JP2016054295A - 波長結合外部共振器型レーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高品質かつ高出力の光ビームを発生できる波長結合外部共振器型レーザ装置を提供する。【解決手段】波長結合外部共振器型レーザ装置は、互いに異なる波長の光を出射する複数の半導体レーザバー１，１ａ〜１ｇと、波長に応じて異なる角度で光を回折し、各半導体レーザバー１，１ａ〜１ｇから出射された光を単一光軸に重畳させるための回折格子４と、重畳された光の一部を該単一光軸に沿って反射する部分透過ミラー５とを備え、各半導体レーザバー１，１ａ〜１ｇは、少なくとも２種類の波長帯域ＢＷ１，ＢＷ２を有する複数の発光点６，７を有し、特定の波長帯域を有する発光点だけが光を出射する。【選択図】図１

Description

本発明は、互いに異なる波長の光を重畳させる波長結合外部共振器型レーザ装置に関する。

下記特許文献１には、凸レンズの第１焦点近傍に半導体レーザアレイの発光点を設置し、凸レンズの第２焦点近傍に回折格子を設置し、回折格子の１次回折光の光軸上に部分反射ミラーを設置した波長結合外部共振器型レーザ装置が提案されている。半導体レーザアレイの複数の発光点から出射した複数のビームは、回折格子の分散によって単一光軸に重畳され、集光性が改善される。

下記特許文献２には、同一基板上に、発振波長の異なる光を発生する複数の活性層が設けられた半導体レーザアレイが開示されている。

下記特許文献３には、複数の多波長レーザを同時に変調するマルチＬＤ方式に用いられる半導体レーザアレイが開示されている。

米国特許第６１９２０６２号明細書 特開平６−５３５９５号公報 特願平７−３４７０１６号

特許文献１には、利得素子としてＬＤ（レーザダイオード）バーを使用しているが、その仕様については具体的な記載はなく、利得素子の波長についての工夫も何ら記載されていない。特に、特許文献１の構成では、波長結合外部共振器で発振が生ずる波長幅が狭いため、効率の低下、装置の大型化、出力低下などの課題が想定される。

特許文献２，３には、複数の発光点を有する半導体レーザアレイが開示されているが、各発光点の波長が大きく異なっており、光ビームの重畳については何ら言及がない。

本発明の目的は、高品質かつ高出力の光ビームを発生できる波長結合外部共振器型レーザ装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係る波長結合外部共振器型レーザ装置は、
互いに異なる波長の光を出射する複数のレーザ素子と、
波長に応じて異なる角度で光を回折し、各レーザ素子から出射された光を単一光軸に重畳させるための分散光学素子と、
重畳された光の一部を該単一光軸に沿って反射する外部共振ミラーとを備え、
各レーザ素子は、少なくとも２種類の波長帯域を有する複数の発光点を有する半導体レーザバーとして構成され、特定の波長帯域を有する発光点だけが光を出射することを特徴とする。

また本発明に係る波長結合外部共振器型レーザ装置は、
複数の発光点が１チップ上に設けられ、少なくとも２点の発光点が直列に電気接続されたレーザダイオード素子と、
該レーザダイオード素子を出射した複数の光ビームを１本のビームに結合して出射する分散光学素子と、
複数の発光点から出射された光ビームの一部を該発光点に戻す外部共振ミラーと、を備えることを特徴とする。

また本発明に係る波長結合外部共振器型レーザ装置は、
１つの基板上に載置された複数の発光点のうち、少なくとも２つが互いに直列に電気接続されているレーザダイオード素子と、
該レーザダイオード素子を出射した複数の光ビームを１本のビームに結合して出射する分散光学素子と、
複数の発光点から出射された光ビームの一部を該発光点に戻す外部共振ミラーと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、レーザ光源として、互いに異なる波長の光を出射する複数のレーザ素子を採用しているため、広い波長帯域での波長結合を実現できる。その結果、重畳された光ビームの品質を高く維持しつつ、光ビームの高出力化を図ることができる。

本発明の実施の形態１を示す構成図である。 半導体レーザバーの動作の一態様を示す説明図である。 半導体レーザバーの動作の他の態様を示す説明図である。 各半導体レーザバーの発振スペクトルの一例を示すグラフである。 半導体レーザバーをサブマウントに搭載する前の状態を示す断面図である。 半導体レーザバーをサブマウントに搭載した後の状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態２を示す断面図である。 図８（ａ）は、本発明の実施の形態３を示す平面図であり、図８（ｂ）はその側面図である。 図９（ａ）は、図８のサブマウント２５を単体で示す平面図であり、図９（ｂ）はその側面図である。 図１０（ａ）は、図８の半導体レーザバー２９を単体で示す平面図であり、図１０（ｂ）はその側面図、図１０（ｃ）はその底面図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る波長結合外部共振器型レーザ装置の一例を示す構成図である。このレーザ装置は、複数（ここでは８個）の半導体レーザバー１，１ａ〜１ｇと、複数のＦＡＣ（Fast Axis Collimator: 速軸コリメータ）２と、複数の集光素子３と、回折格子４と、部分透過ミラー５とを備える。ここで理解容易のため、半導体レーザバー１の長手方向をＸ方向、紙面に垂直な方向をＹ方向、半導体レーザバー１の光軸方向をＺ方向とする。また、光軸を基準としてレーザバーの長手方向を遅軸方向、長手方向に垂直な方向を速軸方向と称する。

各半導体レーザバー１，１ａ〜１ｇは、互いに異なる波長の光を出射するとともに、少なくとも２種類の波長帯域を有する複数（一般には数十個）の発光点を有する。発光点は、レーザバーの長手方向に沿って周期的に配置される。端面発光型の場合、レーザバーの端面に複数の発光点が設けられ、端面に対して垂直な方向に沿って光ビームが出射される。発光点が位置する端面には、ＡＲ（反射防止）コーティングが設けられ、その反対側の端面には、光共振器の反射ミラーとして機能する反射コーティングが設けられる。

各半導体レーザバー１，１ａ〜１ｇは、回折格子４を中心とした円の周方向に沿って配置することが好ましく、各レーザバーから回折格子４までの距離をほぼ均等にすることにより、各光ビームの特性を揃えることができる。

ＦＡＣ２は、例えば、レーザバーの遅軸方向と平行な母線を有するシリンドリカルレンズなどで構成され、各半導体レーザバー１，１ａ〜１ｇの出射側に個別に設置される。ＦＡＣ２は、各発光点から出射される光ビームを速軸方向にのみ集光し、速軸に関して平行な光ビームに変換する機能を有する。

集光素子３は、例えば、レーザバーの速軸方向と平行な母線を有するシリンドリカルレンズなどで構成され、各半導体レーザバー１，１ａ〜１ｇの出射側で各ＦＡＣ２の後方に個別に設置される。集光素子３は、各発光点から出射される光ビームを遅軸方向にのみ集光し、遅軸に関して回折格子４の位置に集光スポットを形成する。

回折格子４は、波長未満のピッチで周期的に配列した凹凸状の格子パターンを有し、波長に応じて異なる角度で光を回折する波長分散機能を有する。ここでは、透過型の回折格子を使用した場合を例示するが、反射型の回折格子を使用することも可能である。各半導体レーザバー１，１ａ〜１ｇの発光波長に応じて回折格子４への入射角を適切に設定することによって、各光ビームに関して回折光の出射角を一致させることができ、その結果、各半導体レーザバー１，１ａ〜１ｇから出射されたマルチスペクトルの光を単一光軸に重畳させることができる。

部分透過ミラー５は、例えば、５０％〜９５％程度の反射率を有する外部共振ミラーとして機能するものであり、回折格子４によって重畳された光の一部を同じ単一光軸に沿って反射する。こうして部分透過ミラー５と各半導体レーザバー１，１ａ〜１ｇの反射コーティングとの間に、発光波長別に複数の光共振器が並列的に形成される。

次に動作を説明する。各半導体レーザバー１，１ａ〜１ｇから出射した多数の光ビームは、個別のＦＡＣ２および集光素子３をそれぞれ通過し、回折格子４での回折によって単一光軸に重畳され、部分透過ミラー５に至る。重畳された光の一部は部分透過ミラー５で反射して同じ光軸に沿って逆方向に進行し、一方、重畳された光の残りは部分透過ミラー５を通過して外部に供給される。逆方向に進行した重畳光は、回折格子４を通過する際、波長に対応した角度で回折し、個別の集光素子３およびＦＡＣ２をそれぞれ通過し、各半導体レーザバー１，１ａ〜１ｇに帰還し、増幅作用を受ける。こうして複数の光共振器において波長別にレーザ発振が実現するとともに、マルチスペクトルの光ビームを波長分散によって１本の光軸に重畳させることができる。その結果、重畳された光ビームの品質を高く維持しつつ、光ビームの高出力化を図ることができる。

図２は、半導体レーザバー１の動作の一態様を示す説明図である。図３は、半導体レーザバー１ｄの動作の他の態様を示す説明図である。他の半導体レーザバー１ａ〜１ｇについても、半導体レーザバー１，１ｄと同様である。半導体レーザバーの典型的なサイズは、長手方向の長さ（Ｘ方向）が約１０ｍｍ、端面間の長さ（Ｚ方向）が約１ｍｍ〜５ｍｍ、厚み（Ｙ方向）が約０．１ｍｍである。

半導体レーザバー１，１ｄは、同じ構成および発光特性を有し、上述のように、少なくとも２種類の波長帯域を有する複数の発光点を有する。図２と図３では、波長帯域ＢＷ１を有する複数の発光点６および、波長帯域ＢＷ１とは異なる別の波長帯域ＢＷ２を有する複数の発光点７を例示している。発光点６は、所定のピッチ（例えば、５００μｍ）で周期的に配置され、発光点７も同じピッチで周期的に配置される。発光点６および発光点７は、１つずつ交互に半分のピッチ（例えば、２５０μｍ）で配置される。同様に、半導体レーザバー１ａ，１ｅは、同じ構成および発光特性を有し、半導体レーザバー１ｂ，１ｆは、同じ構成および発光特性を有し、半導体レーザバー１ｃ，１ｇは、同じ構成および発光特性を有する。

図１に示した波長結合外部共振器型レーザ装置において、半導体レーザバー１は、波長帯域ＢＷ１を有する発光点６だけが光を出射し、一方、半導体レーザバー１ｄは、波長帯域ＢＷ２を有する発光点７だけが光を出射する。同様に、半導体レーザバー１ａ，１ｂ，１ｃは、波長帯域ＢＷ１を有する発光点６だけが光を出射し、一方、半導体レーザバー１ｅ，１ｆ，１ｇは、波長帯域ＢＷ２を有する発光点７だけが光を出射する。

図４は、各半導体レーザバー１，１ａ〜１ｇの発振スペクトルの一例を示すグラフである。図４（ａ）に示すように、半導体レーザバー１，１ａ，１ｂ，１ｃは、互いに異なる波長の発振スペクトルを有し、中心波長λ１を有する波長帯域ＢＷ１に属している。また図４（ｂ）に示すように、半導体レーザバー１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇは、互いに異なる波長の発振スペクトルを有し、中心波長λ２を有する波長帯域ＢＷ２に属している。こうして４種類の半導体レーザバーを用いて、８種類の発振スペクトルを実現している。

各半導体レーザバー１，１ａ〜１ｇでは、通電する箇所の選択によって、発光点６だけを通電した場合には発光点６だけが発振し、発光点７だけを通電した場合には発光点７だけみが発振する。従って、通電箇所の選択によって実質的にレーザバーの発光波長を変更することが可能である。

次に、レーザバー内の発光点間を絶縁し、一部の発光点は通電、発光させ、他の発光点は通電されず、電気的なロスを減らす手法について説明する。

図５は、半導体レーザバーをサブマウントに搭載する前の状態を示す断面図である。図６は、半導体レーザバーをサブマウントに搭載した後の状態を示す断面図である。半導体レーザバーを構成する基板９の上面には、全面に渡ってコモン電極８がメッキ等によって形成される。基板９の下面には、発光点６，７を通電するための個別電極１１がメッキ等によって形成される。また基板９の下面近傍には、イオンエッチングまたはエッチングによって半絶縁層まで削ったり、イオン打ち込みにより絶縁化することによって、発光点６，７を分離するための電気絶縁領域１０が設けられる。

サブマウント１２は、導電性の材料であり、排熱と給電を同時に実現するために、ヒートシンク（不図示）に半田接合され、導通が確保されている。サブマウント１２の上面には、電気絶縁膜１３が、例えば、半田の付着しにくい絶縁材料を用いて部分的に設けられる。例えば、発光点６の通電を許容し、発光点７の通電を阻止するためには、発光点７の個別電極１１とサブマウント１２との間に電気絶縁膜１３を介在させ、サブマウント１２が露出した導通部と発光点６の個別電極１１とを接合する。また、発光点６の通電を阻止し、発光点７の通電を許容するためには、発光点６の個別電極１１とサブマウント１２との間に電気絶縁膜１３を介在させ、サブマウント１２が露出した導通部と発光点７の個別電極１１とを接合する。

このように構成された半導体レーザバーでは、サブマウント１２とレーザバー基板９の位置関係を適切に選択することによって、発光点６，７の選択的通電が可能になる。そのため１種類のレーザバー基板を用いて、異なる波長の光を発生する２つのレーザ素子を容易に実現できる。

以上のように構成された半導体レーザバーを図１に示す波長結合外部共振器型レーザ装置で使用する際、波長選択する際に利得の幅が図６のように一定の波長範囲を占めていた場合に、中心波長の異なる発光点を同じレーザバーに設けることにより、サブマウントとレーザバーとの位置関係を選択することによって、発振波長の切り替えが可能になる。これにより半導体レーザバーの発振波長幅を拡げることが可能である。こうした発振波長の切り替えは、レーザバーをサブマウントにマウントする際、もしくは、レーザバーにワイヤボンディングを行う際、または、メッキ等を行う際に実施できる。また、このように１種類のレーザバー基板だけで２波長の選択発振が可能になるため、製品部品の在庫、メンテナンスのために、複数種のレーザバーを製造し保持しておく必要がなく、低コスト化が図られ、また、製造工程を単純化することができる。

本実施形態において、半導体レーザバーに２種類の発光点を設けた例を説明したが、３種類以上の発光点を設けることも可能である。

また本実施形態において、サブマウント１２の材料としてＣｕＷ等の導体を使用することができ、一方、ＡｌＮ，ＳｉＣなどの電気絶縁体を使用する場合は、サブマウントの表面に銅などの導体をメッキ等で被覆した構造が採用できる。

また本実施形態において、半導体レーザバー基板の下面にサブマウントを接合する場合を示したが、レーザバー基板の下面に直接ヒートシンクを接合する構造とし、そのヒートシンクに電気絶縁部と導通部を発光点の間隔に対応して設けることによって、発光点の選択的導通が可能になる。

さらに、本実施形態の別の効果について説明する。光の波長帯域を拡げることができるため、回折格子のより広い角度範囲を使用できる。即ち、半導体レーザバーを配置する角度範囲を拡げることができ、このことにより、回折格子から半導体レーザバーまでの間の距離を短くすることが可能である。その結果、より小型の波長結合外部共振器型レーザ装置を実現できる。また、波長範囲が広いため、半導体レーザバーを、より広い波長範囲、即ち、より広い角度幅に配置することができ、その結果、レーザバー間のクロストークを低減でき、即ち、１つのレーザバー内の１つの発光点と隣に配置されたレーザバーの１つの発光点の間で光が往復して増幅され、正規の発振のエネルギーが奪われてしまう現象を起こりにくくすることができる。このことにより、共振器長を長くして、クロストークを低減する必要がなくなる。また、クロストーク低減用の光学系を発振器内部に配置する必要がなくなる。また、波長帯域が広くなることによって、１つの回折格子および１つの外部結合共振器から取り出すことのできるレーザ出力を向上することができる。その結果、高出力レーザ発振器を低コスト化できる。１つの波長結合発振器は、より多くのレーザバーを使用しても、理論上ではビーム品質は同じであるため、複数の波長結合外部共振器を結合して、数ｋＷの加工用レーザを構成するなどの場合に、その中に使用する波長結合外部共振器の数を減らすことが可能である。その結果、低コスト化、ビーム品質の向上、装置の小型化等を図ることができる。

また本実施形態において、分散素子として回折格子を使用した場合について示したが、回折格子に限らず、ＶＢＧ（体積ブラッググレーティング）、プリズム、その他分散性のあるものであれば、本発明に使用することができる。分散性とは、たとえば、回折格子であれば、波長により回折角度が異なることを意味する。

また本実施形態において、図１に示したように、簡単のため、共振器中の光学系を記載していないが、実際はレンズ、ミラー等を配置して、所望の共振器構成としてもよい。

また本実施形態において、幅が１０ｍｍのレーザバーを例として説明したが、これに限られず、ミニバーと呼ばれる数ｍｍの幅の素子でもよいし、複数の発光点を含むのであれば２発光点のＬＤチップを使用しても良い。

また本実施形態において、レーザバーを例として説明したが、３次元的にＬＤチップを配列するスタック構造に対しても本発明は適用できる。

また、波長結合外部共振器型レーザ装置の構成についても図１のような放射状の配置に限らず、直角に折り返して配置しても良く、また、その他、どのような配置でも本発明は適用できる。

また、図１のような構成において、光ビームを発光点ごとに個別に回転できる素子を共振器中に配置することによって、速軸方向にビームを束ねる構成に対しても、本発明は適用できる。ここで、「光ビームを発光点ごとに個別に回転できる素子」とは、たとえば、ＬＩＭＯ社のＢＴＳ素子、ＩＮＧＥＮＥＲＩＣ社のＶステップ素子のような、複数のエミッタを、ひとつひとつ９０度回転する素子を指す。この効果により、遅軸方向にビームを束ね、重畳していたものを、速軸方向にビームを束ね、重畳することが可能となる。

実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２を示す断面図である。実施の形態１では、図５と図６に示したように、サブマウント１２の上面に電気絶縁膜１３を部分的に設けることによって、発光点６，７の選択的通電を実現していたが、本実施形態では、レーザバー基板の上面にも発光点６，７の個別電極を設け、給電ワイヤーの選択的接続によって発光点６，７の選択的通電を実現している。

半導体レーザバーを構成する基板の下面には、発光点６，７を通電するための個別電極１１が形成される。また基板の下面近傍には、エッチングまたはイオン打ち込みによって、発光点６，７を分離するための電気絶縁領域１０が設けられる。基板の上面には、発光点６を通電するための個別電極１４と、発光点７を通電するための個別電極１６とが形成される。そして、基板の内部にも、発光点６，７の導電領域を分離するための電気絶縁領域１５が設けられる。こうした電気絶縁領域１５は、特許文献２，３に記載されているように、ＬＤの結晶成長、エッチング除去、配線構造の製作、別波長のＬＤの結晶成長等を組み合わせて実現できる。

こうした半導体レーザバーにおいて、波長帯域ＢＷ１を有する発光点６の通電だけを許容する場合には、給電ワイヤーを個別電極１４だけに接続し、個別電極１６とは接続しない。また、波長帯域ＢＷ２を有する発光点７の通電だけを許容する場合には、給電ワイヤーを個別電極１６だけに接続し、個別電極１４とは接続しない。通電の際、電気絶縁領域１５は、隣接する発光点６，７の間のクロストークを抑制する。

また代替の実施形態では、第１群の給電ワイヤーを用いて各個別電極１４と第１端子とを接続し、第２群の給電ワイヤーを用いて各個別電極１６と第２端子とを接続し、第１端子および第２端子の一方を選択的に通電することによって、発光点６，７の選択的通電を実現できる。

こうして１種類のレーザバー基板を用いて、異なる波長の光を発生する２つのレーザ素子を容易に実現できる。

なお、外部共振器で発振を行うためには、レーザバーの前端面に反射率の低いコーティングを施す必要があるが、図７に示すように、発光点６の利得領域と発光点７の利得領域をカバーするように反射率の低いコーティングを施すことにより、本発明の効果をさらに発揮することができる。

また、レーザバーの前端面の光路上に、各発光点ごとに個別にレンズ等が配置された光学素子を使用する場合は、発光波長を切り替えた際にレーザバー長手方向に光学素子をシフトさせることによって、発光点とのアライメント調整が可能である。

また、レーザバーにおいて波長の異なる発光点またはエミッタを形成する場合、全て等間隔に配置することによって、発光点の間隔を最大にでき、発光点間の熱的クロストークを小さくできる。また、波長帯域が同じである発光点の個別電極同士を結線して同電位となるよう構成してもよい。

実施の形態３．
図８（ａ）は、本発明の実施の形態３を示す平面図であり、図８（ｂ）はその側面図である。本実施形態において、半導体レーザ（レーザダイオードＬＤ）バー２９には、複数の発光点が１チップ上に設けられ、発光点はレーザバーの長手方向に沿って周期的に配置される。半導体レーザバー２９は、全体としてサブマウント２５に搭載される。

こうした半導体レーザバー２９は、図１に示す波長結合外部共振器型レーザ装置において互いに異なる波長の光を出射する半導体レーザバー１，１ａ〜１ｇとして使用できる。

半導体レーザバー２９の各発光点の間は、相互にワイヤ３０で結線されており、また、半導体レーザバー２９とサブマウント２５の間もワイヤ３０で結線されている。ワイヤ３０の材質は典型的には金線であり、コスト低減のためにアルミニウム線等が使用される場合もあり、またワイヤの代わりに１本あたりの導電容量の大きいリボンが使用されることもある。

図９（ａ）は、図８のサブマウント２５を単体で示す平面図であり、図９（ｂ）はその側面図である。サブマウント２５は、電気伝導率の低い絶縁材料、例えばＡｌＮ、ダイヤモンド、ＳｉＣ等で形成された電気絶縁板２３を含む。電気絶縁板２３の表面には、ランド１７〜２２がパターニングされている。ランド１７〜２２は、例えば、銅に金メッキ、金蒸着、金コーティングを施したものが用いられる。電気絶縁板２３の裏面には、ランド１７〜２２との応力バランスを取るため、そして半田材の塗れ性を向上するために、金属膜２４が形成される。なお、サブマウント２５の表裏は同一形状である必要はなく、必要に応じて形状を変えることができる。また、表面のランド１７〜２２と裏面の金属膜２４および、パターニングされた金属の異なるランド同士は、ワイヤ等の結線によって接続されない限り互いに電気絶縁されている。

図１０（ａ）は、図８の半導体レーザバー２９を単体で示す平面図であり、図１０（ｂ）はその側面図、図１０（ｃ）はその底面図である。半導体レーザバー２９の上面（ｎサイド）および下面（ｐサイド）ともに、各発光点を個別に通電できるように、発光点の部分だけにメタライズ部分２７，２８が設けられ、個別の電極が形成されている。各電極の周囲には非メタライズ部分２６が設けられる。電極の絶縁方法については、１個の発光点のみからなる半導体レーザチップを複数近接配置してなるディスクリート構造でもよく、あるいは１つの半導体レーザチップの中に光ビームが発振可能な複数の領域を備えてなるモノリシック構造でもよく、どちらでも本発明は適用できる。本実施の形態においては、モノリシック構造を例示している。モノリシック構造において各電極間を絶縁するための方法としては、例えば、エピタキシー成長したところをＧａＡｓ基板までエッチングする等が考えられる。ドライエッチングの時間を長くすることにより実現可能である。

次に動作を説明する。図８を参照して、電源のプラス極は、サブマウント２５の向かって左側のランド（＋と記載）に接続される。また、電源のマイナス極は、サブマウント２５の向かって右側のランド（−と記載）に接続される。各ランドは電気絶縁されているため、電流がサブマウント２５上のランドと半導体レーザバー２９の発光点を交互に通過し、最終的にサブマウント２５上の右側ランドに到達する。

換言すると、半導体レーザバー２９の発光点が全て直列に接続される。この点は、通常使用されているレーザバーと相違する。例えば、通常のレーザバーの一例として、電流値８０Ａ、出力８０Ｗ、１９個の発光点を有するレーザバーの場合、１発光点あたりの電流は４Ａ強となる。そして、レーザバーの駆動電圧は、典型的には１．４〜１．８Ｖとなる。一方、本発明に係る半導体レーザバー２９は、１発光点あたりの電流値は４Ａ強で同じであるが、１９個の発光点が直列に接続されているので、駆動電圧は、典型的には２６．６Ｖ〜３４．２Ｖとなり、レーザバー全体として見ると、従来のものより駆動電流が低く、駆動電圧が高い装置となる。

レーザバー全体として、電流を低減できると、レーザバー故障時に損傷を小さくすることができる。また、電源からの供給電流を低減することにより、配線抵抗による損失を低減することが可能である。また、配線を細く、配線部を小さく、ワイヤ線の本数を少なく、ワイヤ線を細くすることが可能であり、装置全体の低コスト化につながる。

本実施形態において、使用する半導体レーザバー２９は、発光点の配列方向について単位長さあたりの出力が５Ｗ／ｍｍ以上であり、各発光点の合計出力が８０Ｗ以上であることが好ましい。また、半導体レーザバー２９を流れる電流値と各発光点の合計出力値の比が、０．９Ａ／Ｗ以下であることが好ましい。

また、近年の傾向として、レーザバーの長さを長く、レーザバーの出力を増大させる試みが行われ、現状では、共振器長さが３ｍｍ〜５ｍｍ、２００Ａ以上の電流値で２００Ｗ以上の出力を発生するものが市販されている。

このようなレーザバーを使用したレーザ装置においては、電源の電流値を上げることによる高出力化を行った場合、素子の抵抗に起因する損失が、抵抗×電流の２乗で増加するため、１００Ａ以上、もしくは２００Ａ以上の電源は効率が低下する。また、上記の抵抗損失を低減し、抵抗成分を減らすためには、電流経路を大きくする必要が発生し、機器が大型化する。また、特殊な基板を使用した場合、高コストになる。以上の理由から、投入電力が同じでも、駆動電流が低減できることには大きな効果がある。

また、従来から一般に使用されてきたシングルチップＬＤの場合、基板の上に並列に並べて得られる出力は低い。また出力が高い場合は、長い距離にわたって並べられたもので、出力密度が低いもので、レーザバーのように１ｃｍの長さから８０Ｗ、１００Ｗ、もしくは２００Ｗという高出力が得られる素子はなかった。レーザバーは、高密度の横一列に並んだ光源として、分散素子を用いた波長結合外部共振器型レーザ装置にとって非常に適した光源である。こうしたレーザバーにおいて、製造上の簡易さから発光点を並列接続した場合、結果として、駆動電流が高く、駆動電圧が低くなり、電気供給の面から厳しい構成になる。

これに対して本実施形態のようにレーザバーの発光点を直列接続することによって、駆動電流が低く、駆動電圧が高くなり、結果として、電源の効率向上、小型化、低コスト化を同時に実現できる。

１，１ａ〜１ｇ 半導体レーザバー、 ２ ＦＡＣ（速軸コリメータ）、
３ 集光素子、 ４ 回折格子、 ５ 部分透過ミラー、 ６，７ 発光点、
８ コモン電極、 ９ 基板、 １０，１５ 電気絶縁領域、
１１，１４，１６ 個別電極、 １２ サブマウント、 １３ 電気絶縁膜、
１７〜２２ ランド、 ２３ 電気絶縁板、 ２４ 金属膜、
２５ サブマウント、 ２６ 非メタライズ部分、 ２７，２８ メタライズ部分、
２９ 半導体レーザバー。

Claims (10)

1. 互いに異なる波長の光を出射する複数のレーザ素子と、
   波長に応じて異なる角度で光を回折し、各レーザ素子から出射された光を単一光軸に重畳させるための分散光学素子と、
   重畳された光の一部を該単一光軸に沿って反射する外部共振ミラーとを備え、
   各レーザ素子は、少なくとも２種類の波長帯域を有する複数の発光点を有する半導体レーザバーとして構成され、特定の波長帯域を有する発光点だけが光を出射することを特徴とする波長結合外部共振器型レーザ装置。
2. 第１波長帯域を有する複数の第１発光点および、第１波長帯域とは異なる第２波長帯域を有する複数の第２発光点を含む半導体レーザバーを用いて、第１発光点だけが光を出射する第１レーザ素子と、第２発光点だけが光を出射する第２レーザ素子とが実装されることを特徴とする請求項１記載の波長結合外部共振器型レーザ装置。
3. 前記半導体レーザバーが固定された基台には、第１および第２発光点の一方の通電を許容するための導通部と、第１および第２発光点の他方の通電を阻止するための電気絶縁部とが設けられることを特徴とする請求項２記載の波長結合外部共振器型レーザ装置。
4. 前記半導体レーザバーの第１発光点と第２発光点の間には、分離用の電気絶縁領域が設けられることを特徴とする請求項２記載の波長結合外部共振器型レーザ装置。
5. 各レーザ素子は、前記分散光学素子を中心とした円の周方向に沿って配置されることを特徴とする請求項１記載の波長結合外部共振器型レーザ装置。
6. 各レーザ素子の出射側には、個別のコリメートレンズおよび個別の集光素子が設けられることを特徴とする請求項１記載の波長結合外部共振器型レーザ装置。
7. 複数の発光点が１チップ上に設けられ、少なくとも２点の発光点が直列に電気接続されたレーザダイオード素子と、
   該レーザダイオード素子を出射した複数の光ビームを１本のビームに結合して出射する分散光学素子と、
   複数の発光点から出射された光ビームの一部を該発光点に戻す外部共振ミラーと、を備えることを特徴とする波長結合外部共振器型レーザ装置。
8. １つの基板上に載置された複数の発光点のうち、少なくとも２つが互いに直列に電気接続されているレーザダイオード素子と、
   該レーザダイオード素子を出射した複数の光ビームを１本のビームに結合して出射する分散光学素子と、
   複数の発光点から出射された光ビームの一部を該発光点に戻す外部共振ミラーと、を備えることを特徴とする波長結合外部共振器型レーザ装置。
9. 前記レーザダイオード素子は、発光点の配列方向について単位長さあたりの出力が５Ｗ／ｍｍ以上であり、各発光点の合計出力が８０Ｗ以上であることを特徴とする請求項７または８記載の波長結合外部共振器型レーザ装置。
10. 前記レーザダイオード素子を流れる電流値と各発光点の合計出力値の比が、０．９Ａ／Ｗ以下であること請求項７または８記載の波長結合外部共振器型レーザ装置。

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