DE19803728B4

DE19803728B4 - Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung

Info

Publication number: DE19803728B4
Application number: DE1998103728
Authority: DE
Inventors: Akaru Usui; Shinji Sato; Hisao Tanaka
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-06-26
Filing date: 1998-01-30
Publication date: 2004-09-30
Anticipated expiration: 2018-01-31
Also published as: DE19803728A1

Abstract

Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung
mit einem Festkörperlasermedium (1),
mit einem Halbleiterlaser (3) als Laseranregungsquelle und
mit einem optischen Transmissionskörper (5) zum Einkoppeln eines im Halbleiterlaser (3) angeregten Strahls in das Festkörperlasermedium (1),
wobei die optische Hauptachse (A) des optischen Transmissionskörpers im wesentlichen senkrecht zur Ausdehnungsrichtung des Festkörperlasermediums ausgerichtet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die dem Halbleiterlaser gegenüberliegende Oberfläche des optischen Transmissionskörpers eine konkave Form hat, wenn der Ausdruck (1) positiv ist und eine konvexe Form hat, wenn der Ausdruck (1) negativ ist: arc cos(1/ng) – arc sin(1/ng)–β (1)wobei n_g der Brechungsindex des optischen Transmissionskörpers und β der Neigungswinkel derjenigen Seitenflächen des optischen Transmissionskörpers zur optischen Hauptachse (A) ist, die parallel zur Ausdehnungsrichtung des Festkörperlasermediums ausgerichtet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung, und insbesondere ein optisches System in der Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung zum Ausbreiten (Senden) eines von einem Halbleiterlaser ausgegebenen angeregten Strahls zu einem Festkörperlasermedium.
15 und 16 zeigen jeweils Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtungen (Festkörperlaseroszillatoren), die auf der herkömmlichen Technologie basieren. Es sollte beachtet werden, daß 16 eine Querschnittsansicht entlang der Linie XVI-XVI der in 15 gezeigten Vorrichtung ist. Die Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung weist folgendes auf: ein Festkörperlasermedium 101, einen Halbleiterlaser 103 als Laseranregungsquelle und eine optische Führungsplatte 105, die aus einer rechteckigen festen Platte gebildet ist, zum Ausbreiten eines im Halbleiterlaser 103 angeregten Strahls zum Festkörperlasermedium 101.
Ein aus dem Halbleiterlaser 103 gesendeter angeregter Strahl geht mit einem bestimmten Divergenzwinkel in die optische Führungsplatte 105 und erreicht die Seite des Festkörperlasermediums 101 unter einer Totalreflexion an der inneren Seitenfläche der optischen Führungsplatte 105 und wird im Festkörperlasermedium 101 absorbiert.
Wenn ein Halbleiterlaser mit einem großen Divergenzwinkel verwendet wird, ist es erforderlich, eine Dicke (einen Bereich einer Oberfläche, die den angeregten Strahl empfängt) der optischen Führungsplatte 105 größer zu machen, so daß der gesamte vom Halbleiterlaser 103 ausgesendete angeregte Strahl in das Innere der optischen Führungsplatte 105 geht, aber die optische Führungsplatte 105 beim herkömmlichen Typ einer Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung hat die Form einer rechteckigen festen Platte, so daß ein Bereich der Oberfläche, aus der ein Strahl hinausgeht, der optischen Führungsplatte 105 bei der Seite des Festkörperlasermediums 101 mit einem größeren Bereich der Oberfläche, die einen angeregten Strahl empfängt, der optischen Führungsplatte 105 auch größer wird, wodurch der angeregte Strahl im Festkörperlasermedium 101 nicht absorbiert wird, so daß ein Verlustanteil aufgrund dessen, daß der angeregte Strahl die Innenseite der optischen Führungsplatte 105 entlang zurückgeht, größer wird.
Zum effizienten Übertragen eines Strahls ist es erforderlich, Positionen eines Halbleiterlaserchips, der im Halbleiterlaser 103 enthalten ist, sowie der optischen Führungsplatte 105 präzise auf einen spezifizierten Pegel oder besser dreidimensional einzustellen. 17 zeigt einen Einfluß eines vertikalen Fehlers (eines Versatzes einer optischen Achse) zwischen dem Halbleiterlaserchip und der optischen Führungsplatte auf einen Kopplungsverlust. Die x-Achse zeigt ein Verhältnis eines vertikalen Fehlers zur Dicke der optischen Führungsplatte. Die in 17 gezeigte Kopplungsverlust-Kurve ist in Abhängigkeit von einem Divergenzwinkel eines vom Halbleiterlaserchip nach außen gehenden Strahls sowie von einem Material der optischen Führungsplatte unterschiedlich. Dieses Beispiel zeigt die Tatsache, daß sich dann, wenn der vertikale Fehler größer als 30 % wird, ein Kopplungsverlust abrupt erhöht.
18 zeigt einen Einfluß eines Spalts in der Richtung der optischen Achse zwischen dem im Halbleiterlaser eingebauten Halbleiterlaserchip und der optischen Führungsplatte auf einen Kopplungsverlust. Die Kopplungsverlust-Kurve ist in diesem Fall auch in Abhängigkeit von einem Divergenzwinkel eines vom Halbleiterlaserchip nach außen gehenden Strahls sowie von einem Material der optischen Führungsplatte 105 unterschiedlich. Dieses Beispiel zeigt die Tatsache, daß sich dann, wenn der Spaltfehler größer als 25 % wird, ein Kopplungsverlust allmählich erhöht.

Aus R. Beach et al.: Passively Q-switched transverse-diodepumped Nd³⁺: YLF laser oscillator" in Opt. Lett. 17, Nr. 2, Jan. 1992, S. 124-126 ist eine Halbieiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung mit einem Festkörperlasermedium, mit einem Halbleiterlaser als Laseranregungsquelle und mit einem optischen Transmissionskörper zum Einkuppeln eines im Halbleiterlaser angeregten Strahls in das Festkörperlasermedium bekannt, wobei die optische Hauptachse des optischen Transmissionskörpers im wesentlichen senkrecht zur Ausdehnungsrichtung des Festkörperlasermediums ausgerichtet ist. Der optische Transmissionskörper ist in der Schnittebene senkrecht zur Ausdehnungsrichtung des Festkörperlasermediums trapezförmig ausgebildet und in der Ebene der Ausdehnungsrichtung des Festkörperlasermediums und der optischen Hauptachse (A) rechteckig ausgebildet. Auf diese Weise werden die Seitenflächen des Halbleiterlasers an die Seitenflächen des Festkörpermediums angekuppelt.

Aus US 4,756,002 ist eine Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung bekannt, deren Festkörperlasermedium mit einer rohrförmigen Vorrichtung konzentrisch umgeben ist, deren Innenwandung als reflektierender Spiegel ausgebildet ist. An der Außenwandung sind jeweils Laserdiodenarrays mit Sammellinsen angebracht, die angeregtes Laserlicht in das Innere der rohrförmigen Vorrichtung leiten. Außerdem sind an der Innenwandung Retroreflektoren angebracht, um die innerhalb der rohrförmigen Vorrichtung reflektierten Strahlen innerhalb bestimmter Grenzen einzufangen und damit die Einkupplung in das Festkörperlasermedium zu maximieren.

Aus R.J. Beach "Optimization of Quasi-Three Level End-Pumped Q-Switched Lasers" in US journal: IEEE J. Quant. Electronics, Vol. 31, No. 9, Sept. 1995, Seiten 1606 bis 1613 ist eine Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung mit einem Laserdiodenarray, mit einem Festkörperlasermedium und mit einem optischen Transmissionskörper zum Einkuppeln des in dem Laserdiodenarray angeregten Laserlichts in das Festkörperlasermedium bekannt. Zwischen dem Laserdiodenarray und dem optischen Transmissionskörper sind Mikrolinsen vorgesehen, die den Divergenzwinkel der durch die Laserdioden erzeugten Strahlen optimieren sollen.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung mit einem so verbesserten optischen System zu erhalten, daß ein vom Halbleiterlaser ausgegebener angeregter Strahl effizient zu einem Festkörperlasermedium ausgebreitet wird und das Festkörperlasermedium den angeregten Strahl effizient absorbieren kann, und zwar durch Reduzieren eines Verlustes aufgrund dessen, daß der angeregte Strahl vom Halbleiterlaser eine Innenseite der optischen Führungsplatte entlang zurückgeht, sowie eines Kopplungsverlusts des Strahls.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1, 2 und 4 gelöst.

In der Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Querschnittsbereich der optischen Führungsplatte bei der Seite des Halbleiterlasers davon größer und wird von der Halbleiterlaserseite in Richtung zur Seite des Festkörperlasermediums gemäß einer Dickenänderung der Platte kleiner, so daß eine große Menge eines angeregten Strahls vom Halbleiterlaser in die optische Führungsplatte geholt wird, wodurch eine Menge des angeregten Strahls, die vom Festkörperlasermedium zur optischen Führungsplatte zurückgeht, reduziert wird.

In der Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung hat eine Form einer Oberfläche, die einen Strahl empfängt, der optischen Führungsplatte eine konkave Form oder eine konvexe Form gemäß einem Brechungsindex n_g der optischen Führungsplatte.

In der Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird der gesamte von der optischen Führungsplatte ausgegebene angeregte Strahl im Festkörperlasermedium absorbiert, ohne daß irgendein Teil davon von einer konvergierenden Vorrichtung zur Außenseite davon entweicht.

In der Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird der gesamte im Halbleiterlaser angeregte Strahl direkt in die optische Führungsplatte eingeführt, und der angeregte Strahl von der optischen Führungsplatte wird im gesamten Bereich der Länge des Festkörperlasermediums absorbiert.

In der Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird der angeregte Strahl, der ins Innere der optischen Führungsplatte eingetreten ist, darin total reflektiert, so daß keinerlei Strahl von der Seitenfläche davon oder ähnlichem zur Außenseite davon entweicht.

In der Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Einheitlichkeit eines angeregten Strahls in der axialen Richtung durch eine optische Diffusionsplatte verbessert.

In der Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß einem Anwendungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Höhendistanzstück zum Einstellen eines Versatzes einer optischen Achse so spezifiziert, daß eine Versatzrate der optischen Achse zwischen dem Halbleiterlaserchip, der den Halbleiterlaser hat, und der optischen Führungsplatte innerhalb der spezifizierten Fehlergrenzen sein wird, und ein Spaltdistanzstück zum Einstellen eines Spalts ist so spezifiziert, daß ein Spalt in der Richtung der optischen Achse zwischen ihnen innerhalb eines spezifizierten Bereichs eines zulässigen Fehlers sein wird, wodurch die Versatzrate der optischen Achse zwischen ihnen sowie der Spalt in der Richtung der optischen Achse zwischen ihnen innerhalb des Bereichs eines zulässigen Fehlers sein werden.

In der Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß einem Anwendungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das Höhendistanzstück in einem Raum zwischen einem untersten Abschnitt des Hauptkörpers des Pakets und dem Halteelement der optischen Führungsplatte vorgesehen, so daß eine Versatzrate der optischen Achse zwischen dem Halbleiterlaserchip und der optischen Führungsplatte innerhalb eines Bereichs eines zulässigen Fehlers sein wird, und das Spaltdistanzstück ist in einem Raum zwischen dem Vorderabschnitt des Hauptkörpers des Pakets und dem Halteelement der optischen Führungsplatte vorgesehen, so daß ein Spalt in der Richtung der optischen Achse zwischen dem Halbleiterlaserchip und der optischen Führungsplatte innerhalb des Bereichs eines zulässigen Fehlers sein wird.

In der Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß einem Anwendungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die optische Führungsplatte durch ein Spaltdistanzstück gestützt, und wenn das Spaltdistanzstück auf einen Hauptkörper des Pakets für den Halbleiterlaser zum Einstellen des Spalts gedrückt wird, wird der Spalt in der Richtung der optischen Achse zwischen dem Halb leiterlaserchip und der optischen Führungsplatte innerhalb eines Bereichs eines zulässigen Fehlers sein, und das Höhendistanzstück ist in einem Raum zwischen dem Spaltdistanzstück und dem Halteelement für die optische Führungsplatte vorgesehen, so daß die Versatzrate der optischen Achse zwischen dem Halbleiterlaserchip und der optischen Führungsplatte innerhalb eines Bereichs eines zulässigen Fehlers sein wird.

In der Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß einem Anwendungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Unter-Halterung an einem Unter-Halterungs-Positionsanordnungsabschnitt positioniert und angeordnet, und eine optische Führungsplatte ist am Positionsanordnungsabschnitt für die optische Führungsplatte positioniert und angeordnet, und mit beiden Positionsanordnungen wird die Versatzrate der optischen Achse zwischen dem Halbleiterlaserchip und der optischen Führungsplatte innerhalb eines Bereichs eines zulässigen Fehlers sein, und der Spalt in der Richtung der optischen Achse zwischen ihnen wird innerhalb des Bereichs eines zulässigen Fehlers sein.

In der Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß einem Anwendungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Unter-Halterung an dem Unter-Halterungs-Positionsanordnungsabschnitt positioniert und angeordnet, der durch einen Stufenabschnitt zur Verfügung gestellt ist, der mittels eines (maschinellen) Bearbeitens des Hauptkörpers des Pakets erhalten ist, eine optische Führungsplatte ist an dem Positionsanordnungsabschnitt für die optische Führungsplatte positioniert und angeordnet, zur Verfügung gestellt durch einen dadurch erhaltenen Stufenabschnitt, und mit beiden der positionsmäßigen Anordnungen wird die Versatzrate der optischen Achse zwischen dem Halbleiterlaserchip und der optischen Führungsplatte innerhalb eines Bereichs eines zulässigen Fehlers sein, und der Spalt in der Richtung der optischen Achse zwischen ihnen wird innerhalb des Bereichs eines zulässigen Fehlers sein.

In der Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß einem Anwendungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die optische Führungsplatte zwischen dem Hauptkörper des Pakets und einer Paketabdeckung schichtenweise angeordnet und gehalten, wodurch eine Haltekraft der optischen Führungsplatte erhöht wird.

In der Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß einem Anwendungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die optische Führungsplatte mit einem Packungs- bzw. Abdichtungsmittel oder einem Klebemittel zwischen dem Hauptkörper des Pakets und der Paketabdeckung schichtenweise angeordnet und gehalten, so daß das Packungsmittel oder Klebemittel als Dämpfungsmaterial bzw. Polstermaterial wirken kann, um ein Zerbrechen der optischen Führungsplatte aufgrund einer sehr großen Sandwich-Anordnungskraft zu verhindern.

In der Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß einem Anwendungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Brechungsindex des Packungsmittels oder des Klebemittels kleiner als jener der optischen Führungsplatte, und mit dieser optischen Eigenschaft wird ein optischer Austrittsverlust eines Lichtstrahls vom Seitenflächenabschnitt der optischen Führungsplatte unterdrückt.

Andere Aufgaben und Merkmale dieser Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verstanden:
1 ist eine Vorderansicht, die eine Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine Querschnittsansicht der in 1 gezeigten obigen Vorrichtung entlang der Linie II-II;
3 ist eine Vorderansicht, die einen Fall zeigt, bei dem eine Oberfläche, die einen Strahl empfängt, in der Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung eine konkave Form hat;
4 ist eine Vorderansicht, die einen Fall zeigt, in dem eine Oberfläche, die einen Strahl empfängt, in der Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung eine konvexe Form hat;
5 ist eine Vorderansicht, die eine Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist eine Vorderansicht, die eine Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß einem Anwendungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 ist eine Draufsicht, die die Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß dem Anwendungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 ist eine Vordersicht, die eine Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß einem Anwendungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 ist eine Vorderansicht, die eine Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß einem Anwendungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 ist eine vergrößerte Ansicht des in 9 gezeigten Bereichs A;
11 ist eine Vorderansicht, die eine Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß einem Anwendungsbeispiel 4 der vorliegenden Erfindung zeigt;
12 ist eine vergrößerte Ansicht des in 11 gezeigten Bereichs A;
13 ist eine Vorderansicht, die eine Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß einem Anwendungsbeispiel 5 der vorliegenden Erfindung zeigt;
14 ist eine vergrößerte Ansicht des in 13 gezeigten Bereichs A;
15 ist eine Vorderansicht, die eine Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung zeigt, die auf der herkömmlichen Technologie basiert;
16 ist eine Querschnittsansicht der in 15 gezeigten obigen Vorrichtung entlang der Linie XVI-XVI;
17 ist eine Kurve, die Kopplungsverlust-Kennlinien aufgrund eines vertikalen Fehlers zeigt; und
18 ist eine Kurve, die Kopplungsverlust-Kennlinien aufgrund eines Spaltfehlers zeigt.
Nun werden Ausführungsbeispiele und Anwendungsbeispiele der Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben.
1 bis 4 zeigen jeweils eine Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung.
Diese Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung weist folgendes auf: ein zylindrisches Festkörperlasermedium 1, das aus einem YAG-Stab oder ähnlichem hergestellt ist, einen plattenförmigen Halbleiterlaser (ein Halbleiterlaserpaket) 3, der mit einer Laserdiode als Laseranregungsquelle ausgebildet ist, eine optische Führungsplatte (einen optischen Transmissionskörper) 5, die aus optischem Glas hergestellt ist, zum Ausbreiten eines im Halbleiterlaser 3 angeregten Strahls zum Festkörperlasermedium 1, und eine konvergierende Vorrichtung, die mit einem zylindrischen reflektierenden Spiegel ausgebildet ist, zum Reflektieren des von der optischen Führungsplatte 5 ausgegebenen angeregten Strahls zum Festkörperlasermedium 1.
Das Festkörperlasermedium 1 ist an der zentralen Position innerhalb der konvergierenden Vorrichtung 7 konzentrisch angeordnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel gibt es vier Einheiten eines Halbleiterlaser 3 und ebenso vier Schichten einer optischen Führungsplatte 5 und zwar jeweils für die jeweiligen Halbleiterlaser 3, die jeweils einheitlich mit einem Rotationswinkel von 90 Grad um die zentrale Achse des Festkörperlasermediums 1 radial beabstandet sind.
Die optische Führungsplatte 5 hat die größte Dicke bei der Oberfläche 5a, die einen Strahl empfängt, bei der Seite des Halbleiterlasers 3 davon, wird von der Oberfläche, die einen Strahl empfängt, in Richtung zur Seite des Festkörperlasermediums 1 kleiner und hat die minimale Dicke bei der Oberfläche 5b davon, bei der ein Strahl nach außen geht. Mit dieser Eigenschaft wird ein Querschnittsbereich, der eine optische Hauptachse A (siehe 3, 4) zur Ausbreitung eines vom Halbleiterlaser 3 ausgegebenen angeregten Strahls rechtwinklig kreuzt, bei der Seite des Halbleiterlasers davon größer und wird von der Seite des Halbleiterlasers in Richtung zur Seite des Festkörperlasermediums 1 kleiner.
Wie es in 2 gezeigt ist (2 ist eine Querschnittsansicht der in 1 gezeigten Vorrichtung entlang der Linie II-II), ist eine Länge der optischen Führungsplatte 5 bei der Seite des Halbleiterlasers 3 im wesentlichen gleich einer Länge eines Schlitzes eines Abschnitts 3a zum Senden eines durch einen Schlitz geformten Strahls im Halbleiterlaser 3, und eine Länge von ihr bei der Seite des Festkörperlasermediums 1 ist im wesentlichen gleich der Länge des Festkörperlasermediums 1 (eine Länge der Achse), was ein Trapez für ihre ebene Figur ergibt.
Mit diesem Merkmal wird der gesamte im Halbleiterlaser 3 angeregte Strahl direkt in die optische Führungsplatte 5 eingeführt, und der angeregte Strahl wird von der optischen Führungsplatte 5 in das Festkörperlasermedium 1 durch seine gesamte Länge hindurch absorbiert.
Ebenso ist es in diesem Fall durch Einstellen der Dicke der optischen Führungsplatte 5 möglich, einen Bereich der Oberfläche 5a, die einen Strahl empfängt, bei der Seite des Halbleiterlasers 3 zu maximieren, sowie jenen der Oberfläche 5b, aus der der Strahl hinausgeht, zu minimieren.
Die konvergierende Vorrichtung 7 ist eine Vorrichtung zum Reflektieren eines angeregten Strahls, der von der optischen Führungsplatte 5 zum Festkörperlasermedium 1 nach außen geht, und der gesamte Rand des Festkörperlasermediums 1 ist durch diese konvergierende Vorrichtung 7 sowie durch die optische Führungsplatte 5 umgeben, ohne irgendeinen Raum darin zu lassen.
Mit diesem Merkmal wird der gesamte angeregte Strahl, der daraus nach außen geht, im Festkörperlasermedium 1 absorbiert, ohne daß irgendein Teil davon von der konvergierenden Vorrichtung 7 zur Außenseite davon entweicht.
Ein von dem Abschnitt 3a zum Senden eines durch einen Schlitz geformten Strahls des Halbleiterlasers 3 gesendeter angeregter Strahl geht durch die Oberfläche 5a zum Empfangen eines Strahls mit einer bestimmten Divergenz (einem Divergenzwinkel) in die optische Führungsplatte 5. Der maximale Divergenzwinkel (hierin nachfolgend als kritischer Winkel beschrieben) θ, mit welchem ein angeregter Strahl unter Wiederholung seiner Mehrfachreflexionen an beiden Seitenflächen 5c der optischen Führungsplatte 5 ausgebreitet werden kann, wird unter der Annahme, daß ein Brechungsindex der optischen Führungsplatte 5 n_g ist, durch den Ausdruck (3) erhalten. Θ = arc sin [ng · sin{arc cos · (1/ng) –α–(β}] +α (3)
Hierin zeigt α eine Neigung von einer vertikalen Oberfläche gegenüber einer Referenzoberfläche der optischen Führungsplatte 5 zwischen dem Abschnitt 3a zum Aussenden eines durch einen Schlitz geformten Strahls des Halbleiterlasers 3 und dem Zentrum des Festkörperlasermediums 1 an der Stelle zum Empfangen eines angeregten Strahls an, und β zeigt eine Neigung von Seitenflächen 5c der optischen Führungsplatte 5 gegenüber der Richtung der optischen Hauptachse zur Ausbreitung des angeregten Strahls an.
In einem Bereich, in welchem die Neigung β ein positiver Wert ist, ist ein Querschnittsbereich der optischen Führungsplatte 5 bei der Seite des Halbleiterlasers 3 größer als ihr Querschnittsbereich bei der Seite des Festkörperlasermediums 1, so daß eine Menge des angeregten Strahls, die von der Seite der konvergierenden Vorrichtung 7 zurückgeht, verglichen mit einem Fall reduziert werden kann, in welchem eine optische Führungsplatte mit der Form einer rechteckigen festen Platte verwendet wird.
Der kritische Winkel θ nimmt einen maximalen Wert von π/2 + α an, wenn die Neigung α der Oberfläche 5a zum Empfangen eines Strahls und die Neigung β der Neigungs-Seitenfläche 5c den nächsten Ausdruck (4) erfüllen. α + β = arc cos(1/ng) – arc sin(1/ng) (4)
Die Form der Oberfläche zum Empfangen eines Strahls der optischen Führungsplatte 5, die den maximalen kritischen Winkel ergibt, ist eine konkave Form, wie es in 3 gezeigt ist, wenn die Neigung α ein positiver Wert ist, während dann, wenn die Neigung α ein negativer Wert ist, wie es in 4 gezeigt ist, sie eine konvexe Form ist. Demgemäß wird über die Form einer Oberfläche zum Empfangen eines Strahls in Abhängigkeit vom Vorzeichen eines Wertes im Ausdruck (5) entschieden. arc cos(1/ng) – arc sin(1/ng)–β (5)
Die Form der Oberfläche zum Empfangen eines Strahls der optischen Führungsplatte 5, die den maximalen kritischen Winkel ergibt, ist eine konvexe Form, wie es in 4 gezeigt ist, weil die Neigung α ein negativer Wert ist, wenn der Brechungsindex n_g der optischen Führungsplatte 5 √2 oder weniger ist, wenn die Neigung β der Seitenfläche 5c 0 ist. Gegensätz lich dazu ist dann, wenn ihr Brechungsindex n_g √2 oder größer ist, die Neigung α ein positiver Wert, so daß die Form der Oberfläche zum Empfangen eines Strahls eine konkave Form ist, wie es in 3 gezeigt ist.
Bei der optischen Führungsplatte 5 wird dann, wenn ein Bereich zum Empfangen eines angeregten Strahls vom Halbleiterlaser 3 größer gemacht wird und auch ein Querschnittsbereich davon bei der Seite des Halbleiterlasers 3 größer als jener bei der Seite des Festkörperlasermediums 1 größer gemacht wird, um eine Menge eines Strahls zu reduzieren, die von der konvergierenden Vorrichtung 7 reflektiert wird und umgekehrt in die optische Führungsplatte 5 eintritt, die Neigung β ein positiver Wert.
In diesem Fall ist der Brechungsindex n_g als kritischer Wert, bei dem eine Form der Oberfläche zum Empfangen eines Strahls der optischen Führungsplatte 5 eine konkave Form oder eine konvexe Form wird, ein Wert größer als √2. Diese Tatsache zeigt an, daß der maximale kritische Winkel π/2 + α durch Verwenden der optischen Führungsplatte 5 mit einem größeren Brechungsindex n_g größer gemacht werden kann, und daß ein Verhältnis zwischen den Querschnittsbereichen der optischen Führungsplatte 5 bei der Seite des Halbleiterlasers 3 und jenen beim Festkörperlasermedium 1 ebenso größer gemacht werden kann.
Durch Auswählen einer Kombination der Neigung α und der Neigung β, die den Ausdruck (4) für die optische Führungsplatte 5 erfüllen, wird der Divergenzwinkel eines angeregten Strahls vom Halbleiterlaser 3, welcher Strahl in die optische Führungsplatte 5 geholt und zum Festkörperlasermedium 1 ausgebreitet werden kann, ein maximaler Wert von π/2 + α. Nämlich dann, wenn der Divergenzwinkel des Halbleiterlasers 3 θ ist, kann die Neigung β der Seitenfläche 5b der optischen Füh rungsplatte 5 erhalten werden, insoweit der Winkel den nächsten Ausdruck (6) durch den Ausdruck (4) erfüllt. β ≦ θ – {(π/2){arc cos(1/ng) – arc sin(1/ng)}] (6)
In einem Fall, in welchem eine Substanz der Seitenfläche der optischen Führungsplatte 5 nicht Luft sondern irgendeine Substanz mit einem Brechungsindex n_a ist, werden die Bedingungen, die der Ausdruck (4) und der Ausdruck (6) erfüllen, zu jenen korrigiert, wie sie durch die nächsten Ausdrücke (7) und (8) ausgedrückt sind.
α + β = arc cos (na/ng) – arc sin(1/ng) (7) β ≦ θ – [(π/2){arc cos(na/ng) – arc sin (1/ng)}] (8)
Mit der oben beschriebenen Konfiguration kann eine große Menge eines angeregten Strahls vom Halbleiterlaser 3 in die optische Führungsplatte 5 geholt werden, der geholte Strahl kann zum Festkörperlasermedium 1 ausgebreitet werden, und weiterhin kann eine Menge des Strahls, die von der konvergierenden Vorrichtung 7 zurückkommt, reduziert werden, wodurch es möglich ist, eine Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung zu realisieren, die eine Ausgabe von einem Halbleiterlaser zu einem Festkörperlasermedium effizient ausbreiten kann.
5 zeigt eine Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung. Es sollte beachtet werden, daß in 5 dieselben Bezugszeichen den Abschnitten zugeordnet sind, die jenen in 1 entsprechen, und eine Beschreibung davon hierin weggelassen ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Totalreflexions-Abdeckschicht 9 zum totalen Reflektieren des Halbleiterlasers mit irgendeiner Wellenform auf die externe Oberfläche aus schließlich der Randoberflächen der optischen Führungsplatte 5 bei der Seite des Halbleiterlasers 3 sowie bei der Seite des Festkörperlasermediums 1 (der Oberfläche 5a zum Empfangen eines Strahls und der Oberfläche 5b, aus der ein Strahl hinausgeht) angelegt.
Mit dieser Abdeckung entweicht ein angeregter Strahl, der ins Innere der optischen Führungsplatte 5 eingetreten ist, nicht von der Seitenfläche 5c oder ähnlichem zu ihrer Außenseite, so daß ein angeregter Strahl vom Halbleiterlaser 3 mit nur einem geringen Verlust zum Festkörperlasermedium 1 ausgebreitet werden kann, wodurch es möglich wird, eine Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung zu realisieren, die eine Ausgabe von einem Halbleiterlaser zu einem Festkörperlasermedium effizient ausbreiten kann.
Eine Strahldiffusionsplatte 11 ist ebenso in einem Raum zwischen dem Halbleiterlaser 3 und der optischen Führungsplatte 5 angeordnet, um einen angeregten Strahl in der axialen Richtung zu vereinheitlichen.
Mit dem oben beschriebenen Merkmal kann ebenso eine große Menge eines angeregten Strahls vom Halbleiterlaser 3 in die optische Führungsplatte 5 geholt werden, der geholte Strahl kann zum Festkörperlasermedium 1 ausgebreitet werden, und weiterhin kann eine Menge des Strahls, die von der konvergierenden Vorrichtung 7 zurückkommt, reduziert werden, wodurch es möglich ist, eine Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung zu realisieren, die eine Ausgabe von einem Halbleiterlaser zu einem Festkörperlasermedium effizient ausbreiten kann.
6 und 7 zeigen jeweils eine Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß einem Anwendungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung.
Diese Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung weist folgendes auf: ein zylindrisches Festkörperlasermedium 21, das mit einem YAG-Stab oder ähnlichem gebildet ist, einen plattenförmigen Halbleiterlaser (ein Halbleiterlaserpaket) 23, das mit einer Laserdiode oder ähnlichem als Laseranregungsquelle ausgebildet ist, eine optische Führungsplatte (einen optischen Transmissionskörper) 25, die aus optischem Glas gebildet ist, zum Ausbreiten eines angeregten Strahls vom Halbleiterlaser 23 zum Festkörperlasermedium 21, ein Durchflußrohr 27, das aus transparentem Glas gebildet ist und an der Position des Festkörperlasermediums 21 konzentrisch angeordnet ist, um das Festkörperlasermedium 21 abzukühlen, und eine konvergierende Vorrichtung 29 durch einen rohrförmigen reflektierenden Spiegel zum Reflektieren eines von der optischen Führungsplatte 25 ausgegebenen angeregten Strahls auf das Festkörperlasermedium 21.
Das Festkörperlasermedium 21 ist an der zentralen Position innerhalb der konvergierenden Vorrichtung 29 konzentrisch angeordnet, und bei diesem Anwendungsbeispiel gibt es auch vier Einheiten eines Halbleiterlasers 23 und ebenso vier Einheiten einer optischen Führungsplatte 25, und zwar jeweils für die jeweiligen Halbleiterlaser 23, welche in gleichem Abstand voneinander mit 90 Grad um die zentrale Achse des Festkörperlasermediums 21 radial positioniert sind. Es sollte beachtet werden, daß, obwohl nur eine Einheit des Halbleiterlasers 23 entsprechend einer der optischen Führungsplatten 25 in 6 gezeigt ist, der Halbleiterlaser natürlich an jeder der anderen drei Einheiten der optischen Führungsplatte 25 angebracht ist, wie es oben beschrieben ist. Ebenso kann eine Anordnung einer Vielzahl von Einheiten eines Halbleiterlasers in der Längsrichtung (in der axialen Richtung des stabförmigen Festkörperlasermediums 21) an einer Einheit des Festkörperlasermediums 21 für den Zweck eines Erhöhens einer Laserausgabe arbeiten.
Der Halbleiterlaser 23 hat eine Paketstruktur, die folgendes aufweist: einen Halbleiterlaserchip 31 zum Aussenden eines Laserstrahls, eine Unter-Halterung 33, wobei der Halbleiterlaserchip 31 an der obersten Oberfläche davon angebracht ist, zum Entfernen von Hitze (Wärmesenke) aufgrund des Betriebs durch den Halbleiterlaserchip 31 und zum Absorbieren einer Differenz eines Koeffizienten einer linearen Ausdehnung zwischen dem Halbleiterlaserchip 31 und dem Hauptkörper eines Pakets 35, das später beschrieben wird, den Hauptkörper des Pakets 35 in einer Wassermantelstruktur, wobei die Unter-Halterung 33 an der obersten Oberfläche davon angebracht ist, mit einem Kühlwasserpfad (in der Figur nicht gezeigt) innerhalb des Mantels zum Entladen von Hitze von der Unter-Halterung 33 zur Außenseite davon, und eine Paketabdeckung 37, die an dem Hauptkörper des Pakets 35 angebracht ist, um den Halbleiterlaserchip 31 zu schützen. Es sollte beachtet werden, daß ein Kühlwasser-Einlaßrohr 39 und ein Kühlwasser-Auslaßrohr 41 am Rückseitenoberflächenabschnitt des Hauptkörpers des Pakets 35 angebracht sind.
Der Halbleiterlaserchip 31 und die Unter-Halterung 33 sind miteinander durch metallisches Löten verbunden, so daß eine ausreichende Wärmeleitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit zwischen ihnen sichergestellt sind, und die Unter-Halterung 33 ist mit dem Hauptkörper des Pakets 35 verbunden, der aus leitendem Material durch metallisches Löten ausgebildet ist, so daß eine ausreichende Wärmeleitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit zwischen ihnen sichergestellt sind, wobei der Hauptkörper des Pakets 35 auch als Anodenelektrode arbeitet.
An der obersten Oberfläche des Hauptkörpers des Pakets 35 ist ein Elektrodenelement 45 mit einer elektrischen Isolierplatte 43 vorgesehen. Das Elektrodenelement 45 ist mit dem Halbleiterlaserchip 31 durch eine Vielzahl von feinen Metalldrähten 47 elektrisch verbunden und kontaktiert die Paketabdeckung 37, die bei den Oberflächen aus leitendem Material herge stellt ist, wodurch die Paketabdeckung 37 ebenso als Kathodenelektrode arbeitet.
Bei der Elektrodenstruktur, wie sie oben beschrieben ist, wird ein Laserstrahl für eine Anregung vom rechten Rand des Halbleiterlaserchips 31 durch Laden einer Spannung an einer Stelle zwischen dem Hauptkörper des Pakets 35 und der Paketabdeckung 37 oszilliert.
Die optische Führungsplatte 25 ist an der obersten Oberfläche eines vorderen erhobenen Abschnitts 49a eines Halteelements 49 in Form eines umgekehrten L für die Führungsplatte befestigt. Das Führungsplatten-Halteelement 49, der Hauptkörper des Pakets 35 und die Paketabdeckung 37 sind durch einen Befestigungsbolzen 50 fest fixiert und miteinander verbunden, der jene Komponenten durchdringt, sowie eine Mutter 52, die an den Befestigungsbolzen 50 geschraubt ist.
Ein vom Halbleiterlaserchip 31 oszillierter Laserstrahl wird in die sehr dünne optische Führungsplatte 25 mit geringem optischen Verlust eingeführt. Es sollte beachtet werden, daß I/O-Ränder der optischen Führungsplatte 25 zu einem angeregten Laserstrahl in jedem Bereich verglichen mit jenem einer optischen Faser viel größer sind, und daß aus diesem Grund jene Ränder bzw. Kanten mit nicht reflektierendem Material überzogen werden können, wodurch es möglich ist, optische Verluste in beiden der Ränder auf 1 % oder weniger zu unterdrücken.
Hierin ist es zum effizienten Übertragen eines Strahls vom Halbleiterlaserchip 31 zur optischen Führungsplatte 25 durch die optische Kupplung dazwischen erforderlich, wie es oben beschrieben ist, jede Position des Halbleiterlaserchips 31 sowie der optischen Führungsplatte 25 präzise auf einen spezifizierten Pegel oder besser dreidimensional und relativ zueinander einzustellen.
Bei der Zusammenbaustruktur, wie sie oben beschrieben ist, wird über ein Einstellen einer relativen Position zwischen dem Halbleiterlaserchip 31 und der optischen Führungsplatte 25 in Abhängigkeit von einer relativen Position zwischen dem Führungsplatten-Halteelement 49 und dem Hauptkörper des Pakets 35 entschieden.
In einem Raum zwischen dem Hauptkörper des Pakets 35 und dem Führungsplatten-Halteelement 49 sind ein L-förmiges Spaltdistanzstück 51 und ein plattenförmiges Höhendistanzstück 53 vorgesehen. Jene Distanzstücke 51, 53 sind zusammen mit der Paketabdeckung 37, dem Hauptkörper des Pakets 35 und dem Führungsplatten-Halteelement 49 durch den Befestigungsbolzen 50 und die Mutter 52 befestigt.
Das L-förmige Spaltdistanzstück 51 hat einen Spalteinstellabschnitt 51a, der zwischen dem vorderen Abschnitt des Hauptkörpers des Pakets 35 und dem vorderen Abschnitt des erhobenen Abschnitts 49a des Führungsplatten-Halteelements 49 vorgesehen ist, und ein Spalt in der Richtung der optischen Achse zwischen dem Halbleiterlaserchip 31 und der optischen Führungsplatte 25 ist gemäß einer Dicke des Spalteinstellabschnitts 51a eingestellt.
Ein horizontaler Abschnitt 51b des L-förmigen Spaltdistanzstücks und das Höhendistanzstück 53 sind einander überlagert und sind zwischen dem unteren Abschnitt des Hauptkörpers des Pakets 35 und einem horizontalen Abschnitt 49b des Führungsplatten-Halteelements 49 vorgesehen, so daß über relative Positionen in vertikaler Richtung des Halbleiterlaserchips 31 und der optischen Führungsplatte 25 gemäß einer gesamten Dikke des horizontalen Abschnitts 51b des L-förmigen Spaltdistanzstücks 51 und des Höhendistanzstücks 53 entschieden wird.
Mit diesem Merkmal werden das Höhendistanzstück 53 und der horizontale Abschnitt 51b des L-förmigen Spaltdistanzstücks 51 so eingestellt, daß eine Versatzrate bezüglich der optischen Achse zwischen dem Halbleiterlaserchip 31 und der optischen Führungsplatte 25 innerhalb eines Bereichs eines zulässigen Bereichs sein wird, und das L-förmige Spaltdistanzstück wird so eingestellt, daß ein Spalt in der Richtung der optischen Achse zwischen dem Halbleiterlaserchip 31 und der optischen Führungsplatte 25 innerhalb des Bereichs eines zulässigen Fehlers sein wird, wodurch sowohl die Versatzrate bezüglich der optischen Achse dazwischen als auch der Spalt in der Richtung der optischen Achse dazwischen innerhalb des Bereichs eines zulässigen Fehlers sind.
Mit diesem Merkmal kann ein Kopplungsverlust aufgrund eines Fehlers bezüglich des Versatzes bezüglich der optischen Achse sowie eines Spaltfehlers auf einen kleinen Wert unterdrückt werden, und eine optische Übertragung vom Halbleiterlaserchip 31 zur optischen Führungsplatte 25 wird effizient durchgeführt, wodurch es möglich ist, eine Ausgabe von einem Halbleiterlaser zu einem Festkörperlasermedium effizient auszubreiten.
8 zeigt eine Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß einem Anwendungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung. Es sollte beachtet werden, daß in 8 dieselben Bezugszeichen den Abschnitten zugeordnet sind, die jenen in 6 entsprechen, und eine Beschreibung davon hierin weggelassen ist.
Bei diesem Anwendungsbeispiel ist die optische Führungsplatte 25 auf ein Spaltdistanzstück 55 fixiert, und ein Spalt in der Richtung der optischen Achse zwischen dem Halbleiterlaserchip 31 und der optischen Führungsplatte 25 wird durch das Spaltdistanzstück 55 durch Drücken des Spaltdistanzstücks 55 auf die vordere Oberfläche des Hauptkörpers des Pakets 35 eingestellt.
Ein Höhendistanzstück 57 ist in einem Raum zwischen dem Spaltdistanzstück 55 und einem Stufenabschnitt 49c vorgesehen, wobei ein Distanzstück darauf angeordnet ist, daß an dem vorderen erhobenen Abschnitt 49a des Führungsplatten-Halteelements 49 ausgebildet ist. Mit dieser Konfiguration wird über relative Positionen des Halbleiterlaserchips 31 und der optischen Führungsplatte 25 in vertikaler Richtung gemäß einer Gesamtdicke des Spaltdistanzstücks 55 und des Höhendistanzstücks 57 entschieden, wodurch ein Versatz bezüglich der optischen Achse eingestellt werden kann.
Bei dem Anwendungsbeispiel ist die optische Führungsplatte 25 durch ein zugehöriges Verbindungsstück angeschlossen, so daß das Spaltdistanzstück 55 daran mit einem spezifizierten Spalt zu einer Oberfläche des Spaltdistanzstücks 55 unter Kontaktierung des Hauptkörpers des Pakets 35 als Referenz angeschlossen werden kann, und dann das Höhendistanzstück 57 für eine vertikale Einstellung eingestellt wird, wodurch sowohl die Versatzrate bezüglich der optischen Achse zwischen dem Halbleiterlaserchip 31 und der optischen Führungsplatte 25 als auch der Spalt in der Richtung der optischen Achse dazwischen innerhalb eines Bereichs eines zulässigen Fehlers sind.
Mit diesem Merkmal kann ein Kopplungsverlust aufgrund eines Fehlers bezüglich des Versatzes der optischen Achse sowie eines Spaltfehlers auf einen kleinen Wert unterdrückt werden, und eine optische Übertragung vom Halbleiterlaserchip 31 zur optischen Führungsplatte 25 wird effizient durchgeführt, wodurch es möglich ist, eine Ausgabe von einem Halbleiterlaser zu einem Festkörperlasermedium effizient auszubreiten.
9 und 10 zeigen jeweils eine Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß einem Anwendungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung. Es sollte beachtet werden, daß in 9 und 10 dieselben Bezugszeichen den Abschnitten zugeordnet sind, die jenen in 6 entsprechen, und eine Beschreibung davon hierin weggelassen ist.
Bei diesem Anwendungsbeispiel sind die Unter-Halterung 33 mit dem daran angebrachten Halbleiterlaserchip 31 und die optische Führungsplatte 25 in der Richtung der optischen Achse am Hauptkörper des Pakets 35 linear angeordnet.
Ein erster Stufenabschnitt 35a als Positionsanordnungsabschnitt für die Unter-Halterung 33 und ein zweiter Stufenabschnitt 35b als Positionsanordnungsabschnitt für die optische Führungsplatte 25 sind am Hauptkörper des Pakets 35 vorgesehen, und zwar dadurch, daß er einer (maschinellen) Bearbeitung unterzogen wird.
Der erste Stufenabschnitt 35a und der zweite Stufenabschnitt 35b werden dadurch erhalten, daß sie mit hoher Präzision bearbeitet werden, so daß ein Laserstrahl zur Anregung von dem Halbleiterlaserchip 31 durch das Zentrum der optischen Führungsplatte 25 läuft, und zusätzlich ein Spalt in der Richtung der optischen Achse zwischen dem Halbleiterlaserchip 31 und der optischen Führungsplatte 25 innerhalb eines spezifizierten Bereichs eines zulässigen Fehlers sein wird.
Mit diesem Merkmal wird die Unter-Halterung mit dem ersten Stufenabschnitt 35a mit einer Lötmitteldicke von mehreren Mikrometern in einem Zustand verlötet und verbunden, in welchem die Unter-Halterung auf den ersten Stufenabschnitt 35a mit der Stufenoberfläche davon als Referenz gedrückt wird, und die optische Führungsplatte 25 wird an den zweiten Stufenabschnitt 35b in einem Zustand fixiert, in welchem die optische Führungsplatte 25 auf die Oberfläche des zweiten Stufenab schnitts 35b gedrückt wird, so daß eine Versatzrate der optischen Achse zwischen dem Halbleiterlaserchip 31 und der optischen Führungsplatte 25 innerhalb der zulässigen Fehlergrenzen sein wird, und ein Spalt in der Richtung der optischen Achse dazwischen innerhalb der zulässigen Fehlergrenzen sein wird.
Mit diesem Merkmal kann ein Kopplungsverlust aufgrund eines Fehlers bezüglich des Versatzes der optischen Achse sowie eines Spaltfehlers auf einen kleinen Wert unterdrückt werden, und eine optische Übertragung vom Halbleiterlaserchip 31 zur optischen Führungsplatte 25 wird effizient durchgeführt, wodurch es möglich ist, eine Ausgabe von einem Halbleiterlaser zu einem Festkörperlasermedium effizient auszubreiten.
11 und 12 zeigen jeweils eine Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß einem Anwendungsbeispiel 4 der vorliegenden Erfindung. Es sollte beachtet werden, daß in 11 und 12 dieselben Bezugszeichen den Abschnitten zugeordnet sind, die jenen in 9 und 10 entsprechen, und eine Beschreibung davon hierin weggelassen ist.
Dieses Anwendungsbeispiel ist ein modifiziertes Beispiel von Anwendungsbeispiel 3, wobei ein Abschnitt 37a zum Halten einer optischen Führungsplatte im vorderen Abschnitt der Paketabdeckung 37 vorgesehen ist. Der Abschnitt 37a zum Halten einer optischen Führungsplatte ist bei der oberen Seite des zweiten Stufenabschnitts 35b positioniert, um die am zweiten Stufenabschnitt 35b angeordnete optische Führungsplatte 25 mit dem Hauptkörper des Pakets 35 schichtenweise anzuordnen und anzuhalten.
Bei diesem Anwendungsbeispiel ist die optische Führungsplatte 25 zwischen dem Hauptkörper des Pakets 35 und der Paketabdeckung 37 schichtenweise angeordnet und gehalten, wodurch eine Haltekraft der optischen Führungsplatte 25 dadurch er höht wird. Mit dieser Erhöhung ist es möglich, Zusammenbauschritte der Vorrichtung zu vereinfachen und die für den Zusammenbau erforderliche Zeit zu reduzieren.
13 und 14 zeigen jeweils eine Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß einem Anwendungsbeispiel 5 der vorliegenden Erfindung. Es sollte beachtet werden, daß in 13 und 14 dieselben Bezugszeichen den Abschnitten zugeordnet sind, die jenen in 11 und 12 entsprechen, und eine Beschreibung davon hierin weggelassen ist.
Dieses Anwendungsbeispiel ist ein modifiziertes Beispiel des Anwendungsbeispiels 4, wobei ein Paketbildungsmittel oder ein Klebemittel in einem Raum zwischen dem zweiten Stufenabschnitt 35b des Hauptkörpers des Pakets 35 und der optischen Führungsplatte 25 sowie in einem Raum zwischen dem Abschnitt 37a zum Halten der optischen Führungsplatte der Paketabdeckung 37 und der optischen Führungsplatte 25 vorgesehen ist, und eine Dämpfungsschicht 59 dazwischen mit jenen Mitteln vorgesehen ist. Das Paketbildungsmittel oder Klebemittel, das die Dämpfungsschicht 59 aufweist, ist aus einem derartigen Material hergestellt, wie beispielsweise einem auf Silizium basierenden Kunstharz mit einem Brechungsindex, der kleiner als jener der optischen Führungsplatte 25 ist.
Bei diesem Anwendungsbeispiel wirkt das Paketbildungsmittel oder das Klebemittel, das die Dämpfungsschicht bzw. Polsterungsschicht 59 aufweist, als Dämpfungsmaterial, um zu verhindern, daß die optische Führungsplatte 25 durch die Haltekraft bricht.
Ein Brechungsindex des Paketbildungsmittels oder des Klebemittels, das die Dämpfungsschicht 59 aufweist, ist kleiner als jener der optischen Führungsplatte 25, und mit diesem optischen Merkmal ist es möglich, einen Verlust aufgrund eines optischen Entweichens aus dem Seitenflächenabschnitt der op tischen Führungsplatte 25 sowie einer Reduzierung der optischen Übertragungseffizienz zu unterdrücken.
Wie es aus der obigen Beschreibung klar zu verstehen ist, ist bei der Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung ein Querschnittsbereich der optischen Führungsplatte bei der Seite des Halbleiterlasers größer und wird von der Halbleiterlaserseite in Richtung zur Seite des Festkörperlasermediums davon kleiner, so daß eine große Menge eines angeregten Strahls vom Halbleiterlaser in die optische Führungsplatte geholt wird; wodurch eine Menge des angeregten Strahls, die zur optischen Führungsplatte vom Festkörperlasermedium zurückgeht, reduziert wird, wodurch eine Ausgabe von einem Halbleiterlaser effizient zu einem Festkörperlasermedium ausgebreitet werden kann.
Bei der Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ist ein Querschnittsbereich der optischen Führungsplatte bei der Seite des Halbleiterlasers davon größer und wird von der Halbleiterlaserseite in Richtung zur Seite des Festkörperlasermediums gemäß einer Dickenänderung der Platte kleiner, so daß eine große Menge eines angeregten Strahls vom Halbleiterlaser in die optische Führungsplatte geholt wird, und eine Menge des angeregten Strahls, die vom Festkörperlasermedium zur optischen Führungsplatte zurückgeht, reduziert wird, wodurch eine Ausgabe von einem Halbleiterlaser zu einem Festkörperlasermedium effizient ausgebreitet werden kann.
Bei der Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung wird durch Entscheiden über eine Form einer Oberfläche zum Empfangen eines Strahls der optischen Führungsplatte derart, daß sie eine konkave Form oder eine konvexe Form ist, gemäß einem Brechungsindex der optischen Führungsplatte, eine große Menge eines angeregten Strahls vom Halbleiterlaser in die optische Führungsplatte geholt, und eine Menge des angeregten Strahls, die vom Festkörperlasermedium zur optischen Führungsplatte zurückkommt, wird reduziert, wodurch eine Ausgabe von einem Halbleiterlaser zu einem Festkörperlasermedium effizient ausgebreitet werden kann.
Bei der Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung wird der gesamte angeregte Strahl, der von der optischen Führungsplatte ausgegeben wird, im Festkörperlasermedium absorbiert, ohne daß irgendwelche Teile davon von einer konvergierenden Vorrichtung zur Außenseite davon entweichen, wodurch eine Ausgabe von einem Halbleiterlaser zu einem Festkörperlasermedium effizient ausgebreitet werden kann.
Bei der Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung, wird der gesamte im Halbleiterlaser angeregte Strahl direkt in die optische Führungsplatte eingeführt, und der angeregte Strahl von der optischen Führungsplatte wird im gesamten Bereich der Länge des Festkörperlasermediums absorbiert, wodurch eine Ausgabe von einem Halbleiterlaser zu einem Festkörperlasermedium effizient ausgebreitet werden kann.
Bei der Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung wird der angeregte Strahl, der ins Innere der optischen Führungsplatte eingetreten ist, im Inneren davon total reflektiert, so daß es für keinen Strahl möglich ist, daß er von der Seitenfläche davon oder ähnlichem zur Außenseite davon entweicht, wodurch eine Ausgabe von einem Halbleiterlaser zu einem Festkörperlasermedium effizient ausgebreitet werden kann.
Bei der Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ist eine Einheitlichkeit eines angeregten Strahls in der axialen Rich tung durch eine optische Diffusionsplatte verbessert, wodurch eine Ausgabe von einem Halbleiterlaser zu einem Festkörperlasermedium effizient ausgebreitet werden kann.
Bei der Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ist ein Höhendistanzstück zum Einstellen eines Versatzes einer optischen Achse so spezifiziert, daß eine Versatzrate der optischen Achse zwischen dem Halbleiterlaserchip, das den Halbleiterlaser aufweist, und der optischen Führungsplatte innerhalb eines spezifizierten Bereichs eines zulässigen Fehlers sein wird, ist ein Spaltdistanzstück zum Einstellen eines Spalts so spezifiziert, daß ein Spalt in der Richtung der optischen Achse dazwischen innerhalb des spezifizierten Bereichs eines zulässigen Fehlers sein wird, so daß die Versatzrate der optischen Achse dazwischen sowie der Spalt in der Richtung der optischen Achse dazwischen innerhalb der zulässigen Fehlergrenzen sein werden, ein Kopplungsverlust aufgrund eines Fehlers bezüglich des Versatzes der optischen Achse sowie eines Spaltfehlers auf einen kleinen Wert unterdrückt werden kann und eine optische Übertragung vom Halbleiterlaserchip zur optischen Führungsplatte effizient durchgeführt wird, wodurch eine Ausgabe von einem Halbleiterlaser zu einem Festkörperlasermedium effizient ausgebreitet werden kann.
Bei der Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ist das Höhendistanzstück in einem Raum zwischen einem unteren Abschnitt des Hauptkörpers des Pakets und dem Halteelement der optischen Führungsplatte vorgesehen, so daß eine Versatzrate der optischen Achse zwischen dem Halbleiterlaserchip und der optischen Führungsplatte innerhalb der zulässigen Fehlergrenzen sein wird, ist das Spaltabstandsstück in einem Raum zwischen dem vorderen Abschnitt des Hauptkörpers des Pakets und dem Halteelement der optischen Führungsplatte vorgesehen, so daß ein Spalt in der Richtung der optischen Achse zwischen dem Halbleiterlaserchip und der optischen Führungsplatte innerhalb der zulässigen Fehlergrenzen sein wird, kann ein Kopplungsverlust aufgrund eines Fehlers bezüglich des Versatzes der optischen Achse sowie eines Spaltfehlers auf einen kleinen Wert unterdrückt werden, und wird eine optische Übertragung vom Halbleiterlaserchip zur optischen Führungsplatte effizient durchgeführt, wodurch eine Ausgabe von einem Halbleiterlaser zu einem Festkörperlasermedium effizient ausgebreitet werden kann.
Bei der Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung wird die optische Führungsplatte durch das Spaltdistanzstück gestützt, das auf den Hauptkörper des Pakets des Halbleiterlasers gedrückt wird, um einen Spalt so einzustellen, daß der Spalt in der Richtung der optischen Achse zwischen dem Halbleiterlaserchip und der optischen Führungsplatte innerhalb eines spezifizierten Bereichs eines zulässigen Fehlers sein wird, ist das Höhendistanzstück in einem Raum zwischen dem Spaltdistanzstück und dem Halteelement für die optische Führungsplatte vorgesehen, so daß die Versatzrate der optischen Achse zwischen dem Halbleiterlaserchip und der optischen Führungsplatte innerhalb der zulässigen Fehlergrenzen sein wird, kann ein Kopplungsverlust aufgrund eines Fehlers bezüglich des Versatzes der optischen Achse sowie eines Spaltfehlers auf einen kleinen Wert unterdrückt werden, und wird eine optische Übertragung vom Halbleiterlaserchip zur optischen Führungsplatte effizient durchgeführt, wodurch eine Ausgabe von einem Halbleiterlaser zu einem Festkörperlasermedium effizient ausgebreitet werden kann.
Bei der Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ist eine Unter-Halterung an einem Unter-Halterungs-Positionsanordnungsabschnitt positioniert und angeordnet und ist eine opti sche Führungsplatte an dem Positionsanordnungsabschnitt für die optische Führungsplatte positioniert und angeordnet, und mit beiden Positionsanordnungen wird die Versatzrate der optischen Achse zwischen dem Halbleiterlaserchip und der optischen Führungsplatte innerhalb eines spezifizierten Bereichs eines zulässigen Fehlers sein, und wird der Spalt in der Richtung der optischen Achse dazwischen innerhalb der zulässigen Fehlergrenzen sein, kann ein Kopplungsverlust aufgrund eines Fehlers bezüglich des Versatzes der optischen Achse sowie eines Spaltfehlers auf einen kleinen Wert unterdrückt werden und wird eine optische Übertragung vom Halbleiterlaserchip zur optischen Führungsplatte effizient durchgeführt, wodurch eine Ausgabe von einem Halbleiterlaser zu einem Festkörperlasermedium effizient ausgebreitet werden kann.
Bei der Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ist eine Unter-Halterung an dem Unter-Halterungs-Positionsanordnungsabschnitt positioniert und angeordnet, der durch einen Stufenabschnitt vorgesehen ist, der dadurch erhalten wird, daß der Hauptkörper des Pakets einer Bearbeitung unterzogen wird, ist eine optische Führungsplatte an dem Positionsanordnungsabschnitt für die optische Führungsplatte positioniert und angeordnet, der durch einen Stufenabschnitt vorgesehen ist, der durch Bearbeiten des Hauptkörpers des Pakets erhalten wird, und mit beiden Positionsanordnungen wird die Versatzrate der optischen Achse zwischen dem Halbleiterlaserchip und der optischen Führungsplatte innerhalb eines spezifizierten Bereichs eines zulässigen Fehlers sein und wird der Spalt in der Richtung der optischen Achse dazwischen innerhalb der zulässigen Fehlergrenze sein, kann ein Kopplungsverlust aufgrund eines Fehlers bezüglich des Versatzes der optischen Achse sowie eines Spaltfehlers auf einen kleinen Wert unterdrückt werden, und wird eine optische Übertragung vom Halbleiterlaserchip zur optischen Führungsplatte effizient durchgeführt, wodurch eine Ausgabe von einem Halbleiterlaser zu einem Festkörperlasermedium effizient ausgebreitet werden kann.
Bei der Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die optische Führungsplatte zwischen dem Hauptkörper eines Pakets und einer Paketabdeckung schichtenweise angeordnet und gehalten, so daß eine Haltekraft für die optische Führungsplatte erhöht ist und Zusammenbauschritte für die Vorrichtung vereinfacht werden können, wodurch eine für den Zusammenbau erforderliche Zeit reduziert werden kann.
Bei der Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die optische Führungsplatte mit einem Paketbildungsmittel oder einem Klebemittel zwischen dem Hauptkörper des Pakets und der Paketabdeckung schichtenweise angeordnet und gehalten, so daß das Paketbildungsmittel oder das Klebemittel als Dämpfungsmittel wirken kann, um ein Brechen der optischen Führungsplatte aufgrund einer zu starken Sandwich-Anordnungskraft zu verhindern. Mit diesem Merkmal ist es möglich, Zusammenbauschritte für die Vorrichtung zu vereinfachen und eine für den Zusammenbau erforderliche Zeit zu reduzieren.
Bei der Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ist ein Brechungsindex des Paketbildungsmittels oder des Klebemittels kleiner als jener der optischen Führungsplatte, und mit diesem optischen Merkmal wird ein optischer Austrittsverlust von dem Seitenflächenabschnitt der optischen Führungsplatte unterdrückt, und eine Reduzierung einer optischen Übertragungseffizienz kann unterdrückt werden.
Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung mit der Nr. HEI 9-170547, die beim Japanischen Patentamt am 26. Juni 1997 eingereicht wurde, wobei der gesamte Inhalt von ihr hierin durch Bezugnahme enthalten ist.
Obwohl die Erfindung für eine vollständige und klare Offenbarung in bezug auf spezifische Ausführungsbeispiele und Anwendungsbeispiele beschrieben worden ist, sind die beigefügten Ansprüche nicht darauf beschränkt, sondern sollen vielmehr alle Modifikationen und Alternativen umfassen, die einem Fachmann auf dem Gebiet einfallen können, das offensichtlich unter die hierin aufgezeigte Grundlehre fällt.

Claims

Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung mit einem Festkörperlasermedium (1), mit einem Halbleiterlaser (3) als Laseranregungsquelle und mit einem optischen Transmissionskörper (5) zum Einkoppeln eines im Halbleiterlaser (3) angeregten Strahls in das Festkörperlasermedium (1), wobei die optische Hauptachse (A) des optischen Transmissionskörpers im wesentlichen senkrecht zur Ausdehnungsrichtung des Festkörperlasermediums ausgerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Halbleiterlaser gegenüberliegende Oberfläche des optischen Transmissionskörpers eine konkave Form hat, wenn der Ausdruck (1) positiv ist und eine konvexe Form hat, wenn der Ausdruck (1) negativ ist: arc cos(1/ng) – arc sin(1/ng)–β (1)wobei n_g der Brechungsindex des optischen Transmissionskörpers und β der Neigungswinkel derjenigen Seitenflächen des optischen Transmissionskörpers zur optischen Hauptachse (A) ist, die parallel zur Ausdehnungsrichtung des Festkörperlasermediums ausgerichtet sind.
Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Festkörperlasermedium von einer rohrförmigen Vorrichtung (7) konzentrisch umgeben ist, deren Innenwandung als reflektierender Spiegel ausgebildet ist und daß der im Halbleiterlaser angeregte Strahl unter Ausnutzung der Totalreflexion durch den optischen Transmissionskörper geleitet wird und seitens des optischen Transmissionskörpers in die rohrförmige Vorrichtung (7) eingeleitet wird.
Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vier Einheiten bestehend jeweils aus einem Halbleiterlaser und einem optischen Transmissionskörper vorgesehen sind, wobei die optischen Hauptachsen (A) der Einheiten jeweils einen Winkel von 90° zueinander bilden.
Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, daß in der Schnittebene senkrecht zur Ausdehnungsrichtung des Festkörperlasermediums die Länge der am Halbleiterlaser angeordneten Seitenfläche des optischen Transmissionskörpers größer ist als die Länge der am Festkörperlasermedium angeordneten Seitenfläche des optischen Transmissionskörpers und daß in der Schnittebene, die durch die optische Hauptachse (A) und die Ausdehnungsrichtung des Festkörpermediums definiert ist, die Länge der am Halbleiterlaser angeordneten Seitenfläche des optischen Transmissionskörpers kleiner ist als die Länge der am Festkörperlasermedium angeordneten Seitenfläche des optischen Transmissionskörpers.
Halbleiteranregungs-Festkörperlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Halbleiterlaser und dem optischen Transmissionskörper eine Diffusionsplatte (11) angeordnet ist.