JP2016111237A - 量子カスケードレーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光の出射効率を維持しつつ、外部への迷光の漏れを抑制できる量子カスケードレーザ装置を提供する。【解決手段】量子カスケードレーザ装置１は、量子カスケードレーザ素子６の一方の出射端面６ａと筐体２の出射窓８との間に位置する光吸収性のカバー部材７を有し、出射端面６ａとサブマウント５におけるカバー部材７との対向面５ｃとが面一となっており、カバー部材７は、一方の出射端面６ａと対向する位置に開口部１８を有し、開口部１８は、出射端面６ａ側から出射窓８側に向かって大径となるテーパ状の第１の開口部分と、第１の開口部分の最小径以上となる一定の径で形成された第２の開口部分と、を有している。【選択図】図１

Description

本発明は、量子カスケードレーザ装置に関する。

中赤外の波長領域（例えば波長５μｍ〜３０μｍ程度）の光は、例えば分光計測の分野において重要な波長領域となっている。このような波長領域での高性能な半導体光源として、量子カスケードレーザ（ＱＣＬ：Quantum Cascade Laser）素子が注目されている（例えば特許文献１〜４参照）。

量子カスケードレーザ素子は、半導体量子井戸構造中に形成されるサブバンドによる準位構造を利用し、サブバンド間での電子遷移によって光を生成するモノポーラタイプのレーザ素子である。量子カスケードレーザ素子では、量子井戸構造で構成され活性領域となる量子井戸発光層を多段にカスケード結合することによって、高効率かつ高出力の動作が実現される。量子井戸発光層のカスケード結合は、発光上準位へと電子を注入するための電子注入層を用い、量子井戸発光層と注入層とを交互に積層することによって実現される。

特開平８−２７９６４７号公報 特開２００８−１７７３６６号公報 特開２００８−６０３９６号公報 特開平１０−４２４２号公報

量子カスケードレーザ素子を例えば分光計測用のＣＷ駆動分布帰還型シングルモードレーザとして用いる場合、発振波長を安定させるため、量子カスケードレーザ素子が搭載されるサブマウントをヒートシンク及び温度制御素子と結合し、乾燥窒素を封入した筐体内に収容してパッケージ化することが広く行われている。

このようなパッケージにおいては、量子カスケードレーザ素子の一端面から出射するレーザ光を筐体に設けた出射窓から外部に取り出す構造を採る。このとき、量子カスケードレーザ素子の他端面から出射するレーザ光が筐体内で乱反射し、迷光が外部に漏れると、分光計測の際のノイズとなるおそれがある。量子カスケードレーザ素子をパルス駆動させる場合には、信号処理によってノイズをキャンセル可能であるが、ＣＷ駆動させる場合には、迷光による干渉が計測結果のベースラインに影響して計測感度を低下させてしまう問題が生じる。

これに対し、従来では、迷光の漏れを抑えるために筐体内の部材にブラックコーティングを施す構成や、ピンホールを設けたカバー部材を量子カスケードレーザ素子に取り付ける構成が検討されてきた。しかしながら、前者では、筐体内の全ての部材にブラックコーティングを施すのは現実的に困難であり、後者では、中赤外領域のレーザ光の放射角に対応できず、本来外部に取り出すべきレーザ光も遮られてしまうという問題があった。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、レーザ光の出射効率を維持しつつ、外部への迷光の漏れを抑制できる量子カスケードレーザ装置を提供することを目的とする。

上記課題の解決のため、一側面に係る量子カスケードレーザ装置は、レーザ光を外部に出射させる出射窓を有する中空の筐体を備え、筐体の内部には、ヒートシンクと、ヒートシンクに固定されたサブマウントと、サブマウントに固定された量子カスケードレーザ素子と、量子カスケードレーザ素子の一方の出射端面と出射窓との間に位置するようにサブマウントに対向して配置され、量子カスケードレーザ素子の一方の出射端面及び他方の出射端面から出射するレーザ光に対する光吸収性を有するカバー部材と、が設けられ、量子カスケードレーザ素子の一方の出射端面と、サブマウントにおけるカバー部材との対向面とが面一となっており、カバー部材は、一方の出射端面と対向する位置にレーザ光を出射窓に向けて通過させる開口部を有し、開口部は、一方の出射端面側から出射窓側に向かって大径となるテーパ状の第１の開口部分と、第１の開口部分の一方の出射端面側において第１の開口部分の最小径以上となる一定の径で形成された第２の開口部分と、を有している。

この量子カスケードレーザ装置では、量子カスケードレーザ素子の一方の出射端面と出射窓との間に位置する光吸収性のカバー部材により、筐体内のレーザ光の迷光が吸収され、外部への迷光の漏れを抑制できる。また、カバー部材には、一方の出射端面と対向する位置に開口部が設けられている。開口部には、テーパ状の第１の開口部分が設けられているので、一方の出射端面から出射するレーザ光の放射角が大きい場合であっても、レーザ光がカバー部材で遮られることを防止でき、出射窓からのレーザ光の出射効率を維持できる。また、第１の開口部分の一方の出射端面側には、第１の開口部分の最小径以上となる一定の径で形成された第２の開口部分が設けられているので、一方の出射端面をカバー部材に接触させることなく当該一方の出射端面を開口部に対して近接配置できる。したがって、第１の開口部分の開口径を絞った場合でもレーザ光がカバー部材で遮られることが抑えられ、外部への迷光の漏れの抑制とレーザ光の出射効率の維持とを両立できる。

また、カバー部材は、サブマウントにおけるカバー部材との対向面に接し、量子カスケードレーザ素子の一方の出射端面は、カバー部材における第２の開口部分の開口端に位置していてもよい。この場合、一方の出射端面を開口部に対して更に近接配置できる。したがって、外部への迷光の漏れを一層確実に抑制できる。

また、開口部は、第１の開口部分の出射窓側においてレンズを位置決めする第３の開口部分を更に有していてもよい。これにより、簡単な構成でレンズの位置決めを実施できる。

また、カバー部材は、サブマウントにおける量子カスケードレーザ素子の固定面に沿って、量子カスケードレーザ素子の他方の出射端面よりもヒートシンク側に延在する延在部分を有していてもよい。この場合、他方の出射端面から出射するレーザ光をカバー部材の延在部分で効率的に吸収できる。したがって、外部への迷光の漏れをより確実に抑制できる。

また、ヒートシンクは、量子カスケードレーザ素子の他方の出射端面に対して傾斜した状態で対向する対向面を有していてもよい。この場合、他方の出射端面から出射するレーザ光が量子カスケードレーザ素子側に正反射して戻ることを防止できる。したがって、量子カスケードレーザ素子の動作を安定化できる。

また、筐体は、有底の本体部と、出射窓が設けられた蓋部と、によって構成され、蓋部の内側面に黒色加工が施されていてもよい。この場合、蓋部の内側面によって迷光が吸収されるので、外部への迷光の漏れを一層確実に抑制できる。

また、筐体の内側面の全体に黒色加工が施されていてもよい。この場合、筐体の内側面の全体で迷光が吸収されるので、外部への迷光の漏れを一層確実に抑制できる。

また、筐体内には、乾燥窒素が充填されていてもよい。この場合、筐体内での結露の発生を抑制できる。

量子カスケードレーザ素子は、ＣＷ駆動分布帰還型レーザ素子であってもよい。量子カスケードレーザ素子を分光計測に用いる場面においては、迷光による干渉が計測結果のベースラインに影響して計測感度を低下させてしまう問題が生じ得る。上記構成により、外部への迷光の漏れを抑制することで、分光計測時の迷光による干渉を好適に抑制できる。

本発明の一側面によれば、レーザ光の出射効率を維持しつつ、外部への迷光の漏れを抑制できる。

量子カスケードレーザ装置の一実施形態を示す断面図である。 量子カスケードレーザ素子から出射するレーザ光の放射角の一例を示す図である。 中赤外領域における樹脂材料の透過特性を示す図である。 図１に示した量子カスケードレーザ装置の要部拡大断面図である。 迷光出力の実験結果を示す図である。 量子カスケードレーザ装置の変形例を示す断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る量子カスケードレーザ装置の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、量子カスケードレーザ装置の一実施形態を示す断面図である。同図に示すように、量子カスケードレーザ装置１は、筐体２と、温度制御素子３と、ヒートシンク４と、サブマウント５と、量子カスケードレーザ素子６と、カバー部材７とを備えて構成されている。この量子カスケードレーザ装置１は、例えば分光計測用の光源として用いられるものであり、量子カスケードレーザ素子６から出射するレーザ光Ｌ（図４参照）を筐体２の出射窓８から外部に取り出す構成を採っている。

筐体２は、例えば金属によって略直方体形状に形成されている。筐体２は、有底の本体部９と、蓋部１０とによって構成されている。本体部９は、肉厚に形成された平板状の底部１１と、底部１１に立設された側部１２とを有している。

側部１２の基端側は、例えば溶接によって底部１１の一面側に強固に接合されている。側部１２には、例えば温度制御素子３の駆動や量子カスケードレーザ素子６の駆動に用いられる導入端子及びリード線等が適宜設けられている。底部１１は、蓋部１０よりも一回り大きい寸法となっており、筐体２の平面視において、側部１２の４面から外側に張り出す張出部分を有している。これにより、量子カスケードレーザ装置１の載置の安定性が確保されている。

蓋部１０は、底部１１よりも薄い平板状をなしている。蓋部１０の縁部は、例えば溶接によって側部１２の先端側に強固に接合されている。筐体２の内部空間Ｓは、本体部９と蓋部１０とによって気密な空間となっている。この内部空間Ｓには、例えば乾燥窒素が充填された状態となっており、筐体２内での結露の発生が抑制されている。また、蓋部１０の中央付近には、量子カスケードレーザ素子６から出射するレーザ光Ｌを筐体２の外部に取り出す円形の出射窓８が設けられている。出射窓８に用いられる窓材としては、例えばＧｅやＺｎＳｅが用いられる。

筐体２の内側面、すなわち、底部１１の一面のうち内部空間Ｓを臨む部分、側部１２の内面、蓋部１０の内面には、それぞれ黒色加工が施されている。黒色加工は、例えばカーボンを含有する黒色の樹脂シートを貼り付けることによって実現できる。このような黒色加工により、量子カスケードレーザ素子６から出射するレーザ光Ｌに対する光吸収性が筐体２の内側面に付与されている。

上述した温度制御素子３、ヒートシンク４、サブマウント５、量子カスケードレーザ素子６、及びカバー部材７は、筐体２の内部空間Ｓに収容されている。

温度制御素子３は、外部からの制御信号に基づいて、量子カスケードレーザ素子６の発振波長を安定させるために量子カスケードレーザ素子６の温度制御を行う部分である。温度制御素子３としては、例えばペルチェ素子が用いられる。温度制御素子３の一方面３ａは、例えばハンダ付けによって筐体２の底部１１に固定されている。

ヒートシンク４は、パッケージヒートシンクとも称され、量子カスケードレーザ素子６で生じる熱を温度制御素子３側に放熱する部分である。ヒートシンク４は、例えばＣｕ等の熱伝導性に優れた材料によって形成されている。ヒートシンク４の一方面４ａは、例えばハンダ付けによって温度制御素子３の他方面３ｂに固定されている。このヒートシンク４は、サブマウント５が載置された載置部１３と、載置部１３においてサブマウント５を位置決めする位置決め部１４と、載置部１３から延出する延出部１５とを有している。

載置部１３は、ヒートシンク４の一方面４ａと略平行に形成された載置面１３ａを有している。位置決め部１４は、載置面１３ａの基端側において筐体２の側部１２と略平行に立設され、サブマウント５の一端面５ａが突き当てられる突当面１４ａを有している。延出部１５は、載置面１３ａの先端側から一段下がった位置で量子カスケードレーザ素子６の出射端面６ｂ（後述）と所定の間隔をもって対向する対向面１５ａを有している。対向面１５ａは、出射端面６ｂから離間した位置ほど出射端面６ｂからの光軸方向の距離が大きくなるように、出射端面６ｂ（出射端面６ｂからのレーザ光Ｌの光軸）に対して鈍角に傾斜した状態となっている。なお、対向面１５ａには、筐体２の内側面と同様に、黒色加工が施されていることが好ましい。

サブマウント５は、レーザヒートシンクとも称され、量子カスケードレーザ素子６が固定されると共に、量子カスケードレーザ素子６で生じる熱をヒートシンク４側に放熱する部分である。サブマウント５は、例えばＣｕ等の熱伝導性に優れた材料によって略直方体形状に形成されている。サブマウント５は、一端面５ａが突当面１４ａに突き当たった状態で載置面１３ａに載置され、例えばネジ止めによってヒートシンク４に強固に固定されている。

サブマウント５の他端部は、量子カスケードレーザ素子６が固定された固定面５ｂとなっている。固定面５ｂは、出射窓８に対応する位置で載置面１３ａと対向面１５ａとの間の段部側面１３ｂと面一となっている。また、サブマウント５における載置面１３ａの反対面は、カバー部材７と対向する対向面５ｃとなっている。この対向面５ｃは、位置決め部１４の先端面１４ｂと面一となっている。なお、図示しないが、固定面５ｂには、量子カスケードレーザ素子６の駆動に用いられる電極パッド、及び電極パッドに接続されるワイヤなども固定されている。

量子カスケードレーザ素子６は、半導体量子井戸構造中に形成されるサブバンドによる準位構造を利用し、サブバンド間での電子遷移によって光を生成するモノポーラタイプのレーザ素子である。量子カスケードレーザ素子６は、ＣＷ（Continuous Wave）駆動で動作し、分光計測用の光源として縦シングルモードのスペクトルを得るため、回折格子を組み込んだ分布帰還型構造を有している。

量子カスケードレーザ素子６は、一方の出射端面６ａが出射窓８側を向き、かつ他方の出射端面６ｂがヒートシンク４の対向面１５ａ側を向くように、サブマウント５の固定面５ｂに固定されている。出射端面６ａは、ヒートシンク４における位置決め部１４の先端面１４ｂ、及びサブマウント５の対向面５ｃと面一になっている。ここでいう面一とは、出射端面６ａから出射するレーザ光Ｌが、サブマウント５の固定面５ｂに当たらないことを意味している。

分布帰還型構造では、回折格子の周期に対応した一の波長のみが選択的に帰還され、シングルモード発振が実現される。このような構造において、量子カスケードレーザ素子６の一方の出射端面６ａ（もしくは一方の出射端面６ａ及び他方の出射端面６ｂの双方）には、他のファブリペローモードが発生しないように、無反射コーティングが施されている。他方の出射端面６ｂには、筐体２内でのレーザ光Ｌの迷光を抑制するため、高反射コーティングを施すことが考えられる。

しかしながら、高反射コーティングによって出射端面６ｂの反射率が高くなると、他のモードとの競合が生じ易くなり、安定したシングルモード発振が得られなくなるおそれもある。このため、量子カスケードレーザ素子６では、出射端面６ｂに高反射コーティングは施されておらず、劈開端面のままとなっている。

また、量子カスケードレーザ素子６は、発光層をクラッド層で挟んだ屈折率導波構造を有しており、導波路を伝搬した光は、素子端面（すなわち出射端面６ａ及び出射端面６ｂ）から自由空間に放射される。この屈折率導波構造では、活性層の厚さ部分を開口部とするスリットと見做すことができるので、微小スリットから光が放出される場合と同様に、自由空間に放射されるレーザ光Ｌは、光の回折効果によって一定の放射角を有する。

この光の回折効果は、波長が長いほど顕著に現れる。また、分光計測の用途では、横シングルモードに限定されることも光の回折効果が高くなる一因となる。例えば通信波長帯である近赤外領域では、放射角は３０°（端面の法線方向を０°として±１５°）程度であるが、波長３μｍ以上の中赤外領域では、放射角は１００°以上となる。また、図２は、波長７．２μｍのＣＷ駆動分布帰還型量子カスケードレーザ素子における成長方向の遠視野像を示す図である。同図では、実測値をガウス関数でフィッティングしたデータを示しており、放射角は１４０°程度に及ぶことが確認できる。

したがって、量子カスケードレーザ素子６の出射端面６ａからのレーザ光Ｌを外部に取り出すためには、広い放射角を持つレーザ光Ｌが遮られないように筐体２の内部を構成する必要がある。一方で、量子カスケードレーザ素子６では、出射端面６ｂからも出射端面６ａと同様の放射角でレーザ光Ｌが出射する。このため、出射端面６ｂから出射するレーザ光Ｌが筐体２内で乱反射し、迷光が出射窓８から外部に漏れると、分光計測の際のノイズとなるおそれがある。そこで、出射窓８からのレーザ光Ｌの出射効率を維持しつつ、外部への迷光の漏れを抑制できる構成が必要となっている。

カバー部材７は、筐体２内での迷光を抑制する部分である。カバー部材７は、図１に示すように、量子カスケードレーザ素子６の一方の出射端面６ａと出射窓８との間に位置するようにサブマウント５に対向して配置されている。このカバー部材７は、レーザ光Ｌを出射窓８に向けて通過させる開口部１８が設けられた平板状の本体部分１６と、本体部分１６の端部から本体部分１６に対して略直角に折れ曲がった平板状の延在部分１７とを有している。

本体部分１６は、開口部１８が一方の出射端面６ａと対向する位置で、ヒートシンク４における位置決め部１４の先端面１４ｂ、及びサブマウント５の対向面５ｃにそれぞれ接するように配置されている。ヒートシンク４は、図１の奥行き方向においてサブマウント５の対向面５ｃと面一の固定面を有しており、本体部分１６は、ネジ止め又は接着によってヒートシンク４の固定面に強固に固定されている。本体部分１６の一端面１６ａは、ヒートシンク４における位置決め部１４の外面側と面一となっており、本体部分１６の他端面１６ｂは、サブマウント５の固定面５ｂよりも突出し、出射窓８の位置を超えてヒートシンク４の延出部１５側に位置している。

延在部分１７は、量子カスケードレーザ素子６から離間した状態で、サブマウント５の固定面５ｂと略平行に本体部分１６の他端側からヒートシンク４の対向面１５ａに向かって延びている。延在部分１７の先端面１７ａは、量子カスケードレーザ素子６の他方の出射端面６ｂの位置を超えてヒートシンク４の対向面１５ａ側に位置している。延在部分１７の厚さは、本体部分１６の厚さよりも大きくなっていてもよい。

カバー部材７の形成材料としては、中赤外領域の波長に対する光吸収性を有する材料を用いることが好適である。図３は、中赤外領域における樹脂材料の透過特性を示す図である。同図に示す例では、横軸が波数（波長の逆数）、縦軸が透過率となっており、アクリルの透過特性（グラフＡ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）の透過特性（グラフＢ）、及びポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）の透過特性（グラフＣ）がそれぞれプロットされている。

同図に示す結果から、中赤外領域（例えば波長３μｍ〜１１μｍ）の範囲では、波長領域の全域にわたって透過率が十分に小さいＰＯＭ樹脂又はＰＥＥＫ樹脂をカバー部材７の形成材料として選択することが好適である。これらの中でも、耐熱性、耐薬品性、機械的強度、電気絶縁性、加工容易性等の観点から、ＰＥＥＫ樹脂を用いることが好適である。また、カバー部材７の表面には、筐体２の内側面と同様の黒色加工が施されていることが好適である。

カバー部材７の形成材料は、樹脂材料に限られるものではなく、セラミック材料を用いてもよい。この場合、例えばＡｌ_２Ｏ_３又はＡｌＮによってカバー部材７を形成し、表面に反射防止コーティングを施すようにしてもよい。

本体部分１６に設けられている開口部１８は、図４にも示すように、具体的には、第１の開口部分２１と、第２の開口部分２２と、第３の開口部分２３とを有している。第１の開口部分２１は、本体部分１６の厚さ方向の中央側に位置し、一方の出射端面６ａ側から出射窓８（図１参照）側に向かって大径となるテーパ状をなしている。

第１の開口部分２１のテーパ角度は、出射端面６ａから出射するレーザ光Ｌの放射角に応じて決定されている。例えばレーザ光Ｌの放射角が１４０°である場合、第１の開口部分２１のテーパ角度は１４０°（出射端面６ａの法線方向を０°として±７０°）以上に設定される。また、カバー部材７の本体部分１６の厚さが０．８ｍｍの場合、第１の開口部分２１の最小径（出射端面６ａ側の直径）は、例えば１．６ｍｍ±０．５ｍｍ程度、或いは１．５ｍｍ±０．５ｍｍ程度に設定される。また、本体部分１６の厚さ方向（出射端面６ａの法線方向）に対する第１の開口部分２１の長さは、例えば３．０ｍｍ程度に設定される。

第２の開口部分２２は、出射端面６ａ側に位置し、第１の開口部分２１の最小径以上となるように、一定の径で形成されている。第２の開口部分２２の直径は、例えば２．６ｍｍ程度に設定される。また、本体部分１６の厚さ方向に対する第２の開口部分２２の長さは、例えば２．０ｍｍ程度に設定される。

第３の開口部分２３は、出射窓８側に位置し、第２の開口部分２２の最大径（出射窓８側の直径）よりも大径となるように、一定の径で形成されている。この第３の開口部分２３は、レンズを位置決めする部分となっており、本実施形態では平凸レンズ２４が嵌め込まれている。出射端面６ａからのレーザ光Ｌは、所定の放射角をもって開口部１８を通過した後、平凸レンズ２４によって平行光化され、出射窓８から筐体２の外部に取り出される。なお、平凸レンズ２４におけるカバー部材７側の表面には、無反射コーティングが施されていることが好ましい。また、本体部分１６の厚さ方向に対する第３の開口部分２３の長さは、例えば３．０ｍｍ程度に設定される。

以上説明したように、量子カスケードレーザ装置１では、量子カスケードレーザ素子６の一方の出射端面６ａと出射窓８との間に光吸収性のカバー部材７が配置されている。このカバー部材７により、図４に示すように、他方の出射端面６ｂから出射してヒートシンク４の対向面１５ａで反射したレーザ光Ｌによる迷光や、筐体２の内側面で反射したレーザ光Ｌによる迷光が吸収され、外部への迷光の漏れを抑制できる。迷光の漏れを抑制することで、ＣＷ駆動分布帰還型の量子カスケードレーザ素子６を分光計測に用いる場面において、迷光による干渉が計測結果のベースラインに影響して計測感度を低下させてしまう問題を好適に解消できる。

また、カバー部材７には、一方の出射端面６ａと対向する位置に開口部１８が設けられている。開口部１８には、テーパ状の第１の開口部分２１が設けられているので、出射端面６ａから出射するレーザ光Ｌの放射角が大きい場合であっても、レーザ光Ｌがカバー部材７で遮られることを防止でき、出射窓８からのレーザ光Ｌの出射効率を維持できる。

一方、第１の開口部分２１の出射端面６ａ側には、第１の開口部分２１の最小径以上となる一定の径で形成された第２の開口部分２２が設けられている。これにより、出射端面６ａをカバー部材７に接触させることなく当該出射端面６ａを開口部１８に対して近接配置できる。したがって、第１の開口部分２１の開口径を絞った場合でもレーザ光Ｌがカバー部材７で遮られることが抑えられ、外部への迷光の漏れの抑制とレーザ光Ｌの出射効率の維持とを両立できる。また、第１の開口部分２１の最小径以上となる第２の開口部分２２を設けることで、カバー部材７をサブマウント５に対して組み付ける際に、出射端面６ａがカバー部材７に接触することを防止できる。

また、量子カスケードレーザ装置１では、カバー部材７の本体部分１６がサブマウント５の対向面５ｃに接し、量子カスケードレーザ素子６の一方の出射端面６ａがカバー部材７における第２の開口部分２２の開口端に位置している。これにより、一方の出射端面６ａを開口部１８に対して更に近接配置できる。

図５は、迷光出力の実験結果を示す図である。この実験では、量子カスケードレーザ素子６の一方の出射端面６ａに高反射コーティングを施し、他方の出射端面６ｂのみからレーザ光Ｌを出射させ、第１の開口部分２１の開口径（最小径）を変化させつつ、出射窓８から出射するレーザ光Ｌの強度を迷光の出力として計測した。同図に示す結果では、カバー部材７を配置しなかった場合の迷光の出力が２６ｍＷであったのに対し、カバー部材７を配置して第１の開口部分２１の開口径を絞っていくと、迷光の出力が徐々に低下していくことが分かる。

第１の開口部分２１の開口径が６ｍｍの場合では、迷光の出力は１６ｍＷ程度であり、第１の開口部分２１の開口径が４ｍｍの場合では、迷光の出力は９．８ｍＷ程度であった。また、第１の開口部分２１の開口径が２．６ｍｍの場合では、迷光の出力は４．６ｍＷ程度であり、第１の開口部分２１の開口径を１．６ｍｍとした場合では、迷光の出力は１．７３ｍＷ程度であった。さらに、第１の開口部分２１の開口径を０．８ｍｍとした場合では、迷光の出力は１．５５ｍＷ程度であった。第１の開口部分２１の開口径を１ｍｍよりも小さくすると、一方の出射端面６ａから出射するレーザ光Ｌ自体が開口部１８で遮られてしまうことが考えられる。したがって、第１の開口部分２１の開口径を例えば１ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲とすることで、外部への迷光の漏れの抑制とレーザ光Ｌの出射効率の維持とを良好に実現できる。

また、量子カスケードレーザ装置１では、開口部１８が、第１の開口部分２１の出射窓８側において平凸レンズ２４を位置決めする第３の開口部分２３を更に有している。これにより、簡単な構成で平凸レンズ２４の位置決めを実施できる。なお、第３の開口部分２３で位置決めするレンズは平凸レンズ２４に限られるものではなく、量子カスケードレーザ装置１の仕様に応じて適宜変更してもよい。

また、量子カスケードレーザ装置１では、カバー部材７において、サブマウント５の固定面５ｂに沿って、量子カスケードレーザ素子６の他方の出射端面６ｂよりもヒートシンク４側に延在する延在部分１７が設けられている。この延在部分により、他方の出射端面６ｂから出射するレーザ光Ｌをカバー部材７の延在部分１７で効率的に吸収できる。したがって、外部への迷光の漏れをより確実に抑制できる。

また、量子カスケードレーザ装置１では、ヒートシンク４が量子カスケードレーザ素子６の他方の出射端面６ｂに対して傾斜した状態で対向する対向面１５ａを有している。この対向面１５ａが傾斜していることにより、他方の出射端面６ｂから出射するレーザ光Ｌが量子カスケードレーザ素子６側に正反射して戻ることを防止できる（図４参照）。したがって、量子カスケードレーザ素子６の動作を安定化できる。本実施形態では、対向面１５ａに黒色加工が施されているため、戻り光の影響を一層確実に抑制できる。

また、量子カスケードレーザ装置１では、筐体２の内側面の全体に黒色加工が施されている。これにより、筐体２の内側面の全体で迷光が吸収されるので、外部への迷光の漏れを一層確実に抑制できる。筐体２の内側面の全体を黒色加工せず、蓋部１０の内側面のみを黒色加工してもよい。出射窓が設けられている蓋部１０の内側面を黒色加工することで、迷光を効率良く吸収できる。

図６は、変形例に係る量子カスケードレーザ装置を示す断面図である。同図に示すように、変形例に係る量子カスケードレーザ装置１は、カバー部材７に延在部分１７を設けていない点で第１実施形態と相違している。より具体的には、量子カスケードレーザ装置１では、カバー部材７における本体部分１６がサブマウント５の固定面５ｂよりも突出し、他端面１６ｂが出射窓８の位置を超えてヒートシンク４の延出部１５の先端面１５ｂの位置まで延びている。このような構成においても、量子カスケードレーザ素子６の他方の出射端面６ｂから出射したレーザ光をカバー部材７で効率的に吸収できるので、外部への迷光の漏れを抑制できる。また、カバー部材７の形状の簡単化が図られる。

１…量子カスケードレーザ装置、２…筐体、４…ヒートシンク、５…サブマウント、５ｂ…固定面、５ｃ…対向面、６…量子カスケードレーザ素子、６ａ…一方の出射端面、６ｂ…他方の出射端面、７…カバー部材、８…出射窓、９…本体部、１０…蓋部、１５ａ…対向面、１７…延在部分、１８…開口部、２１…第１の開口部分、２２…第２の開口部分、２３…第３の開口部分、Ｌ…レーザ光。

Claims (9)

1. レーザ光を外部に出射させる出射窓を有する中空の筐体を備え、
   前記筐体の内部には、
   ヒートシンクと、
   前記ヒートシンクに固定されたサブマウントと、
   前記サブマウントに固定された量子カスケードレーザ素子と、
   前記量子カスケードレーザ素子の一方の出射端面と前記出射窓との間に位置するように前記サブマウントに対向して配置され、前記量子カスケードレーザ素子の前記一方の出射端面及び他方の出射端面から出射するレーザ光に対する光吸収性を有するカバー部材と、が設けられ、
   前記量子カスケードレーザ素子の前記一方の出射端面と、前記サブマウントにおける前記カバー部材との対向面とが面一となっており、
   前記カバー部材は、前記一方の出射端面と対向する位置に前記レーザ光を前記出射窓に向けて通過させる開口部を有し、
   前記開口部は、前記一方の出射端面側から前記出射窓側に向かって大径となるテーパ状の第１の開口部分と、前記第１の開口部分の前記一方の出射端面側において前記第１の開口部分の最小径以上となる一定の径で形成された第２の開口部分と、を有している量子カスケードレーザ装置。
2. 前記カバー部材は、前記サブマウントにおける前記カバー部材との対向面に接し、
   前記量子カスケードレーザ素子の前記一方の出射端面は、前記カバー部材における前記第２の開口部分の開口端に位置している請求項１記載の量子カスケードレーザ装置。
3. 前記開口部は、前記第１の開口部分の前記出射窓側においてレンズを位置決めする第３の開口部分を更に有している請求項１又は２記載の量子カスケードレーザ装置。
4. 前記カバー部材は、前記サブマウントにおける前記量子カスケードレーザ素子の固定面に沿って、前記量子カスケードレーザ素子の前記他方の出射端面よりも前記ヒートシンク側に延在する延在部分を有している請求項１〜３のいずれか一項記載の量子カスケードレーザ装置。
5. 前記ヒートシンクは、前記量子カスケードレーザ素子の前記他方の出射端面に対して傾斜した状態で対向する対向面を有している請求項１〜４のいずれか一項記載の量子カスケードレーザ装置。
6. 前記筐体は、有底の本体部と、前記出射窓が設けられた蓋部と、によって構成され、
   前記蓋部の内側面に黒色加工が施されている請求項１〜５のいずれか一項記載の量子カスケードレーザ装置。
7. 前記筐体の内側面の全体に黒色加工が施されている請求項１〜６のいずれか一項記載の量子カスケードレーザ装置。
8. 前記筐体内には、乾燥窒素が充填されている請求項１〜７のいずれか一項記載の量子カスケードレーザ装置。
9. 前記量子カスケードレーザ素子は、ＣＷ駆動分布帰還型レーザ素子である請求項１〜８のいずれか一項記載の量子カスケードレーザ装置。

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