JP2010061136A - レーザ光源装置の製造方法及びレーザ光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高出力のレーザ光が得られるレーザ光源装置を容易に製造する方法を提供する。
【解決手段】本発明のレーザ光源装置の製造方法は、反射ミラー１９を第１レーザ素子２からの光の光路上に配置し、第１レーザ素子２と反射ミラー１９との間でレーザ発振させつつ反射ミラー１９に対する第１レーザ素子２のエミッタ形成面２ａの相対角度を調整する第１レーザ素子角度調整工程と、反射ミラー１９を同じ位置に維持したまま、第１レーザ素子２のエミッタ形成面２ａに対する第２レーザ素子３のエミッタ形成面３ａの相対角度を調整する第２レーザ素子角度調整工程と、第１レーザ素子２から射出された光と第２レーザ素子３から射出された光の双方でレーザ発振させつつ第１レーザ素子２と第２レーザ素子３の相対回転角度及び相対位置を調整する角度位置調整工程と、を備えている。
【選択図】図５

Description

本発明は、レーザ光源装置の製造方法及びレーザ光源装置に関する。

従来から、プロジェクタ等の光学装置の照明用光源として高圧水銀ランプが多用されてきた。ところが、高圧水銀ランプは、色再現性に制約がある、瞬時に点灯するのが難しい、寿命が短い等の課題がある。そこで、この分野において、レーザ光源装置の開発が進められている。特に、外部共振器構造を持つレーザ光源装置は、外部共振器の使用により特定の波長の光が強められ、高い出力が得られるものである。それでも、波長によっては、単にレーザ発振させただけでは十分な光量が得られない場合がある。そのため、例えば赤外レーザ光などの基本波長の光を発振させた後、第２高調波発生素子（Ｓｅｃｏｎｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｇａｎａｒａｔｏｒ，以下、ＳＨＧと略記する）等の波長変換素子を用いて、赤外レーザ光を１／２の波長の可視光に変換する技術が用いられる。

レーザ共振器内ではレーザ光を何回も往復させ、誘導放出を連続的に起こしてレーザ光を増幅させることが必要である。ところが、光軸がわずかでもずれているとレーザ光が十分に往復できず、レーザ発振できない状態となる。したがって、外部共振器型のレーザ光源装置において、エミッタを含むレーザダイオードと外部共振器とのアライメントは極めて重要であり、アライメント精度が悪いと十分な出力が得られない。例えば、レーザ励起媒体の熱レンズ効果によるアライメント精度の低下を抑える方法として、外部共振ミラーの反射面を凹面とする方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。この文献には、レーザ励起媒体の熱レンズ効果により出力レーザ光が広がったり、偏ったりしても、レーザ光が外部共振ミラーの凹状反射面で反射することで光軸寄りに収束するため、十分な出力が得られる、と記載されている。

特開２００４−３６３４１４号公報

ところが、上記特許文献１の方法を用いてレーザ励起媒体と外部共振ミラーとのアライメント精度を確保したとしても、レーザ光の高出力化には限界があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、より高出力のレーザ光が得られるレーザ光源装置と、このレーザ光源装置を容易に製造する方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明のレーザ光源装置の製造方法は、光を射出する第１エミッタと前記第１エミッタが形成された第１形成面とを有する第１レーザ素子と、光を射出する第２エミッタと前記第２エミッタが形成された第２形成面とを有する第２レーザ素子と、反射面である面を少なくとも有する反射部材を準備する工程と、前記第１形成面と前記第２形成面が対向するように、前記第１レーザ素子及び前記第２レーザ素子を配置する工程と、前記反射部材を前記第１レーザ素子から射出される光の光路上に配置する工程と、前記第１レーザ素子から光を射出させて前記第１レーザ素子と前記反射部材との間でレーザ発振を生じさせつつ、前記反射面と前記第１形成面との相対角度を調整する第１レーザ素子角度調整工程と、前記第１レーザ素子と前記反射部材との間でレーザ発振が生じる位置関係を維持したまま、前記反射部材を用いて前記第１形成面に対する第２形成面の相対角度を調整する第２レーザ素子角度調整工程と、前記第１エミッタから射出された光が前記第２エミッタに入射し、かつ、前記第２エミッタから射出された光が前記第１エミッタに入射するように、前記第１レーザ素子から射出された光と前記第２レーザ素子から射出された光の双方によってレーザ発振を生じさせつつ、前記第１レーザ素子から射出された光の光路に直交する平面と、前記第２レーザ素子から射出された光の光路に直交する平面とにおける、前記第１レーザ素子と前記第２レーザ素子との相対回転角度及び相対位置を調整する角度位置調整工程と、を含む。

本発明のレーザ光源装置の製造方法は、第１エミッタから射出された光が第２エミッタに入射するように、第１レーザ素子および第２レーザ素子を配置する方法である。すなわち、本発明の製造方法により得られるレーザ光源装置では、レーザ共振器の両端にそれぞれレーザ素子が配置され、２つのレーザ素子間でレーザ光が往復して誘導放出が連続的に起こり、レーザ光が増幅される。したがって、レーザ共振器の内部に２つのレーザ素子のエミッタが配置されてレーザ光が共振するため、ゲインが高くなり、高出力のレーザ光を得ることができる。また、外部共振ミラーが不要となるため、コンパクトな装置を得ることができる。

しかしながら、上記のレーザ共振器構造において、十分大きなレーザ発振を生じさせるためには、２つのレーザ素子のエミッタ同士を精密にアライメントする必要がある。一般に、レーザ素子のエミッタは外部共振ミラーよりもはるかにサイズが小さい。したがって、レーザ素子と外部共振ミラーとをアライメントさせる従来の外部共振器構造の場合に比べて、本発明の場合には、例えば数μｍオーダーといった更に高いアライメント精度が必要になる。

具体的には、２個のレーザ素子をアライメントするために、２個のレーザ素子からの光射出方向（２軸周りの回転）、光射出面を含む平面内での相対回転角度（１軸周りの回転）および相対位置（２軸方向の位置）の、合計５軸に関するアライメントが必要である。なお、２個のレーザ素子からの光射出方向の調整は光射出面同士の相対角度の調整に相当する。これら５軸のそれぞれに対して厳しいアライメント精度が要求されるため、初期的にレーザ光を発振させる作業や各軸を最適化する作業等を行う際に大きな困難が伴う。その理由は、アライメント方法として、１軸ずつレーザ素子の位置や姿勢を順に調整していき、５軸空間上で最適な位置をサーチして発振点を探し当てる方法が考えられるが、この方法が多大な時間と労力を要するからである。

これに対して、本発明のレーザ光源装置の製造方法は、最初に、第１レーザ素子角度調整工程として、反射部材を第１レーザ素子からの光の光路上に配置し、第１レーザ素子から光を射出させて第１レーザ素子と反射部材との間でレーザ発振を生じさせつつ反射面と第１形成面との相対角度を調整する。次に、前の第１レーザ素子角度調整工程での反射部材の位置を動かさず、第２レーザ素子角度調整工程として、反射部材を基準として第１形成面に対する第２形成面の相対角度を調整する。なお、「第１形成面」及び「第２形成面」とはレーザ素子が有する複数の面のうち、エミッタが形成された面（エミッタ形成面）のことであり、これはレーザ素子の光射出面を意味する。以上の２つの工程により、２個のレーザ素子からの光射出方向（２軸周りの回転）のアライメントが完了する。

次に、角度位置調整工程として、第１レーザ素子から射出された光と第２レーザ素子から射出された光の双方でレーザ発振を生じさせつつエミッタ形成面を含む平面内における第１レーザ素子と第２レーザ素子との相対回転角度及び相対位置を調整する。この角度位置調整工程により残りの３軸に関するアライメントが完了する。したがって、角度位置調整工程が終了した時点で、互いに一方のレーザ素子のエミッタ（例えば、第１エミッタ）から射出された光が他方のレーザ素子のエミッタ（例えば、第２エミッタ）に確実に入射するようにアライメントできたことになる。言い換えると、第１レーザ素子にとっては第２エミッタが外部共振器として機能し、第２レーザ素子にとっては第１エミッタが外部共振器として機能するようにアライメントできたことになる。

上述した一般的な方法では、レーザ素子の位置や姿勢を調整しながら各軸のアライメントを順番に行わなければならず、アライメント作業に多大な時間や労力を要する。これに対して、本発明のレーザ光源装置の製造方法によれば、反射部材を用いた２軸のアライメントと、残りの３軸のアライメントを分けてそれぞれ効率良く行うことができ、アライメントに要する時間や労力を軽減することができる。そのため、より高出力のレーザ光が得られるレーザ光源装置を容易に製造することができる。

本発明のレーザ光源装置の製造方法の前記第２レーザ素子角度調整工程においては、基準光を射出する光源を準備し、前記基準光の光路上に配置され、光路に対する角度が調整可能であり、前記第１レーザ素子から射出されたレーザ光が前記反射部材に入射する方向と同じ方向において前記基準光を前記反射部材に入射させて前記反射面で反射させる光路変更部材を準備し、前記反射部材に入射する前記基準光と前記反射部材から反射される前記基準光との相対位置関係に基づいて前記光路変更部材が設置される角度を決定し、前記光路変更部材の設置角度を決定した後、前記反射部材を前記第２レーザ素子に置き換えて、前記第２レーザ素子から光を射出させ、前記第２レーザ素子から前記光路変更部材を経由して射出された光と前記反射部材から反射される前記基準光との相対位置関係に基づいて前記第１形成面に対する前記第２形成面の相対角度を調整することが好ましい。

この方法では、第１工程として、例えばミラー等の光路変更部材を用いて基準光を第１レーザ素子からのレーザ光と同じ側から反射部材に入射させて反射面で反射させ、基準光の入射光と反射光との相対位置関係に基づいて光路変更部材の設置角度を決定する。具体的には、例えば基準光を射出した発光点と同じ位置に反射光が戻ってくるように、光路変更部材の設置角度を決定する。第２工程として、反射部材を第２レーザ素子に置き換えて、第２レーザ素子から光を射出させ、第２レーザ素子から光路変更部材を経由して射出された光と基準光の反射光との相対位置関係に基づいて第１形成面に対する第２形成面の相対角度を調整する。具体的には、例えば第１工程で基準光の反射光が戻ってきた位置を記憶しておき、第２レーザ素子から光路変更部材を経由して射出された光がその位置に到達するように、第２形成面の相対角度を調整する。すると、第２形成面は間接的に反射部材を基準としてアライメントされたことになるため、結果として第１形成面に対してアライメントされたことになる。この方法によれば、基準光を用いることによって、第２レーザ素子からの光でレーザ発振させることなく、第２レーザ素子のアライメントを行うことができる。

本発明のレーザ光源装置の製造方法の前記角度位置調整工程において、前記第１レーザ素子及び前記第２レーザ素子の少なくとも一方から光を射出させて前記第１エミッタと前記第２エミッタとの間でレーザ発振させ、レーザ出力値をモニターすることにより、前記相対回転角度および前記相対位置を調整することが好ましい。

この方法によれば、第１エミッタと第２エミッタとの間でレーザ発振を生じさせながらレーザ出力値をモニターし、レーザ出力値が最大になったところでアライメントが完了したと判断することができる。したがって、実際の使用に即した状態で最適なアライメントを行うことができる。

本発明のレーザ光源装置の製造方法においては、前記第１レーザ素子及び前記第２レーザ素子の少なくとも一方から光を射出させる際に、前記第１レーザ素子に供給される電力量と、前記第２レーザ素子に供給される電力量とは異なり、前記第１レーザ素子及び前記第２レーザ素子の各々には、相対的に小さい電力量又は相対的に大きい電力量が供給され、前記相対的に小さい電力量が供給された、前記第１レーザ素子又は前記第２レーザ素子の回転角度および位置が調整されることが好ましい。

角度位置調整工程においてレーザ発振を生じさせつつアライメントを行う際には、第１レーザ素子と第２レーザ素子とに同一の電力を投入しても良いが、異なる電力を投入すると良い。この場合、大きい電力を投入した側のレーザ素子が主に発光素子として機能し、小さい電力を投入した側のレーザ素子が主に外部共振ミラーとして機能する。したがって、発光素子側は動かさず、外部共振ミラー側を動かした方が光路自体がぶれないため、アライメントが容易になる。

本発明のレーザ光源装置の製造方法においては、前記第１レーザ素子及び前記第２レーザ素子の各々に供給される前記相対的に小さい電力量と前記相対的に大きい電力量とを交互に入れ替えた後に、前記相対的に小さい電力量が供給された前記第１レーザ素子の回転角度及び位置を調整し、前記第１レーザ素子及び前記第２レーザ素子の各々に供給される前記相対的に小さい電力量と前記相対的に大きい電力量とを交互に入れ替えた後に、前記相対的に小さい電力量が供給された前記第２レーザ素子の回転角度及び位置を調整することが好ましい。

同様の構成のレーザ素子とは言っても、個々のレーザ素子を見た場合、各レーザ素子の層構成等の製造バラツキにより発光素子としての挙動と外部共振ミラーとしての挙動が異なる場合がある。そこで、第１レーザ素子と第２レーザ素子で役割を交互に入れ替えながらアライメントを繰り返すことによってアライメント精度をより高めることができる。

本発明のレーザ光源装置の製造方法の前記第２レーザ素子角度調整工程において、前記第２レーザ素子から光を射出させて前記第２レーザ素子と前記反射部材との間でレーザ発振を生じさせつつ前記反射部材の反射面に対する前記第２形成面の相対角度を調整することが好ましい。

この方法では、第１レーザ素子と同様、第２レーザ素子も反射部材との間でレーザ発振を生じさせつつ反射面に対する第２形成面の相対角度を調整する。したがって、例えば第１レーザ素子と第２レーザ素子とが対峙した状態にある場合、反射部材の反射面に対する第１形成面のアライメントが完了した後、反射部材をそこに配置したまま、第１レーザ素子とは反対側から第２形成面のアライメントを行うことができる。

本発明のレーザ光源装置の製造方法の前記第２レーザ素子角度調整工程において、前記第２レーザ素子からの光を、前記反射部材に対して、前記第１レーザ素子角度調整工程における前記第１レーザ素子からの光と反対側から入射させることが好ましい。
この方法によれば、第１形成面のアライメント作業を容易に行うことができる。

本発明のレーザ光源装置の製造方法においては、前記反射部材は、一面にのみ反射層が形成された、光透過性板材によって構成され、前記反射層は、前記光透過性板材の外側に露出した第１面と、前記光透過性板材に接触している第２面とを有し、前記第１レーザ素子角度調整工程における前記第１レーザ素子からの光、前記第２レーザ素子角度調整工程における前記第２レーザ素子からの光、のいずれか一方を前記反射層の前記第１面に入射させ、他方を前記光透過性板材を介して前記反射層の前記第２面に入射させることが好ましい。
この方法によれば、同一の反射層の一方の面と他方の面を用いて各レーザ素子のアライメントを行うことになる。このため、板材の両面の平行度に係わらず、正確なアライメントが可能となる。

本発明のレーザ光源装置の製造方法においては、前記反射部材は、入射された光の一部を透過させる反射面を有し、前記角度位置調整工程において、前記反射部材を前記第１レーザ素子及び前記第２レーザ素子から射出された光の光路上に配置し、前記反射面の一方の側から、前記第１レーザ素子から射出された光によって形成された第１スポットと記第２レーザ素子から射出された光によって形成された第２スポットとを観察し、第１スポットと第２スポットとの位置が一致するように前記第１レーザ素子と前記第２レーザ素子との相対回転角度及び相対位置を調整することが好ましい。

入射光の一部を透過させる反射面を有する反射部材を用いた場合、光が入射した側と反対側から光のスポットの位置を確認することができる。したがって、反射面の一方の側から第１レーザ素子からの光のスポット（第１スポット）と第２レーザ素子からの光のスポット（第２スポット）の双方を観察し、これらスポットの位置が一致するように双方のレーザ素子の相対回転角度及び相対位置を調整すれば、３軸のアライメントを容易に行うことができる。

本発明のレーザ光源装置の製造方法の前記角度位置調整工程において、前記第１レーザ素子によるレーザ発振と前記第２レーザ素子によるレーザ発振とを交互に生じさせることが好ましい。

第１レーザ素子と第２レーザ素子とを交互にレーザ発振させた場合、一方のレーザ光のスポット（例えば、第１スポット）が他方のレーザ光のスポット（例えば、第２スポット）の観察の邪魔になることがない。そのため、双方のレーザ素子の相対回転角度及び相対位置の調整を確実に効率良く行うことができる。

本発明のレーザ光源装置の製造方法の前記角度位置調整工程において、前記反射部材を用いて前記第１レーザ素子と前記第２レーザ素子との相対回転角度及び相対位置を調整した後、前記反射部材を前記第１レーザ素子及び前記第２レーザ素子から射出される光の光路上から取り除き、前記第１レーザ素子及び前記第２レーザ素子の少なくとも一方から光を射出させて前記第１エミッタと前記第２エミッタとの間でレーザ発振させ、レーザ出力値をモニターすることにより、前記相対回転角度および前記相対位置を調整することが好ましい。

この方法によれば、反射部材を用いたアライメントが完了した後、反射部材を取り除き、第１エミッタと第２エミッタとの間でレーザ発振を生じさせながらレーザ出力値をモニターし、レーザ出力値が最大になるようにアライメントを行うことができる。したがって、実際の使用に即した状態でアライメントを行うことができ、アライメント精度をより高めることができる。

本発明のレーザ光源装置の製造方法においては、前記第１レーザ素子及び前記第２レーザ素子の少なくとも一方から光を射出させる際に、前記第１レーザ素子に供給される電力量と、前記第２レーザ素子に供給される電力量とは異なり、前記第１レーザ素子及び前記第２レーザ素子の各々には、相対的に小さい電力量又は相対的に大きい電力量が供給され、前記相対的に小さい電力量が供給された、前記第１レーザ素子又は前記第２レーザ素子の回転角度および位置が調整されることが好ましい。

角度位置調整工程においてレーザ発振を生じさせつつアライメントを行う際には、第１レーザ素子と第２レーザ素子とに同一の電力を投入しても良いが、異なる電力を投入すると良い。この場合、大きい電力を投入した側のレーザ素子が主に発光素子として機能し、小さい電力を投入した側のレーザ素子が主に外部共振ミラーとして機能する。したがって、発光素子側は動かさず、外部共振ミラー側を動かした場合は光路自体がぶれないため、アライメントが容易になる。

本発明のレーザ光源装置の製造方法においては、前記第１レーザ素子及び前記第２レーザ素子の各々に供給される前記相対的に小さい電力量と前記相対的に大きい電力量とを交互に入れ替えた後に、前記相対的に小さい電力量が供給された前記第１レーザ素子の回転角度及び位置を調整し、前記第１レーザ素子及び前記第２レーザ素子の各々に供給される前記相対的に小さい電力量と前記相対的に大きい電力量とを交互に入れ替えた後に、前記相対的に小さい電力量が供給された前記第２レーザ素子の回転角度及び位置を調整することが好ましい。

同様の構成のレーザ素子とは言っても、個々のレーザ素子においては各レーザ素子の層構成等の製造バラツキに起因して発光素子としての挙動と外部共振ミラーとしての挙動が異なる場合がある。そこで、第１レーザ素子と第２レーザ素子とで役割を交互に入れ替えながらアライメントを繰り返すことによってアライメント精度をより高めることができる。

本発明のレーザ光源装置の製造方法においては、前記反射部材は、一面にのみ反射層が形成された、光透過性を有する板材によって構成されていることが好ましい。

本発明のレーザ光源装置の製造方法は、反射部材の反射面を基準として各レーザ素子のアライメントを行うことを基本としている。この場合、例えば両面に反射面が形成された板材からなる反射部材を用いても良い。ところが、両面が反射面の反射部材を用いた場合、例えば一方の面を基準として第１レーザ素子のアライメントを行い、他方の面を基準として第２レーザ素子のアライメントを行ったとすると、仮に一方の面と他方の面とが完全に平行でないとすると、第１レーザ素子の光射出方向と第２レーザ素子の光射出方向とは精度良くアライメントできない。その点、光透過性を有する板材の一面にのみ反射層が形成された反射部材を用いると、同一の面の表裏を用いて各レーザ素子のアライメントを行うことになる。このため、板材の両面の平行度に係わらず、正確なアライメントを行うことができる。

本発明のレーザ光源装置の製造方法においては、前記反射部材は、前記反射面に入射した光の一部を散乱させることが好ましい。
入射光の一部を散乱させる反射部材を用いれば、レーザ光が照射された反射面上のスポットを反射光で観察することができる。

本発明のレーザ光源装置の製造方法においては、前記第１レーザ素子及び前記第２レーザ素子から射出された光の光路上に、入射された基本波長域の光を異なる波長域の光に変換する波長変換素子を配置することが好ましい。
この方法によれば、レーザ発振によって直接得ることが難しい波長域の光が出力可能なレーザ光源装置を実現できる。

本発明のレーザ光源装置の製造方法においては、前記第１レーザ素子と前記波長変換素子との間、および前記第２レーザ素子と前記波長変換素子との間に、前記第１レーザ素子及び前記第２レーザ素子から射出された光を前記基本波長域の光と前記異なる波長域の光とに分離する波長分離素子を配置することが好ましい。

この方法によれば、第１レーザ素子と第２レーザ素子との間を往復する基本波長域の光と波長変換素子で変換された波長域の光を波長分離素子によって分離し、波長変換された光をレーザ共振器の外部に取り出すことができる。

本発明のレーザ光源装置の製造方法においては、前記波長分離素子は、前記基本波長域の光を反射し、前記異なる波長域の光を透過することが好ましい。

この構成によれば、レーザ共振器内を往復する基本波長域の光の光路が波長分離素子で折れ曲がる形となるため、レーザ光源装置がコンパクトになる。さらに、第１レーザ素子と第２レーザ素子が同一の基板上に実装できるようになり、レーザ素子の冷却機構を簡略化できる。

本発明のレーザ光源装置の製造方法においては、前記第１レーザ素子及び前記第２レーザ素子は、それぞれ複数のエミッタを備えることが好ましい。

複数のエミッタを備えるレーザ素子を用いた場合、高出力のレーザ光が得られるレーザ光源装置を実現することができる。その場合であっても、本発明のレーザ光源装置の製造方法を用いることによって複数対のエミッタのアライメントを精度良く行うことができる。

本発明のレーザ光源装置は、第１レーザ素子と第２レーザ素子とを有し、上記のレーザ光源装置の製造方法により製造されている。

本発明によれば、上述したように、反射部材を用いた２軸のアライメントと、残りの３軸のアライメントをそれぞれ効率良く行うことができ、高出力のレーザ光が得られるレーザ光源装置を実現できる。

本発明の第１実施形態のレーザ光源装置の側面図である。 半導体レーザ素子をアライメントする際の調整軸を示す図である。 本発明の第１実施形態のレーザ光源装置の製造方法を工程順を追って示す図である。 本発明の第１実施形態のレーザ光源装置の製造方法を工程順を追って示す図である。 本発明の第１実施形態のレーザ光源装置の製造方法を工程順を追って示す図である。 本発明の第１実施形態のレーザ光源装置の製造方法を工程順を追って示す図である。 本発明の第２実施形態のレーザ光源装置の側面図である。 本発明の第２実施形態のレーザ光源装置の製造方法を工程順を追って示す図である。 本発明の第２実施形態のレーザ光源装置の製造方法を工程順を追って示す図である。 本発明の第２実施形態のレーザ光源装置の製造方法を工程順を追って示す図である。 本発明の第２実施形態のレーザ光源装置の製造方法を工程順を追って示す図である。 本発明の第３実施形態のレーザ光源装置の製造方法を工程順を追って示す図である。 本発明の第３実施形態のレーザ光源装置の製造方法を工程順を追って示す図である。 本発明の第３実施形態のレーザ光源装置の製造方法を工程順を追って示す図である。 本発明の第３実施形態のレーザ光源装置の製造方法を工程順を追って示す図である。 本発明の第３実施形態のレーザ光源装置の製造方法を工程順を追って示す図である。 本発明の第３実施形態のレーザ光源装置の製造方法を工程順を追って示す図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を、図１〜図６を用いて説明する。
本実施形態のレーザ光源装置は、２個のレーザ素子をその光射出面同士が対向するように配置した形態のレーザ光源装置である。
図１は、本実施形態のレーザ光源装置の側面図である。図２は、半導体レーザ素子をアライメントする際の調整軸を示す図である。図３〜図６は、本実施形態のレーザ光源装置の製造方法を工程順を追って示す図である。
以下の各図面においては、各構成要素を見やすくするため、構成要素ごとに寸法の比率や縮尺を異ならせてある。

本実施形態のレーザ光源装置１は、図１に示すように、第１半導体レーザ素子２（第１レーザ素子）、第２半導体レーザ素子３（第２レーザ素子）、波長変換素子４、第１ダイクロイックミラー５（波長分離素子）、第２ダイクロイックミラー６（波長分離素子）、バンドパスフィルタ７から主に構成されている。ベース８上に２つの保持部材９が間隔をおいて固定されており、各保持部材９にサブマウント１０を介して第１半導体レーザ素子２、第２半導体レーザ素子３が固定されている。サブマウント１０は、放熱性の良い材料で形成されている。第１半導体レーザ素子２は、光を射出するエミッタ（第１エミッタ）１２が形成されたエミッタ形成面（第１形成面）２ａを有する。第２半導体レーザ素子３は、光を射出するエミッタ（第２エミッタ）１２が形成されたエミッタ形成面（第２形成面）３ａを有する。第１半導体レーザ素子２および第２半導体レーザ素子３は、光射出面が互いに対峙するように各保持部材９に実装され、レーザ共振器を構成している。言い換えると、レーザ共振器の両端に第１半導体レーザ素子２と第２半導体レーザ素子３とが配置され、これら半導体レーザ素子２，３間を光が往復し、レーザ発振が生じる。

本実施形態では、第１半導体レーザ素子２と第２半導体レーザ素子３とは、図２に示すように、ともに複数のエミッタ１２を備えた面発光型半導体レーザアレイである。第１半導体レーザ素子２と第２半導体レーザ素子３は同一の構成であり、１０６０ｎｍの波長の赤外レーザ光を射出する。各半導体レーザ素子２，３のエミッタ１２の数は２４個、隣接するエミッタ１２のピッチは約３３０μｍ、第１半導体レーザ素子２と第２半導体レーザ素子３との間隔、すなわちレーザ共振器の光路長は約１４ｍｍ、である。エミッタ１２は、図１における破線の円内の拡大断面図に示すように、ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）層１３上に活性層１４が積層された構成となっている。

ここで、本実施形態で用いる図１〜図６において、互いに直交する座標軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を以下のように定義する。第１半導体レーザ素子２および第２半導体レーザ素子３の複数のエミッタ１２が配列された方向（図１の紙面に垂直な方向）をＸ軸、ベース８の上面の法線方向をＹ軸、半導体レーザ素子２，３のエミッタ形成面２ａ，３ａの法線方向（すなわち光射出方向）をＺ軸とする。

各保持部材９には、各半導体レーザ素子２，３の位置や設置角度を調整するための調整機構１６が設けられている。この調整機構１６を用いて、図２に示すように、各半導体レーザ素子２，３のＸ軸方向の位置調整（Ｍｘ）、Ｙ軸方向の位置調整（Ｍｙ）、Ｘ軸周りの回転角度調整（Ｒｘ）、Ｙ軸周りの回転角度調整（Ｒｙ）、Ｚ軸周りの回転角度調整（Ｒｚ）、の合計５軸の調整を行うことができる。なお、第１半導体レーザ素子２、第２半導体レーザ素子３のＺ軸方向の位置調整は共振器長の調整という意味では必要であるが、第１半導体レーザ素子２と第２半導体レーザ素子３のエミッタ同士のアライメントという意味では不要である。勿論、調整機構１６により第１、第２半導体レーザ素子２，３のＺ軸方向の位置が調整できるようになっていても良い。

図１に示すように、第１半導体レーザ素子２と第２半導体レーザ素子３との間のベース８上に波長変換素子４が配置されている。波長変換素子４は、各半導体レーザ素子２，３の複数のエミッタ１２から射出されたレーザ光が一方の端面に入射し、他方の端面から射出されるように配置されている。波長変換素子４には、非線形光学結晶であるＰＰＬＮ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｎｉｏｂａｔｅ）が用いられ、入射光を略半分の波長の光に変換し、２次高調波を発生させるＳＨＧとして機能する。すなわち、第１半導体レーザ素子２から射出され、第２半導体レーザ素子３に向かう光のうちの一部の光は、波長変換素子４を透過することによって、波長１０６０ｎｍの略半分である波長５３０ｎｍの緑色のレーザ光に変換される。同様に、第２半導体レーザ素子３から第１半導体レーザ素子２に向かうレーザ光も、一部の光が緑色のレーザ光に変換される。レーザ共振器の発振波長と波長変換素子の位相整合波長とが一致するように、波長変換素子４は温度調整機構１７により温度が調整され、屈折率が所定の値になるように調整される。

第１半導体レーザ素子２と波長変換素子４との間には第１ダイクロイックミラー５が配置され、第２半導体レーザ素子３と波長変換素子４との間には第２ダイクロイックミラー６が配置されている。これら第１、第２ダイクロイックミラー５，６は、第１半導体レーザ素子２と第２半導体レーザ素子３との間を往復する赤外レーザ光Ｌ１の光路に対して略４５°の角度に設置されている。これら第１、第２ダイクロイックミラー５，６は、赤外レーザ光Ｌ１を透過させ、緑色レーザ光Ｌ２を反射する分光特性を有している。したがって、第１半導体レーザ素子２と第２半導体レーザ素子３との間を往復する赤外レーザ光Ｌ１と波長変換素子４で波長変換された緑色レーザ光Ｌ２をこれら第１、第２ダイクロイックミラー５，６によって分離し、緑色レーザ光Ｌ２をレーザ共振器の外部に取り出すことができる。

これら第１、第２ダイクロイックミラー５，６は、Ｓ偏光の透過率よりもＰ偏光の透過率の方が高くなるように設定されている。そのため、レーザ共振器の共振モードがＰ偏光に揃うようになる。すなわち、第１、第２ダイクロイックミラー５，６には、レーザ共振器の偏光選択の機能を併せて持たせてある。さらに、波長変換素子４の波長変換機能はＰ偏光のみに作用するため、レーザ共振器の共振モードと波長変換素子４の波長変換機能を発揮する偏光軸が一致するように設定されている。

第１ダイクロイックミラー５と波長変換素子４との間にはバンドパスフィルタ７（Ｂａｎｄ−Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ， 以下、ＢＰＦと略記する）が配置されている。ＢＰＦ７は、波長変換素子４に入射するレーザ光のうち、所定の波長の光を透過させ、それ以外の波長の光を反射させる。これにより、ＢＰＦ７は、発振波長のスペクトルを制限する。このＢＰＦ７の作用により、発振中のレーザ光の波長帯域が絞られ、波長変換素子４から緑色レーザ光が安定して出力される。ＢＰＦ７の光入射面の法線方向は、赤外レーザ光Ｌ１の入射方向からずれた方向となっている。すなわち、ＢＰＦ７はレーザ共振器内の光路に対して傾けて設置されている。そのため、ＢＰＦ７の表面で反射した反射光は、赤外レーザ光Ｌ１の入射方向から外れた方向に進み、第１半導体レーザ素子２に再入射する赤外レーザ光Ｌ１が少なくなる。したがって、目的とする波長以外の不要な光がノイズ成分となって第１半導体レーザ素子２とＢＰＦ７との間でレーザ発振を起こす不具合がなくなる。

以下、上記構成のレーザ光源装置１の製造方法について説明する。ただし、種々の光学部材の製造方法や組み立て方法は従来通りであるため、説明を省略し、本発明の特徴点である各半導体レーザ素子２，３のエミッタ１２のアライメント方法について詳細に説明する。

本実施形態では、各半導体レーザ素子２，３のエミッタ１２のアライメントを行う際に、図３に示すように、反射ミラー１９（反射部材）を用いる。反射ミラー１９は、光透過性を有する平坦なガラス板２０の一面に、赤外レーザ光Ｌ１を反射する誘電体多層膜からなる反射層２１が形成されたものである。反射ミラー１９の反射層２１が形成された側と反対側の面には反射防止コーティングが施されている。なお、本実施形態では片面ミラーを用いるが、平坦な板材の両面に反射層が形成された両面ミラーを用いても良い。反射ミラー１９は、入射光を完全に正反射させるミラーではなく、反射層２１上に反射光を僅かに拡散させる微小な凹凸が形成されている。そのため、レーザ光が照射された反射面上のスポットの位置を反射光で観察することができる。さらに、反射ミラー１９は、反射率が１００％のミラーではなく、わずかにレーザ光が透過する。したがって、光が入射した側と反対側からでも光のスポットの位置を観察することができる。

最初に、図３に示すように、第１、第２半導体レーザ素子２，３、波長変換素子４、第１、第２ダイクロイックミラー５，６、ＢＰＦ７等の光学部品を所定の位置に配置する。そして、波長変換素子４と第２ダイクロイックミラー６との間に上記の反射ミラー１９を挿入し、この反射ミラー１９を用いて第１半導体レーザ素子２の２軸のアライメントを行う（第１レーザ素子角度調整工程）。具体的なアライメント方法としては、第１半導体レーザ素子２に電力を投入して光を射出させる一方、反射ミラー１９を外部共振ミラーとして機能させ、第１半導体レーザ素子２と反射ミラー１９との間で光を往復させ、レーザ発振を生じさせる。このとき、調整機構１６を用いて第１半導体レーザ素子２のＸ軸周りの回転角度調整（図２のＲｘ）、Ｙ軸周りの回転角度調整（図２のＲｙ）を行い、反射ミラー１９の反射面に対する第１半導体レーザ素子２のエミッタ形成面の相対角度を最適化する。

この工程では、第１半導体レーザ素子２から反射ミラー１９に入射する光の入射角の最適化を行うのが目的である。光路の途中に位置する光学部品での屈折がない場合には、第１半導体レーザ素子２から反射ミラー１９に入射する光の入射角は９０°であることが好ましい。すなわち、第１半導体レーザ素子２のエミッタ１２から射出された光が反射ミラー１９で反射して、如何に同じエミッタ１２に効率良く戻ってくるかを調整するのがこの工程の目的である。このように、この工程では、まだエミッタ同士をアライメントする段階ではないので、Ｘ軸方向の位置調整（Ｍｘ）、Ｙ軸方向の位置調整（Ｍｙ）、Ｚ軸周りの回転角度調整（Ｒｚ）は不要である。
なお、本実施形態では、この工程で第１半導体レーザ素子２のＸ軸周り、Ｙ軸周りの回転角度を調整したが、反射ミラー１９のＸ軸周り、Ｙ軸周りの回転角度を調整して反射ミラー１９の反射面に対する第１半導体レーザ素子２のエミッタ形成面の相対角度を最適化してもよい。

次に、図４に示すように、反射ミラー１９の位置や設置角度を前の工程から動かさないようにし、今度は第２半導体レーザ素子３について前の工程と同様の操作を行い、第２半導体レーザ素子３の２軸のアライメントを行う（第２レーザ素子角度調整工程）。具体的には、第２半導体レーザ素子３に電力を投入して光を射出させる一方、反射ミラー１９を外部共振ミラーとして機能させ、第２半導体レーザ素子３と反射ミラー１９との間でレーザ発振を生じさせる。このとき、調整機構１６を用いて第２半導体レーザ素子３のＸ軸周りの回転角度調整（Ｒｘ）、Ｙ軸周りの回転角度調整（Ｒｙ）を行う。これにより、反射ミラー１９の反射面に対する第２半導体レーザ素子３のエミッタ形成面の相対角度を最適化する。

このとき、本実施形態で用いた反射ミラー１９はガラス板２０の一面にのみ反射層２１が形成されたものであるから、第１半導体レーザ素子２からの光が照射される面と第２半導体レーザ素子３からの光が照射される面は同じ反射層２１の表裏である。したがって、第２半導体レーザ素子３のアライメントが終わった段階で第１半導体レーザ素子２のエミッタ形成面２ａと第２半導体レーザ素子３のエミッタ形成面３ａとは厳密に平行になる。すなわち、第１半導体レーザ素子２からの光の射出方向と第２半導体レーザ素子３からの光の射出方向とは厳密に平行になる。

次に、図５（ａ）に示すように、反射ミラー１９の位置や設置角度を前の工程から動かさないようにし、第１半導体レーザ素子２、第２半導体レーザ素子３の双方でレーザ発振を生じさせ、第１半導体レーザ素子２、第２半導体レーザ素子３のエミッタ相互の３軸のアライメントを行う（角度位置調整工程）。具体的には、第１半導体レーザ素子２、第２半導体レーザ素子３の双方に電力を投入して光を射出させ、第１半導体レーザ素子２と反射ミラー１９との間、第２半導体レーザ素子３と反射ミラー１９との間の双方でレーザ発振を生じさせる。このとき、反射ミラー１９に対して第２半導体レーザ素子３が設置された側にＣＣＤカメラ２３等の撮像手段を配置し、反射ミラー１９の反射面を観察する。上述したように、反射ミラー１９は若干の光透過性と光拡散性を有している。そのため、反射ミラー１９の反射面を第２半導体レーザ素子３が設置された側から観察しても、第１半導体レーザ素子２からの光の透過光によるスポット（第１スポット）と第２半導体レーザ素子３からの光の反射光によるスポット（第１スポット）の双方を確認することができる。

第１半導体レーザ素子２と第２半導体レーザ素子３を同時にレーザ発振させても良いが、本実施形態では、第１半導体レーザ素子２、第２半導体レーザ素子３に対して交互に電力を投入し、交互にレーザ発振を生じさせる。このとき、図５（ｂ）に示すように、第１半導体レーザ素子２によるスポットの位置Ｓ１と第２半導体レーザ素子３によるスポットの位置Ｓ２が一致するように、調整機構１６を用いて第１、第２半導体レーザ素子２，３のＸ軸方向の位置調整（Ｍｘ）、Ｙ軸方向の位置調整（Ｍｙ）、Ｚ軸周りの回転角度調整（Ｒｚ）を行う。これにより、各半導体レーザ素子２，３のエミッタ形成面２ａ，３ａを含む平面内における第１、第２半導体レーザ素子２，３の相対回転角度及び相対位置を最適化する。この工程を経て、本発明のレーザ光源装置に必要な５軸のアライメントが全て完了する。なお、図５（ｂ）では１個のエミッタからの光のスポットしか図示していないが、実際には各半導体レーザ素子２，３が複数のエミッタ１２を有しているため、全てのエミッタ１２同士のアライメントを行うにはＺ軸周りの回転角度調整（Ｒｚ）も必要である。

次に、図６に示すように、第１、第２半導体レーザ素子２，３からの赤外レーザ光Ｌ１の光路上から反射ミラー１９を取り除くと、第１、第２半導体レーザ素子２，３のエミッタ１２同士が精度良くアライメントされているため、２つのエミッタ１２間でレーザ発振が生じ、高出力のレーザ光が得られる。

また、さらにアライメント精度を高める目的で、反射ミラー１９を取り除いた状態でレーザ発振させながら第１、第２半導体レーザ素子２，３の位置や設置角度を微調整しても良い。このとき、第１半導体レーザ素子２と第２半導体レーザ素子３に同一の電力を投入してもよいが、異なる電力を投入するのが望ましい。異なる電力を投入した場合、小さい電力を投入した側のレーザ素子の回転角度および位置を調整する。この場合、大きい電力を投入した側の半導体レーザ素子が主に発光素子として機能し、小さい電力を投入した側の半導体レーザ素子が主に外部共振ミラーとして機能する。したがって、発光素子側は動かさず、外部共振ミラー側を動かした方がアライメントが容易になる。あるいは、一方の半導体レーザ素子には電力を全く投入しなくても良い。

次に、第１半導体レーザ素子と第２半導体レーザ素子とで大きい電力を投入する側と小さい電力を投入する側を交互に入れ替え、小さい電力を投入した側のレーザ素子の回転角度および位置を調整する作業を複数回繰り返す。第１半導体レーザ素子２と第２半導体レーザ素子３が同様の構成であるとは言っても、その半導体レーザ素子の個体のバラツキによって発光素子としての挙動と外部共振ミラーとしての挙動が異なる場合がある。そこで、上記の方法のように、第１半導体レーザ素子２と第２半導体レーザ素子３とで役割を交互に入れ替えながらアライメントを繰り返すことによってアライメント精度をより高いレベルにまで追い込むことができる。

以上の工程を経て、十分なアライメント精度が得られたところで、第１、第２半導体レーザ素子２，３の位置や設置角度を固定する。例えば図６に示すように、各半導体レーザ素子２，３を実装したサブマウント１０をベース８に対して接着剤２５で固定する方法を採ることができる。

以上、本実施形態のレーザ光源装置１によれば、第１半導体レーザ素子２と第２半導体レーザ素子３との間でレーザ光が往復して誘導放出が連続的に起こり、レーザ光が増幅される。したがって、ゲインが高くなり、高出力のレーザ光を得ることができる。また、外部共振ミラーが不要となるため、コンパクトな装置を得ることができる。また、本実施形態のレーザ光源装置１の製造方法によれば、反射ミラー１９を用いた２軸のアライメントと、残りの３軸のアライメントをそれぞれ効率良く行うことができ、アライメントに要する時間や労力を軽減することができる。そのため、より高出力のレーザ光が得られるレーザ光源装置を容易に製造することができる。

本実施形態の方法によれば、反射ミラー１９の反射面に対する第１半導体レーザ素子２のエミッタ形成面２ａのアライメントが完了した後、反射ミラー１９をその位置に配置したまま、第１半導体レーザ素子２とは反対側から第２半導体レーザ素子３のエミッタ形成面３ａのアライメントを行い、２軸のアライメントを容易に行うことができる。また、反射ミラー１９の一方の側からＣＣＤカメラ２３を用いて双方の半導体レーザ素子２，３からの光のスポットを観察し、これらスポットの位置が一致するように双方の半導体レーザ素子２，３の相対回転角度及び相対位置を調整することができ、３軸のアライメントを容易に行うことができる。

また、角度位置調整工程において、第１半導体レーザ素子２と第２半導体レーザ素子３を交互にレーザ発振させているので、一方のレーザ光のスポットが他方のレーザ光のスポットの観察の邪魔になることがない。そのため、双方の半導体レーザ素子２，３の相対回転角度及び相対位置の調整を確実に効率良く行うことができる。

なお、波長変換素子４、第１、第２ダイクロイックミラー５，６、ＢＰＦ７等のアライメントに直接関係しない光学部品は、第１、第２半導体レーザ素子２，３のアライメントを行う前に配置しておいても良いし、アライメントを行った後に配置しても良い。上記の光学部品をアライメント前に配置する場合、光学部品の影響を考慮したアライメントを行うことができる。上記の光学部品をアライメント後に配置する場合、アライメント時に邪魔になる光学部品がないため、アライメント作業が行い易い。

本実施形態では、第１半導体レーザ素子２によるスポットＳ１と第２半導体レーザ素子３によるスポットＳ２の位置が一致するように各半導体レーザ素子２，３のアライメントを行ったが、これに限らず、第１半導体レーザ素子２からの光の中心軸と第２半導体レーザ素子３からの光の中心軸が一致する方法でありさえすればよい。また、各半導体レーザ素子２，３によるスポットをＣＣＤカメラ２３で観察する方法を例示したが、これに限らず、散乱光が観察できる方法であればよい。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態を、図７〜図１１を用いて説明する。
本実施形態のレーザ光源装置は、レーザ共振器内の光路がダイクロイックミラーにより折り曲げられた形態のパッケージングされたレーザ光源装置である。
図７は、本実施形態のレーザ光源装置の側面図である。図８〜図１１は、本実施形態のレーザ光源装置の製造方法を工程順を追って示す図である。なお、第１実施形態と共通な構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施形態のレーザ光源装置３１は、図７に示すように、第１半導体レーザ素子２（第１レーザ素子）、第２半導体レーザ素子３（第２レーザ素子）、波長変換素子４、第１ダイクロイックミラー３２（波長分離素子）、第２ダイクロイックミラー３３（波長分離素子）、ＢＰＦ７、ブリュースターウィンドウ３４から主に構成されている。第１半導体レーザ素子２と第２半導体レーザ素子３は、サブマウント１０を介してベース８上に実装されている。第１、第２半導体レーザ素子２，３の放熱性を上げるため、サブマウント１０やベース８は銅やセラミック等の放熱性の良い材料で形成されている。第１、第２半導体レーザ素子２，３は、ベース８上に固定されたフレキシブルプリント配線板３５（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ， 以下、ＦＰＣと略記する）とボンディングワイヤー３６により接続され、給電される。本実施形態の場合、双方の半導体レーザ素子２，３のエミッタ形成面２ａ，３ａがともに鉛直上方（ベースの上面の法線方向）を向いており、赤外レーザ光Ｌ１は鉛直上方に向けて射出される。なお、本実施形態では、半導体レーザ素子２のエミッタ形成面２ａ（第１形成面）の法線方向（光射出方向）、及び半導体レーザ素子３のエミッタ形成面３ａ（第２形成面）の法線方向はＹ軸方向に一致している。

第１半導体レーザ素子２と第２半導体レーザ素子３との間のベース８上に波長変換素子４が配置されている。波長変換素子４は、ヒートスプレッダ３７を介してフレーム３８上に固定されており、フレーム３８にはヒータ３９とサーミスタ４０が設置されている。波長変換素子４の波長変換には疑似位相整合技術が用いられる。疑似位相整合を満足するためには屈折率のコントロールが必要であり、それには温度が厳密にコントロールされることが重要である。したがって、サーミスタ４０により波長変換素子４の温度を測定し、その温度が所定の温度になるようにＦＰＣ３５を通じてヒータ３９に電力を投入することにより波長変換素子４の温度をコントロールする。波長変換素子４の冷却はヒータ３９への投入電力を低下させて自然冷却で行う。レーザ発振が開始すると、波長変換素子４が光を吸収して自然に温度が上がるが、波長変換素子４はそれ以上の温度、例えば８０〜９０℃程度で温度制御される。温度の安定化のためにヒートスプレッダ３７が用いられている。

双方の半導体レーザ素子２，３の上方、かつ波長変換素子４の側方に第１ダイクロイックミラー３２、第２ダイクロイックミラー３３がそれぞれ設置されている。第１、第２ダイクロイックミラー３２，３３は、第１、第２半導体レーザ素子２，３からの赤外レーザ光Ｌ１の光路に対して略４５°の角度をなすようにフレーム４１に固定されている。第１実施形態では、第１、第２ダイクロイックミラー５，６は赤外レーザ光を透過させ、緑色レーザ光を反射させる分光特性を有していたが、本実施形態では逆に、第１、第２ダイクロイックミラー３２，３３は赤外レーザ光を反射させ、緑色レーザ光を透過させる分光特性を有している。これにより、第１半導体レーザ素子２と第２半導体レーザ素子３との間を往復するレーザ共振器内の赤外レーザ光Ｌ１の光路は、第１、第２ダイクロイックミラー３２，３３の位置で折れ曲がる形となる。一方、波長変換素子４によって波長変換された緑色レーザ光Ｌ２は第１、第２ダイクロイックミラー３２，３３を透過して側方に取り出される。

ダイクロイックミラーは、Ｐ偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射させる偏光依存性を持つのが一般的である。また、波長変換素子は、製造プロセス上の理由からＰ偏光を選択的に波長変換させる特性を持つのが一般的である。すると、本実施形態の場合、レーザ共振器内を往復する赤外レーザ光Ｌ１はＳ偏光が支配的となり、このままでは波長変換素子４で十分に波長変換できない。そこで、第２半導体レーザ素子３と第２ダイクロイックミラー３３との間にブリュースターウィンドウ３４が設置されている。ブリュースターウィンドウ３４は、ガラスの平行平板であり、Ｐ偏光が１００％透過する角度に設置されている。これにより、レーザ共振器内を往復する赤外レーザ光Ｌ１はブリュースターウィンドウ３４を透過することでＰ偏光に揃い、波長変換素子４によって効率良く波長変換される。

第１ダイクロイックミラー３２と波長変換素子４との間にはＢＰＦ７が設置されている。ＢＰＦ７は、赤外レーザ光Ｌ１の光路に対して斜めに傾いて配置されており、反射光が第１半導体レーザ素子２に戻らないようになっている。また、フレーム４１の第２ダイクロイックミラー３３の側方には光路折り返しプリズム４２が設置されている。光路折り返しプリズム４２は断面が直角三角形状のプリズムであり、プリズム内でレーザ光を２回反射させることで光路を折り返すことができる。したがって、第２ダイクロイックミラー３３から図７の右側に向けて取り出された緑色レーザ光Ｌ２は、光路折り返しプリズム４２によってその光路が折り返されて左側に進み、第１ダイクロイックミラー３２から図７の左側に向けて取り出された緑色レーザ光Ｌ２と同じ方向に進む。

以上説明した各光学部品はベース８上でキャップ４３に覆われている。そして、キャップ４３の一端に設けられた開口部４３ａから緑色レーザ光Ｌ２が外部に射出される。射出される緑色レーザ光Ｌ２の中には漏れ光として赤外レーザ光が若干含まれている。この赤外レーザ光は安全上好ましくないため、キャップ４３の開口部４３ａには赤外光カットフィルタ４４が設置されており、赤外レーザ光が赤外光カットフィルタ４４により除去された後、緑色レーザ光Ｌ２が外部に射出される。

上記構成のレーザ光源装置３１の製造方法を以下、説明する。ただし、本実施形態のレーザ光源装置３１は、レーザ共振器内のレーザ光の光路が折り曲げられている点が第１実施形態と異なるのみであり、アライメントの原理や方法は第１実施形態と同じである。よって、本実施形態では図８〜図１１を参照しながら簡単に説明する。なお、図８〜図１１は、アライメント方法の説明に必要な光学部品のみを抜き出して示している。

図８に示すように、第１、第２半導体レーザ素子２，３、波長変換素子４、第１ダイクロイックミラー３２、ＢＰＦ７等の光学部品を所定の位置に配置する。そして、波長変換素子４に対して第１ダイクロイックミラー３２が配置された側と反対側に反射ミラー１９を挿入し、反射ミラー１９を用いて第１半導体レーザ素子２の２軸のアライメントを行う（第１レーザ素子角度調整工程）。ここで、第１半導体レーザ素子２と反射ミラー１９との間でレーザ発振を生じさせる。そして、第１半導体レーザ素子２のＸ軸周りの回転角度調整、Ｚ軸周りの回転角度調整を行い、反射ミラー１９の反射面に対する第１半導体レーザ素子２のエミッタ形成面２ａの相対角度を最適化する。

次に、図９に示すように、反射ミラー１９を前の工程から動かさない状態で、第２ダイクロイックミラー３３を所定の位置に配置し、前の工程と同様、第２半導体レーザ素子３の２軸のアライメントを行う（第２レーザ素子角度調整工程）。このとき、第２半導体レーザ素子３と反射ミラー１９との間でレーザ発振を生じさせ、反射ミラー１９の反射面に対する第２半導体レーザ素子３のエミッタ形成面３ａの相対角度を最適化する。ここでは、作業を行いやすくするために第１半導体レーザ素子２のアライメントが終わった後で第２ダイクロイックミラー３３を所定の位置に配置したが、最初から第２ダイクロイックミラー３３を所定の位置に配置しておいても良い。

次に、図１０に示すように、反射ミラー１９を前の工程から動かさない状態で、第１半導体レーザ素子２、第２半導体レーザ素子３の双方でレーザ発振を生じさせる。そして、反射ミラー１９の一方の側からＣＣＤカメラ２３で２つのスポットの位置を観察しながら、第１半導体レーザ素子２、第２半導体レーザ素子３のエミッタ相互の３軸のアライメントを行う（角度位置調整工程）。このとき、第１実施形態と同様、第１半導体レーザ素子２と第２半導体レーザ素子３を交互にレーザ発振させることが望ましい。そして、双方のスポットの位置が一致するように、第１、第２半導体レーザ素子２，３のＸ軸方向の位置調整、Ｚ軸方向の位置調整、Ｙ軸周りの回転角度調整を行う。これにより、各半導体レーザ素子２，３のエミッタ形成面２ａ，３ａを含む平面内における第１、第２半導体レーザ素子２，３の相対回転角度及び相対位置を最適化する。

次に、図１１に示すように、第１、第２半導体レーザ素子２，３からの赤外レーザ光Ｌ１の光路上から反射ミラー１９を取り除くと、第１、第２半導体レーザ素子２，３のエミッタ同士が精度良くアライメントされているため、２つのエミッタ間でレーザ発振が生じ、高出力のレーザ光が得られる。さらにアライメント精度を高める目的で、第１、第２半導体レーザ素子２，３の位置や設置角度を微調整しても良い。このとき、第１半導体レーザ素子２と第２半導体レーザ素子３とで大きい電力を投入する側と小さい電力を投入する側を交互に入れ替え、小さい電力を投入した側のレーザ素子の回転角度および位置を調整する作業を複数回繰り返すのが望ましい。
以上の工程を経て、十分なアライメント精度が得られたところで、第１、第２半導体レーザ素子２，３の位置や設置角度を固定する。

本実施形態のレーザ光源装置３１の製造方法においても、アライメントに要する時間や労力を軽減することができ、より高出力のレーザ光が得られるレーザ光源装置を容易に製造できる、といった第１実施形態と同様の効果を得ることができる。本実施形態の場合、レーザ共振器内の光路を折り曲げる構造を採用したことで双方の半導体レーザ素子２，３を１つのベース８上に実装することができ、半導体レーザ素子の冷却機構の構成を簡略化することができる。

［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態を、図１２〜図１７を用いて説明する。
本実施形態のレーザ光源装置は、半導体レーザ素子のエミッタ形成面同士を対峙させた第１実施形態と同様のレーザ光源装置である。よって、レーザ光源装置の説明は省略する。ただし、半導体レーザ素子のアライメント方法が第１実施形態と異なっている。
図１２〜図１７は、本実施形態のレーザ光源装置の製造方法を工程順を追って示す図である。これらの図も、アライメント方法の説明に必要な光学部品のみを抜き出して示している。

図１２に示すように、任意の光源５５から第１半導体レーザ素子２のエミッタ形成面２ａに基準光を照射する。そして、第１半導体レーザ素子２からの反射光を任意の受光素子５６で検出し、基準光の反射光Ｌｓの到達位置を記憶する。

次に、図１３に示すように、第１半導体レーザ素子２のエミッタ形成面２ａに対向するように反射ミラー１９（反射部材）を配置する。前の工程で第１半導体レーザ素子２に基準光を照射した際に用いた光源５５の位置を動かさないまま、その光源５５から反射ミラー１９に向けて基準光を照射する。そして、反射ミラー１９からの基準光の反射光Ｌｓを受光素子５６で検出し、反射光Ｌｓが前の工程で記憶したのと同じ位置に到達するように、反射ミラー１９の設置角度を調整する。

次に、図１４に示すように、第１半導体レーザ素子２と反射ミラー１９との間に第１ダイクロイックミラー５、波長変換素子４、第２ダイクロイックミラー６を配置した後、第１半導体レーザ素子２と反射ミラー１９との間でレーザ発振を生じさせる。そして、波長変換素子４によって波長変換された緑色レーザ光Ｌ２を第１、第２ダイクロイックミラー５，６を介して外部に取り出し、ミラー５１を介して光電子増倍管等の光検出器５２に導入する。光検出器５２でレーザ出力値をモニターしながらレーザ出力値が最大になるように、第１半導体レーザ素子２のＸ軸周りの回転角度調整、Ｙ軸周りの回転角度調整を行う。これにより、反射ミラー１９の反射面に対する第１半導体レーザ素子２のエミッタ形成面２ａの相対角度を最適化する（第１レーザ素子角度調整工程）。

次に、図１５に示すように、前の工程から反射ミラー１９を動かさないようにし、図示しない任意の光源から光路変更ミラー５３（光路変更部材）、第２ダイクロイックミラー６を介して反射ミラー１９に向けて基準光を照射する。そして、反射ミラー１９から第２ダイクロイックミラー６、光路変更ミラー５３を経て戻ってきた基準光の反射光Ｌｓを図示しない任意の受光素子で検出し、例えば基準光の光射出点と同じ位置に反射光Ｌｓが戻ってくるように光路変更ミラー５３の設置角度を調整する。このとき、反射光Ｌｓの到達位置を記憶する。なお、本実施形態では、光路変更ミラー５３に加え、第２ダイクロイックミラー６も光路変更部材として機能する。

次に、図１６に示すように、反射ミラー１９を第２半導体レーザ素子３に置き換え、第２半導体レーザ素子３からレーザ光を射出させる。そして、第２半導体レーザ素子３から第２ダイクロイックミラー６、光路変更ミラー５３を経て射出されたレーザ光Ｌ０を図示しない任意の受光素子で検出し、レーザ光が前の工程で記憶したのと同じ位置に到達するように、第２半導体レーザ素子３のＸ軸周りの回転角度調整、Ｙ軸周りの回転角度調整を行う。これにより、反射ミラー１９の反射面に対する第２半導体レーザ素子３のエミッタ形成面３ａの相対角度を最適化する（第２レーザ素子角度調整工程）。

次に、図１７に示すように、第１半導体レーザ素子２と第２半導体レーザ素子３との間でレーザ発振を生じさせる。そして、波長変換素子４によって波長変換された緑色レーザ光Ｌ２を第１、第２ダイクロイックミラー５，６によって外部に取り出し、ミラー５１を介して光電子増倍管などの光検出器５２に導入する。光検出器５２でレーザ出力値をモニターしながらレーザ出力値が最大になるように、第１、第２半導体レーザ素子２，３のＸ軸方向の位置調整、Ｙ軸方向の位置調整、Ｚ軸周りの回転角度調整を行う。これにより、各半導体レーザ素子２，３のエミッタ形成面２ａ，３ａを含む平面内における第１、第２半導体レーザ素子２，３の相対回転角度及び相対位置を最適化する（角度位置調整工程）。

本実施形態においても、第１、第２実施形態と同様、アライメント精度を高める目的で、図１７に示す工程で第１、第２半導体レーザ素子２，３の位置や設置角度を微調整しても良い。このとき、第１半導体レーザ素子２と第２半導体レーザ素子３とで大きい電力を投入する側と小さい電力を投入する側を交互に入れ替え、小さい電力を投入した側のレーザ素子の回転角度および位置を調整する作業を複数回繰り返すのが望ましい。
以上の工程を経て、十分なアライメント精度が得られたところで、第１、第２半導体レーザ素子２，３の位置や設置角度を固定する。

本実施形態のレーザ光源装置の製造方法においても、アライメントに要する時間や労力を軽減することができ、より高出力のレーザ光が得られるレーザ光源装置を容易に製造できる、といった第１実施形態と同様の効果を得ることができる。本実施形態では、図１６に示すように、第２半導体レーザ素子３のエミッタ形成面３ａは、第１半導体レーザ素子２のエミッタ形成面２ａと同じ側から間接的に反射ミラー１９を基準としてアライメントされたことになる。その結果、第１半導体レーザ素子２のエミッタ形成面２ａに対してアライメントされたことになる。この方法によれば、基準光を用いることによって、第２半導体レーザ素子３をレーザ発振させることなく、第２半導体レーザ素子３のアライメントを行うことができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施形態においては各半導体レーザ素子が複数のエミッタを備えていたが、１個のエミッタのみを備えた構成であっても良い。この場合、図２におけるＺ軸周りの回転角度調整Ｒｚが簡単になるため、レーザ光源装置をより容易に製造することができる。また、第１半導体レーザ素子をアライメントした後、第２半導体レーザ素子をアライメントしたが、第２半導体レーザ素子をアライメントした後、第１半導体レーザ素子をアライメントしても良い。

上記実施形態では、波長変換素子を備え、半導体レーザ素子からの光を波長変換して出力するタイプのレーザ光源装置に本発明を適用した例を示したが、必ずしも波長変換素子を備える必要はなく、半導体レーザ素子からの光を波長変換せずに出力するタイプのレーザ光源装置に本発明を適用しても良い。第２実施形態では第１半導体レーザ素子と波長変換素子との間、第２半導体レーザ素子と波長変換素子との間の双方で光路を折り曲げる構成の例を挙げたが、例えば第１半導体レーザ素子と波長変換素子との間、第２半導体レーザ素子と波長変換素子との間のいずれか一方のみでＬ字状に光路を折り曲げる構成としても良い。

１，３１…レーザ光源装置、２…第１半導体レーザ素子（第１レーザ素子）、３…第２半導体レーザ素子（第２レーザ素子）、２ａ，３ａ…エミッタ形成面、４…波長変換素子、５，３２…第１ダイクロイックミラー（波長分離素子）、６，３３…第２ダイクロイックミラー（波長分離素子）、１２…エミッタ、１９…反射ミラー（反射部材）、５３…光路変更ミラー（光路変更部材）。

Claims (20)

1. レーザ光源装置の製造方法であって、
   光を射出する第１エミッタと前記第１エミッタが形成された第１形成面とを有する第１レーザ素子と、光を射出する第２エミッタと前記第２エミッタが形成された第２形成面とを有する第２レーザ素子と、反射面である面を少なくとも有する反射部材を準備する工程と、
   前記第１形成面と前記第２形成面が対向するように、前記第１レーザ素子及び前記第２レーザ素子を配置する工程と、
   前記反射部材を前記第１レーザ素子から射出される光の光路上に配置する工程と、
   前記第１レーザ素子から光を射出させて前記第１レーザ素子と前記反射部材との間でレーザ発振を生じさせつつ、前記反射面と前記第１形成面との相対角度を調整する第１レーザ素子角度調整工程と、
   前記第１レーザ素子と前記反射部材との間でレーザ発振が生じる位置関係を維持したまま、前記反射部材を用いて前記第１形成面に対する第２形成面の相対角度を調整する第２レーザ素子角度調整工程と、
   前記第１エミッタから射出された光が前記第２エミッタに入射し、かつ、前記第２エミッタから射出された光が前記第１エミッタに入射するように、前記第１レーザ素子から射出された光と前記第２レーザ素子から射出された光の双方によってレーザ発振を生じさせつつ、前記第１レーザ素子から射出された光の光路に直交する平面と、前記第２レーザ素子から射出された光の光路に直交する平面とにおける、前記第１レーザ素子と前記第２レーザ素子との相対回転角度及び相対位置を調整する角度位置調整工程と、
   を含むことを特徴とするレーザ光源装置の製造方法。
2. 前記第２レーザ素子角度調整工程において、
   基準光を射出する光源を準備し、
   前記基準光の光路上に配置され、光路に対する角度が調整可能であり、前記第１レーザ素子から射出されたレーザ光が前記反射部材に入射する方向と同じ方向において前記基準光を前記反射部材に入射させて前記反射面で反射させる光路変更部材を準備し、
   前記反射部材に入射する前記基準光と前記反射部材から反射される前記基準光との相対位置関係に基づいて前記光路変更部材が設置される角度を決定し、
   前記光路変更部材の設置角度を決定した後、前記反射部材を前記第２レーザ素子に置き換えて、前記第２レーザ素子から光を射出させ、
   前記第２レーザ素子から前記光路変更部材を経由して射出された光と前記反射部材から反射される前記基準光との相対位置関係に基づいて前記第１形成面に対する前記第２形成面の相対角度を調整する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源装置の製造方法。
3. 前記角度位置調整工程において、
   前記第１レーザ素子及び前記第２レーザ素子の少なくとも一方から光を射出させて前記第１エミッタと前記第２エミッタとの間でレーザ発振させ、
   レーザ出力値をモニターすることにより、前記相対回転角度および前記相対位置を調整する、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザ光源装置の製造方法。
4. 前記第１レーザ素子及び前記第２レーザ素子の少なくとも一方から光を射出させる際に、前記第１レーザ素子に供給される電力量と、前記第２レーザ素子に供給される電力量とは異なり、
   前記第１レーザ素子及び前記第２レーザ素子の各々には、相対的に小さい電力量又は相対的に大きい電力量が供給され、
   前記相対的に小さい電力量が供給された、前記第１レーザ素子又は前記第２レーザ素子の回転角度および位置が調整される、
   ことを特徴とする請求項３に記載のレーザ光源装置の製造方法。
5. 前記第１レーザ素子及び前記第２レーザ素子の各々に供給される前記相対的に小さい電力量と前記相対的に大きい電力量とを交互に入れ替えた後に、前記相対的に小さい電力量が供給された前記第１レーザ素子の回転角度及び位置を調整し、
   前記第１レーザ素子及び前記第２レーザ素子の各々に供給される前記相対的に小さい電力量と前記相対的に大きい電力量とを交互に入れ替えた後に、前記相対的に小さい電力量が供給された前記第２レーザ素子の回転角度及び位置を調整する、
   ことを特徴とする請求項４に記載のレーザ光源装置の製造方法。
6. 前記第２レーザ素子角度調整工程において、
   前記第２レーザ素子から光を射出させて前記第２レーザ素子と前記反射部材との間でレーザ発振を生じさせつつ前記反射部材の反射面に対する前記第２形成面の相対角度を調整する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源装置の製造方法。
7. 前記第２レーザ素子角度調整工程において、前記第２レーザ素子からの光を、前記反射部材に対して、前記第１レーザ素子角度調整工程における前記第１レーザ素子からの光と反対側から入射させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源装置の製造方法。
8. 前記反射部材は、一面にのみ反射層が形成された、光透過性板材によって構成され、
   前記反射層は、前記光透過性板材の外側に露出した第１面と、前記光透過性板材に接触している第２面とを有し、
   前記第１レーザ素子角度調整工程における前記第１レーザ素子からの光、前記第２レーザ素子角度調整工程における前記第２レーザ素子からの光、のいずれか一方を前記反射層の前記第１面に入射させ、他方を前記光透過性板材を介して前記反射層の前記第２面に入射させる、
   ことを特徴とする請求項７に記載のレーザ光源装置の製造方法。
9. 前記反射部材は、入射された光の一部を透過させる反射面を有し、
   前記角度位置調整工程において、
   前記反射部材を前記第１レーザ素子及び前記第２レーザ素子から射出された光の光路上に配置し、
   前記反射面の一方の側から、前記第１レーザ素子から射出された光によって形成された第１スポットと記第２レーザ素子から射出された光によって形成された第２スポットとを観察し、
   第１スポットと第２スポットとの位置が一致するように前記第１レーザ素子と前記第２レーザ素子との相対回転角度及び相対位置を調整する、
   ことを特徴とする請求項６に記載のレーザ光源装置の製造方法。
10. 前記角度位置調整工程において、
    前記第１レーザ素子によるレーザ発振と前記第２レーザ素子によるレーザ発振とを交互に生じさせる、
    ことを特徴とする請求項９に記載のレーザ光源装置の製造方法。
11. 前記角度位置調整工程において、
    前記反射部材を用いて前記第１レーザ素子と前記第２レーザ素子との相対回転角度及び相対位置を調整した後、前記反射部材を前記第１レーザ素子及び前記第２レーザ素子から射出される光の光路上から取り除き、
    前記第１レーザ素子及び前記第２レーザ素子の少なくとも一方から光を射出させて前記第１エミッタと前記第２エミッタとの間でレーザ発振させ、
    レーザ出力値をモニターすることにより、前記相対回転角度および前記相対位置を調整する、
    ことを特徴とする請求項９に記載のレーザ光源装置の製造方法。
12. 前記第１レーザ素子及び前記第２レーザ素子の少なくとも一方から光を射出させる際に、前記第１レーザ素子に供給される電力量と、前記第２レーザ素子に供給される電力量とは異なり、
    前記第１レーザ素子及び前記第２レーザ素子の各々には、相対的に小さい電力量又は相対的に大きい電力量が供給され、
    前記相対的に小さい電力量が供給された、前記第１レーザ素子又は前記第２レーザ素子の回転角度および位置が調整される、
    ことを特徴とする請求項１１に記載のレーザ光源装置の製造方法。
13. 前記第１レーザ素子及び前記第２レーザ素子の各々に供給される前記相対的に小さい電力量と前記相対的に大きい電力量とを交互に入れ替えた後に、前記相対的に小さい電力量が供給された前記第１レーザ素子の回転角度及び位置を調整し、
    前記第１レーザ素子及び前記第２レーザ素子の各々に供給される前記相対的に小さい電力量と前記相対的に大きい電力量とを交互に入れ替えた後に、前記相対的に小さい電力量が供給された前記第２レーザ素子の回転角度及び位置を調整する、
    ことを特徴とする請求項１２に記載のレーザ光源装置の製造方法。
14. 前記反射部材は、一面にのみ反射層が形成された、光透過性を有する板材によって構成されている、
    ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源装置の製造方法。
15. 前記反射部材は、前記反射面に入射した光の一部を散乱させる、
    ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源装置の製造方法。
16. 前記第１レーザ素子及び前記第２レーザ素子から射出された光の光路上に、入射された基本波長域の光を異なる波長域の光に変換する波長変換素子を配置する、
    ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源装置の製造方法。
17. 前記第１レーザ素子と前記波長変換素子との間、および前記第２レーザ素子と前記波長変換素子との間に、前記第１レーザ素子及び前記第２レーザ素子から射出された光を前記基本波長域の光と前記異なる波長域の光とに分離する波長分離素子を配置する、
    ことを特徴とする請求項１６に記載のレーザ光源装置の製造方法。
18. 前記波長分離素子は、前記基本波長域の光を反射し、前記異なる波長域の光を透過する、
    ことを特徴とする請求項１７に記載のレーザ光源装置の製造方法。
19. 前記第１レーザ素子及び前記第２レーザ素子は、それぞれ複数のエミッタを備える、
    ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源装置の製造方法。
20. レーザ光源装置であって、
    第１レーザ素子と第２レーザ素子とを有し、
    請求項１に記載のレーザ光源装置の製造方法により製造されている、
    ことを特徴とするレーザ光源装置。

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