DE112020001418T5 - Halbleiterlaservorrichtung - Google Patents

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Masaharu Fukakusa
Hideo Yamaguchi
Koshi Nakamura
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Abstract

Eine Halbleiterlaservorrichtung (1) umfasst: Halbleiterlaserelemente (10); Linsen; ein Ablenkungselement (50); ein Wellenlängendispersionselement (70), das Lichtstrahlen wellenlängenkoppelt, um ein gekoppeltes Licht zu bilden; und einen Teilreflexionsspiegel (80). Die Linsen umfassen eine erste Linse (30), die einen Divergenzwinkel der emittierten Lichtstrahlen in einer ersten Achsenrichtung reduziert, und eine zweite Linse (40), die zwischen der ersten Linse (30) und dem Wellenlängendispersionselement (70) angeordnet ist und den Divergenzwinkel der Laserstrahlen in einer zweiten Achsenrichtung reduziert. Das Ablenkungselement (50) weist Ebenen auf, die jeweils den emittierten Lichtstrahlen entsprechen, wobei wenigstens eine der Ebenen in Bezug auf eine optische Achse eines entsprechenden der emittierten Lichtstrahlen in Entsprechung zu der wenigstens einen Ebene geneigt ist und die emittierten Lichtstrahlen an dem Wellenlängendispersionselement (70) miteinander überlappen.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleiterlaservorrichtung, die eine Vielzahl von Halbleiterlaserelementen enthält.
  • Stand der Technik
  • Es wurden Halbleiterlaservorrichtungen mit hervorragenden Richtungseigenschaften entwickelt, die eine Lichtausgabe von mehr als 1 Watt erzielen können. Außerdem wurde eine Laserstrahlquellenvorrichtung vorgeschlagen, die ein Licht mit zwischen mehreren hundert Watt oder mehr und mehreren tausend Watt oder weniger ausgeben kann, indem sie einen Laserstrahl von einer großen Anzahl von Halbleiterlaserelementen bündelt. Halbleiterlaservorrichtungen, die eine hohe Lichtausgabe erzielen können, werden zum Beispiel als Wärmequellen für eine Verarbeitung durch das Bestrahlen eines Werkstücks verwendet. Zum Beispiel werden diese Halbleiterlaservorrichtungen für das Schweißen von Metallmaterialien, das Schneiden von Metallplatten und ähnliches verwendet. Eine Methode für das Bündeln eines Laserstrahls von einer großen Anzahl von Halbleiterlaserelementen ist zum Beispiel eine Raumkopplung oder eine Wellenlängenkopplung, wobei ein optisches Kopplungssystem verwendet wird, um einen Laserstrahl mit einer hohen Leuchtdichte zu erhalten.
  • Zum Beispiel sind in der Laseranordnung, die in der Patentliteratur (PTL) 1 beschrieben wird, eine Vielzahl von Laserelementen radial um eine vorbestimmte Position in einer die schnelle Achse enthaltenden Ebene angeordnet. Dadurch kann der Laserstrahl an einer vorbestimmten Position fokussiert werden.
  • Außerdem werden in der Laservorrichtung, die in der PTL 2 beschrieben wird, Laserstrahlen mit verschiedenen Wellenlängen von einer Vielzahl von Lasermodulen an einem Beugungsgitter unter Verwendung einer Linse fokussiert und wellenlängengekoppelt.
  • Referenzliste
  • Patentliteratur
    • PTL 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2011-86905
    • PTL 2: Internationale Veröffentlichung Nr. WO2017/134911
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Weil jedoch in der Laseranordnung der PTL1 eine Vielzahl von Halbleiterlaserelementen radial angeordnet sind, müssen die Vielzahl von Laseranordnungen derart angeordnet sein, dass sie voneinander getrennt sind. Und weil dadurch die Anzahl von Laserelementen, die innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs angeordnet werden können, begrenzt wird, ist auch die Lichtausgabe begrenzt.
  • Außerdem fällt in der Laservorrichtung der PTL 2 der durch die Linse fokussierte Laserstrahl von jedem Modul auf dem Beugungsgitter ein. Die auf das Beugungsgitter einfallenden Laserstrahlen sind kein paralleles Licht, sondern ein konvergentes Licht. Weil der durch das Beugungsgitter wellenlängengekoppelte Laserstrahl nur der Laserstrahl mit einem Einfallswinkel in Entsprechung zu der Oszillationswellenlänge jedes Moduls ist, divergiert die Komponente des Laserstrahls ohne einen vorbestimmten Winkel innerhalb des konvergenten Lichts, nachdem sie von dem Beugungsgitter emittiert wurde. Aus diesem Grund tritt ein Kopplungsverlust auf, wenn der von dem Beugungsgitter emittierte Laserstrahl durch die Linse fokussiert wird und auf dem Lichtwellenleiter einfällt. Bei einer Kopplung mit einem Lichtwellenleiter mit einem kleineren Durchmesser ist der Kopplungsverlust noch größer. Und weil der Laserstrahl durch die Linse auf das Beugungsgitter fokussiert wird, ist die Lichtdichte an dem Beugungsgitter sehr hoch und kann das Beugungsgitter unter Umständen beschädigt werden. Auch aus diesem Grund ist die Anzahl von Laserstrahlen, die gekoppelt werden können, begrenzt und ist es schwierig, die Ausgabe zu erhöhen.
  • Die vorliegende Erfindung löst die vorstehend geschilderten Probleme, indem in einer Halbleiterlaservorrichtung, die eine Wellenlängenkopplung durch ein Wellenlängendispersionselement durchführt, eine Halbleiterlaservorrichtung vorgesehen wird, die einen Laserstrahl mit einer hohen Leuchtdichte ausgeben und dabei die Lichtdichte in dem Wellenlängendispersionselement unterdrücken kann.
  • Problemlösung
  • Um die oben genannten Probleme zu lösen, umfasst ein Aspekt der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung: Halbleiterlaserelemente, die jeweils Lichtstrahlen mit verschiedenen Wellenlängen emittieren; ein Ablenkungselement, das wenigstens einen der von den Halbleiterlaserelementen emittierten Lichtstrahlen ablenkt; und ein Wellenlängendispersionselement, das die emittierten Lichtstrahlen auf eine gleiche optische Achse wellenlängenkoppelt, wobei das Ablenkungselement Ebenen aufweist, die jeweils den emittierten Lichtstrahlen entsprechen; wobei die emittierten Lichtstrahlen einander an dem Wellenlängendispersionselement überlappen.
  • Auch wenn dabei die Vielzahl von Halbleiterlaserelementen derart angeordnet sind, dass das Intervall zwischen ihnen klein ist, kann eine Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen an dem Wellenlängendispersionselement überlappt werden, indem die Neigung der Vielzahl von Ebenen des Ablenkungselements entsprechend gesetzt wird. Weil dadurch die Anzahl von Halbleiterlaserelementen pro Einheitsfläche vergrößert werden kann, kann auch die Anzahl von Halbleiterlaserelementen, die in der Halbleiterlaservorrichtung angeordnet werden kann, vergrößert werden und kann eine erhöhte Ausgabe der Halbleiterlaservorrichtung realisiert werden. Und weil die Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen nicht durch das Ablenkungselement konvergiert werden, können sie auf dem Wellenlängendispersionselement in einem Zustand eines parallelen Lichts einfallen. Weil deshalb der Strahldurchmesser an dem Wellenlängendispersionselement auch dann vergrößert werden kann, wenn eine Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen überlappt werden, kann die Lichtdichte im Vergleich zu einem Fall, in dem eine Vielzahl von konvergierten Lichtstrahlen überlappt werden, unterdrückt werden. Es können also die emittierten Lichtstrahlen von mehreren Halbleiterlaserelementen überlappt werden und es kann gleichzeitig eine Beschädigung an dem Wellenlängendispersionselement verhindert werden, sodass eine erhöhte Ausgabe der Halbleiterlaservorrichtung realisiert werden kann.
  • Und weil jeder auf dem Wellenlängendispersionselement einfallende Laserstrahl zu einem parallelen Licht mit einer kleinen Einfallswinkelverteilung gewandelt werden kann, kann jeder Laserstrahl in dem Zustand eines parallelen Lichts durch das Wellenlängendispersionselement kombiniert werden. Auf diese Weise kann ein Laserstrahl mit einer hohen Leuchtdichte und einer hohen Strahlqualität als das von dem Teilreflexionsspiegel ausgegebene emittierte Licht erhalten werden.
  • Außerdem weisen in einem Aspekt der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die emittierten Lichtstrahlen jeweils einen Divergenzwinkel in einer ersten Achsenrichtung und einen Divergenzwinkel in einer zweiten Achsenrichtung orthogonal zu der ersten Achsenrichtung auf, wobei die Halbleiterlaservorrichtung weiterhin Linsen umfasst, die jeweils den Divergenzwinkel in der ersten Achsenrichtung und/oder den Divergenzwinkel in der zweiten Achsenrichtung wandeln, wobei wenigstens eine Ebene innerhalb der Ebenen in Bezug auf die optische Achse eines entsprechenden der emittierten Lichtstrahlen geneigt ist und wobei die Halbleiterlaserelemente in der ersten Achsenrichtung oder der zweiten Achsenrichtung angeordnet sein können.
  • Auf diese Weise ist wenigstens eine Ebene aus der Vielzahl von Ebenen in Bezug auf die optische Achse des entsprechenden der emittierten Lichtstrahlen geneigt, sodass der entsprechende der emittierten Lichtstrahlen abgelenkt werden kann.
  • Außerdem kann ein Aspekt der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weiterhin einen Teilreflexionsspiegel enthalten, der einen durch das Wellenlängendispersionselement wellenlängengekoppelten Teil der emittierten Lichtstrahlen reflektiert und einen anderen Teil der emittierten Lichtstrahlen durchlässt und einen externen Resonator mit den Halbleiterlaserelementen bildet.
  • Außerdem können in einem Aspekt der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Linsen eine erste Linse, die den Divergenzwinkel eines Laserstrahls in der zweiten Achsenrichtung reduziert, umfassen.
  • Außerdem können in einem Aspekt der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Linsen eine zweite Linse, die den Divergenzwinkel der emittierten Lichtstrahlen in der zweiten Achsenrichtung reduziert, umfassen.
  • Außerdem kann in einem Aspekt der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die zweite Linse zwischen der ersten Linse und dem Wellenlängendispersionselement angeordnet sein.
  • Außerdem kann in einem Aspekt der Halbleiterlaservorrichtung der vorliegenden Erfindung ein Strahlparameterprodukt jedes der emittierten Lichtstrahlen 1 [mm • mrad] oder weniger in der einen Achsenrichtung betragen.
  • In diesem Fall beträgt das Strahlparameterprodukt in der Achsenrichtung, in der die Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen überlappt werden, der zwei Achsenrichtungen der Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen 1 [mm • mrad] oder weniger, sodass auch dann, wenn die Überlappung der entsprechenden emittierten Lichtstrahlen abweicht, der zulässige Abweichungsbereich groß wird. Dadurch kann eine Verschlechterung der Strahlqualität in der durch die Wellenlängendispersion gekoppelten Achsenrichtung unterdrückt werden, sodass eine Halbleiterlaservorrichtung, die einen Laserstrahl mit einer hohen Leuchtdichte ausgeben kann, realisiert werden kann.
  • Außerdem weist in einem Aspekt der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung das Ablenkungselement eine Einfallsfläche, auf der die emittierten Lichtstrahlen einfallen, und eine Emissionsfläche, von der die an der Einfallsfläche eingefallenen emittierten Lichtstrahlen emittiert werden, auf, wobei die Ebenen Durchlassflächen, die die emittierten Lichtstrahlen durchlassen, sind und in der Einfallsfläche und/oder der Emissionsfläche enthalten sein können.
  • Außerdem können in einem Aspekt der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Ebenen Reflexionsflächen sein, die jeweils die emittierten Lichtstrahlen reflektieren.
  • Außerdem ist in einem Aspekt der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die eine Achsenrichtung die erste Achsenrichtung, ist die erste Linse ein Schnelle-Achse-Kollimator und kann die zweite Linse ein Langsame-Achse-Kollimator sein.
  • Außerdem enthält ein Aspekt der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weiterhin: Packungen, in denen jeweils entsprechende der Halbleiterlaserelemente montiert sind und die ein Metallmaterial umfassen, wobei jede der Packungen Anschlussstifte umfasst, die Strom zu dem in der Packung montierten Halbleiterlaserelement zuführen, wobei die erste Linse an jedem von Lichtemissionsteilen der Packungen montiert ist, wobei jede der Packungen eine Montagefläche aufweist, an der das Halbleiterlaserelement montiert ist und wobei jede der Packungen zwei Ebenen parallel zu der Montagefläche enthält, wobei die Distanz zwischen den zwei Ebenen der Dicke der Packung entspricht und gleich den Intervallen, mit denen die Halbleiterlaserelemente angeordnet sind, sein kann.
  • Außerdem sind in einem Aspekt der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Halbleiterlaserelemente in den Packungen über Submounts montiert, die ein leitendes Material umfassen, wobei einer der Anschlussstifte ein Potential gleich dem Potential der Packungen aufweist und wobei die Halbleiterlaserelemente spannungsgetrieben sein können.
  • Außerdem sind in einem Aspekt der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Halbleiterlaserelemente jeweils in entsprechenden der Packungen über einen entsprechenden der Submounts montiert, der ein elektrisch isolierendes Material umfasst, wobei die Anschlussstifte von einer entsprechenden der Packungen isoliert sind und die Halbleiterlaserelemente stromgetrieben sein können.
  • Außerdem können in einem Aspekt der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Packungen jeweils ein entsprechendes der Halbleiterlaserelemente luftdicht abdichten.
  • Dadurch kann die Atmosphäre in der Packung kontrolliert werden, sodass eine Verschlechterung der Halbleiterlaserelemente unterdrückt werden kann. Insbesondere wenn die Halbleiterlaserelemente Laserstrahlen mit einer relativ kurzen Wellenlänge wie etwa blaues Licht oder ultraviolettes Licht emittieren, kann eine Abscheidung von Siloxan auf die Halbleiterlaserelemente oder ähnliches reduziert werden, indem ein Einfluss von Siloxan in die Packung unterdrückt wird.
  • Außerdem beträgt in einem Aspekt der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ein Strahlparameterprodukt jedes der emittierten Lichtstrahlen in der ersten Achsenrichtung und der zweiten Achsenrichtung 1 [mm • mrad] oder weniger, sind die Halbleiterlaserelemente in der zweiten Achsenrichtung angeordnet, ist die erste Linse ein Schnelle-Achse-Kollimator und kann die zweite Linse ein Langsame-Achse-Kollimator sein.
  • In diesem Fall beträgt das Strahlparameterprodukt in der Achsenrichtung, in der die emittierten Lichtstrahlen überlappt werden, der zwei Achsenrichtungen der Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen 1 [mm • mrad] oder weniger, sodass auch dann, wenn die Überlappung der entsprechenden emittierten Lichtstrahlen abweicht, der zulässige Abweichungsbereich groß wird. Dadurch kann die Strahlqualität in der durch die Wellenlängendispersion gekoppelten Achsenrichtung aufrechterhalten werden, sodass eine Halbleiterlaservorrichtung, die einen Laserstrahl mit einer hohen Leuchtdichte ausgeben kann, realisiert werden kann.
  • Außerdem enthält ein Aspekt der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weiterhin: eine Packung, in der die Halbleiterlaserelemente montiert sind und die ein Metallmaterial umfasst, wobei die eine Packung Anschlussstifte enthält, die Strom zu den Halbleiterlaserelementen zuführen, und die erste Linse in der einen Packung angeordnet ist.
  • Außerdem können in einem Aspekt der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Halbleiterlaserelemente in der einen Packung über einen Submount montiert werden.
  • Durch das Montieren einer Vielzahl von Halbleiterlaserelementen an einem Submount kann die Abweichung der optischen Achsen der Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen reduziert werden. Deshalb kann die Halbleiterlaservorrichtung einen Laserstrahl mit einer höheren Leuchtdichte ausgeben.
  • Außerdem kann in einem Aspekt der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die eine Packung die Halbleiterlaserelemente luftdicht abdichten.
  • Dadurch kann die Atmosphäre in der Packung kontrolliert werden, sodass eine Verschlechterung der Halbleiterlaserelemente unterdrückt werden kann. Insbesondere wenn die Halbleiterlaserelemente Laserstrahlen mit einer relativ kurzen Wellenlänge wie etwa blaues Licht oder ultraviolettes Licht emittieren, kann eine Abscheidung von Siloxan auf die Halbleiterlaserelemente oder ähnliches reduziert werden, indem ein Einfluss von Siloxan in die Packung unterdrückt wird.
  • Vorteilhafte Effekte der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann in einer Halbleiterlaservorrichtung, die eine Wellenlängenkopplung durch ein Wellenlängendispersionselement durchführt, eine Halbleiterlaservorrichtung vorgesehen werden, die einen Laserstrahl mit einer hohen Leuchtdichte emittieren und gleichzeitig die Lichtdichte in dem Wellenlängendispersionselement unterdrücken kann.
  • Figurenliste
    • 1A ist eine schematische Draufsicht, die die Gesamtkonfiguration einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß einer Ausführungsform 1 zeigt.
    • 1B ist eine schematische Seitenansicht, die die Gesamtkonfiguration der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 zeigt.
    • 2A ist eine perspektivische Ansicht, die das Aussehen auf der Seite der oberen Fläche einer Lichtquelleneinheit gemäß der Ausführungsform 1 zeigt.
    • 2B ist eine perspektivische Ansicht, die das Aussehen auf der Seite der unteren Fläche der Lichtquelleneinheit gemäß der Ausführungsform 1 zeigt.
    • 2C ist eine perspektivische Explosionsansicht, die eine Konfiguration der Lichtquelleneinheit gemäß der Ausführungsform 1 zeigt.
    • 3A ist eine perspektivische Ansicht, die das Aussehen eines Lichtquellenmoduls gemäß der Ausführungsform 1 zeigt.
    • 3B ist ein Komponentenentwicklungsdiagramm, das eine Konfiguration des Lichtquellenmoduls gemäß der Ausführungsform 1 zeigt.
    • 4A ist eine perspektivische Ansicht, die das Aussehen eines Ablenkungselements gemäß der Ausführungsform 1 zeigt.
    • 4B umfasst eine Seitenansicht und eine Draufsicht, die die Form des Ablenkungselements gemäß der Ausführungsform 1 zeigen,
    • 5 ist eine schematische Ansicht, die den Betrieb und den Effekt der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 zeigt.
    • 6A ist ein Kurvendiagramm, das ein erstes Entwurfsbeispiel einer Vielzahl von Ebenen des Ablenkungselements gemäß der Ausführungsform 1 zeigt.
    • 6B ist ein Kurvendiagramm, das ein zweites Entwurfsbeispiel einer Vielzahl von Ebenen des Ablenkungselements gemäß der Ausführungsform 1 zeigt.
    • 6C ist ein Kurvendiagramm, das ein drittes Entwurfsbeispiel einer Vielzahl von Ebenen des Ablenkungselements gemäß der Ausführungsform 1 zeigt.
    • 6D ist ein Kurvendiagramm, das ein viertes Entwurfsbeispiel einer Vielzahl von Ebenen des Ablenkungselements gemäß der Ausführungsform 1 zeigt.
    • 7 ist eine schematische Draufsicht, die die Konfiguration der Lichtquelleneinheit gemäß einer Ausführungsform 2 zeigt.
    • 8 ist eine schematische Draufsicht, die die Konfiguration der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 zeigt.
    • 9 ist eine schematische Draufsicht, die die Konfiguration der Halbleiterlaservorrichtung gemäß einer Ausführungsform 3 zeigt.
    • 10 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die das Aussehen der Lichtquelleneinheit gemäß einer Ausführungsform 4 zeigt.
    • 11 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die die Konfiguration der Lichtquelleneinheit gemäß der Ausführungsform 4 zeigt.
    • 12 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die die Konfiguration des Lichtquellenmoduls gemäß der Ausführungsform 4 zeigt.
    • 13 ist eine perspektivische Ansicht, die das Aussehen einer Vielzahl von Halbleiterlaservorrichtungen und Submounts gemäß der Ausführungsform 4 zeigt.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Es ist zu beachten, dass jede der nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen ein spezifisches Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Die für die folgenden Ausführungsformen genannten numerischen Werte, Formen, Materialien, Komponenten, Anordnungspositionen und Verbindungsformen zwischen den Komponenten usw. sind beispielhaft aufzufassen und schränken den Erfindungsumfang nicht ein. Deshalb werden innerhalb der Komponenten der nachfolgenden Ausführungsformen die nicht in den unabhängigen Ansprüchen, die das breiteste Konzept der vorliegenden Erfindung angeben, genannten Komponenten als frei wählbare Komponenten beschrieben.
  • Außerdem sind die Figuren schematische Ansichten, die nicht notwendigerweise exakt gezeichnet sind. Die Maßstäbe usw. der einzelnen Figuren müssen einander nicht entsprechen. Es ist zu beachten, dass in den Figuren im Wesentlichen gleiche Konfigurationen durchgehend durch gleiche Bezugszeichen angegeben werden und hier auf eine wiederholte Beschreibung derselben verzichtet wird.
  • Weiterhin geben in dieser Beschreibung und in den Zeichnungen die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse die drei Achsen des dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystems wieder. Die X-Achse und die Y-Achse sind orthogonal zueinander und orthogonal zu der Z-Achse.
  • Ausführungsform 1
  • Im Folgenden wird eine Halbleiterlaservorrichtung gemäß einer Ausführungsform 1 beschrieben.
  • Gesamtaufbau
  • Zuerst wird die Gesamtkonfiguration der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 1A und 1 B beschrieben. 1A und 1B sind jeweils eine schematische Draufsicht und eine Seitenansicht, die die Gesamtkonfiguration einer Halbleiterlaservorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • Die Halbleiterlaservorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform ist eine Laserstrahlquelle, die eine Wellenlängenkopplung einer Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen durch ein Wellenlängendispersionselement durchführt. Wie in 1A und 1B gezeigt, umfasst die Halbleiterlaservorrichtung 1 eine Lichtquelleneinheit 300, ein Wellenlängendispersionselement 70 und einen Teilreflexionsspiegel 80.
  • Die Lichtquelleneinheit 300 ist eine Einheit, die eine Vielzahl von Halbleiterlaserelementen enthält. Die Lichtquelleneinheit 300 wird im Folgenden mit Bezug auf 2A bis 2C beschrieben. 2A und 2B sind perspektivische Ansichten, die jeweils das Aussehen der Seite der oberen Fläche und der Seite der unteren Fläche der Lichtquelleneinheit 300 gemäß dieser Ausführungsform zeigen. 2C ist eine perspektivische Explosionsansicht, die die Konfiguration der Lichtquelleneinheit 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
  • Wie in 2A und 2C gezeigt, enthält die Lichtquelleneinheit 300 eine Vielzahl von Lichtquellenmodulen 200a bis 200i, eine zweite Linse 40, eine Linsenhalterung 41, ein Ablenkungselement 50 und eine Einheitsbasis 301. Es ist zu beachten, dass in 1B der Einfachheit halber auf eine Darstellung der Einheitsbasis 301 und der Linsenhalterung 41 verzichtet wird. Außerdem ist in 2C nur ein Lichtquellenmodul 200i aus der Vielzahl von Lichtquellenmodulen 200a bis 200i gezeigt. Außerdem umfasst die Lichtquelleneinheit 300 wie in 2B und 2C gezeigt weiterhin eine Leiterplatte 310.
  • Die Einheitsbasis 301 ist eine Basis einer Lichtquelleneinheit 300, wobei eine Vielzahl von Lichtquellenmodulen 200a bis 200i usw. an der Einheitsbasis 301 angebracht sind. Wie in 2C gezeigt, weist die Einheitsbasis 301 eine plattenartige Form auf. Die Einheitsbasis 301 ist mit Fixierungslöchern 304 und 305 und Durchgangslöchern 302 und 303 versehen. Das Fixierungsloch 304 ist ein Schraubloch, in das eine Schraube 90 für das Fixieren jedes aus der Vielzahl von Lichtquellenmodulen 200a bis 200i geschraubt wird. Das Fixierungsloch 305 ist ein Schraubloch, in das eine Schraube 90 für das Fixieren der Linsenhalterung 41 geschraubt wird. Das Durchgangsloch 302 ist ein längliches Loch, in das Anschlussstifte 23 und 24 der Vielzahl von Lichtquellenmodule 200a bis 200i eingesetzt werden. Das Durchgangsloch 303 ist ein Loch, in das eine Schraube oder ähnliches für das Fixieren der Einheitsbasis 301 eingesteckt wird.
  • Die Leiterplatte 310 ist eine Platte, die Strom zu der Vielzahl von Lichtquellenmodulen 200a bis 200i zuführt. Wie in 2B und 2C gezeigt, ist die Leiterplatte 310 an der Rückfläche der Einheitsbasis 301 angeordnet (d.h. an der Fläche hinter der Fläche, an der jedes Lichtquellenmodul oder ähnliches angeordnet ist). Der Stromzuführanschluss 313, der ein Anschlussdraht für das Zuführen von Strom zu der Leiterplatte 310 ist, ist mit der Leiterplatte 310 verbunden. Die Leiterplatte 310 ist mit Durchgangslöchern 311 für das Verbinden von entsprechenden Anschlussstiften 23 und 23 der Vielzahl von Lichtquellenmodulen 200a bis 200i versehen. Außerdem ist eine gedruckte Verdrahtung 312 von dem Stromversorgungsanschluss 313 zu dem Durchgangsloch 311 usw. an der Leiterplatte 310 ausgebildet und wird Strom von dem Stromversorgungsanschluss 313 zu den Anschlussstiften 23 und 24 über die gedruckte Verdrahtung 312 zugeführt. In 2B wird ein Beispiel für eine gedruckte Verdrahtung 312 gezeigt, in dem eine Vielzahl von Lichtquellenmodulen 200a bis 200i in Reihe verbunden sind und der gleiche Strom zugeführt wird, sodass sie also stromgetrieben sind. Es ist zu beachten, dass die Leiterplatte 310 auch eine Schaltung für das Wandeln der Spannung und/oder des Stroms, die bzw. der von dem Stromversorgungsanschluss 313 zugeführt wird, umfassen kann.
  • Jedes aus der Vielzahl von Lichtquellenmodulen 200a bis 200i ist ein Modul, das ein Halbleiterlaserelement enthält. Es ist zu beachten, dass die Lichtquelleneinheit 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform neun Lichtquellenmodule 200a bis 200i enthält, wobei jedoch die Anzahl von Lichtquellenmodulen nicht darauf beschränkt ist und allgemein eine Vielzahl von Lichtquellenmodulen ist. Im Folgenden wird die Konfiguration der Vielzahl von Lichtquellenmodulen 200a bis 200i mit Bezug auf 3A und 3B beschrieben. 3A ist eine perspektivische Ansicht, die das Aussehen des Lichtquellenmoduls 200 gemäß dieser Ausführungsform zeigt. 3B ist eine Komponentenentwicklungsansicht, die die Konfiguration des Lichtquellenmoduls 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. 3B zeigt auch eine vergrößerte Ansicht in dem durch Strichlinien angegebenen Rahmen in der Nähe des Halbleiterlaserelements 10. Jedes aus der Vielzahl von Lichtquellenmodulen 200a bis 200i von 1A weist die gleiche Konfiguration auf wie das Lichtquellenmodul 200 von 3A und 3B.
  • Wie in 3A und 3B gezeigt, umfasst das Lichtquellenmodul 200 eine Packung 20 und eine erste Linse 30. In dieser Ausführungsform umfasst wie in 3B gezeigt das Lichtquellenmodul 200 ein Halbleiterlaserelement 10, ein Submount 11 und ein Abdeckungsglas 26. Die Packung 20 ist ein Gehäuse, in dem das Halbleiterlaserelement 10 montiert ist, und umfasst ein Metallmaterial. Die Packung 20 umfasst einen Rahmenkörper 22, einen Deckel 29 und eine Vielzahl von Anschlussstiften 23 und 24.
  • Der Rahmenkörper 22 ist der Hauptkörper der Packung 20 und weist eine Öffnung 22a, einen Lichtemissionsteil 25 und ein Durchgangsloch 21 auf. Die Öffnung 22a ist eine Öffnung, die mit dem Inneren der Packung 20 verbunden ist, und ist eine Einstecköffnung für das Einstecken des Halbleiterlaserelements 10 oder von ähnlichem in die Packung 20. In dieser Ausführungsform weist die Öffnung 22a eine rechteckige Form auf. Der Lichtemissionsteil 25 ist eine Öffnung, die an einer Fläche des Rahmenkörpers 22 ausgebildet ist, und das emittierte Licht von dem in der Packung 20 montierten Halbleiterlaserelement 10 geht durch den Lichtemissionsteil 25. Die erste Linse 30 ist in dem Lichtemissionsteil 25 angeordnet. Der Deckel 29 ist ein plattenförmiges Glied, das die Öffnung 22a des Rahmenkörpers 22 schließt, und weist ebenso wie die Öffnung 22a eine rechteckige Form auf. Jeder der Anschlussstifte 23 und 24 ist ein Anschluss zum Zuführen von Strom zu dem Halbleiterlaserelement 10. Das Durchgangsloch 21 ist ein Loch, in das die Schraube 90 für das Fixieren der Packung 20 an der Einheitsbasis 301 eingesteckt wird. Die in das Durchgangsloch 21 eingesteckte Schraube 90 wird in das Fixierungsloch 304 geschraubt, das wie in 2C gezeigt ein in der Einheitsbasis 301 ausgebildetes Schraubloch ist. Auf diese Weise wird das Lichtquellenmodul 200 an der Einheitsbasis 301 fixiert. Außerdem werden beim Fixieren des Lichtquellenmoduls 200 an der Einheitsbasis 301 die Anschlussstifte 23 und 24 in die Durchgangslöcher 302 der Einheitsbasis 301 und weiterhin in Durchgangslöcher 311 der Leiterplatte 310, die in 2C gezeigt sind, eingesteckt. Die in die Durchgangslöcher 311 der Leiterplatte 310 eingesteckten Anschlussstifte 23 und 24 werden unter Verwendung von Lot oder ähnlichem an der Leiterplatte 310 fixiert und elektrisch mit der gedruckten Verdrahtung 312 verbunden.
  • Wie in 3B gezeigt, umfasst die Packung 20 eine Montagefläche 27, an der das Halbleiterlaserelement 10 montiert ist. Außerdem umfasst die Packung 20 zwei Ebenen 201a und 201b parallel zu der Montagefläche 27, wobei die Distanz zwischen den zwei Ebenen 201a und 201b der Dicke H der Packung 20 entspricht (siehe 3A). In dieser Ausführungsform sind wie in 1A und 2A gezeigt die Vielzahl von Lichtquellenmodulen 200a bis 200i in der Dickenrichtung der Packung 20 beinahe ohne einen Zwischenraum angeordnet. Das heißt, dass die Dicke H der Packung 20 gleich dem Intervall ist, mit dem die Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 10 angeordnet sind. Die Konfiguration, in der die Dicke H der Packung 20 gleich dem Intervall ist, mit dem die Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 10 angeordnet sind, umfasst nicht nur eine Konfiguration, in der die Dicke H der Packung 20 vollständig dem Intervall, mit dem die Halbleiterlaserelemente 10 angeordnet sind, entspricht, sondern auch eine Konfiguration, in der die Dicke H der Packung 20 im Wesentlichen dem Intervall, mit dem die Halbleiterlaserelemente 10 angeordnet sind, entspricht. Zum Beispiel umfasst die Konfiguration, in der die Dicke H der Packung 20 gleich dem Intervall ist, mit dem die Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 10 angeordnet sind, eine Konfiguration, in der der Fehler zwischen der Dicke H der Packung 20 und dem Intervall, mit dem das Halbleiterlaserelement 10 angeordnet ist, ungefähr 5% beträgt.
  • Und indem die Lichtquellenmodule 200a bis 200i an der Einheitsbasis 301 wie oben beschrieben angeordnet sind, liegen die optischen Achsen der Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen von der Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 10 in der gleichen Ebene. In dem Beispiel von 1A usw. liegen die optischen Achsen der Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen in einer Ebene, die zu der ZX-Ebene parallel ist. Die Konfiguration, in der die optischen Achsen der Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen in der gleichen Ebene liegen, umfasst nicht nur eine Konfiguration, in der die optischen Achsen vollständig in der gleichen Ebene liegen, sondern auch eine Konfiguration, in der die optischen Achsen im Wesentlichen in der gleichen Ebene liegen. Die Konfiguration, in der die optischen Achsen der Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen in der gleichen Ebene liegen, umfasst eine Konfiguration, in der die optischen Achsen der Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen von einer vorbestimmten Ebene um einen Grad aufgrund eines Herstellungsfehlers, eines Montagefehlers oder von ähnlichem abweichen. Zum Beispiel kann es sich um eine Konfiguration handeln, in der die Abweichung in der Richtung jeder optischen Achse ungefähr 5° oder weniger beträgt, oder um eine Konfiguration, in der die Abweichung der Position jeder optischen Achse von einer vorbestimmten Ebene ungefähr 20% oder weniger der Punktgröße jedes der emittierten Lichtstrahlen beträgt.
  • Die Packung 20 umfasst zum Beispiel ein Metallmaterial. Es ist zu beachten, dass isolierende Glieder zwischen den Anschlussstiften 23 und 24 und dem Rahmenkörper 22 eingefügt sind. Dadurch kann verhindert werden, dass die Anschlussstifte 23 und 24 eine leitende Verbindung zu dem Rahmenkörper 22 usw. herstellen. Die Anschlussstifte 23 und 24 weisen jeweils eine stangenartige Form auf, wobei ein Ende in der Packung 20 angeordnet ist und das andere Ende außerhalb der Packung 20 durch den Rahmenkörper 22 der Packung 20 hindurch angeordnet ist. Eine Verbindungsfläche 23b mit einer planaren Form ist an dem einen Ende des Anschlussstifts 23, das in der Packung 20 angeordnet ist, ausgebildet; und eine Verbindungsfläche 24b mit einer planaren Form ist an dem einen Ende des Anschlussstifts 24, das in der Packung 20 angeordnet ist, ausgebildet. Ein Ende eines ersten leitenden Drahts 23w ist mit der Verbindungsfläche 23b verbunden; und ein Ende eines zweiten leitenden Drahts 24w ist mit der Verbindungsfläche 24b verbunden. Das andere Ende des ersten leitenden Drahts 23w ist mit einem leitenden Film 12, der an dem Submount 11 ausgebildet ist, verbunden. Dadurch ist der erste leitende Draht 23w mit der n-Seite-Elektrode des Halbleiterlaserelements 10 über den leitenden Film 12 verbunden. Außerdem ist das andere Ende des zweiten leitenden Drahts 24w mit dem Halbleiterlaserelement 10 verbunden. Insbesondere ist das andere Ende des zweiten leitenden Drahts 24w mit der p-Seite-Elektrode des Halbleiterlaserelements 10 verbunden.
  • Außerdem dichtet in dieser Ausführungsform die Packung 20 das Halbleiterlaserelement 10 luftdicht ab. Das heißt, dass der Raum zwischen der Öffnung 22a des Rahmenkörpers 22 und dem Deckel 29, der Raum zwischen dem Lichtemissionsteil 25 und dem Abdeckungsglas 26 usw. abgedichtet sind. Dadurch kann die Atmosphäre in der Packung 20 kontrolliert werden, sodass eine Verschlechterung der Halbleiterlaserelemente 10 unterdrückt werden kann. Insbesondere wenn die Halbleiterlaserelemente 10 Laserstrahlen mit einer relativ kurzen Wellenlänge wie etwa blaues Licht oder ultraviolettes Licht emittieren, kann eine Abscheidung von Siloxan auf die Halbleiterlaserelemente 10 oder ähnliches reduziert werden, indem ein Einfluss von Siloxan in die Packung 20 unterdrückt wird.
  • Die Halbleiterlaserelemente 10 sind Halbleiter-Lichtemissionselemente, die emittierte Lichtstrahlen emittieren und Lichtstrahlen mit jeweils verschiedenen Wellenlängen emittieren. In dieser Ausführungsform umfasst das Halbleiterlaserelement 10 einen Reflexionsfilm (nicht gezeigt) mit einem hohen Reflexionsgrad, der an einem Ende in der Laserresonanzrichtung ausgebildet ist, und einen in 3B gezeigten Reflexionsfilm 13 mit einem geringen Reflexionsgrad, der an dem anderen Ende ausgebildet ist.
  • Die Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen von der Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 10 weisen Divergenzwinkel in der ersten Achsenrichtung und der zweiten Achsenrichtung auf. In dieser Ausführungsform sind die erste Achsenrichtung und die zweite Achsenrichtung jeweils eine Schnelle-Achse-Richtung und eine Langsame-Achse-Richtung. Außerdem ist in dem Beispiel von 3B usw. die erste Achsenrichtung parallel zu der X-Achsenrichtung und ist die zweite Achsenrichtung orthogonal zu der ersten Achsenrichtung und parallel zu der Y-Achsenrichtung. In dieser Ausführungsform sind die Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 10 in der ersten Achsenrichtung wie in 1A und 2A gezeigt angeordnet. Insbesondere sind die Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 10 mit gleichen Intervallen in der ersten Achsenrichtung angeordnet.
  • Hinsichtlich der Konfiguration der Halbleiterlaserelemente 10 werden hier keine besonderen Vorgaben gemacht, wobei die Halbleiterlaserelemente 10 zum Beispiel Laserelemente, die ein GaNbasiertes Halbleitermaterial enthalten, sein können.
  • Das Submount 11 ist ein Glied, das an einer Montagefläche 27 der Packung 20 montiert ist. Das Halbleiterlaserelement 10 ist an dem Submount 11 montiert, das Halbleiterlaserelement 10 ist also an der Packung 20 über das Submount 11 montiert. Insbesondere ist das Halbleiterlaserelement 10 an einer Hauptfläche des Submounts 11 montiert. In dieser Ausführungsform ist die n-Seite-Elektrode des Halbleiterlaserelements 10 an einer oberen Fläche 11m des Submounts 11 montiert. Der leitende Film 12 ist an einer oberen Fläche 11m des Submounts 11 ausgebildet und mit der n-Seite-Elektrode des Halbleiterlaserelements 10 verbunden.
  • In dieser Ausführungsform umfasst das Submount 11 ein elektrisch isolierendes Material, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Das Submount 11 umfasst zum Beispiel SiC, AIN, Diamant oder ähnliches. Weil die Wärmeleitfähigkeit des Submounts 11 hoch ist, kann die durch das Halbleiterlaserelement 10 erzeugte Wärme schnell abgeführt werden, sodass nachteilige Effekte wie etwa eine Ausgabereduktion aufgrund der Wärme des Halbleiterlaserelements 10 unterdrückt werden können. Und weil das Submount 11 ein elektrisch isolierendes Material umfasst, können die n-Seite-Elektrode des Halbleiterlaserelements 10 und die Packung 20 isoliert werden. Dadurch kann zum Beispiel eine Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 10 in Reihe verbunden werden, um stromgetrieben zu werden.
  • Das Abdeckungsglas 26 ist ein durchscheinendes, plattenförmiges Glied, das in einem Lichtemissionsteil 25 der Packung 20 angeordnet ist. In dieser Ausführungsform ist das Abdeckungsglas 26 eine transparente Glasplatte, die den Lichtemissionsteil 25 bedeckt.
  • Die erste Linse 30 ist eine aus der Vielzahl von Linsen, die den Divergenzwinkel des emittierten Lichtstrahls von dem Halbleiterlaserelement 10 wandeln, und reduziert den Divergenzwinkel des emittierten Lichtstrahls in der ersten Achsenrichtung. In dieser Ausführungsform reduziert die erste Linse 30 die Divergenz des Halbleiterlaserelements 10 in der Schnelle-Achse-Richtung. In dieser Ausführungsform wandelt die erste Linse 30 den emittierten Lichtstrahl des Halbleiterlaserelements 10 zu einem parallelen Licht in der Schnelle-Achse-Richtung. Die erste Linse 30 ist also ein Schnelle-Achse-Kollimator. Außerdem ist die erste Achsenrichtung die Schnelle-Achse-Richtung. Die erste Linse 30 ist eine zylindrische Linse, die zum Beispiel aus Glas, Quarz oder ähnlichem besteht. Die erste Linse 30 ist an einem Lichtemissionsteil 25 der Packung 20 über das Abdeckungsglas 26 angeordnet.
  • Die zweite Linse 40 ist eine aus der Vielzahl von Linsen, die den Divergenzwinkel des emittierten Lichtstrahls von dem Halbleiterlaserelement 10 wandeln, ist zwischen der ersten Linse 30 und dem Wellenlängendispersionselement 70 angeordnet und reduziert den Divergenzwinkel des Laserstrahls in der zweiten Achsenrichtung. In dieser Ausführungsform reduziert die zweite Linse 40 die Divergenz des Halbleiterlaserelements 10 in der Langsame-Achse-Richtung. In dieser Ausführungsform wandelt die zweite Linse 40 den emittierten Lichtstrahl des Halbleiterlaserelements 10 zu einem parallelen Licht in der Langsame-Achse-Richtung. Die zweite Linse 40 ist also ein Langsame-Achse-Kollimator. Außerdem ist die zweite Achsenrichtung die Langsame-Achse-Richtung. Die zweite Linse 40 ist eine zylindrische Linse, die zum Beispiel aus Glas oder Quarz besteht.
  • Die Linsenhalterung 41 ist eine Halterung, die die zweite Linse 40 hält. Die Linsenhalterung 41 ist mittels Schrauben 90 an der Einheitsbasis 301 fixiert. Das heißt, dass die zweite Linse 40 über eine Linsenhalterung 41 an der Einheitsbasis 301 fixiert ist. Die Linsenhalterung 41 umfasst zum Beispiel ebenso wie die Packung 20 ein Metallmaterial.
  • Das Ablenkungselement 50 ist ein optisches Element, das wenigstens einen aus der Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen von der Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 10 ablenkt. Das Ablenkungselement 50 ist an der Einheitsbasis 301 fixiert. Hinsichtlich der Fixierung des Ablenkungselements 50 an der Einheitsbasis 301 werden hier keine besonderen Vorgaben gemacht. In dieser Ausführungsform ist die untere Fläche des Ablenkungselements 50 (d.h. die der Einheitsbasis 301 zugewandte Fläche) mit der Einheitsbasis 301 verbunden. Das Ablenkungselement 50 wird zum Beispiel unter Verwendung eines Klebers oder von ähnlichem an der Einheitsbasis 301 fixiert.
  • Im Folgenden wird das Ablenkungselement 50 im Detail mit Bezug auf 1A, 4A und 4B beschrieben. 4A ist eine perspektivische Ansicht, die das Aussehen des Ablenkungselements 50 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. 4B umfasst eine Seitenansicht und eine Draufsicht, die die Form des Ablenkungselements 50 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen. In 4B sind die Seitenansicht und die Draufsicht des Ablenkungselements 50 jeweils auf der linken und der rechten Seite gezeigt.
  • Wie in 1A gezeigt, umfasst das Ablenkungselement 50 eine Einfallsfläche 52, auf die die Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen 60a bis 60i von der Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 10 einfallen, und die Emissionsfläche 53, von der die Vielzahl von an der Einfallsfläche 52 eingefallenen emittierten Lichtstrahlen 60a bis 60i emittiert werden. Außerdem umfasst das Ablenkungselement 50 eine Vielzahl von Ebenen 51a bis 51i, die der Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen entsprechen. In dieser Ausführungsform sind die Vielzahl von Ebenen 51a bis 51i Durchlassflächen, die jeweils die Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen 60a bis 60i durchlassen. Es ist zu beachten, dass in dieser Ausführungsform die Vielzahl von Ebenen 51a bis 51i in der Einfallsfläche 52 enthalten sind, wobei die Vielzahl von Ebenen 51a bis 51i aber auch in der Emissionsfläche 53 enthalten sein können. Die Vielzahl von Ebenen 51a bis 51i können in der Einfallsfläche 52 und/oder der Emissionsfläche 53 enthalten sein.
  • Jede der wenigstens einen Ebene aus der Vielzahl von Ebenen 51a bis 51 i des Ablenkungselements 50 ist in Bezug auf eine optische Achse eines emittierten Lichtstrahls aus der Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen 60a bis 60i in Entsprechung zu der wenigstens einen Ebene geneigt. In dieser Ausführungsform sind wie in 1A gezeigt die Ebenen 51 a bis 51d und 51f bis 51i jeweils in Bezug auf die entsprechenden Lichtstrahlen 60a bis 60d und 60f bis 60i (nicht vertikal) geneigt. Außerdem nimmt die Neigung jeder Ebene mit der Distanz von der Ebene 51e zu. Deshalb ist in dem Ablenkungselement 50, je weiter der emittierte Lichtstrahl von dem emittierten Lichtstrahl 60e entfernt ist, die Ablenkung durch das Ablenkungsglied 50 umso größer. Und weil die Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen 60a bis 60i in der gleichen Ebene liegen, ermöglicht das Ablenkungselement 50 eine Überlappung der Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen 60a bis 60i an dem Wellenlängendispersionselement 70. Der detaillierte Betrieb des Ablenkungselements 50 wird weiter unten beschrieben. Das Ablenkungselement 50 umfasst zum Beispiel ein durchscheinendes Material wie etwa Glas, Quarz oder ähnliches. Die Form der geneigten Fläche des Ablenkungselements 50 kann zum Beispiel durch das Gießen eines Glasmaterials unter Verwendung einer Form geformt werden. Alternativ kann sie durch eine Methode zum Formen der Form durch das Übertragen der Form auf das durch eine Steppereinrichtung oder ähnliches auf das Glasmaterial übertragenen Abdeckmittels unter Verwendung einer Graustufenmaske oder von ähnlichem mit einer Durchlässigkeit in Entsprechung zu der Form der geneigten Fläche und dann das Ätzen des Glassubstrats durch eine Reaktives-Ätzen-Vorrichtung (RIE) oder ähnliches geformt werden. Antireflexionsfilme für das Erhöhen der Durchlässigkeit sind auf der Einfallsfläche 52 und der Emissionsfläche 53 des derart ausgebildeten Ablenkungselements ausgebildet. Der Antireflexionsfilm wird durch das Laminieren einer Vielzahl von dielektrischen Materialien mit verschiedenen Brechungsindizes (zum Beispiel Materialien wie etwa SiO2, TiO2, Al2O3, Ta2O3 und Nb2O5) in mehreren Schichten durch zum Beispiel ein Zerstäuben oder eine Dampfabscheidung ausgebildet.
  • Das Wellenlängendispersionselement 70 ist ein optisches Element, in dem eine Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen 60a bis 60i von dem Ablenkungselement 50 auf der gleichen optischen Achse wellenlängengekoppelt werden, um einen gekoppelten Lichtstrahl 61 zu bilden. Hinsichtlich der Konfiguration des Wellenlängendispersionselements 70 werden hier keine besonderen Vorgaben gemacht, solange es ein optisches Element ist, das zu einer Wellenlängenkopplung der Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen 60a bis 60i auf der gleichen optischen Achse befähigt ist, wobei jedoch in dieser Ausführungsform das Wellenlängendispersionselement 70 ein reflexives Beugungsgitter ist. Die Konfiguration, in der eine Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen 60a bis 60i auf der gleichen optischen Achse wellenlängengekoppelt werden, umfasst nicht nur eine Konfiguration, in der eine Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen 60a bis 60i vollständig auf der gleichen Achse gekoppelt werden, sondern auch eine Konfiguration, in der eine Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen 60a bis 60i auf im Wesentlichen der gleichen optischen Achse gekoppelt werden. Eine Konfiguration, in der eine Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen 60a bis 60i auf der gleichen optischen Achse wellenlängengekoppelt werden, umfasst eine Konfiguration, in der jede optische Achse aus einer Vielzahl von wellenlängengekoppelten emittierten Lichtstrahlen 60a bis 60i aufgrund von Herstellungsfehlern und Montagefehlern bis zu einem gewissen Grad abweicht. Zum Beispiel kann die Abweichung in der Richtung jeder optischen Achse ungefähr 5° oder weniger betragen und kann die Abweichung der Position jeder optischen Achse ungefähr 20% oder weniger der Punktgröße jedes der emittierten Lichtstrahlen betragen.
  • Die Wellenlängen der Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen 60a bis 60i an dem Wellenlängendispersionselement 70 können voneinander verschieden sein und werden basierend auf dem Einfallswinkel an dem Wellenlängendispersionselement 70, dem Emissionswinkel des gekoppelten Lichtstrahls 61 und den Eigenschaften des Wellenlängendispersionselements 70 bestimmt.
  • Der Teilreflexionsspiegel 80 ist ein Element, das einen Teil des gekoppelten Lichtstrahls 61 von dem Wellenlängendispersionselement 70 reflektiert, den anderen Teil durchlässt und einen externen Resonator mit einer Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 10 bildet. Insbesondere bildet der Teilreflexionsspiegel 80 einen externen Resonator mit einem hochreflexiven Film, der an der Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 10 ausgebildet ist. In dieser Ausführungsform ist der Teilreflexionsspiegel 80 ein Planspiegel. Der Reflexionsfilm mit der Teilreflexionseigenschaft des Teilreflexionsspiegels 80 ist an einer Fläche eines Teilreflexionsspiegels 80 ausgebildet, und ein Antireflexionsfilm ist an der anderen Fläche ausgebildet. Als der Reflexionsfilm und der Antireflexionsfilm wird zum Beispiel ein dielektrischer, mehrschichtiger Film verwendet, der durch das Laminieren einer Vielzahl von dielektrischen Materialien mit verschiedenen Brechungsindizes (zum Beispiel Materialien wie etwa SiO2, TiO2, Al2O3, Ta2O3 und Nb2O5) in mehreren Schichten durch ein Zerstäuben oder eine Dampfabscheidung erhalten wird. Der Reflexionsgrad des Teilreflexionsspiegels 80 wird in Entsprechung zu den Eigenschaften der Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 10 und ähnlichem gesetzt, wobei er jedoch im Wesentlichen konstant in der Breite der Wellenlänge sein kann, bei der die Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 10 oszilliert, und insbesondere im Wesentlichen konstant in der Breite einer zentralen Wellenlänge von -20 nm oder mehr und einer zentralen Wellenlänge von +20 nm oder mehr sein kann. Um die Ausgabe der Halbleiterlaservorrichtung 1 zu erhöhen, sollte der durch den Teilreflexionsspiegel 80 ausgegebene Laserstrahl 62 möglichst groß sein. Um die Ausgabe des Laserstrahls 62 zu erhöhen, sollte der Reflexionsgrad des Teilreflexionsspiegels 80 im Bereich von 5 % bis 50 % gesetzt sein.
  • Betrieb und Effekt
  • Im Folgenden werden der Betrieb und der Effekt der Halbleiterlaservorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform mit Bezug auf 5 beschrieben. 5 ist eine schematische Ansicht, die den Betrieb und den Effekt der Halbleiterlaservorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform erläutert. In 5 sind der Einfachheit halber nur die Lichtquellenmodule 200a und 200e aus der Vielzahl von Lichtquellenmodulen 200a bis 200i gezeigt.
  • Wie in 5 gezeigt, pflanzen sich die emittierten Lichtstrahlen 60a und 60e von den Halbleiterlaserelementen 10, die in den Lichtquellenmodulen 200a und 200e der Halbleiterlaservorrichtung 1 enthalten sind, in der gleichen Richtung (in der Z-Achsenrichtung in 5) und in der gleichen Ebene fort. Dann wird der Divergenzwinkel der emittierten Lichtstrahlen 60a und 60e in der ersten Achsenrichtung (in der X-Achsenrichtung in 5), die die Schnelle-Achse-Richtung ist, durch die in jedem Lichtquellenmodul enthaltene erste Linse 30 reduziert. Anschließend wird der Divergenzwinkel der emittierten Lichtstrahlen 60a und 60e in der zweiten Achsenrichtung (in der Y-Achsenrichtung in 5), die die langsame Achsenrichtung ist, durch die zweite Linse 40 reduziert. Die emittierten Lichtstrahlen 60a und 60e, die durch die erste Linse 30 und die zweite Linse 40 zu im Wesentlichen parallelen Lichtstrahlen gewandelt wurden, fallen auf das Ablenkungselement 50 ein. Der emittierte Lichtstrahl 60a wird durch die Ebene 51 a in der Einfallsfläche 52 des Ablenkungselements 50 abgelenkt und überlappt mit dem sich in der gleichen Ebene fortpflanzenden emittierten Lichtstrahl 60e an dem Wellenlängendispersionselement 70. Die Neigung jeder Ebene des Ablenkungselements 50 in Bezug auf den entsprechenden der emittierten Lichtstrahlen wird derart bestimmt, dass die emittierten Lichtstrahlen an dem Wellenlängendispersionselement 70 in Entsprechung zu der Distanz L von der Einfallsfläche des Ablenkungselements 50 zu dem Wellenlängendispersionselement 70 und dem Intervall P zwischen benachbarten Halbleiterlaserelementen 10 überlappen. Es ist zu beachten, dass die Position der Einfallsfläche 52 des Ablenkungselements 50 als eine Einfallsreferenzposition definiert ist, die eine Position ist, an welcher der emittierte Lichtstrahl im Wesentlichen einfällt. Im Folgenden wird ein Entwurfsbeispiel des Ablenkungselements 50 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf 6A bis 6D beschrieben. 6A bis 6D sind Kurvendiagrame, die Entwurfsbeispiele für eine Vielzahl von Ebenen des Ablenkungselements 50 gemäß dieser Ausführungsform zeigen. 6A und 6B zeigen die Position der Einfallsfläche des Ablenkungselements 50 für einen Fall, in dem das Intervall P zwischen benachbarten Halbleiterlaserelementen 10 gleich 10 mm ist und die Distanz L von der Einfallsfläche des Ablenkungselements 50 zu dem Wellenlängendispersionselement 70 gleich 500 mm ist. 6B zeigt die Position der Einfallsfläche des Ablenkungselements 50 in einem Fall, in dem das Intervall P gleich 10 mm ist und die Distanz L gleich 1000 mm ist. 6C zeigt die Position der Einfallsfläche des Ablenkungselements 50 in einem Fall, in dem das Intervall P gleich 5 mm ist und die Distanz L gleich 500 mm ist. 6D zeigt die Position der Einfallsfläche des Ablenkungselements 50 in einem Fall, in dem das Intervall P gleich 5 mm ist und die Distanz L gleich 1000 mm ist. Wie in 6A bis 6D gezeigt, muss die Neigung der Ebene des Ablenkungselements 50 vergrößert werden, wenn das Intervall P kleiner wird und die Distanz L kleiner wird. Wie in 6A bis 6D gezeigt, kann das Ablenkungselement 50 gemäß dieser Ausführungsform realisiert werden, indem jede Ebene der Einfallsfläche 52 in Entsprechung zu dem Intervall P und der Distanz L entworfen wird.
  • Weil das Ablenkungselement 50 den emittierten Lichtstrahl 60a durch die Ebene 51a ablenkt, überlappt er mit dem Lichtstrahl 60e, ohne konvergiert zu werden, sodass er ein im Wesentlichen paralleles Licht bleibt. Die emittierten Lichtstrahlen 60a und 60e, die auf diese Weise an dem Wellenlängendispersionselement 70 einfallen, werden durch das Wellenlängendispersionselement 70 wellenlängengekoppelt, sodass sie ein gekoppelter Lichtstrahl 61 werden. Der gekoppelte Lichtstrahl 61 fällt auf den Teilreflexionsspiegel 80 ein, wobei ein Teil des gekoppelten Lichtstrahls 61 reflektiert wird und der andere Teil durchgelassen wird. Das durch den Teilreflexionsspiegel 80 reflektierte gekoppelte Licht 61 kehrt wieder zu dem Wellenlängendispersionselement 70 zurück und wird in die emittierten Lichtstrahlen 60a und 60e getrennt. Die emittierten Lichtstrahlen 60a und 60e fallen jeweils auf den Lichtquellenmodulen 200a und 200e ein, werden durch die an den Halbleiterlaserelementen 10 vorgesehenen hochreflexiven Filme reflektiert und wieder von den Halbleiterlaserelementen 10 emittiert.
  • Auf diese Weise resonieren die emittierten Lichtstrahlen 60a und 60e in dem externen Resonator, der zwischen den Halbleiterlaserelementen 10 und dem Teilreflexionsspiegel 80 gebildet wird. Dadurch wird der Laserstrahl 62, der ein Teil des gekoppelten Lichtstrahls 61 ist, von dem Teilreflexionsspiegel 80 emittiert.
  • Weil wie oben beschrieben in dieser Ausführungsform jeder der emittierten Lichtstrahlen durch das Ablenkungselement 50 abgelenkt wird, kann auch dann, wenn die Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 10 derart angeordnet ist, dass das Intervall (in Entsprechung zu dem Intervall P von 5) zwischen der Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 10 klein ist, eine Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen, an dem Wellenlängendispersionselement 70 überlappt werden, indem die Neigungen der Vielzahl von Ebenen des Ablenkungselements 50 entsprechend gesetzt werden. Dadurch kann die Anzahl von Halbleiterlaserelementen 10 pro Einheitsfläche vergrößert werden, sodass auch die Anzahl von Halbleiterlaserelementen 10, die in der Halbleiterlaservorrichtung 1 angeordnet werden kann, vergrößert werden kann und eine erhöhte Ausgabe der Halbleiterlaservorrichtung 1 realisiert werden kann. Und weil die Vielzahl von emittierten Laserstrahlen nicht durch das Ablenkungselement 50 konvergiert werden, können sie auf das Wellenlängendispersionselement in einem Zustand eines im Wesentlichen parallelen Lichts einfallen. Weil also der Strahldurchmesser an dem Wellenlängendispersionselement 70 vergrößert werden kann, kann auch dann, wenn eine Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen 60a bis 60i überlappt werden, die Lichtdichte im Vergleich zu einem Fall, in dem eine Vielzahl von konvergierten Lichtstrahlen überlappt werden, unterdrückt werden. Dadurch können die emittierten Lichtstrahlen von mehr Halbleiterlaserelementen überlappt werden und kann gleichzeitig eine Beschädigung des Wellenlängendispersionselements 70 unterdrückt werden, sodass eine erhöhte Ausgabe der Halbleiterlaservorrichtung 1 realisiert werden kann.
  • Und weil jedes an dem Wellenlängendispersionselement 70 einfallende emittierte Licht zu einem parallelen Licht mit einer kleinen Einfallswinkelverteilung gewandelt werden kann, kann jeder Laserstrahl in dem Zustand eines parallelen Lichts durch das Wellenlängendispersionselement 70 gekoppelt werden. Dadurch kann ein Laserstrahl mit einer großen Leuchtdichte und einer hohen Strahlqualität als der von dem Teilreflexionsspiegel ausgegebene emittierte Lichtstrahl erhalten werden.
  • Außerdem sind in dieser Ausführungsform die Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 10 mit gleichen Intervallen in der ersten Achsenrichtung, die die Schnelle-Achse-Richtung ist, angeordnet. Dabei kann das Strahlparameterprodukt des emittierten Lichtstrahls des Halbleiterlaserelements 10 in der Schnelle-Achse-Richtung 1 [mm • mrad] oder weniger betragen. In diesem Fall beträgt das Strahlparameterprodukt in der Achsenrichtung, in der die Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen überlappt werden, der zwei Achsenrichtung der Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen 1 [mm • mrad] oder weniger, sodass auch dann, wenn die Überlappung der entsprechenden emittierten Lichtstrahlen abweicht, der zulässige Abweichungsbereich groß wird. Dadurch kann eine Verschlechterung der Strahlqualität in der durch die Wellenlängendispersion gekoppelten Achsenrichtung unterdrückt werden, sodass eine Halbleiterlaservorrichtung 1, die einen Laserstrahl mit einer hohen Leuchtdichte ausgeben kann, realisiert werden kann.
  • Außerdem sind in dieser Ausführungsform wie in 3B gezeigt die Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 10 jeweils an einer Vielzahl von Packungen 20 über Submounts 11 montiert, die ein elektrisch isolierendes Material umfassen. Die Vielzahl von Anschlussstiften 23 und 24 und die Vielzahl von Packungen 20 sind voneinander isoliert, und die Vielzahl von in Reihe verbundenen Halbleiterlaserelementen 10 sind stromgetrieben. Dadurch kann der gleiche Strom zu der Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 10 zugeführt werden, sodass die Ausgaben der entsprechenden Halbleiterlaserelemente 10 gleichmäßig vorgesehen werden können.
  • Ausführungsform 2
  • Im Folgenden wird eine Halbleiterlaservorrichtung gemäß einer Ausführungsform 2 beschrieben. Die Halbleiterlaservorrichtung gemäß dieser Ausführungsform unterscheidet sich von der Halbleiterlaservorrichtung 1 der Ausführungsform 1 vor allem durch die Anordnung des Ablenkungselements 50 und der zweiten Linse 40. Im Folgenden wird die Halbleiterlaservorrichtung gemäß dieser Ausführungsform mit Bezug auf 7 und 8 beschrieben, wobei sich die Beschreibung auf die Unterschiede zu der Halbleiterlaservorrichtung 1 der Ausführungsform 1 konzentriert.
  • 7 ist eine schematische Draufsicht, die die Konfiguration der Lichtquelleneinheit 1300 gemäß dieser Ausführungsform zeigt. 8 ist eine schematische Draufsicht, die die Konfiguration der Halbleiterlaservorrichtung 1001 gemäß der Ausführungsform zeigt.
  • Wie in 8 gezeigt, umfasst die Halbleiterlaservorrichtung 1001 gemäß dieser Ausführungsform drei Lichtquelleneinheiten 1300a, 1300b und 1300c, ein Wellenlängendispersionselement 70, Reflexionsspiegel 401a, 401b, 401c und 402 und einen Teilreflexionsspiegel 80.
  • Die drei Lichtquelleneinheiten 1300a, 1300b und 1300c weisen alle die gleiche Konfiguration auf wie die Lichtquelleneinheit 1300 von 7.
  • Wie in 7 gezeigt, umfasst die Lichtquelleneinheit 1300 gemäß dieser Ausführungsform eine Einheitsbasis 1301, eine Vielzahl von Lichtquellenmodulen 200a bis 200i, ein Ablenkungselement 50, eine zweite Linse 40 und eine Linsenhalterung 41. Es ist zu beachten, dass die Lichtquelleneinheit 1300 ebenso wie die Lichtquelleneinheit 300 der Ausführungsform 1 eine Leiterplatte 310 enthält, wobei diese jedoch nicht gezeigt ist.
  • Wie in 7 gezeigt, unterscheidet sich die Lichtquelleneinheit 1300 gemäß der Ausführungsform 1 von der Lichtquelleneinheit 300 gemäß der Ausführungsform 1 dadurch, dass die Position der zweiten Linse 40 und der Linsenhalterung 41 und die Position des Ablenkungselements 50 vertauscht sind. Deshalb ist die Konfiguration wie etwa die Position des Schraublochs der Einheitsbasis 1301 von der Konfiguration der Einheitsbasis 301 der Ausführungsform 1 verschieden.
  • Ähnlich wie bei der Lichtquelleneinheit 300 gemäß der Ausführungsform 1 können bei den Lichtquelleneinheiten 1300a, 1300b und 1300c gemäß dieser Ausführungsform emittierte Lichtstrahlen 60aa bis 60ai, 60ba bis 60bi und 60ca bis 60ci, die im Wesentlichen parallele Lichtstrahlen sind, an dem Wellenlängendispersionselement 70 mittels Reflexionsspiegeln 401a, 401b und 401c überlappt werden. Und weil in dieser Ausführungsform die emittierten Lichtstrahlen von drei Lichtquelleneinheiten 1300a, 1300b und 1300c überlappt werden, kann ein Laserstrahl mit einer höheren Leuchtdichte als in der Ausführungsform 1 erhalten werden.
  • Für diese Ausführungsform werden ein Beispiel, in dem ein durchlässiges Beugungsgitter als das Wellenlängendispersionselement 70 verwendet wird, und ein Beispiel, in dem Reflexionsspiegel 401a, 401b, 401c und 402 in dem externen Resonator vorgesehen sind, beschrieben, wobei auch mit dieser Konfiguration der gleiche Effekt wie mit der Halbleiterlaservorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform 1 erzielt wird. Durch die Verwendung der Reflexionsspiegel 401a, 401b und 401c in dem externen Resonator kann die Distanz von dem Ablenkungselement 50 zu dem Wellenlängendispersionselement 70 vergrößert werden und kann gleichzeitig eine Vergrößerung der Dimensionen der Halbleiterlaservorrichtung 1001 unterdrückt werden. Dadurch kann die Neigung jeder Ebene des Ablenkungselements 50 reduziert werden und kann gleichzeitig eine Vergrößerung der Dimensionen der Halbleiterlaservorrichtung 1001 unterdrückt werden.
  • Ausführungsform 3
  • Im Folgenden wird eine Halbleiterlaservorrichtung gemäß einer Ausführungsform 3 beschrieben. Die Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von der Halbleiterlaservorrichtung 1 der Ausführungsform 1 vor allem dadurch, dass eine Vielzahl von Ebenen des Ablenkungselements jeweils eine Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen reflektieren. Im Folgenden wird die Halbleiterlaservorrichtung gemäß dieser Ausführungsform mit Bezug auf 9 beschrieben, wobei sich die Beschreibung auf die Unterschiede von der Halbleiterlaservorrichtung 1 der Ausführungsform 1 konzentriert. 9 ist eine schematische Draufsicht, die die Konfiguration der Halbleiterlaservorrichtung 2001 gemäß dieser Ausführungsform zeigt.
  • Wie in 9 gezeigt, umfasst die Halbleiterlaservorrichtung 2001 gemäß dieser Ausführungsform eine Lichtquelleneinheit 2300, ein Wellenlängendispersionselement 70 und einen Teilreflexionsspiegel 80.
  • Die Lichtquelleneinheit 2300 gemäß dieser Ausführungsform unterscheidet sich von der Lichtquelleneinheit 300 gemäß der Ausführungsform 1 durch die Konfiguration des Ablenkungselements 2050.
  • Ähnlich wie das Ablenkungselement 50 gemäß der Ausführungsform 1 enthält das Ablenkungselement 2050 gemäß dieser Ausführungsform eine Vielzahl von Ebenen 2052a bis 2052i in Entsprechung zu jeweils der Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen 60a bis 60i. Die Vielzahl von Ebenen 2052a bis 2052i sind in Bezug auf jeweils die optischen Achsen der Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen 60a bis 60i geneigt. In dieser Ausführungsform sind die Vielzahl von Ebenen 2052a bis 2052i Reflexionsflächen, die jeweils die Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen 60a bis 60i reflektieren. Das Ablenkungselement 2050 wird zum Beispiel durch das Ausbilden eines Metallfilms als eines Reflexionsfilms auf Glas oder ähnlichem mit einer darauf ausgebildeten Vielzahl von flachen Flächen ausgebildet.
  • Auch wenn das Ablenkungselement 2050 eine derartige Konfiguration aufweist, können eine Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen 60a bis 60i an dem Wellenlängendispersionselement 70 überlappt werden, indem die Neigungen der Ebenen 2052a bis 2052i eingestellt werden. Deshalb wird der gleiche Effekt wie mit der Halbleiterlaservorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform 1 auch mit der Halbleiterlaservorrichtung 2001 gemäß dieser Ausführungsform erzielt.
  • Ausführungsform 4
  • Im Folgenden wird eine Halbleiterlaservorrichtung gemäß einer Ausführungsform 4 beschrieben. Die Halbleiterlaservorrichtung gemäß dieser Ausführungsform unterscheidet sich von der Halbleiterlaservorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform 1 dadurch, dass eine Vielzahl von Halbleiterlaserelementen in der zweiten Achsenrichtung angeordnet sind und eine Vielzahl von Halbleiterlaserelementen in einer Packung angeordnet sind. Weil die Halbleiterlaservorrichtung gemäß dieser Ausführungsform die gleiche Konfiguration wie die Halbleiterlaservorrichtung 1 der Ausführungsform 1 mit Ausnahme der Lichtquelleneinheit aufweist, wird die Lichtquelleneinheit der Halbleiterlaservorrichtung dieser Ausführungsform im Folgenden mit Bezug auf 10 bis 13 beschrieben, wobei sich die Beschreibung auf die Unterschiede zu der Lichtquelleneinheit 300 der Ausführungsform 1 konzentriert.
  • 10 ist eine schematische, perspektivische Ansicht, die das Aussehen der Lichtquelleneinheit 3300 gemäß dieser Ausführungsform zeigt. 11 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die die Konfiguration der Lichtquelleneinheit 3300 gemäß dieser Ausführungsform zeigt. 12 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die die Konfiguration des Lichtquellenmoduls 3200 gemäß dieser Ausführungsform zeigt. 13 ist eine perspektivische Ansicht, die das Aussehen der Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 3010a bis 3010g und des Submounts 3011 gemäß dieser Ausführungsform zeigt.
  • Wie in 10 gezeigt, enthält die Lichtquelleneinheit 3300 gemäß dieser Ausführungsform ein Lichtquellenmodul 3200, eine zweite Linse 3040, eine Linsenhalterung 3041, ein Ablenkungselement 3050 und eine Einheitsbasis 3301.
  • Das Ablenkungselement 3050 gemäß dieser Ausführungsform weist die gleiche Konfiguration auf wie das Ablenkungselement 50 gemäß der Ausführungsform 1, wobei jedoch die Einfallsfläche sieben Ebenen enthält. Wie in 10 und 11 gezeigt, ist die Bodenfläche des Ablenkungselements 3050 mit der Einheitsbasis 3301 verbunden.
  • Das Lichtquellenmodul 3200 gemäß dieser Ausführungsform ist ein Modul, das eine Vielzahl von Halbleiterlaserelementen aufweist. Das Lichtquellenmodul 3200 gemäß dieser Ausführungsform enthält eine Packung 3020 und eine erste Linse 3030 wie in 12 gezeigt. Außerdem enthält das Lichtquellenmodul 3200 weiterhin eine Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 3010a bis 3010g wie in 13 gezeigt und ein Submount 3011. In dieser Ausführungsform enthält es sieben Halbleiterlaserelemente 3010a bis 3010g. Die Strahlparameterprodukte in der ersten Achsenrichtung und der zweiten Achsenrichtung jedes aus der Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen, die jeweils durch die Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 3010a bis 3010g emittiert werden, betragen 1 [mm • mrad] oder weniger. Weil dabei das Strahlparameterprodukt der Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen in der zweiten Achsenrichtung ausreichend klein ist, können die Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 3010a bis 3010g in der zweiten Achsenrichtung wie in 13 gezeigt angeordnet sein. In dieser Ausführungsform sind die Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 3010a bis 3010g in der zweiten Achsenrichtung angeordnet. Insbesondere sind die Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 3010a bis 3010g mit gleichen Intervallen in der zweiten Achsenrichtung angeordnet. Außerdem beträgt in diesem Fall das Strahlparameterprodukt in der Achsenrichtung, in der die Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen der Halbleiterlaserelemente 3010a bis 3010g überlappt werden, der zwei Achsenrichtungen der Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen 1 [mm • mrad] oder weniger, sodass auch dann, wenn die Überlappung der entsprechenden emittierten Lichtstrahlen abweicht, der zulässige Abweichungsbereich groß wird. Dadurch kann eine Verschlechterung der Strahlqualität in der mit der Wellenlängendispersion gekoppelten Achsenrichtung unterdrückt werden, sodass eine Halbleiterlaservorrichtung, die einen Laserstrahl mit einer hohen Leuchtdichte ausgeben kann, realisiert werden kann.
  • Wie in 12 gezeigt, ist eine Packung 3020 gemäß dieser Ausführungsform ein Gehäuse, in dem eine Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 3010a bis 3010g montiert sind, und besteht aus einem Metallmaterial. In dieser Ausführungsform weist die Packung 3020 eine rechteckig-parallelepipedförmige Außenform auf und umfasst einen Deckel 3029. Es ist zu beachten, dass die Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 3010a bis 3010g mit dem Übergang nach unten an dem Submount 3011 montiert sind. Die p-Seite-Elektroden (nicht gezeigt) der Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 3010a bis 3010g sind mit dem Submount 3011 verbunden.
  • Die Packung 3020 gemäß dieser Ausführungsform dichtet die Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 3010a bis 3010g luftdicht ab. Dadurch kann die Atmosphäre in der Packung 3020 kontrolliert werden, sodass eine Verschlechterung der Halbleiterlaserelemente 3010a bis 3010g unterdrückt werden kann. Insbesondere wenn die Halbleiterlaserelemente 3010a bis 3010g Laserstrahlen mit einer relativ kurzen Wellenlänge wie etwa blaues Licht oder ultraviolettes Licht emittieren, kann eine Abscheidung von Siloxan auf die Halbleiterlaserelemente 3010a bis 3010g oder ähnliches reduziert werden, indem ein Einfluss von Siloxan in die Packung 3020 unterdrückt wird.
  • Die Packung 3020 enthält eine Vielzahl von Anschlussstiften 3023 und 3024, die Strom zu der Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 3010a bis 3010g zuführen. Strom wird zu der Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 3010a bis 3010g über den Anschlussstift 3023 und den Anschlussstift 3024 zugeführt.
  • Die erste Linse 3030 ist in der Packung 3020 angeordnet. Die erste Linse 3030 ist eine zylindrische Linse, die die Divergenz der Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 3010a bis 3010g in der ersten Achsenrichtung reduziert. In dieser Ausführungsform ist die erste Linse 3030 ein Schnelle-Achse-Kollimator, der die emittierten Lichtstrahlen von der Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 3010a bis 3010g im Wesentlichen parallelisiert.
  • In dieser Ausführungsform sind die Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 3010a bis 3010g an einer einzelnen Packung 3020 über ein einzelnes Submount 3011 montiert. Indem die Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 3010a bis 3010g an einem einzelnen Submount 3011 montiert werden, kann die Abweichung der optischen Achsen der Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen reduziert werden. Deshalb kann die Halbleiterlaservorrichtung einen Laserstrahl mit einer höheren Leuchtdichte ausgeben.
  • Die Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 3010a bis 3010g sind in Reihe miteinander über leitende Drähte 3023w verbunden. Insbesondere ist der Anschlussstift 3023 mit der n-Seite-Elektrode des Halbleiterlaserelements 3010a über leitende Drähte 3023w verbunden und ist der mit der p-Seite-Elektrode des Halbleiterlaserelements 3010a verbundene leitende Film 3012a mit der n-Seite-Elektrode des Halbleiterlaserelements 3010b über leitende Drähte 3023w verbunden. In gleicher Weise sind die Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 3010a bis 3010g in Reihe verbunden und ist der mit der p-Seite-Elektrode des Halbleiterlaserelements 3010g verbundene leitende Film 3012g mit dem Anschlussstift 3024 über leitende Drähte 3023w verbunden. Dadurch können die Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 3010a bis 3010g stromgetrieben werden.
  • Das Submount 3011 gemäß dieser Ausführungsform umfasst ein elektrisch isolierendes Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit. Das Submount 3011 umfasst zum Beispiel SiC, AIN, Diamant oder ähnliches. Eine Vielzahl von leitenden Filmen 3012a bis 3012g sind an der oberen Fläche 3011 m des Submounts 3011 an Positionen ausgebildet, an denen jeweils die Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 3010a bis 3010g montiert sind. Die Vielzahl von leitenden Filmen 3012a bis 3012g sind voneinander isoliert. Um die Isolation der Vielzahl von leitenden Filmen 3012a bis 3012g sicherzustellen, können Nuten zwischen benachbarten leitenden Filmen an der oberen Fläche 3011m des Submounts 3011 wie in 13 gezeigt ausgebildet sein.
  • Die zweite Linse 3040 ist ein optisches Element, in dem eine Vielzahl von zylindrischen Linsen, die die Divergenz der Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 3010a bis 3010g in der zweiten Achsenrichtung reduzieren, integriert sind. In dieser Ausführungsform ist die zweite Linse 3040 ein Langsame-Achse-Kollimator, der die emittierten Lichtstrahlen von der Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 3010a bis 3010g in der zweiten Achsenrichtung im Wesentlichen parallelisiert. Die zweite Linse 3040 ist an der Einheitsbasis 3301 über die Linsenhalterung 3041 fixiert. Durchgangslöcher sind in der Linsenhalterung 3041 ausgebildet, und in die Durchgangslöcher eingesteckte Schrauben 90 werden in die Fixierungslöcher 3305 in der Einheitsbasis 3301 geschraubt, sodass die Linsenhalterung 3041 und die zweite Linse 3040 an der Einheitsbasis 3301 fixiert werden.
  • Wie in 12 gezeigt, enthält das Lichtquellenmodul 3200 einen plattenförmigen Fixierungsteil 3028. Ein Durchgangsloch 3021 ist in dem Fixierungsteil 3028 ausgebildet, und das Lichtquellenmodul 3200 wird an der Einheitsbasis 3301 durch das Einstecken einer Schraube 90 in das Durchgangsloch 3021 und das Schrauben der Schraube 90 in das Fixierungsloch 3304 (siehe 11) in der Einheitsbasis 3301 fixiert
  • Der gleiche Effekt wie in der Ausführungsform 1 wird auch in der Halbleiterlaservorrichtung mit der darin enthaltenen Lichtquelleneinheit 3300 gemäß dieser Ausführungsform erzielt.
  • Es ist zu beachten, dass die vorliegende Ausführungsform derart beschaffen ist, dass eine Vielzahl von Halbleiterlaserelementen an einem Submount montiert sind, wobei jedoch, solange die Strahlparameterprodukte in der ersten Achsenrichtung und der zweiten Achsenrichtung jedes aus der Vielzahl von emittierten Lichtstrahlen jeweils 1 [mm • mrad] oder weniger betragen, auch eine Anordnung von Halbleiterlaserelementen, in denen eine Vielzahl von Halbleiterlaserelementen auf dem gleichen Substrat ausgebildet sind, verwendet werden kann.
  • Variationen usw.
  • Die Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wurde vorstehend anhand von verschiedenen Ausführungsformen beschrieben, wobei die vorliegende Erfindung jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist.
  • Zum Beispiel sind in jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen die Vielzahl von Halbleiterlaserelementen stromgetrieben, wobei die Vielzahl von Halbleiterlaserelementen aber auch spannungsgetrieben sein können. Insbesondere kann die Vielzahl von Halbleiterlaservorrichtungen in der Vielzahl von Packungen über Submounts, die ein isolierendes Material umfassen, montiert sein, wobei einer aus der Vielzahl von Anschlussstiften das gleiche Potential wie die Vielzahl von Packungen aufweisen kann und wobei die Vielzahl von Halbleiterlaservorrichtungen spannungsgetrieben sein können. Zum Beispiel sind die n-Seite-Elektroden der Vielzahl von Halbleiterlaserelementen an den Submounts montiert, die ein leitendes Material umfassen und das gleiche Potential wie die Packungen, an denen die Submounts montiert sind, aufweisen. In diesem Fall können die Vielzahl von Halbleiterlaserelementen spannungsgetrieben werden, indem ein höheres Potential als das Potential der Packungen an den p-Seite-Elektroden der Vielzahl von Halbleiterlaserelementen angelegt wird.
  • Außerdem umfasst in jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen jedes aus der Vielzahl von Halbleiterlaserelementen ein einzelnes Halbleiter-Lichtemissionselement, wobei die Konfiguration der Vielzahl von Halbleiterlaserelementen jedoch nicht darauf beschränkt ist. Zum Beispiel kann jedes aus der Vielzahl von Halbleiterlaserelementen ein Halbleiterlaserelement und ein Reflexionsglied, die einen externen Resonator bilden, umfassen. Außerdem kann der externe Resonator ein Wellenlängenauswahlglied umfassen, das die Wellenlänge des emittierten Lichts auswählt. Zum Beispiel kann der externe Resonator ein durchlässiges Beugungsgitter oder ähnliches als ein Wellenlängenauswahlglied, das als ein Teilreflexionsspiegel funktioniert, umfassen. In diesem Fall kann der externe Resonator zwischen dem durchlässigen Beugungsgitter und einem Ende des Halbleiter-Lichtemissionselements enthalten sein.
  • Außerdem kann der Fachmann weitere Ausführungsformen schaffen, indem er verschiedene Modifikationen an den oben beschriebenen Ausführungsformen vornimmt oder strukturelle Komponenten oder Funktionen aus verschiedenen der oben beschriebenen Ausführungsformen kombiniert, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Die Halbleiterlaservorrichtung der vorliegenden Erfindung kann zum Beispiel in einer Laserverarbeitungsmaschine oder ähnlichem als eine Lichtquelle mit einer hohen Ausgabe und einer hohen Effizienz angewendet werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1, 1001, 2001
    Halbleiterlaservorrichtung
    10, 3010a, 3010b, 3010c, 3010d, 3010e, 3010f, 3010g
    Halbleiterlaserelement
    11, 3011
    Submount
    11m, 3011m
    obere Fläche
    12, 3012a, 3012b, 3012c, 3012d, 3012e, 3012f, 3012g
    leitender Film
    20, 3020
    Packung
    21, 302, 303, 311, 3021
    Durchgangsloch
    22
    Rahmen
    22a
    Öffnung
    23, 24, 3023, 3024
    Anschlussstift
    23b, 24b
    Verbindungsfläche
    23w
    erster leitender Draht
    24w
    zweiter leitender Draht
    25
    Lichtemissionsteil
    26
    Abdeckungsglas
    27
    Montagefläche
    29, 3029
    Deckel
    30, 3030
    erste Linse
    40, 3040
    zweite Linse
    41, 3041
    Linsenhalterung
    50, 2050, 3050
    Ablenkungselement
    51a, 51b, 51c, 51d, 51e, 51f, 51g, 51h, 51i, 2052a, 2052b, 2052c, 2052d, 2052e, 2052f, 2052g, 2052h, 2052i
    Ebene
    52
    Einfallsfläche
    53
    Emissionsfläche
    60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 60f, 60g, 60h, 60i, 60aa, 60ae, 60ai, 60ba, 60be, 60bi, 60ca, 60ce, 60ci
    emittiertes Licht
    61
    kombiniertes Licht
    62
    Laserstrahl
    70
    Wellenlängendispersionselement
    80
    Teilreflexionsspiegel
    90
    Schraube
    200, 200a, 200b, 200c, 200d, 200e, 200f, 200g, 200h, 200i, 3200
    Lichtquellenmodul
    201a, 201b
    Ebene
    300, 1300, 1300a, 1300b, 1300c, 2300, 3300
    Lichtquelleneinheit
    301, 1301, 3301
    Einheitsbasis
    304, 305, 3304, 3305
    Fixierungsloch
    310
    Leiterplatte
    312
    gedruckte Verdrahtung
    313
    Stromzuführanschluss
    401a, 401b, 401c, 402
    Reflexionsspiegel
    3028
    Fixierungsteil
  • 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 201186905 [0004]
    • WO 2017/134911 [0004]

Claims (18)

  1. Halbleiterlaservorrichtung, umfassend: Halbleiterlaserelemente, die jeweils Lichtstrahlen mit verschiedenen Wellenlängen emittieren, ein Ablenkungselement, das wenigstens einen der emittierten Lichtstrahlen von den Halbleiterlaserelementen ablenkt, und ein Wellenlängendispersionselement, das die emittierten Lichtstrahlen auf eine gleiche optische Achse wellenlängenkoppelt, wobei das Ablenkungselement Ebenen, die den emittierten Lichtstrahlen entsprechen, aufweist, und wobei die emittierten Lichtstrahlen einander an dem Wellenlängendispersionselement überlappen.
  2. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1, wobei: die emittierten Lichtstrahlen jeweils einen Divergenzwinkel in einer ersten Achsenrichtung und einen Divergenzwinkel in einer zweiten Achsenrichtung orthogonal zu der ersten Achsenrichtung aufweisen, die Halbleiterlaservorrichtung weiterhin Linsen umfasst, die jeweils den Divergenzwinkel in der ersten Achsenrichtung und/oder den Divergenzwinkel in der zweiten Achsenrichtung wandeln, wenigstens eine Ebene innerhalb der Ebenen in Bezug auf die optische Achse eines entsprechenden der emittierten Lichtstrahlen geneigt ist, und die Halbleiterlaserelemente in der ersten Achsenrichtung oder der zweiten Achsenrichtung angeordnet sind.
  3. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die weiterhin umfasst: einen Teilreflexionsspiegel, der einen Teil der durch das Wellenlängendispersionselement wellenlängengekoppelten emittierten Lichtstrahlen reflektiert, einen anderen Teil der emittierten Lichtstrahlen durchlässt und einen externen Resonator mit den Halbleiterlaserelementen bildet.
  4. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 2, wobei: die Linsen eine erste Linse, die den Divergenzwinkel eines Laserstrahls in der zweiten Achsenrichtung reduziert, umfassen.
  5. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 4, wobei: die Linsen eine zweite Linse, die den Divergenzwinkel der emittierten Lichtstrahlen in der zweiten Achsenrichtung reduziert, umfassen.
  6. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 5, wobei: die zweite Linse zwischen der ersten Linse und dem Wellenlängendispersionselement angeordnet ist.
  7. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 2 und 4 bis 6, wobei: ein Strahlparameterprodukt jedes der emittierten Lichtstrahlen 1 [mm • mrad] oder weniger in der einen Achsenrichtung beträgt.
  8. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei: das Ablenkungselement eine Einfallsfläche, an der die emittierten Lichtstrahlen einfallen, und eine Emissionsfläche, von der die an der Einfallsfläche eingefallenen emittierten Lichtstrahlen emittiert werden, aufweist, und die Ebenen Durchlassflächen, die die emittierten Lichtstrahlen durchlassen, sind und in der Einfallsfläche und/oder der Emissionsfläche enthalten sind.
  9. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Ebenen Reflexionsflächen sind, die jeweils die emittierten Lichtstrahlen reflektieren.
  10. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei: die eine Achsenrichtung die erste Achsenrichtung ist, die erste Linse ein Schnelle-Achse-Kollimator ist, und die zweite Linse ein Langsame-Achse-Kollimator ist.
  11. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 10, die weiterhin umfasst: Packungen, in denen jeweils ein entsprechendes der Halbleiterlaserelemente montiert ist und die ein Metallmaterial umfassen, wobei jede der Packungen Anschlussstifte enthält, die Strom zu dem in der Packung montierten Halbleiterlaserelement zuführen, wobei die erste Linse an den Lichtemissionsteilen der Packungen angeordnet ist, wobei jede der Packungen eine Montagefläche aufweist, an der das Halbleiterlaserelement montiert ist, und wobei jede der Packungen zwei Ebenen enthält, die parallel zu der Montagefläche sind, wobei die Distanz zwischen den zwei Ebenen der Dicke der Packung entspricht und gleich den Intervallen, mit denen die Halbleiterlaserelemente angeordnet sind, ist.
  12. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 11, wobei: die Halbleiterlaserelemente in den Packungen über Submounts, die ein leitendes Material umfassen, montiert sind, einer der Anschlussstifte ein Potential gleich dem Potential der Packungen aufweist, und die Halbleiterlaserelemente spannungsgetrieben sind.
  13. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 11, wobei: die Halbleiterlaserelemente jeweils in entsprechenden Packungen über entsprechende Submounts, die ein elektrisch isolierendes Material umfassen, montiert sind, die Anschlussstifte von der entsprechenden Packung isoliert sind, und die Halbleiterlaserelemente stromgetrieben sind.
  14. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei: die Packungen jeweils ein entsprechendes der Halbleiterlaserelemente luftdicht abdichten.
  15. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei: ein Strahlparameterprodukt jedes der emittierten Lichtstrahlen in der ersten Achsenrichtung und der zweiten Achsenrichtung 1 [mm • mrad] oder weniger beträgt, die Halbleiterlaserelemente in der zweiten Achsenrichtung angeordnet sind, die erste Linse ein Schnelle-Achse-Kollimator ist, und die zweite Linse ein Langsame-Achse-Kollimator ist.
  16. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 15, das weiterhin umfasst: eine Packung, in der die Halbleiterlaserelemente montiert sind und die ein Metallmaterial umfasst, wobei die eine Packung Anschlussstifte enthält, die Strom zu den Halbleiterlaserelementen zuführen, und die erste Linse in der einen Packung angeordnet ist.
  17. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 16, wobei: die Halbleiterlaserelemente in der einen Packung über den Submount montiert sind.
  18. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, wobei die eine Packung die Halbleiterlaserelemente luftdicht abdichtet.
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