JP2018073881A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバの端面に対して１点に精密に集光して高輝度及び高出力化できる半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】複数の半導体レーザ１と、複数の半導体レーザからの半導体レーザ光２がそれぞれ入射する光学系３０と、複数の半導体レーザをそれぞれ先端に保持し、かつ、外側部でかつ長手方向の中間部の長手方向周りに少なくとも部分的に長手方向と直交する方向に突出して配置された突起部１３をそれぞれ有する複数の棒状部材９と、それぞれの突起部を介して棒状部材を保持する第１ホルダ１２と、外側部における突起部以外の部分を第１ホルダ側から押圧して棒状部材の先端の位置を光学系の光軸に対して調整する調整機構と、を備える。【選択図】図１Ｃ

Description

本発明は、複数個の半導体レーザを１点に精密に集光して高輝度及び高出力化できる半導体レーザ装置に関するものである。

従来の半導体レーザ装置としては、高出力化できるものがある（例えば、特許文献１参照。）。図９は、特許文献１に記載された、従来の多数の半導体レーザを光ファイバに１点に集光する構成図であり、図９はその断面図である
図９において、複数の半導体レーザ７０３からそれぞれ放出されるレーザ光７０２は、ボールレンズ７０４を介してファイバ７０１の端面にそれぞれ集光することで高出力化している。

特開２００７−２４８５８１号公報

しかしながら、特許文献１の図９の従来の構成では、光ファイバ７０１の端面に集光する調整機構がないため、光ファイバ７０１の端面の１点に集光する場合に精密に集光調整できず、実装面７１０に対する半導体レーザ７０３の実装精度及びボールレンズ７０４の実装精度を高くすることが困難であった。
本発明は、前記従来の課題を全て解決するもので、光ファイバの端面に対して１点に精密に集光して高輝度及び高出力化できる半導体レーザ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の半導体レーザ装置は、
複数の半導体レーザと、
前記複数の半導体レーザからの半導体レーザ光がそれぞれ入射する光学系と、
前記複数の半導体レーザをそれぞれ先端に保持し、かつ、外側部でかつ長手方向の中間部の前記長手方向周りに少なくとも部分的に前記長手方向と直交する方向に突出して配置された突起部をそれぞれ有する複数の棒状部材と、
それぞれの前記突起部を介して前記棒状部材を保持するホルダと、
前記外側部における前記突起部以外の部分をホルダ側から押圧して前記棒状部材の前記先端の位置を前記光学系の光軸に対して調整する調整機構と、を備える。

以上のように、本発明の半導体レーザ装置によれば、前記棒状部材の前記外側部における前記突起部以外の部分をホルダ側から押圧して、てこの原理を利用して、前記棒状部材の前記先端の位置を前記光学系の光軸に対して調整する調整機構で光軸調整を行うことができる。この結果、例えば光ファイバの端面の所望の位置に焦点が位置するように速やかに光軸調整することができ、長期的にもクリープもなく、振動及び衝撃による光軸ずれが起きにくく安定した半導体レーザ装置を実現でき、複数個の半導体レーザからのレーザ光を１点に精密に集光して高輝度及び高出力化できる半導体レーザ装置を実現することができる。

本発明の実施の形態における半導体レーザ装置の平面図 本発明の実施の形態における半導体レーザ装置の側面図 本発明の実施の形態における半導体レーザ装置の縦断面図 本発明の実施の形態における図１ＣのＡ−Ａ断面図 本発明の実施の形態における図１ＣのＢ―Ｂ断面図 本発明の実施の形態における図１ＣのＣ―Ｃ断面図 本発明の実施の形態における螺子１８のプランジャピンの縦断面図 光軸調整することはできないという課題を説明するための図 本発明の実施の形態における光軸調整機構の構成を示す説明図 光軸調整方法の説明図 従来のレーザ光分布図 正反射時の説明図 従来と本発明の戻り光分布図 戻り光レベルと寿命（破損率）との関係を示す図 特許文献１に記載された従来の半導体レーザ装置を示す図

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施形態）
図１Ａ〜図１Ｆは、本発明の実施形態における半導体レーザ装置の図である。
尚、図１Ａは半導体レーザ装置の平面図、図１Ｂは半導体レーザ装置の側面図、図１Ｃは半導体レーザ装置の縦断面図、図１Ｄ図１ＣのＡ−Ａ断面図、図１Ｅは図１ＣのＢ―Ｂ断面図、図１Ｆは図１ＣのＣ―Ｃ断面図である。図１Ａ〜図１Ｆにおいて、同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
（装置構成）
半導体レーザ装置は、複数の半導体レーザ１と、光学系３０と、複数の棒状部材９と、第１ホルダ１２と、調整機構４１とを備える。
各棒状部材９は、一例として高熱伝導体で構成され、複数の半導体レーザ１をそれぞれ先端に固定保持し、かつ、外側部の中間部に突起部１３をそれぞれ有する。
光学系３０は、複数の半導体レーザ１からの半導体レーザ光２が入射する。
第１ホルダ１２は、棒状部材９のそれぞれの突起部１３を介して各棒状部材９を保持する。例えば、第１ホルダ１２は、円柱状であって、棒状部材９の個数に対応した円形貫通穴１２ａを有して、各円形貫通穴１２ａ内に棒状部材９を収納保持する。
調整機構４１は、外側部における突起部１３以外の部分を第１ホルダ側から棒状部材９の長手軸方向と直交する方向に中心に向けて押圧して、てこの原理を利用して、それぞれの棒状部材９の先端の位置を調整するものであり、例えば、第１ホルダ１２の第１〜第３螺子穴１２ｂ，１２ｃ，１２ｄにそれぞれねじ込まれて配置された螺子１６，１７，１８などで構成する。螺子１６，１７，１８は、押圧部材の一例として機能する。特に、螺子１６，１７は、第２押圧部材の一例として機能し、螺子１８は、第１押圧部材の一例として機能する。
以下、各構成要素について詳細に説明する。
複数の半導体レーザ１として、例えば少なくとも４個の半導体レーザ（以下、「ＬＤ」と省略する。）１の先端面側から出射されたレーザ光２は、コリメートレンズ３でそれぞれコリメートされたのち、集光レンズ４により１点の焦点６に集光して光ファイバ５の端面５ａより入射される。ここでは、４個のＬＤ１を例示するが、ＬＤ１は複数個、すなわち、少なくとも２つ以上備えればよい。
また、コリメートレンズ３でそれぞれコリメートされ、集光レンズ４により１点の焦点６に集光して、光ファイバ５の端面５ａに入る。このとき、コリメートレンズ３と集光レンズ４と光ファイバ５とを合わせて、一例として、光学系３０と呼ぶ。
各棒状部材９は、中空円筒状の高熱伝導体の棒状部材９である。各棒状部材９は、各ＬＤ１の背面を長手方向の先端に半田などの接合材で接合されて固定保持されている。前記ＬＤ１の背面に接合されたリード線１０が、棒状部材９の中空空間１１内を貫通して配置され、後端が棒状部材９から露出している。
各棒状部材９のそれぞれの外側部の全周において棒状部材９の長手方向の例えば中央部が径方向に膨らむことで、円環状の突起部１３が形成されている。突起部１３は、外側部の全周に限定されず、間欠的に配置されていてもよい。突起部１３の表面は平面でもよいし、湾曲面でもよい。突起部１３の高さの例としては、０．３ｍｍ程度である。
各棒状部材９は、例えば円柱状の第１ホルダ１２の各円形貫通穴１２ａ内に嵌合されて、支点１３である突起部１３を、円形貫通穴１２ａの内周面に対する接触部として保持される。よって、支点１３を境に、長手方向の両側に各棒状部材９と第１ホルダ１２の円形貫通穴１２ａの内周面との間に、円筒状の空間である隙間１４，１５を形成している。隙間１４，１５の高さの例としては、０．３ｍｍ程度である。
また、各棒状部材９は、突起部１３、すなわち、支点１３を接触部として、円形貫通穴１２ａ内で軸方向に進退移動を可能とし、かつ、当該支点１３を中心に隙間１４，１５内で図１Ｃ〜図１Ｅにおける上下及び図１Ｄ〜図１Ｅにおける左右に首振りを行って、当該隙間１４，１５により、各棒状部材９の先端に設けられたＬＤ１の光軸を調整可能とする。すなわち、各ＬＤ１の光軸調整の支点１３が、各棒状部材９の突起部１３になる。なお、一例として、棒状部材９は銅のような高熱伝導体で構成し、第１ホルダ１２はアルミニウム又は銅のような高熱伝導体で構成している。また、コリメートレンズ３は、接着材を使用せずに、レンズ押さえねじ３０で第１ホルダ１２に固定するのが好適である。
ここで、ＬＤ１の光軸調整の支点の突起部１３をＬＤ１の近傍でなく、棒状部材９の長手方向の中央部にしている理由を説明する。ＬＤ１から出射されるレーザ光２の角度及び位置は、製造上の誤差などにより大きくばらついている。よって、ＬＤ１を支点にすると、レーザ光２の位置が調整できず、レーザ光２の角度だけしか調整できない。さらに、レーザ光２の角度が調整できても、コリメートレンズ３の焦点位置にＬＤ１があるので、コリメート光が何らずれることがなく、光軸調整することはできないという課題がある。
この理由を、図２で説明する。ＬＤ１から出射されたレーザ光９０２は、焦点がＬＤ１になる位置に配置されたコリメートレンズ３でコリメート光９０３になり、その後、集光レンズ４により集光されたレーザ光９０４となる。このレーザ光９０４は、ある焦点９０５に結像する。この焦点９０５は、第１ホルダ１２からの４つのＬＤ１のレーザ光９０２の出口の光軸中心９０６に対して、ずれ量ΔＤを有している。ところが、焦点６に焦点９０５が来るように光軸調整したくても、コリメートレンズ３は、ＬＤ１の発光点９０１がレンズ３の焦点になるように配置されているため、発光点９０１を回転中心として光軸調整しようとコリメートレンズ３を傾けても、レーザ光９０７は、レンズ３，４を介して再度同じ焦点９０５にて結像するので、ずれ量ΔＤを０に光軸調整することはできない。
よって、ＬＤ１の光軸調整の支点１３としての突起部１３をＬＤ１近傍に配置した場合には、棒状部材９の外側部における突起部以外の部分を大きく動かす必要がある。当該部分の動かす距離を小さくして調整しやすくするためには、支点１３を中空円筒状の棒状部材９の長手方向の少なくとも中央部より後ろ（進行方向とは逆側）に、より好ましくは、中央部に設ける必要がある。
なお、図１Ｄ〜図１Ｅにおける左右首振りは、ＬＤ１の棒状部材９との接続部の近傍、すなわち、支点１３よりも先端側において、棒状部材９の中心に対して左右方向と上下方向、すなわち、Ｘ方向及びＹ方向沿いにそれぞれ進退する調整螺子１６，１７が、第１ホルダ１２の第１及び第２螺子穴１２ｂ，１２ｃに配置されている。具体的には、第１螺子穴１２ｂ内に、各棒状部材９に対してＸ方向沿いに１個の調整螺子１６が正逆回転により進退可能に配置され、第２螺子穴１２ｃ内に、Ｘ方向と９０度交差するＹ方向沿いに１個の調整螺子１７が正逆回転により進退可能に配置されている。
各棒状部材９に対して螺子１６，１７の２つの螺子だけでは，Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ調整しようとしても、螺子１６，１７に対応する図１Ｅに記載の反力１１０が無い場合には、棒状部材９がＸ方向及びＹ方向に単に自由に移動するだけで、棒状部材９を固定することができない。また、Ｘ方向及びＹ方向のみならず、Ｘ方向及びＹ方向とそれぞれ交差する焦点方向のＺ方向にもずれることがあり、光軸調整することができない。
よって、ＬＤ１の接続部に対し、支点１３より後端側にはＸ方向及びＹ方向と同じ側でかつＸ方向とＹ方向との間の４５度のＵ方向（図１Ｄ参照）沿いに、第３螺子穴１２ｄ内に調整螺子１８を第１ホルダ１２の第３螺子穴１２ｄ内に配置して、第３螺子穴１２ｄ内で正逆回転により進退可能とする。調整螺子１８を回転して第３螺子穴１２ｄ内から棒状部材９の後端側の部分９ｃに向けてＵ方向とは反対方向に接近させて接触させ、螺子１８を棒状部材９の後端側の部分９ｃに押し付けることにより、てこの原理で、支点１３を支点として調整螺子１６，１７の近傍にて、押し付ける方向とは反対方向の反力１１０が発生する。この結果、Ｕ方向の反力１１０に対して、Ｘ方向及びＹ方向沿いに螺子１６，１７で棒状部材９を押圧することにより、反力１１０と螺子１６，１７からの２つの押圧力とで棒状部材９を固定しながら、螺子１６，１７でＸ方向及びＹ方向の微調整することができる。
なお、反力１１０を常時発生させるために、各螺子１８は、プランジャピン１８が好適である。ここで、プランジャピン１８とは、図１Ｇに示すように、外周におねじ１８ｄを有する円筒状のプランジャ本体１８ａにバネ１８ｂを内蔵し、バネ１８ｂの先端でピン１８ｃを押圧してプランジャ本体１８ａの先端から突出させるように構成している。よって、おねじ１８ｄを第３螺子穴１２ｄにねじ込んでピン１８ｃの先端を棒状部材９に接触させてばね力でピン１８ｃにより棒状部材９に押圧力を付与し続けることができる。
なお、フォーカス方向Ｚの調整は、各棒状部材９を貫通穴１２ａに対して軸方向（Ｚ方向）に抜き差しした後、調整螺子１８を固定したのち、残りの２個の調整螺子１６，１７を棒状部材９に対して固定することで実現している。
次に、図３を用いて、棒状部材９の好適形状を述べる。ＬＤ１を接合している棒状部材９の先端９ａから支点１３の長手方向の中心までの距離をＬ１とし、棒状部材９の後端９ｂから支点１３の長手方向の中心までの距離をＬ２とすると、焦点６は数ミクロンオーダの光軸調整が必要なため、Ｌ１：Ｌ２＝１：０．５〜５が好適である。この比率未満では光軸調整が十分に行えない一方、この比率を越えると、螺子１６，１７，１８に過負荷がかかり、螺子１６，１７，１８又は第１〜第３螺子穴１２ｂ〜１２ｄなどが破損する恐れがあるためである。
また、調整螺子１６，１７，１８のそれぞれの内側の棒状部材９と接触する端面は、研磨をして、数ミクロン以下の平面度でかつ所定の表面粗さにしておくのが好適である。また、光軸調整代となる隙間１４，１５の隙間量は、径方向の寸法が０．５〜１ｍｍ、例えば０．３ｍｍと大きくしておくのが好適である。さらに、突起部（支点１３）と第１ホルダ１２との嵌め合い精度は、Ｈ７公差が最適であり、１〜５ｍｍ幅ほどが好適である。なお、これらの数値は、試作検討にて実験的に得られたものである。
第１ホルダ１２の集光レンズ４側の外周には、薄い円筒状の第２ホルダ１９とのはめあい部２６以外は、第２ホルダ１９が、Ｘ方向及びＹ方向の光軸調整用隙間２１を設けて配置されている。はめあい部２６は、第２ホルダ１９の嵌め込み先端部と、第１ホルダ１２の集光レンズ４側の外周の最奥部とが嵌合する部分である。第２ホルダ１９は銅のような高熱伝導体で構成している。Ｘ方向及びＹ方向の調整螺子２２，２３は、第１ホルダ１２の先端近傍に相当する第２ホルダ１９の先端側の部分に、光軸周りにＸ方向沿い及びＹ方向沿いにそれぞれ配置されている。
このような構成により、Ｘ方向及びＹ方向の調整螺子２２，２３を正逆回転させて進退させて光軸調整することにより、光ファイバ端面５ａに集光されたレーザ光２を光ファイバ５に入射できるように構成されている。光ファイバ５を内蔵する光コネクタ７は、第２ホルダ１９の先端の蓋部１９ａの貫通穴１９ｂに挿入され、複数本の固定螺子２４にて、光ファイバ５のフォーカス調整時に固定される。
なお、集光レンズ４は、カラー３１と螺子リング３２とで第１ホルダ１２に固定されていて、集光レンズ４の焦点距離は、光ファイバ５の入射ＮＡけられが発生しない値が好適である。
（光軸調整方法）
次に、上記のように構成された断面図の図１ＣとＣ−Ｃ断面図の図１Ｆとを用いて半導体レーザ装置組立時の光軸調整方法を順に説明する。
（ア） 第１ホルダ１２の各貫通穴１２ａ内で各棒状部材９を軸方向に前後させて、１つ目のＬＤ１から出射されたレーザ光２がレンズ３を通過した後、コリメート光２５になる位置に１つ目のＬＤ１を固定した棒状部材９を配置して、フォーカス調整を終えておく。
なお、１つ目のＬＤ１の光軸周りの回転調整もあるので、ファスト方向及びスロー方向がわかりやすいように、棒状部材９のＬＤ取り付けの逆端面に、１つ目のＬＤ１の取り付け位置に対応する切り欠きなどのマークを予め形成するのが好適である。なお、ＬＤ１の各活性層の厚さ方向すなわちＬＤアレイの積層方向をファスト方向と称し、ＬＤアレイの活性層の列方向をスロー方向と称する。
（イ） 次に、１つ目のＬＤ１から出射されたレーザ光２のファスト方向１０２が、図１Ｆに示すように、１つの円１１３に内接するように、ＬＤ１に接合されている棒状部材９を、レーザ照射させながら軸周りにそれぞれ回転させて、３個の螺子１６，１７，１８にて固定する。なお、図１Ｆでは、便宜上、４つのＬＤ１のレーザ光２の像を合わせて表示している。ここで、ファスト方向１０２が、図１Ｆに示すように、１つの円１１３に内接するとは、１つの円１１３すなわち出射可能なレーザ光の範囲を区切る１つの円１１３に内接する多角形の辺上に、ファスト方向１０２が位置するようにレーザ光１０１を配置することを意味している。また、３個の螺子１６，１７，１８にて固定するとき、螺子１６，１７，１８をそれぞれ回転して内側にねじ込むようにすると、螺子１６，１７，１８の回転により棒状部材９の先端９ａが前後方向に移動して焦点位置がずれ、コリメートで無くなることがある。これを防止するため、棒状部材９は、外部治具（図示せず）を用いて前後方向（光軸方向）に動かないように固定してから、螺子１６，１７，１８の正逆回転による棒状部材９の先端９ａの首振による光軸調整するのが好適である。
（ウ） 次に、集光レンズ４を第１ホルダ１２に挿入し、集光レーザ光２０が光ファイバ５の入射点である焦点（基準焦点）６の焦点位置に位置するように、調整螺子１６，１７，１８を締緩させて、この焦点６を基準とする。
なお、焦点６は、第１ホルダ１２の集光レンズ４の光軸中心上が、好適である。
（エ） 次に、２つ目のＬＤ１も（ア）〜（ウ）と同様に調整し、前記焦点６に一致するようにして調整螺子１６，１７，１８を調整後、固定する。
（オ） 残る２つのＬＤ１も、（ア）〜（ウ）と同様に、同じ焦点６にて集光するように、調整螺子１６，１７，１８を調整後、固定する。
（カ） 次に、集光レンズ４をカラー３１と螺子リング３２とで第１ホルダ１２に固定したのち、第２ホルダ１９を第１ホルダ１２にかぶせ、嵌め合い部２６を支点にＸ方向及びＹ方向に調整螺子２３を正逆回転させて締緩、すなわち、各棒状部材９がＺ方向の前後に動かないように、３本の螺子２３を締めたり緩めたりしながら、ファイバ５の端面５ａにレーザ光が最高パワーになるように、ファイバ５の出口にパワーメータを配置して、測定しながら、螺子２３の締緩調整する。
（キ） 第２ホルダ１９に螺子２４で固定された光コネクタ７をＺ方向の前後に動かしながら、光ファイバ５に入射したレーザ光が最高パワーになるように、パワーメータ（図示せず）で測定しながら、各螺子２４を締緩調整する。
上記（ア）〜（キ）の調整において、図３に示すように、ＣＣＤ２００を焦点位置６に配置することで、モニタ画面２０１にて拡大して可視観察できるので、大変、光軸調整しやすくなる。また、定規（図示せず）をモニタ画面２０１で予め写し、スケール（図示せず）をモニタ画面２０１に明記しておくのも好適である。
（光軸調整方法の詳細）
次に、図４の（ａ）〜（ｆ）にてモニタ画面２０１を用いて、螺子１６，１７，１８による光軸調整方法の詳細を説明する。
図４の（ａ）は、ＬＤ１を１つだけ発光させた時のモニタ画面２０１に写る像であって、焦点が合っていないため、点線で示すように、ぼけた像３０１になっている。ぼけた像３０１は、１つ目のＬＤ１のファスト方向１０２の広がりが、スロー方向１０３より遥かに大きいので、ファスト方向１０２の方が長くなっている。ここで、モニタ２０１画面にある十字線３０２の交差点３０３は、集光すべき基準位置（焦点）６である。この交差点３０３が、第１ホルダ１２のレーザ出口２０４（図３参照）における光軸中心９０６（図３参照）上にある基準焦点位置２０２と一致する位置となるように、モニタ画面２０１のＣＣＤ２００が配置されている。
図１Ｄに示す４個の螺子１８のうち、右上の棒状部材９に加圧する右上の螺子１８はプランジャピンで構成されて、右斜め下方向の押圧力を棒状部材９に付与しているため、支点１３を介して、図１ＥのＢ−Ｂ断面にて右斜め上方向の反力１１０を生み出している。
第１螺子穴１２ｂ内でＸ方向沿いの右上側の調整螺子１６を左右に進退するように正逆回転させると、図４の（ａ）のモニタ画面２０１に写っている像３０３は、左右のＸ方向に進退移動する。
一方、図１Ｄの右上の螺子１８で加圧しながら４個のＹ方向の調整螺子１７の内の図１Ｅの右上の螺子１７を正逆回転させて第２螺子穴１２ｃ内で上下方向沿いに進退するように正逆回転させると、図４の（ａ）のモニタ画面２０１に写っている像３０３は、上下のＹ方向に進退移動する。
なお、前記したように、このＸ方向及びＹ方向の光軸調整の前に、焦点方向Ｚを予め光軸調整する必要がある。
図４の（ｂ）は、図４の（ａ）の状態から、棒状部材９を光軸方向の前後方向に動かして少し集光させた時の画像３０４を含むモニタ画面２０１である。ファスト方向１０２は大幅に短くなっているが、スロー方向１０３はあまり短くなっていない。このように、方向１０２は、焦点調整でサイズが早く変わることから、ファスト方向と名づけられている。
図４の（ｃ）は、更に、棒状部材９を光軸方向の前後に精度良く動かして焦点６に集光させた時の画像３０５を含むモニタ画面２０１である。図４の（ａ）及び図４の（ｂ）のようなデフォーカス時には、ファスト方向１０２が長手方向であったが、焦点６ではスロー方向１０３が長手方向になることに注意して、光軸調整を行う。
図４の（ｄ）は、焦点６に集光させ、更にモニタ画面２０１上にある十字線３０２の交差点３０３を焦点６に、調整螺子１６，１７を正逆回転させながら合わせ込んだ１つ目の画像３０６を含むモニタ画面２０１である。
図４の（ｅ）は、１つ目の画像３０６と、１つ目のＬＤ１と９０度回転した位置にある２つ目のＬＤ１を発光させた時の２つ目の画像３０７を含むモニタ画面２０１である、２つ目の画像３０７は、１つ目の画像３０６とは９０度回転した方向で観測される。
図４の（ｆ）は、２つ目のＬＤ１のレーザ光も焦点６に集光させ、図４の（ａ）〜（ｄ）と同様な方法で、更にモニタ画面２０１上にある十字線３０２の交差点３０３を焦点６に、調整螺子１６，１７を正逆回転させながら合わせ込んで光軸調整された２つ目の画像３０８と、１つ目の画像３０６とを含むモニタ画面２０１である。
最後に、ＬＤ１を接合した棒状部材９と第１ホルダ１２との間の光軸調整用隙間である隙間１４には、熱電導性を高め、更にクリープによる調整ずれをなくすために、硬化型熱電導性接着材の例として硬化型熱電導性ペーストを光軸調整直前（例えば光軸方向の前後方向の位置決め調整したのち）に塗布し、光軸調整完了後に硬化させるのが、好適である。なお、前記硬化型熱電導性ペーストとしては、窒化アルミニウムが好適であり、硬化剤としてはエポキシ硬化剤との配合が好適である。
（作用）
上記構成で上記調整を行うことで、光ファイバ５に速やかに光軸調整でき、長期的にもクリープもなく、振動及び衝撃による光軸ずれを起きにくい、安定した半導体レーザ装置を実現している。
（効果）
図１Ｆに示すように、リング状にＬＤ１のレーザ光１０１のファスト方向１０２を、出射可能なレーザ光の範囲である１つの円１１３に内接するように配置することにより、次の２つの効果がある。
まず、第１の効果を図５にて説明する。従来はＬＤ１を回転させずに、図５に示すように、例えば、１つの円４０３に対して横長の同じ方向にレーザ光４００を配列している。
一方、光ファイバには、入射可能な入射角及びＮＡ（開口数（numerical aperture））が物性的に決まっている。図５における１つの円４０３は、光ファイバに入射可能な範囲を示す。すると、円４０３の範囲の外側に位置するレーザ光４００の一部は光ファイバ５に入射することができない。これを、ＮＡけられ４０４（図５では、ハッチング部分）と呼ぶ。このＮＡけられ４０４により、光ファイバ５に入射できるレーザ光量が減り、結合効率の低下及び光コネクタ７の発熱を招き、大出力が発熱の問題で不可能となる。
これに対して、本実施の形態では、リング状にＬＤ１のレーザ光１０１のファスト方向１０２を、出射可能なレーザ光の範囲である１つの円１１３に内接するように配置することにより、ＮＡけられが無く、高効率に光ファイバ５に入射することができる。
次に、図６と図７とを用いて、第２の効果を説明する。図６において、光ファイバ５の出口からレンズ５０１を介してミラー５０２にて正反射させると、光ファイバ５に殆どそのままレーザ光が戻り、ファイバ端面５ａから、ファイバのＮＡ角５０３で、戻り光５０４が放出される。
図７の（ａ）は、リング状にＬＤ１を配置した時の戻り光５０４の半値の範囲６０１を斜線の円で示した図である。戻り光５０４は、図７の（ｂ）に示すように、中心部の強度が強くなる物性があるが、戻り光は４個のＬＤ１のレーザ光１０１の発光部に殆ど戻らない。これに対して、従来の図５の配置では、図７の（ｃ）に示すように、戻り光５０４の半値の範囲６０１と４個のＬＤ１のレーザ光１０１の発光部とが一部重なり、動作が不安定になり、戻り光により破損する可能性があった。このような不具合は、本実施形態では解消することができる。
図８に示すように、ＬＤには、戻り光が通常１０％程度より高くなるにつれて動作が不安定になり、５０％程度の戻り光により破損が始まることが知られている、しかし、その間の１０〜５０％の戻り光レベルの挙動はよく、まだ知られていないことが多い。発明者は数１００件に及ぶ量産導入後の寿命調査を行い、図２に示すように、戻り光レベルが高いほど寿命が短くなることを見出した。また、寿命が短くなるのは、戻り光による疲労現象であることをつきとめた。
本実施形態は、半導体レーザ１のそれぞれのファスト方向１０２が、出射可能なレーザ光の範囲の１つの円１１３に内接する多角形の辺上に位置するように配置することにより、戻り光を１０％程度まで抑えるものであり、寿命劣化も防止する効果もある。
また、本実施形態において、コリメートレンズ３としては、通常の平凸でコリメートもしてもよいが、シリンドリカルレンズでファスト方向のみコリメートしてもよい。その場合は、価格が高くなるが、集光性が向上するので、細いファイバに入射することができる。
また、Ｘ方向及びＹ方向の調整螺子１６，１７，１８の各端面は、銅からなる棒状部材９に接触するので、平面研磨されたものが好適である。またさらに、調整螺子１６，１７，１８が振動等で緩まないように、調整螺子１６，１７，１８をそれぞれ先の尖った螺子で追加固定するのが、より好適である。
上記実施形態によれば、棒状部材９の外側部における突起部１３以外の部分をホルダ側から押圧して、てこの原理を利用して、棒状部材９の先端９ａの位置を光学系３０の光軸に対して調整する調整機構４１で光軸調整を行うことができる。この結果、例えば光ファイバ５の端面５ａの所望の位置に焦点６が位置するように速やかに光軸調整することができ、長期的にもクリープもなく、振動及び衝撃による光軸ずれが起きにくく安定した半導体レーザ装置を実現でき、複数個の半導体レーザ１からのレーザ光２を１点に精密に集光して高輝度及び高出力化できる半導体レーザ装置を実現することができる。
なお、上記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。

本発明の半導体レーザ装置は、複数個の半導体レーザを１点に精密に集光して高輝度及び高出力化することができる。更に、半導体レーザの配列を工夫すれば、戻り光で半導体レーザが破損するのを抑制することができる。また、半導体レーザとして、銅又は金に１５倍以上の吸収を有する青色波長でも製作できるので、従来のＬＤレーザでは反射光が多くてうまくできなかった銅又は金のはんだ付け又は実装、又は溶接などの用途にも適用できる。

１ ＬＤ（半導体レーザ）
２ レーザ光
３ コリメートレンズ
４ 集光レンズ
５ 光ファイバ
５ａ 光ファイバの端面（光ファイバ入射端面）
６ 集光点（焦点）
７ 光コネクタ
９ 棒状部材（高熱伝導体）
９ａ 棒状部材の先端
９ｂ 棒状部材の後端
９ｃ 棒状部材の後端側の部分
１０ リード線
１１ 中空隙間
１２ 第１ホルダ
１２ａ 円形貫通穴
１２ｂ 第１螺子穴
１２ｃ 第２螺子穴
１２ｄ 第３螺子穴
１３ 支点（突起部）
１６，１７ 棒状部材の調整螺子
１８ 棒状部材の調整螺子（プランジャピン）
１８ａ プランジャ本体
１８ｂ バネ
１８ｃ ピン
１８ｄ おねじ
１９ 第２ホルダ
２０ 集光レーザ光
２２，２３ 第２ホルダの調整螺子
３０ 光学系
３１ カラー
３２ 螺子リング
４１ 調整機構
１０１ レーザ光
１０２ ファスト方向
１０３ スロー方向
１１０ 反力
１１３ 円
２００ ＣＣＤ
２０１ モニタ画面
２０４ 第１ホルダのレーザ出口３０２ 十字線
４００ レーザ光
４０３ 円
４０４ ＮＡけられ
５０１ ミラー
５０２ ミラー
５０３ ＮＡ角
５０４ 戻り光
６０１ 戻り光の半値の範囲
９０１ ＬＤの発光点
９０２ レーザ光
９０３ コリメート光
９０４ 光レンズにより集光されたレーザ光
９０５ 焦点
９０６ ＬＤのレーザ光の出口の光軸中心
９０７ レーザ光

Claims (7)

1. 複数の半導体レーザと、
   前記複数の半導体レーザからの半導体レーザ光がそれぞれ入射する光学系と、
   前記複数の半導体レーザをそれぞれ先端に保持し、かつ、外側部でかつ長手方向の中間部の前記長手方向周りに少なくとも部分的に前記長手方向と直交する方向に突出して配置された突起部をそれぞれ有する複数の棒状部材と、
   それぞれの前記突起部を介して前記棒状部材を保持するホルダと、
   前記外側部における前記突起部以外の部分をホルダ側から押圧して前記棒状部材の前記先端の位置を前記光学系の光軸に対して調整する調整機構と、を備える半導体レーザ装置。
2. 前記複数の半導体レーザのそれぞれのファスト光軸方向が、出射可能なレーザ光の範囲の円に内接する多角形の辺上に位置するように配置される、請求項１に記載の半導体レーザ装置。
3. 前記調整機構は、前記外側部における前記突起以外の部分として、前記突起部よりも先端側の部分を押圧して前記棒状部材の前記先端の位置を調整する、請求項１又は２に記載の半導体レーザ装置。
4. 前記複数の半導体レーザは、少なくとも４つあり、
   前記調整機構は、前記突起以外の部分を押圧して前記棒状部材の前記先端の位置を調整しかつ前記長手方向周りに間隔をあけて配置された少なくとも４つの押圧部材を含む、請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体レーザ装置。
5. 前記棒状部材のそれぞれに対して、前記押圧部材は、前記棒状部材の前記外側部における前記突起部以外でかつ前記突起部よりも後端側の部分を押圧する第１押圧部材と、光軸周りに前記第１押圧部材の両側に等角度で配置されて、前記棒状部材の前記外側部における前記突起部以外でかつ前記突起部よりも先端側の部分を押圧する複数の第２押圧部材とで構成され、
   前記第１押圧部材はプランジャピンであり、前記外側部における前記突起部以外の部分を前記プランジャピンでホルダ側から弾性力で常時押圧して、前記突起部よりも先端側の部分において、前記光軸周りにおいて前記第１押圧部材の押圧方向とは反対方向に反力を発生させる、請求項４に記載の半導体レーザ装置。
6. 前記外側部における前記突起部以外でかつ前記突起部よりも先端側の部分と前記ホルダとの間に光軸調整用空間が備わる、請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体レーザ装置。
7. 前記空間に充填されて前記棒状部材の前記先端の位置を前記光学系の光軸に対して調整した状態に保持する硬化型熱電導性接着材をさらに備える、請求項６に記載の半導体レーザ装置。

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