JP2000098190A

JP2000098190A - 半導体レーザユニット、半導体レーザモジュールおよび半導体レーザ励起固体レーザ装置

Info

Publication number: JP2000098190A
Application number: JP27131998A
Authority: JP
Inventors: Koichi Igarashi; 康一五十嵐; Katsuhiko Shimomura; 克彦下村; Kiyobumi Muro; 清文室
Original assignee: Mitsui Chemicals Inc
Current assignee: Mitsui Chemicals Inc
Priority date: 1998-09-25
Filing date: 1998-09-25
Publication date: 2000-04-07

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明の目的は、レーザビームの形状が変化し
て左右非対称になる問題や、レーザ光があるべき光軸か
らずれる問題の原因であり、また波長変動の原因でもあ
るロッドレンズの位置の変化を低減することにより、発
振波長の安定性および発振横モードの安定性に優れた半
導体レーザユニット、カップリング効率の安定性に優れ
た光ファイバーを備えた半導体レーザモジュール、およ
び出力安定性に優れた半導体レーザ励起固体レーザ装置
を提供することにある。【構成】半導体レーザユニット１は、半導体レーザ２、
ブロック体３、およびロッドレンズ５からなっている。
ロッドレンズ５は半導体レーザの発光部８に近接して設
けられ、その両端部はブロック体３の半導体レーザ２を
挟む位置に設けられた２つの凸部６と７の前端面６ａと
７ａの一部に固定されている。この２つの凸部の前端面
６ａと前端部７ａは、同一平面にある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加工、分析、計
測、医療、ディスプレイ、または光記録などの分野で、
光源として使用される小型のレーザ光源に関し、半導体
レーザ光を効率よく取り出すことのできる半導体レーザ
ユニット、半導体レーザユニットからのレーザ光を光フ
ァイバーを通じて出射する半導体レーザモジュール、お
よび前記半導体レーザユニットを励起光源として用いる
固体レーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、従来の半導体レーザユニットの
概略構成図である。半導体レーザユニットは、半導体レ
ーザ２１、ヒートシンク２２、絶縁板２３、絶縁板の上
面２３ｂに設けられた外部との通電部２４、およびロッ
ドレンズ２５とからなっている。ロッドレンズ２５は、
接着部２８と２９において接着剤によってヒートシンク
２２および絶縁板２３に接着されている。半導体レーザ
のヒートシンクへの戴置方法は、半導体レーザ２１のエ
ピタキシャル成長面上に設けられた電極部（図示せず）
と、ヒートシンクの半導体レーザの戴置面とを接触させ
たいわゆるジャンクションダウンである。ヒートシンク
は熱伝導性のよい金属からできており、半導体レーザか
ら発生した熱の放熱と、片側の導通をになっている。半
導体レーザのもう一方側の導通は、半導体レーザの基板
側にリード線３０を接続し、このリード線は絶縁板２３
上に設けた外部との通電部２４に接続することで図られ
ている。

【０００３】ところで、半導体レーザを戴置するヒート
シンク２２と絶縁板２３等からなるブロックにおいて、
絶縁板２３はセラミクスからなるが、セラミクスを金属
であるヒートシンクに固着する際に加熱するため、セラ
ミクスの破損が起こりやすい。このような点や加工性や
取り扱いの点で、セラミクスからなる絶縁板は５ｍｍ厚
程度のある程度厚い板が用いられる。そしてこのブロッ
クは、半導体レーザの多種にわたる用途に対して汎用的
な形にするのがコスト的に有利なので、光通信用にあわ
せて絶縁板の上面２３ｂと半導体レーザの基板上面がほ
ぼ同じ高さになるように設計されている。以上の２つの
点からヒートシンクの形は、半導体レーザを挟んで片側
はロッドレンズを固定するために凸部が形成され、もう
一方の側は厚めの絶縁板を収めるために低い段差を設け
ているのが一般的である。そのためにロッドレンズを固
定する際に、一方はヒートシンクの凸部２２の端面２２
ａに固着させるが、もう一方の側は絶縁板の端面２３ａ
に固着することになる。そして、さらにこのブロックの
前端面の前にレンズや様々な光学系を近接して設けたり
することから、ブロックの前端面に張り出さす部分を設
けないようにする必要があり、余裕を見越して絶縁板の
端面２３ａはヒートシンクの前端面２２ａより少し後ろ
にずらしている。

【０００４】ところで半導体レーザ２１からのレーザ光
は一般に、活性層に垂直な縦方向と活性層に平行な横方
向とで異なるビーム放射角を有している。例えば横方向
においてはビームの放射角が全角で１０°またはそれ以
下であるのに対して、縦方向においてはビームの放射角
は全角で３５°にも達する。この結果、半導体レーザ２
１を出射したレーザ光は縦方向に急激に広がり、著しく
縦長のビーム形状となる。

【０００５】ここで、半導体レーザ２１の直近にロッド
レンズ２５を配置することにより、半導体レーザ２１の
発光部２６から出射したレーザ光を縦方向についてのみ
コリメートすることができる。この結果、前記の縦横の
非対称性は補正され、半導体レーザユニットからは縦横
共に低放射角のレーザ光が得られる。かかる縦横ともに
低放射角のレーザ光は、直接対象物を照射する場合にお
いても、軸対称レンズで集光してから対象物を照射する
場合においても、容易に高いエネルギー密度を実現でき
る。この様な取り扱い容易な光源を比較的簡単に、かつ
小型の構造で実現できるため、この半導体レーザとロッ
ドレンズを組み合わせた半導体レーザユニットは多くの
分野での応用が期待されている。しかし、前述の従来の
半導体レーザユニットには、使用しているうちに温湿度
の変化や経時的な変化により、コリメートしたレーザ光
のビーム形状が左右非対称になったり、あるべき光軸か
らずれてしまうという問題があった。また、従来の半導
体レーザユニットには、そのレーザ光の波長が著しく不
安定で、最大約±５ｎｍもの範囲にわたって変動すると
いう問題点があった。更に、従来の半導体レーザユニッ
トに用いられる半導体レーザの横モードがマルチモード
である場合には、波長のみならず横モードも著しく不安
定となり、特に注入電流に対して激しく変化するという
問題点もあった。

【０００６】また、かかる従来の半導体レーザユニット
からのレーザ光を光ファイバーを通じて供給する従来の
半導体レーザモジュールにおいては、光ファイバーへの
カップリング効率が大きく変動し、Ｉ−Ｌ（電流−光出
力）特性に大きなキンクが生じたり、カップリング効率
が低下するという問題点があった。また、かかる半導体
レーザユニットを励起光源として用いた従来の固体レー
ザ装置においては、発振波長の変動により励起効率が変
化するため、固体レーザ装置の出力が不安定になり、著
しくは発振停止に至るという問題点が有った。

【０００７】また、かかる半導体レーザユニットからの
レーザ光を光ファイバーを通じて供給する半導体レーザ
モジュールを、例えばＥＤＦＡ（ Erbium Doped Fiber
Amplifier ）のような光通信のファイバーアンプに用い
る際、波長の変動は信号に対するノイズとなる問題があ
った。発明者らは鋭意検討の結果、かかるレーザ光の波
長の不安定性、および半導体レーザモジュールにおける
キンクの発生やカップリング効率の低下は、前記ロッド
レンズの位置の変化により生ずることを見出した。

【０００８】以下、詳説する。半導体レーザの発振波長
は一般に、ほとんどゲインだけで決まり、ゲインのピー
ク波長付近２ｎｍの範囲で発振する。しかし、半導体レ
ーザ外部の界面で反射したレーザ光が、戻り光として半
導体レーザに帰還すると、半導体レーザ出射面と前記外
部の界面とにより新たな共振器（以後、外部共振器とい
う）が形成される。半導体レーザ共振器と外部共振器と
は界面を共有するので複合共振器を構成する。半導体レ
ーザの発振波長は、この複合共振器によって決定される
こととなり、外部共振器の共振器長すなわち前記半導体
レーザ外部の界面の位置の影響を強く受ける。前記従来
の半導体レーザユニットの様にロッドレンズが半導体レ
ーザの直近に配置されている場合、ロッドレンズのレー
ザ光の入射面や出射面が、前記外部の界面となる。従っ
てロッドレンズの位置が変化すると、半導体レーザの発
振波長が変化することになる。

【０００９】ロッドレンズが半導体レーザの直近に配置
されている場合、戻り光が半導体レーザの発振波長に与
える影響は、以下の二つの理由から特に大きなものにな
る。第一の理由は、ロッドレンズから半導体レーザに帰
還する戻り光の量が増大することである。半導体レーザ
光は、端面から出射した後、縦横二方向に広がるため、
ロッドレンズで反射して端面に帰還するレーザ光の量は
端面からロッドレンズまでの距離の二乗に反比例する。
この結果、前記半導体レーザユニットの如くロッドレン
ズが半導体レーザの直近に配置されている場合、戻り光
量が増大し、戻り光が半導体レーザの発振波長に与える
影響は増大する。

【００１０】第二の理由は、ロッドレンズと半導体レー
ザ出射側端面で構成される外部共振器のＦＳＲ（自由ス
ペクトル間隔）が増大することである。外部共振器のＦ
ＳＲは、ロッドレンズと半導体レーザ出射側端面との距
離の一乗に反比例するため、前記半導体レーザユニット
の如くロッドレンズが半導体レーザの直近に配置されて
いる場合ＦＳＲは、しばしば数ｎｍ〜数十ｎｍにまで増
大する。この結果、半導体レーザの発振波長が、戻り光
の影響によって変動しうる波長範囲が拡大する。この事
の影響は、特に固体レーザ励起用に前記半導体レーザユ
ニットを使う場合において顕著である。固体レーザに用
いられるレーザ媒質の吸収波長幅は１〜３ｎｍ程度であ
るので、半導体レーザの発振波長が数ｎｍ変動すること
により励起光率は著しく低下し、出力の急減や発振停止
がもたらされうる。

【００１１】また半導体レーザの横モードがマルチモー
ドである場合には、戻り光は半導体レーザの発振波長の
みならず、発振横モードにも大きな影響を与える。横モ
ードの次数が高次となるほど、そのビームの集光は困難
となり、その集光スポット径は増大する。従って、半導
体レーザユニットからのレーザ光を光ファイバーを通じ
て出射する半導体レーザモジュールにおいて、半導体レ
ーザの発振横モードの次数が変動すると、光ファイバー
端面における集光スポット径も変動する。この結果、光
ファイバーへのカップリング効率が変動し、光ファイバ
ーから出射される光出力が不安定化する原因となる。

【００１２】半導体レーザへの注入電流が変化すると、
半導体レーザ付近の温度が変動するため、ロッドレンズ
を接着している接着剤の熱膨張または収縮により、ロッ
ドレンズの位置も変動する。この結果、半導体レーザの
横モードも注入電流に対して変動する。上述のように横
モードが変動すれば、光ファイバーへのカップリング効
率が変動するので、Ｉ−Ｌ特性にはキンクが生ずること
となる。またロッドレンズの位置が変化すると、レーザ
光のビーム系が左右非対称となったり、レーザ光がある
べき光軸からずれるので、このことからも光ファイバー
へのカップリング効率が低下する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、レー
ザビームの形状が変化して左右非対称になる問題や、レ
ーザ光があるべき光軸からずれる問題の原因であり、ま
た波長変動の原因でもあるロッドレンズの位置の変化を
低減することにより、発振波長の安定性および発振横モ
ードの安定性に優れた半導体レーザユニットを提供する
ことにある。

【００１４】また、本発明の目的は、かかる半導体レー
ザユニットを用いることにより、カップリング効率の安
定性に優れＩ−Ｌ特性にキンクの生じない半導体レーザ
モジュールを提供することにある。さらに、本発明の目
的は、かかる半導体レーザユニットを用いることによ
り、出力安定性に優れた半導体レーザ励起固体レーザ装
置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体レーザ
と、半導体レーザを載置したブロック体と、前記半導体
レーザのレーザ光の出射面に近接して配置されたロッド
レンズとを有する半導体レーザユニットにおいて、前記
ロッドレンズの２箇所が、前記半導体レーザの両側に位
置する前記ブロック体の２つの凸部の端面のそれぞれの
一部に固着され、かつ前記２つの凸部の端面が同一平面
上にあることを特徴とする半導体レーザユニットであ
る。

【００１６】本発明において、前記ブロック体の半導体
レーザを戴置する面と、前記ブロック体の２つの前記凸
部とが、一体のヒートシンクで形成されていることが望
ましい。また、本発明においては、前記ロッドレンズ固
定部と、前記ロッドレンズとの間が、金属ハンダによっ
て固定されていることが望ましい。

【００１７】また、本発明においては、前記ロッドレン
ズが屈折率分布構造を有することが望ましい。また、本
発明においては、、前記半導体レーザとして横モードが
マルチモードの半導体レーザを用いることが出来る。こ
こでマルチモードとは、半導体レーザからの出射光がＴ
ＥＭ００のみならずＴＥＭ１０またはそれより高次モー
ドの光を含むことをいう。このように横モードがマルチ
モードとなる半導体レーザとしては、いわゆるブロード
エリア型の半導体レーザや、半導体レーザアレイ等があ
る。また、本発明は、半導体レーザと前記半導体レーザ
に近接して配置されたロッドレンズとを有する半導体レ
ーザユニットと、光ファイバーとを有し、前記半導体レ
ーザユニットからのレーザ光を、前記光ファイバーを通
じて出力する半導体レーザモジュールにおいて、前記半
導体レーザユニットが、前記の特徴を備えたものである
ことを特徴とする半導体レーザモジュールでもある。

【００１８】また本発明は、半導体レーザと前記半導体
レーザに近接して配置されたロッドレンズとを有する半
導体レーザユニットを用いて、固体レーザ媒質を励起す
る固体レーザ装置であって、半導体レーザユニットが前
記の特徴を備えた半導体レーザ励起固体レーザ装置でも
ある。

【００１９】

【作用】発明者らは、従来の半導体レーザユニットの問
題を引き起こすロッドレンズの位置の変化の発生原因を
鋭意検討した結果、次のようなことが原因であることを
見出した。前述のように図４の従来の半導体レーザユニ
ットにおいて、ロッドレンズを固定する一方である絶縁
板の前端面２３ａは、ヒートシンクの前端面２２ａより
も後ろに少しずらしている。したがってロッドレンズを
固着する接着剤の厚さはヒートシンク側の接着部２９に
おいては例えば１０μｍ程度と薄くできても、絶縁板側
の接着部２８では例えば３００μｍ程度と厚くなる。接
着剤の厚さが異なると、外気温の変動や湿度変化などに
よって接着剤が膨張や収縮の程度が異なる。その程度は
接着剤が厚いほど大きくなる。ロッドレンズの両端で接
着剤の厚さが異なるために接着剤の膨張や収縮の程度が
異なるので、結果としてロッドレンズと半導体レーザの
出射面２１ａとの位置関係が変化してくる。すなわちロ
ッドレンズが半導体レーザの出射面に対して距離が変る
だけでなく、傾いてくる。

【００２０】一方、本発明に係る半導体レーザユニット
の概略構成を図１に示す。半導体レーザユニット１は、
半導体レーザ２、ブロック体３、およびロッドレンズ５
からなっている。半導体レーザの２の出射面２ａには発
光部８があり、ここから半導体レーザ光が出射される。
ロッドレンズ５は半導体レーザの発光部８に近接して設
けられ、その両端部はブロック体３に固定されている。
その固定法は、ブロック体３の半導体レーザ２を挟む位
置に設けられた２つの凸部６と７の前端面６ａと７ａの
一部に、ロッドレンズ５が接着剤によって、接着部１０
と接着部１１において接着されたものである。この２つ
の凸部の前端面６ａと前端部７ａは、同一平面にある。
ロッドレンズ５とブロック体３を接着する接着剤等は、
外気温の変動や湿度変化等によって膨張や収縮する事は
避けられない。しかし、接着剤等の層の厚みが１０μｍ
程度と極めて薄くできれば、かかる膨張や収縮は小さく
なる。またロッドレンズの両端の接着剤の厚さを等しく
すれば、膨張や収縮の程度は同じになる。このようにな
れば温度や湿度の変動等によるロッドレンズ５の位置の
変化は極めて小さく、かつ左右で同程度となる。また、
接着剤等は振動衝撃等によって変形する場合があるが、
接着剤等の層の厚みが１０μｍ程度と極めて薄ければ、
変形によるロッドレンズ５の位置の変化は極めて小さな
ものとなる。

【００２１】ロッドレンズを接着固定する２つの面を同
一平面上に設けることによって、接着剤の厚みを２つの
接着部１０と１１で等しい厚さにすることができ、かつ
１０μｍ以下と極めて薄いものとすることができるの
で、膨張変形等によるロッドレンズの位置の変化を極め
て小さなものとすることが可能となる。この結果、コリ
メートしたレーザビーム形が左右非対称になったり、レ
ーザ光があるべき光軸からずれていくことが防止でき
る。また戻り光の変化が抑制され、半導体レーザの発振
波長の安定性は向上する。ここで、ブロック体の半導体
レーザの戴置面と、２つの凸部がヒートシンクで一体的
に形成されていれば、半導体レーザとロッドレンズ固定
部との間の機械的安定性は優れたものとなる。また2つ
の凸面の前端面が同一面にするだけでなく、半導体レー
ザの出射側端面もこの２つの凸面と同一平面にすること
が容易となる。この結果、半導体レーザ出射側端面とロ
ッドレンズ固着部とを安定的に略同一平面上に保持する
ことが出来る。これにより、半導体レーザの発振波長の
安定化をより確実に実現することができる。また部品点
数も減少し、容易かつ安価に、本発明に係る半導体レー
ザユニットを作製することができる。

【００２２】ここで、半導体レーザの横モードがマルチ
モードである場合、発振波長が戻り光の影響で変動する
ならば、横モードも戻り光の影響を受け大きく変動す
る。したがって、半導体レーザの横モードがマルチモー
ドである場合においては、本発明により戻り光の変化を
抑制することは、特に有益である。ロッドレンズの位置
の変化を抑制するには、ロッドレンズとロッドレンズ固
定部との結合に用いる部材が、弾性率が高く、かつ、熱
膨張率が低いものであることが望ましい。金属ハンダは
一般に、有機物からなる接着剤と比較して、弾性率が高
く、かつ熱膨張率が小さい。したがって温度変化、外部
からの衝撃によるロッドレンズの位置変化を、有機系接
着剤を使用した場合と比較して大きく低減できる。この
結果、戻り光の変化が抑制され、半導体レーザの発振波
長の安定性は向上する。また金属ハンダを用いてロッド
レンズの位置変化を抑制することは、レーザ光のあるべ
き光軸からのずれも防止できるので、半導体ユニットと
光ファイバーを組み合わせた半導体レーザモジュールに
おいて、特に効果が大きい。

【００２３】一様な屈折率を持つロッドレンズは球面収
差を持つため、これを用いて半導体レーザからのレーザ
光を適切にコリメートすることは困難である。ここでロ
ッドレンズとして、適切な屈折率分布構造を有するもの
を用いれば、球面収差が除去され、半導体レーザからの
レーザ光をビーム品質を損なうことなくコリメートする
ことができる。これによりビーム品質の優れた半導体レ
ーザユニットを実現することができる。

【００２４】半導体レーザユニットの横モードの安定性
は、半導体レーザユニットの出力光を光ファイバーを通
じて出射する半導体レーザモジュールにおいて、特に重
要である。半導体レーザユニットの横モードが不安定で
あると、光ファイバーへのカップリング効率が不安定と
なり、出力光の不安定性やＩ−Ｌ特性におけるキンクが
生ずるからである。本発明によれば、横モード安定性の
優れた半導体レーザユニットを光源として用いるので、
光ファイバーへのカップリング効率が安定し、出力光の
不安定性やＩ−Ｌ特性におけるキンク等の問題を生じな
い、半導体レーザモジュールが実現できる。

【００２５】半導体レーザユニットの波長安定性は、固
体レーザ装置において半導体レーザを出射したレーザ光
により固体レーザ媒質を励起する場合に特に重要であ
る。固体レーザ媒質の光吸収波長の半値幅は１〜３ｎｍ
程度であるので、半導体レーザユニットの発振波長がｎ
ｍ単位で変動すれば、励起光率が大幅に変動し、固体レ
ーザ装置からの出力光の出力も大きく変動するからであ
る。本発明によれば、発振波長の安定性に優れた半導体
レーザユニットを励起光源とするので、励起効率が安定
し出力安定性に優れた半導体レーザ励起固体レーザ装置
が実現できる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発
明の実施形態を説明する。（第１実施形態）図１は、本発明の第１実施形態である
半導体レーザユニットの概略構成図である。半導体レー
ザユニット１は、半導体レーザ２、ブロック体３、絶縁
板４およびロッドレンズ５からなっている。

【００２７】半導体レーザ２はＡｌＧａＡｓ系ブロード
エリア型横マルチモードの半導体レーザである。同半導
体レーザは、ストライプ幅１００μｍの発光部８から波
長８０９ｎｍで出力２Ｗのレーザ光を出射する。縦方向
の放射角は全角で３５°、横方向の放射角は全角で７°
である。ブロック体３は銅からできている一体物であ
り、ヒートシンクとなっている。ここでは厚さ２．５ｍ
ｍ、最大高さ８．０ｍｍ、幅６．４ｍｍの大きさとし
た。そして半導体レーザを戴置する面を挟んで両側に凸
部６、７が設けられており、その一方の凸部７の上部に
は、アルミナセラミクスからなる絶縁板４を介して、外
部との通電部９が取り付けられている。また半導体レー
ザはジャンクションダウンでヒートシンクとなるブロッ
ク体に戴置されている。通電部９と半導体レーザの基板
側電極との間はリード線１２で導通が図られており、半
導体レーザのエピタキシャル面側の電極（図示せず）は
ブロック体をとおして、外部と導通が図られている。リ
ード線１２は、半導体レーザに供給する電流値により、
図のような複数のリード線を並列接続することもでき
る。ここで絶縁板４の厚さは２ｍｍと従来技術で用いら
れた絶縁板よりも薄いが、取り扱いに注意すれば破損さ
せることなく扱うことができた。また通電部９と半導体
レーザ２の基板面の高さは互いに異なっているが、半導
体レーザを高速駆動させる限られた用途以外では問題と
ならない。

【００２８】ロッドレンズ５は、Doric Lens Inc製Grad
ient index cylindrical microlensで、直径６０μｍ、
焦点距離４１μｍで、作動距離は１０μｍである。ロッ
ドレンズ５は、球面収差を補正するための屈折率分布構
造を有している。ロッドレンズ５は、有機系接着剤（サ
マーズ・ラボラトリーズ社製、製品名レンズボンドＰ−
９２）によりヒートシンクであるブロック体３に固定さ
れている。ロッドレンズを接着固定するブロック体の２
つの凸部６、７のそれぞれの前端面６ａ，７ａは同一平
面上に有る。

【００２９】ロッドレンズ５の作動距離が１０μｍなの
で、半導体レーザ光を縦方向にコリメートするため、ロ
ッドレンズ５と半導体レーザ出射側端面２ａとの間は１
０μｍに保持される。コリメート後のレーザ光の縦方向
の放射角は１．５°であり、出力は１．９Ｗである。上
述のように、ロッドレンズを接着固定するヒートシンク
の２つの凸部のそれぞれの前端面６ａ，７ａは同一平面
上に有るので、ロッドレンズ５と前記２つの前端面との
距離、すなわち接着剤の厚さも１０μｍとした。

【００３０】ロッドレンズを接着固定する接着剤等は有
機物であるため、外気温の変動、湿度変化等によって膨
張・収縮する。しかし、接着剤等の層の厚みが１０μｍ
であるため、膨張や収縮によるロッドレンズ５の位置の
変化は極めて小さなものとなる。また、衝撃等が加わっ
た場合の、接着剤の変形によるロッドレンズ５の位置の
変化も極めて小さなものとなる。この結果、半導体レー
ザ２への戻り光にはほとんど変化が生じず、発振波長の
安定性に優れた半導体レーザユニットを実現することが
できる。

【００３１】（第２実施形態）本発明の第２の実施形態
は、ロッドレンズ５とヒートシンクとが、接着剤として
金属ハンダで接着固定されていることのみ、第１実施形
態に示した半導体レーザユニットと異なっている。

【００３２】金属ハンダは、千住金属社製の低温ハンダ
＃９５を用いた。金属ハンダは、有機物である接着剤と
比較して、熱膨張率は一桁低く、弾性率は一桁高い。こ
の結果、ロッドレンズ５と半導体レーザ２との相対位置
の変化は、極めて小さなものになる。従って金属はんだ
を用いることによって、さらに発振波長の安定性に優れ
た、半導体レーザユニットを実現することができる。

【００３３】（第３実施形態）図２に本発明の第３実施
形態である半導体レーザモジュールの概略構成図を示
す。半導体レーザモジュールは、レーザ光を放射する光
源である半導体レーザユニット１と光ファイバー１３が
光軸上に並ぶよう、固定部材２０により光ファイバー１
３を固定する第２ブロック体１４を更に加えて構成され
ている。

【００３４】本実施形態においては、半導体レーザユニ
ット１は、第１実施形態と同じ物であり、ヒートシンク
からなるブロック体３に半導体レーザ２とロッドレンズ
５が取り付けられている。その出力は１．９Ｗ、発振波
長は８０９ｎｍである。光ファイバー１３は、ステップ
インデックス型のシリカファイバーであり、コアの直径
は１００μｍ、Ｎ．Ａ．は０．１２である。

【００３５】半導体レーザユニット１から放射されたレ
ーザ光は光ファイバー１３に入射する。光ファイバー１
３中を伝播したレーザ光は、光ファイバーの出射側端面
（図示せず）から出力光として放出される。横モード安
定性に優れた半導体レーザユニット１を光源として用い
るので、カップリング効率の変動を小さなものとするこ
とが可能である。この結果、出力光の出力は時間的に安
定したものとなり、また、Ｉ−Ｌ特性にキンクは認めら
れなかった。すなわち本発明によれば、カップリング効
率の安定性に優れた半導体レーザモジュールを実現でき
る。なおロッドレンズ５と光ファイバー１３との間に集
光レンズ（図示せず）を設けてもよい。その場合集光レ
ンズは直径２．５ｍｍの非球面ガラスレンズであり、焦
点距離０．７ｍｍを用いることができる。集光レンズの
両面および光ファイバーの両端面には波長８０９ｎｍの
光に対するＡＲコーティングが施されている。この場
合、光ファイバー１３は、コア径５０μｍでＮＡが０．
２のものを用いることができる。また第２ブロック体１
４とブロック体３とは一体ものでもよいし、接着剤で互
いに接合したものや、ネジで互いに接合したものであっ
てもよい。

【００３６】また本発明の半導体レーザモジュールにお
いて、半導体レーザを発振波長が９８０ｎｍの半導体レ
ーザとして、この半導体レーザモジュールをＥＤＦＡの
励起光源として用いれば、光通信で伝播される信号を低
ノイズで増幅することができる。（第４実施形態）図３に本発明の第４の実施形態であ
る、半導体レーザ励起固体レーザ装置の概略構成図を示
す。この固体レーザ装置は、励起光を放射する光源であ
る半導体レーザユニット１、励起光を集束する集光レン
ズ１９および光共振器１５が、光軸１８上に配置されて
構成されている。ここで光共振器１５は、レーザ媒質で
あるＮｄ：Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂（以下Ｎｄ：ＹＡＧと略称す
る）１６、および凹面ミラー１７からなっている。これ
ら集光レンズと光共振器は第３のブロック体（図示せ
ず）に固定されている。

【００３７】本実施形態においては、半導体レーザユニ
ット１は、第１実施形態に記載の物であり、その出力は
１．９Ｗ、発振波長は８０９ｎｍである。集光レンズ１
９は、松下電器部品株式会社製ＥＯＬＧＬ４５Ｍ０２５
型非球面ガラスレンズを用い、その焦点距離は３ｍｍ、
Ｎ．Ａ．は０.５５である。Ｎｄ：ＹＡＧ１６はＮｄ³⁺
イオンが１．４ａｔ％添加されたものであり、その結晶
長は１ｍｍである。また、凹面ミラー１７はＢＫ７製で
あり、一方の界面１７ａの曲率半径は１５ｍｍであり、
他方の界面１７ｂは平面とした。Ｎｄ：ＹＡＧ１６の一
方の界面１６ｂと凹面ミラー１７の一方の界面１７ａと
の距離は、光軸１８上において７．５ｍｍとした。

【００３８】Ｎｄ：ＹＡＧ１６の界面１６ａには励起光
の波長８０９ｎｍにおいて透過率が９０％以上で、か
つ、Ｎｄ：ＹＡＧの発振波長である９４６ｎｍにおいて
反射率が９９．９％以上のコーティングが施される。ま
た、Ｎｄ：ＹＡＧ１６の界面１６ｂには９４６ｎｍにお
いて反射率が０．１％以下のコーティングが施される。
一方、凹面ミラー１７の界面１７ａには９４６ｎｍにお
いて反射率が９９％のコーティングが施され、これら２
つの界面１６ａおよび１７ａによって波長９４６ｎｍに
おける光共振器１５が形成される。

【００３９】半導体レーザユニット１から放射された励
起光が集光レンズ１９によって集束されて、Ｎｄ：ＹＡ
Ｇに入射すると、Ｎｄ：ＹＡＧ中に反転分布が形成され
て光増幅が可能になる。この結果、光共振器１５におい
て波長９４６ｎmのレーザ発振がおこり、出力光として
凹面ミラー１７を通過して出力される。Ｎｄ：ＹＡＧ４
５の波長８０９ｎｍにおける吸収波長の半値幅は１ｎｍ
以下と極めて狭い。しかし、波長安定性に優れた半導体
レーザユニットを励起光源として用いるので、励起効率
の変動を小さなものとすることが可能である。この結
果、出力光の出力も安定したものとなる。

【００４０】すなわち本発明によれば、出力安定性に優
れた半導体レーザ励起固体レーザ装置を実現できる。

【００４１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
ロッドレンズの位置の変化を低減することにより、レー
ザビームの形状が変化して非対称化することを防ぎ、ま
たロッドレンズからの戻り光の変化を抑制することがで
きるので、発振波長の安定性、および横モードの安定性
に優れた半導体レーザユニットを得ることが可能とな
る。また、本発明によれば、かかる半導体レーザユニッ
トを用いることにより、カップリング効率の安定性に優
れた半導体レーザモジュールを得ることが可能となる。
更に、本発明によれば、かかる半導体レーザユニットを
用いることにより、出力安定性に優れた半導体レーザ励
起固体レーザ装置を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態、および第２実施形態で
ある半導体レーザユニットの概略斜視図である。

【図２】本発明の第３実施形態である半導体レーザモジ
ュールの光軸を含む面での概略透視図である。

【図３】本発明の第４実施形態である半導体レーザ励起
固体レーザ装置の光軸を含む面での概略透視図である。

【図４】従来例である半導体レーザユニットの概略斜視
図である。

【符号の説明】

１・・・半導体レーザユニット２、２１・・・半導体レーザ３・・・ブロック体４、２３・・・絶縁体５、２５・・・ロッドレンズ６、７・・・凸部８、２６・・・発光部１０、１１、２８、２９・・・接着部１３・・・光ファイバー１５・・・光共振器１６・・・Ｎｄ：ＹＡＧ１７・・・凹面ミラー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H037 AA02 AA03 AA04 BA03 CA17 DA05 DA06 DA17 5F072 AB02 AB13 PP07 YY01 YY06 YY12 YY13 YY20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体レーザと、半導体レーザを載置し
たブロック体と、前記半導体レーザのレーザ光の出射面
に近接して配置されたロッドレンズとを有する半導体レ
ーザユニットにおいて、前記ロッドレンズの２箇所が、
前記半導体レーザの両側に位置する前記ブロック体の２
つの凸部の端面のそれぞれの一部に固着され、かつ前記
２つの凸部の端面が同一平面上にあることを特徴とする
半導体レーザユニット。
【請求項２】前記ブロック体の半導体レーザを戴置す
る面と、前記ブロック体の２つの前記凸部とが、一体の
ヒートシンクで形成されていることを特徴とする請求項
１に記載の半導体レーザユニット。
【請求項３】前記半導体レーザユニットにおいて、前
記ロッドレンズ固定部と、前記ロッドレンズとの間が、
金属ハンダによって固定されていることを特徴とする請
求項１または２のいずれかにに記載の半導体レーザユニ
ット。
【請求項４】前記半導体レーザユニットにおいて、前
記ロッドレンズが屈折率分布構造を有していることを特
徴とする請求項１から３のいずれかに記載の半導体レー
ザユニット。
【請求項５】前記半導体レーザユニットにおいて、前
記半導体レーザの横モードがマルチモードであることを
特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の半導体レ
ーザユニット。
【請求項６】請求項１〜５のいずれかに記載の半導体レ
ーザユニットに、さらに、前記ロッドレンズを透過した
レーザ光を端面で受ける光ファイバーを備えたことを特
徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項７】請求項１〜５のいずれかに記載の半導体レ
ーザユニットに、前記ロッドレンズを透過したレーザ光
により励起される固体レーザ媒質をさらに備えたことを
特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。