JP2004040021A

JP2004040021A - Semiconductor laser device

Info

Publication number: JP2004040021A
Application number: JP2002198430A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Momiuchi; 籾内　正幸; Yoshiaki Goto; 後藤　義明
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2002-07-08
Filing date: 2002-07-08
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2022-07-08
Also published as: JP4128037B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce in size a semiconductor laser device by facilitating condensing of laser beams from a plurality of semiconductor laser elements. <P>SOLUTION: The semiconductor laser device includes a heat sink 6 formed with a plurality of stepwise surfaces 5a, 5b and 5c, a plurality of rod lenses 8a, 8b and 8c individually opposed to a plurality of semiconductor laser elements 2a, 2b and 2c provided on the respective stepwise surfaces, and a plurality of rod lenses 11a, 11b and 11c for condensing laser beams 14a, 14b and 14c passed through the first rod lens in a direction perpendicular to the first rod lens. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体レーザ装置、特に半導体レーザ素子のマウント構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、半導体レーザ装置に使用される発光素子としての半導体レーザ素子（半導体レーザダイオード（ＬＤ））は、低電力で高出力のレーザ光線を発するものとして普及している。更に、近年益々高出力のレーザ光線が要求されており、斯かる要求に応える為、複数の半導体レーザ素子を用い各半導体レーザ素子から発せられるレーザ光線を束ねることでレーザ光線の高出力化に応えている。又、半導体レーザ素子自体は微小なものであり、高出力のレーザ光線を射出することから発熱量も大きい。半導体レーザ素子は温度が高くなると出力が低下し、寿命も短くなる為、各半導体レーザ素子を適切に冷却することも要求されている。
【０００３】
図１０に於いて、従来の半導体レーザ装置１について説明する。
【０００４】
半導体レーザ素子２は通常、放熱板（以下ヒートシンク）３にハンダ、ペースト等により固着される。前記半導体レーザ素子２は上下両面が電極となっており、前記ヒートシンク３は前記半導体レーザ素子２の放熱器として機能すると共に電極として使用され、他方の電極としては前記半導体レーザ素子２の上面にワイヤ（図示せず）がボンディングされる。
【０００５】
前記ヒートシンク３、ワイヤを介して前記半導体レーザ素子２に電力が供給され、該半導体レーザ素子２が発光される。該半導体レーザ素子２の発光と共に該半導体レーザ素子２は発熱し、発熱は前記ヒートシンク３を介して放熱される。
【０００６】
上記した様に、近年益々高出力のレーザ光線が要求されており、１つの半導体レーザ素子２では出力に限界がある為、出力の増大に対して前記半導体レーザ素子２を複数用いることで高出力化の要求に対応している。
【０００７】
図１１は複数の半導体レーザ素子２を具備する半導体レーザ装置４の概略を示している。
【０００８】
図１１中では３個の半導体レーザ素子２が横に並べられてヒートシンク３に固着された半導体レーザ装置４を示している。
【０００９】
該半導体レーザ装置４では前記ヒートシンク３が共通の電極となり、個々の半導体レーザ素子２にはそれぞれ電極としてのワイヤ（図示せず）がボンディングされている。複数の前記半導体レーザ素子２にヒートシンク３、ワイヤを介して個々に電力が供給され、前記個々の半導体レーザ素子２からレーザ光線が発せられる。輝度の高い高出力のレーザ光線とするには、前記個々の半導体レーザ素子２から発せられるレーザ光線をまとめる必要があり、従来では複数のレーザ光線をまとめる為の光学系が設けられている。斯かる光学系の一例としては、前記各半導体レーザ素子２から発せられるレーザ光線をそれぞれ光ファイバにより導き、更に光ファイバを束ねる等し、一本のレーザ光線として出力するものがあった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来の半導体レーザ装置では、複数の半導体レーザ素子２が横に並べられて設けられる為高出力化に対応して半導体レーザ素子２の数が増えると半導体レーザ素子２の両端間の幅が大きくなり、又各半導体レーザ素子２から発せられるレーザ光線の間隔も大きくなる。これらレーザ光線を束ねる有効な手段として光ファイバがあり、各半導体レーザ素子２から発せられるレーザ光線をそれぞれ光ファイバに入射させ、光ファイバを束ねるものである。光ファイバでレーザ光線を束ねる場合、光ファイバの取回しの為の占有空間が大きくなり、又束ねた光ファイバの径が大きくなる。この為、複数の半導体レーザ素子２を具備する半導体レーザ装置では設置上の制約が大きくなると共に束ねた光ファイバの径が大きくなり、束ねられたレーザ光線の光束断面も大きくなるという不具合があった。
【００１１】
又、複数の半導体レーザ素子と光ファイバとの光軸合わせの調整に細かい作業が必要となる問題もあった。
【００１２】
更に、上記した様に、従来の半導体レーザ装置では複数の半導体レーザ素子２から発せられるレーザ光線を細く束ねる為に複雑な光学系が必要であり、又複雑な光学系と半導体レーザ素子２が平面的に配設されることで、半導体レーザ装置の小型化が難しいという問題があり、又光学系に光ファイバを用いた場合、レーザ光線が光ファイバを通過する際に本来レーザ光線が持っている偏向方向が崩れてしまうという問題があった。
【００１３】
本発明は斯かる実情に鑑み、複数の半導体レーザ素子からの集光及び調整も容易にし、而も半導体レーザ装置の小型化が図れる半導体レーザ装置を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の段差面が形成されたヒートシンクと、前記段差面毎に設けられた複数の半導体レーザ素子と該半導体レーザ素子の個々に対峙させて複数の第１のロッドレンズを設け、該第１のロッドレンズを透過したレーザ光線を前記第１のロッドレンズとは直交する方向に集光する第２のロッドレンズを設けた半導体レーザ装置に係り、又前記第２のロッドレンズが前記第１のロッドレンズと同数設けられ、前記第１のロッドレンズ個々に対応させて設けられた半導体レーザ装置に係り、又前記複数の半導体レーザ素子からの複数のレーザ光線を個別に反射し、反射された複数のレーザ光線は同一面内にある様に反射する複数の反射面を有する反射部材を具備する半導体レーザ装置に係り、又前記第２のロッドレンズは前記反射部材の反射光軸上に設けられた半導体レーザ装置に係り、又前記段差面を横切り前記ヒートシンクに設けられた上ヒートシンクと、前記半導体レーザ素子の上面に設けられ前記上ヒートシンクを貫通する端子棒を設け、該端子棒は前記半導体レーザ素子の電極と前記上ヒートシンクへの熱伝達部材を兼ねる半導体レーザ装置に係り、又前記反射部材は結晶材料であり、反射面は研磨面又はへき界面である半導体レーザ装置に係り、又前記反射面には誘電体薄膜が形成されている半導体レーザ装置に係り、又前記反射面には特定の波長帯のみを反射する反射膜を備える半導体レーザ装置に係り、更に又前記複数の半導体レーザ素子は、それぞれ異なる波長を発し、前記第１のロッドレンズと第２のロッドレンズにより同一方向に平行光束とされる半導体レーザ装置に係るものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
先ず、図１〜図５は本発明の第１の実施の形態を示している。
【００１７】
本実施の形態では複数（図示では３個）の半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃが用いられる場合について説明する。
【００１８】
図５に示される様にヒートシンク６に段差面５ａ，５ｂ，５ｃが階段状に凹設され、前記ヒートシンク６の各段差面５ａ，５ｂ，５ｃに前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃが固着されている。該半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃの前端面（発光面）は同一面（図示では前記ヒートシンク６の前端面）に位置している。
【００１９】
前記ヒートシンク６の前記段差面５ａ，５ｂ，５ｃの両側方に上面から前端面に掛渡って倒立Ｌ字形状のレンズ保持具７，７が固着されている。コリメートレンズである第１ロッドレンズ８ａ，８ｂ，８ｃを前記レンズ保持具７，７に掛渡して設ける。前記第１ロッドレンズ８ａ，８ｂ，８ｃはそれぞれ前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃと対向しており、又前記第１ロッドレンズ８ａ，８ｂ，８ｃは互いに平行であると共に前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃの光軸に対して直交している。
【００２０】
前記ヒートシンク６の前端面に上面と平行にレンズ保持台９が突設され、該レンズ保持台９にコリメートレンズである３本の第２ロッドレンズ１１ａ，１１ｂ，１１ｃが立設されている。該第２ロッドレンズ１１ａ，１１ｂ，１１ｃは互いに平行であると共に前記第１ロッドレンズ８ａ，８ｂ，８ｃとそれぞれ直交している。
【００２１】
前記ヒートシンク６と対向する位置にミラー保持台１２が配設され、該ミラー保持台１２の上面に反射部材１３が固着される。該反射部材１３は前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃと対応する様に、３段の反射面１３ａ，１３ｂ，１３ｃを有し、各反射面１３ａ，１３ｂ，１３ｃは前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃの光軸に対して所要の角度（図示では４５°の角度）で傾斜し、相互に平行となっている。
【００２２】
前記反射部材１３としては光学部材又はシリコンウェーハ等の結晶材料が用いられ、前記反射面１３ａ，１３ｂ，１３ｃは研磨面又はへき界面が使われる。該反射面１３ａ，１３ｂ，１３ｃには高反射率を得る為誘電体薄膜を形成しても良い。
【００２３】
尚、前記ヒートシンク６の裏面には図示しない電子冷凍素子（ＴＥＣ）が取付けられている。
【００２４】
前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃは発光エミッタが扁平であることから、射出されるレーザ光線の光束断面は楕円形状となり、又楕円形状は縦方向が短径で、横方向が長径となり、広がり角については縦方向が大きく、横方向が小さい。図示では前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃから発せられるレーザ光線の光束断面は横方向が長径の断面となっているので、前記第１ロッドレンズ８ａ，８ｂ，８ｃが前記第２ロッドレンズ１１ａ，１１ｂ，１１ｃより屈折力が大きくなっている。
【００２５】
前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃが駆動され、レーザ光線１４ａ，１４ｂ，１４ｃが発せられる。該レーザ光線１４ａ，１４ｂ，１４ｃは先ず前記第１ロッドレンズ８ａ，８ｂ，８ｃにより短軸方向について平行光束とされ、次に前記第２ロッドレンズ１１ａ，１１ｂ，１１ｃにより長軸方向が平行光束とされる。
【００２６】
該第２ロッドレンズ１１ａ，１１ｂ，１１ｃを透過した前記レーザ光線１４ａ，１４ｂ，１４ｃは前記反射部材１３の各反射面１３ａ，１３ｂ，１３ｃにより直角方向に反射され、反射されたレーザ光線１４ａ，１４ｂ，１４ｃは同一面内にあり、本実施の形態では縦一列となる。
【００２７】
而して、反射されたレーザ光線１４ａ，１４ｂ，１４ｃは縦一列となり、前記段差面５ａ，５ｂ，５ｃの段差量を前記第２ロッドレンズ１１ａ，１１ｂ，１１ｃを通過したレーザ光線１４ａ，１４ｂ，１４ｃの光束の短軸径と略等しくすれば、該レーザ光線１４ａ，１４ｂ，１４ｃ全体の光束の径は小さくなり、更に集光させる場合の光学系、或は所要位置にレーザ光線を導く場合の光学系は小型のものでよくなる。
【００２８】
図６は第２の実施の形態を示すものである。
【００２９】
本第２の実施の形態では、１本の第２ロッドレンズ１１をミラー保持台１２に設け、レーザ光線１４ａ，１４ｂ，１４ｃの光束断面の長軸方向については前記第２ロッドレンズ１１により１本の平行光束としたものである。
【００３０】
第１ロッドレンズ８ａ，８ｂ，８ｃを介在させ、且つ前記ミラー保持台１２をヒートシンク６に接近して設け、前記ミラー保持台１２の上面には前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃと対向する反射面１３ａ，１３ｂ，１３ｃを具備する反射部材１３が設けられている。該反射部材１３の反射光軸上に配置した前記第２ロッドレンズ１１を前記ミラー保持台１２に固着する。前記第２ロッドレンズ１１の光軸は前記レーザ光線１４ａ，１４ｂ，１４ｃの光軸とそれぞれ直交する。
【００３１】
前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃより発せられたレーザ光線１４ａ，１４ｂ，１４ｃの光束は前記第１ロッドレンズ８ａ，８ｂ，８ｃにより短軸方向が平行光束とされ、前記反射面１３ａ，１３ｂ，１３ｃで反射された後、前記第２ロッドレンズ１１により長軸方向が平行光束とされる。
【００３２】
本第２の実施の形態では全体形状が小さくなると共に前記第２ロッドレンズ１１が１本でよくなり、構成も簡単になる。
【００３３】
図７に示す第３の実施の形態では、半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃの冷却効果を高めたものである。
【００３４】
ヒートシンク６の上面に熱伝導率の高く且つ電気絶縁材料のシート、或は膜である絶縁材１５を介して上ヒートシンク１６を設ける。該上ヒートシンク１６は前記段差面５ａ，５ｂ，５ｃを横切る様に配置され、前記ヒートシンク６に対する熱的連続性が確保されている。前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃの上面に高熱伝導性で且つ電導性を有する端子棒１７ａ，１７ｂ，１７ｃを立設し、該端子棒１７ａ，１７ｂ，１７ｃの上端部は前記上ヒートシンク１６を貫通して突出している。前記端子棒１７ａ，１７ｂ，１７ｃの上端部と前記上ヒートシンク１６とはハンダ付け等の手段により電導性、熱伝導性が保証された手段で前記上ヒートシンク１６に固着される。
【００３５】
而して、前記端子棒１７ａ，１７ｂ，１７ｃは前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃの電力供給端子となると共に前記上ヒートシンク１６への熱伝達部材となる。
【００３６】
該上ヒートシンク１６は前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃの共通した電極となり、前記ヒートシンク６と上ヒートシンク１６間に電力を供給することで、段差面５ａ，５ｂ，５ｃを発光させることができる。又、前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃの下面からの熱は、直接前記ヒートシンク６へ伝達され、前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃの上面からの熱は前記端子棒１７ａ，１７ｂ，１７ｃ、上ヒートシンク１６及び絶縁材１５を介して前記ヒートシンク６に伝達され、前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃは上下両面から冷却される。
【００３７】
図８に示す第４の実施の形態では、前記上ヒートシンク１６の代りに熱伝導率の高く且つ電気絶縁材料である上ヒートシンク１８を固着し、該上ヒートシンク１８の上面に熱伝導率の高く且つ導電材料である接点板１９を固着したものである。該接点板１９と前記端子棒１７ａ，１７ｂ，１７ｃとをハンダ付け等の手段により電導性、熱伝導性が保証された手段で固着する。
【００３８】
前記ヒートシンク６と前記接点板１９とが前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃの電力供給端子となり、前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃの下面からの発熱は直接前記ヒートシンク６に伝達され、前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃの上面からの熱は、前記端子棒１７ａ，１７ｂ，１７ｃを介して前記上ヒートシンク１８に伝達され、又前記端子棒１７ａ，１７ｂ，１７ｃを介して前記接点板１９に伝達され、更に該接点板１９、上ヒートシンク１８を介して前記ヒートシンク６に伝達され、前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃは上下両面から冷却される。
【００３９】
尚、上記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃは同一波長のレーザ光線を発するものを用いてもよく、或はそれぞれ赤色、緑色、青色の各色を発するものを用いてもよい。
【００４０】
更に、半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃの波長が異なる場合は、図９に示す様な反射部材２１を更に用いることで、レーザ光線１４ａ，１４ｂ，１４ｃを同一光軸上に束ねることができる。
【００４１】
前記反射部材２１は前記レーザ光線１４ａ，１４ｂ，１４ｃに対応する反射面２１ａ，２１ｂ，２１ｃをそれぞれ具備し、前記反射面２１ａはレーザ光線１４ａの波長帯の光線のみを反射し、前記反射面２１ｂはレーザ光線１４ｂの波長帯の光線のみを反射し、前記反射面２１ｃはレーザ光線１４ｃの波長帯の光線、或は全ての波長帯の光線を反射する様に、各反射面２１ａ，２１ｂ，２１ｃの反射特性が設定されている。
【００４２】
前記反射面２１ｃで反射されたレーザ光線１４ｃは前記反射面２１ａ，２１ｂを透過し、前記反射面２１ｂで反射されたレーザ光線１４ｂは前記反射面２１ａを透過し、それぞれ前記反射面２１ａで反射されたレーザ光線１４ａと重合する。
【００４３】
而して、前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃを同一光軸とするレーザ光線に束ねることができると共に前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃを光源とした白色光が得られる。
【００４４】
尚、上記段差面は２又は４以上とし、半導体レーザ素子も２又は４以上設けてもよい。又、前記ヒートシンク６とミラー保持台１２は一体ものであってもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、複数の段差面が形成されたヒートシンクと、前記段差面毎に設けられた複数の半導体レーザ素子と該半導体レーザ素子の個々に対峙させて複数の第１のロッドレンズを設け、該第１のロッドレンズを透過したレーザ光線を前記第１のロッドレンズとは直交する方向に集光する第２のロッドレンズを設けたので、レーザ光線を平行光束とする光学系が簡略化でき、複数の半導体レーザ素子からの集光を容易にし、而も半導体レーザ装置の小型化が図れる。
【００４６】
又、前記複数の半導体レーザ素子からの複数のレーザ光線を個別に反射し、反射された複数のレーザ光線は同一面内にある様に反射する複数の反射面を有する反射部材を具備するので、複数の半導体レーザ素子からの複数のレーザ光線を簡潔な構造で束ねることができる。
【００４７】
又、前記段差面を横切り前記ヒートシンクに設けられた上ヒートシンクと、前記半導体レーザ素子の上面に設けられ前記上ヒートシンクを貫通する端子棒を設け、該端子棒は前記半導体レーザ素子の電極と前記上ヒートシンクへの熱伝達部材を兼ねたので、複数の半導体レーザ素子を個々に効率よく冷却することができる等の優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す平面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態を示す右側面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態を示す正面図である。
【図４】図１のＡ−Ａ矢視図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に於けるヒートシンクを示す斜視図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態を示す平面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態を示し、半導体レーザ素子とヒートシンクとの関係を示す正面図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態を示し、半導体レーザ素子とヒートシンクとの関係を示す正面図である。
【図９】本発明の応用例を示し、図３と同方向から見た図である。
【図１０】従来例を示す概略斜視図である。
【図１１】他の従来例を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
１　　　　　半導体レーザ装置
２　　　　　半導体レーザ素子
５　　　　　段差面
６　　　　　ヒートシンク
８　　　　　第１ロッドレンズ
９　　　　　レンズ保持台
１１　　　　第２ロッドレンズ
１３　　　　反射部材
１４　　　　レーザ光線
１６　　　　上ヒートシンク
１７　　　　端子棒
２１　　　　反射部材[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor laser device, and more particularly to a semiconductor laser device mounting structure.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art At present, a semiconductor laser element (semiconductor laser diode (LD)) as a light emitting element used in a semiconductor laser device has become widespread as emitting a high-power laser beam with low power. Further, in recent years, higher output laser beams have been demanded, and in order to meet such demands, a plurality of semiconductor laser elements have been used to bundle laser beams emitted from each semiconductor laser element, thereby responding to higher output of laser beams. ing. Further, the semiconductor laser element itself is minute and emits a high-power laser beam, so that the heat generation is large. As the temperature of a semiconductor laser device increases, its output decreases and its life becomes shorter. Therefore, it is also required to appropriately cool each semiconductor laser device.
[0003]
A conventional semiconductor laser device 1 will be described with reference to FIG.
[0004]
The semiconductor laser element 2 is usually fixed to a heat sink (hereinafter referred to as a heat sink) 3 by solder, paste, or the like. The upper and lower surfaces of the semiconductor laser element 2 are electrodes. The heat sink 3 functions as a radiator of the semiconductor laser element 2 and is used as an electrode. The other electrode is a wire on the upper surface of the semiconductor laser element 2. (Not shown) are bonded.
[0005]
Electric power is supplied to the semiconductor laser element 2 via the heat sink 3 and a wire, and the semiconductor laser element 2 emits light. The semiconductor laser element 2 generates heat together with the light emission of the semiconductor laser element 2, and the heat is radiated through the heat sink 3.
[0006]
As described above, in recent years, higher output laser beams have been demanded, and the output of a single semiconductor laser device 2 is limited. Responds to demands for
[0007]
FIG. 11 schematically shows a semiconductor laser device 4 including a plurality of semiconductor laser elements 2.
[0008]
FIG. 11 shows a semiconductor laser device 4 in which three semiconductor laser elements 2 are arranged side by side and fixed to a heat sink 3.
[0009]
In the semiconductor laser device 4, the heat sink 3 serves as a common electrode, and a wire (not shown) as an electrode is bonded to each semiconductor laser element 2. Electric power is individually supplied to the plurality of semiconductor laser elements 2 via the heat sink 3 and wires, and the individual semiconductor laser elements 2 emit laser beams. In order to obtain a high-luminance, high-output laser beam, it is necessary to combine the laser beams emitted from the individual semiconductor laser elements 2. Conventionally, an optical system for combining a plurality of laser beams is provided. As an example of such an optical system, a laser beam emitted from each of the semiconductor laser elements 2 is guided by an optical fiber, and the optical fibers are further bundled and output as a single laser beam.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In a conventional semiconductor laser device, since a plurality of semiconductor laser elements 2 are provided side by side, the width between both ends of the semiconductor laser element 2 increases as the number of semiconductor laser elements 2 increases in response to higher output. In addition, the interval between the laser beams emitted from each semiconductor laser element 2 also increases. There is an optical fiber as an effective means for bundling these laser beams, and a laser beam emitted from each semiconductor laser element 2 is made to enter each optical fiber to bundle the optical fibers. When a laser beam is bundled with an optical fiber, an occupied space for managing the optical fiber becomes large, and the diameter of the bundled optical fiber becomes large. For this reason, in the semiconductor laser device including the plurality of semiconductor laser elements 2, there is a problem that the restriction on installation is increased, the diameter of the bundled optical fiber is increased, and the light beam cross section of the bundled laser beam is also increased. .
[0011]
There is also a problem that a fine operation is required for adjusting the optical axis alignment between the plurality of semiconductor laser elements and the optical fiber.
[0012]
Further, as described above, in the conventional semiconductor laser device, a complicated optical system is necessary to bundle the laser beams emitted from the plurality of semiconductor laser elements 2 into thin pieces, and the complicated optical system and the semiconductor laser element 2 are flat. Is difficult to reduce the size of the semiconductor laser device, and when an optical fiber is used for the optical system, the laser beam originally has the laser beam when passing through the optical fiber. There is a problem that the deflection direction is lost.
[0013]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a semiconductor laser device that facilitates light collection and adjustment from a plurality of semiconductor laser elements and that can reduce the size of the semiconductor laser device.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a heat sink having a plurality of step surfaces, a plurality of semiconductor laser devices provided for each of the step surfaces, and a plurality of first rod lenses opposed to the respective semiconductor laser devices. The present invention relates to a semiconductor laser device provided with a second rod lens for condensing a laser beam transmitted through a first rod lens in a direction orthogonal to the first rod lens, wherein the second rod lens is the second rod lens. The present invention relates to a semiconductor laser device provided in the same number as one rod lens and provided corresponding to each of the first rod lenses. Also, a plurality of laser beams from the plurality of semiconductor laser elements are individually reflected and reflected. The present invention relates to a semiconductor laser device provided with a reflecting member having a plurality of reflecting surfaces for reflecting the plurality of laser beams so as to be in the same plane, and wherein the second rod lens is opposite to the reflecting member. The present invention relates to a semiconductor laser device provided on an optical axis, further comprising an upper heat sink provided on the heat sink across the step surface, and a terminal rod provided on an upper surface of the semiconductor laser element and penetrating the upper heat sink. The terminal rod relates to a semiconductor laser device that also serves as a heat transfer member to the electrode of the semiconductor laser element and the upper heat sink, and the reflection member is a crystalline material, and the reflection surface is a polished surface or a cleavage interface. The present invention also relates to a semiconductor laser device in which a dielectric thin film is formed on the reflection surface, and a semiconductor laser device having a reflection film on the reflection surface that reflects only a specific wavelength band. Semiconductor laser devices emit different wavelengths, and are converted into parallel light beams in the same direction by the first rod lens and the second rod lens. It relates to over laser device.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0016]
First, FIGS. 1 to 5 show a first embodiment of the present invention.
[0017]
In the present embodiment, a case where a plurality of (three in the figure) semiconductor laser elements 2a, 2b, 2c are used will be described.
[0018]
As shown in FIG. 5, step surfaces 5a, 5b, 5c are formed in the heat sink 6 in steps, and the semiconductor laser elements 2a, 2b, 2c are fixed to the step surfaces 5a, 5b, 5c of the heat sink 6. ing. The front end faces (light emitting surfaces) of the semiconductor laser elements 2a, 2b, 2c are located on the same plane (the front end face of the heat sink 6 in the figure).
[0019]
Inverted L-shaped lens holders 7, 7 are fixed to both sides of the step surfaces 5a, 5b, 5c of the heat sink 6 from the upper surface to the front end surface. First rod lenses 8a, 8b, 8c, which are collimating lenses, are provided to extend over the lens holders 7,7. The first rod lenses 8a, 8b, 8c face the semiconductor laser elements 2a, 2b, 2c, respectively, and the first rod lenses 8a, 8b, 8c are parallel to each other and the semiconductor laser elements 2a, 8b, 8c are parallel to each other. It is orthogonal to the optical axes of 2b and 2c.
[0020]
A lens holder 9 protrudes from the front end surface of the heat sink 6 in parallel with the upper surface, and three second rod lenses 11a, 11b, 11c, which are collimating lenses, are erected on the lens holder 9. The second rod lenses 11a, 11b, 11c are parallel to each other and orthogonal to the first rod lenses 8a, 8b, 8c, respectively.
[0021]
A mirror holder 12 is provided at a position facing the heat sink 6, and a reflection member 13 is fixed to an upper surface of the mirror holder 12. The reflecting member 13 has three stages of reflecting surfaces 13a, 13b, 13c so as to correspond to the semiconductor laser devices 2a, 2b, 2c, and each of the reflecting surfaces 13a, 13b, 13c is provided with the semiconductor laser device 2a, 2b. , 2c are inclined at a required angle (an angle of 45 ° in the drawing) with respect to the optical axes of the optical axes 2c and 2c, and are mutually parallel.
[0022]
As the reflection member 13, an optical member or a crystalline material such as a silicon wafer is used, and the reflection surfaces 13a, 13b, and 13c are polished surfaces or cleavage interfaces. A dielectric thin film may be formed on the reflection surfaces 13a, 13b, 13c to obtain a high reflectance.
[0023]
An electronic refrigeration element (TEC) (not shown) is attached to the back surface of the heat sink 6.
[0024]
Since the semiconductor laser elements 2a, 2b, and 2c have flat emission emitters, the cross section of the emitted laser beam has an elliptical shape, and the elliptical shape has a short diameter in the vertical direction and a long diameter in the horizontal direction, and is spread. The corners are large in the vertical direction and small in the horizontal direction. In the figure, since the cross section of the light beam of the laser beam emitted from the semiconductor laser elements 2a, 2b, 2c is a cross section having a longer diameter in the horizontal direction, the first rod lenses 8a, 8b, 8c are connected to the second rod lenses 11a, 11c. The refractive power is larger than 11b and 11c.
[0025]
The semiconductor laser elements 2a, 2b, 2c are driven to emit laser beams 14a, 14b, 14c. The laser beams 14a, 14b, 14c are first converted into parallel light beams in the short axis direction by the first rod lenses 8a, 8b, 8c, and then are converted into parallel light beams in the long axis direction by the second rod lenses 11a, 11b, 11c. Is done.
[0026]
The laser beams 14a, 14b, 14c transmitted through the second rod lenses 11a, 11b, 11c are reflected at right angles by the reflecting surfaces 13a, 13b, 13c of the reflecting member 13, and the reflected laser beams 14a, 14b , 14c are in the same plane, and are vertically aligned in the present embodiment.
[0027]
Thus, the reflected laser beams 14a, 14b, 14c are arranged in a vertical line, and the amount of the step on the step surfaces 5a, 5b, 5c is changed by the laser beams 14a, 14b, When the diameter of the short-axis of the light beam 14c is substantially equal to that of the laser beam 14a, 14b, 14c, the diameter of the entire light beam becomes small. The optical system can be small and good.
[0028]
FIG. 6 shows a second embodiment.
[0029]
In the second embodiment, one second rod lens 11 is provided on the mirror holding base 12, and one second rod lens 11 is provided by the second rod lens 11 in the major axis direction of the light beam cross section of the laser beams 14a, 14b, 14c. Is a parallel light flux.
[0030]
The mirror holder 12 is provided close to the heat sink 6 with the first rod lenses 8a, 8b, 8c interposed therebetween, and the upper surface of the mirror holder 12 has a reflection surface facing the semiconductor laser elements 2a, 2b, 2c. A reflecting member 13 having surfaces 13a, 13b, 13c is provided. The second rod lens 11 disposed on the reflection optical axis of the reflection member 13 is fixed to the mirror holder 12. The optical axis of the second rod lens 11 is orthogonal to the optical axis of each of the laser beams 14a, 14b, 14c.
[0031]
The luminous fluxes of the laser beams 14a, 14b, 14c emitted from the semiconductor laser elements 2a, 2b, 2c are converted into parallel luminous fluxes in the short axis direction by the first rod lenses 8a, 8b, 8c, and the reflection surfaces 13a, 13b, After being reflected by 13c, the second rod lens 11 converts the long axis direction into a parallel light beam.
[0032]
In the second embodiment, the overall shape is reduced, the number of the second rod lenses 11 is reduced to one, and the configuration is simplified.
[0033]
In the third embodiment shown in FIG. 7, the cooling effect of the semiconductor laser elements 2a, 2b, 2c is enhanced.
[0034]
An upper heat sink 16 is provided on the upper surface of the heat sink 6 via an insulating material 15 which is a sheet or a film of a high thermal conductivity and an electrically insulating material. The upper heat sink 16 is arranged so as to cross the step surfaces 5a, 5b, 5c, and thermal continuity with the heat sink 6 is ensured. Terminal rods 17a, 17b, 17c having high thermal conductivity and electrical conductivity are erected on the upper surfaces of the semiconductor laser elements 2a, 2b, 2c, and the upper ends of the terminal rods 17a, 17b, 17c are connected to the upper heat sink 16. It protrudes through. The upper end portions of the terminal rods 17a, 17b, 17c and the upper heat sink 16 are fixed to the upper heat sink 16 by means such as soldering in which electrical conductivity and thermal conductivity are guaranteed.
[0035]
Thus, the terminal rods 17a, 17b, 17c serve as power supply terminals for the semiconductor laser elements 2a, 2b, 2c, and also serve as heat transfer members to the upper heat sink 16.
[0036]
The upper heat sink 16 serves as a common electrode of the semiconductor laser elements 2a, 2b, 2c. By supplying power between the heat sink 6 and the upper heat sink 16, the step surfaces 5a, 5b, 5c can emit light. Heat from the lower surfaces of the semiconductor laser elements 2a, 2b, 2c is directly transmitted to the heat sink 6, and heat from the upper surfaces of the semiconductor laser elements 2a, 2b, 2c is transferred to the terminal rods 17a, 17b, 17c, The light is transmitted to the heat sink 6 via the upper heat sink 16 and the insulating material 15, and the semiconductor laser elements 2a, 2b, 2c are cooled from both upper and lower surfaces.
[0037]
In the fourth embodiment shown in FIG. 8, instead of the upper heat sink 16, an upper heat sink 18 having a high thermal conductivity and being an electrically insulating material is fixed, and the upper heat sink 18 has a high heat conductivity and a high heat conductivity. The contact plate 19 made of a conductive material is fixed thereto. The contact plate 19 and the terminal rods 17a, 17b, 17c are fixed by means of soldering or the like by means of ensuring electrical conductivity and thermal conductivity.
[0038]
The heat sink 6 and the contact plate 19 serve as power supply terminals for the semiconductor laser elements 2a, 2b, 2c, and heat generated from the lower surfaces of the semiconductor laser elements 2a, 2b, 2c is directly transmitted to the heat sink 6, and Heat from the upper surfaces of the laser elements 2a, 2b, 2c is transmitted to the upper heat sink 18 via the terminal rods 17a, 17b, 17c, and to the contact plate 19 via the terminal rods 17a, 17b, 17c. The semiconductor laser elements 2a, 2b, and 2c are cooled from both the upper and lower surfaces by being transmitted to the heat sink 6 via the contact plate 19 and the upper heat sink 18.
[0039]
The semiconductor laser elements 2a, 2b, and 2c may emit laser beams having the same wavelength, or may emit red, green, and blue colors.
[0040]
Further, when the wavelengths of the semiconductor laser elements 2a, 2b, 2c are different, the laser beams 14a, 14b, 14c can be bundled on the same optical axis by further using a reflecting member 21 as shown in FIG.
[0041]
The reflection member 21 includes reflection surfaces 21a, 21b, and 21c corresponding to the laser beams 14a, 14b, and 14c, respectively. The reflection surface 21a reflects only light in the wavelength band of the laser beam 14a, and the reflection surface 21b. Reflects only the light in the wavelength band of the laser beam 14b, and the reflecting surface 21c reflects each of the reflecting surfaces 21a, 21b, and 21c so as to reflect the light in the wavelength band of the laser beam 14c or all the light in the wavelength band. Are set.
[0042]
The laser beam 14c reflected by the reflection surface 21c passes through the reflection surfaces 21a and 21b, and the laser beam 14b reflected by the reflection surface 21b passes through the reflection surface 21a and is reflected by the reflection surface 21a. Polymerizes with the laser beam 14a.
[0043]
Thus, the semiconductor laser elements 2a, 2b, and 2c can be bundled into laser beams having the same optical axis, and white light can be obtained using the semiconductor laser elements 2a, 2b, and 2c as light sources.
[0044]
The step surface may be two or four or more, and two or four or more semiconductor laser elements may be provided. Further, the heat sink 6 and the mirror holder 12 may be integrated.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a heat sink on which a plurality of step surfaces are formed, a plurality of semiconductor laser devices provided for each of the step surfaces, and a plurality of first semiconductor laser devices are individually opposed to each other. Since a rod lens is provided and a second rod lens for condensing the laser beam transmitted through the first rod lens in a direction orthogonal to the first rod lens is provided, the laser beam is converted into a parallel light beam. The system can be simplified, light can be easily collected from a plurality of semiconductor laser elements, and the size of the semiconductor laser device can be reduced.
[0046]
In addition, since a plurality of laser beams from the plurality of semiconductor laser elements are individually reflected, and the plurality of reflected laser beams are provided with a reflecting member having a plurality of reflecting surfaces that reflect as if they are in the same plane, A plurality of laser beams from a plurality of semiconductor laser elements can be bundled with a simple structure.
[0047]
An upper heat sink provided on the heat sink across the step surface; and a terminal rod provided on an upper surface of the semiconductor laser element and penetrating the upper heat sink, wherein the terminal rod is provided between the electrode of the semiconductor laser element and the upper electrode. Since it also serves as a heat transfer member to a heat sink, it exhibits excellent effects such as the ability to efficiently cool a plurality of semiconductor laser elements individually.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a right side view showing the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a front view showing the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a view as viewed in the direction of arrows AA in FIG. 1;
FIG. 5 is a perspective view showing a heat sink according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a plan view showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 shows the third embodiment of the present invention, and is a front view showing the relationship between a semiconductor laser device and a heat sink.
FIG. 8 is a front view showing a fourth embodiment of the present invention and showing a relationship between a semiconductor laser device and a heat sink.
FIG. 9 is a view showing an application example of the present invention and viewed from the same direction as FIG. 3;
FIG. 10 is a schematic perspective view showing a conventional example.
FIG. 11 is a schematic perspective view showing another conventional example.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 semiconductor laser device 2 semiconductor laser element 5 step surface 6 heat sink 8 first rod lens 9 lens holder 11 second rod lens 13 reflecting member 14 laser beam 16 upper heat sink 17 terminal rod 21 reflecting member

Claims

A heat sink having a plurality of step surfaces, a plurality of semiconductor laser elements provided for each of the step surfaces, and a plurality of first rod lenses provided to face each of the semiconductor laser elements; A semiconductor laser device comprising a second rod lens for condensing a laser beam transmitted through a lens in a direction orthogonal to the first rod lens.

2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the second rod lenses are provided in the same number as the first rod lenses, and are provided corresponding to the respective first rod lenses. 3.

2. A reflecting member having a plurality of reflecting surfaces for individually reflecting a plurality of laser beams from the plurality of semiconductor laser elements and reflecting the plurality of reflected laser beams so as to be in the same plane. Semiconductor laser device.

4. The semiconductor laser device according to claim 3, wherein said second rod lens is provided on a reflection optical axis of said reflection member.

An upper heat sink provided on the heat sink across the step surface; and a terminal rod provided on the upper surface of the semiconductor laser element and penetrating the upper heat sink, the terminal rod being connected to the electrode of the semiconductor laser element and the upper heat sink. 2. The semiconductor laser device according to claim 1, which also serves as a heat transfer member.

4. The semiconductor laser device according to claim 3, wherein the reflection member is a crystalline material, and the reflection surface is a polished surface or a cleavage interface.

4. The semiconductor laser device according to claim 3, wherein a dielectric thin film is formed on said reflection surface.

4. The semiconductor laser device according to claim 3, wherein the reflection surface includes a reflection film that reflects only a specific wavelength band.

2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the plurality of semiconductor laser elements emit different wavelengths, and are converted into parallel light beams in the same direction by the first rod lens and the second rod lens. 3.