JP2017098532A - Face light emission laser array and laser device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the uniformity of light intensity in a light emission area.SOLUTION: A face light emission laser array comprises: a light emission area 14 in which a plurality of face light emission laser elements 21 are arranged; and a current path along which current is supplied to the face light emission laser elements 21 from an outer peripheral part 26 of the light emission area 14. The interval between the face light emission laser elements 21 in the outer peripheral part 26 of the light emission area 14 is larger than that in a central part 25 thereof. The light emission area 14 has a shape that is point-symmetrical around the center part 25. The light emission area 14 includes three or more areas 41, 42, 43 of different intervals D1, D2, D3.SELECTED DRAWING: Figure 8

Description

本発明は、面発光レーザアレイ及びレーザ装置に関する。   The present invention relates to a surface emitting laser array and a laser apparatus.

レーザ光源として、複数の面発光レーザ素子(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser)が平面的に配置された面発光レーザアレイが用いられている。   As a laser light source, a surface emitting laser array in which a plurality of surface emitting laser elements (VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser) are arranged in a plane is used.

例えば、高密度に配置された発光素子(面発光レーザ素子)が発生させる熱の悪影響を軽減することを目的として、複数の発光素子間の間隔が発光領域の外周部より中心部の方が大きい面発光レーザアレイが開示されている(特許文献1)。   For example, in order to reduce the adverse effect of heat generated by light emitting elements (surface emitting laser elements) arranged at high density, the distance between the plurality of light emitting elements is larger in the central portion than in the outer peripheral portion of the light emitting region. A surface emitting laser array is disclosed (Patent Document 1).

面発光レーザアレイの電流経路として、電流を発光領域の外周部から各発光素子に供給する経路が考えられる。このような電流経路を採用した面発光レーザアレイにおいては、複数の発光素子が発光領域全体にわたって均一に配置されていると、発光領域の外周部の電流密度が中心部の電流密度より大きくなる。このような電流密度の偏りが生ずると、外周部近傍に配置された発光素子の光強度が中心部近傍に配置された発光素子の光強度より大きくなるため、発光領域内における光強度の均一性が損なわれる。   As a current path of the surface emitting laser array, a path for supplying current from the outer peripheral portion of the light emitting region to each light emitting element can be considered. In a surface emitting laser array employing such a current path, when a plurality of light emitting elements are uniformly arranged over the entire light emitting region, the current density at the outer peripheral portion of the light emitting region is larger than the current density at the central portion. When such a current density deviation occurs, the light intensity of the light emitting element arranged near the outer peripheral portion becomes larger than the light intensity of the light emitting element arranged near the central portion. Is damaged.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、発光領域内における光強度の均一性を向上させることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to improve the uniformity of light intensity in a light emitting region.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数の面発光レーザ素子が配置された発光領域と、電流を前記発光領域の外周部から前記面発光レーザ素子に供給する電流経路とを備え、前記複数の面発光レーザ素子間の間隔は、前記発光領域の中心部側より前記外周部側の方が大きい面発光レーザアレイである。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention includes a light emitting region in which a plurality of surface emitting laser elements are arranged, and a current that supplies current from the outer periphery of the light emitting region to the surface emitting laser element. A surface-emitting laser array in which the distance between the plurality of surface-emitting laser elements is larger on the outer peripheral side than on the center side of the light-emitting region.

本発明によれば、発光領域内における光強度の均一性を向上させることが可能となる。   According to the present invention, it is possible to improve the uniformity of the light intensity in the light emitting region.

図1は、実施の形態にかかる面発光レーザアレイの構成を示す側面断面図である。FIG. 1 is a side sectional view showing a configuration of a surface emitting laser array according to an embodiment. 図2は、実施の形態にかかる発光素子の構成を示す側面断面図である。FIG. 2 is a side cross-sectional view showing the configuration of the light emitting device according to the embodiment. 図3は、実施の形態にかかる面発光レーザアレイがサブマウント上にボンディングされた状態を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a state in which the surface emitting laser array according to the embodiment is bonded onto the submount. 図4は、実施の形態にかかる面発光レーザアレイの構成を示す上面図である。FIG. 4 is a top view showing the configuration of the surface emitting laser array according to the embodiment. 図5は、実施の形態にかかる発光素子の配列及び間隔の第1の例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a first example of the arrangement and interval of the light emitting elements according to the embodiment. 図6は、実施の形態にかかる発光素子の配列及び間隔の第2の例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a second example of the arrangement and interval of the light emitting elements according to the embodiment. 図7は、実施の形態の第1の例にかかる発光領域を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a light emitting region according to the first example of the embodiment. 図8は、図7に示す発光領域における発光素子の間隔を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing the interval between the light emitting elements in the light emitting region shown in FIG. 図9は、実施の形態にかかる面発光レーザアレイの電流量と光強度との関係を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between the amount of current and the light intensity of the surface emitting laser array according to the embodiment. 図10は、実施の形態にかかる発光領域と光強度との対応関係を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a correspondence relationship between the light emitting region and the light intensity according to the embodiment. 図11は、実施の形態の第2の例にかかる発光領域を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a light emitting region according to a second example of the embodiment. 図12は、実施の形態の第3の例にかかる発光領域を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating a light emitting region according to a third example of the embodiment. 図13は、実施の形態の第4の例にかかる発光領域を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a light emitting region according to a fourth example of the embodiment. 図14は、実施の形態の第5の例にかかる発光領域を示す図である。FIG. 14 is a diagram illustrating a light emitting region according to a fifth example of the embodiment. 図15は、実施の形態の第6の例にかかる発光領域を示す図である。FIG. 15 is a diagram illustrating a light emitting region according to a sixth example of the embodiment. 図16は、実施の形態の第7の例にかかる発光領域を示す図である。FIG. 16 is a diagram illustrating a light emitting region according to a seventh example of the embodiment. 図17は、実施の形態の第8の例にかかる発光領域を示す図である。FIG. 17 is a diagram illustrating a light emitting region according to an eighth example of the embodiment. 図18は、実施の形態の第8の例にかかる発光領域内の各領域における発光素子の間隔を示す図である。FIG. 18 is a diagram illustrating the spacing of the light emitting elements in each region within the light emitting region according to the eighth example of the embodiment. 図19は、実施の形態にかかるエンジンの主要部の構成を模式的に示す図である。FIG. 19 is a diagram schematically illustrating a configuration of a main part of the engine according to the embodiment. 図20は、実施の形態にかかる点火装置の構成を示す図である。FIG. 20 is a diagram illustrating a configuration of the ignition device according to the embodiment. 図21は、実施の形態にかかるレーザ共振器の構成を示す図である。FIG. 21 is a diagram illustrating a configuration of a laser resonator according to the embodiment.

図1は、実施の形態にかかる面発光レーザアレイ1の構成を示す側面断面図である。面発光レーザアレイ1は、半導体基板11、上部電極12(陽電極)、下部電極13(陰電極)、及び発光領域14を含む。   FIG. 1 is a side sectional view showing a configuration of a surface emitting laser array 1 according to an embodiment. The surface emitting laser array 1 includes a semiconductor substrate 11, an upper electrode 12 (positive electrode), a lower electrode 13 (negative electrode), and a light emitting region 14.

発光領域14には、複数の面発光レーザ素子(以下、発光素子と略記する)21が平面的に配置されている。各発光素子21は、発光領域14の面に垂直な方向(Z方向)にレーザ光22を射出する。なお、図1に示す発光素子21の数は単なる例示であり、実際の面発光レーザアレイ1における発光素子21の数を示唆するものではない。   In the light emitting region 14, a plurality of surface emitting laser elements (hereinafter abbreviated as light emitting elements) 21 are arranged in a plane. Each light emitting element 21 emits laser light 22 in a direction (Z direction) perpendicular to the surface of the light emitting region 14. The number of light emitting elements 21 shown in FIG. 1 is merely an example, and does not suggest the number of light emitting elements 21 in the actual surface emitting laser array 1.

面発光レーザアレイ1は、各発光素子21に電流を供給する電流経路を含む。電流経路は、上部電極12及び下部電極13を含む。   The surface emitting laser array 1 includes a current path for supplying a current to each light emitting element 21. The current path includes the upper electrode 12 and the lower electrode 13.

上部電極12は、半導体基板11の上面(Z方向側の面)に配置されている。下部電極13は、半導体基板11の下面(Z方向とは反対側の面)に配置されている。上部電極12及び下部電極13の主要構成材料は、Auであることが好ましいが、Cu等であってもよい。上部電極12は陽極として機能し、下部電極13は陰極として機能する。上部電極12及び下部電極13の両方又はどちらか一方は、全ての発光素子21と接続する共通電極であってもよい。上部電極12及び下部電極13が共通電極である場合には、複雑な電流経路を構築することなく、複数の発光素子21を同時に駆動させることができる。   The upper electrode 12 is disposed on the upper surface (surface on the Z direction side) of the semiconductor substrate 11. The lower electrode 13 is disposed on the lower surface (surface opposite to the Z direction) of the semiconductor substrate 11. The main constituent material of the upper electrode 12 and the lower electrode 13 is preferably Au, but may be Cu or the like. The upper electrode 12 functions as an anode, and the lower electrode 13 functions as a cathode. Both or one of the upper electrode 12 and the lower electrode 13 may be a common electrode connected to all the light emitting elements 21. When the upper electrode 12 and the lower electrode 13 are common electrodes, a plurality of light emitting elements 21 can be driven simultaneously without constructing a complicated current path.

図2は、実施の形態にかかる発光素子21の構成を示す側面断面図である。発光素子21は、半導体基板11、上部電極12、下部電極13、反射層31,32、活性層33、選択酸化層34、コンタクト層35、及び射出口37を含む。電流が上部電極12から下部電極13へ流通することにより、Z方向と平行な方向に共振したレーザ光22が射出口37からZ方向に射出される。なお、図2に示す構成は単なる例示であり、発光素子21の構成としては、VCSELに関する公知又は新規な構成を適宜採用することができる。   FIG. 2 is a side sectional view showing a configuration of the light emitting element 21 according to the embodiment. The light emitting element 21 includes a semiconductor substrate 11, an upper electrode 12, a lower electrode 13, reflection layers 31 and 32, an active layer 33, a selective oxidation layer 34, a contact layer 35, and an emission port 37. When the current flows from the upper electrode 12 to the lower electrode 13, the laser beam 22 resonated in the direction parallel to the Z direction is emitted from the emission port 37 in the Z direction. The configuration illustrated in FIG. 2 is merely an example, and as the configuration of the light-emitting element 21, a known or novel configuration related to the VCSEL can be appropriately employed.

図3は、実施の形態にかかる面発光レーザアレイ1がサブマウント51上にボンディングされた状態を示す図である。サブマウント51は、基板61、陽極膜62、陰極膜63、陽極ロッド64、及び陰極ロッド65を含む。陽極膜62及び陰極膜63は、Au、Cu等の導電性の材料からなる部材であり、セラミックス等からなる基板61上に蒸着等により固定されている。陽極膜62は、上面視凹形状を有する。陰極膜63は、上面視凸形状を有する。陽極膜62及び陰極膜63は、陽極膜62の凹部と陰極膜63の凸部とが嵌合するように、且つ陽極膜62と陰極膜63との間に所定の隙間が形成されるように、配置されている。陽極ロッド64及び陰極ロッド65は、Au、Cu等の導電性の材料からなる部材である。陽極ロッド64の一端側は電源の陽電極に接続し、他端側は陽極膜62に接続している。陰極ロッド65の一端側は電源の陰電極に接続し、他端側は陰極膜63に接続している。   FIG. 3 is a diagram illustrating a state in which the surface emitting laser array 1 according to the embodiment is bonded onto the submount 51. The submount 51 includes a substrate 61, an anode film 62, a cathode film 63, an anode rod 64, and a cathode rod 65. The anode film 62 and the cathode film 63 are members made of a conductive material such as Au or Cu, and are fixed on the substrate 61 made of ceramics or the like by vapor deposition or the like. The anode film 62 has a concave shape when viewed from above. The cathode film 63 has a convex shape when viewed from above. The anode film 62 and the cathode film 63 are formed so that the concave portion of the anode film 62 and the convex portion of the cathode film 63 are fitted, and a predetermined gap is formed between the anode film 62 and the cathode film 63. Have been placed. The anode rod 64 and the cathode rod 65 are members made of a conductive material such as Au or Cu. One end of the anode rod 64 is connected to the positive electrode of the power source, and the other end is connected to the anode film 62. One end side of the cathode rod 65 is connected to the negative electrode of the power source, and the other end side is connected to the cathode film 63.

本実施の形態にかかる面発光レーザアレイ1は、陰極膜63上にダイボンディングされており、面発光レーザアレイ1の下部電極13は、陰極膜63と接続している。面発光レーザアレイ1の上部電極12は、複数のボンディングワイヤ71を介して陽極膜62と接続している。ボンディングワイヤ71は、面発光レーザアレイ1の4辺のうち陽極膜62と対峙する3辺に沿って設置されている。   The surface emitting laser array 1 according to the present embodiment is die-bonded on the cathode film 63, and the lower electrode 13 of the surface emitting laser array 1 is connected to the cathode film 63. The upper electrode 12 of the surface emitting laser array 1 is connected to the anode film 62 via a plurality of bonding wires 71. The bonding wires 71 are installed along three sides facing the anode film 62 among the four sides of the surface emitting laser array 1.

上記のように面発光レーザアレイ1とサブマウント51とが接続されることにより、電流は、上部電極12を介して発光領域14の外周部から各発光素子21に供給される。なお、電流経路(発光領域14の外周部から各発光素子21に電流を供給する経路)は、上記に限られるものではなく、公知又は新規な構成を適宜利用して構築され得るものである。   By connecting the surface emitting laser array 1 and the submount 51 as described above, current is supplied to each light emitting element 21 from the outer periphery of the light emitting region 14 via the upper electrode 12. Note that the current path (path for supplying current from the outer peripheral portion of the light emitting region 14 to each light emitting element 21) is not limited to the above, and can be constructed by appropriately using a known or novel configuration.

図4は、実施の形態にかかる面発光レーザアレイ1の構成を示す上面図である。本例では、正方形の上部電極12(半導体基板11)の中央に円形の発光領域14が形成されている。発光領域14は、中心部25を対称点とする点対称な形状であることが好ましい。   FIG. 4 is a top view showing the configuration of the surface emitting laser array 1 according to the embodiment. In this example, a circular light emitting region 14 is formed in the center of the square upper electrode 12 (semiconductor substrate 11). The light emitting region 14 preferably has a point-symmetric shape with the central portion 25 as a symmetry point.

本例にかかる発光領域14は、第1の領域41、第2の領域42、及び第3の領域43を含む。第1の領域41、第2の領域42、及び第3の領域43は、それぞれ内部に配置された複数の発光素子21間の間隔が異なっている。第1の領域41における発光素子21の間隔は、第2の領域42及び第3の領域43における発光素子21の間隔より小さい。第2の領域42における発光素子21の間隔は、第1の領域41における発光素子21の間隔より大きく、第3の領域43における発光素子21の間隔より小さい。第3の領域43における発光素子21の間隔は、第1の領域41及び第2の領域42における発光素子21の間隔より大きい。発光素子21の間隔が異なる領域の数は多い程好ましく、3水準以上であることが好ましい。また、発光素子21の間隔の変化はシームレスであってもよい。   The light emitting region 14 according to this example includes a first region 41, a second region 42, and a third region 43. The first region 41, the second region 42, and the third region 43 have different intervals between the plurality of light emitting elements 21 disposed inside. The interval between the light emitting elements 21 in the first region 41 is smaller than the interval between the light emitting elements 21 in the second region 42 and the third region 43. The interval between the light emitting elements 21 in the second region 42 is larger than the interval between the light emitting elements 21 in the first region 41 and smaller than the interval between the light emitting elements 21 in the third region 43. The interval between the light emitting elements 21 in the third region 43 is larger than the interval between the light emitting elements 21 in the first region 41 and the second region 42. The number of regions with different intervals between the light emitting elements 21 is preferably as large as possible, and is preferably 3 levels or more. Moreover, the change of the space | interval of the light emitting element 21 may be seamless.

図5は、実施の形態にかかる発光素子21の配列及び間隔の第1の例を示す図である。本例にかかる複数の発光素子21は、X方向の間隔が均等になるように、且つY方向に隣接する2つの発光素子21の位置が互いにずれるように配置されている。同図中Dxは、X方向に隣接する2つの発光素子21間の間隔である。同図中Dyは、Y方向に隣接する2つの素子列(X方向に均等に配置された複数の発光素子21からなる素子列)間の間隔である。   FIG. 5 is a diagram illustrating a first example of the arrangement and interval of the light emitting elements 21 according to the embodiment. The plurality of light emitting elements 21 according to this example are arranged so that the intervals in the X direction are uniform and the positions of the two light emitting elements 21 adjacent in the Y direction are shifted from each other. In the figure, Dx is an interval between two light emitting elements 21 adjacent in the X direction. In the figure, Dy is an interval between two element rows adjacent to the Y direction (an element row made up of a plurality of light emitting elements 21 equally arranged in the X direction).

図6は、実施の形態にかかる発光素子21の配列及び間隔の第2の例を示す図である。本例にかかる複数の発光素子21は、X方向の間隔及びY方向の間隔がそれぞれ均等になるように配置されている。同図中Dxは、X方向に隣接する2つの発光素子21間の間隔である。同図中Dyは、Y方向に隣接する2つの発光素子21間の間隔である。   FIG. 6 is a diagram illustrating a second example of the arrangement and interval of the light emitting elements 21 according to the embodiment. The plurality of light emitting elements 21 according to this example are arranged so that the intervals in the X direction and the intervals in the Y direction are equal. In the figure, Dx is an interval between two light emitting elements 21 adjacent in the X direction. In the figure, Dy is an interval between two light emitting elements 21 adjacent in the Y direction.

上記Dx,Dyに例示されるような発光素子21の間隔を変化させることにより、上記第1の領域41、第2の領域42、及び第3の領域43を形成することができる。例えば、第1の領域41におけるDx,Dyを第2の領域42及び第3の領域43におけるDx,Dyより小さくし、第2の領域42におけるDx,Dyを第1の領域41におけるDx,Dyより大きくすると共に第3の領域43におけるDx,Dyより小さくし、第3の領域43におけるDx,Dyを第1の領域41及び第2の領域42におけるDx,Dyより大きくすればよい。なお、発光素子21の配列、間隔、形状等は、上記に限られるものではなく、公知又は新規な構成を適宜適用し得るものである。   The first region 41, the second region 42, and the third region 43 can be formed by changing the distance between the light emitting elements 21 as exemplified by the above Dx and Dy. For example, Dx and Dy in the first region 41 are made smaller than Dx and Dy in the second region 42 and the third region 43, and Dx and Dy in the second region 42 are Dx, Dy in the first region 41. It may be made larger and smaller than Dx and Dy in the third region 43, and Dx and Dy in the third region 43 may be made larger than Dx and Dy in the first region 41 and the second region 42. In addition, the arrangement | sequence, space | interval, shape, etc. of the light emitting element 21 are not restricted above, A well-known or novel structure can be applied suitably.

図7は、実施の形態の第1の例にかかる発光領域14を示す図である。図8は、図7に示す発光領域14における発光素子21の間隔D1,D2,D3(上記Dxに相当)を示す図である。第1の領域41における発光素子21の間隔D1、第2の領域42における発光素子21の間隔D2、及び第3の領域43における発光素子21の間隔D3は、D1<D2<D3の関係を有する。   FIG. 7 is a diagram illustrating the light emitting region 14 according to the first example of the embodiment. FIG. 8 is a diagram showing intervals D1, D2, D3 (corresponding to Dx) of the light emitting elements 21 in the light emitting region 14 shown in FIG. The distance D1 between the light emitting elements 21 in the first region 41, the distance D2 between the light emitting elements 21 in the second region 42, and the distance D3 between the light emitting elements 21 in the third region 43 have a relationship of D1 <D2 <D3. .

なお、上記D1<D2<D3のような発光素子21の間隔に関する関係は、必ずしも全ての発光素子21について成り立たなければならない訳ではない。例えば、第1の領域41における発光素子21の密度をDe1、第2の領域42における発光素子21の密度をDe2、及び第3の領域43における発光素子21の密度をDe3とするとき、De1>De2>De3の関係が成り立つことにより、上記D1<D2<D3の関係が成り立つことによる効果と同様の効果を得ることができる。図8に示す例では、第1の領域41における単位面積S1あたりの発光素子21の数が14個であり、第2の領域42における単位面積S1あたりの発光素子21の数が4個であり、第3の領域43における単位面積S1あたりの発光素子21の数が3個である。このような密度の大小関係が、各領域41,42,43全体として保たれていれば、D1<D2<D3の関係が部分的に保たれていなくてもよい場合がある。   Note that the relationship regarding the interval between the light emitting elements 21 such as D1 <D2 <D3 does not necessarily have to hold for all the light emitting elements 21. For example, when the density of the light emitting element 21 in the first region 41 is De1, the density of the light emitting element 21 in the second region 42 is De2, and the density of the light emitting element 21 in the third region 43 is De3> De1> When the relationship of De2> De3 is established, the same effect as that obtained by the relationship of D1 <D2 <D3 can be obtained. In the example shown in FIG. 8, the number of light emitting elements 21 per unit area S1 in the first region 41 is 14, and the number of light emitting elements 21 per unit area S1 in the second region 42 is four. The number of the light emitting elements 21 per unit area S1 in the third region 43 is three. If such a magnitude relationship is maintained for the regions 41, 42, and 43 as a whole, the relationship of D1 <D2 <D3 may not be partially maintained.

なお、図7及び図8に示す形状、発光素子21の数等は、説明のための単なる例示であり、実際の面発光レーザアレイ1の形状、発光素子21の数等を示唆するものではない。例えば、実際の面発光レーザアレイ1における発光素子21の数は、数万以上であり得る。例えば、発光領域14の直径が9mm、上部電極12(半導体基板11)の大きさ・形状が12mm×12mmの正方形、各発光素子21の大きさ・形状が30μm×30μmの正方形、第1の領域41の半径が2.2mm、第2の領域42の半径が3.4mm、第3の領域43の半径が4.5mm、D1が10μm、D2が15μm、D3が20μm、発光素子21の個数が36054個である面発光レーザアレイ1を製造し得る。   The shape shown in FIGS. 7 and 8, the number of light emitting elements 21, and the like are merely illustrative examples, and do not suggest the actual shape of the surface emitting laser array 1, the number of light emitting elements 21, or the like. . For example, the number of light emitting elements 21 in the actual surface emitting laser array 1 may be tens of thousands or more. For example, the light emitting region 14 has a diameter of 9 mm, the upper electrode 12 (semiconductor substrate 11) has a size / shape of 12 mm × 12 mm square, the light emitting elements 21 have a size / shape of 30 μm × 30 μm square, the first region The radius of 41 is 2.2 mm, the radius of the second region 42 is 3.4 mm, the radius of the third region 43 is 4.5 mm, D1 is 10 μm, D2 is 15 μm, D3 is 20 μm, and the number of light emitting elements 21 is 3604 surface emitting laser arrays 1 can be manufactured.

図9は、実施の形態にかかる面発光レーザアレイ1の電流量と光強度との関係を示す図である。実線で示す線45は、本実施の形態にかかる面発光レーザアレイ1における電流量と光強度との関係を示している。破線で示す線46は、従来の面発光レーザアレイにおける電流量と光強度との関係を示している。   FIG. 9 is a diagram illustrating the relationship between the amount of current and the light intensity of the surface emitting laser array 1 according to the embodiment. A line 45 indicated by a solid line indicates the relationship between the amount of current and the light intensity in the surface emitting laser array 1 according to the present embodiment. A line 46 indicated by a broken line indicates the relationship between the amount of current and the light intensity in the conventional surface emitting laser array.

線45に対応する本実施の形態にかかる面発光レーザアレイ1と線46に対応する従来の面発光レーザアレイとは、発光素子21の配置及び個数が異なっている。本実施の形態にかかる面発光レーザアレイ1の発光素子21は、上述したように、その間隔が発光領域14の中心部25側より外周部26側の方が大きくなるように配置されている。これに対し、従来の面発光レーザアレイの発光素子は、その間隔が発光領域全体にわたって均一になるように配置されている。その結果、本実施の形態における発光素子21の数は、従来の面発光レーザアレイにおける発光素子の数より少なくなっている。例えば図9は、本実施の形態における発光素子21が36054個であり、従来における発光素子が45911個である場合の結果を示している。   The surface emitting laser array 1 according to the present embodiment corresponding to the line 45 and the conventional surface emitting laser array corresponding to the line 46 are different in arrangement and number of light emitting elements 21. As described above, the light emitting elements 21 of the surface emitting laser array 1 according to the present embodiment are arranged so that the distance between them is larger on the outer peripheral portion 26 side than on the central portion 25 side of the light emitting region 14. On the other hand, the light emitting elements of the conventional surface emitting laser array are arranged so that the intervals are uniform over the entire light emitting region. As a result, the number of light emitting elements 21 in the present embodiment is smaller than the number of light emitting elements in the conventional surface emitting laser array. For example, FIG. 9 shows the results when the number of light emitting elements 21 in the present embodiment is 36054 and the number of conventional light emitting elements is 45911.

図9に示すように、本実施の形態にかかる面発光レーザアレイ1における電流量と光強度との関係は、従来の面発光レーザアレイにおける電流量と光強度との関係と略一致する。すなわち、本実施の形態によれば、従来よりも少ない発光素子21を用い、電流量を増加させることなく、従来と同等の光強度を得ることが可能となる。   As shown in FIG. 9, the relationship between the amount of current and the light intensity in the surface emitting laser array 1 according to the present embodiment is substantially the same as the relationship between the amount of current and the light intensity in the conventional surface emitting laser array. That is, according to the present embodiment, it is possible to obtain light intensity equivalent to that of the prior art by using fewer light emitting elements 21 than in the past and without increasing the amount of current.

図10は、実施の形態にかかる発光領域14と光強度との対応関係を示す図である。実線で示す線47は、本実施の形態にかかる発光領域14に対応する光強度を示している。破線で示す線48は、従来の発光領域に対応する光強度を示している。   FIG. 10 is a diagram illustrating a correspondence relationship between the light emitting region 14 and the light intensity according to the embodiment. A line 47 indicated by a solid line indicates the light intensity corresponding to the light emitting region 14 according to the present embodiment. A line 48 indicated by a broken line indicates the light intensity corresponding to the conventional light emitting region.

線47及び線48が示すように、本実施の形態及び従来構造共に、発光領域14の中心部25における光強度が外周部26における光強度より弱くなる。これは、各発光素子21を駆動させる電流が外周部26から供給されることにより、中心部25における電流密度が外周部26における電流密度より小さくなるためである。   As indicated by the lines 47 and 48, the light intensity at the central portion 25 of the light emitting region 14 is lower than the light intensity at the outer peripheral portion 26 in both the present embodiment and the conventional structure. This is because the current density at the central portion 25 is smaller than the current density at the outer peripheral portion 26 by supplying the current for driving each light emitting element 21 from the outer peripheral portion 26.

線47が示す本実施の形態における外周部26の光強度と中心部25の光強度との差Δ1は、線48が示す従来構造における外周部26の光強度と中心部25の光強度との差Δ2よりも小さい。これは、本実施の形態においては、上述したように外周部26に近い領域ほど発光素子21間の間隔が大きくなっているため、外周部26に近い領域における電流消費が抑えられ、中心部25に十分な量の電流が供給されるからである。これにより、中心部25における光強度の低下が抑えられ、発光領域14全体における光強度の均一性が向上される。   The difference Δ1 between the light intensity of the outer peripheral portion 26 and the light intensity of the central portion 25 in the present embodiment indicated by the line 47 is the difference between the light intensity of the outer peripheral portion 26 and the light intensity of the central portion 25 in the conventional structure indicated by the line 48. It is smaller than the difference Δ2. In the present embodiment, as described above, since the distance between the light emitting elements 21 is larger in the region closer to the outer peripheral portion 26 as described above, current consumption in the region closer to the outer peripheral portion 26 is suppressed, and the central portion 25 is reduced. This is because a sufficient amount of current is supplied. Thereby, the fall of the light intensity in the center part 25 is suppressed, and the uniformity of the light intensity in the whole light emission area | region 14 is improved.

上記実施の形態においては、図7に示す円形の発光領域14を例として説明したが、発光領域はこれに限られるものではない。以下に、発光領域のバリエーションを示す。   In the above embodiment, the circular light emitting region 14 shown in FIG. 7 has been described as an example, but the light emitting region is not limited to this. Below, the variation of the light emission area | region is shown.

図11は、実施の形態の第2の例にかかる発光領域50を示す図である。本例の発光領域50は、中心部25を点対称点とする正方形である。このような形状であっても、上記第1の例にかかる発光領域14と同様の作用効果を得ることができる。   FIG. 11 is a diagram illustrating the light emitting region 50 according to the second example of the embodiment. The light emitting region 50 of this example is a square with the central portion 25 as a point symmetry point. Even if it is such a shape, the effect similar to the light emission area | region 14 concerning the said 1st example can be acquired.

図12は、実施の形態の第3の例にかかる発光領域60を示す図である。本例の発光領域60は、中心部25を点対称点とする長方形である。このような形状であっても、上記第1の例にかかる発光領域14と同様の作用効果を得ることができる。   FIG. 12 is a diagram illustrating a light emitting region 60 according to a third example of the embodiment. The light emitting region 60 in this example is a rectangle having the central portion 25 as a point symmetry point. Even if it is such a shape, the effect similar to the light emission area | region 14 concerning the said 1st example can be acquired.

図13は、実施の形態の第4の例にかかる発光領域70を示す図である。本例の発光領域70は、中心部25を点対称点とする正六角形である。このような形状であっても、上記第1の例にかかる発光領域14と同様の作用効果を得ることができる。   FIG. 13 is a diagram illustrating a light emitting region 70 according to a fourth example of the embodiment. The light emitting region 70 of this example is a regular hexagon with the central portion 25 as a point symmetry point. Even if it is such a shape, the effect similar to the light emission area | region 14 concerning the said 1st example can be acquired.

図14は、実施の形態の第5の例にかかる発光領域80を示す図である。本例の発光領域80は、中心部25を点対称点とする正八角形である。このような形状であっても、上記第1の例にかかる発光領域14と同様の作用効果を得ることができる。   FIG. 14 is a diagram illustrating a light emitting region 80 according to a fifth example of the embodiment. The light emitting region 80 in this example is a regular octagon with the central portion 25 as a point symmetry point. Even if it is such a shape, the effect similar to the light emission area | region 14 concerning the said 1st example can be acquired.

上記のように、発光領域50,60,70,80は多角形であってもよく、一般的に円に近い形状であること、すなわち頂点の数が比較的多い多角形であることが好ましい。   As described above, the light emitting regions 50, 60, 70, and 80 may be polygonal, and generally have a shape close to a circle, that is, a polygon having a relatively large number of vertices.

図15は、実施の形態の第6の例にかかる発光領域90を示す図である。本例の発光領域90は、図7に示す第1の例にかかる発光領域14と同様に円形であるが、その内部に配置された複数の発光素子21が中心部25から放射状に配置されている。このような形状であっても、上記第1の例にかかる発光領域14と同様の作用効果を得ることができる。   FIG. 15 is a diagram illustrating a light emitting region 90 according to a sixth example of the embodiment. The light emitting area 90 of this example is circular like the light emitting area 14 according to the first example shown in FIG. 7, but a plurality of light emitting elements 21 arranged inside thereof are arranged radially from the central portion 25. Yes. Even if it is such a shape, the effect similar to the light emission area | region 14 concerning the said 1st example can be acquired.

図16は、実施の形態の第7の例にかかる発光領域93を示す図である。本例の発光領域93は、第1の領域41、第2の領域42、第3の領域43、及び第4の領域44を含む。第1の領域41における発光素子21の間隔をD1(図8参照)、第2の領域42における発光素子21の間隔をD2(図8参照)、第3の領域における発光素子21の間隔を間隔D3(図8参照)、第4の領域44における発光素子21の間隔をD4(図16参照)とするとき、D1<D2<D3<D4の関係が成り立つ。このように、発光素子21の間隔が異なる領域の数を4つにすることにより、図7に示す第1の例のように領域の数が3つである場合よりも、発光領域93内における光強度の均一性を向上させる効果をより大きくすることができる。なお、領域の数は5つ以上であってもよい。   FIG. 16 is a diagram illustrating a light emitting region 93 according to a seventh example of the embodiment. The light emitting region 93 of this example includes a first region 41, a second region 42, a third region 43, and a fourth region 44. The distance between the light emitting elements 21 in the first area 41 is D1 (see FIG. 8), the distance between the light emitting elements 21 in the second area 42 is D2 (see FIG. 8), and the distance between the light emitting elements 21 in the third area is the distance. When the distance between the light emitting elements 21 in the fourth region 44 is D4 (see FIG. 16), the relationship of D1 <D2 <D3 <D4 is established. Thus, by setting the number of regions having different intervals of the light emitting elements 21 to four, the number of regions in the light emitting region 93 is larger than that in the case of three regions as in the first example shown in FIG. The effect of improving the uniformity of light intensity can be further increased. Note that the number of regions may be five or more.

図17は、実施の形態の第8の例にかかる発光領域95を示す図である。本例の発光領域95は、第1の領域41、第2の領域42、及び第3の領域43を含む。本例の発光領域95内に配置された複数の発光素子21は、図7に示す第1の例のように整然と配列された発光素子21とは異なり、ある程度ランダムに配列されている。   FIG. 17 is a diagram illustrating a light emitting region 95 according to an eighth example of the embodiment. The light emitting region 95 of this example includes a first region 41, a second region 42, and a third region 43. Unlike the light emitting elements 21 arranged in an orderly manner as in the first example shown in FIG. 7, the plurality of light emitting elements 21 arranged in the light emitting region 95 of this example are arranged at random to some extent.

図18は、実施の形態の第8の例にかかる発光領域95内の各領域41,42,43における発光素子21の間隔D1,D2,D3を示す図である。上記のように、本例においては発光素子21がある程度ランダムに配列されているため、本例にかかる間隔D1,D2,D3は、それぞれある程度の幅(誤差)を有している。最も中心部25側に位置する領域41(相対的に中心部25側に位置する領域)における間隔D1の最大値は、2番目に中心部25側に位置する領域42(相対的に外周部26側に位置する領域)における間隔D2の最小値より小さく、2番目に中心部25側に位置する領域42(相対的に中心部25側に位置する領域)における間隔D2の最大値は、最も外周部26側に位置する領域43(相対的に外周部26側に位置する領域)における間隔D3の最小値より小さいことが好ましい。例えば、定数d1,d2,d3,d4がd1<d2<d3<d4の関係を有するとき、間隔D1はd1≦D1<d2を満たし、間隔D2はd2≦D2<d3を満たし、間隔D3はd3≦D3<d4を満たすことが好ましい。このような関係を満たすことにより、各領域41,42,43における各間隔D1,D2,D3がそれぞれある程度の幅を有する場合であっても、発光領域95全体として間隔D1,D2,D3が中心部25から外周部26へ向かって徐々に大きくなるという関係を保つことができ、発光領域95内における光強度の均一性を向上させることができる。   FIG. 18 is a diagram illustrating the intervals D1, D2, and D3 of the light emitting elements 21 in the regions 41, 42, and 43 in the light emitting region 95 according to the eighth example of the embodiment. As described above, in this example, since the light emitting elements 21 are randomly arranged to some extent, the intervals D1, D2, and D3 according to this example each have a certain width (error). The maximum value of the distance D1 in the region 41 located closest to the center portion 25 (region relatively located on the center portion 25 side) is the region 42 located relatively second on the center portion 25 side (relatively the outer peripheral portion 26). Smaller than the minimum value of the interval D2 in the region located on the side), and the maximum value of the interval D2 in the region 42 located on the second central portion 25 side (region located relatively on the central portion 25 side) It is preferable to be smaller than the minimum value of the distance D3 in the region 43 located on the portion 26 side (region relatively located on the outer peripheral portion 26 side). For example, when the constants d1, d2, d3, and d4 have a relationship of d1 <d2 <d3 <d4, the interval D1 satisfies d1 ≦ D1 <d2, the interval D2 satisfies d2 ≦ D2 <d3, and the interval D3 is d3. It is preferable to satisfy ≦ D3 <d4. By satisfying such a relationship, even if the intervals D1, D2, and D3 in the regions 41, 42, and 43 have a certain width, the light emitting region 95 as a whole has the intervals D1, D2, and D3 at the center. The relationship of gradually increasing from the portion 25 toward the outer peripheral portion 26 can be maintained, and the uniformity of light intensity in the light emitting region 95 can be improved.

以下に、上記面発光レーザアレイ1の利用例を示す。図19は、実施の形態にかかるエンジン101の主要部の構成を模式的に示す図である。   Below, the usage example of the said surface emitting laser array 1 is shown. FIG. 19 is a diagram schematically illustrating a configuration of a main part of the engine 101 according to the embodiment.

エンジン101は、点火装置111、燃料噴出機構112、排気機構113、燃焼室114、及びピストン115を含む。   The engine 101 includes an ignition device 111, a fuel injection mechanism 112, an exhaust mechanism 113, a combustion chamber 114, and a piston 115.

エンジン101の動作の概略は以下のとおりである。
(1)燃料噴出機構112が燃料及び空気の可燃性混合気を燃焼室114内に噴出する(吸気)。
(2)ピストン115が上昇し、可燃性混合気を圧縮する(圧縮)。
(3)点火装置111が燃焼室114内にレーザ光を射出する。これにより、燃料に点火される(着火)。
(4)燃焼ガスが発生し、ピストン115が降下する(燃焼)。
(5)排気機構113が燃焼ガスを燃焼室114外へ排気する(排気)。
The outline of the operation of the engine 101 is as follows.
(1) The fuel ejection mechanism 112 ejects a combustible mixture of fuel and air into the combustion chamber 114 (intake).
(2) The piston 115 rises and compresses the combustible air-fuel mixture (compression).
(3) The ignition device 111 emits laser light into the combustion chamber 114. Thereby, the fuel is ignited (ignition).
(4) Combustion gas is generated and the piston 115 descends (combustion).
(5) The exhaust mechanism 113 exhausts the combustion gas to the outside of the combustion chamber 114 (exhaust).

このように、吸気、圧縮、着火、燃焼、及び排気からなる一連の過程が繰り返される。そして、燃焼室114内の気体の体積変化に対応してピストン115が運動し、運動エネルギーを生じさせる。燃料には例えば天然ガス、ガソリン等が用いられる。   Thus, a series of processes consisting of intake, compression, ignition, combustion, and exhaust are repeated. Then, the piston 115 moves corresponding to the volume change of the gas in the combustion chamber 114 to generate kinetic energy. For example, natural gas, gasoline or the like is used as the fuel.

エンジン101は、制御装置から出力される制御信号に基づいて上記動作を行う。制御装置は、例えばCPU(Central Processing Unit)等を含んで構成されるユニットであり、エンジン101の外部に設けられ、エンジン101と電気的に接続されている。   The engine 101 performs the above operation based on a control signal output from the control device. The control device is a unit including, for example, a CPU (Central Processing Unit) and the like. The control device is provided outside the engine 101 and is electrically connected to the engine 101.

図20は、実施の形態にかかる点火装置111の構成を示す図である。点火装置111は、レーザ装置201、射出光学系202、及び保護部材203を含む。点火装置111は、駆動装置301から供給される電流により駆動される。駆動装置301は、制御装置302から出力される制御信号により制御される。   FIG. 20 is a diagram illustrating a configuration of the ignition device 111 according to the embodiment. The ignition device 111 includes a laser device 201, an emission optical system 202, and a protection member 203. The ignition device 111 is driven by a current supplied from the drive device 301. The driving device 301 is controlled by a control signal output from the control device 302.

射出光学系202は、レーザ装置201から射出されたレーザ光を集光する。これにより、集光点で高いエネルギー密度を得ることができる。   The emission optical system 202 condenses the laser light emitted from the laser device 201. Thereby, a high energy density can be obtained at the condensing point.

保護部材203は、燃焼室114に臨んで設けられた透明の窓である。保護部材203の材料としてサファイアガラス等を用いることができる。   The protection member 203 is a transparent window provided facing the combustion chamber 114. As a material for the protective member 203, sapphire glass or the like can be used.

レーザ装置201は、面発光レーザアレイ1、第1の光学系211、光ファイバ212(伝送部材)、第2の光学系213、及びレーザ共振器214を含む。ここでは、XYZ−3次元直交座標系を用い、面発光レーザアレイ1から射出された光の射出方向を+Z方向として説明する。   The laser device 201 includes a surface emitting laser array 1, a first optical system 211, an optical fiber 212 (transmission member), a second optical system 213, and a laser resonator 214. Here, the description will be made assuming that the emission direction of the light emitted from the surface emitting laser array 1 is the + Z direction, using an XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system.

面発光レーザアレイ1は、励起用光源として用いられる。面発光レーザアレイ1から射出された光の波長は、例えば808nmである。   The surface emitting laser array 1 is used as an excitation light source. The wavelength of the light emitted from the surface emitting laser array 1 is, for example, 808 nm.

面発光レーザアレイ1は、温度による光の波長ずれが非常に少ないため、励起波長のずれにより特性が大きく変化するQスイッチレーザを励起するのに有利な光源である。面発光レーザアレイ1を励起用光源に用いることにより、環境温度を制御する機構を簡易なものにすることができるという利点が得られる。   The surface-emitting laser array 1 is a light source that is advantageous for exciting a Q-switched laser whose characteristics greatly change due to the displacement of the excitation wavelength because the wavelength shift of light due to temperature is very small. By using the surface emitting laser array 1 as an excitation light source, there is an advantage that the mechanism for controlling the environmental temperature can be simplified.

第1の光学系211は、面発光レーザアレイ1から射出された光を集光する光学素子を含む。第1の光学系211で集光された光は光ファイバ212に入射する。   The first optical system 211 includes an optical element that condenses the light emitted from the surface emitting laser array 1. The light collected by the first optical system 211 enters the optical fiber 212.

光ファイバ212は、そのコアの−Z側端面の中心が第1の光学系211により光が集光される位置に位置するように配置されている。光ファイバ212として、例えばコア径が1.5mm、NA(Numerical Aperture)が0.39の光ファイバを用いることができる。   The optical fiber 212 is arranged so that the center of the end surface on the −Z side of the core is located at a position where light is collected by the first optical system 211. As the optical fiber 212, for example, an optical fiber having a core diameter of 1.5 mm and an NA (Numerical Aperture) of 0.39 can be used.

光ファイバ212を設けることにより、面発光レーザアレイ1をレーザ共振器214から離れた位置に設置することができる。これにより、設計の自由度が向上する。また、レーザ装置201を点火装置111の一部として用いる際に、熱源(例えば燃焼室114)から面発光レーザアレイ1を遠ざけることができる。そのため、採用し得るエンジン101の冷却機構の種類が多くなる。   By providing the optical fiber 212, the surface emitting laser array 1 can be installed at a position away from the laser resonator 214. Thereby, the freedom degree of design improves. Further, when the laser device 201 is used as a part of the ignition device 111, the surface emitting laser array 1 can be moved away from the heat source (for example, the combustion chamber 114). Therefore, the types of cooling mechanisms of the engine 101 that can be employed increase.

光ファイバ212に入射した光はコア内を伝播し、コアの+Z側端面から射出される。   The light incident on the optical fiber 212 propagates in the core and is emitted from the + Z side end face of the core.

第2の光学系213は、光ファイバ212から射出された光を集光する光学素子を含む。第2の光学系213で集光された光はレーザ共振器214に入射する。   The second optical system 213 includes an optical element that collects light emitted from the optical fiber 212. The light condensed by the second optical system 213 enters the laser resonator 214.

レーザ共振器214は、第2の光学系213から射出された光を共振させ増幅させるQスイッチレーザである。図21は、実施の形態にかかるレーザ共振器214の構成を示す図である。レーザ共振器214は、レーザ媒質221及び可飽和吸収体222を含む。   The laser resonator 214 is a Q-switched laser that resonates and amplifies the light emitted from the second optical system 213. FIG. 21 is a diagram illustrating a configuration of the laser resonator 214 according to the embodiment. The laser resonator 214 includes a laser medium 221 and a saturable absorber 222.

レーザ媒質221は、例えば3mm×3mm×8mmの直方体形状のNd:YAG結晶であり、Ndが1.1%ドープされたものであり得る。可飽和吸収体222は、例えば3mm×3mm×2mmの直方体形状のCr:YAG結晶であり、初期透過率が30%のものであり得る。   The laser medium 221 is, for example, a rectangular parallelepiped Nd: YAG crystal having a size of 3 mm × 3 mm × 8 mm, and may be Nd doped 1.1%. The saturable absorber 222 is, for example, a 3 mm × 3 mm × 2 mm cuboidal Cr: YAG crystal, and may have an initial transmittance of 30%.

Nd:YAG結晶とCr:YAG結晶とは接合されており、いわゆるコンポジット結晶を構成するものであってもよい。Nd:YAG結晶及びCr:YAG結晶はいずれもセラミックスである。   The Nd: YAG crystal and the Cr: YAG crystal are joined and may constitute a so-called composite crystal. Both Nd: YAG crystal and Cr: YAG crystal are ceramics.

第2の光学系213から射出された光はレーザ媒質221に入射する。すなわち、第2の光学系213から射出された光によりレーザ媒質221が励起される。面発光レーザアレイ1から射出された光の波長はYAG結晶において最も吸収効率が高い波長である。可飽和吸収体222はQスイッチの動作を行う。   The light emitted from the second optical system 213 enters the laser medium 221. That is, the laser medium 221 is excited by the light emitted from the second optical system 213. The wavelength of the light emitted from the surface emitting laser array 1 is the wavelength with the highest absorption efficiency in the YAG crystal. The saturable absorber 222 operates as a Q switch.

レーザ媒質221の入射側(−Z側)の面(第1の面225)及び可飽和吸収体222の射出側(+Z側)の面(第2の面226)は、光学研磨処理がなされ、ミラーの役割を果たす。   The incident side (−Z side) surface (first surface 225) of the laser medium 221 and the exit side (+ Z side) surface (second surface 226) of the saturable absorber 222 are subjected to an optical polishing process. Acts as a mirror.

第1の面225及び第2の面226には、面発光レーザアレイ1から射出される光の波長及びレーザ共振器214から射出される光の波長に応じた誘電体膜がコーティングされている。   The first surface 225 and the second surface 226 are coated with a dielectric film corresponding to the wavelength of light emitted from the surface emitting laser array 1 and the wavelength of light emitted from the laser resonator 214.

例えば、第1の面225には、波長が808nmの光に対して99.5%の高い透過率を示し、波長が1064nmの光に対して99.5%の高い反射率を示すコーティングがなされる。第2の面226には、波長が1064nmの光に対して50%の反射率を示すコーティングがなされる。   For example, the first surface 225 is coated with a high transmittance of 99.5% for light with a wavelength of 808 nm and a high reflectance of 99.5% for light with a wavelength of 1064 nm. The The second surface 226 is coated with a reflectivity of 50% for light having a wavelength of 1064 nm.

これにより、レーザ共振器214内で光が共振し増幅される。レーザ共振器214の共振器長は、例えば10(=8+2)mmである。   Thereby, the light resonates and is amplified in the laser resonator 214. The resonator length of the laser resonator 214 is, for example, 10 (= 8 + 2) mm.

図20に示すように、駆動装置301は、制御装置302からの制御信号に基づいて面発光レーザアレイ1を駆動する。すなわち、駆動装置301は、エンジン101の動作における着火のタイミングで点火装置111から光が射出されるように面発光レーザアレイ1を駆動する。面発光レーザアレイ1における複数の発光素子は、同時に点灯及び消灯されてもよい。   As shown in FIG. 20, the drive device 301 drives the surface emitting laser array 1 based on a control signal from the control device 302. That is, the drive device 301 drives the surface emitting laser array 1 so that light is emitted from the ignition device 111 at the timing of ignition in the operation of the engine 101. The plurality of light emitting elements in the surface emitting laser array 1 may be turned on and off simultaneously.

なお、面発光レーザアレイ1をレーザ共振器214から離れた位置に置く必要がない場合には、光ファイバ212が設けられていなくてもよい。   Note that the optical fiber 212 may not be provided when the surface emitting laser array 1 does not need to be placed at a position away from the laser resonator 214.

また、第1の光学系211、第2の光学系213、及び射出光学系202は、いずれも単一の光学素子(レンズ等)から構成されてもよいし、複数の光学素子から構成されてもよい。   In addition, each of the first optical system 211, the second optical system 213, and the emission optical system 202 may be configured by a single optical element (lens or the like), or may be configured by a plurality of optical elements. Also good.

なお、上記においては燃焼ガスによりピストン115を運動させるエンジン101(ピストンエンジン)について説明したが、レーザ装置201(点火装置111)を利用した内燃機関の構成はこれに限定されるものではない。レーザ装置201は、燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成させるあらゆる構成の内燃機関に採用され得るものであり、例えばロータリーエンジン、ガスタービンエンジン、ジェットエンジン等にも適用され得る。また、レーザ装置201は、排熱を利用して動力、温熱、冷熱等を取り出し、総合的にエネルギー効率を高めるシステムであるコジェネレーションに用いられてもよい。   In the above description, the engine 101 (piston engine) that moves the piston 115 with combustion gas has been described. However, the configuration of the internal combustion engine using the laser device 201 (ignition device 111) is not limited thereto. The laser device 201 can be employed in an internal combustion engine having any configuration that burns fuel to generate combustion gas, and can be applied to, for example, a rotary engine, a gas turbine engine, a jet engine, and the like. Further, the laser device 201 may be used for cogeneration, which is a system that uses exhaust heat to extract power, warm heat, cold heat, and the like to improve energy efficiency comprehensively.

また、レーザ装置201は、内燃機関以外にも適用され得るものであり、例えばレーザ加工機、レーザピーニング装置、テラヘルツ発生装置等に利用されてもよい。   Further, the laser device 201 can be applied to other than the internal combustion engine, and may be used for, for example, a laser processing machine, a laser peening device, a terahertz generator, and the like.

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記実施の形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図するものではない。この新規な実施の形態はその他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施の形態及びその変形は発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the above-described embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. The novel embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. This embodiment and its modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1 面発光レーザアレイ
11 半導体基板
12 上部電極
13 下部電極
14,50,60,70,80,90,93,95 発光領域
21 発光素子
22 レーザ光
25 中心部
26 外周部
31,32 反射層
33 活性層
34 選択酸化層
35 コンタクト層
37 射出口
41 第1の領域
42 第2の領域
43 第3の領域
44 第4の領域
51 サブマウント
61 基板
62 陽極膜
63 陰極膜
64 陽極ロッド
65 陰極ロッド
71 ボンディングワイヤ
101 エンジン
111 点火装置
112 燃料噴出機構
113 排気機構
114 燃焼室
115 ピストン
201 レーザ装置
211 第1の光学系
212 光ファイバ
213 第2の光学系
214 レーザ共振器
221 レーザ媒質
222 可飽和吸収体
225 第1の面
226 第2の面
301 駆動装置
302 制御装置
Dx,Dy,D1,D2,D3,D4 (発光素子21の)間隔
S1 単位面積
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Surface emitting laser array 11 Semiconductor substrate 12 Upper electrode 13 Lower electrode 14, 50, 60, 70, 80, 90, 93, 95 Light emission area 21 Light emitting element 22 Laser beam 25 Center part 26 Outer part 31, 32 Reflective layer 33 Active Layer 34 Selective oxidation layer 35 Contact layer 37 Outlet 41 First region 42 Second region 43 Third region 44 Fourth region 51 Submount 61 Substrate 62 Substrate 62 Anode film 63 Cathode film 64 Anode rod 65 Cathode rod 71 Bonding Wire 101 Engine 111 Ignition device 112 Fuel injection mechanism 113 Exhaust mechanism 114 Combustion chamber 115 Piston 201 Laser device 211 First optical system 212 Optical fiber 213 Second optical system 214 Laser resonator 221 Laser medium 222 Saturable absorber 225 First First surface 226 Second surface 301 Braking system 302 controller Dx, Dy, D1, D2, D3, D4 (the light-emitting element 21) spacing S1 unit area

特許第5224159号公報Japanese Patent No. 5224159

Claims (14)

複数の面発光レーザ素子が配置された発光領域と、
電流を前記発光領域の外周部から前記面発光レーザ素子に供給する電流経路と、
を備え、
前記複数の面発光レーザ素子間の間隔は、前記発光領域の中心部側より前記外周部側の方が大きい、
面発光レーザアレイ。
A light emitting region in which a plurality of surface emitting laser elements are disposed;
A current path for supplying current from the outer periphery of the light emitting region to the surface emitting laser element;
With
The interval between the plurality of surface emitting laser elements is larger on the outer peripheral side than on the central side of the light emitting region,
Surface emitting laser array.
前記間隔は、前記中心部から前記外周部へ向かって徐々に大きくなる、
請求項1に記載の面発光レーザアレイ。
The interval gradually increases from the central portion toward the outer peripheral portion,
The surface emitting laser array according to claim 1.
前記発光領域は、前記間隔が異なる3つ以上の領域を含む、
請求項2に記載の面発光レーザアレイ。
The light emitting region includes three or more regions having different intervals.
The surface emitting laser array according to claim 2.
1つの前記領域内における前記間隔は、一定である、
請求項3に記載の面発光レーザアレイ。
The spacing in one of the regions is constant;
The surface emitting laser array according to claim 3.
1つの前記領域内における前記間隔は、幅を有し、
相対的に前記中心部側に位置する前記領域における前記間隔の最大値は、相対的に前記外周部側に位置する前記領域における前記間隔の最小値より小さい、
請求項3に記載の面発光レーザアレイ。
The spacing in one of the regions has a width;
The maximum value of the interval in the region relatively located on the central portion side is smaller than the minimum value of the interval in the region relatively located on the outer peripheral portion side,
The surface emitting laser array according to claim 3.
前記発光領域は、前記中心部を対称点とする点対称な形状である、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の面発光レーザアレイ。
The light emitting region has a point-symmetric shape with the central portion as a symmetric point.
The surface emitting laser array of any one of Claims 1-5.
前記発光領域は、円形である、
請求項6に記載の面発光レーザアレイ。
The light emitting area is circular,
The surface emitting laser array according to claim 6.
前記発光領域は、多角形である、
請求項6に記載の面発光レーザアレイ。
The light emitting area is polygonal.
The surface emitting laser array according to claim 6.
前記電流経路は、前記複数の面発光レーザ素子が接続された共通の陽電極を含む、
請求項1〜8のいずれか1項に記載の面発光レーザアレイ。
The current path includes a common positive electrode to which the plurality of surface emitting laser elements are connected.
The surface emitting laser array of any one of Claims 1-8.
前記電流経路は、前記複数の面発光レーザ素子が接続された共通の陰電極を含む、
請求項1〜9のいずれか1項に記載の面発光レーザアレイ。
The current path includes a common negative electrode to which the plurality of surface emitting laser elements are connected.
The surface emitting laser array of any one of Claims 1-9.
請求項1〜10のいずれか1項に記載の面発光レーザアレイと、
前記面発光レーザアレイから射出された光を集光する光学系と、
集光された前記光を共振させるレーザ共振器と、
を備えるレーザ装置。
A surface emitting laser array according to any one of claims 1 to 10,
An optical system for collecting the light emitted from the surface emitting laser array;
A laser resonator for resonating the collected light;
A laser apparatus comprising:
前記光を伝送する部材であり、前記面発光レーザアレイと前記レーザ共振器との間に配置される伝送部材、
を更に備える請求項11に記載のレーザ装置。
A member for transmitting the light, and a transmission member disposed between the surface emitting laser array and the laser resonator;
The laser device according to claim 11, further comprising:
前記光学系は、前記面発光レーザアレイから射出され前記伝送部材に入射される光を集光する光学素子を含む第1の光学系を含む、
請求項12に記載のレーザ装置。
The optical system includes a first optical system including an optical element that collects light emitted from the surface emitting laser array and incident on the transmission member,
The laser device according to claim 12.
前記光学系は、前記伝送部材に伝送され前記レーザ共振器に入射される光を集光する光学素子を含む第2の光学系を含む、
請求項12又は13に記載のレーザ装置。
The optical system includes a second optical system including an optical element that collects light transmitted to the transmission member and incident on the laser resonator.
The laser device according to claim 12 or 13.
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