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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserlichtquellenvorrichtung und eine Laserbearbeitungsvorrichtung.
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Stand der Technik
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Herkömmlicherweise ist eine Laserlichtquelle bekannt, die ein Laserelement enthält, in das eine Vielzahl von Lichtemittern integriert ist.
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In der Patentliteratur (PTL) 1 wird beispielsweise eine Laserlichtquellenvorrichtung offenbart, die ein solches Laserelement, einen Fast-Axis-Kollimator, ein Beugungsgitter und einen teilreflektierenden Spiegel in dieser Reihenfolge entlang eines optischen Pfades enthält. In dieser Laserlichtquellenvorrichtung ist ein externer Resonator zwischen dem Laserelement und dem teilreflektierenden Spiegel angeordnet.
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In einer solchen Laserlichtquelle treffen mehrere Laserstrahlen, die von mehreren Lichtemittern emittiert werden, unter verschiedenen Einfallswinkeln auf das Beugungsgitter auf. Die mehreren Laserstrahlen haben je nach den Einfallswinkeln unterschiedliche Oszillationswellenlängen.
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Zitationsliste
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Patentliteratur
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[PTL 1] Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Veröffentlichung Nr.
JP 2014 -
120 560 A -
Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Die optische Rückkopplungseffizienz wird als Kennzahl verwendet, die angibt, inwieweit eine Vielzahl von Laserstrahlen, die von einem teilreflektierenden Spiegel reflektiert werden, zu einer Vielzahl von Lichtemittern zurückkehren. In einer herkömmlichen Laserlichtquelle variiert der Beugungswirkungsgrad eines Beugungsgitters für die mehreren Laserstrahlen, weil die mehreren Laserstrahlen unter unterschiedlichen Einfallswinkeln auf das Beugungsgitter auftreffen und unterschiedliche Oszillationswellenlängen aufweisen. Daher ist es schwierig, die optische Rückkopplungseffizienz jedes der mehreren Lichtemitter zu steuern, und es gibt beispielsweise Schwankungen in der optischen Rückkopplungseffizienz zwischen den mehreren Lichtemittern. Folglich besteht das Problem, dass die Oszillationsstabilität der mehreren Laserstrahlen abnimmt, usw.
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Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Laserlichtquellenvorrichtung und dergleichen bereitzustellen, die es ermöglicht, die optische Rückkopplungseffizienz jedes einzelnen einer Vielzahl von Lichtemittern zu steuern.
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Problemlösung
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Um die zuvor beschriebene Aufgabe zu lösen, umfasst eine Laserlichtquellenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung: einen ersten Lichtemitter, der einen ersten Laserstrahl emittiert; einen zweiten Lichtemitter, der einen zweiten Laserstrahl emittiert; ein optisches Element, das den ersten Laserstrahl und den zweiten Laserstrahl konvergiert; ein Wellenlängendispersionselement, auf das der erste Laserstrahl und der zweite Laserstrahl, die aus dem optischen Element ausgetreten sind, auftreffen, wobei das Wellenlängendispersionselement bewirkt, dass eine optische Achse des ersten Laserstrahls und eine optische Achse des zweiten Laserstrahls miteinander zusammenfallen, und dann den ersten Laserstrahl und den zweiten Laserstrahl überträgt; und einen teilreflektierenden Spiegel, der einen Teil des ersten Laserstrahls und einen Teil des zweiten Laserstrahls, die aus dem Wellenlängendispersionselement ausgetreten sind, durch Reflexion zurückführt und einen verbleibenden Teil des ersten Laserstrahls und einen verbleibenden Teil des zweiten Laserstrahls, die aus dem Wellenlängendispersionselement ausgetreten sind, durchlässt, wobei ein Reflexionsgrad des teilreflektierenden Spiegels wellenlängenabhängig ist.
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Eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die zuvor beschriebene Laserlichtquellenvorrichtung.
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Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung kann eine Laserlichtquellenvorrichtung und dergleichen bereitstellen, die es ermöglicht, die optische Rückkopplungseffizienz jedes einzelnen einer Vielzahl von Lichtemittern zu steuern.
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Figurenliste
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- [1] 1 ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration einer Laserlichtquellenvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
- [2] 2 ist ein Diagramm, das ein Simulationsergebnis der externen optischen Rückkopplungsamplitude und der ASE-Amplitude einer Vielzahl von Laserstrahlen einer Laserlichtquellenvorrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt.
- [3] 3 ist ein Diagramm, das ein Reflexionsspektrum eines teilreflektierenden Spiegels gemäß Ausführungsform 1 und ein Reflexionsspektrum eines teilreflektierenden Spiegels gemäß dem Vergleichsbeispiel zeigt.
- [4] 4 ist eine schematische Darstellung einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1.
- [5] 5 ist eine perspektivische Ansicht, die die Konfiguration einer Vielzahl von Laserelementen zeigt, die in einer Laserlichtquellenvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 enthalten sind.
- [6] 6 ist eine perspektivische Ansicht, die die Konfiguration einer Vielzahl von Laserelementen zeigt, die in einer Laserlichtquellenvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 enthalten sind.
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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 bevorzugtes konkretes Beispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Dementsprechend sind die Zahlenwerte, Formen, Materialien, Bestandteile, die Anordnung und Verbindung der Bestandteile, Schritte, die Reihenfolge der Schritte usw., die in den folgenden Ausführungsformen gezeigt werden, lediglich Beispiele und sollen daher die vorliegende Erfindung nicht einschränken.
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Es wird darauf hingewiesen, dass es sich bei den jeweiligen Figuren um schematische Darstellungen handelt, die nicht unbedingt präzise sind. Dementsprechend sind die in den Figuren dargestellten Skalierungen usw. nicht unbedingt maßstabgetreu. Darüber hinaus sind in den Figuren Elemente, die im Wesentlichen gleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und sich überschneidende Beschreibungen entfallen oder wurden vereinfacht.
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Ausführungsform 1
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[Konfiguration der Laserlichtquelle]
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Zunächst wird der Aufbau der Laserlichtquellenvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
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1 ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration der Laserlichtquellenvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
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Wie in 1 dargestellt, ist die Laserlichtquellenvorrichtung 1 eine Lichtemissionsvorrichtung, die ein Laserelement 10, ein optisches Element 20, ein Wellenlängendispersionselement 30 und einen teilreflektierenden Spiegel 40 umfasst. Das Laserelement 10, das optische Element 20, das Wellenlängendispersionselement 30 und der teilreflektierende Spiegel 40 sind in dieser Reihenfolge entlang des optischen Pfades einer Vielzahl von Laserstrahlen L100 angeordnet, die vom Laserelement 10 emittiert werden. In 1 ist das Verhalten der Vielzahl von Laserstrahlen L100 durch Pfeile gekennzeichnet.
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Die Laserlichtquellenvorrichtung 1 ist eine Lichtemissionsvorrichtung, die den Ausgangsstrahl Lo nach dem so genannten DDL-System (Direct Diode Laser) ausgibt, das die vom Laserelement 10 emittierten Laserstrahlen direkt nutzt. Die Laserlichtquellenvorrichtung 1, die das DDL-System verwendet, zeichnet sich dadurch aus, dass sie hocheffizient ist, da ein Laserstrahl nicht umgewandelt wird, und sie ermöglicht die Bearbeitung mit einem Laserstrahl vom ultravioletten Bereich bis zum infraroten Bereich durch Auswahl des Materials (z. B. ein Halbleitermaterial) des Laserelements 10.
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In der vorliegenden Ausführungsform gibt die Laserlichtquelle 1 einen Ausgangsstrahl Lo im violetten bis blauen Bereich aus (d. h. mit einer Wellenlänge im Bereich von 380 nm bis 480 nm). Genauer gesagt ist der Ausgangsstrahl Lo ein Licht mit einer Spitzenwellenlänge im violetten bis blauen Bereich. Eine solche Laserlichtquelle 1 wird für die Feinbearbeitung eines Materials, wie z. B. Metall oder Harz, verwendet.
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Nachfolgend werden die einzelnen Elemente der Laserlichtquelle 1 beschrieben.
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Das Laserelement 10 ist ein Halbleiterlaser, der eine Mehrfachemitter-Struktur aufweist, bei der mehrere Lichtemitter 100 in einer einzigen Vorrichtung integriert sind, und der mehrere Laserstrahlen L100 aussendet. Insbesondere ist das Laserelement 10 ein Halbleiterlaser auf Nitridbasis, der unter Verwendung eines Halbleitermaterials auf Nitridbasis gebildet wird und beispielsweise Laserstrahlen L100 im violetten bis blauen Bereich ausgibt.
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Die Vielzahl von Lichtemittern 100 besteht aus 38 Lichtemittern 100, nämlich dem ersten Lichtemitter 101 bis zum achtunddreißigsten Lichtemitter 138. Hier werden die Lichtemitter 100 beschrieben, wenn der erste Lichtemitter 101 bis der achtunddreißigste Lichtemitter 138 nicht unterschieden werden müssen. Es istzu beachten, dass die Vielzahl der Lichtemitter 100 aus mehr oder weniger als 38 Lichtemittern 100 bestehen kann.
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Wie in 1 dargestellt, handelt es sich bei dem Laserelement 10 um einen Laserbarren, der in einer Richtung länglich ausgebildet ist.
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Das Laserelement 10 umfasst ein Substrat, eine Halbleiterlaserschichtstruktur auf Nitridbasis, eine p-seitige Elektrode und eine n-seitige Elektrode (die in 1 nicht alle dargestellt sind).
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Das Substrat umfasst eine erste Hauptfläche und eine zweite Hauptfläche. Die zweite Hauptfläche ist eine Fläche auf der Rückseite der ersten Hauptfläche und ist Rücken an Rücken mit der ersten Hauptfläche angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Hauptfläche eine Fläche auf der p-Seite, die als Vorderseite dient, und die zweite Hauptfläche ist eine Fläche auf der n-Seite, die als Rückseite dient.
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Als Substrat wird zum Beispiel ein Halbleitersubstrat wie ein Nitrid-Halbleitersubstrat verwendet. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein n-GaN-Substrat mit einer hexagonalen Kristallstruktur als Substrat verwendet.
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Die Halbleiterlaserschichtstruktur auf Nitridbasis ist ein Nitrid-Halbleiterlaminat, in dem mehrere Nitrid-Halbleiterschichten laminiert sind, von denen jede aus einem Nitrid-Halbleitermaterial gebildet wird. Die Halbleiterlaserschichtstruktur auf Nitridbasis wird über der ersten Hauptfläche des Substrats gebildet. Die Halbleiterlaserschichtstruktur auf Nitridbasis umfasst beispielsweise eine n-Mantelschicht, eine aktive Schicht, eine p-Mantelschicht und eine p-Kontaktschicht, die in dieser Reihenfolge auf die erste Hauptfläche des Substrats laminiert werden. Es sollte beachtet werden, dass in der vorliegenden Ausführungsform die n-Mantelschicht im Wesentlichen aus n-AlGaN besteht, die aktive Schicht im Wesentlichen aus undotiertem InGaN besteht, die p-Mantelschicht im Wesentlichen aus p-AlGaN besteht und die p-Kontaktschicht im Wesentlichen aus p-GaN besteht.
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Es sollte beachtet werden, dass neben den zuvor beschriebenen Nitrid-Halbleiterschichten die Halbleiterlaserschichtstruktur auf Nitridbasis auch andere Nitrid-Halbleiterschichten enthalten kann, wie z. B. eine optische Führungsschicht und eine Schicht zur Unterdrückung eines Ladungsträgerüberschusses. Darüber hinaus kann auf der Oberfläche der Halbleiterlaserschichtstruktur auf Nitridbasis ein Isolierfilm gebildet werden, der eine Öffnung an einer Position aufweist, die der p-Kontaktschicht entspricht.
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Die Halbleiterlaserschichtstruktur auf Nitridbasis umfasst eine Vielzahl von Wellenleitern, die sich in einer Richtung erstrecken, die orthogonal zu der einen Richtung ist, in der sich der Laserbarren erstreckt. Jeder der mehreren Wellenleiter hat die Funktion eines Stromeinspeisungsbereichs und eines optischen Wellenleiters im Laserelement 10. Diese Wellenleiter entsprechen den Lichtemittern 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die mehreren Wellenleiter, die den mehreren Lichtemittern 100 entsprechen, sind parallel zueinander und mit einem vorbestimmten Abstand in der einen Richtung ausgebildet.
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Die mehreren Wellenleiter werden beispielsweise auf der p-Mantelschicht in der Halbleiterlaserschichtstruktur auf Nitridbasis gebildet. Beispielsweise haben die mehreren Wellenleiter eine Rippen-Streifen-Struktur und sind als mehrere Rippen auf der p-Mantelschicht ausgebildet. In diesem Fall kann die p-Kontaktschicht aus einer Vielzahl von Halbleiterschichten bestehen, die einzeln auf jeder der Vielzahl von Rippen gebildet werden, oder sie kann eine einzelne Halbleiterschicht sein, die kontinuierlich gebildet wird, um die Vielzahl von Rippen zu bedecken.
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Die mehreren Lichtemitter 100, die den mehreren Wellenleitern entsprechen, emittieren jeweils einen Laserstrahl. Insbesondere sendet der erste Lichtemitter 101 den ersten Laserstrahl L1 und der zweite Lichtemitter 102 den zweiten Laserstrahl L2 aus. In ähnlicher Weise emittieren der dritte Lichtemitter 103 bis der achtunddreißigste Lichtemitter 138 jeweils den dritten Laserstrahl L3 bis den achtunddreißigsten Laserstrahl L38. Hier werden die Laserstrahlen L100 beschrieben, wenn der erste Laserstrahl L1 bis der achtunddreißigste Laserstrahl L38 nicht unterschieden werden müssen.
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Die p-seitige Elektrode wird oberhalb der Halbleiterlaserschichtstruktur auf Nitridbasis und in Kontakt mit dieser gebildet. Die p-seitige Elektrode umfasst beispielsweise Ti, Pt und Au. Die p-seitige Elektrode wird beispielsweise über der p-Kontaktschicht der Halbleiterlaserschichtstruktur auf Nitridbasis und in Kontakt mit dieser ausgebildet. Eine Vielzahl von p-seitigen Elektroden wird entsprechend der Vielzahl von Wellenleitern (Rippen) gebildet. Insbesondere ist die p-seitige Elektrode in mehrere p-seitige Elektroden unterteilt. Es ist zu beachten, dass die p-seitige Elektrode nicht in mehrere p-seitige Elektroden unterteilt sein muss. Beispielsweise kann die p-seitige Elektrode eine einzige Elektrode sein, die von mehreren Wellenleitern gemeinsam genutzt wird.
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Die n-seitige Elektrode ist auf der zweiten Hauptfläche des Substrats ausgebildet. Die n-seitige Elektrode umfasst beispielsweise Ti, Pt und Au. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Vielzahl von n-seitigen Elektroden entsprechend der Vielzahl von Wellenleitern (Rippen) gebildet. Insbesondere ist die n-seitige Elektrode in mehrere n-seitige Elektroden unterteilt. Es ist zu beachten, dass die n-seitige Elektrode nicht in mehrere n-seitige Elektroden unterteilt sein muss. Beispielsweise kann die n-seitige Elektrode eine einzige Elektrode sein, die von mehreren Wellenleitern gemeinsam genutzt wird.
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Darüber hinaus strahlt die Vielzahl der Lichtemitter 100 die Vielzahl der Laserstrahlen L100 von einer Endflächenseite des Laserelements 10 in Querrichtung ab. Insbesondere ist die eine Endfläche eine Lichtemissionsfläche. Darüber hinaus dient die Fläche auf der Rückseite der Lichtaustrittsfläche, d. h. die Fläche, die Rücken an Rücken mit der Lichtaustrittsfläche angeordnet ist, als Rückfläche bzw. hintere Endfläche des Laserelements 10. Die Rückfläche ist mit einem Rückflächenbeschichtungsfilm als reflektierender Film bedeckt.
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Obwohl in den Zeichnungen nicht dargestellt, ist darüber hinaus ein Submount (Unterbau) vorgesehen, auf dem das Laserelement 10 montiert ist. Der Submount umfasst einen Substratkörper und eine Elektrodenschicht, die auf die Oberseite des Substratkörpers laminiert ist.
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Der Substratkörper wird vorzugsweise aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit und einem geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt. Als Material für den Substratkörper 211 kann zum Beispiel eine SiC-Keramik, eine AIN-Keramik, ein halbisolierender SiC-Kristall oder ein synthetischer Diamant verwendet werden. Darüber hinaus kann auch ein metallisches Material, wie eine Cu-W-Legierung oder eine Cu-Mo-Legierung, als Substratkörper verwendet werden. Die Elektrodenschicht umfasst beispielsweise Ti, Pt und Au in dieser Reihenfolge von der Seite des Substratkörpers ausgehend.
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Außerdem ist das Laserelement 10 über eine Verbindungsschicht auf dem Submount befestigt. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Laserelement 10 elektrisch mit der Elektrodenschicht des Submounts verbunden. Dementsprechend wird als Verbindungsschicht beispielsweise ein metallisches Verbindungsmaterial, wie ein AuSn-Lot, verwendet.
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Die mehreren Laserstrahlen L100, die von den mehreren Lichtemittern 100 des so konfigurierten Laserelements 10 emittiert werden, treffen auf das optische Element 20.
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Das optische Element 20 ist ein optisches Bauteil, das die mehreren Laserstrahlen L100, die von den mehreren Lichtemittern 100 emittiert werden, konvergiert. Das optische Element 20 ist z. B. eine Sammellinse aus Glas, transparentem Harz oder ähnlichem. Auf der Oberfläche des optischen Elements 20 kann eine Antireflexionsbeschichtung vorgesehen sein, die die Reflexion der mehreren Laserstrahlen L100 verhindert. Das optische Element 20 ist beispielsweise eine plankonvexe Sammellinse, bei der die der Vielzahl von Lichtemittern 100 zugewandte Seite konvex und die dem Wellenlängenverteilungselement 30 (später beschrieben) zugewandte Seite plan ist.
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Wie in 1 dargestellt, sind die mehreren Laserstrahlen L100, die von den mehreren Lichtemittern 100 ausgesendet werden, parallel zueinander. Da das optische Element 20 eine plankonvexe Sammellinse ist, kann es die mehreren parallelen Laserstrahlen L100 empfangen und dann die mehreren Laserstrahlen L100 so übertragen, dass die mehreren Laserstrahlen L100 in Richtung des Wellenlängendispersionselements 30 konvergieren.
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Es ist zu beachten, dass das optische Element 20 nicht darauf beschränkt ist. Das optische Element 20 kann beispielsweise eine plankonvexe Sammellinse sein, bei der die der Vielzahl von Lichtemittern 100 zugewandte Seite plan ist und die dem Wellenlängenverteilungselement 30 zugewandte Seite konvex ist. Das optische Element 20 kann eine zylindrische Linse sein, die sich in der Richtung erstreckt, in der das Laserelement 10, das ein Laserbarren ist, länglich ausgebildet ist. Auch wenn in der vorliegenden Ausführungsform nur ein einziges optisches Element 20 vorgesehen ist, kann eine Vielzahl optischer Elemente mit unterschiedlichen Formen vorgesehen werden. Wenn mehrere optische Elemente vorgesehen sind, kann ein optisches Element, das die mehreren Laserstrahlen L100 entlang der Fast-Axis konvergiert, und ein optisches Element, das die mehreren Laserstrahlen L100 entlang der Slow-Axis konvergiert, vorgesehen werden. Außerdem kann das optische Element 20 ein Strahlverdrehungselement sein. Wenn das optische Element 20 ein Strahlenverdrehungselement ist, bewirkt das optische Element 20 eine Drehung der Fast-Axis und der Slow-Axis der Vielzahl von Laserstrahlen L100 um 90°.
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In jedem Fall konvergiert das optische Element 20 die Vielzahl der Laserstrahlen L100. Die durch das optische Element 20 konvergierten Laserstrahlen L100 werden auf das Wellenlängendispersionselement 30 gerichtet.
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Das Wellenlängendispersionselement 30 ist eine optische Komponente, die bewirkt, dass die optischen Achsen der mehreren Laserstrahlen L100, die aus dem optischen Element 20 ausgetreten sind und auf das Wellenlängendispersionselement 30 auftreffen, miteinander zusammenfallen, und die dann die mehreren Laserstrahlen L100 in Richtung des teilreflektierenden Spiegels 40 (später beschrieben) überträgt. In der vorliegenden Ausführungsform treffen die mehreren Laserstrahlen L100, die durch das optische Element 20 konvergiert werden, auf einen Punkt auf der Oberfläche des Wellenlängendispersionselements 30. Das Wellenlängendispersionselements 30 ist zum Beispiel ein Beugungsgitter, das jeden der mehreren Laserstrahlen L100 beugt. Genauer gesagt ist das Wellenlängendispersionselement 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Blazegitter; das Wellenlängendispersionselement 30 ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann z. B. ein Prisma oder ähnliches sein.
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In der vorliegenden Ausführungsform werden die mehreren Laserstrahlen L100, die aus dem optischen Element 20 ausgetreten sind, durch das optische Element 20 so konvergiert, dass sie auf einen Punkt auf der Oberfläche des Wellenlängendispersionselements 30 auftreffen. Wie in 1 dargestellt, fallen die mehreren Laserstrahlen L100 unter verschiedenen Einfallswinkeln θi auf das Wellenlängendispersionselement 30. Dabei steht i für eine ganze Zahl von 1 bis 38, die den 38 Lichtemittern 100 entsprechen. Zum Beispiel fällt der erste Laserstrahl L1, der vom ersten Lichtemitter 101 ausgesendet wird, unter dem Einfallswinkel θ1 auf das Wellenlängenverteilungselement 30.
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Die mehreren Laserstrahlen L100, die von den mehreren Lichtemittern 100 emittiert werden, werden durch das Wellenlängendispersionselement 30 gebeugt und dann durch das Wellenlängendispersionselement 30 übertragen und als gebeugte Strahlen auf den teilreflektierenden Spiegel 40 gerichtet. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Wellenlängendispersionselement 30 ein durchlässiges Beugungsgitter. Es sei darauf hingewiesen, dass das Wellenlängendispersionselement 30 auch ein reflektierendes Beugungsgitter sein kann.
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Darüber hinaus bewirkt das Wellenlängendispersionselement 30, wie in 1 dargestellt, dass die optischen Achsen der gebeugten Strahlen der mehreren Laserstrahlen L100 miteinander zusammenfallen, d.h. die gebeugten Strahlen miteinander kombiniert werden, und überträgt dann die gebeugten Strahlen in Richtung des teilreflektierenden Spiegels 40.
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Der teilreflektierende Spiegel 40 ist eine optische Komponente, die einen Teil der mehreren Laserstrahlen L100, die aus dem Wellenlängendispersionselement 30 ausgetreten sind, reflektiert und den restlichen Teil der mehreren Laserstrahlen L100, die aus dem Dispersionselement 30 ausgetreten sind, durchlässt. Der Reflexionsgrad des teilreflektierenden Spiegels 40 ist wellenlängenabhängig. Zum Beispiel ist der Reflexionsgrad des teilreflektierenden Spiegels 40 wellenlängenabhängig für den Wellenlängenbereich des Ausgangsstrahls Lo (d.h. den violetten bis blauen Bereich). Bei der vorliegenden Ausführungsform beträgt der Reflexionsgrad des teilreflektierenden Spiegels 40 für den Wellenlängenbereich des Ausgangsstrahls Lo 5 % bis 25 %. Konkret ist der teilreflektierende Spiegel 40 eine optische Komponente, die zum Beispiel einen Teil des ersten Laserstrahls L1 entsprechend dem Reflexionsgrad reflektiert und den nicht reflektierten Teil des ersten Laserstrahls L1 (d. h. den restlichen Teil des ersten Laserstrahls L1) durchlässt.
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Es ist zu beachten, dass der Reflexionsbereich des teilreflektierenden Spiegels 40 nicht auf den zuvor beschriebenen Bereich beschränkt ist. Außerdem ist der Wellenlängenbereich, für den der Reflexionsgrad des teilreflektierenden Spiegels 40 wellenlängenabhängig ist, nicht auf den zuvor beschriebenen Wellenlängenbereich beschränkt.
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Der teilreflektierende Spiegel 40 besteht aus einem dichroitischen Spiegel oder dergleichen. Genauer gesagt umfasst der teilreflektierende Spiegel 40 ein transparentes Substrat aus Glas, transparentem Harz oder ähnlichem und eine dichroitische Schicht, die einen Mehrschichtfilm aus einem Dielektrikum auf der Oberfläche des transparenten Substrats umfasst.
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Durch Steuerung der Konfiguration des Mehrschichtfilms und/oder des Materials des in der dichroitischen Schicht enthaltenen Dielektrikums kann der teilreflektierende Spiegel 40 so eingestellt werden, dass er ein vorgegebenes Reflexionsvermögen für eine vorgegebene Wellenlänge aufweist. Dementsprechend kann der Reflexionsgrad des teilreflektierenden Spiegels 40 für den Wellenlängenbereich des Ausgangsstrahls Lo wellenlängenabhängig sein.
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Darüber hinaus fallen, wie zuvor beschrieben, mehrere Laserstrahlen L100, deren optische Achsen zusammenfallen, auf den teilreflektierenden Spiegel 40.
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Der verbleibende Teil der Vielzahl von Laserstrahlen L100, die aus dem teilreflektierenden Spiegel 40 ausgetreten sind, wird als Ausgangsstrahl Lo ausgegeben. Andererseits fällt der Teil der Vielzahl von Laserstrahlen L100, der von dem teilreflektierenden Spiegel 40 reflektiert wurde, wieder auf das Wellenlängendispersionselement 30. Die mehreren Laserstrahlen L100, deren optische Achsen zusammenfallen, werden durch das Wellenlängendispersionselement 30 auf Wellenlängenbasis getrennt. Das Wellenlängendispersionselement 30 überträgt die mehreren Laserstrahlen L100, die auf einer Wellenlängenbasis getrennt wurden, zum optischen Element 20. Darüber hinaus überträgt das optische Element 20 die mehreren Laserstrahlen L100, die auf einer Wellenlängenbasis getrennt wurden, in Richtung der mehreren Lichtemitter 100. Insbesondere wird ein Teil der Vielzahl von Laserstrahlen L100, die von der Vielzahl von Lichtemittern 100 emittiert werden, reflektiert und durch den teilreflektierenden Spiegel 40 zu der Vielzahl von Lichtemittern 100 zurückgeführt. Darüber hinaus wird die Vielzahl der Laserstrahlen L100, die zu der Vielzahl der Lichtemitter 100 zurückgeführt wurden, von dem Rückflächenbeschichtungsfilm reflektiert, der auf der Rückfläche des Laserelements 10 vorgesehen ist, und auf das optische Element 20 gerichtet.
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Wie zuvor beschrieben, ist in der vorliegenden Ausführungsform ein externer Resonator zwischen der Rückfläche des Laserelements 10 und dem teilreflektierenden Spiegel 40 angeordnet. Das heißt, das Laserelement 10 ist eine Laserdiode mit externem Resonator (ECLD).
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Wie zuvor beschrieben, treffen in einer solchen Laserlichtquellenvorrichtung 1 die mehreren von den mehreren Lichtemittern 100 emittierten Laserstrahlen L100 unter unterschiedlichen Einfallswinkeln θi auf das Wellenlängendispersionselement 30. Da die Resonatorlänge jedes der mehreren Laserstrahlen L100 in Abhängigkeit von den Einfallswinkeln θi unterschiedlich ist, haben die mehreren Laserstrahlen L100 unterschiedliche Oszillationswellenlängen. Daher kann in der vorliegenden Ausführungsform das Wellenlängendispersionselement 30 als eine optische Komponente beschrieben werden, die ein Wellenlängenmultiplexing durchführt. Es sollte beachtet werden, dass bei dem Wellenlängendispersionselement 30, das ein Beugungsgitter ist, die Form des Beugungsgitters, wie z. B. der Blazewinkel und der Abstand der Beugungsrillen, so bestimmt wird, dass ein ausreichend größerer Anteil der gebeugten Strahlen, die aus dem Wellenlängendispersionselement 30 ausgetreten sind, in Richtung des teilreflektierenden Spiegels 40 als in eine andere Richtung gerichtet wird.
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[Verhalten der zurückgeführten Strahlen]
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Hier werden von der Vielzahl der Laserstrahlen L100, die von der Vielzahl der Lichtemitter 100 emittiert wurden, die Laserstrahlen beschrieben, die von dem teilreflektierenden Spiegel 40 reflektiert und zu der Vielzahl der Lichtemitter 100 zurückgeführt werden (im Folgenden auch als zurückkehrende Strahlen bezeichnet), und zwar mit Bezug auf eine Laserlichtquellenvorrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel.
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Die Laserlichtquellenvorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel enthält die gleichen Bestandteile wie die Laserlichtquellenvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, mit Ausnahme eines Punktes, der unten beschrieben wird. Insbesondere ist der eine Punkt, dass der Reflexionsgrad eines teilreflektierenden Spiegels, der in der Laserlichtquellenvorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel enthalten ist, nicht wellenlängenabhängig ist, sondern ein konstanter Wert (z. B. 10 %) für den Wellenlängenbereich des Ausgangsstrahls Lo.
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Nachfolgend wird das Ergebnis der Simulation beschrieben, die für die Laserlichtquellenvorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel durchgeführt wurde. 2 ist ein Diagramm, das ein Simulationsergebnis der Amplitude der externen optischen Rückkopplung und der Amplitude der verstärkten spontanen Emission (ASE) der mehreren Laserstrahlen der Laserlichtquellenvorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel zeigt. Es sollte beachtet werden, dass in 2 die horizontale Achse die Wellenlänge des Laserstrahls, die fünf scharfen Spitzen die externe optische Rückkopplungsamplitude und die gebogene Linie die ASE-Amplitude darstellen.
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Das in 2 dargestellte Simulationsergebnis wird zur Vorhersage des Verhaltens der mehreren Laserstrahlen in der Laserlichtquellenvorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel verwendet.
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Die Amplitude der verstärkten Spontanemission (ASE) in 2 ist ein Index, der die Laserverstärkung (d. h. die Leichtigkeit der Verstärkung) in der Vielzahl der Lichtemitter anzeigt. Darüber hinaus ist die externe optische Rückkopplungsamplitude in 2 ein aus der ASE-Amplitude berechneter Wert und ein Index, der die optische Rückkopplungseffizienz jedes der mehreren Lichtemitter anzeigt. Es ist zu beachten, dass die optische Rückkopplungseffizienz des Lichtemitters das Ausmaß angibt, in dem der zurückgeführte Strahl zum Lichtemitter zurückkehrt. Je höher die optische Rückkopplungseffizienz des Lichtemitters ist, desto mehr des Laserstrahls kehrt als Rückstrahl zum Lichtemitter zurück.
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Darüber hinaus bezeichnen λ5, λ4, λ3, λ2 und λ1 in 2 die Spitzenwellenlänge (im Folgenden als Oszillationsspitzenwellenlänge bezeichnet) der Oszillationswellenlänge eines ersten Laserstrahls, eines zehnten Laserstrahls, eines zwanzigsten Laserstrahls, eines dreißigsten Laserstrahls bzw. eines achtunddreißigsten Laserstrahls gemäß dem Vergleichsbeispiel.
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Das Simulationsergebnis der externen optischen Rückkopplungsamplitude in 2 zeigt, dass im Vergleichsbeispiel die optische Rückkopplungseffizienz in der Reihenfolge des ersten Lichtemitters, des zehnten Lichtemitters, des zwanzigsten Lichtemitters, des dreißigsten Lichtemitters und des achtunddreißigsten Lichtemitters höher wird. Mit anderen Worten, in der Laserlichtquelle gemäß dem Vergleichsbeispiel variiert der optische Rückkopplungswirkungsgrad zwischen der Vielzahl von Lichtemittern. Diese Schwankung wird durch den Einfluss des Beugungswirkungsgrades des Wellenlängendispersionselements und durch den Einfluss benachbarter Laserstrahlen verursacht.
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Zunächst wird der Einfluss des Beugungswirkungsgrades beschrieben.
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Der Beugungswirkungsgrad ist ein Wert, den man erhält, indem man die Energie der gebeugten Strahlen durch die Energie der einfallenden Strahlen teilt. Konkret bedeutet dies, dass von den Laserstrahlen, die auf das Wellenlängendispersionselement auftreffen, der Anteil der Laserstrahlen, die als gebeugte Strahlen aus dem Wellenlängendispersionselement austreten, mit zunehmendem Beugungswirkungsgrad höher wird.
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Der Beugungswirkungsgrad ist ein Wert, der in Abhängigkeit von den Einfallswinkeln und den Oszillationswellenlängen der mehreren Laserstrahlen variiert. Da im Vergleichsbeispiel die Einfallswinkel und die Oszillationswellenlängen der mehreren Laserstrahlen unterschiedlich sind, variiert der Beugungswirkungsgrad für die mehreren Laserstrahlen. Mit anderen Worten, der Beugungswirkungsgrad ist für die mehreren Laserstrahlen unterschiedlich.
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Darüber hinaus nimmt im Vergleichsbeispiel von den Laserstrahlen, die aus einem optischen Element austreten und auf das Wellenlängendispersionselement treffen, der Anteil der Laserstrahlen ab, die gemultiplext und auf den teilreflektierenden Spiegel gerichtet werden, wenn der Beugungswirkungsgrad geringer wird. Das heißt, je geringer der Beugungswirkungsgrad, desto mehr Laserstrahlen zeigen ein Verhalten, das sich von dem Verhalten der durch die Pfeile in 1 angedeuteten Vielzahl von Laserstrahlen L100 unterscheidet. Die Laserstrahlen, die ein solches abweichendes Verhalten zeigen, kehren nicht zu der Vielzahl von Lichtemittern zurück, nachdem sie von der Vielzahl von Lichtemittern emittiert wurden, und somit sinkt die optische Rückkopplungseffizienz jedes der Vielzahl von Lichtemittern. Es sollte beachtet werden, dass mit zunehmendem Beugungswirkungsgrad ein Phänomen, das dem zuvor beschriebenen Phänomen entgegengesetzt ist, in größerem Ausmaß auftritt.
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Da der Beugungswirkungsgrad im Vergleichsbeispiel vom Einfallswinkel und der Oszillationswellenlänge abhängt, variiert der Beugungswirkungsgrad für die Vielzahl der Laserstrahlen. Folglich variiert die optische Rückkopplungseffizienz zwischen den mehreren Lichtstrahlern.
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Im Folgenden wird der Einfluss benachbarter Laserstrahlen beschrieben.
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Der erste Laserstrahl, der von dem ersten Lichtemitter emittiert wird, und ein zweiter Laserstrahl, der von einem zweiten Lichtemitter emittiert wird, werden als benachbarte Laserstrahlen bezeichnet. Der erste Laserstrahl und der zweite Laserstrahl beeinflussen sich gegenseitig in dem optischen Element. Beispielsweise beeinflusst der zweite Laserstrahl den ersten Laserstrahl, wenn der zweite Laserstrahl in den optischen Pfad des ersten Laserstrahls eindringt. Ebenso beeinflusst der erste Laserstrahl den zweiten Laserstrahl, wenn der erste Laserstrahl in den optischen Pfad des zweiten Laserstrahls eindringt. Aufgrund dieser Beeinflussung ändert sich die optische Rückkopplungseffizienz sowohl des ersten Lichtemitters, der den ersten Laserstrahl aussendet, als auch des zweiten Lichtemitters, der den zweiten Laserstrahl aussendet. Dementsprechend variiert die optische Rückkopplungseffizienz zwischen der Vielzahl von Lichtemittern, einschließlich des ersten Lichtemitters und des zweiten Lichtemitters.
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Da es eine Schwankung in der optischen Rückkopplungseffizienz in der Laserlichtquellenvorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel gibt, besteht das Problem, dass die Oszillationsstabilität der Vielzahl von Laserstrahlen abnimmt, und dergleichen. Darüber hinaus wird in der Laserlichtquellenvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die optische Rückkopplungseffizienz in ähnlicher Weise durch den Beugungswirkungsgrad des Wellenlängendispersionselements 30 und die Vielzahl der benachbarten Laserstrahlen L100 beeinflusst.
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Im Gegensatz zu dem teilreflektierenden Spiegel gemäß dem Vergleichsbeispiel ist der teilreflektierende Spiegel 40 der Laserlichtquellenvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform jedoch wellenlängenabhängig. Nachfolgend wird ein vorteilhafter Effekt des teilreflektierenden Spiegels 40, der wellenlängenabhängig ist, beschrieben.
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3 ist ein Diagramm, das ein Reflexionsspektrum des teilreflektierenden Spiegels 40 gemäß der vorliegenden Ausführungsform und ein Reflexionsspektrum des teilreflektierenden Spiegels gemäß dem Vergleichsbeispiel zeigt. In 3 stellt die durchgezogene Linie den Reflexionsgrad des teilreflektierenden Spiegels 40 gemäß der vorliegenden Ausführungsform und die gestrichelte Linie den Reflexionsgrad des teilreflektierenden Spiegels gemäß dem Vergleichsbeispiel dar.
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Wie zuvor beschrieben, ist der Reflexionsgrad des teilreflektierenden Spiegels 40 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wellenlängenabhängig und der Reflexionsgrad des teilreflektierenden Spiegels gemäß dem Vergleichsbeispiel ist nicht wellenlängenabhängig, sondern ein konstanter Wert (10 %). Es sollte beachtet werden, dass λ5, λ4, λ3, λ2 und λ1 in 3 die Oszillationsspitzenwellenlänge des ersten Laserstrahls, des zehnten Laserstrahls, des zwanzigsten Laserstrahls, des dreißigsten Laserstrahls bzw. des achtunddreißigsten Laserstrahls in der vorliegenden Ausführungsform und dem Vergleichsbeispiel bezeichnen.
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Da hier mehr des Laserstrahls L100 mit einer Oszillationsspitzenwellenlänge in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich reflektiert wird, wenn der Reflexionsgrad für den vorbestimmten Wellenlängenbereich höher wird, wird die optische Rückkopplungseffizienz des Lichtemitters 100, der einen solchen Laserstrahl L100 emittiert, verbessert. Da der Reflexionsgrad des teilreflektierenden Spiegels 40 wellenlängenabhängig ist, kann die optische Rückkopplungseffizienz jedes der mehreren Lichtemitter 100 durch Steuerung des Reflexionsgrads für den vorbestimmten Wellenlängenbereich gesteuert werden.
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In der vorliegenden Ausführungsform hat der Reflexionsgrad des teilreflektierenden Spiegels 40 außerdem eine Wellenlängenabhängigkeit, die die optische Rückkopplungseffizienz der mehreren Lichtemitter 100 ausgleicht. Beispielsweise wird der Reflexionsgrad des teilreflektierenden Spiegels 40 auf der Grundlage der optischen Rückkopplungseffizienz der Lichtemitter unter der Bedingung bestimmt, dass der Reflexionsgrad des teilreflektierenden Spiegels wie im Vergleichsbeispiel als konstant angenommen wird.
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Der Reflexionsgrad des teilreflektierenden Spiegels 40 für einen Wellenlängenbereich, der die Oszillationsspitzenwellenlänge des von einem vorbestimmten Lichtemitter emittierten Laserstrahls einschließt, wird so bestimmt, dass der Reflexionsgrad höher wird, wenn die optische Rückkopplungseffizienz des vorbestimmten Lichtemitters unter der zuvor beschriebenen Bedingung niedriger wird. Mit anderen Worten, die optische Rückkopplungseffizienz des vorbestimmten Lichtemitters unter der zuvor beschriebenen Bedingung und der Reflexionsgrad des teilreflektierenden Spiegels 40 für den zuvor beschriebenen Wellenlängenbereich haben eine negative Korrelation.
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Insbesondere, wie in 2 dargestellt, wird die optische Rückkopplungseffizienz der Lichtemitter unter der zuvor beschriebenen Bedingung (d.h. im Vergleichsbeispiel) in der Reihenfolge der Lichtemitter, die Laserstrahlen mit Oszillationsspitzenwellenlängen von λ1, λ2, λ3, λ4 und λ5 emittieren, niedriger. Dementsprechend wird, wie in 3 dargestellt, der Reflexionsgrad des teilreflektierenden Spiegels 40 in der Reihenfolge eines Wellenlängenbereichs einschließlich λ1, eines Wellenlängenbereichs einschließlich λ2, eines Wellenlängenbereichs einschließlich λ3, eines Wellenlängenbereichs einschließlich λ4 und eines Wellenlängenbereichs einschließlich λ5 höher. Da die optische Rückkopplungseffizienz jedes der mehreren Lichtemitter 100 in Übereinstimmung mit dem Anstieg des Reflexionsgrads des teilreflektierenden Spiegels 40 ansteigt, neigen die mehreren Lichtemitter 100 dazu, die gleiche optische Rückkopplungseffizienz aufzuweisen.
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Insbesondere wird in der vorliegenden Ausführungsform, da der Reflexionsgrad des teilreflektierenden Spiegels 40 die zuvor beschriebenen Eigenschaften aufweist, eine Laserlichtquellenvorrichtung 1 realisiert, in der zum Beispiel die mehreren Lichtemitter 100 den gleichen optischen Rückkopplungswirkungsgrad im Vergleich zu dem Vergleichsbeispiel aufweisen. Da der teilreflektierende Spiegel 40 den zuvor beschriebenen Reflexionsgrad aufweist, kann außerdem gesagt werden, dass die optische Rückkopplungseffizienz jedes der mehreren Lichtemitter 100 so eingestellt ist, dass eine Schwankung in der optischen Rückkopplungseffizienz zwischen den mehreren Lichtemittern 100 im Vergleich zum Vergleichsbeispiel reduziert ist. Folglich wird eine Abnahme der Oszillationsstabilität der mehreren Laserstrahlen L100 unterdrückt.
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Es ist zu beachten, dass „die gleiche optische Rückkopplungseffizienz“ nicht nur eine völlig identische optische Rückkopplungseffizienz bedeutet. Wenn beispielsweise die optische Rückkopplungseffizienz jedes der mehreren Lichtemitter 100 in den Bereich von 90 % bis 110 % des Durchschnittswerts fällt, der aus der optischen Rückkopplungseffizienz der mehreren Lichtemitter 100 berechnet wird, kann davon ausgegangen werden, dass die mehreren Lichtemitter 100 die gleiche optische Rückkopplungseffizienz aufweisen.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist das Wellenlängendispersionselement 30 ein Beugungsgitter.
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Da das Wellenlängendispersionselement 30 einen höheren Beugungswirkungsgrad aufweist, kann die optische Nutzungseffizienz der Laserlichtquelle 1 entsprechend verbessert werden.
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Darüber hinaus umfasst die Laserlichtquellenvorrichtung 1 in der vorliegenden Ausführungsform ein Laserelement 10 mit einer Vielzahl von Lichtemittern 100 (z. B. einem ersten Lichtemitter 101 und einem zweiten Lichtemitter 102).
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Dementsprechend kann in der Laserlichtquellenvorrichtung 1, die ein Laserelement 10 mit einer Mehrfachemitter-Struktur enthält, die optische Rückkopplungseffizienz der mehreren Lichtemitter 100 gleichgemacht werden.
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Es ist zu beachten, dass der Reflexionsgrad des teilreflektierenden Spiegels 40 vorzugsweise 3 % bis 50 %, noch bevorzugter 5 % bis 40 % und noch bevorzugter 8 % bis 30 % beträgt. Wenn der Reflexionsgrad höher wird, kann die optische Rückkopplungseffizienz weiter verbessert werden. Da außerdem der Ausgangsstrahl Lo zunimmt, wenn der Reflexionsgrad niedriger wird (d. h., wenn der Transmissionsgrad höher wird), wird die optische Nutzungseffizienz der Laserlichtquellenvorrichtung 1 verbessert.
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Im Folgenden wird eine Laserbearbeitungsvorrichtung, die ein Anwendungsbeispiel für die Laserlichtquellenvorrichtung 1 ist, unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
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4 ist eine schematische Darstellung der Laserbearbeitungsvorrichtung 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 300 umfasst die Laserlichtquelle 1, den optischen Pfad 500 und den Kopf 600.
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Obwohl die Konfiguration der Laserlichtquelle 1 so wie zuvor beschrieben ist, werden das optische Element 20, das Wellenlängendispersionselement 30 und der teilreflektierende Spiegel 40 in 4 der Einfachheit halber zusammen als optisches Element 400 dargestellt.
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Der optische Pfad 500 ist eine optische Komponente, die den von der Laserlichtquelle 1 ausgegebenen Ausgangsstrahl Lo empfängt und den Ausgangsstrahl Lo an den Kopf 600 ausgibt. Der optische Pfad 500 umfasst eine optische Komponente, z. B. eine optische Faser oder ein Reflexionsspiegel.
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Der Kopf 600 ist eine optische Komponente, die den Ausgangsstrahl Lo, der von der Laserlichtquelle 1 über den optischen Pfad 500 ausgegeben wurde, als Bearbeitungsstrahl L der Laserbearbeitungsvorrichtung 300 ausgibt. Es reicht aus, dass der Kopf 600 ein optisches Element, wie z. B. eine Linse mit einer Lichtkonversionsfunktion, enthält.
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Die Laserbearbeitungsvorrichtung 300, die eine solche Konfiguration aufweist, kann ein zu bearbeitendes Objekt mit der Vielzahl von Laserstrahlen L100, die aus dem Laserelement 10 austreten, direkt und mit hoher optischer Dichte bestrahlen. Da die mehreren Laserstrahlen L100, die aus dem Laserelement 10 austreten, direkt verwendet werden können, kann außerdem die Wellenlänge eines zu verwendenden Laserstrahls durch Austausch des Laserelements 10 leicht geändert werden. Da die Wellenlänge entsprechend der Lichtabsorption des zu bearbeitenden Objekts ausgewählt werden kann, kann die Effizienz der Bearbeitung, wie z. B. Schweißen oder Schneiden, verbessert werden.
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Ausführungsform 2
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Als nächstes wird eine Laserlichtquellenvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. 5 ist eine perspektivische Ansicht, die die Konfiguration einer Vielzahl von Laserelementen zeigt, die in der Laserlichtquellenvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthalten sind.
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Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von Ausführungsform 1 dadurch, dass in der vorliegenden Ausführungsform eine Vielzahl von Laserelementen vorgesehen ist.
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Insbesondere hat die Laserlichtquellenvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform die gleiche Konfiguration wie die Laserlichtquellenvorrichtung 1 gemäß Ausführungsform 1, mit der Ausnahme, dass das Laserelement 10a und das Laserelement 10b als eine Vielzahl von Laserelementen vorgesehen sind.
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Es ist zu beachten, dass jedes der Laserelemente 10a und 10b die gleiche Konfiguration wie das Laserelement 10 gemäß Ausführungsform 1 aufweist.
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Das Laserelement 10a umfasst eine Vielzahl von Lichtemittern 100a, die sich aus 38 Lichtemittern 100a zusammensetzen, nämlich dem ersten Lichtemitter 101a bis zum achtunddreißigsten Lichtemitter 138a. Außerdem sendet jeder der mehreren Lichtemitter 100a einen Laserstrahl aus. Die von der Vielzahl der Lichtemitter 100a emittierten Laserstrahlen werden hier umfassend als eine Vielzahl von Laserstrahlen L100a bezeichnet.
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In ähnlicher Weise umfasst das Laserelement 10b eine Vielzahl von Lichtemittern 100b, die sich aus 38 Lichtemittern 100b zusammensetzen, nämlich dem ersten Lichtemitter 101b bis zum achtunddreißigsten Lichtemitter 138b. Außerdem sendet jeder der mehreren Lichtemitter 100b einen Laserstrahl aus. Die von der Vielzahl der Lichtemitter 100b emittierten Laserstrahlen werden hier umfassend als eine Vielzahl von Laserstrahlen L100b bezeichnet.
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Der Reflexionsgrad eines teilreflektierenden Spiegels gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat eine Wellenlängenabhängigkeit, die die optische Rückkopplungseffizienz der mehreren Lichtemitter 100a und der mehreren Lichtemitter 100b ausgleicht.
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Mit anderen Worten, der Reflexionsgrad des teilreflektierenden Spiegels gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist eine Wellenlängenabhängigkeit auf, die die optische Rückkopplungseffizienz der insgesamt 76 Lichtemitter des ersten Lichtemitters 101a bis zum achtunddreißigsten Lichtemitter 138a und des ersten Lichtemitters 101b bis zum achtunddreißigsten Lichtemitter 138b ausgleicht. Beispielsweise hat der Reflexionsgrad des teilreflektierenden Spiegels gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Wellenlängenabhängigkeit, die die optische Rückkopplungseffizienz des ersten Lichtemitters 101a und des zweiten Lichtemitters 102b ausgleicht.
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Auch in diesem Fall wird eine Laserlichtquellenvorrichtung realisiert, bei der die mehreren Lichtemitter 100a und die mehreren Lichtemitter 100b die gleiche optische Rückkopplungseffizienz aufweisen, wobei eine Abnahme der Oszillationsstabilität der mehreren Laserstrahlen L100a und der mehreren Laserstrahlen L100b unterdrückt wird.
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Ausführungsform 3
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Als nächstes wird eine Laserlichtquellenvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. 6 ist eine perspektivische Ansicht, die die Konfiguration einer Vielzahl von Laserelementen 10c zeigt, die in der Laserlichtquellenvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthalten sind.
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Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von Ausführungsform 1 und Ausführungsform 2 dadurch, dass jedes der mehreren Laserelemente 10c einen einzelnen Lichtemitter enthält.
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Insbesondere hat die Laserlichtquellenvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform die gleiche Konfiguration wie die Laserlichtquellenvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 und Ausführungsform 2, mit der Ausnahme, dass eine Vielzahl von Laserelementen 10c vorgesehen ist und jedes der Vielzahl von Laserelementen 10c einen einzelnen Lichtemitter umfasst.
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In der vorliegenden Ausführungsform besteht die Vielzahl der Laserelemente 10c aus dem ersten Laserelement 1c bis zum achtunddreißigsten Laserelement 38c. Das erste Laserelement 1c bis das achtunddreißigste Laserelement 38c umfassen jeweils den ersten Lichtemitter 101c bis den achtunddreißigsten Lichtemitter 138c. Insbesondere ist jedes der mehreren Laserelemente 10c gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Laserchip, der eine Einzelemitter-Struktur aufweist. Außerdem sendet jeder der mehreren Lichtemitter (erster Lichtemitter 101c bis achtunddreißigster Lichtemitter 138c) einen Laserstrahl aus. Die von der Vielzahl der Lichtemitter emittierten Laserstrahlen werden hier als eine Vielzahl von Laserstrahlen L100c bezeichnet.
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Auch in der vorliegenden Ausführungsform hat der Reflexionsgrad eines teilreflektierenden Spiegels eine Wellenlängenabhängigkeit, die die optische Rückkopplungseffizienz der mehreren Lichtemitter (d.h. erster Lichtemitter 101c bis achtunddreißigster Lichtemitter 138c) ausgleicht. Auch in diesem Fall wird eine Laserlichtquellenvorrichtung realisiert, in der die Vielzahl von Lichtemittern den gleichen optischen Rückkopplungswirkungsgrad aufweist, wobei eine Abnahme der Oszillationsstabilität der mehreren Laserstrahlen L100c unterdrückt wird.
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In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Laserlichtquellenvorrichtung außerdem mehrere Laserelemente 10c. Die mehreren Laserelemente 10c umfassen zum Beispiel das erste Laserelement 1c mit dem ersten Lichtemitter 101c und das zweite Laserelement 2c mit dem zweiten Lichtemitter 102c.
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Dementsprechend kann in der Laserlichtquellenvorrichtung, die eine Vielzahl von Laserelementen 10c enthält, die jeweils eine Einzelemitter-Struktur aufweisen, dafür gesorgt werden, dass die Vielzahl von Lichtemittern die gleiche optische Rückkopplungseffizienz aufweist.
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Weitere Ausführungsformen
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Obwohl die Laserlichtquellenvorrichtung und die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zuvor anhand der zuvor beschriebenen Ausführungsformen beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.
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Auch wenn der Wellenleiter im Laserelement in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen eine Rippen-Streifen-Struktur aufweist, ist der Wellenleiter nicht auf diese Struktur beschränkt. Beispielsweise kann der Wellenleiter eine Elektroden-Streifen-Struktur aufweisen, die nur aus einer geteilten Elektrode besteht, ohne einen Rippen-Streifen zu bilden, oder er kann eine Strombegrenzungsstruktur mit einer Stromsperrschicht aufweisen.
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Obwohl ein Fall beschrieben wurde, in dem ein Halbleitermaterial auf Nitridbasis für das Laserelement gemäß den zuvor beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, ist das Material nicht auf diesen Fall beschränkt. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung auch auf einen Fall angewendet werden, in dem ein anderes Halbleitermaterial als ein Nitrid-Halbleitermaterial verwendet wird. In einem solchen Fall enthält das Laserelement eine Halbleiterlaserschichtstruktur, die ein anderes Halbleitermaterial anstelle einer Halbleiterlaserschichtstruktur auf Nitridbasis verwendet.
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Darüber hinaus sollen Formen, die durch verschiedene Modifikationen der Ausführungsformen erreicht werden, die sich dem Fachmann ergeben, sowie Formen, die sich aus beliebigen Kombinationen von Bestandteilen und Funktionen in den Ausführungsformen ergeben, die nicht vom Kern der vorliegenden Erfindung abweichen, in den Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung einbezogen werden.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die Laserlichtquelle und der Laserbearbeitungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung eignen sich zum Beispiel für Industriemaschinen, die für Bearbeitungen wie Schweißen oder Schneiden verwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Laserlichtquellenvorrichtung
- 1c
- Erstes Laserelement
- 2c
- Zweites Laserelement
- 3c
- Drittes Laserelement
- 10,10a,10b,10c
- Laserelement
- 20
- Optisches Element
- 30
- Wellenlängendispersionselement
- 37c
- Siebenunddreißigstes Laserelement
- 38c
- Achtunddreißigstes Laserelement
- 40
- Teilreflektierender Spiegel
- 100,100a,100b
- Lichtemitter
- 101,101a,101b,101c
- Erster Lichtemitter
- 102,102a,102b,102c
- Zweiter Lichtemitter
- 103,103a,103b,103c
- Dritter Lichtemitter
- 137,137a,137b,137c
- Siebenunddreißigster Lichtemitter
- 138, 138a, 138b, 138c
- Achtunddreißigster Lichtemitter
- 300
- Laserbearbeitungsvorrichtung
- 400
- Optisches Element
- 500
- Optische Pfad
- 600
- Kopf
- L1
- Erster Laserstrahl
- L2
- Zweiter Laserstrahl
- L3
- Dritter Laserstrahl
- L37
- Siebenunddreißigster Laserstrahl
- L38
- Achtunddreißigster Laserstrahl
- L100,L100a,L100b,L100c
- Laserstrahl
- L
- Verarbeitungsstrahl
- Lo
- Ausgangsstrahl
- Θi
- Auftreffwinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2014 [0005]
- JP 120560 A [0005]
