JP2006121114A - レーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 レーザ光の出力損失を小さくすることを課題の１つとする。また、小型化したレーザ装置を提供することを課題の１つとする。
【解決手段】 本発明のレーザ装置は、前方に主出射面２８を有し後方に副出射面２９を有するレーザ素子２７をヒートシンク１７上に配置し、前記レーザ素子の前記主出射面から出射される光を反射するミラー３２を前記ヒートシンク１７上に配置とする。さらに、前記ミラーによって反射された光を反射する反射面３１を有する偏光ビームスプリッタ３０を前記ヒートシンク１７上に配置する。また、前記ヒートシンク１７上に、前記レーザ素子２７とは波長が異なる光を出射する別のレーザ素子２３を配置する。
【選択図】 図２

Description

本発明はレーザ装置に関する。

従来、この種の装置は、例えば図４に示されている。図４に於て、ステム１００の上にヒートシンク１０１が設けられ、ヒートシンク１０１の垂直面上に、レーザ素子１０２が固定されている。そして、ステム１００の水平面上に、受光素子１０３が固定されている。これらの部品により、レーザ装置１０４が構成されている。

更に、このレーザ装置１０４を用いた、ＤＶＤ用光ピックアップ１０５が図５に示されている。図５に於て、発振波長が異なる第１レーザ装置１０６と、第２レーザ装置１０７が配置されている。第１レーザ装置１０６の上方に、ビームスプリッタ１０８を介して、対物レンズ１０９が配置され、第２レーザ装置１０７の上方に、反射ミラー１１０が配置されている。ビームスプリッタ１０８の左側に、コリメータレンズ１１１と、反射ミラー１１２が配置されている。
特開平６−４５７０３号公報

しかし、図４に示したレーザ装置１０４では、レーザ素子１０２を垂直面に固定し、受光素子１０３を水平面に固定するため、組立てしにくく、両者の位置関係を正確に確保しにくい第１の欠点が有る。更に、このレーザ装置１０４に、光学素子（例えばコリメータレンズ等）を取付ける場合、キャップ１１３の上方に光学素子を固定していた。そのため、レーザ素子１０２と光学素子との距離が大きくなり、光学素子との光結合効率が低い第２の欠点が有る。

更に、図５に示したピックアップ１０５では、第１レーザ装置１０６の上方に離れてビームスプリッタ１０８を配置し、第２レーザ装置１０７の上方に離れて反射ミラー１１０を配置するので、レーザ光の出力損失が大きい第３の欠点が有る。また、ステム１００を有する第１レーザ装置１０６および第２レーザ装置１０７を配置するため、装置が大型化（広いスペースを必要とする事）する第４の欠点が有る。

そこで、例えば、特許文献１にて、小型化されたレーザ装置が示されている。この公報によると、リードフレーム上に受光素子が設けられ、その上にレーザ素子が設けられている。しかし、レーザ素子の副出射面の高さと受光素子に形成された受光部の高さとの差が少ない。そのため、レーザ素子による副出射光の入射角度が小さくなり、受光電流（モニタ電流）が小さい第５の欠点が有る。

本発明はこの様な従来の欠点を考慮して、レーザ光の出力損失を小さくすることを課題の１つとする。また、小型化したレーザ装置を提供することを課題の１つとする。

本発明のレーザ装置は請求項１に記載のように、前方に主出射面を有し後方に副出射面を有するレーザ素子をヒートシンク上に配置し、前記レーザ素子の前記主出射面から出射される光を反射するミラーを前記ヒートシンク上に配置した事を特徴とする。

本発明のレーザ装置は請求項２に記載のように、前記ミラーによって反射された光を反射する反射面を有する偏光ビームスプリッタを前記ヒートシンク上に配置した事を特徴とする。

本発明のレーザ装置は請求項３に記載のように、前記ヒートシンク上に、前記レーザ素子とは波長が異なる光を出射する別のレーザ素子を配置した事を特徴とする。

レーザ光の出力損失を小さくすることができる。また、小型化したレーザ装置を提供することができる。

以下に、図１の断面図に従い、本発明の実施の形態１に係るレーザ装置１を説明する。図１に於て、ヒートシンク２は熱伝導率が高い、かつ、電気伝導率が高い材質（例えば銅等）から成る。

ヒートシンク２は、第１面３と、第１面３より低い第２面４および第３面５を有し、断面形状が略凸状に形成されている。この凸状部に於ける高い位置にある平面が第１面３である。凸状部に於ける低い位置にある平面が第２面４と、第３面５である。

具体的には、水平な第２面４につながって、垂直な側面６が形成されている。側面６につながって、水平な第１面３が形成されている。第１面３につながって垂直な側面７が形成されている。側面７につながって、水平な第３面５が形成されている。第３面５につながって、水平な第１端子部（図示せず）が形成されても良い。

レーザ素子８は例えば、活性層９と、それを挟み、ＧａＡｌＡｓ層から成るクラッド層から構成される半導体レーザ素子である。レーザ素子８の表面と、裏面には、各々、表面電極と、裏面電極（共に図示せず）が形成されている。

レーザ素子８は、前方が主出射面１０が位置し、後方が副出射面１１が位置する様に、レーザ素子８の裏面電極は、第１面３上に、銀ペースト等を介して固着されている。レーザ素子８は、後方にモニタ用の副出射が行われる様に、後面の反射膜の反射率が、前面の反射率よりも高い様に、形成されている。

レーザ素子８の主出射面１０および副出射面１１は、第１面３より突出した位置にある様に、レーザ素子８は設けられている。即ち、主出射面８は、側面６よりも前方に位置し、副出射面１１は、側面７よりも後方に位置する様に、設けられている。換言すれば、レーザ素子８の共振器長（活性層９の長さ）は、第１面３の長さより長く、設けられている。

光学素子１２は例えばコリメータレンズであり、レーザ素子８の主出射面１０に近接する様に（例えば０．１〜３ｍｍ）、第２面４上に接着材（図示せず）等を介して、固定されている。

この様に、光学素子１２およびレーザ素子８を同一のヒートシンク２上に固定し、かつ、光学素子１２と主出射面１０を近接させる事により、光学素子１２とレーザ素子８との光結合効率が高くなる。

また、主出射面１０を側面６よりも前方に突出させる事により、主出射面１０からの主出射光（レーザビーム）は、側面６に衝突し、邪魔される事が防止される。その結果として、主出射光は有効に利用され、上記光結合効率は、更に高くなる。

上記構成により、主出射面１０からの主出射光は、光学素子１２内に進入し、光学素子１２により、略平行な光線として、外部へ進行する。この平行光線は、例えば、ＣＤ用ピックアップを構成する偏光ビームスプリッタ内に進入する。

受光素子１３は例えばＰ−Ｉ−Ｎ構造から成るシリコン系結晶に、表面電極と裏面電極（共に図示せず）が設けられたものである。表面電極は、例えばＰ型拡散領域から成る受光部１４とオーミック接触して形成されている。受光素子１３の裏面電極は、銀ペースト等の導電性接着材１５を介して、第３面５上に固着されている。

第１面３と、第３面５との段差（即ち、側面７の高さ）は、受光素子１３の厚さよりも大きくなる様に、設けられている。この構成により、副出射面１１の高さと、受光部１４の高さとの差が大きくなり、レーザ素子８に設けられた副出射面１１からの副出射光の入射角度が大きくなり、受光部１４に於ける受光電流（モニタ電流）が大きくなる。

その結果、副出射光量を正確にモニタ（監視）する事ができ、主出射光量を正確に制御する事ができる。

また、副出射面１１を側面７よりも後方に突出させる事により、副出射面１１からの副出射光は、側面７に衝突し、邪魔される事が防止できる。その結果、副出射光は有効に利用され、上記受光電流は、更に大きくなる。

銅等から成る第２端子部と、第３端子部（共に図示せず）は、ヒートシンク２と近接して配置されている。金等から成る第１金属細線（図示せず）は、レーザ素子８の表面電極と、第２端子部の適所との間を結ぶ様に配線されている。金等から成る第２金属細線（図示せず）は、受光素子１３の表面電極と、第３端子部の適所との間を結ぶ様に配線されている。以上の部品により、このレーザ装置１は構成されている。

次に図２に従い、本発明の実施の形態２に係るレーザ装置１６を説明する。図２（ａ）は、このレーザ装置１６の平面図、図２（ｂ）は、レーザ装置１６の側面図である。

これらの図に於て、ヒートシンク１７は熱伝導率が高く、電気伝導率が高い材質（例えば銅等）から成る。ヒートシンク１７は第１面１８と、第１面１８より低い第２面１９および第３面２０を有し、断面形状が略凸状に形成されている。この凸状部に於ける高い位置にある平面が第１面１８である。凸状部に於ける低い位置にある平面が、第２面１９と、第３面５である。

水平な第２面４につながって、垂直な側面２１が形成されている。側面２１につながって、水平な第１面１８が形成されている。第１面１８につながって、垂直な側面２２が形成されている。垂直な側面２２につながって、水平な第３面２０が形成されている。第３面２０につながって、水平な第１端子部（図示せず）が形成されても良い。

第１レーザ素子２３は例えば、活性層２４と、それを挟むクラッド層から成り例えば６５０ｎｍの発振波長を有するものである。第１レーザ素子２３の表面と裏面には、各々、表面電極と裏面電極（共に図示せず）が形成されている。

第１レーザ素子２３は、前方に主出射面２５が位置し、後方に副出射面２６が位置する様に、第１レーザ素子２３の裏面電極は、第１面１８上に、銀ペースト等を介して固着されている。第１レーザ素子２３は、後方にモニタ用の副出射が行われる様に、後面の反射膜の反射率が、前面の反射率よりも高い様に、形成されている。

第１レーザ素子２３の主出射面２５および副出射面２６は、第１面１８より突出した位置にある様に、設けられている。即ち、主出射面２５は、側面２１よりも前方に位置し、副出射面２６は、側面２２よりも後方に位置する様に、設けられている。

第２レーザ素子２７は例えば、活性層（図示せず）と、それを挟み、ＧａＡｌＡｓのクラッド層から成り、例えば７８０ｎｍの発振波長を有するものである。第２レーザ素子２７の表面と裏面には、各々、表面電極と裏面電極（共に図示せず）が形成されている。

第２レーザ素子２７は、前方に主出射面２８が位置し、後方に副出射面２９が位置する様に、第２レーザ素子２７の裏面電極は、第１面１８上に、銀ペースト等を介して固着されている。第２レーザ素子２７は、後方にモニタ用の副出射が行われる様に、後面の反射膜の反射率が、前面の反射率よりも高い様に、形成されている。

第２レーザ素子２７の主出射面２８および副出射面２９は、第１面１８より突出した位置にある様に、設けられている。即ち、主出射面２８は、側面２１よりも前方に位置し、副出射面２９は、側面２２よりも後方に位置する様に、設けられている。

この様に、第１レーザ素子２３と第２レーザ素子２７は、各々、発振波長が異なる。そして、第１レーザ素子２３と第２レーザ素子２７は、第１面１８上に、互いに離れて位置する様に、配置されている。

偏光ビームスプリッタ３０は、第１レーザ素子２３の主出射面２５に近接する様に、第２面１９上に、接着材等を介して固着されている。

また、主出射面２５を側面２１よりも前方に突出させる事により、主出射面２５からの主出射光は、側面２１に衝突し、邪魔される事が防止される。その結果主出射光は有効に利用され、偏光ビームスプリッタ３０との光結合効率は、高くなる。

反射ミラー３２は、第２レーザ素子２７の主出射面２８に近接する様に、第２面１９上に、接着材等を介して固着されている。第２レーザ素子２７からの主出射光は、反射ミラー３２の反射面３３にて反射され、その反射光３４は、偏光ビームスプリッタ３０内に進入する様に、構成されている。

受光素子３５は例えば、Ｐ−Ｉ−Ｎ構造から成るシリコン系結晶に、表面電極と裏面電極（共に図示せず）が設けられたものである。表面電極は、例えばＰ型拡散領域から成る受光部３６とオーミック接触して形成されている。受光素子３５の裏面電極は、銀ペースト等の導電性接着材３７を介して、第３面２０上に固着されている。

第１面１８と、第３面２０との段差（即ち、側面２２の高さ）は、受光素子３５の厚さよりも大きくなる様に、設けられている。この構成により、第１レーザ素子２３の副出射面２６の高さと、受光部３６の高さとの差が大きくなる（図２（ｂ）参照）。その結果、副出射面２６からの副出射光の入射角度が大きくなり、受光部１４に於ける受光電流（モニタ電流）は大きくなる。

また、第１面１８と、第３面２０との段差を、受光素子３５の厚さよりも大きくする事により、第２レーザ素子２７の副出射面２９の高さと、受光部３６の高さとの差が大きくなる。その結果、副出射面２９からの副出射光の入射角度が大きくなり、受光部１４に於ける受光電流は大きくなる。

銅等から成る第２端子部と、第３端子部と、第４端子部（共に図示せず）は、ヒートシンク１７と近接して配置されている。金等から成る第１金属細線（図示せず）は、第１レーザ素子２３の表面電極と、第２端子部の適所との間を結ぶ様に、配線されている。

金等から成る第２金属細線（図示せず）は、第２レーザ素子２７の表面電極と第３端子部の適所との間を結ぶ様に、配線されている。金等から成る第３金属細線（図示せず）は、受光素子３５の表面電極と、第４端子部の適所との間を結ぶ様に、配線されている。以上の部品により、このレーザ装置１６は構成されている。

また、偏光ビームスプリッタ３０の前方には、コリメータレンズ（図示せず）を介して、対物レンズが配置されている。偏光ビームスプリッタ３０の側方には凹レンズ（図示せず）を介して、光検出器３９が配置されている。上記部品と、レーザ装置１６等により、光ピックアップ装置４０が構成されている。

次に、再び図２に従い、このレーザ装置１６の動作説明を行う。最初に、使用者は例えば、プレーヤにＤＶＤをセットし、ＤＶＤ用運転スイッチ（共に図示せず）を押したとする。その結果、第２端子部と第１端子部との間に電圧が印加され、第４端子部と第１端子部との間に電圧が印加される。また、第４端子部は電流検出器（図示せず）に接続されている。

第１レーザ素子２３に所定の電圧が印加され、主出射面２５から主出射光４２が出射され、副出射面２６が副出射光が出射される。

主出射光４２は、偏光ビームスプリッタ３０を通過し、進行光４２として、コリメータレンズを通り、対物レンズ３８を通り、ＤＶＤの記録面に到達する。上記記録面で反射された光は、対物レンズ３８と、コリメータレンズを通り、反射光４３となり、偏光ビームスプリッタ３０内に進入する。

上記進入した光は、境界面３１にて屈折され、進行光４４として、光検出器３９内に進入する。進入した光は光検出器３９によりデータとして再生される。

また、この時、第４端子部に接続された電流検出器は、受光部３６の受光電流を検出し、第１レーザ素子２３に印加される電圧を制御し、６５０ｎｍの発振波長を持つ主出射光が所定の出力を行う様に、構成されている。

次に、使用者は例えば、ＣＤ−Ｒディスクを再生したい場合は、プレーヤからＤＶＤを取除き、ＣＤ−Ｒディスクをセットし、ＣＤ−Ｒ用運転スイッチ（共に図示せず）を押す。その結果、第３端子部と第１端子部との間に電圧が印加され第４端子部と第１端子部との間に電圧が印加される。

第２レーザ素子２７に所定の電圧が印加され、主出射面２８から主出射光が出射され、主出射光３３ａは反射面３３で反射され、反射光３４となって、偏光ビームスプリッタ３０内に進入する。

上記進入した光は、境界面３１にて反射され、進行光４２として、コリメータレンズと対物レンズ３８を通り、ＣＤ−Ｒディスクの記録面に到達する。上記記録面で反射された光は、対物レンズ３８と、コリメータレンズを通り、反射光４３となり、偏光ビームスプリッタ３０内に進入する。

上記進入した光は、境界面３１にて屈折され、進行光４４として、光検出器３９内に進入する。この進入した光は、光検出器３９により、データとして再生される。

また、この時、第４端子部に接続された電流検出器は、受光部３６の受光電流を検出し、第２レーザ素子２７に印加される電圧を制御し、７８０ｎｍの発振波長を持つ主出射光が所定の出力を行う様に、構成されている。

次に図３に従い、本発明の実施の形態３に係るレーザ装置４６を説明する。図３は、このレーザ装置４６に用いられるプリズム４７の平面図である。

図３に於て、プリズム４７は、１側に反射面４８が形成され、他側近傍に、境界面４９が形成されている。即ち、反射面４８は、図２（ａ）に示された反射ミラー３２に形成された反射面３３と同一の機能を有している。また、境界面４９は、図２（ａ）に示された偏光ビームスプリッタ３０に形成された境界面３１と同一の機能を有している。

反射面４８が第２レーザ素子２７の主出射面２８に近接し、境界面４９が第１レーザ素子２３に形成された主出射面２５に近接する様に、プリズム４７は第２面１９上に固定されている。

即ち、図２に示した偏光ビームスプリッタ３０と、反射ミラー３２の代りに、図３に示したプリズム４７は、第２面１９上に設けられている。

上記構成により、第２レーザ素子２７から出射された主出射光３３ａと、反射光３４と、第１レーザ素子２３から出射された主出射光４１と、進行光４２と、反射光４３と、進行光４４は各々、図２に於て同じ番号にて示した光と同一であり、同一の動作を行う。

上記実施形態に記載の発明では、第１面と、前記第１面より低い第２面および第３面を有し、略凸状に形成されたヒートシンクと、前記第１面上に配置されたレーザ素子と、前記レーザ素子の主出射面に近接して、前記第２面上に設けられた光学素子と、前記第３面上に設けられた受光素子とを具備するものである。この様に、光学素子と、レーザ素子と、受光素子を同一のヒートシンク上に、同一方向（水平方向）にて組立てるので、組立し易く、上記３部品につき、各部品同士の位置関係を正確に確保できる。また、レーザ素子に近接する様に、ヒートシンクの前面（第２面）に段差を設けて、光学素子を設けるので、光学素子とレーザ素子を近接させる事ができる。その結果、光学素子との光結合効率が高くなる。

上記実施形態に記載の発明では、、前記光学素子はコリメータレンズであるものとする。この様にして、レーザ素子から出射される主出射光（長円形のスポット）は、コリメータレンズにより、真円のスポットに整形される。その結果、上記整形された光が対物レンズを通過した後、集束されたスポットも真円となり、正確な信号の再生ができる。また、コリメータレンズとレーザ素子を近接させる事ができるので、光結合効率は高くなる。

上記実施形態に記載の発明では、第１面と、前記第１面より低い第２面および第３面を有し、略凸状に形成されたヒートシンクと、前記第１面上に互いに離れて配置され、発振波長が異なる第１レーザ素子および第２レーザ素子と、前記第１レーザ素子の主出射面に近接して、前記第２面上に設けられた偏光ビームスプリッタと前記第２レーザ素子の主出射面に近接して、前記第２面上に設けられた反射ミラーと、前記第３面上に設けられた受光素子とを具備するものとする。この様に、第１レーザ素子に近接して偏光ビームスプリッタを設けるので、レーザ光（主出射光）の出力損失を小さくできる。また、従来の様に、ステム型のレーザ装置を２個並べるのではなく、単なるレーザ素子を２個並べるので、装置全体として小型化できる。そして、発振波長が異なる２種類のレーザ光を出射するので、例えば異なる型のディスク（ＤＶＤとＣＤ−Ｒ等）を再生できる。

上記実施形態に記載の発明では、前記偏光ビームスプリッタと、前記反射ミラーの代りに、前記第２面上に１個のプリズムを設ける構成とする。この様に、偏光ビームスプリッタと、反射ミラーの代りに、１個のプリズムを用いる事により、プリズムに形成された反射面と境界面との位置関係が正確に得られる。故に、第１レーザ素子からの主出射光と、第２レーザ素子からの主出射光に於ける進行角度を正確に制御できる。

上記実施形態に記載の発明では、前記レーザ素子又は前記第１レーザ素子および前記第２レーザ素子の主出射面および副出射面が前記第１面より突出した位置にある構成とする。この構成により、各レーザ素子からの主出射光は、ヒートシンクの側面に衝突し、邪魔される事を防止される。また、各レーザ素子からの副出射光はヒートシンクの側面に衝突し、邪魔される事を防止される。

上記実施形態に記載の発明では、前記第１面と前記第３面の段差が、前記受光素子の厚さよりも大きい構成とする。この構成により、レーザ素子の副出射面の高さと、受光部の高さとの差が大きくなり、副出射光の入射角度が大きくなり、受光部における受光電流が大きくなる。

異なる波長の光を発するレーザ装置に適用することができる。

実施形態１に係るレーザ装置１の断面図である。 図２（ａ）は、実施形態２に係るレーザ装置の平面図、図２（ｂ）は同装置の側面図である。 実施形態３に係るレーザ装置に用いられるプリズムの平面図である。 従来のレーザ装置の斜視図である。 従来のレーザ装置を用いたＤＶＤ用光ピックアップの概略図である。

符号の説明

２ヒートシンク
３ 第１面
４ 第２面
５ 第３面
８ レーザ素子
１２ 光学素子
１３ 受光素子

Claims (3)

1. 前方に主出射面を有し後方に副出射面を有するレーザ素子をヒートシンク上に配置し、前記レーザ素子の前記主出射面から出射される光を反射するミラーを前記ヒートシンク上に配置した事を特徴とするレーザ装置。
2. 前記ミラーによって反射された光を反射する反射面を有する偏光ビームスプリッタを前記ヒートシンク上に配置した事を特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
3. 前記ヒートシンク上に、前記レーザ素子とは波長が異なる光を出射する別のレーザ素子を配置した事を特徴とする請求項１あるいは２記載のレーザ装置。

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