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[Technisches Gebiet]
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleiterlaservorrichtung und eignet sich zur Verwendung beispielsweise bei der Bearbeitung eines Produkts.
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[Stand der Technik]
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In den letzten Jahren wurden verschiedene Produkte mit Laserstrahlen bearbeitet, die von einer Halbleiterlaservorrichtung emittiert wurden. Bei dieser Art von Halbleiterlaservorrichtung ist es wünschenswert, die Leistung des emittierten Strahls zu erhöhen, um die Bearbeitungsqualität zu verbessern.
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Die im Folgenden beschriebene Patentliteratur (PTL) 1 offenbart eine Halbleiterlaservorrichtung, die die Leistung des emittierten Strahls erhöht, indem sie ein Beugungsgitter verwendet, um die von einer Vielzahl von Halbleiterlaserelementen mit unterschiedlichen Emissionswellenlängen emittierten Laserstrahlen zu kombinieren. Dabei sind die Halbleiterlaserelemente nahe beieinander entlang des auf dem Beugungsgitter zentrierten Umfangs angeordnet.
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[Zitierliste]
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[Patentliteratur]
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[PTL 1] Japanische nicht angemeldete Patentanmeldung Veröffentlichung Nr. 2016-54295
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[Zusammenfassung der Erfindung]
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[Technisches Problem]
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Wie oben beschrieben, beeinflusst die von einem der Halbleiterlaserelemente erzeugte Wärme die benachbarten Halbleiterlaserelemente, wenn eine Vielzahl von Halbleiterlaserelementen nahe beieinander angeordnet sind. Dies führt zu dem Problem, dass jedes Halbleiterlaserelement nicht in der Lage ist, eine ausreichende Lichtleistung zu erbringen.
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Das Problem kann durch Vergrößerung des Abstands zwischen jedem benachbarten Halbleiterlaserelement in Umfangsrichtung gelöst werden. Bei der Kombination von Laserstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen durch ein Beugungsgitter ist es jedoch notwendig, eine Vielzahl von Halbleiterlaserelementen in einem vorgegebenen Winkelbereich zentriert auf dem Beugungsgitter anzuordnen. Dementsprechend nimmt die Anzahl der Halbleiterlaserelemente, die in dem vorbestimmten Winkelbereich angeordnet werden können, ab, wenn der Abstand zwischen jedem benachbarten Halbleiterlaserelement wie oben beschrieben vergrößert wird, was zu einer Abnahme der Leistung des emittierten Strahls führt.
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In Anbetracht dieses Problems besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, eine Halbleiterlaservorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, die Leistung des emittierten Strahls, der durch die Kombination von Laserstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen erzeugt wird, effektiv zu erhöhen.
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[Lösung des Problems]
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Ein Hauptaspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiterlaservorrichtung. Eine Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem Aspekt umfasst: eine Vielzahl von Halbleiterlaserelementen, die Laserstrahlen mit voneinander verschiedenen Wellenlängen emittieren; eine Vielzahl von Linsenabschnitten, die die Laserstrahlen kollimieren; ein Wellenlängendispersionselement, auf das die Laserstrahlen unter voneinander verschiedenen Winkeln einfallen, wobei das Wellenlängendispersionselement die Laufrichtungen der Laserstrahlen entsprechend den Wellenlängen ändert, um einen kombinierten Strahl der Laserstrahlen zu erzeugen; eine Vielzahl von ersten reflektierenden Oberflächen, die bewirken, dass die Laserstrahlen auf das Wellenlängendispersionselement in den den Laserstrahlen entsprechenden Winkeln einfallen; und eine Vielzahl von zweiten reflektierenden Oberflächen, die die Laserstrahlen zu der Vielzahl von ersten reflektierenden Oberflächen leiten.
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Bei der Halbleiterlaservorrichtung nach diesem Aspekt können die von den Halbleiterlaserelementen emittierten Laserstrahlen durch die Anpassung der Anordnung der zweiten reflektierenden Oberflächen auch dann auf die ersten reflektierenden Oberflächen gelenkt werden, wenn der Abstand zwischen den einzelnen benachbarten Halbleiterlaserelementen vergrößert wird. Darüber hinaus ermöglicht die Anpassung der Anordnung der ersten reflektierenden Oberflächen, dass jeder Laserstrahl in einem geeigneten Winkel auf das Wellenlängendispersionselement auftrifft. Dementsprechend kann eine große Anzahl von Halbleiterlaserelementen angeordnet werden, während gleichzeitig der Wärmeeinfluss zwischen den Halbleiterlaserelementen reduziert wird. Infolgedessen kann die Leistung des emittierten Strahls, der durch die Kombination der Laserstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen erzeugt wird, effektiv erhöht werden.
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[Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung]
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Wie oben beschrieben, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, eine Halbleiterlaservorrichtung und eine Laser-Vorrichtung mit externem Resonator bereitzustellen, die in der Lage sind, die Leistung des emittierten Strahls, der durch Kombination von Laserstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen erzeugt wird, effektiv zu erhöhen.
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Die vorteilhaften Wirkungen und die Bedeutung der vorliegenden Erfindung werden durch die Beschreibung der nachstehenden Ausführungsformen weiter verdeutlicht. Die nachstehenden Ausführungsformen sind jedoch lediglich Beispiele für eine Umsetzung der vorliegenden Erfindung, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt.
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Figurenliste
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- [1] 1 zeigt eine Konfiguration einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß Ausführungsform 1.
- [2] 2 ist eine perspektivische Ansicht einer Konfiguration eines Halbleiterlaserelements gemäß Ausführungsform 1.
- [3] 3 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils eines optischen Systems gemäß Ausführungsform 1.
- [4] 4 zeigt eine Konfiguration einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß Ausführungsform 2.
- [5] 5 zeigt eine Konfiguration einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß Ausführungsform 3.
- [6] 6 zeigt eine Konfiguration einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß Ausführungsform 4.
- [7] 7 ist eine perspektivische Ansicht einer Konfiguration eines Laserarrays gemäß Ausführungsform 4.
- [8] 8 ist eine perspektivische Ansicht einer Anordnungsform von Halbleiterlaserelementen gemäß einer Variante von Ausführungsform 4.
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[Beschreibung der Ausführungsformen]
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es ist zu beachten, dass jede der nachstehend beschriebenen Ausführungsformen ein spezifisches Beispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Dementsprechend sind die Zahlenwerte, Formen, Materialien, Strukturelemente, die Anordnungspositionen und Verbindungsformen der Strukturelemente und dergleichen, die in den folgenden Ausführungsbeispielen dargestellt sind, Beispiele und sollen die vorliegende Erfindung nicht einschränken.
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Daher werden unter den Strukturelementen in den folgenden Ausführungsformen die Strukturelemente, die nicht in unabhängigen Ansprüchen beschrieben sind, als beliebige Strukturelemente beschrieben.
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Beachten Sie, dass die Zeichnungen schematisch dargestellt sind und nicht notwendigerweise genaue Abbildungen darstellen. Daher ist die in den Zeichnungen dargestellte Skalierung usw. nicht unbedingt genau. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente, und sich überschneidende Beschreibungen werden weggelassen oder vereinfacht. Der Einfachheit halber enthält jede Zeichnung zueinander orthogonale X-, Y- und Z-Achsen. Die Richtung der X-Achse ist mit der Anordnungsrichtung der Halbleiterlaserelemente ausgerichtet, und die Richtung der Y-Achse ist mit der Richtung ausgerichtet, in der ein Laserstrahl von einem Halbleiterlaserelement emittiert wird.
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[Ausführungsform 1]
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In Ausführungsform 1 entsprechen die reflektierenden Oberflächen 411 und 421 der Spiegel 41 und 42 den „ersten reflektierenden Oberflächen“ in den Ansprüchen, und die reflektierenden Oberflächen 311, 321 der Spiegel 31 und 32 entsprechen den „zweiten reflektierenden Oberflächen“ in den Ansprüchen. Außerdem entsprechen in Ausführungsform 1 die Kollimatorlinsen 21a bis 21d und die Kollimatorlinsen 22a bis 22d den „Linsenabschnitten“ in den Ansprüchen.
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Die obige Beschreibung soll jedoch dazu dienen, die Elemente der Ansprüche mit den Elementen von Ausführungsform 1 zu verbinden, und eine solche Verbindung beschränkt die in den Ansprüchen genannte Erfindung nicht auf die Elemente der Ausführungsformen.
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1 zeigt eine Konfiguration der Halbleiterlaservorrichtung 1.
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Die Halbleiterlaservorrichtung 1 umfasst das optische System S1, das optische System S2 und das Beugungsgitter 50.
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Das optische System S1 besteht aus vier Halbleiterlaserelementen 11a bis 11d, vier Kollimatorlinsen 21a bis 21d, vier Spiegeln 31 und vier Spiegeln 41. Das optische System S2 besteht aus vier Halbleiterlaserelementen 12a bis 12d, vier Kollimatorlinsen 22a bis 22d, vier Spiegeln 32 und vier Spiegeln 42. Die Anzahl der Halbleiterlaserelemente, die jeweils im optischen System S1 und im optischen System S2 angeordnet sind, ist nicht auf vier beschränkt und kann auch aus einer Vielzahl von anderen Halbleiterlaserelementen als vier bestehen.
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2 ist eine perspektivische Ansicht einer Konfiguration des Halbleiterlaserelements 11a.
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Wie in (a) von 2 dargestellt, weist das Halbleiterlaserelement 11a eine Struktur auf, bei der die aktive Schicht 111 zwischen der N-Typ-Mantelschicht 112 und der P-Typ-Mantelschicht 113 liegt. Die N-Typ-Mantelschicht 112 ist auf einem N-Typ-Substrat 114 gestapelt. Die Kontaktschicht 115 ist auf der P-Typ-Mantelschicht 113 aufgeschichtet. Wenn ein Strom an die Elektrode 116 angelegt wird, wird ein Laserstrahl aus dem lichtemittierenden Bereich 117 in Richtung der positiven Z-Achse emittiert. Im Allgemeinen ist die Breite W1 des lichtemittierenden Bereichs 117 in der Richtung parallel zur aktiven Schicht 111 größer als die Breite W2 des lichtemittierenden Bereichs 117 in der Richtung senkrecht zur aktiven Schicht 111.
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Die Achse des lichtemittierenden Bereichs 117 in Breitenrichtung, d.h. die Achse in der Richtung senkrecht zur aktiven Schicht 111 (Z-Achsenrichtung) wird als schnelle Achse bezeichnet, und die Achse des lichtemittierenden Bereichs 117 in Längsrichtung, d.h. die Achse in der Richtung parallel zur aktiven Schicht 111 (X-Achsenrichtung) wird als langsame Achse bezeichnet. In (b) von 2 bezeichnet 118a die schnelle Achse und 118b die langsame Achse. Der vom lichtemittierenden Bereich 117 emittierte Laserstrahl hat entlang der schnellen Achse einen größeren Divergenzwinkel als entlang der langsamen Achse. Daher hat der Strahl B20, wie in (b) von 2 dargestellt, eine elliptische Form, die entlang der schnellen Achse lang ist.
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Jedes der in 1 dargestellten Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d hat die gleiche Konfiguration wie in (a) und (b) von 2. Die Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d emittieren Laserstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen. Die Emissionswellenlängenbänder der Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d unterscheiden sich voneinander um etwa einige Nanometer (z. B. 1 nm) zwischen benachbarten Halbleiterlaserelementen. Die Emissionswellenlängenbänder der Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d sind beispielsweise auf etwa 390 nm bis 450 nm eingestellt. In Ausführungsform 1 werden als Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d beispielsweise Laserelemente mit verteilter Rückkopplung (DFB) oder mit verteiltem Bragg-Reflektor (DBR) verwendet.
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Zurück zu 1: Die Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d sind auf der Wärmestrahlungsplatte P1 und die Halbleiterlaserelemente 12a bis 12d auf der Wärmestrahlungsplatte P2 angeordnet, während sie separat in CAN untergebracht sind. Die Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d sind in einer Linie entlang der X-Achse angeordnet. Vier Spiegel 41 sind von den vier Halbleiterlaserelementen 11a bis 11d in Richtung der positiven X-Achse beabstandet. Außerdem sind vier Spiegel 42 von vier Halbleiterlaserelementen 12a bis 12d in Richtung der negativen X-Achse beabstandet.
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In dem nachfolgenden Abschnitt der Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d sind vier Kollimatorlinsen 21a bis 21d angeordnet, die die von den Halbleiterlaserelementen 11a bis 11d ausgesandten Laserstrahlen L1 umfangsmäßig kollimieren. Ebenso sind in dem nachfolgenden Abschnitt der Halbleiterlaserelemente 12a bis 12d vier Kollimatorlinsen 22a bis 22d angeordnet, die die von den Halbleiterlaserelementen 12a bis 12d emittierten Laserstrahlen L2 in Umfangsrichtung kollimieren.
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In dem nachfolgenden Abschnitt der Kollimatorlinsen 21a bis 21d sind vier Spiegel 31 angeordnet, die Laserstrahlen L1, die durch die Kollimatorlinsen 21a bis 21d hindurchgegangen sind, zu vier Spiegeln 41 führen. In ähnlicher Weise sind in dem nachfolgenden Abschnitt der Kollimatorlinsen 22a bis 22d vier Spiegel 32 angeordnet, die Laserstrahlen L2, die durch die Kollimatorlinsen 22a bis 22d hindurchgegangen sind, zu vier Spiegeln 42 leiten. Bei den Spiegeln 31 und 32 handelt es sich um plattenförmige Spiegel mit reflektierenden Oberflächen 311 und 321 auf der negativen Seite der Y-Achse.
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Vier Spiegel 31 sind in Richtung der Y-Achse gegenüber den Halbleiterlaserelementen 11a bis 11d angeordnet. In einer ebenen Ansicht von der Seite der positiven Y-Achse aus sind vier Spiegel 31 und die entsprechenden Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d entlang derselben Linien angeordnet. Die vier Spiegel 31 sind so angeordnet, dass, wenn die Spiegel 31 weiter in der positiven Richtung der X-Achse positioniert werden, sich die Spiegel 31 in der positiven Richtung der Y-Achse verschieben, um den Laserstrahl L1, der von der reflektierenden Oberfläche 311 des in der negativen Richtung der X-Achse benachbarten Spiegels 31 reflektiert wird, nicht zu blockieren.
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Vier Spiegel 32 sind in Richtung der Y-Achse gegenüber den Halbleiterlaserelementen 12a bis 12d angeordnet. In einer ebenen Ansicht von der Seite der positiven Y-Achse aus sind vier Spiegel 32 und die entsprechenden Halbleiterlaserelemente 12a bis 12d in denselben Linien angeordnet. Die vier Spiegel 32 sind so angeordnet, dass sich die Spiegel 32 in positiver Richtung der Y-Achse verschieben, wenn sie weiter in negativer Richtung der X-Achse positioniert werden, um den Laserstrahl L2, der von der reflektierenden Oberfläche 321 des in positiver Richtung der X-Achse angrenzend positionierten Spiegels 32 reflektiert wird, nicht zu blockieren.
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Vier Spiegel 31 sind so angeordnet, dass die reflektierenden Oberflächen 311 in einer zur X-Y-Ebene parallelen Ebene im Allgemeinen parabelförmig angeordnet sind. Ebenso sind vier Spiegel 32 so angeordnet, dass die reflektierenden Oberflächen 321 in einer im Allgemeinen parabolischen Form auf einer Ebene parallel zur X-Y-Ebene angeordnet sind. Die Neigungswinkel der reflektierenden Oberflächen 311 von vier Spiegeln 31 sind voneinander verschieden, und die Neigungswinkel der reflektierenden Oberflächen 321 von vier Spiegeln 32 sind voneinander verschieden.
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Vier Spiegel 41 reflektieren die von vier Spiegeln 31 reflektierten Laserstrahlen L1, so dass die Laserstrahlen L1 auf die Auftrefffläche des Beugungsgitters 50 an annähernd der gleichen Position auftreffen. Vier Spiegel 42 reflektieren die von vier Spiegeln 32 reflektierten Laserstrahlen L2, so dass die Laserstrahlen L2 an ungefähr derselben Position auf die Auftrefffläche des Beugungsgitters 50 treffen. Die Positionen auf der Einfallsfläche des Beugungsgitters 50, an denen die Laserstrahlen L1 und L2 einfallen, sind annähernd identisch.
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Die Spiegel 41 und 42 sind plattenförmige Spiegel, die auf der Seite der positiven Y-Achse reflektierende Oberflächen 411 und 421 aufweisen. In einer ebenen Ansicht von der Seite der positiven Y-Achse sind vier Spiegel 41 und die Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d entlang derselben Linien angeordnet. Ebenso sind in einer ebenen Ansicht von der Seite der positiven Y-Achse vier Spiegel 42 und Halbleiterlaserelemente 12a bis 12d entlang derselben Linien angeordnet. Dementsprechend sind vier Spiegel 41 und vier Spiegel 42 in einer Linie in Richtung der X-Achse angeordnet.
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3 ist eine vergrößerte Ansicht der Umgebung der Spiegel 41 und 42.
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Vier Spiegel 41 sind so angeordnet, dass sich bei weiterer Positionierung der Spiegel 41 in positiver Richtung der X-Achse die Spiegel 41 in positiver Richtung der Y-Achse verschieben. Vier Spiegel 42 sind so angeordnet, dass sich die Spiegel 42 in positiver Richtung der Y-Achse verschieben, wenn die Spiegel 42 weiter in negativer Richtung der X-Achse positioniert werden. Vier Spiegel 41 sind so angeordnet, dass die reflektierenden Oberflächen 411 in einer Ebene parallel zur X-Y-Ebene im Allgemeinen parabolisch geformt sind. Ebenso sind vier Spiegel 42 so angeordnet, dass die reflektierenden Oberflächen 421 in einer zur X-Y-Ebene parallelen Ebene im Allgemeinen parabolisch geformt sind. Die Neigungswinkel der reflektierenden Oberflächen 411 von vier Spiegeln 41 sind voneinander verschieden, und die Neigungswinkel der reflektierenden Oberflächen 421 von vier Spiegeln 42 sind voneinander verschieden.
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Zurück zu 1: Die von den Spiegeln 41 reflektierten Laserstrahlen L1 und die von den Spiegeln 42 reflektierten Laserstrahlen L2 treffen unter unterschiedlichen Winkeln auf das Beugungsgitter 50. Das Beugungsgitter 50 ändert die Ausbreitungsrichtungen der einfallenden Laserstrahlen L1 und L2 unter Beugungswinkeln, die mit den Wellenlängen übereinstimmen, so dass die Laserstrahlen L1 und L2 kombiniert werden. Mit anderen Worten, die optischen Achsen der Laserstrahlen L1 und L2, die das Beugungsgitter 50 durchlaufen haben, werden aufeinander ausgerichtet, so dass der emittierte Strahl L10 erzeugt wird. Der emittierte Strahl L10 wird z. B. zur Bearbeitung eines Produkts verwendet.
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Das Beugungsgitter 50 ist so angeordnet, dass es um einen vorgegebenen Winkel gegenüber der zur X-Y-Ebene parallelen Richtung geneigt ist. Das Beugungsgitter 50 weist ein Beugungsmuster (Abstand und Tiefe der Beugungsrillen) auf, das so eingestellt ist, dass Laserstrahlen L1 und L2 mit den jeweiligen Wellenlängen, die unter einem bestimmten Winkel einfallen, in dieselbe Bewegungsrichtung gebeugt werden. Außerdem sind die Anordnung (Position in Richtung der Y-Achse und Neigung) der Spiegel 31 und 32 sowie der Spiegel 41 und 42 so gewählt, dass die Laserstrahlen L1 und L2 mit den jeweiligen Wellenlängen unter den entsprechenden Winkeln auf das Beugungsgitter 50 treffen.
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In ähnlicher Weise wird die Anordnung (Abstände in Richtung der X-Achse) der Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d zusammen mit der Anordnung der Spiegel 31, 32 und der Spiegel 41 und 42 so eingestellt, dass die Laserstrahlen L1 und L2 mit den jeweiligen Wellenlängen unter den entsprechenden Einfallswinkeln auf das Beugungsgitter 50 auftreffen. Infolgedessen können, wie oben beschrieben, die optischen Achsen der Laserstrahlen L1 und L2, die das Beugungsgitter 50 durchlaufen haben, ausgerichtet werden, und der emittierte Strahl L10, der ein kombinierter Strahl der Laserstrahlen L1 und L2 ist, kann erzeugt werden.
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In der Konfiguration von 1 sind der Winkel des Beugungsgitters 50 und der Einfallswinkel jedes Laserstrahls so angeordnet, dass die Oszillationswellenlängen der Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d die Beziehung λ12d < λ12c < λ12b < λ12a < λ11a < λ11b < λ11c < λ11d erfüllen.
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<Vorteilhafte Wirkungen von Ausführungsform 1>
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Gemäß Ausführungsform 1 werden die folgenden vorteilhaften Effekte erzielt.
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Selbst wenn der Abstand zwischen benachbarten Halbleiterlaserelementen 11a bis 11d und 12a bis 12d vergrößert wird, können die von den Halbleiterlaserelementen 11a bis 11d und 12a bis 12d emittierten Laserstrahlen L1 und L2 zu den reflektierenden Oberflächen 411 und 421 (erste reflektierende Oberflächen) der Spiegel 41 und 42 geleitet werden, indem die Anordnung der reflektierenden Oberflächen 311 und 321 (zweite reflektierende Oberflächen) der Spiegel 31 und 32 eingestellt wird. Darüber hinaus bewirkt die Einstellung der Anordnung der reflektierenden Oberflächen 411 und 421 (erste reflektierende Oberflächen) der Spiegel 41 und 42, dass jeder der Laserstrahlen L1 und L2 unter einem geeigneten Winkel auf das Beugungsgitter 50 (Wellenlängendispersionselement) trifft. Dementsprechend kann eine große Anzahl von Halbleiterlaserelementen 11a bis 11d und 12a bis 12d angeordnet werden, während der Einfluss von Wärme zwischen den Halbleiterlaserelementen 11a bis 11d und 12a bis 12d reduziert wird. Infolgedessen kann die Leistung des emittierten Strahls L10, der durch die Kombination von Laserstrahlen L1 und L2 mit unterschiedlichen Wellenlängen erzeugt wird, effektiv erhöht werden.
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Außerdem sind die Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d, wie in 1 dargestellt, in einer Linie in Richtung der X-Achse angeordnet. Die reflektierenden Oberflächen 411 und 421 (erste reflektierende Oberflächen) der Spiegel 41 und 42 sind in der Richtung, in der die Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d angeordnet sind, von den Halbleiterlaserelementen 11a bis 11d und 12a bis 12d beabstandet. Die reflektierenden Oberflächen 311 und 321 (zweite reflektierende Oberflächen) der Spiegel 31 und 32 sind so angeordnet, dass die reflektierenden Oberflächen 311 und 321 (zweite reflektierende Oberflächen), die näher an den reflektierenden Oberflächen 411 und 421 (erste reflektierende Oberflächen) liegen, weiter von den Halbleiterlaserelementen 11a bis 11d und 12a bis 12d entfernt sind. Infolgedessen kann der von der reflektierenden Oberfläche 311 eines Spiegels 31 reflektierte Laserstrahl L1 und der von der reflektierenden Oberfläche 321 eines Spiegels 32 reflektierte Laserstrahl L2 in geeigneter Weise auf die reflektierenden Oberflächen 411 und 421 der entsprechenden Spiegel 41 und 42 auftreffen, ohne von den anderen Spiegeln 31 und 32 blockiert zu werden. Dementsprechend kann die Leistung des emittierten Strahls L10 gleichmäßig erhöht werden.
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Außerdem, wie in 1 dargestellt ist, das optische System S1 (Set), das Halbleiterlaserelemente 11 a bis 11d, Kollimatorlinsen 21a bis 21d (Linsenabschnitte), vier reflektierende Oberflächen 411 (erste reflektierende Oberflächen) und vier reflektierende Oberflächen 311 (zweite reflektierende Oberflächen) enthält, und das optische System S2 (Set), das Halbleiterlaserelemente 12a bis 12d, Kollimatorlinsen 22a bis 22d (Linsenabschnitte) enthält, vier reflektierende Oberflächen 421 (erste reflektierende Oberflächen) und vier reflektierende Oberflächen 321 (zweite reflektierende Oberflächen) in der Richtung angeordnet sind, in der die Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d angeordnet sind (Richtung der X-Achse), so dass die reflektierenden Oberflächen 411 des optischen Systems S1 den reflektierenden Oberflächen 421 (erste reflektierende Oberflächen) des optischen Systems S2 benachbart sind. Indem zwei optische Systeme S1 und S2 auf diese Weise symmetrisch in einer Richtung angeordnet werden, kann die Anzahl der Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d, die angeordnet werden können, erheblich erhöht werden. Dementsprechend kann die Leistung des emittierten Strahls L10 effektiver erhöht werden.
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Außerdem wird in Ausführungsform 1 das Beugungsgitter 50 als Wellenlängendispersionselement verwendet. Durch die Anpassung des Beugungsmusters (Abstand und Tiefe der Beugungsrillen) können die Laserstrahlen L1 und L2 der jeweiligen Wellenlängen reibungslos kombiniert werden.
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[Ausführungsform 2]
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4 zeigt eine Konfiguration der Halbleiterlaservorrichtung 1 gemäß Ausführungsform 2.
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Im Vergleich zu Ausführungsform 1 enthält Ausführungsform 2 zusätzlich einen teilreflektierenden Spiegel 60, der einen Teil des vom Beugungsgitter 50 emittierten Strahls L10 in Richtung des Beugungsgitters 50 reflektiert, so dass der Teil des emittierten Strahls L10 zu den Halbleiterlaserelementen 11a bis 11d und 12a bis 12d zurückkehrt. Außerdem werden die Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d in Halbleiterlaserelemente mit externem Resonator umgewandelt. Mit anderen Worten: In Ausführungsform 2 bilden der teilreflektierende Spiegel 60 und die Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d einen externen Resonator. Der Rücklauf der reflektierten Strahlen vom teilreflektierenden Spiegel 60 zu den Halbleiterlaserelementen 11a bis 11d und 12a bis 12d bewirkt externe Resonanzen der Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d bei unterschiedlichen Wellenlängen. Die anderen Konfigurationen sind die gleichen wie in Ausführungsform 1.
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Da die Winkelanordnung des Beugungsgitters 50 und der Einfallswinkel jedes Laserstrahls die gleichen sind wie in Ausführungsform 1, erfüllen die externen Resonanzwellenlängen λ11a bis λ11d und λ12a bis λ12d der Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d die Beziehung λ12d < λ12c < λ12b < λ12a < λ11a <λ11b < λ11c < λ11d.
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Das Wellenlängenband, das die externe Resonanz der Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d ermöglicht, beträgt etwa 30 nm bis 40 nm. Die Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d schwingen aufgrund der externen Resonanz innerhalb dieses Wellenlängenbandes. Vorzugsweise werden die Zusammensetzungen der Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d so eingestellt, dass sie eine Verstärkungsspitze in der Nähe der Wellenlänge aufweisen, bei der die Schwingung aufgrund der externen Resonanz auftritt. Auf diese Weise können die Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d zum Zeitpunkt der externen Resonanz effizient oszillieren, und die Leistung der Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d kann erhöht werden.
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Auch in Ausführungsform 2 kann das Emissionswellenlängenband der Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d in ähnlicher Weise wie in Ausführungsform 1 z. B. auf etwa 390 nm bis 450 nm eingestellt werden.
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<Vorteilhafte Wirkungen von Ausführungsform 2>
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In Ausführungsform 2 können die gleichen vorteilhaften Wirkungen wie in Ausführungsform 1 erzielt werden.
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Darüber hinaus definieren gemäß Ausführungsform 2 der teilreflektierende Spiegel 60 und die Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d einen externen Resonator. Daher schwingen die Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d auch ohne genaue Einstellung der Einfallswinkel der von den Halbleiterlaserelementen 11a bis 11d und 12a bis 12d auf das Beugungsgitter 50 emittierten Laserstrahlen L1 und L2 bei Wellenlängen, bei denen die Laserstrahlen L1 und L2 ordnungsgemäß zu einem emittierten Strahl L10 kombiniert werden. Dementsprechend kann mit einer einfachen Einstellung die Leistung des emittierten Strahls L10 effektiv erhöht werden.
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[Ausführungsform 3]
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5 zeigt eine Konfiguration der Halbleiterlaservorrichtung 1 gemäß Ausführungsform 3.
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Im Vergleich zu Ausführungsform 2 enthält Ausführungsform 3 zusätzlich eine Kollimatorlinse 70 für die schnelle Achse, die die Laserstrahlen L1 und L2 kollimiert, die auf das Beugungsgitter 50 in Richtung der schnellen Achse einfallen. Die Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d sind in der Richtung der schnellen Achse angeordnet. Mit anderen Worten: Die Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d sind so angeordnet, dass die schnelle Achse parallel zur X-Achse verläuft. Die anderen Konfigurationen in Ausführungsform 3 sind die gleichen wie in Ausführungsform 2.
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In Ausführungsform 3 entspricht die Kollimatorlinse 70 mit schneller Achse dem „anderen Linsenabschnitt“ in Anspruch 5.
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Die Kollimatorlinse 70 mit schneller Achse umfasst eine Linsenfläche 70a, die nur in der Richtung parallel zur X-Y-Ebene gekrümmt ist. Die Mantellinie der Linsenfläche 70a ist parallel zur Z-Achse.
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<Vorteilhafte Wirkungen von Ausführungsform 3>
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In der Konfiguration von Ausführungsform 2 werden die von den Halbleiterlaserelementen 11a bis 11d und 12a bis 12d emittierten Laserstrahlen L1 und L2 durch Kollimatorlinsen 21a bis 21d bzw. 22a bis 22d kollimiert. Die kollimierten Laserstrahlen L1 und L2 werden jedoch nicht zu perfekt parallelen Strahlen und treffen auf das Beugungsgitter 50, wobei sie relativ zu den parallelen Strahlen leicht divergieren. Dementsprechend enthalten die Laserstrahlen L1 und L2 einen Strahl, der nicht in einem geeigneten Winkel auf das Beugungsgitter 50 trifft, und ein solcher Strahl weicht vom emittierten Strahl L10 ab.
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Andererseits werden in Ausführungsform 3 durch die Kollimatorlinse 70 für die schnelle Achse die auf das Beugungsgitter 50 einfallenden Laserstrahlen L1 und L2 näher an die parallelen Strahlen in Richtung der schnellen Achse herangeführt. Dementsprechend kann im Vergleich zu Ausführungsform 2 die Menge der Strahlen, die nicht in einem geeigneten Winkel auf das Beugungsgitter 50 auftreffen, reduziert werden, so dass mehr Strahlen zu einem emittierten Strahl L10 kombiniert werden können. Dadurch wird die Leistung des emittierten Strahls L10 effektiver erhöht. Da außerdem die Menge der Strahlen, die von dem teilreflektierenden Spiegel 60 zurücklaufen, gesichert werden kann, können die Laserstrahlen L1 und L2 von den Halbleiterlaserelementen 11a bis 11d und 12a bis 12d effizient emittiert werden.
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In Ausführungsform 3 sind die Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d in der Richtung der schnellen Achse angeordnet. Daher nähern sich die von den Halbleiterlaserelementen 11a bis 11d und 12a bis 12d emittierten Laserstrahlen L1 und L2 in Richtung der schnellen Achse an, wenn sich der Abstand zum Beugungsgitter 50 verringert, und überlappen sich auf der Lichtempfangsfläche des Beugungsgitters 50. Dementsprechend werden bei einem Fehler in der Anordnung der optischen Komponenten die Laserstrahlen L1 und L2 auf der Lichtempfangsfläche des Beugungsgitters 50 in Richtung der schnellen Achse falsch ausgerichtet. Aufgrund der hohen Strahlqualität in Richtung der schnellen Achse ist es jedoch möglich, den zulässigen Fehlausrichtungsbereich zu vergrößern, so dass die gesamte Strahlqualität des emittierten Strahls L10 beibehalten werden kann. Dementsprechend kann durch eine solche Anordnung der Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d in der Richtung der schnellen Achse die Strahlqualität des emittierten Strahls L10 erhöht werden, und die Anordnung der optischen Komponenten kann leicht angepasst werden.
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Die in Ausführungsform 3 dargestellte Konfiguration, d.h. die Konfiguration, in der die Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d in Richtung der schnellen Achse angeordnet sind und die Kollimatorlinse 70 für die schnelle Achse angeordnet ist, kann auf die Konfiguration von Ausführungsform 1 angewendet werden. Damit können die gleichen vorteilhaften Effekte wie oben beschrieben erzielt werden.
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< Variationen>
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In der Konfiguration von 5 sind ähnlich wie in der Konfiguration von 1 in Ausführungsform 1 die reflektierenden Oberflächen 311 von vier Spiegeln 31 in einer allgemein parabolischen Form auf einer Ebene parallel zur X-Y-Ebene angeordnet, und die reflektierenden Oberflächen 411 von vier Spiegeln 41 sind in einer allgemein parabolischen Form auf einer Ebene parallel zur X-Y-Ebene angeordnet. Dies gilt auch für die reflektierenden Oberflächen 321 von vier Spiegeln 32 und die reflektierenden Oberflächen 421 von vier Spiegeln 42.
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Da außerdem die Winkelanordnung des Beugungsgitters 50 und der Einfallswinkel jedes Laserstrahls die gleichen sind wie in Ausführungsform 1, wird ein externer Resonator so definiert, dass die Wellenlängen λ11a bis λ11d und λ12a bis λ12d der Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d die Beziehung λ12d < λ12c < λ12b< λ12a < λ11a < λ11b < λ11c < λ11d. Wie oben beschrieben, sind die externen Resonanzwellenlängen in Bezug auf die Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d kürzer, wenn die Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d weiter in der positiven Richtung der X-Achse positioniert sind.
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Da andererseits die Laserstrahlen L1 und L2 aller Wellenlängen auf die Fast-Axis-Kollimatorlinse 70 treffen, tritt für jeden Laserstrahl (für jede Wellenlänge) eine chromatische Aberration auf. Da sich die Wellenlängen der Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d voneinander unterscheiden, ist der Konvergenzeffekt zwischen den jeweiligen Laserstrahlen (den jeweiligen Wellenlängen) unterschiedlich. Daher ist es vorteilhaft, dass die Konfiguration von 5 weiterhin eine Konfiguration zur geeigneten Kollimation der Laserstrahlen mit den jeweiligen Wellenlängen umfasst.
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In Anbetracht dieses Punktes sind die optischen Systeme S1 und S2 in der vorliegenden Variante so konfiguriert, dass von den Halbleiterlaserelementen 11a bis 11d und 12a bis 12d die Halbleiterlaserelemente mit kürzeren Emissionswellenlängen kürzere optische Weglängen zur Kollimatorlinse 70 mit schneller Achse aufweisen. Insbesondere wird die optische Weglänge zwischen jedem der Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d und der Kollimatorlinse 70 für die schnelle Achse wie oben beschrieben durch die Anordnung der reflektierenden Oberflächen 311 von vier Spiegeln 31 und der reflektierenden Oberflächen 321 von vier Spiegeln 32 eingestellt.
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Je kürzer die Wellenlänge ist, desto kürzer ist die Brennweite der Kollimatorlinse 70 für die schnelle Achse. Wenn die optischen Systeme S1 und S2 so konfiguriert werden, dass die optische Weglänge zur Kollimatorlinse 70 um so kürzer ist, je kürzer die Emissionswellenlänge des Halbleiterlaserelements ist, können die Laserstrahlen L1 und L2 mit den jeweiligen Wellenlängen durch die Kollimatorlinse 70 in geeigneter Weise kollimiert werden. Dementsprechend kann die Leistung des emittierten Strahls L10 effektiver erhöht werden.
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Vorzugsweise ist die optische Weglänge zwischen jedem der Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d und der Fast-Axis-Kollimatorlinse 70 so eingestellt, dass die Laserstrahlen L1 und L2 mit den jeweiligen Wellenlängen durch die Fast-Axis-Kollimatorlinse 70 entsprechend kollimiert werden. Auch in diesem Fall kann beispielsweise die optische Weglänge zwischen jedem der Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d und der Fast-Axis-Kollimatorlinse 70 durch die Anordnung der reflektierenden Oberflächen 311 von vier Spiegeln 31 und der reflektierenden Oberflächen 321 von vier Spiegeln 32 eingestellt werden.
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In der Konfiguration von 5 haben von den Halbleiterlaserelementen 11a bis 11d und 12a bis 12d die weiter in positiver Richtung der X-Achse positionierten Halbleiterlaserelemente kürzere Wellenlängen. Dementsprechend kann die Einstellung so vorgenommen werden, dass die optischen Weglängen L1 a bis L1d und L2a bis L2d zwischen den Halbleiterlaserelementen 11a bis 11d und 12a bis 12d und der Kollimatorlinse 70 der schnellen Achse die Beziehung L2d < L2c < L2b < L2a < L1a < L1b < L1c < L1d erfüllen. Damit kann man erkennen, dass die optische Weglänge zur Kollimatorlinse 70 um so kürzer ist, je kürzer die Emissionswellenlänge der Halbleiterlaservorrichtung ist.
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[Ausführungsform 4]
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6 zeigt eine Konfiguration der Halbleiterlaservorrichtung 1 gemäß Ausführungsform 4.
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In Ausführungsform 4 unterscheiden sich die Konfigurationen der Abschnitte vor den Spiegeln 31 und 32 von denen in Ausführungsform 3. Mit anderen Worten, in Ausführungsform 4 sind die Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d auf der Wärmestrahlungsplatte P1 und die Halbleiterlaserelemente 12a bis 12d auf der Wärmestrahlungsplatte P2 so angeordnet, dass sie in Richtung der langsamen Achse angeordnet sind. Darüber hinaus sind in den Abschnitten nach den Halbleiterlaserelementen 11a bis 11d und 12a bis 12d Kollimatorlinsen für die schnelle Achse 81a bis 81d und 82a bis 82d, Strahlrotationselemente 83a bis 83d und 84a bis 84d sowie Kollimatorlinsen für die langsame Achse 85a bis 85d und 86a bis 86d angeordnet. Die anderen Konfigurationen in Ausführungsform 4 sind die gleichen wie in Ausführungsform 3.
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In Ausführungsform 4 sind vier Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d angeordnet. In ähnlicher Weise sind auch vier Halbleiterlaserelemente 12a bis 12d angeordnet.
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7 ist eine perspektivische Ansicht einer Konfiguration des Laserarrays 11.
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Wie in 7 dargestellt, sind vier Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d auf der Basis 120 entlang der langsamen Achse angeordnet, um ein Laserarray 11 zu bilden. Dementsprechend sind die lichtemittierenden Bereiche 117 der Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d in Richtung der langsamen Achse ausgerichtet. Ein Laserarray mit vier Halbleiterlaserelementen 12a bis 12d hat ebenfalls die gleiche Konfiguration.
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In 7 ist das Laserarray 11 so konfiguriert, dass vier Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d nebeneinander auf der Basis 120 angeordnet sind. Ein lichtemittierendes Halbleiterelement mit vier in Richtung der langsamen Achse angeordneten lichtemittierenden Bereichen 117 kann jedoch auf der Basis 120 angeordnet sein. In diesem Fall entsprechen die Strukturteile der lichtemittierenden Halbleiterelemente, die die Laserstrahlen aus den jeweiligen lichtemittierenden Bereichen 117 emittieren, den Halbleiterlaserelementen 11a bis 11d. Vier Halbleiterlaserelemente 12a bis 12d können auch durch ein lichtemittierendes Halbleiterelement mit vier in Richtung der langsamen Achse angeordneten lichtemittierenden Bereichen 117 angeordnet werden.
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Zurück zu 6: Die so konfigurierten Laserarrays sind auf den Wärmeabfuhrplatten P1 und P2 angeordnet. Dabei sind die Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d in der Richtung der langsamen Achse ausgerichtet.
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Die Kollimatorlinsen 81a bis 81d und 82a bis 82d kollimieren die von den Halbleiterlaserelementen 11a bis 11d und 12a bis 12d in Richtung der schnellen Achse ausgesandten Laserstrahlen L1 und L2. Die Kollimatorlinsen für die schnelle Achse 81a bis 81d und 82a bis 82d bestehen beispielsweise aus Zylinderlinsen. In diesem Fall sind die Kollimatorlinsen 81a bis 81d und 82a bis 82d so angeordnet, dass die Mantellinie jeder Linsenfläche parallel zur X-Achse verläuft.
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Die Strahlrotationselemente 83a bis 83d und 84a bis 84d drehen die schnellen Achsen und die langsamen Achsen der Laserstrahlen L1 und L2. Jedes der Strahlrotationselemente 83a bis 83d und 84a bis 84d ist zum Beispiel ein optisches Element, dessen Ein- und Austrittsflächen nach außen gewölbte zylindrische Oberflächen sind. Die Mantellinien der zylindrischen Oberflächen sind parallel zueinander. Die zylindrischen Oberflächen jedes der Strahlrotationselemente 83a bis 83d und 84a bis 84d haben die gleiche Form und teilen sich einen Brennpunkt innerhalb der Strahlrotationselemente 83a bis 83d und 84a bis 84d.
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In diesem Fall sind die Strahlrotationselemente 83a bis 83d und 84a bis 84d so angeordnet, dass die Erzeugende jeder zylindrischen Oberfläche 45 Grad in Bezug auf die schnellen Achsen und die langsamen Achsen der einfallenden Laserstrahlen L1 und L2 beträgt. Dies hat zur Folge, dass die Laserstrahlen L1 und L2, die die Strahlrotationselemente 83a bis 83d und 84a bis 84d durchlaufen haben, in eine Richtung um die optische Achse rotieren, wenn die Abstände der Laserstrahlen L1 und L2 zu den Kollimatorlinsen 85a bis 85d und 86a bis 86d mit langsamer Achse abnehmen.
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Kollimatorlinsen mit langsamer Achse 85a bis 85d und 86a bis 86d sind an Positionen angeordnet, an denen die langsamen Achsen der einfallenden Laserstrahlen L1 und L2 parallel zur Z-Achse verlaufen. Folglich treffen die Laserstrahlen L1 und L2 auf die entsprechenden Kollimatorlinsen 85a bis 85d und 86a bis 86d in einem Zustand, in dem die langsame Achse parallel zur Z-Achse und die schnelle Achse parallel zur X-Achse verläuft.
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Die Kollimatorlinsen 85a bis 85d und 86a bis 86d kollimieren die einfallenden Laserstrahlen L1 und L2 in der Richtung der langsamen Achse. Die Kollimatorlinsen 85a bis 85d und 86a bis 86d sind z. B. aus Zylinderlinsen gefertigt. In diesem Fall sind die Kollimatorlinsen 85a bis 85d und 86a bis 86d so angeordnet, dass die Erzeugende jeder der Linsenflächen parallel zur X-Achse verläuft. Die Kollimatorlinsen 85a bis 85d und 86a bis 86d mit langsamer Achse haben Linsenflächen (zylindrische Oberflächen) an den Seiten, an denen die Laserstrahlen L1 und L2 austreten.
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Wenn die Laserstrahlen L1 und L2 auf die Linsenoberflächen (Auftreffflächen) der Kollimatorlinsen 85a bis 85d und 86a bis 86d mit langsamer Achse treffen, wird die durch die Strahlrotationselemente 83a bis 83d und 84a bis 84d verursachte Rotation der Strahlen aufgrund der optischen Effekte der Linsenoberflächen gestoppt. Dementsprechend bewegen sich die Laserstrahlen L1 und L2, die die Kollimatorlinsen 85a bis 85d und 86a bis 86d für die langsame Achse passiert haben, zur Kollimatorlinse 70 für die schnelle Achse, wobei die schnellen Achsen parallel zur X-Achse verlaufen, ähnlich wie in Ausführungsform 3.
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<Vorteilhafte Wirkungen von Ausführungsform 4>
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Ausführungsform 4 hat die gleichen vorteilhaften Auswirkungen wie Ausführungsform 3.
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Da in Ausführungsform 4 die Halbleiter-Laserelemente 11a bis 11d und die Halbleiter-Laserelemente 12a bis 12d in einer Reihe angeordnet sind, können die Anordnung und die Positionseinstellung der Halbleiter-Laserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d leicht durchgeführt werden.
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Man beachte, dass die in der Variante von Ausführungsform 3 dargestellte Konfiguration in ähnlicher Weise auf Ausführungsform 4 angewendet werden kann.
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Darüber hinaus bilden in der Konfiguration von 6 die Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d sowie der teilreflektierende Spiegel 60 einen externen Resonator. Es kann jedoch sein, dass die Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d aufgrund einer internen Resonanz schwingen. In diesem Fall wird der teilreflektierende Spiegel 60 aus der Konfiguration von 6 entfernt, und die Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d werden zu Halbleiterlaserelementen mit internem Resonator wie in Ausführungsform 1 geändert.
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Darüber hinaus kann es sein, dass jedes der Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d aus einem Laserarray-Element mit einer Vielzahl von Emittern besteht, und dass jedes der Strahlrotationselemente 83a bis 83d und 84a bis 84d ein Linsenarray mit einer Vielzahl von zylindrischen Linsenoberflächen enthält, um der Vielzahl von Emittern zu entsprechen.
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Es ist zu beachten, dass die Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d nicht immer einstückig ausgebildet sein müssen, sondern auch voneinander getrennt sein können, wie z. B. in 8 dargestellt.
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<Andere Variationen>
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Obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung oben beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben genannten Ausführungsformen beschränkt, und es können verschiedene Änderungen an den Ausführungsformen vorgenommen werden.
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Beispielsweise sind in jeder der Ausführungsformen 1 bis 4 insgesamt acht Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d angeordnet, aber die Anzahl der Halbleiterlaserelemente ist nicht auf acht beschränkt. Beispielsweise können in den optischen Systemen S1 und S2 auch mehr Halbleiterlaserelemente angeordnet sein. Außerdem kann sich die Anzahl der im optischen System S1 angeordneten Halbleiterlaserelemente von der Anzahl der im optischen System S2 angeordneten Halbleiterlaserelemente unterscheiden.
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In jeder der Ausführungsformen 1 bis 4 sind insgesamt acht reflektierende Oberflächen 311 und 321 voneinander beabstandet, aber die reflektierenden Oberflächen 311 und 321 müssen nicht immer voneinander beabstandet sein. So kann ein Spiegel beispielsweise vier reflektierende Oberflächen 311 mit unterschiedlichen Neigungswinkeln aufweisen, die sich die Grenzen teilen, ohne voneinander getrennt zu sein. Die reflektierenden Oberflächen 321 können auf die gleiche Weise gestaltet werden. Dasselbe gilt auch für die reflektierenden Oberflächen 411 und 421.
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In den Ausführungsformen 1 bis 4 ist der Abstand zwischen benachbarten Halbleiterlaserelementen 11a bis 11d konstant, aber der Abstand zwischen benachbarten Halbleiterlaserelementen 11a bis 11d muss nicht immer konstant sein. Das Gleiche gilt auch für die Halbleiterlaserelemente 12a bis 12d.
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In den obigen Ausführungsformen sind die Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d in einer geraden Linie angeordnet, aber die Halbleiterlaserelemente 11a bis 11d und 12a bis 12d müssen nicht immer in einer geraden Linie angeordnet sein. In der Konfiguration von 1 können beispielsweise die Halbleiterlaserelemente 11b und 11d in Bezug auf die Halbleiterlaserelemente 11a und 11c an in Richtung der Z-Achse verschobenen Positionen angeordnet sein. In diesem Fall sind die den Halbleiterlaserelementen 11b und 11d gegenüberliegenden Spiegel 31 in der Richtung parallel zur Y-Z-Ebene entsprechend der Verschiebung der Halbleiterlaserelemente 11b und 11d geneigt, so dass die von den Halbleiterlaserelementen 11b und 11d emittierten Laserstrahlen L1 zu den entsprechenden Spiegeln 41 geleitet werden. Außerdem sind diese beiden Spiegel 41 in der Richtung parallel zur Y-Z-Ebene geneigt, so dass die von zwei Spiegeln 41 reflektierten Laserstrahlen L1 auf eine gemeinsame Einfallsposition auf dem Beugungsgitter 50 treffen.
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Außerdem können die Spiegel 41 und 42 in Richtung der Z-Achse gegenüber den Spiegeln 31 und 32 verschoben werden. Bei dieser Konfiguration können die Neigungen der Spiegel 41 und 42 so eingestellt werden, dass das Beugungsgitter 50 in Richtung der Z-Achse entsprechend der Verschiebung der Spiegel 41 und 42 verschoben wird und die von den Spiegeln 41 und 42 reflektierten Laserstrahlen L1 und L2 auf die gemeinsame Auftreffposition auf dem Beugungsgitter 50 treffen. In diesem Fall gehen die von den Spiegeln 41 und 42 reflektierten Laserstrahlen L1 und L2 nicht durch den Spalt zwischen dem Spiegel 31, der am Ende in positiver X-Achsenrichtung positioniert ist, und dem Spiegel 32, der am Ende in negativer X-Achsenrichtung positioniert ist. Daher können die optischen Systeme in den Abschnitten vor den Spiegeln 31 und 32 nahe beieinander angeordnet werden, um diesen Spalt zu beseitigen.
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In den oben beschriebenen Ausführungsformen 1 bis 4 sind zwei optische Systeme S1 und S2 in der Halbleiterlaservorrichtung 1 angeordnet, es kann jedoch auch nur eines der optischen Systeme in der Halbleiterlaservorrichtung 1 angeordnet sein.
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In den Ausführungsformen 1 bis 4 wird ein transmissives Beugungsgitter 50 als Wellenlängendispersionselement verwendet, es kann aber auch ein reflektierendes Beugungsgitter als Wellenlängendispersionselement verwendet werden. Anstelle des Beugungsgitters 50 kann auch ein anderes Wellenlängendispersionselement, wie z. B. ein Prisma, verwendet werden.
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In den Ausführungsformen 1 bis 3 wird ein Typ von Kollimatorlinsen 21a bis 21d und 22a bis 22d als der in den Ansprüchen beschriebene „Linsenabschnitt“ verwendet. Der „Linsenabschnitt“ kann jedoch eine Kombination von Zylinderlinsen, die Laserstrahlen L1 und L2 in Richtung der schnellen Achse kollimieren, und Zylinderlinsen, die Laserstrahlen L1 und L2 in Richtung der langsamen Achse kollimieren, umfassen. Darüber hinaus muss „ein anderer Linsenabschnitt“ in den Ansprüchen nicht immer nur einen Typ von Schnellachsen-Kollimatorlinsen 70 umfassen, sondern kann auch eine Kombination aus einer Vielzahl von Linsen umfassen.
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Die Konfiguration der Halbleiterlaservorrichtung 1 ist nicht auf die in den Ausführungsbeispielen 1 bis 4 dargestellten Konfigurationen beschränkt und kann auf verschiedene Weise geändert werden. So kann beispielsweise zwischen den Spiegeln 41 und 42 und dem Beugungsgitter 50 ein Spiegel angeordnet sein, der die optischen Pfade der Laserstrahlen L1 und L2 umlenkt. Ein optisches Element, wie z. B. eine Linse, kann in geeigneter Weise in dem nachfolgenden Abschnitt des Beugungsgitters 50 angeordnet werden.
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Die Halbleiterlaservorrichtung 1 kann nicht nur für die Bearbeitung von Produkten, sondern auch für andere Zwecke verwendet werden.
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Darüber hinaus können an den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verschiedene Änderungen vorgenommen werden, die im Rahmen des in den Ansprüchen angegebenen technischen Gedankens angemessen sind. So können beispielsweise andere Formen, in denen verschiedene für den Fachmann offensichtliche Änderungen an den Ausführungsformen vorgenommen werden, oder Formen, die durch Kombination von Strukturelementen und Funktionen verschiedener Ausführungsformen aufgebaut sind, in die vorliegende Erfindung einbezogen werden, sofern solche Änderungen und Modifikationen nicht vom Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung abweichen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Halbleiterlaservorrichtung
- 11
- Laser-Array
- 11a bis 11d, 12a bis 12d
- Halbleiterlaser-Element
- 21a bis 21d, 22a bis 22d
- Kollimatorlinse (Linsenabschnitt)
- 31, 32, 41, 42
- Spiegel
- 50
- Beugungsgitter (Wellenlängendispersionselement)
- 60
- teilreflektierender Spiegel
- 70
- fast axis collimator lens (ein anderer Linsenabschnitt)
- 81a bis 81d, 82a bis 82d
- Kollimatorlinse für die schnelle Achse (Linsenabschnitt)
- 83a bis 83d, 84a bis 84d
- Strahlrotationselement
- 85a bis 85d, 86a bis 86d
- Kollimatorlinse für langsame Achse (Linsenabschnitt)
- 311
- reflektierende Oberfläche (zweite reflektierende Oberfläche)
- 411
- reflektierende Oberfläche (erste reflektierende Oberfläche)
- L1, L2
- Laserstrahl
- L10
- ausgesandter Strahl
- S1, S2
- optimales System (Satz)
