JP2023097508A - 半導体レーザおよび光モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】出射するレーザ光の出力を安定化できる半導体レーザを提供する。【解決手段】半導体レーザ41aは、第1導波路47aと、第2導波路47bと、を含む。第1導波路47aと第2導波路47bとは、同一の半導体チップ内に形成されている。第2導波路47bのレーザ発振の閾値は、第1導波路47aのレーザ発振の閾値よりも高い。【選択図】図1
Description
本開示は、半導体レーザおよび光モジュールに関するものである。
2つの波長で発光する半導体レーザが知られている(例えば、特許文献1および特許文献2参照)。
半導体レーザは、レーザ光を出射する光モジュールに備えられる場合がある。光モジュールは、例えば、出射するレーザ光を走査して描画する描画装置として用いられる場合がある。このような用途に用いられる光モジュールにおいては、高精度に描画する観点から、半導体レーザにより出射されるレーザ光の出力の安定化が求められる。そこで、出射するレーザ光の出力を安定化できる半導体レーザを提供することを本開示の目的の1つとする。
本開示に従った半導体レーザは、第1導波路と、第2導波路と、を含む。第1導波路と第2導波路とは、同一の半導体チップ内に形成されている。第2導波路のレーザ発振の閾値は、第1導波路のレーザ発振の閾値よりも高い。
上記半導体レーザによれば、出射するレーザ光の出力を安定化できる。
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。本開示に係る半導体レーザは、第1導波路と、第2導波路と、を含む。第1導波路と第2導波路とは、同一の半導体チップ内に形成されている。第2導波路のレーザ発振の閾値は、第1導波路のレーザ発振の閾値よりも高い。
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。本開示に係る半導体レーザは、第1導波路と、第2導波路と、を含む。第1導波路と第2導波路とは、同一の半導体チップ内に形成されている。第2導波路のレーザ発振の閾値は、第1導波路のレーザ発振の閾値よりも高い。
半導体レーザは、光モジュールに備えられ、光モジュールから出射されるレーザ光の光源として用いられる場合がある。光モジュールから出射されるレーザ光を走査して描画する描画装置として利用する場合、半導体レーザから出射されるレーザ光の出力の安定化が求められる。
半導体レーザは、通電により所定の波長のレーザ光を発して自ら発熱する。また、通電されていない時には発光せず、もちろん発熱もしない。半導体レーザにおいては、温度変化により出射するレーザ光の出力が変化する。半導体レーザが光モジュールに備えられる際には、出射するレーザ光の出力を安定化させるために、半導体レーザの温度を一定に保つことが好ましい。電流の制御により温度の調節が可能な電子冷却モジュール上に半導体レーザを配置して、半導体レーザが配置される領域の温度を一定に保つことが考えられる。
本発明者らは、このような場合において、単に半導体レーザを電子冷却モジュール上に配置して温度制御するのみでは、厳密に半導体レーザの温度を一定に保つことは困難であることに着目した。すなわち、電子冷却モジュールによる温度の調節においては、例えば、半導体レーザの近傍に配置されたサーミスタにより温度変化を読み取る。そして、この温度変化をフィードバックして、半導体レーザが狙いの温度となるよう電子冷却モジュールに供給する電流量等を調整して吸熱等を行い、温度を調節している。しかし、このような構成では、半導体レーザと電子冷却モジュールとの間の熱抵抗により、サーミスタにより検知した温度の変化に追随した温度の調節を厳密に行うことは困難となる。特に、上記したレーザ光を走査して描画する描画装置として用いられる場合、高速で半導体レーザの発光と非発光とが繰り返され、半導体レーザに供給される電流のオンとオフとが短時間で切り替えられることになる。そうすると、半導体レーザの発熱量が短時間で急激に変化することとなり、このような状況においては、電子冷却モジュールにより半導体レーザの温度を一定に保つことが困難であることに、本発明者らは着目した。
そこで、本発明者らは鋭意検討し、半導体レーザにおいて、発熱量を一定に保つことを考えた。すなわち、半導体レーザにおいて、半導体レーザに常に電流を供給することにより発熱量を安定させれば、電子冷却モジュールによる吸熱量も安定化でき、半導体レーザの温度を一定に保つことができるため、レーザ光を出射する際のレーザ光の出力を安定化できると考えた。そして、電流の供給時に常に半導体レーザによるレーザ光の出射をせず、あるタイミングによっては電流を供給しているにも関わらず半導体レーザによるレーザ光の出射をしない状況を作り出せば、常に電流を供給して発熱量を一定にすることが可能であると考え、本発明を構成するに至った。
本開示に係る半導体レーザによると、第1導波路と、第2導波路と、を含む。第1導波路と第2導波路とは、同一の半導体チップ内に形成されている。また、第2導波路のレーザ発振の閾値は、第1導波路のレーザ発振の閾値よりも高い。したがって、半導体レーザによる発光のタイミングでは、第1導波路に電流を流してレーザ光を出射して半導体レーザによる発光を行い、半導体レーザによる非発光のタイミングでは、レーザ発振の閾値が高い第2導波路にも電流を流してレーザ光を出射しないようにすることで半導体レーザの発熱量を一定にすることができる。よって、このような半導体レーザによれば、出射するレーザ光の出力を安定化できる。
上記半導体レーザにおいて、第2導波路は、レーザ光を発振できなくてもよい。このようにすることにより、第2導波路に電流を供給する際に、どれだけ電流値を大きくしても、レーザ光が発振されないため、第1導波路を高出力の発熱量が多い状態で使用したい場合にも対応できる。したがって、出射するレーザ光が高出力の場合でも、レーザ光の光出力を安定化できる。
本開示の光モジュールは、上記半導体レーザを備える。本開示の光モジュールによると、出射するレーザ光の出力を安定化できる半導体レーザを備えるため、光モジュールによって出射するレーザ光を走査して描画する際に、色の再現性よく描画することができる。
上記光モジュールは、支持板と、支持板上に配置される電子冷却モジュールと、をさらに備えてもよい。半導体レーザは、電子冷却モジュール上に配置されてもよい。このようにすることにより、例えば光モジュールが配置される環境の温度変化に応じて、電子冷却モジュールにより半導体レーザの温度調整を行うことができる。したがって、色の再現性よく描画することができる。
上記光モジュールにおいて、半導体レーザは、複数備えられてもよい。光モジュールにおいては、複数の半導体レーザから出射されるレーザ光を合波して、光モジュールから出射する場合に対応することができる。
上記光モジュールにおいて、複数の半導体レーザは、赤色のレーザ光を出射する第1の半導体レーザと、緑色のレーザ光を出射する第2の半導体レーザと、青色のレーザ光を出射する第3の半導体レーザと、を含んでもよい。このようにすることにより、赤色のレーザ光と緑色のレーザ光と青色のレーザ光を合波して、各レーザ光の出力比を調整することで人の目にフルカラーを感じさせることができる。この場合、それぞれのレーザ光の出力を安定させているため、色ずれを抑制できる。
上記光モジュールにおいて、電子冷却モジュール上に配置され、半導体レーザから出射されたレーザ光を走査するミラー駆動機構をさらに備えてもよい。ミラー駆動機構は、半導体レーザから出射されたレーザ光を反射するミラーを周期的に揺動させることにより、半導体レーザから出射されたレーザ光を走査する。光モジュールがミラー駆動機構を含むことにより、半導体レーザから出射されたレーザ光を走査して、光モジュール外へ出射することができる。そうすると、光モジュールにより、半導体レーザから出射されたレーザ光を用いて描画することができる。ここで、ミラーの揺動運動については、温度依存性が有り、ミラー駆動機構の温度が一定でなければ、ミラーの振れ角が大きく変化してしまう。そうすると、半導体レーザから出射されたレーザ光を適切に走査することができない。上記光モジュールによると、電子冷却モジュール上にミラー駆動機構が配置されているため、ミラー駆動機構の温度を一定に保つことが容易となる。そうすると、温度に依存してミラーの振れ角が変化することを抑制することができる。したがって、より精度よく走査されたレーザ光を出射することができる。その結果、光モジュールによる描画を適切に行うことができる。
[本開示の実施形態の詳細]
次に、本開示の半導体レーザの実施形態を、図面を参照しつつ説明する。以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付しその説明は繰り返さない。
次に、本開示の半導体レーザの実施形態を、図面を参照しつつ説明する。以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付しその説明は繰り返さない。
(実施の形態1)
本開示の実施の形態1に係る半導体レーザについて説明する。図1は、実施の形態1に係る半導体レーザの概略側面図である。なお、図1中において、矢印Xおよび矢印Zで示す方向は、後述する図2以降に示す矢印Xおよび矢印Zで示す方向と同じである。
本開示の実施の形態1に係る半導体レーザについて説明する。図1は、実施の形態1に係る半導体レーザの概略側面図である。なお、図1中において、矢印Xおよび矢印Zで示す方向は、後述する図2以降に示す矢印Xおよび矢印Zで示す方向と同じである。
図1を参照して、本開示の実施の形態1に係る半導体レーザ41aは、端面49aが後述する第1サブマウント26の端面と揃えられ、後述する光モジュール10aに含まれる第1サブマウント26上に配置されている。半導体レーザ41aは、本実施形態においては、赤色のレーザ光を出射する半導体レーザである。すなわち、半導体レーザ41aは、波長が640nm~770nmの範囲内のレーザ光を出射する。
半導体レーザ41aは、半導体チップから構成されている。半導体レーザ41aは、ベース部42aと、第1素子部43aと、第2素子部43bと、絶縁層44aと、第1電極45aと、第2電極45bと、を含む。第1素子部43aおよび第2素子部43bはそれぞれ、例えば、AlGaInP(アルミニウム-ガリウム-インジウム-リン)系の半導体から構成されている。第1素子部43aおよび第2素子部43bは、ベース部42a上において矢印Zで示す向きに半導体層を成長させて形成される。第1素子部43aおよび第2素子部43bについてはそれぞれ、n型クラッド層、活性層、p型クラッド層、p側コンタクト層等が含まれるが、それらの図示を省略する。
第1素子部43aと第2素子部43bとの間には、溝部46aが設けられている。すなわち、X方向において、溝部46aにより第1素子部43aと第2素子部43bとが仕切られている。具体的には、第1素子部43aから見て第2素子部43bは、矢印Xで示す向きに配置される。絶縁層44aは、ベース部42a上であって、X方向において第1素子部43aの両横および第2素子部43bの両横に設けられている。絶縁層44aの厚さT1としては、例えば0.2μmが選択される。絶縁層44aの材質としては、例えば、SiO2(二酸化ケイ素)やSiN(シリコンナイトライド)が選択される。第1電極45aは、第1素子部43aを覆うように配置される。第2電極45bは、第2素子部43bを覆うように配置される。第1電極45aおよび第2電極45bの厚さT2としては、例えば2μmが選択される。第1電極45aおよび第2電極45bの材質としては、例えばAu(金)が選択される。
半導体レーザ41aは、第1導波路47aと、第2導波路47bと、を含む。第1導波路47aは、第1素子部43aにより構成される。第2導波路47bは、第2素子部43bにより構成される。第1導波路47aと第2導波路47bとは、同一の半導体レーザ(半導体チップ)41a内に形成されている。第1導波路47aと第2導波路47bとは、X方向に間隔をあけて配置されている。第1導波路47aと第2導波路47bとの間には、溝部46aが配置される。また、第1導波路47aは、レーザ発振によりレーザ光を出射するレーザ発光領域48aが含まれる。半導体レーザ(半導体チップ)41aは、モノリシック構造を有する。
第1導波路47aを構成する半導体材料と、第2導波路47bを構成する半導体材料とは、同じである。すなわち、同じ工程を経て、第1導波路47aおよび第2導波路47bが形成される。
ここで、第2導波路47bのレーザ発振の閾値は、第1導波路47aのレーザ発振の閾値よりも高い。このような構成とするのに際し、本実施形態においては、例えば、第2素子部43bの幅W2を第1素子部43aの幅W1よりも十分長くする。このようにすることにより、第2導波路47bにおける電流密度を低く抑えてレーザ発振の閾値を十分に高めることで、第1導波路47aを用いてレーザ発振する際の電流値と同程度の電流値ではレーザ発振しないようにする。このようにして、第1導波路47aのレーザ発振の閾値と第2導波路47bのレーザ発振の閾値との間に差を設ける。
次に、半導体レーザ41aによるレーザ光の出射について説明する。まず、半導体レーザ41aによるレーザ光を出射するタイミングでは、第1電極45aに電流を供給する。そうすると、第1導波路47aにより共振条件を満たして、レーザ発光領域48aからレーザ光が出射される。半導体レーザ41aにより出射されるレーザ光の向きは、例えば、後述する図4における矢印Yの向きとなる。このようにして半導体レーザ41aによるレーザ光の出射が行われる。一方、半導体レーザ41aによるレーザ光を最大出力で出射しないタイミングでは、第2電極45bにも電流を供給する。ここで、第2導波路47bのレーザ発振の閾値を第1導波路47aのレーザ発振の閾値よりも十分高くすれば、第2導波路47bによりレーザ発振されず、レーザ光は出射されない。このようにして、レーザ光を出射するタイミングや出力の変動に応じて、半導体レーザ41aにおいて供給する電流を第2電極45bにも供給する。
このような構成の半導体レーザ41aによると、第1導波路47aと、第2導波路47bと、を含む。第1導波路47aと第2導波路47bとは、同一の半導体チップ内に形成されている。また、第2導波路47bのレーザ発振の閾値は、第1導波路47aのレーザ発振の閾値よりも高い。したがって、半導体レーザ41aによる最大出力でのレーザ発振のタイミングでは、第1導波路47aに電流を供給して半導体レーザ41aによるレーザ発振を行い、半導体レーザ41aによる最大出力未満でのレーザ発振または非発光のタイミングでは、レーザ発振の閾値が高い第2導波路47bにも電流を供給する。よって、半導体レーザ41aの発熱量を一定にすることができる。したがって、このような半導体レーザ41aによれば、第1導波路47aの温度を一定に保ち、出射するレーザ光の出力を安定化できる。
(実施の形態2)
次に、他の実施の形態である実施の形態2について説明する。実施の形態2は、上記した実施の形態1の半導体レーザ41aを含む光モジュールである。図2は、実施の形態1に係る半導体レーザ41aを備える光モジュール10aの構造を示す外観斜視図である。図3は、図2に示す光モジュール10aの後述するキャップを取り外した状態を示す外観斜視図である。図4は、図3に示す光モジュール10aの概略平面図である。
次に、他の実施の形態である実施の形態2について説明する。実施の形態2は、上記した実施の形態1の半導体レーザ41aを含む光モジュールである。図2は、実施の形態1に係る半導体レーザ41aを備える光モジュール10aの構造を示す外観斜視図である。図3は、図2に示す光モジュール10aの後述するキャップを取り外した状態を示す外観斜視図である。図4は、図3に示す光モジュール10aの概略平面図である。
図2、図3および図4を併せて参照して、光モジュール10aは、平板状の支持板13と、支持板13に対して溶接または接着された蓋部であるキャップ14と、を含む。支持板13は、厚さ方向に見て矩形状であり、四隅が丸められた形状である。具体的には、支持板13は、X方向の長さの方がY方向の長さよりも長く構成されている。支持板13および後述するベース板20の厚さ方向は、矢印Zで示す方向である。支持板13は、厚さ方向の一方に位置する第1の主面13aと、厚さ方向の他方に位置する第2の主面13bと、を含む。キャップ14は、半導体レーザ41a等を覆うように第1の主面13a上に接触して配置される。キャップ14には、光を透過するガラス製の出射窓15が設けられている。支持板13の第2の主面13b側から第1の主面13a側まで貫通し、第1の主面13a側および第2の主面13b側の両側に突出するように、複数のリードピン16が支持板13に設置されている。
光モジュール10aは、平板状の形状を有するベース板20と、それぞれ直方体形状の第1ブロック部21、第2ブロック部22および第3ブロック部23と、矢印L1で示す方向に赤色のレーザ光を出射する半導体レーザ(第1の半導体レーザ)41aと、矢印L2で示す方向に緑色のレーザ光を出射する半導体レーザ(第2の半導体レーザ)41bと、矢印L3で示す方向に青色のレーザ光を出射する半導体レーザ(第3の半導体レーザ)41cと、第1レンズ51と、第2レンズ52と、第3レンズ53と、第1フィルタ61と、第2フィルタ62と、第3フィルタ63と、サーミスタ24と、を含む。
半導体レーザ41aは、上記した図1に示す実施の形態1に係る半導体レーザ41aである。半導体レーザ41bおよび半導体レーザ41cはそれぞれ、出射するレーザ光の波長が異なるだけで、半導体レーザ41aと同様の構成を有する。すなわち、半導体レーザ41bおよび半導体レーザ41cは、第1導波路47aと、第2導波路47bと、を含む。第1導波路47aと第2導波路47bとは、同一の半導体チップ内に形成されている。第2導波路47bのレーザ発振の閾値は、第1導波路47aのレーザ発振の閾値よりも高く構成されている。なお、半導体レーザ41aのY方向の端面49aは、第1サブマウント26のY方向の端面25と揃えられて配置されている。半導体レーザ41b,41cのそれぞれについても、同様である。
本実施形態においては、光モジュール10aは、複数、具体的には3つの半導体レーザ41a,41b,41cを含む。より具体的には、光モジュール10aは、赤色のレーザ光を出射する第1の半導体レーザ41aと、緑色のレーザ光を出射する第2の半導体レーザ41bと、青色のレーザ光を出射する第3の半導体レーザ41cと、を含む。すなわち、半導体レーザ41bは、波長が490nm~550nmの範囲内のレーザ光を出射する。また、半導体レーザ41cは、波長が430nm~490nmの範囲内のレーザ光を出射する。
ベース板20は、厚さ方向の一方に位置する第1の主面20aと、厚さ方向の他方に位置する第2の主面20bと、を含む。ベース板20の第1の主面20a上には、第1ブロック部21、第2ブロック部22および第3ブロック部23が、それぞれX方向に間隔をあけて並べて配置されている。第1ブロック部21上には、平板状の第1サブマウント26が配置されている。第2ブロック部22上には、平板状の第2サブマウント27が配置されている。第3ブロック部23上には、平板状の第3サブマウント28が配置されている。第1サブマウント26上には、第1の半導体レーザ41aが配置されている。第2サブマウント27上には、第2の半導体レーザ41bが配置されている。第3サブマウント28上には、第3の半導体レーザ41cが配置されている。第1の半導体レーザ41a、第2の半導体レーザ41bおよび第3の半導体レーザ41cは、それぞれY方向にレーザ光を出射するように配置されている。なお、第3ブロック部23上には、第1の半導体レーザ41a、第2の半導体レーザ41bおよび第3の半導体レーザ41cの温度を検出するサーミスタ24が配置されている。サーミスタ24は、Y方向において、第3サブマウント28と間隔をあけて配置されている。
ベース板20の第1の主面20a上には、レーザ光のスポットサイズを変換する第1レンズ51、第2レンズ52および第3レンズ53が、それぞれX方向に間隔をあけて並べて配置されている。第1レンズ51、第2レンズ52および第3レンズ53は、それぞれ第1の半導体レーザ41a、第2の半導体レーザ41bおよび第3の半導体レーザ41cから出射されるレーザ光のスポットサイズを変換する。第1レンズ51、第2レンズ52および第3レンズ53により、第1の半導体レーザ41a、第2の半導体レーザ41bおよび第3の半導体レーザ41cから出射されるレーザ光がコリメート光に変換される。
ベース板20の第1の主面20a上には、第1フィルタ61、第2フィルタ62および第3フィルタ63が、それぞれX方向に間隔をあけて並べて配置される。第1フィルタ61、第2フィルタ62および第3フィルタ63については、支持板13の厚さ方向に見て、それぞれの反射面がX方向およびY方向に対して45度傾斜するよう配置されている。第1フィルタ61は、第1の半導体レーザ41aから出射される赤色のレーザ光を反射する。第2フィルタ62は、第1フィルタ61によって反射された赤色のレーザ光を透過し、第2の半導体レーザ41bから出射された緑色のレーザ光を反射する。第3フィルタ63は、第1フィルタ61によって反射され第2フィルタ62を透過した赤色のレーザ光を透過し、第2フィルタ62によって反射された緑色のレーザ光を透過し、第3の半導体レーザ41cから出射された青色のレーザ光を反射する。このように、第1フィルタ61、第2フィルタ62および第3フィルタ63は、特定の波長のレーザ光を選択的に透過および反射する。その結果、第1フィルタ61、第2フィルタ62および第3フィルタ63は、第1の半導体レーザ41a、第2の半導体レーザ41bおよび第3の半導体レーザ41cから出射されたレーザ光を合波する。合波されたレーザ光は、矢印L4で示す方向に沿って進行し、出射窓15から光モジュール10aの外部へ出射される。
光モジュール10aは、電子冷却モジュール30を含む。電子冷却モジュール30は、第1の半導体レーザ41a、第2の半導体レーザ41bおよび第3の半導体レーザ41cの温度を調節する。電子冷却モジュール30は、TEC(Thermo-Electric Cooler)とも呼ばれ、放熱板31と、吸熱板32と、複数の半導体柱33と、を含む。電子冷却モジュール30は、支持板13と、ベース板20との間に配置される。放熱板31は、支持板13の第1の主面13a上に配置される。吸熱板32は、ベース板20の第2の主面20bと接触するように配置される。すなわち、ベース板20は、吸熱板32上に配置される。支持板13と放熱板31、ベース板20と吸熱板32はそれぞれ、図示しない接合材で接合されている。複数の半導体柱33は、ペルチェ素子から構成されており、放熱板31と吸熱板32との間において、それぞれX方向およびY方向に間隔をあけて並べて配置される。複数の半導体柱33は、放熱板31および吸熱板32に接続されている。電子冷却モジュール30に通電することにより、電子冷却モジュール30上の領域に配置される部材、本実施形態においては、第1の半導体レーザ41a、第2の半導体レーザ41bおよび第3の半導体レーザ41cの温度を調節することができる。電子冷却モジュール30に供給する電流を調整することにより、電子冷却モジュール30上の領域の温度を長期的に一定、具体的には、例えば35℃に保つことが容易となる。
上記光モジュール10aによると、上記構成の第1の半導体レーザ41a、第2の半導体レーザ41bおよび第3の半導体レーザ41cを含む。本開示の光モジュール10aによると、出射するレーザ光の出力を安定化できる半導体レーザ41a,41b,41cを備えるため、光モジュール10aによって出射するレーザ光を走査して描画する際に、色の再現性よく描画することができる。また、光モジュール10aは、複数の半導体レーザ41a,41b,41cを含む。このような光モジュール10aは、複数の半導体レーザ41a,41b,41cから出射されるレーザ光を合波して、光モジュール10aから出射する場合に対応することができる。
本実施形態において、光モジュール10aは、赤色のレーザ光を出射する第1の半導体レーザ41a、緑色のレーザ光を出射する第2の半導体レーザ41bおよび青色のレーザ光を出射する第3の半導体レーザ41cを含む。このような光モジュール10aによると、赤色のレーザ光と緑色のレーザ光と青色のレーザ光を合波して、各レーザ光の出力比を調整することで人の目にフルカラーを感じさせることができる。この場合、それぞれのレーザ光の出力を安定させているため、色ずれを抑制できる。
本実施形態においては、光モジュール10aは、支持板13と、支持板13上に配置される電子冷却モジュール30と、を含む。そして、半導体レーザ41a,41b,41cはそれぞれ、電子冷却モジュール30上に配置されている。よって、例えば光モジュール10aが配置される環境の温度変化に応じて、電子冷却モジュール30により半導体レーザ41a,41b,41cの温度調整を行うことができる。したがって、より精度よく描画することができる。
(実施の形態3)
次に、さらに他の実施の形態である実施の形態3について説明する。図5は、実施の形態3に係る光モジュールの概略斜視図である。図6は、実施の形態3に係る光モジュールにおけるシステム構成を概略的に示すブロック図である。図6中に図示する矢印において、制御信号や制御およびデータの流れを示している。実施の形態3の光モジュールは、制御部を備える点において、実施の形態2の場合と異なっている。
次に、さらに他の実施の形態である実施の形態3について説明する。図5は、実施の形態3に係る光モジュールの概略斜視図である。図6は、実施の形態3に係る光モジュールにおけるシステム構成を概略的に示すブロック図である。図6中に図示する矢印において、制御信号や制御およびデータの流れを示している。実施の形態3の光モジュールは、制御部を備える点において、実施の形態2の場合と異なっている。
図5および図6を参照して、実施の形態3の光モジュール10bは、制御部としてのコントローラー17を含む。図5において、コントローラー17は、一点鎖線で模式的に図示している。コントローラー17は、第1の半導体レーザ41a、第2の半導体レーザ41b、第3の半導体レーザ41c、電子冷却モジュール30およびサーミスタ24と電気的に接続されている。コントローラー17は、第1の半導体レーザ41a、第2の半導体レーザ41b、第3の半導体レーザ41cおよび電子冷却モジュール30へ供給する電流を制御する。具体的には、第1の半導体レーザ41a、第2の半導体レーザ41b、第3の半導体レーザ41c、電子冷却モジュール30、第1電極45aおよび第2電極45bへ供給する電流量や電流を供給するタイミングを制御する。コントローラー17は、ネットワーク29を介して外部の電子機器等との通信も可能に構成されている。
コントローラー17は、色味や描画する画面の範囲等、出射する合波レーザ光に関する情報を外部から入手し、入手した情報に基づき、第1の半導体レーザ41a、第2の半導体レーザ41bおよび第3の半導体レーザ41cへ供給する電流における第1電極45aへの電流の供給と第2電極45bへの電流の供給を制御する。具体的には、描画する画像に先立って入手した第1の半導体レーザ41a、第2の半導体レーザ41bおよび第3の半導体レーザ41cのレーザ出力変動の情報に応じて、コントローラー17は、第1の半導体レーザ41a、第2の半導体レーザ41bおよび第3の半導体レーザ41cのそれぞれについて、例えば、半導体レーザ41a,41b,41cによる発光のタイミングでは、第1導波路47aに電流を流してレーザ光を出射して半導体レーザ41a,41b,41cによる発光を行い、半導体レーザ41a,41b,41cによる非発光のタイミングでは、レーザ発振の閾値が高い第2導波路47bにも電流を流してレーザ光を出射しないようにする。
このようにすることにより、制御部であるコントローラー17による制御を利用し、適切なタイミングで第1電極45aへの電流の供給と第2電極45bへの電流の供給を調整することができる。また、制御部であるコントローラー17による制御を利用し、電子冷却モジュール30上の第1の半導体レーザ41a、第2の半導体レーザ41bおよび第3の半導体レーザ41cが配置される領域の温度を一定に保つことができる。すなわち、光モジュール10bが配置される環境の温度変化に応じて、電子冷却モジュール30により半導体レーザ41a,41b,41cの温度調整を行うことができる。したがって、色の再現性よく描画することができる。
(実施の形態4)
次に、さらに他の実施の形態である実施の形態4について説明する。図7は、実施の形態4に係る光モジュールの構造を示す外観斜視図である。図8は、図7に示す光モジュールのキャップを取り外した状態を示す外観斜視図である。図9は、図8に示す光モジュールの概略平面図である。実施の形態4の光モジュールは、ミラー駆動機構を備える点において、実施の形態2の場合と異なっている。また、サーミスタ24の取り付け位置において、第2ブロック部22上としている点においても異なっている。
次に、さらに他の実施の形態である実施の形態4について説明する。図7は、実施の形態4に係る光モジュールの構造を示す外観斜視図である。図8は、図7に示す光モジュールのキャップを取り外した状態を示す外観斜視図である。図9は、図8に示す光モジュールの概略平面図である。実施の形態4の光モジュールは、ミラー駆動機構を備える点において、実施の形態2の場合と異なっている。また、サーミスタ24の取り付け位置において、第2ブロック部22上としている点においても異なっている。
図7、図8および図9を参照して、実施の形態4の光モジュール10cは、第1の半導体レーザ41a、第2の半導体レーザ41bおよび第3の半導体レーザ41cから出射されたレーザ光を走査するミラー駆動機構70を含む。ミラー駆動機構70は、MEMS(Micro Electro Mechanical System)により構成されており、揺動運動が可能なミラー72を含む。ミラー駆動機構70は、電子冷却モジュール30、具体的には、電子冷却モジュール30に含まれる吸熱板32上に配置された三角柱状のステージ71によって支持されている。ミラー駆動機構70は、第1の半導体レーザ41a、第2の半導体レーザ41bおよび第3の半導体レーザ41cから出射され、合波されたレーザ光を反射するミラー72を高速で周期的に揺動させることにより、第1の半導体レーザ41a、第2の半導体レーザ41bおよび第3の半導体レーザ41cから出射され、合波されたレーザ光を走査する。走査されたレーザ光を出射窓18から光モジュール10d外に出射することにより、映像を投影して描画することができる。なお、出射窓18は、キャップ14の上側、すなわち、キャップ14が支持板13に取り付けられた際に、第1の主面13aと対向する位置に設けられている。
ここで、ミラー72の揺動運動については、温度依存性が有り、ミラー駆動機構70の温度が一定でなければ、ミラー72の振れ角が大きく変化してしまう。そうすると、第1の半導体レーザ41a、第2の半導体レーザ41bおよび第3の半導体レーザ41cから出射され、合波されたレーザ光を適切に走査することができない。本実施形態においては、電子冷却モジュール30上にミラー駆動機構70が配置されているため、ミラー駆動機構70の温度を一定に保つことが容易となる。そうすると、温度に依存してミラー72の振れ角が変化することを抑制することができる。すなわち、本実施形態によると、上記構成の第1の半導体レーザ41a、第2の半導体レーザ41bおよび第3の半導体レーザ41cを含み、電子冷却モジュール30の制御による急激な温度変化が生じるおそれを低減することができるため、電子冷却モジュール30上の第1の半導体レーザ41a、第2の半導体レーザ41bおよび第3の半導体レーザ41cが配置される領域、さらには、電子冷却モジュール30上のミラー駆動機構70が配置される領域において、急激な温度変化を抑制することができる。したがって、より精度よく走査されたレーザ光を出射することができる。その結果、光モジュール10cによる描画を適切に行うことができる。
(実施の形態5)
次に、さらに他の実施の形態である実施の形態5について説明する。図10は、実施の形態5に係る光モジュールの概略斜視図である。図11は、実施の形態5に係る光モジュールにおけるシステム構成を概略的に示すブロック図である。図11中に図示する矢印において、制御信号や制御およびデータの流れを示している。実施の形態5の光モジュールは、制御部を備える点において、実施の形態4の場合と異なっている。
次に、さらに他の実施の形態である実施の形態5について説明する。図10は、実施の形態5に係る光モジュールの概略斜視図である。図11は、実施の形態5に係る光モジュールにおけるシステム構成を概略的に示すブロック図である。図11中に図示する矢印において、制御信号や制御およびデータの流れを示している。実施の形態5の光モジュールは、制御部を備える点において、実施の形態4の場合と異なっている。
図10および図11を参照して、実施の形態5の光モジュール10dは、制御部としてのコントローラー19を含む。図10において、コントローラー19は、一点鎖線で模式的に図示している。コントローラー19は、第1の半導体レーザ41a、第2の半導体レーザ41b、第3の半導体レーザ41c、電子冷却モジュール30、ミラー駆動機構70およびサーミスタ24と電気的に接続されている。コントローラー19は、第1の半導体レーザ41a、第2の半導体レーザ41b、第3の半導体レーザ41c、電子冷却モジュール30およびミラー駆動機構70へ供給する電流を制御する。具体的には、コントローラー19は、第1の半導体レーザ41a、第2の半導体レーザ41b、第3の半導体レーザ41c、電子冷却モジュール30およびミラー駆動機構70、第1電極45aおよび第2電極45bへ供給する電流量や電流を供給するタイミングを制御する。コントローラー19は、ネットワーク29を介して外部の電子機器等との通信も可能に構成されている。
コントローラー19は、色味や描画する画面の範囲等、出射する合波レーザ光に関する情報を外部から入手し、入手した情報に基づき、第1の半導体レーザ41a、第2の半導体レーザ41bおよび第3の半導体レーザ41cへ供給する電流における第1電極45aへの電流の供給と第2電極45bへの電流の供給を制御する。具体的には、描画する画像に先立って入手した第1の半導体レーザ41a、第2の半導体レーザ41bおよび第3の半導体レーザ41cのレーザ出力変動の情報に応じて、コントローラー19は、第1の半導体レーザ41a、第2の半導体レーザ41bおよび第3の半導体レーザ41cのそれぞれについて、例えば、半導体レーザ41a,41b,41cによる発光のタイミングでは、第1導波路47aに電流を流してレーザ光を出射して半導体レーザ41a,41b,41cによる発光を行い、半導体レーザ41a,41b,41cによる非発光のタイミングでは、レーザ発振の閾値が高い第2導波路47bにも電流を流してレーザ光を出射しないようにする。
このようにすることにより、制御部であるコントローラー19による制御を利用し、適切なタイミングで第1電極45aへの電流の供給と第2電極45bへの電流の供給を調整することができると共に、電子冷却モジュール30上の第1の半導体レーザ41a、第2の半導体レーザ41bおよび第3の半導体レーザ41cが配置される領域の温度を一定に保つことができる。すなわち、光モジュール10dが配置される環境の温度変化に応じて、電子冷却モジュール30により半導体レーザ41a,41b,41cの温度調整を行うことができる。したがって、色の再現性よく描画することができる。
本実施形態においては、電子冷却モジュール30上にミラー駆動機構70が配置されているため、ミラー駆動機構70の温度を一定に保つことが容易となる。そうすると、温度に依存してミラー72の振れ角が変化することを抑制することができる。すなわち、本実施形態によると、光モジュール10dは、上記構成の第1の半導体レーザ41a、第2の半導体レーザ41bおよび第3の半導体レーザ41cを含み、急激な温度変化が生じるおそれを低減することができるため、電子冷却モジュール30上の第1の半導体レーザ41a、第2の半導体レーザ41bおよび第3の半導体レーザ41cが配置される領域、さらには、電子冷却モジュール30上のミラー駆動機構70が配置される領域において、急激な温度変化を抑制することができる。したがって、より精度よく走査されたレーザ光を出射することができる。その結果、光モジュール10dによる描画を適切に行うことができる。
(実施の形態6)
次に、さらに他の実施の形態である実施の形態6について説明する。図12は、実施の形態6に係る半導体レーザの概略側面図である。図12は、矢印Yで示す向きと逆向きに見た場合を示す。実施の形態6に係る半導体レーザは、第2導波路の構成において、実施の形態1の場合と異なっている。
次に、さらに他の実施の形態である実施の形態6について説明する。図12は、実施の形態6に係る半導体レーザの概略側面図である。図12は、矢印Yで示す向きと逆向きに見た場合を示す。実施の形態6に係る半導体レーザは、第2導波路の構成において、実施の形態1の場合と異なっている。
図12を参照して、実施の形態6に係る半導体レーザ(第1の半導体レーザ)41dは、ベース部42cと、第1素子部43cと、第2素子部43dと、絶縁層44cと、第1電極45cと、第2電極45dと、を含む。第1素子部43cと第2素子部43dとの間には、溝部46cが設けられている。ベース部42c、第1素子部43c、絶縁層44c、第1電極45cおよび溝部46cの基本的な構成については、実施の形態1に示す半導体レーザ41aに含まれるベース部42a、第1素子部43a、絶縁層44a、第1電極45aおよび溝部46aと同様であるため、それらの説明を省略する。第2素子部43dの材質については、実施の形態1に示す半導体レーザ41aに含まれる第2素子部43bの材質と同じである。第2電極45dは、第2素子部43dを覆うように形成されている。
半導体レーザ41dは、第1導波路47cと、第2導波路47dと、を含む。第1導波路47cは、第1素子部43cにより構成される。第2導波路47dは、第2素子部43dにより構成される。第1導波路47cと第2導波路47dとは、同一の半導体レーザ(半導体チップ)41d内に形成されている。第1導波路47cと第2導波路47dとは、X方向に間隔をあけて配置されている。第1導波路47cと第2導波路47bとの間には、溝部46cが配置される。また、第1導波路47cは、レーザ発振によりレーザ光を出射するレーザ発光領域48cが含まれている。半導体レーザ(半導体チップ)41dは、モノリシック構造を有する。本実施形態においては、第2素子部43dの幅W3は、第1素子部43cの幅W1と同じである。
ここで、第2素子部43dの端面49cについては、例えば、レーザ加工を利用した物理的な加工等によりダメージが加えられている。これにより、第2導波路47dは、レーザ発振できないように構成されている。すなわち、半導体レーザ41dにおいて、第2導波路47dは、レーザ光を発振しない。
このような構成の半導体レーザ41dによると、第2導波路47dに電流を供給する際に、どれだけ電流値を大きくしても、レーザ光が発振されないため、第1導波路47cを高出力の発熱量が多い状態で使用したい場合にも対応できる。したがって、出射するレーザ光が高出力の場合でも、レーザ光の出力を安定化できる。
(他の実施の形態)
なお、上記の実施の形態においては、光モジュールは、第1の半導体レーザ、第2の半導体レーザおよび第3の半導体レーザを含む構成としたが、これに限らず、少なくともいずれか1色、すなわち、第1の半導体レーザ、第2の半導体レーザおよび第3の半導体レーザのうちの少なくともいずれか1つを含む構成であってもよい。
なお、上記の実施の形態においては、光モジュールは、第1の半導体レーザ、第2の半導体レーザおよび第3の半導体レーザを含む構成としたが、これに限らず、少なくともいずれか1色、すなわち、第1の半導体レーザ、第2の半導体レーザおよび第3の半導体レーザのうちの少なくともいずれか1つを含む構成であってもよい。
また、上記の実施の形態において、電子冷却モジュールについては、光モジュールが配置された周囲環境がたとえば極めて低温であった場合、吸熱板側で熱を放出し、放熱板側で熱を吸収する場合もある。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって規定され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
10a,10b,10c,10d 光モジュール
13 支持板
13a,13b,20a,20b 主面
14 キャップ
15,18 出射窓
16 リードピン
17,19 コントローラー
20 ベース板
21 第1ブロック部
22 第2ブロック部
23 第3ブロック部
24 サーミスタ
25,49a,49c 端面
26 第1サブマウント
27 第2サブマウント
28 第3サブマウント
29 ネットワーク
30 電子冷却モジュール
31 放熱板
32 吸熱板
33 半導体柱
41a,41d 半導体レーザ(第1の半導体レーザ)(半導体チップ)
41b 半導体レーザ(第2の半導体レーザ)
41c 半導体レーザ(第3の半導体レーザ)
42a,42c ベース部
43a,43c 第1素子部
43b,43d 第2素子部
44a,44c 絶縁層
45a,45c 第1電極
45b,45d 第2電極
46a,46c 溝部
47a,47c 第1導波路
47b,47d 第2導波路
48a,48c レーザ発光領域
51 第1レンズ
52 第2レンズ
53 第3レンズ
61 第1フィルタ
62 第2フィルタ
63 第3フィルタ
70 ミラー駆動機構
71 ステージ
72 ミラー
L1,L2,L3,L4,X,Y,Z 矢印
T1,T2 厚さ
W1,W2,W3 幅
13 支持板
13a,13b,20a,20b 主面
14 キャップ
15,18 出射窓
16 リードピン
17,19 コントローラー
20 ベース板
21 第1ブロック部
22 第2ブロック部
23 第3ブロック部
24 サーミスタ
25,49a,49c 端面
26 第1サブマウント
27 第2サブマウント
28 第3サブマウント
29 ネットワーク
30 電子冷却モジュール
31 放熱板
32 吸熱板
33 半導体柱
41a,41d 半導体レーザ(第1の半導体レーザ)(半導体チップ)
41b 半導体レーザ(第2の半導体レーザ)
41c 半導体レーザ(第3の半導体レーザ)
42a,42c ベース部
43a,43c 第1素子部
43b,43d 第2素子部
44a,44c 絶縁層
45a,45c 第1電極
45b,45d 第2電極
46a,46c 溝部
47a,47c 第1導波路
47b,47d 第2導波路
48a,48c レーザ発光領域
51 第1レンズ
52 第2レンズ
53 第3レンズ
61 第1フィルタ
62 第2フィルタ
63 第3フィルタ
70 ミラー駆動機構
71 ステージ
72 ミラー
L1,L2,L3,L4,X,Y,Z 矢印
T1,T2 厚さ
W1,W2,W3 幅
Claims (7)
- 第1導波路と、第2導波路と、を含み、
前記第1導波路と前記第2導波路とは、同一の半導体チップ内に形成されており、
前記第2導波路のレーザ発振の閾値は、前記第1導波路のレーザ発振の閾値よりも高い、半導体レーザ。 - 前記第2導波路は、レーザ光を発振できない、請求項1に記載の半導体レーザ。
- 請求項1または請求項2に記載の半導体レーザを備える、光モジュール。
- 支持板と、
前記支持板上に配置される電子冷却モジュールと、をさらに備え、
前記半導体レーザは、前記電子冷却モジュール上に配置される、請求項3に記載の光モジュール。 - 前記半導体レーザは、複数備えられる、請求項4に記載の光モジュール。
- 複数の前記半導体レーザは、
赤色のレーザ光を出射する第1の半導体レーザと、
緑色のレーザ光を出射する第2の半導体レーザと、
青色のレーザ光を出射する第3の半導体レーザと、を含む、請求項5に記載の光モジュール。 - 前記電子冷却モジュール上に配置され、前記半導体レーザから出射されたレーザ光を走査するミラー駆動機構をさらに備える、請求項4から請求項6のいずれか1項に記載の光モジュール。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240621 |