführeinrichtung 190, die das Gas zu dem rohrförmigen Körper 150 zuführt.
Die in der optischen Vorrichtung 103 enthaltene optische Komponente 130 wird durch das Fixierungsglied 170a an dem Halteglied 160 fixiert.
Das Fixierungsglied 170a fixiert die optische Komponente 130 an dem Halteglied 160. Das Fixierungsglied 170a ist zum Beispiel aus einem Kunstharzmaterial ausgebildet.
Im Gegensatz zu dem Fixierungsglied 170 weist das Fixierungsglied 170a kein Durchgangsloch auf. Die Sprühöffnung 151 ist auf einer Seite des Halbleiterlaserelements 110 angeordnet, um das Gas auf die Lichtemissionsfläche 111 des Halbleiterlaserelements 110 von der Seite zu sprühen. Diese Konfiguration erlaubt ein Sprühen des Gases auf die Lichtemissionsfläche 111 des Halbleiterlaserelements 110 auch dann, wenn das Fixierungsglied 170 kein Durchgangsloch aufweist.
VARIATION 2
13A ist eine Teilseitenansicht einer optischen Vorrichtung 103b gemäß einer Variation 2 der Ausführungsform 4. 13B ist eine perspektivische Teilansicht der optischen Vorrichtung 103b gemäß der Variation 2 der Ausführungsform 4.
Es ist zu beachten, dass 13A die Komponenten in Entsprechung zu denjenigen von 1C zeigt, aber einige der Komponenten wie etwa das Gehäuse 140 nicht zeigt. Auch 13B zeigt einige der Komponenten wie etwa das Gehäuse 140 nicht.
Die optische Vorrichtung 103b umfasst eine optische Einrichtung 220, eine optische Komponente 130, ein Gehäuse 140 und einen rohrförmigen Körper 150 mit einer Sprühöffnung 151. Obwohl nicht in der Figur gezeigt, umfasst die optische Vorrichtung 103b wie die optische Vorrichtung 100 ein Gehäuse 140 (siehe z.B. 1A), in dem die optische Einrichtung 220 und die optische Komponente 130 aufgenommen sind, und eine Gaszuführeinrichtung 190 (siehe z.B. 1A), die das Gas zu dem rohrförmigen Körper 150 zuführt.
Die in der optischen Vorrichtung 103b enthaltene optische Komponente 130 wird durch das Fixierungsglied 170b an dem Halteglied 161 fixiert. Auf diese Weise kann die optische Komponente 130 an dem Halteglied 160 oder dem Halteglied 161 fixiert werden. Und natürlich kann die optische Komponente 130 auch sowohl an dem Halteglied 160 als auch an dem Halteglied 161 fixiert werden.
Das Fixierungsglied 170b fixiert die optische Komponente 130 an dem Halteglied 161. Das Fixierungsglied 170b ist zum Beispiel aus einem Kunstharzmaterial ausgebildet.
Im Gegensatz zu dem Fixierungsglied 170 weist das Fixierungsglied 170b kein Durchgangsloch auf. Die Sprühöffnung 151 ist auf einer Seite des Halbleiterlaserelements 110 angeordnet, um das Gas auf die Lichtemissionsfläche 111 des Halbleiterlaserelements 110 von der Seite zu sprühen. Die Konfiguration erlaubt ein Sprühen des Gases auf die Lichtemissionsfläche 111 des Halbleiterlaserelements 110 auch dann, wenn das Fixierungsglied 170b kein Durchgangsloch aufweist.
VARIATION 3
14A ist eine Teilseitenansicht einer optischen Vorrichtung 103c gemäß einer Variation 3 der Ausführungsform 4. 14B ist eine teilweise perspektivische Ansicht der optischen Vorrichtung 103c gemäß der Variation 3 der Ausführungsform 4.
Es ist zu beachten, dass 14A die Komponenten in Entsprechung zu denjenigen von 1C zeigt, aber einige der Komponenten wie etwa das Gehäuse 140 nicht zeigt. Auch 14B zeigt einige der Komponenten wie etwa das Gehäuse 140 nicht.
Die optische Vorrichtung 103c umfasst eine optische Einrichtung 220, eine optische Komponente 130, ein Gehäuse 140 und einen rohrförmigen Körper 150 mit einer Sprühöffnung 151. Obwohl nicht in der Figur gezeigt, umfasst die optische Vorrichtung 103c wie die optische Vorrichtung 100 das Gehäuse 140 (siehe z.B. 1A), in dem die optische Einrichtung 220 und die optische Komponente 130 aufgenommen sind, und eine Gaszuführeinrichtung 190 (siehe 1A), die das Gas zu dem rohrförmigen Körper 150 zuführt.
Die in der optischen Vorrichtung 103c enthaltene optische Komponente 130 wird an dem Halteglied 160 durch zwei Fixierungsglieder 170c fixiert. Auf diese Weise kann die optische Komponente 130 durch eine Vielzahl von Fixierungsgliedern 170c fixiert werden.
Zwei Fixierungsglieder 170c sind voneinander beabstandet. Diese Konfiguration erlaubt das Sprühen des Gases auf die Lichtemissionsfläche 111 durch das Durchgangsloch 171a, das durch den Zwischenraum zwischen zwei Fixierungsgliedern 170c gebildet wird. Das Fixierungsglied 170c ist zum Beispiel aus einem Kunstharzmaterial ausgebildet.
ANDERE AUSFÜHRUNGSFORMEN
Vorstehend wurden verschiedene Aspekte der optischen Vorrichtung gemäß der Erfindung anhand von Ausführungsformen beschrieben, wobei die Erfindung jedoch nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist. Die beschriebenen Ausführungsformen können auf verschiedene Weise modifiziert werden und es können neue Ausführungsformen durch eine freie Kombination der oben beschriebenen Ausführungsformen erhalten werden, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird.
Zum Beispiel wurde vorstehend ein Beispiel beschrieben, in dem der Flussdurchgangsabschnitt mit den Sprühöffnungen ein rohrförmiger Körper ist, wobei jedoch hinsichtlich der Form des Flussdurchgangsabschnitts keine besonderen Vorgaben gemacht werden. Zum Beispiel kann der Flussdurchgangsabschnitt erhalten werden, indem ein oder mehrere Plattenglieder in dem Gehäuse ausgebildet werden. Der Flussdurchgangsabschnitt weist nicht notwendigerweise eine rohrförmige Form auf, sondern kann auch eine Rinnenform oder eine beliebige andere Form aufweisen, solange das Gas aus der Einführöffnung des Gehäuses zu der Lichtemissionsfläche des Halbleiterlaserelements geführt werden kann.
Zum Beispiel ist in den oben beschriebenen Ausführungsformen die Lichtemissionsfläche die Lichtemissionsfläche des Halbleiterlaserelements. Wenn zum Beispiel ein transparentes Glied, das das Laserlicht durchlässt, zwischen dem Halbleiterlaserelement und der optischen Komponente angeordnet ist, kann die Lichtemissionsfläche die der optischen Komponente zugewandte Fläche des transparenten Glieds sein.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die optische Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird zum Beispiel als eine Laserquelle in einer Laserverarbeitung verwendet.
Bezugszeichenliste

100, 100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 101, 101a, 102, 103, 103a, 103b, 103c: optische Vorrichtung
110: Halbleiterlaserelement
111: Facette (Lichtemissionsfläche)
120: Submountsubstrat
130, 131: optische Komponente
140: Gehäuse
141: Einführöffnung
142: Ausführöffnung
150, 150a, 150b, 150c, 180b, 180c: Flussdurchgangsabschnitt (rohrförmiger Körper)
151: Sprühöffnung
152: Flussdurchgang
160, 161: Halteglied
170, 170a, 170b, 170c: Fixierungsglied
171, 171a: Durchgangsloch
180: Zirkulationseinrichtung
180a, 190: Gaszuführeinrichtung
210, 210a: Laserlicht
220: optische Einrichtung
130: durchscheinendes Fenster

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2002144073 [0006]

Claims

Optische Vorrichtung, umfassend: ein Halbleiterlaserelement, das ein Laserlicht emittiert, eine optische Komponente, die der Lichtemissionsfläche, durch die das Laserlicht emittiert wird, mit einem Abstand gegenüberliegt, ein Gehäuse, in dem das Halbleiterlaserelement und die optische Komponente aufgenommen sind und das eine Einführöffnung zum Einführen eines Gases und eine Ausführöffnung zum Ausführen des Gases umfasst, und einen Flussdurchgangsabschnitt, der eine Sprühöffnung zum Besprühen des Halbleiterlaserelements mit dem von der Einführöffnung eingeführten Gas umfasst.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Flussdurchgangsabschnitt die Sprühöffnung zum Besprühen der Lichtemissionsfläche mit dem von der Einführöffnung eingeführten Gas umfasst.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei aus einer Richtung parallel zu der Lichtemissionsfläche gesehen, die Sprühöffnung zwischen dem Halbleiterlaserelement und der optischen Komponente angeordnet ist.
Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Flussdurchgangsabschnitt ein rohrförmiger Körper ist, der die Einführöffnung und die Sprühöffnung miteinander verbindet und einen Flussdurchgang, durch den das Gas hindurchgeht, enthält.
Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die weiterhin umfasst: ein Halteglied, das zwischen dem Halbleiterlaserelement und dem Gehäuse angeordnet ist und das Halbleiterlaserelement hält, und ein Fixierungsglied, das die optische Komponente an dem Halteglied fixiert.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei: das Fixierungsglied ein Durchgangsloch aufweist, durch das das von der Sprühöffnung gesprühte Gas hindurchgeht, und das Durchgangsloch zwischen der Lichtemissionsfläche und der Sprühöffnung angeordnet ist.
Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Flussdurchgangsabschnitt eine Vielzahl von Sprühöffnungen, die jeweils die Sprühöffnung sind, umfasst.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 7, die weiterhin umfasst: eine Vielzahl von Halbleiterlaserelementen, die jeweils das Halbleiterlaserelement sind, wobei die Vielzahl von Sprühöffnungen in einer eins-zu-eins-Entsprechung zu der Vielzahl von Halbleiterlaserelementen angeordnet sind.
Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Gas Sauerstoff enthält.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Gas weiterhin Stickstoff, Wasserstoff, Helium, Argon, ein halogenbasiertes Gas und/oder ein Halogenverbindungsgas enthält.
Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, das weiterhin eine Zirkulationseinrichtung umfasst, die mit dem Einführteil und dem Ausführteil außerhalb des Gehäuses verbunden ist und das Gas in dem Gehäuse zirkulieren lässt, in dem sie das Gas von der Ausführöffnung ausführt und das von der Ausführöffnung ausgeführte Gas von der Einführöffnung einführt.