JP2005268639A

JP2005268639A - レーザアレイユニット

Info

Publication number: JP2005268639A
Application number: JP2004081120A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Miyamoto; 昌浩宮本; Takeshi Kanzaki; 武司神崎; Toshiyuki Kawashima; 利幸川嶋; Hirobumi Suga; 博文菅
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2004-03-19
Filing date: 2004-03-19
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2024-03-19
Also published as: JP4536404B2

Abstract

【課題】照射面積の大きな固体レーザ用励起光の生成に適したレーザアレイユニットを提供する。
【解決手段】レーザアレイユニット１０は、レーザアレイ１１と、レーザアレイ１１に取り付けられたヒートシンク１４と、レーザアレイ１１に接続された一対の引出電極２４を備える。各引出電極２４は基部２５および延長部２６を有する。基部２５はレーザアレイ１１に電気的に接続されており、ヒートシンクの側面１４ｅ、１４ｆ上を延在する。延長部２６は基部２５からヒートシンクの上面１４ｃまたは底面１４ｄ上を延在する。引出電極がヒートシンクの側面から上面または底面に導かれているので、複数のレーザアレイユニットを横方向に並べて冷却マニホールドに取り付ける際、引出電極と冷却マニホールドとの干渉を防ぐことができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、多数のレーザダイオード（ＬＤ）を有するレーザアレイユニットに関する。

近年、ＬＤ励起の固体レーザが注目されている。ＬＤ励起の場合、フラッシュランプ励起と異なり、レーザ媒質の吸収波長に励起光の波長をマッチングさせることができる。このため、レーザ媒質中で発生する熱が低減され、レーザ効率が改善される。

ＬＤ励起固体レーザの出力を高めるためには、レーザ媒質への励起光の照射面積を大きくすればよい。そこで、一列に並べた複数のレーザアレイユニットを有するレーザアレイモジュールが励起光源として公開されている。個々のレーザアレイユニットでは、一列に並んだ複数のＬＤを有するＬＤバーパッケージが複数、積み重ねられている。各ＬＤバーパッケージには、ＬＤを冷却するためのヒートシンクが取り付けられる（非特許文献１を参照）。
Toshiyuki Kawashimaほか、「慣性核融合エネルギーレーザドライバ用の疑似ＣＷ１１０ｋＷＡｌＧａＡｓレーザダイオードアレイモジュール（Quasi-CW 110kW AlGaAs Laser Diode Array Module for Inertial Fusion Energy Laser Driver）」、Japan Journal of Applied Physics、日本応用物理学会、２００１年１２月、第４０巻、第１部、第１２号、６８５２〜６８５８頁

本発明は、照射面積の大きな固体レーザ用励起光の生成に適したレーザアレイユニットの提供を課題とする。

本発明のレーザアレイユニットは、複数のレーザダイオードを有するレーザアレイと、レーザアレイに取り付けられ、冷媒流路を有するヒートシンクと、ヒートシンクに固定され、レーザアレイに駆動電力を供給するために使用される第１および第２の引出電極とを備えている。ヒートシンクは、レーザアレイが設置される前面と、冷媒入口および冷媒出口が設けられた背面と、前面から背面まで延在する上面および底面と、上面および底面の間で前面から背面まで延在する第１および第２の側面とを有している。第１の引出電極は第１の基部および第１の延長部を有する。第１の基部はレーザアレイに電気的に接続されており、ヒートシンクの第１の側面に沿って延在する。第１の延長部は第１の基部からヒートシンクの上面に沿って延在する。第２の引出電極は第２の基部および第２の延長部を有する。第２の基部はレーザアレイに電気的に接続されており、ヒートシンクの第２の側面に沿って延在する。第２の延長部は第２の基部からヒートシンクの底面に沿って延在する。

引出電極がヒートシンクの側面から上面または底面に導かれているので、複数のレーザアレイユニットを互いの側面同士を向かい合わせて配列し、単一の冷却マニホールドに取り付ける際、引出電極と冷却マニホールドとの干渉を防ぐことができる。したがって、複数のレーザアレイユニットを冷却しつつ駆動して、照射面積の大きな固体レーザ用励起光を生成することができる。

第１および第２の引出電極は、ヒートシンクの第１および第２の側面ならびに上面および底面上に配置された電気絶縁体の上に設置されていてもよい。

複数のレーザダイオードは、これらのレーザダイオードの速軸および遅軸の方向を揃えて配列されていてもよい。ヒートシンクの第１および第２の側面は、速軸の方向と実質的に垂直であってもよい。

このような構成を有するレーザアレイユニットは、スラブ型固体レーザ装置用の励起光の生成に適している。スラブ型固体レーザ装置では、共振器の光軸に沿って長尺のスラブ結晶に励起光を照射してレーザ発振を生じさせる。したがって、励起光の照射面積を拡大するためには、スラブ結晶の長手方向に沿って複数のレーザアレイユニットを配列することが好ましい。また、各レーザアレイユニットは、速軸の方向をスラブ結晶の長手方向に合致させて配置することが好ましい。以上の点から、複数のレーザアレイユニットを速軸方向に沿って配列して駆動することにより、スラブ型固体レーザ装置に適した励起光を生成することできる。引出電極は速軸方向に垂直なヒートシンクの側面から上面または底面に導かれているので、複数のレーザアレイユニットを速軸方向に配列して冷却マニホールドに取り付ける際、引出電極と冷却マニホールドとの干渉を防ぐことができる。この結果、大きな照射面積を有しスラブ型固体レーザの励起に適した励起光を生成することができる。

上面および底面の少なくとも一方に凹部が設けられており、第１および第２の延長部の少なくとも一方がその凹部の底に固定部品を用いて固定されていてもよい。その凹部は、その固定部品がその凹部から突出しないような深さを有することが好ましい。このような構造を採用すると、複数のレーザアレイユニットを積み重ねて使用する際、隣り合うレーザアレイユニットの発光領域の間隔が固定部品によって増すことはない。したがって、レーザアレイユニットを高密度に２次元配列して、照射面積がより大きく品質の良い固体レーザ用励起光を生成することができる。

上面および底面の少なくとも一方に凹部が設けられており、第１および第２の延長部の少なくとも一方がその凹部に埋設されていてもよい。このような構成を採用すると、複数のレーザアレイユニットを積み重ねて使用する際、隣り合うレーザアレイユニットの発光領域の間隔が延長部の厚さによって増すことはない。したがって、レーザアレイユニットを高密度に２次元配列して、照射面積がより大きく品質の良い固体レーザ用励起光を生成することができる。

本発明によれば、複数のレーザアレイユニットを横方向に配列して冷却マニホールドに取り付ける際、引出電極と冷却マニホールドとの干渉を防ぐことができる。したがって、本発明のレーザアレイユニットは、照射面積の大きな固体レーザ用励起光の生成に適している。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）図１〜図３は、本実施形態のレーザアレイユニットを示す斜視図、平面図および側面図である。これらの図には、説明の便宜のために、ＸＹＺ直交座標系も描かれている。レーザアレイユニット１０は、複数のＬＤバーパッケージ１２、箱形のヒートシンク１４、ニップル１６および１８、ならびに一対の引出電極２４を有する。

各ＬＤバーパッケージ１２は、金属製の放熱板上にＬＤバーが搭載された構造を有する。ＬＤバーは、ある方向（図１ではＸ方向）に沿って一次元的に配列された複数のＬＤ（レーザダイオード）を含むレーザアレイであり、したがって、一列に並んだ複数のレーザ発光スポットを有する。本実施形態では、複数のＬＤがモノリシックに集積されたＬＤバーを使用する。このようなＬＤバーでは、通常、活性層や電極を複数のストライプに分割して並列に配置することにより、複数のストライプ導波路が設けられている。なお、本発明では、このような構造のＬＤバーに代えて、独立した複数のＬＤチップを一列に並べた構造のＬＤバーを使用することもできる。

各レーザアレイユニット１０では、複数のＬＤバーパッケージ１２がＬＤの配列方向と垂直な方向（図１ではＹ方向）に積み重ねられている。以下では、各ＬＤバーパッケージ１２の発光面が集合して構成される略長方形の領域２８を、レーザアレイユニット１０の発光領域と呼ぶことにする。また、複数のＬＤバーパッケージ１２が積み重ねられた構造１１をＬＤバースタックと呼ぶことにする。ＬＤバースタック１１は、マトリックス状に２次元配列された複数のＬＤおよびレーザ発光スポットを有するレーザアレイである。

ＬＤバースタック１１中のＬＤバーパッケージ１２は、一つのＬＤバーパッケージ１２の放熱板が別のＬＤバーパッケージ１２中のＬＤバーの陰極に電気的に接続されるように積み重ねられている。また、各ＬＤバーパッケージ１２では、ＬＤバーの陽極が放熱板に電気的に接続されている。このため、一つのＬＤバーの陽極と別のＬＤバーの陰極とが放熱板を介して電気的に接続される。つまり、ＬＤバースタック１１では、複数のＬＤバーが電気的に直列に接続されている。

なお、各ＬＤバーパッケージ１２内で、ＬＤバーの陰極が放熱板に電気的に接続されていてもよい。この場合、ＬＤバースタック１１中のＬＤバーパッケージ１２は、一つのＬＤバーパッケージ１２の放熱板が別のＬＤバーパッケージ１２に含まれるＬＤバーの陽極に電気的に接続されるように積み重ねられる。

ＬＤの電気光変換効率は疑似ＣＷ（Quasi-CW）の場合で４５〜５０％である。したがって、ＬＤに供給される電力の約半分が熱に変わる。ＬＤで発生した熱はＬＤの動作特性を低下させ、活性層を破壊することすらある。したがって、発生した熱を効率良く除去することが重要である。そこで、ＬＤバースタック１１は、その動作中、ヒートシンク１４および冷却マニホールドを用いて冷却される。

図４は、複数のレーザアレイユニット１０を取り付けることの可能な冷却マニホールド３０を示す斜視図である。以下では、図１〜図４を参照しながら、ＬＤバースタック１１を冷却するための機構を説明する。

ヒートシンク１４は、実質的に平坦な前面１４ａ、後面１４ｂ、上面１４ｃ、底面１４ｄ、左側面１４ｅおよび右側面１４ｆを有するブロック体である。前面１４ａと後面１４ｂ、上面１４ｃと底面１４ｄ、左側面１４ｅと右側面１４ｆは、それぞれ互いに平行に配置されている。上面１４ｃおよび底面１４ｄの中央には、同じ寸法形状を有する凹部２０が設けられている。この凹部２０は、左側面１４ｅから右側面１４ｆまで延在し、一定の幅と深さを有する溝である。

ヒートシンク１４は、高い熱伝導率を有する材料から構成されている。この材料は、通常、銅などの金属である。レーザアレイユニット１０内のＬＤバーパッケージ１２は、すべてヒートシンク１４の前面１４ａに取り付けられている。ＬＤバーパッケージ１２とヒートシンク１４の間には電気絶縁体１３が挟まれており、それにより両者は電気的に絶縁されている。その電気絶縁体１３は充分な熱伝導性を有しており、したがって、ＬＤバーパッケージ１２とヒートシンク１４はその電気絶縁体１３を介して熱的に接続されている。ヒートシンク１４の内部には冷却水用の流路（図示せず）が設けられている。この流路内を冷媒として冷却水が流れることにより、ＬＤバーパッケージ１２中のＬＤが冷却される。

ニップル１６および１８は、レーザアレイユニット１０を冷却マニホールド３０に取り付けるために使用される管継手である。ニップル１６の一端は、ヒートシンク１４の背面１４ｂに設けられた冷媒入口１７に装着されている。同様に、ニップル１８の一端は、ヒートシンク１４の背面１４ｂに設けられた冷媒出口１９に装着されている。ニップル１６および１８は、それぞれ冷媒入口１７および冷媒出口１９を通じてヒートシンク１４内の流路に連通している。冷媒入口１７は、ヒートシンク１４の外部から冷媒を受け入れるための開口であり、冷媒出口１９はヒートシンク１４の外部に冷媒を排出するための開口である。ニップル１６は、ヒートシンク１４内の流路に冷却水を供給するための冷媒流入管として働き、ニップル１８は、ヒートシンク１４内の流路から冷却水を排出するための冷媒流出管として働く。

ニップル１６および１８の他端は、冷却マニホールド３０の前面３０ｃに設けられた接続口３２に差し込まれ、冷却マニホールド３０内の流路に連通する。図４に示されるように、冷却マニホールド３０は、実質的に平行な上面３０ａおよび底面３０ｂを含む板状の形状を有している。冷却マニホールド３０の内部には、冷却水用の流路（図示せず）が設けられている。冷却マニホールド３０の前面３０ｃには、ｎ個（ｎは２以上の整数）のレーザアレイユニット１０を横方向（Ｙ方向）に並べて取り付けられるように、２ｎ個の接続口３２が配列されている。冷却マニホールド３０の厚さ、すなわちＸ方向に沿った長さは、レーザアレイユニット１０の厚さにほぼ等しい。冷却マニホールド３０の厚さはレーザアレイユニット１０の厚さ以下であることが好ましい。これは、冷却マニホールド３０がレーザアレイユニット１０よりも厚いと、複数のレーザアレイモジュール１００をＸ方向に沿って積み重ねたときにレーザアレイユニット１０の間に隙間が生じ、レーザアレイユニット１０を高い密度で配列することが難しくなるからである。

冷却マニホールド３０内の流路には、接続口３２だけでなく、冷媒入口３６および冷媒出口３８も連通している。冷媒入口３６は、冷却マニホールド３０の外部から冷媒を受け入れるための管路であり、冷媒出口３８は冷却マニホールド３０の外部に冷媒を排出するための管路である。冷媒入口３６および冷媒出口３８は、冷却マニホールド３０の両側部に一対づつ設けられている。冷媒入口３６および３８は、冷却マニホールド３０の上面３０ａと底面３０ｂの間をＸ方向に沿って延びている。冷媒入口３６の上端部３６ａおよび下端部３６ｂは、冷媒供給管５２を封止接続できるような構造を有している。同様に、冷媒出口３８の上端部３８ａおよび下端部３８ｂは、冷媒排出管５４を封止接続できるような構造を有している。本実施形態では、下端部３６ｂおよび３８ｂにそれぞれ冷媒供給管５２および冷媒排出管５４が封止接続されている。冷媒供給管５２および冷媒排出管５４は、図示しないチラー装置に接続されている。レーザアレイユニット１０の冷却中は、チラー装置と冷却マニホールド３０との間で冷却水が循環する。このとき、冷媒供給管５２および冷媒排出管５４が接続されない上端部３６ａおよび３８ａは封止部品を用いて封止される。

冷媒入口３６を通じて冷却マニホールド３０内の流路に供給された冷却水は、ニップル１６および冷媒入口１７を通ってヒートシンク１４に流入し、ヒートシンク１４内の流路を通ってＬＤバースタック１１を冷却する。ＬＤバースタック１１から熱を奪った冷却水は、冷媒出口１９およびニップル１８を通ってヒートシンク１４内の流路に戻り、冷媒出口３８から排出される。ＬＤバースタック１１はこのようにして冷却される。

以下では、冷却マニホールド３０に複数のレーザアレイユニット１０を取り付けた構造をレーザアレイモジュール１００と呼ぶことにする。冷媒入口３６および冷媒出口３８は、複数のレーザアレイモジュール１００を積み重ねて使用することができるように、Ｘ方向に沿って冷却マニホールド３０を貫通している。二つのレーザアレイモジュール１００は、一方の冷媒入口３６の上端部３６ａが他方の冷媒入口３６の下端部３６ｂと連通し、一方の冷媒出口３８の上端部３８ａが他方の冷媒出口３８の下端部３８ｂと連通するように積み重ねられる。冷媒入口３６同士および冷媒出口３８同士は、管継手などの接続部品を用いて封止接続される。通常は、最も下に位置するレーザアレイモジュール１００の冷媒入口３６の下端部３６ａおよび冷媒出口３８の下端部３８ａに、それぞれ冷媒供給管５２および冷媒排出管５４が封止接続される。この場合、最も上に位置するレーザアレイモジュール１００の冷媒入口３６の上端部３６ａおよび冷媒出口３８の上端部３８ａは、封止部品を用いて封止される。積み重ねたレーザアレイモジュール１００を固定する手法は任意である。例えば、各冷却マニホールド３０に冷却マニホールド３０をＸ方向に貫通するネジ穴を設けておき、そのネジ穴にネジを締め付けてレーザアレイモジュール１００を固定してもよい。

レーザアレイモジュール１００では、レーザアレイユニット１０が一次元的に配列される。このようなレーザアレイモジュール１００を複数、積み重ねると、レーザアレイユニット１０が２次元的に配列される。これにより、より照射面積の大きな固体レーザ用励起光を生成することができる。

図２および図３に示されるように、ヒートシンク１４の表面上には電気絶縁シート２２が設置され、その上に一対の引出電極２４が設置されている。この一対の引出電極２４は、ＬＤバースタック１１中のすべてのＬＤバーに一括して駆動電力を供給するために使用される。一対の引出電極２４は、同じ寸法形状を有しており、Ｚ方向に沿ったレーザアレイユニット１０の中心軸４４（図１を参照）の周りにレーザアレイユニット１０を１８０度回転させたとき、互いの位置が入れ替わるように配置されている。このように、レーザアレイユニット１０は１８０度回転対称性を有する。

各引出電極２４は、ＬＤバースタック１１に電気的に接続された基部２５と、基部２５から後方に延在する延長部２６を有する。一方の引出電極２４では、基部２５がＬＤバースタック１１の上面からヒートシンク１４の左側面１４ｅに沿って後方に延在し、延長部２６が基部２５からヒートシンク１４の上面１４ｃに沿って後方に延在する。他方の引出電極２４では、基部２５がＬＤバースタック１１の底面からヒートシンク１４の右側面１４ｆに沿って後方に延在し、延長部２６が基部２５からヒートシンク１４の底面１４ｄに沿って後方に延在する。

各基部２５は、ＬＤバースタック１１に電気的に接続された幅広部２５ａと、幅広部２５ａから後方に延在する幅狭部２５ｂを有する。各延長部２６は、対応する基部２５の幅狭部２５ｂから実質的に垂直に延在する幅広部２６ａと、幅広部２６ａから後方へ延在する幅狭部２６ｂを有する。幅狭部２５ｂと幅広部２６ａとは、折り曲げ部４２において接続されている。幅狭部２６ｂは、ヒートシンク１４の背面１４ｂのさらに後方まで延びている。

一方の引出電極２４の幅広部２５ａは、ＬＤバースタック１１において最も上に位置するＬＤバーの陰極に電気的に接続されている。他方の引出電極２４の幅広部２５ａは、ＬＤバースタック１１において最も下に位置するＬＤバーの陽極に電気的に接続されている。図２に示されるように、幅広部２５ａは、ＬＤバースタック１１の上面および底面に塗布された導電性接着剤２３を用いてＬＤバースタック１１に取り付けられている。導電性接着剤２３の例としては、銀フィラーを含有するエポキシ樹脂が挙げられる。幅広部２５ａは、ＬＤバーの陰極または陽極に直接取り付けてもよいし、ＬＤバースタック１１の上面および底面にＬＤバーの陰極および陽極を覆う導電部材が設けられている場合は、その導電部材に幅広部２５ａを取り付けてもよい。

これらの引出電極２４は、ネジ４０および座金４１を用いてヒートシンク１４の上面１４ｃおよび底面１４ｄに固定されている。ヒートシンク１４と引出電極２４との電気的な絶縁を確保するため、ネジ４０および座金４１は電気絶縁性の材料から構成されている。上面１４ｃおよび底面１４ｄには、凹部２０が設けられており、ネジ４０はその凹部２０の底に幅広部２６ａを締結している。凹部２０はネジ４０が突出しないように充分な深さを有している。なお、本実施形態では１本のネジ４０を用いて引出電極２４を固定するが、複数のネジ４０を用いて固定してもよい。

１パルス当たりのエネルギーが１Ｊを超えるような大出力固体レーザ装置では、より多くのエネルギーをレーザ媒質から抽出するために、レーザ媒質への励起光の照射面積を大きくすることが望ましい。そのため、複数のレーザアレイユニット１０を２次元的に配列して励起光源として使用することが考えられる。すでに述べたように、レーザアレイユニット１０を一列に並べて冷却マニホールド３０を取り付けてなるレーザアレイモジュール１００は、上下に積み重ねることができる。この積み重ねによって、レーザアレイユニット１０が２次元的に配列され、照射面積の大きい励起光が得られる。品質の良い励起光を得るためには、配列されたレーザアレイユニット１０の発光領域２８の間隔が狭いことが望ましい。このため、本実施形態では、薄い導電性の板またはシートを引出電極２４として使用し、レーザアレイユニット１０を配列したときの発光領域２８の間隔を狭めている。望ましくは、引出電極２４の厚さは１ｍｍ以下である。

図５は、レーザアレイユニット１０の前面図である。図５においてＷ２およびＨ２はレーザアレイユニット１０の幅および高さを表し、Ｗ１およびＨ１はレーザアレイユニット１０の幅方向および高さ方向に沿ったＬＤバースタック１１の長さを表している。レーザアレイユニット１０を密接させて２次元的に配列した場合、発光領域２８の間隔は電気絶縁シート２２および引出電極２４の厚さに応じて決定される。品質の良い励起光を得るためには、
Ｗ２≦Ｗ１＋２ｍｍ（１）
Ｈ２≦Ｈ１＋２ｍｍ（２）
が満たされていることが望ましい。

一般に、ＬＤに対しては、速軸（Fast Axis）および遅軸（Slow Axis）が定義される。速軸はＬＤのｐｎ接合面に対して垂直であり、遅軸はｐｎ接合面に対して平行である。ＬＤから放射されるレーザ光の速軸方向の拡がり角は、遅軸方向の拡がり角よりも大きい。

ＬＤバースタック１１に含まれるすべてのＬＤは、互いの速軸および遅軸を揃えて配列されている。本実施形態では、遅軸方向がＸ方向に合致し、速軸方向がＹ方向に合致する。ヒートシンク１４の前面１４ａおよび後面１４ｂは、速軸方向および遅軸方向の双方に実質的に平行である。また、ヒートシンク１４の上面１４ｃおよび底面１４ｄは遅軸方向と実質的に垂直であり、側面１４ｅおよび１４ｆは速軸方向と実質的に垂直である。

スラブ型固体レーザ装置では、共振器の光軸に沿って長尺のスラブ結晶に励起光を照射してレーザ発振を生じさせる。したがって、励起光の照射面積を拡大するためには、共振器の光軸方向、すなわちスラブ結晶の長手方向に沿って複数のレーザアレイユニット１０を配列することが好ましい。また、各レーザアレイユニット１０は、速軸方向をスラブ結晶の長手方向に合致させて配置することが好ましい。これはＬＤ光の速軸方向の拡がり角が遅軸方向の拡がり角に比べて大きいことに起因する。つまり、速軸方向をスラブ結晶の長手方向に合致させれば、レーザ光の速軸方向における大きな拡がりを補正する必要がなくなるからである。以上の点から、レーザアレイユニット１０は速軸方向に沿って配列することが好ましい。これは、ヒートシンク１４の左側面１４ｅが別のヒートシンク１４の右側面１４ｆと向かい合うように、ヒートシンク１４を横方向に配列することを意味する。

ＬＤの電極（陽極および陰極）はｐｎ接合を速軸方向に沿って両側から挟むように配置される。これに応じて、引出電極２４は、ＬＤバースタック１１を速軸方向（Ｙ方向）に沿って両側から挟むように取り付けられる。したがって、引出電極２４の基部２５は、速軸方向に実質的に垂直な側面１４ｅおよび１４ｆ上に取り付けられる。

基部２５を側面１４ｅおよび１４ｆに沿ってヒートシンク１４の後面１４ｂのさらに後方まで延長すれば、レーザアレイユニット１０の後方に配置される電源から基部２５を通じてＬＤバースタック１１に駆動電力を供給することができる。しかし、その場合、複数のレーザアレイユニット１０を速軸方向に並べて単一の冷却マニホールド３０へ取り付けることは難しい。側面１４ｅおよび１４ｆに沿って延びる引出電極が冷却マニホールド３０と干渉するからである。

そこで、本実施形態では、側面１４ｅおよび１４ｆ上に設置された引出電極２４を途中で９０度折り曲げて上面１４ｃおよび底面１４ｄにそれぞれ導き、上面１４ｃおよび底面１４ｄに沿ってレーザアレイユニット１０の後方に延ばす。これにより、複数のレーザアレイユニット１０を速軸方向に配列して冷却マニホールド３０に取り付ける際、引出電極２４と冷却マニホールド３０との干渉を防ぐことができる。この結果、大きな照射面積を有し、スラブ型固体レーザの励起に適した光を生成することができる。

さらに、本実施形態では、引出電極２４を固定するためのネジ４０が充分に深い凹部２０の底に締結されている。このため、レーザアレイユニット１０を縦に積み重ねる際に、ネジ４０が凹部２０から突出してレーザアレイユニット１０の発光領域２８の間隔を増すことはない。したがって、レーザアレイユニット１０を高密度に２次元配列して、照射面積がより大きく品質の良い固体レーザ用励起光を生成することができる。

（第２実施形態）以下では、図６〜図８を参照しながら、本実施形態のレーザアレイユニットを説明する。図６〜図８は、レーザアレイユニットを示す斜視図、平面図および側面図である。本実施形態のレーザアレイユニット１０ａは、引出電極２４の延長部２６のうち幅狭部２６ｂを収容する一対の凹部３４がヒートシンク１４の上面１４ｃおよび底面１４ｄに設けられている点で、第１実施形態のレーザアレイユニット１０と異なる。他の構成はレーザアレイユニット１０と同じなので、重複する説明を省略する。

凹部３４は幅狭部２６ｂが凹部３４から突出しないように充分な深さを有している。このような凹部３４に電気絶縁シート２２および幅狭部２６ｂが埋設されているので、レーザアレイユニット１０ａを積み重ねる際に、電気絶縁シート２２および幅狭部２６ｂの厚さがレーザアレイユニット１０ａの発光領域２８の間隔を増加させることはない。このため、レーザアレイユニット１０ａをより高密度に２次元配列して、より大きな照射面積を有する品質の良い固体レーザ用励起光を生成することができる。

なお、引出電極２４のうちヒートシンク１４の側面上に配置される基部２５は凹部に埋設されていない。このため、複数のレーザアレイユニット１０ａを速軸方向（Ｙ方向）に密接させて並べたとき、隣り合うレーザアレイユニット１０ａの発光領域２８の間に基部２５の厚さに応じた隙間が生じる。しかし、速軸方向ではレーザ光の拡がり角が大きいので、この隙間はレーザアレイユニット１０ａから放射されるレーザ光によって容易に充填される。したがって、ヒートシンク１４の側面上に配置される基部２５が凹部に埋設されていなくても、品質の良い固体レーザ用励起光を生成することができる。

以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。

上記実施形態では、ネジ４０を用いて引出電極２４をヒートシンク１４に固定している。しかし、引出電極２４を他の固定手法によって固定してもよい。例えば、電気絶縁シート２２上に接着剤などを用いて引出電極２４を貼り付けることにより引出電極２４を固定してもよい。

第１実施形態のレーザアレイユニットを示す斜視図である第１実施形態のレーザアレイユニットを示す平面図である。第１実施形態のレーザアレイユニットを示す側面図である。レーザアレイユニットの冷却マニホールドへの取り付けを示す斜視図である。第１実施形態のレーザアレイユニットを示す前面図である。第２実施形態のレーザアレイユニットを示す斜視図である第２実施形態のレーザアレイユニットを示す平面図である。第２実施形態のレーザアレイユニットを示す側面図である。

符号の説明

１０…レーザアレイユニット、１１…ＬＤバースタック、１２…ＬＤバーパッケージ、１４…ヒートシンク、１６および１８…ニップル、１７…冷媒入口、１９…冷媒出口、２４…引出電極、２５…基部、２６…延長部、２８…発光領域、３０…冷却マニホールド、３２…接続口、３６…冷媒入口、３８…冷媒出口、１００…レーザアレイモジュール。

Claims

複数のレーザダイオードを有するレーザアレイと、
前記レーザアレイに取り付けられ、冷媒流路を有するヒートシンクと、
前記ヒートシンクに固定され、前記レーザアレイに駆動電力を供給するために使用される第１および第２の引出電極と、
を備えるレーザアレイユニットであって、
前記ヒートシンクは、前記レーザアレイが設置される前面と、冷媒入口および冷媒出口が設けられた背面と、前記前面から前記背面まで延在する上面および底面と、前記上面および底面の間で前記前面から前記背面まで延在する第１および第２の側面とを有しており、
前記第１の引出電極は、前記レーザアレイに電気的に接続され前記第１の側面に沿って延在する第１の基部と、前記第１の基部から前記上面に沿って延在する第１の延長部と、を有しており、
前記第２の引出電極は、前記レーザアレイに電気的に接続され前記第２の側面に沿って延在する第２の基部と、前記第２の基部から前記底面に沿って延在する第２の延長部と、を有している、
レーザアレイユニット。
前記複数のレーザダイオードは、これらのレーザダイオードの速軸および遅軸の方向を揃えて配列されており、
前記ヒートシンクの第１および第２の側面は、前記速軸方向と実質的に垂直である、
請求項１に記載のレーザアレイユニット。
前記ヒートシンクは、前記上面および前記底面の少なくとも一方に設けられた凹部を有しており、
前記第１および第２の延長部の少なくとも一方は、前記凹部の底に固定部品を用いて固定されており、
前記凹部は、前記固定部品が前記凹部から突出しないような深さを有している、
請求項１または２に記載のレーザアレイユニット。
前記ヒートシンクは、前記上面および前記底面の少なくとも一方に設けられた凹部を有しており、
前記第１および第２の延長部の少なくとも一方は、前記凹部に埋設されている、
請求項１〜３のいずれかに記載のレーザアレイユニット。