JP2005537642A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

第１の方向（Ｙ）においてそれに垂直な第２の方向におけるよりも大きなダイバージェンスを有するレーザ光が出射可能な少なくとも１つの出射面（５）を備える半導体レーザ素子（１）と、該半導体レーザ素子（１）外に前記出射面（５）から離れて配置され、前記半導体レーザ素子（１）から前記出射面（５）を通過して出射された光の少なくとも一部を半導体レーザ素子（１）のモードスペクトルが影響されるように半導体レーザ素子（１）へ再反射可能な反射面（４，１０）を備えた少なくとも１つの反射手段（３，９）と、さらに前記反射手段（３，９）と前記半導体レーザ素子（１）との間に配置され、少なくとも前記第１方向（Ｙ）においてレーザ光のダイバージェンスを少なくとも部分的に減少できるレンズ手段（２）からなる半導体レーザ装置において、反射手段（３，９）の反射面（４，１０）が凹状湾曲していることを特徴とする半導体レーザ装置。

Description

発明の詳細な説明

本発明は、半導体レーザ装置であって、第１の方向においてそれに垂直な第２の方向におけるよりも大きなダイバージェンスを有するレーザ光が出射可能な少なくとも１つの出射面を備える半導体レーザ素子と、該半導体レーザ素子外に前記出射面から離れて配置され、前記半導体レーザ素子から前記出射面を通過して出射された光の少なくとも一部を半導体レーザ素子のモードスペクトルが影響されるように半導体レーザ素子へ再反射できる少なくとも１つの反射面を備えた反射手段と、さらに前記反射手段と前記半導体レーザ素子との間に配置され、少なくとも前記第１方向においてレーザ光のダイバージェンスを少なくとも部分的に減少できるレンズ手段からなる半導体レーザ装置に関する。

上記形式の半導体レーザ装置は、「オプティックス・レターズ」誌、２００２、２７巻、３号の１６７−１６９ページから公知である。そこに記載された半導体レーザ装置では、いわゆるブロードストライプ型発光器として構成されたレーザダイオードが半導体レーザ素子として用いられる。そのような形式のブロードストライプ型発光器には、たとえば幅およそ１００μｍ、高さおよそ１μｍの出射面がレーザ光に対して提供される。この幅にわたって、レーザダイオードの端面により構成された内部共振器の内部にはレーザ光の一連の種々の横モードが形成できる。同時に、レーザ光の一連の縦モードすなわち種々の波長も出現できる。とりわけ、多種の横モードはこのような形式のブロードストライプ型発光器から出射されるレーザビームの品質を劣化させる。そのようなレーザビームは、最適には合焦できない。縦モードは、さまざまな応用分野にとって望ましくないスペクトル拡散をもたらす。

したがって前記の出版物では、高反射性平面鏡からなる外部共振器が提案されている。平面鏡と半導体レーザ素子の外部共振器側の出射面との間に、一方で速軸コリメートレンズが、また他方で前記速軸コリメートレンズと前記平面鏡との間に球面凸レンズが設置されている。速軸コリメートレンズは、前記第１方向においてブロードストライプ型発光器の基本的により強いダイバージェンス光をコリメートする機能を果たす。球面凸レンズは、平面鏡から再反射された光をそれが基本的に出射面上に再び結像されるように合焦させる機能を果たす。さらに外部共振器には、開口絞りが設けられている。該開口絞りおよび平面鏡のいずれも、外部共振器の光軸外、つまり出射面上の法線または中央垂線外に設置されている。ブロードストライプ型発光器では、より強いモードが通常は出射面上の法線に対して鋭角をなして出射面から出射されることが分かる。そのため、軸外に配置された開口絞りにより、そのような角度で出射面から出射するモード部分のみが前記鏡に当たり、そこから開口絞りおよび球面レンズを経て出射面へ再び反射される。すなわち、そのようなモードの１つまたはいくつかからの光のみが、出射面によりレーザダイオードへ再反射される。このようにして、レーザダイオードが基本的にこのモードで振動することが達成できるため、半導体レーザ素子のモードスペクトルは基本的に横モードへ低減される。

逆方向に等しい角度を以て出射面から出射される好適な横モードの部分ビームが開口絞りおよび平面鏡を避けて半導体レーザ装置から出射できることにより、前記の従来技術に基づく外部共振器からレーザ光が分離される。

前記装置における欠陥として判明したのは、比較的多数の種々の光学素子が外部共振器に設置されていることである。該当素子とは、速軸コリメートレンズに加えて、球面レンズ、開口絞りおよび端部平面鏡である。外部共振器内に設けられたこれらの多様な素子により、一方で結像ミスが増すと共に、他方で大きな損失が発生する、というのはこれらの素子がレーザ共振器内に存在するからである。それにより、そのような形式の半導体レーザ装置の達成可能な出力パワーが著しく制限される。同時に、そのような形式の半導体レーザ装置により達成可能な出力パワーを実現するために多大の費用が生じることになる。しかも、そのような半導体レーザ装置の調整は容易ではない。

従来技術に基づいて、さらに半導体レーザ素子のモードスペクトルを半導体レーザ素子の活性ゾーンの構造処理により操作することが試みられている。これらの構造処理はたとえば種々の方向における屈折率を変化させることであり、種々の方向に変化する屈折率により、個別の好適な横レーザモードの伝播が促進される。さらに、たとえば元素組込み度の違いにより再結合に提供される電子正孔対個数を変化させることにより、活性ゾーンの異なる個所においてレーザ光の種々の増大を図ることが可能である。但し、個別の横モードを促進するためのこれらの両方法のいずれも相当な製造コストを要すると共に、半導体レーザ装置の真に満足できるビーム品質および出力パワーを実現することができない。

本発明は、簡略な手段によって高いビーム品質および高い出力パワーが保証できる冒頭に述べた形式の半導体レーザ装置を提供することを目的とする。

この目的は、本発明に従えば、請求項１または請求項６に基づく特徴により達成される。

請求項１に従えば、反射手段の反射面は凹状に湾曲していることが提供される。この方法により、前述の従来技術に対して外部共振器内の追加的な球面レンズを省略することができる、というのは凹状に湾曲した面は同時に結像素子として機能できるからである。さらに、半導体レーザ素子の活性ゾーンの前述した高価な構造処理も省略できるため、半導体レーザ素子の構造処理が不要となる。

反射面は、たとえば球状に湾曲させることができる。その際に、基本的に速軸コリメートレンズとして機能できるレンズ手段は、出射面から出射して該レンズ手段を通過して現れる光のダイバージェンスが第１方向およびそれに垂直な第２方向のいずれにおいても各横モードに対して基本的に等しいように、構成することができる。この場合に、第１方向およびそれに垂直な第２方向の反射面は基本的に等しい湾曲度を有することができる。

その変更態様として、第１方向およびそれに垂直な第２方向の反射面は異なる湾曲度を有することができる。この場合には、速軸コリメートレンズとして機能するレンズ手段は、出射面から出射されてレンズ手段を通過した後に第１および第２方向におけるダイバージェンスが互いに垂直な両方向における反射面の異なる湾曲度を伴う湾曲度の違いによって、出射面に対する望ましい部分ビームの最適な再反射が保証されるように、構成されるべきであろう。

本発明の好適な実施形態に従えば、反射面と半導体レーザ素子の出射面との間の光学的距離は両方向の少なくとも一方に関して基本的に反射面の焦点距離に等しい。このようにして、出射面に対する反射面の共焦点配置が達成される。この際に、各横モードに属する部分ビームの径は出射面の平面において最小（ビームウェスト）とできるため、特定モードの選択が容易となる。

請求項６に従えば、反射手段側の半導体レーザ素子の出射面は２００μｍ以上の幅を有しており、また反射面は全くあるいは僅少にしか湾曲していないことが提供される。有利には、出射面は５００μｍ以上、特に１ｍｍ以上の幅を有する。このような極めて広幅の発光器は一方で極めて高いパワーを生じると共に、他方で遅軸方向つまり発光器が１ｍｍにわたって広がる方向のダイバージェンスは極めて小さい、特に回折限度程度に小さい。この理由から、このような広幅の発光器では反射面が全くあるいは僅少な湾曲のみを有すれば十分であり得る、なぜならば、僅かな付加的損失は遅軸方向における残留ダイバージェンスのゆえに無視できるからである。平坦な反射面は製作しやすく、かつ調整も容易である。

その際に有利には、反射面またはそれらの少なくとも１つが波長選択素子、特に格子として構成されることであろう。反射面を平坦面として構成することにより、波長選択用格子を当該面に問題なく組み込むことができる。それにより、追加的な波長選択素子が省略できる。

さらに反射面の光学的距離および／または湾曲は、半導体レーザ素子へ再反射された光の個別の横モードに属する部分ビームのビーム径が基本的に出射面により形成される開口に合致するように、好適に選択される。この方法により、外部共振器の内部における従来技術から公知の追加的開口絞りが省略できる。最終的に反射面のトポロジー、調整および距離は、出射面の放射のフーリエ像が出射面自身の平面において生じるように選択される。この場合の特定の横モードの選択は、反射面がたとえば軸外つまり出射面上の法線または中央垂線の外側で鋭角をなして配置されることにより達成される。但し、法線に垂直に向けられた反射面を持つ法線に沿って伝播するモードを選択することも可能である。さらに当該面を、望ましい角度を以て出射面から出射されて特定の横モードに対応する部分ビームが正確に出射面へ再反射されるように、偏向させることができる。したがって、反射面の位置および調整を適切に選択することにより、望ましい横モードが選択できるのであり、次いで該モードは好適には半導体レーザ素子へ再反射される。このようにして、半導体レーザ装置は基本的に１つの横モードのみ、あるいは少数の横モードを有するレーザ光を発することが、簡略な手段により達成される。

この実施形態において特に有利であることが判明したのは、ビームウェストが出射面と等しい大きさとなる場合であるが、その理由は１つには損失が少ないことであり、他方では発光器の全幅および出射面の全幅にわたって高い再結合が可能となるからである。出射面の全幅にわたる、したがってレーザダイオードの全幅にわたる高い再結合は、レーザ放出に寄与するレーザダイオード容量のできるかぎり大きな部分における好適なモードの均一な励起にとって重要である。

通常は遅軸における出射面の拡散が速軸におけるよりも大きいという事実のゆえに、レンズ手段および反射手段を備えた本発明に基づく半導体レーザ装置の仕様は極めて有用であることが判明する。特に、速軸コリメートレンズとして機能する焦点距離が極めて短いレンズ手段および焦点距離が極めて長い反射手段を用いるべきである。その主たる理由は、短焦点距離の反射手段では場合によって出射面上の遅軸方向における過小なビームウェストの生じる恐れがあることに存する。反射手段の焦点外しおよび距離変化により大きなビームウェストを得ることができるが、短焦点距離の反射手段では極めて多数のモードが半導体レーザ素子へ再結合される恐れがある、なぜならば、フーリエ平面における各モードの間隔は焦点距離が極めて短い場合には極めて小さいからである。したがって、反射手段の長焦点距離の反射面を用いることが望ましいであろう。

本発明に従えば、半導体レーザ素子はブロードストライプ型発光器として構成される方法が得られる。同様に、半導体レーザ素子をブロードストライプ型発光器の平行列またはスタックとして構成することも可能である。

好適には反射面側の半導体レーザ素子の出射面が反射防止加工されることが提供されるが、その際に該反射防止加工は特に適切なコーティングにより実現できる。この反射防止加工により、外部共振器から半導体レーザ素子への再結合が強化されるため、内部共振器の再結合は著しく低減される。これにより、モードスペクトルに対する外部変調器の影響が増大する。

本発明の好適な実施形態に従えば、半導体レーザ装置は２つの反射面を備えた２つの反射手段からなり、これらの両反射面は出射面上の法線に対してそれぞれ逆方向に等しい角度をなして傾斜している。

ここで両反射手段の両反射面は半導体レーザ素子の出射面に対する等しい光学的距離を有することができる。このようにして、出射面上の法線に対してそれぞれ逆方向に等しい角度をなして出射面から出射される１つのモードに対応する部分ビームはそれぞれ独自に両反射手段により出射面へ再反射できるため、外部共振器により内部共振器へ光を結合する効率が高まる。

本発明の実施形態に従えば、反射手段の反射面の少なくとも１つを部分反射面として構成することができるため、部分反射面を備えた少なくとも１つの反射手段が減結合器として機能する。その変更形態として、反射手段のこれらの両反射面を高反射性に構成することが可能であり、反射面とは反対側の半導体レーザ素子の出射面が部分反射性に構成されており、減結合器として機能する。

本発明の好適な変更形態に従えば、半導体レーザ素子と反射手段との間に転向手段が配置されており、該手段は出射面上の法線に対して角度をなして出射面から出射される部分ビームを反射手段へ転向できる。その際に前記転向手段は、特に出射面上の法線に対して逆方向に等しい角度をなして出射面から出射される部分ビームが反射手段の反射面上の同一個所で出会うように構成できるため、これらの部分ビームは互いに移行して、出射面へ再反射できる。そのため、追加的な転向手段を備えたこのような実施形態により、第２の反射手段が不要となる。

ここで特に提供できるのは、転向手段および反射手段は出射面上で中央垂線により定められる軸上に配置されることである。このようにして、外部共振器の軸対称構造が得られる。

本発明に従えば、転向手段をプリズム素子として構成することができる。ここで、プリズム素子は直角を挟む２辺面が半導体素子の出射面に向くように配置できる。さらに、プリズム素子の斜辺面と２辺面との間の角度を適切に選択することにより、および／または転向手段の出射面からの距離を適切に選択することにより、出射面上の法線に対して角度をなして出射面から出射される部分ビームは反射手段の反射面により互いに移行できる。したがって特に、斜辺面と２辺面との間の異なる角度を持つプリズム素子および／または転向手段と出射面との間の種々の距離を用いることにより、異なる横モードが選択できる。

転向手段を備えた前述の構造において反射手段の反射面は部分反射性に構成できるため、反射手段は減結合器として機能できる。その変更形態として、この構造における反射手段の反射面は高反射性に構成できるのであり、反射面とは反対側の半導体レーザ素子の出射面は部分反射性に構成されており、このようにして減結合器として機能できる。

本発明に従えば、半導体レーザ素子と反射手段との間に特にエタロンとして構成された波長選択素子を設けることができる。この波長選択素子は、レンズ手段と反射手段との間に配置できる。このような波長選択素子により、特定の縦モード特に１つの縦モードを選択することができるため、放射されたレーザ光は微小なスペクトル幅しか持たない。

さらに本発明に従えば、半導体レーザ素子はレーザ光の所望モードの空間的拡散に合致した部分区域においてのみ、電圧が印加される、または電子正孔対を製作するための電流が供給されることが可能となる。この比較的簡略に実行できる措置により、レーザ光の所望モードの優先がさらに最適化できる。

本発明の詳細な特徴および長所は、下記の添付図面を参照した好適な複数の実施例に関する以下の説明により明らかとなる。

図１ａおよび図１ｂは、本発明に基づく半導体レーザ装置の第１の実施形態を示す。この半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子１、特に速軸コリメートレンズとして製作されたレンズ手段２ならびに凹面鏡として製作された反射手段３からなる。ここで半導体レーザ素子１側の反射性凹面４は、反射手段３側の半導体レーザ素子１の出射面５と共に外部共振器を構成する。

半導体レーザ素子１は特に半導体レーザダイオードとして、しかも特にブロードストライプ型発光器として構成されている。図１ａおよび図１ｂの右側に記載されたブロードストライプ型発光器には、Ｘ方向（図１ａ参照）にたとえば１００μｍの拡がりおよびＹ方向（図１ｂ参照）たとえば１μｍの拡がりを有する放射面が設けられている。それに応じて、このようなブロードストライプ型発光器においてはＸ方向が遅軸、またＹ方向が速軸と呼ばれる。このようなブロードストライプ型発光器は、特に個別の横モードを考察するならば、速軸つまりＹ方向において遅軸つまりＸ方向におけるよりも格段に大きなダイバージェンスを有する。図１ａおよび図１ｂでは、これらのサイズ関係が実際的に表示されておらず、見やすくするために変更されている。

さらに可能なのは、半導体レーザ素子１がレーザダイオード平行列として構成されることであり、該列では前記ブロードストライプ型発光器のいくつかがＸ方向に対して距離を置いて、かつ互いに一直線に配置されている。さらに、半導体レーザ素子１はそのようなレーザダイオード平行列のスタックとして構成されることが可能であり、該スタックではこれらのレーザダイオード平行列のいくつかがＹ方向に重なって配置されている。

さらに本発明に従えば、半導体レーザ素子１のレーザビーム用出射面５をできるかぎり反射防止加工することができる。

図１ａおよび図１ｂから見てとれるように、レンズ手段２が半導体レーザ素子から放射されるレーザビームのダイバージェンスを速軸方向において減少させる、あるいは完全にコリメートすることができるように、レンズ手段２をそのシリンドリカル軸がＸ方向に沿って延びるシリンドリカルレンズとして構成できる。これは、図１ｂに概略的に示されている。

レンズ手段２は、たとえば平凸面シリンドリカルレンズとして構成することができる。その際に特に、シリンドリカル表面は非円形シリンドリカル表面として形成できる。レンズ手段２は好適には大きな開口を有するため、僅少な結像ミスしか生じない。たとえば屈折率は極めて高く、たとえば１．７と１．９の間、特に屈折率ｎ＝１．８２とすることができる。焦点距離は、特に極めて小さく選択できる、たとえば焦点距離ｆ＝１ｍｍが選択できる。

図１ａおよび図１ｂにおいては、半導体レーザ素子１から発せられるレーザ光のうち例示的に選択された比較的強いレーザ光モードに相当する部分ビーム６，７だけ示されている。ブロードストライプ型発光器として構成された前記半導体レーザ素子１では、通常は最も強い横モードが出射面５上の法線８に対して数度、たとえばα＝７度の角度をなして拡散する。法線８の方向は、図１ａおよび図１ｂにおいてはＺ方向に相当する。法線８に対して角度αをなして出射面５から出射される例示的に選択されたモードに対応するレーザ光の部分は２つの部分ビーム６，７に分割されており、それらのうちの第１部分ビーム６はＺ方向に対して正角度αをなして、また第２部分ビーム７はＺ方向および法線８に対して負角度αをなして伝播される。したがって、部分ビーム６は図１ａにおいて傾斜して右上方向へ進行して、反射手段３の反射性凹面４へ当たる。部分ビーム７は図１ａにおいて右下方向へ進行し、本発明の実施形態において阻害されずに半導体レーザ装置から出射することができる。

本発明の別の実施形態において、反射手段３と出射面５と等しい距離を以て出射面５側で反射する凹面１０を備えた第２の反射手段９を設けることができる。この反射手段９は必要に応じて部分反射することができるため、レーザ光の一部は反射手段９を通過することができる。この反射手段の背後に、本発明にしたがってコリメートレンズ１１を設置することができる。反射手段９およびコリメートレンズ１１を組み合わせて１つの部材にすることも、全く可能である。反射手段９およびコリメートレンズ１１点線で図示されているが、図１ｂ には示されていない。

本発明に従えば、反射手段３の湾曲および場合により反射手段９の湾曲も部分ビーム６，７が基本的にそれ自身へ送り返されて、それらが出射面５へ当たるように選択することができる。このために、反射手段３の反射面４および反射手段９の反射面１０と出射面５との間の光学的距離Ｄは、凹状反射面４および反射面１０により形成された中空鏡の焦点距離Ｆが光学的距離Ｄに合致して、基本的にＦ＝Ｄとなるように、部分ビーム６の方向および部分ビーム７の方向へ選択できる。したがって、反射面４を球面として構成すれば、Ｆ＝Ｒ／２＝Ｄとすることができる。速軸および遅軸方向の反射面４の湾曲が異なるならば、前記公式に基づく光学的距離Ｄは遅軸方向の半径を用いて決定できる。

さらに光学的距離Ｄおよび反射手段３の焦点距離を適切に選択することにより、反射手段３および／または反射手段９から出射面５へ再反射された部分ビーム６，７の出射面５上の各横モードに属する部分ビーム６，７のビームウェストは、基本的にブロードストライプ型発光器として構成された半導体レーザ素子１の出射面５の大きさに合致することが達成できる。したがって、出射面５は再反射された部分ビーム６，７がそれを通過して半導体レーザ素子１へ入る、あるいは結合できる開口として機能する。

前述したように、反射手段３，９を球状凹面レンズとして構成することができる。反射手段３，９をこのように構成した場合には、速軸コリメートレンズとして機能するレンズ手段２のサイズは、出射面５から出てレンズ手段２をＹ方向に通過した後の１つの横モードに合致する部分ビーム６，７のダイバージェンスが基本的にＸ方向のダイバージェンスに合致し、たとえば反射手段３，９の区域において部分ビーム６，７の比較的類似したビームダイバージェンスおよびビーム品質が遅軸方向および速軸方向において、つまりほぼＸ方向およびＹ方向に現れるように、決定すべきであろう。そのような実施形態は、図１ａおよび図１ｂにおいて概略的に示されている。

別の構造、特に部分ビーム６，７をほぼ完全に、あるいは完全にコリメートするレンズ手段２を用いるならば、Ｙ方向におけるシリンドリカル軸を持つ明確な湾曲を有し、かつそれに垂直な方向における明確な湾曲を全くまたは僅かしか有しない凹面シリンドリカルレンズ鏡を反射手段３，９として使用することができる。そのような実施形態は、図１ａおよび図１ｂには示されていない。

図１ａおよび図１ｂに基づく実施形態に関連して記載された特定の選択されたモードの部分である個別の部分ビーム６，７の再反射により、この選択された横モードの光は正確に半導体レーザ素子１へ再結合されるため、この選択された横モードの光は多かれ少なかれ十分に選別される、すなわち半導体レーザ素子１は基本的にこのモードのみを放射する。反射手段３、反射手段９および出射面５からなる本発明に基づく外部共振器を持たずに、ブロードストライプ型発光器として構成された半導体レーザ素子１は一連の横モードおよび縦モードを持つレーザ光を放射する。選択された横モードの半導体レーザ素子１への前述の再結合により、放射されたレーザ光は基本的にこの横モードのみからなることが多かれ少なかれ十分に達成できる。レーザ光が基本的に１つの波長およびそれゆえに１つの縦モードからなることも達成するために、たとえばエタロンとして構成された追加的な波長選択素子１２を外部共振器へ組み込むことができる。この波長選択素子１２は、図１ａにおいて点線で反射手段３とレンズ手段２との間に配置されているが、図１ｂには示されていない。変更形態として、波長選択素子１２を反射手段３と組み合わせる、特にそれに組み込むことができる。

本発明に従えば、図１ｂには示されていない反射手段９を部分反射性に構成し、反射手段９を同時に減結合器として機能させることができる。その変更形態として、反射手段９は全反射性凹面１０を有することができる。この場合に、出射面５に平行で、半導体レーザ素子１の外部共振器とは反対側に配置された出射面１３を部分反射面として構成し、出射面１３を減結合器として機能させることができる。図１ａおよび図１ｂではこのような実施形態を表示するために、半導体レーザ素子１の左側にビーム１４を図示しているが、これらのビームは出射面１３から負Ｚ方向に出射されるレーザ光を概略的に表している。

本発明に従えば、半導体レーザ素子１を非構造加工性とすることができる。特に、特定のレーザモードの伝播を促進する案内手段を設けてはならない。

さらなる方法として、半導体レーザ素子１に対して部分区域においてのみ電子正孔対生起用電流を供給することができるが、この部分区域は半導体レーザ素子１の内部における基本的に所望の励起すべきレーザモードの空間的分布に合致する。それに対して、半導体レーザ素子１の他の部分区域は電極を備えていないため、これらの区域では電子正孔対生起用電流の供給が行われない。電極のこのような適切な配置により、所望のレーザモードの選択がさらに最適化できる。

図２ａおよび図２ｂに示された実施形態では、同一部材は図１ａおよび図１ｂの場合と同じ参照符号が付けられている。図１ａおよび図１ｂに示された実施形態とは異なり、図２ａおよび図２ｂに示された実施形態ではレンズ手段２と反射手段３との間にプリズム素子１５が配置されている。さらに図１ａおよび図１ｂに基づく実施形態とは異なり、反射手段３は出射面５上の法線８および中央垂線に対して回転対称に設けられている。プリズム素子１５は、±αの角度で出射面５から出射される部分ビーム６，７を法線８および法線８により形成された光学軸に対して転向させる機能を果たす。このために、プリズム素子１５はＸ−Ｙ平面に延びる斜辺面１６を有する。この斜辺面１６は、プリズム素子１５の反射手段３側に配置されている。プリズム素子１５の出射面５およびレンズ手段２側には２つの直角構成面１７が設けられており、それらはそれぞれ斜辺面１６と角度αに応じて選択された角度βを形成する。たとえば、この角度βはαのおよそ２倍の大きさとすることができる。直角構成面１７は斜辺面１６と角度βを形成するだけでなく、Ｘ−Ｙ平面とも角度を形成するため、部分ビーム６，７は直角構成面１７およびそれに続いて斜辺面１６（図２ａおよび図２ｂには図示されていない）において屈折される。

反射手段３の反射面４の湾曲は上下および正Ｚ方向に等しい角度αをなして出射面５から出射される部分ビーム６，７が反射面４によりそれぞれ相互に移行するように、本発明にしたがって好適に選択できる。図２ａにおいて、これは反射面４において３つの部分ビーム７へ移行する３つの選択された部分ビーム６により示唆されている。

図２ａおよび図２ｂにおいて示された実施形態においても、反射面４と出射面５との間の光学的距離ＤはＤ＝Ｒ／２＝反射面４のＦとなるように選択できる。さらにまた本発明に従えば、反射手段３の距離Ｄおよび焦点距離を適切に選択することにより、反射面４により再反射された出射面５上の部分ビーム６，７のビームウェストもそれが出射面５により得られた開口にほぼ合致するように、選択することができる。

図１ａおよび図１ｂに基づく実施形態において、反射手段３および反射手段３，９は出射面５から出て反射手段３，９自身へ再移行するように偏向可能であることにより、個別モードの選択を行うことができる。したがって、反射面４，１０の偏向により、法線８と異なる角度αをなすモード間の選択が行われる。

図２ａおよび図２ｂに基づく実施形態でのモード選択は、プリズム素子１５の角度βの変化およびＺ方法に沿ったプリズム素子１５の移動により達成できる。角度βの大きさに応じて法線８およびそれによりＺ方向との対応角度αをなすモードが選択されるが、該モードに対して出射面から上下および正Ｚ方向へ出射される反射面４区域においてプリズム素子１５を通る部分ビームが基本的に正確に重なる。

本発明に従えば、図２ａおよび図２ｂに基づく実施形態では２つの減結合方法が想定できる。１つには、反射手段３は部分反射性反射手段としてのみ構成することができる。それにより、レーザ光の一部は図２ａの右方へ、かつＺ方向へ反射手段３を通過して現れることができる。その変更形態として、反射手段３は基本的に全反射性反射手段として構成できるが、それに対して図２ａ左側の半導体レーザ素子１の出射面１３は部分反射性に形成されており、レーザ光は図示されたビーム１４に応じて負Ｚ方向へ出射できる。両方の場合に、図２ａ右側の半導体レーザ素子１の出射面５は比較的十分に反射防止加工されるべきであり、それにより半導体レーザ素子１への部分ビーム６，７の再結合ができるかぎり有効に行われると共に、内部共振器の再結合が低減される。

図２ａおよび図２ｂに基づく外部共振器においても、波長選択素子１２を取り付けることができる。

本発明に基づく半導体レーザ装置の第１の実施形態の概略図である。 図１ａにおける矢印Ｉｂ方向から見た概略図である。 本発明に基づく半導体レーザ装置の第２の実施形態の概略図である。 図２ａにおける矢印ＩＩｂ方向から見た概略図である。

Claims (27)

1. 第１の方向（Ｙ）においてそれに垂直な第２の方向におけるよりも大きなダイバージェンスを有するレーザ光が出射できる少なくとも１つの出射面（５）を備える半導体レーザ素子（１）と、
   該半導体レーザ素子（１）外に前記出射面（５）から離れて配置され、前記半導体レーザ素子（１）から前記出射面（５）を通過して出射された光の少なくとも一部を半導体レーザ素子（１）のモードスペクトルが影響されるように半導体レーザ素子（１）へ再反射できる反射面（４，１０）を備えた少なくとも１つの反射手段（３，９）と、さらに
   前記反射手段（３，９）と前記半導体レーザ素子（１）との間に配置され、少なくとも前記第１方向（Ｙ）においてレーザ光のダイバージェンスを少なくとも部分的に減少できるレンズ手段（２）からなる半導体レーザ装置において、
   反射手段（３，９）の反射面（４，１０）が凹状湾曲している、
   ことを特徴とする半導体レーザ装置。
2. 反射面（４，１０）が球状湾曲していることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
3. 反射面（４，１０）は第１方向（Ｙ）およびそれに垂直な第２方向において基本的に等しい湾曲度を有することを特徴とする請求項１または２記載の半導体レーザ装置。
4. 反射面（４，１０）は第１方向（Ｙ）およびそれに垂直な第２方向において異なる湾曲度を有することを特徴とする請求項１または２記載の半導体レーザ装置。
5. 反射面（４，１０）と半導体レーザ素子（１）の出射面（５）との間の光学的距離（Ｄ）は両方向の少なくとも一方（Ｙ）に関して基本的に反射面（４，１０）の焦点距離（Ｆ）に等しいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
6. 反射手段（３，９）側の半導体レーザ素子の出射面（５）は２００μｍ以上の幅を有しており、また反射面（４，１０）は全くあるいは僅少にしか湾曲していないことを特徴とする請求項１の上位概念に記載の半導体レーザ装置。
7. 出射面（５）は５００μｍ以上、特に１ｍｍ以上の幅を有することを特徴とする請求項６記載の半導体レーザ装置。
8. 反射面（４，１０）またはそれら（４，１０）の少なくとも１つが波長選択素子、特に格子として構成されることを特徴とする請求項６または７記載の半導体レーザ装置。
9. 反射面（４，１０）の光学的距離（Ｄ）および／または湾曲は、半導体レーザ素子（１）へ再反射された光の少なくとも部分ビーム（６，７）の出射面（５）上のビームウェストが基本的に出射面（５）により形成される開口に合致するように選択されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
10. 半導体レーザ素子（１）はブロードストライプ型発光器として構成されることを特徴とする請求項２〜９のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
11. 半導体レーザ素子（１）はブロードストライプ型発光器の平行列またはスタックとして構成されることを特徴とする請求項１０記載の半導体レーザ装置。
12. 反射面（４，１０）側の半導体レーザ素子（１）の出射面（５）が反射防止加工されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
13. 半導体レーザ装置は２つの反射面（４，１０）を備えた２つの反射手段（３，９）からなり、これらの両反射面（４，１０）は出射面（５）上の法線（８）に対してそれぞれ逆方向に等しい角度（α）をなして傾斜していることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
14. 両反射手段（３，９）の両反射面（４，１０）は半導体レーザ素子（１）の出射面（５）に対する等しい光学的距離（Ｄ）を有することを特徴とする請求項１３記載の半導体レーザ装置。
15. 反射手段（３，９）の反射面（４，１０）の少なくとも１つが部分反射面として構成されて、該部分反射面（１０）を備えた少なくとも１つの反射手段（９）が減結合器として機能することを特徴とする請求項１３または１４のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
16. 反射手段（３，９）のこれらの両反射面（４，１０）が高反射性に構成されており、反射面（４，１０）とは反対側の半導体レーザ素子（１）の出射面（１３）が部分反射性に構成されており、減結合器として機能することを特徴とする請求項１３または１４のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
17. 半導体レーザ素子（１）と反射手段（３）との間に転向手段が配置されており、該手段は出射面（５）上の法線（８）に対して角度（α）をなして出射面から出射される部分ビーム（６，７）を反射手段（３）へ転向できることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
18. 前記転向手段および反射手段（３）は出射面（５）上で中央垂線により定められる軸上に配置されることを特徴とする請求項１７記載の半導体レーザ装置。
19. 前記転向手段はプリズム素子（１５）として構成されることを特徴とする請求項１７または１８のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
20. プリズム素子（１５）は直角を挟む２辺面（１７）が半導体素子の出射面（５）に対向するように配置されていることを特徴とする請求項１９記載の半導体レーザ装置。
21. プリズム素子（１５）の斜辺面（１６）と２辺面（１７）との間の角度（β）を適切に選択することにより、および／またはプリズム素子（１５）の位置を適切に選択することにより、出射面（５）上の法線（８）に対して角度（±α）をなして出射面から出射される部分ビーム（６，７）は反射手段（３）の反射面（４）により互いに移行できることを特徴とする請求項１８〜２０のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
22. 反射手段（３）の反射面（４）は部分反射性に構成されており、反射手段（３）が減結合器として機能できることを特徴とする請求項１７〜２１のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
23. 反射手段（３）の反射面（４）は高反射性に構成されており、また反射面（４）とは反対側の半導体レーザ素子（１）の出射面（１３）が部分反射性に構成されており、このようにして減結合器として機能できることを特徴とする請求項１７〜２１のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
24. 半導体レーザ素子（１）と反射手段（３，９）との間に特にエタロンとして構成された波長選択素子（１２）が配置されることを特徴とする請求項１〜２３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
25. レンズ手段（２）はシリンドリカルレンズとして構成されており、そのシリンドリカル軸は基本的に第１方向（Ｙ）に垂直な第２方向に延びることを特徴とする請求項１〜２４のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
26. レンズ手段（２）は、出射面（５）から出射されたレーザ光がレンズ手段（２）の通過後に第１方向（Ｙ）においてそれに垂直な第２方向におけるものとほぼ等しい大きさのダイバージェンスを有することを特徴とする請求項１〜２５のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
27. 半導体レーザ素子（１）はレーザ光の所望モードの空間的拡散に合致した部分区域においてのみ電圧が印加される、または電子正孔対を製作するための電流が供給されることを特徴とする請求項１〜２６のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
    
    

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