JP4786059B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の半導体レーザ素子（レーザダイオード：ＬＤ）を同一基板上に一次元配置してなる半導体レーザアレイ（ＬＤバー）や、そのＬＤバーを個々のＬＤの配列方向及びレーザ光の出射方向の双方に垂直な方向に複数積層してなるＬＤ積層構造体（ＬＤスタック）が知られている。これらの半導体レーザ装置から出射される数１０Ｗ〜数ｋＷの高出力レーザ光を、熱処理等のレーザ加工に用いることが検討されている。
【０００３】
図１２は通常のＬＤバーの正面図である。このＬＤバーは、複数のＬＤを均等な間隔で一次元配置してなる。ＬＤバーを構成する個々のＬＤ自体の出力強度分布自体はガウス分布である。
【０００４】
図１３は当該ＬＤバーから出射される帯状のレーザ光の配列方向の強度分布を示すグラフである。複数のＬＤが所望のピッチで均等に配列されている為、個々のＬＤの強度分布における強度の低い領域は、隣接するＬＤの強度分布における強度の低い領域と重ね合わせられ、同グラフに示されるように、ＬＤ配列方向に沿った所定区間内においてレーザ光強度は略一定となる。
【０００５】
ＬＤバー又はＬＤスタックを熱処理等の加工用光源として用いる場合、被加工物上のレーザ光照射領域における温度分布が均一であることが要求される。レーザ光が、上述のように、配列方向に沿って一定の強度分布を有するのであれば、被加工物上のレーザ光照射領域の配列方向に沿った温度分布も均一となるように思われる。
【０００６】
しかしながら、上述の光強度分布を有するレーザ光が照射される被加工物上での温度分布は、レーザ光照射領域の中央部付近が高温となり、レーザ光照射領域の周辺部（端部）が中央部よりも低温となる。これは、レーザ光照射領域の周辺部がレーザ光非照射領域（温度が低い領域）に隣接しているため、熱伝導による熱の放散が大きい為である。
【０００７】
この問題を解決するためは、ＬＤバーから出射されるレーザ光の強度分布を、周辺部（端部）が中央部より高強度となるＭ字状の強度分布に整形して、被加工物に照射すればよい。関連する技術は、特開平１０−２８２４５０号公報に記載されている。
【０００８】
図１４は上記公報に記載の光学系を示す図である。この回折光学系は、ビーム形状が「円形」で強度分布が「山型」のレーザ光を整形し、ビーム形状が「直線もしくは帯形状」で長手方向の強度分布が「Ｍ字型」のレーザ光としている。同公報によれば、この光学系を用いることにより、効果的なレーザ加工が行えるとされている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような回折光学系を用いてビーム整形を行なう場合、ブラッグの回折を利用するため、光の伝送損失が大きく、また、回折効率を高めようとした場合、その構造、及び製作プロセスも複雑となるため、高価となる。
【００１０】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、所望の光強度分布を有するレーザ光を得ることが可能な半導体レーザ装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明に係る半導体レーザ装置は、複数の半導体レーザ素子を一次元状に配置し断面帯状のパターンを有するレーザ光を出射する半導体レーザアレイと、帯状のパターンのレーザ光の中央部が、当該中央部から離れるように帯状のパターンのレーザ光の中央部を反射し、帯状のパターンのレーザ光の両端部を透過させる整形光学系とを備え、前記半導体レーザアレイを複数備え、これらの半導体レーザアレイを前記半導体レーザ素子の配列方向及び前記レーザ光の出射方向の双方に垂直な方向に沿って積層してなり、前記整形光学系は、特定の前記半導体レーザアレイから出射される帯状のパターンを有するレーザ光の中央部を、前記パターンの長手方向を横切るように２分割し、分割されたレーザ光のそれぞれが前記中央部から離れるように反射する２つの反射面を備え、前記２つの反射面は、前記分割されたレーザ光のそれぞれを、前記特定のレーザ光の両端部と、これに隣接する帯状のパターンのレーザ光の両端部との間に形成される２つの領域のそれぞれに向けて反射することを特徴とする。
【００１２】
本半導体レーザ装置においては、整形光学系が、レーザ光の中央部を当該中央部から離れるように反射し、両端部は透過させることで、パターン両端部の強度を中央部よりも相対的に高くし、レーザ光が被加工物上に照射された場合の中央部の相対的過加熱を抑制する。また、反射及び透過という光の利用効率の高い方法を用いているため、強度減衰が抑制される。
【００１３】
また、本半導体レーザ装置が、半導体レーザアレイを複数備え、これらの半導体レーザアレイを半導体レーザ素子の配列方向及びレーザ光の出射方向の双方に垂直な方向に沿って積層してなることとすれば、半導体レーザ素子を二次元状に配置することができる。
【００１４】
また、整形光学系は、特定の半導体レーザアレイから出射される帯状のパターンを有するレーザ光の中央部を、パターンの長手方向を横切るように２分割し、分割されたレーザ光のそれぞれが中央部から離れるように反射する２つの反射面を備えている。この構成により、レーザ光が中央部から離れるので、レーザ光照射領域中央部の相対的過加熱を抑制することができる。
【００１５】
また、半導体レーザ装置が積層構造を有する場合、上記２つの反射面は、上記分割されたレーザ光のそれぞれを、特定のレーザ光の両端部と、これに隣接する帯状のパターンのレーザ光の両端部との間に形成される２つの領域のそれぞれに向けて反射する。
【００１６】
これら２つの反射面によって、中央部のレーザ光は、当該中央部から離れると共に、積層された半導体レーザアレイ間の隙間を埋める位置、すなわち隣接レーザパターンの両端部間の領域に向けて反射されるので、積層方向の光強度の均一性が高めることができる。
【００１７】
また、整形光学系は、帯状のパターンのレーザ光の両端部をそれぞれ透過させる複数の透過領域と、前記反射面によって反射されたレーザ光のそれぞれを、両端部のレーザ光の進行方向に沿って反射させる複数の反射領域とを備え、これらの反射領域及び透過領域は、パターンの長手方向及び前記両端部のレーザ光の進行方向の双方に垂直な方向に沿って交互に配列していることが好ましい。
【００１８】
中央部のレーザ光は、反射領域によって両端部と同一方向に進行することとなり、且つ、透過領域と反射領域の交互配列によって隣接レーザパターンの両端部間の領域に向けて反射されることとなり、積層方向の光強度の均一性が高めることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に係る半導体レーザ装置について説明する。同一要素には、同一符号を用い、重複する説明は省略する。
【００２０】
図１は第１実施形態に係る半導体レーザ装置の斜視図である。図示の如くｘｙｚ直交座標系を設定する。半導体レーザ素子（レーザダイオード）ＬＤをｘ軸に沿って配列したものをＬＤバーＢとする。LDバーＢはサブマウントＳＢ上に搭載されており、サブマウントＳＢをヒートシンクＨＳ上に搭載したものを１ユニットとし、複数のユニットがy軸方向に沿って積層されている。ＬＤバーＢをｙ軸に沿って積層したものをＬＤスタックＳとする。ｘ軸及びｙ軸の双方に垂直な方向はｚ軸であり、ｚ軸に沿ってレーザ光は出射する。なお、ＬＤバーＢのｘ軸方向長は約１ｃｍである。
【００２１】
なお、ＬＤバーＢは、図１２に示したものを用いる。本例の半導体レーザ素子ＬＤの数はＬＤバーＢ当たり１６個である。LDバーＢは、ｎ型ＧａＡｓからなる共通半導体基板１上の、均等間隔に配置された個々のＬＤ形成領域に、夫々ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２、ＡｌＧａＡｓ活性層３、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４を順次積層し、半導体レーザ素子ＬＤ間にトレンチ溝を形成することで各半導体レーザ素子ＬＤを分離したものである。
【００２２】
最上面に位置するｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４の表面を含む露出表面は、全面がＳｉＯ2やＳｉＮ又はこれらを複合した絶縁膜５で被覆される。各半導体層２，３，４及び絶縁膜５の積層後、各半導体レーザ素子ＬＤのｐ側電極形成領域が開口されたマスクパターンを用いたフォトリソグラフィ工程により、絶縁膜５のｐ側電極形成予定領域を開口した後、（メッキ 削除）蒸着法により、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ等からなるｐ側電極（共通電極）６を当該開口内に形成することで、電極６をｐ型（ＡｌＧａＡｓクラッド層 削除）ＧａＡｓコンタクト層４に電気的に接続する。共通半導体基板１のＬＤ搭載面と逆側の面全面には、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Au等からなる裏面ｎ型電極７が形成される。ＬＤバーＢの光強度分布は図１３に示される。
【００２３】
ＬＤスタックＳが出射したレーザ光は、４つの光学部材１０Ｒ，１０Ｌ，１１Ｒ，１１Ｌからなる整形光学系によって整形される。
【００２４】
図２は、図１に示した装置の平面図である。ＬＤバーＢの両端部をそれぞれ第１及び第４の領域とし、ＬＤバーＢの中心部において隣接する２つの領域を第２及び第３の領域とする。第1、第４の光学部材１０Ｌ、１０Ｒは、ＬＤバーＢの第2、第３の領域からの出力光の光路を遮らないように、これらの光路上には配置されていない。同様に第2、第３の光学部材１１Ｌ、１１Ｒは、ＬＤバーＢの第1、第４の領域からの出力光の光路に影響を与えないように、これらの領域からの出力光の光路上には配置されていない。
【００２５】
第１及び第４の領域から出射されるレーザ光は、それぞれ第１及び第４の光学部材１０Ｌ，１０Ｒに入射する。第１、第４の光学部材１０Ｌ，１０Ｒは、ＬＤバーＢからの出射光に対して透明な材料（例えばガラス等）からなる。光学部材１０Ｌ，１０Ｒそれぞれは、ｘｙ平面からなる光入射面１０Ｌｉ，１０Ｒｉと、ｘｙ平面をｙ軸を中心にそれぞれ±４５度回転させる共に、この面内におけるｙ軸に垂直な特定方向α，βに延びる帯状の面を所定の間隔で複数設定し、当該方向α，βを中心に当該帯状の面を所定角度（本例では３０度）回転させ、これらの間に回転させない帯状の面を有する光出射面１０Ｌｏ，１０Ｒｏを有する。なお、回転させられた帯状の面（１０Ｌｏｒ）間には、回転しない帯状の面（１０Ｌｏｎ）が存在する（図４参照）。
【００２６】
第２及び第３の領域から出射されるレーザ光は、それぞれ第２及び第３の光学部材１１Ｌ，１１Ｒに入射する。第２、第３の光学部材１１Ｌ，１１Ｒは、ＬＤバーＢからの出射光を反射する反射面１１Ｌｉ，１１Ｒｉを有する。反射面１１Ｌｉ，１１Ｒｉそれぞれは、光出射面１０Ｌｏ，１０Ｒｏにそれぞれ対向するように、ｘｙ平面をｙ軸を中心にそれぞれ±４５度回転させる共に、この面内におけるｙ軸に垂直な特定方向α，βに延びる帯状の面を所定の間隔で複数設定し、当該方向α，βを中心に当該帯状の平面を所定角度（本例では３０度）回転させ、これらの間にα，βを中心には回転しない帯状の平面を残してなる。なお、回転させられた帯状の面（１１Ｌｉｒ）間には、回転しない帯状の面（１１Ｌｉｎ）が存在する（図４参照）。
【００２７】
反射面１１Ｌｉ，１１Ｒｉにおける、方向α，βを中心に回転した複数の帯状の面は、光出射面１０Ｌｏ，１０Ｒｏにおける、方向α，βを中心に回転した複数の帯状の面にそれぞれ対向し、且つ平行である。
【００２８】
図３は第１及び第２の光学部材１０Ｌ，１１Ｌにおける反射の関係を示すための図である。反射面１１Ｌｉにおける方向αを中心に回転した複数の帯状の面１１Ｌｉｒは、光出射面１０Ｌｏにおける方向αを中心に回転した複数の帯状の面１０Ｌｏｒに対向し、且つ平行であることが分かる。
【００２９】
図４は第１及び第２の光学部材１０Ｌ，１１Ｌの斜視図である。第１の光学部材１０Ｌの回転させられた帯状の面１０Ｌｏｒは反射面（反射領域）を構成し、回転しない帯状の面１０Ｌｏｎは透過面（透過領域）を構成する。第２の光学部材１０Ｌの回転させられた帯状の面１１Ｌｉｒは反射面（反射領域）を構成し、回転しない帯状の面１１Ｌｉｎの光学特性は特に限定されないが、ここでは透過領域を構成しているものとする。
【００３０】
なお、第３及び第４の光学部材１０Ｒ，１１Ｒの構造及び関係は、 第１及び第２の光学部材１０Ｌ，１１Ｌの構造及び関係とｙｚ平面に対して鏡対称である以外は、同一であり、方向αをβに読み替えたものである。
【００３１】
図５は図２におけるＡ地点から見たビームパターンを示す図であり、図６は図２におけるＢ地点から見たビームパターンを示す図である。本例では、ＬＤスタックＳから、４本の帯状のパターンを有するレーザ光２０，２１，２２，２３が出射されているものとする。
【００３２】
特定のＬＤバーＢから出射された帯状のパターンを有するレーザ光２０は、パターン中央部に対応して位置する第２及び第３の光学部材１１Ｌ，１１Ｒの反射面１１Ｌｉ，１１Ｒｉに入射することにより、その中央部が長手方向に沿って２分割される。また、レーザ光２０は、パターン両端部に対応して位置する第１及び第４の光学部材１０Ｌ，１０Ｒの入射面１０Ｌｉ，１０Ｒｉに入射し、その両端部が入射面１０Ｌｉ，１０Ｒｉ及び光出射面１０Ｌｏ，１０Ｒｏの帯状の透過領域を透過し、ｚ軸方向に進行する。
【００３３】
反射面１１Ｌｉ，１１Ｒｉによって分割されたレーザ光２０1，２０2は、それぞれ、当該レーザ光２０の両端部と、これに隣接するレーザ光２１の両端部との間に形成される２つの領域の方向に反射され、第１及び第４の光学部材１０Ｌ，１０Ｒの光出射面１０Ｌｏ，１０Ｒｏにおける帯状の反射領域によって反射され、ｚ軸方向に進行する。
【００３４】
本装置は、複数のＬＤバーＢをサブマウントＳＢ、ヒートシンクＨＳを介して積層してなるスタック構造を有するため、1段目のＬＤバーＢからの出力光と、２段目のＬＤバーＢからの出力光との間は、通常光強度が０であるが、本実施形態の光学系を用いることにより、ＬＤバーＢの中央部（第2，３の領域）からの出力光の光路を、1段目と2段目の間に変換することができ、周辺部における光密度を高めることが可能となる。
【００３５】
図７は地点Ｂにおけるｘ軸（ビームの長手方向での位置）上の光強度を示すグラフである。同グラフによれば、ｘ軸に沿ってＭ字型の光強度分布が得られていることが分かる。したがって、これを被加工物に照射すれば、レーザ照射領域中央部の過加熱が抑制される。
【００３６】
次に、第２実施形態について説明する。上記光学系では、４つの光学部材を組み合わせて２つの光路変換手段を構成したが、本例では、これらを２つの光学部品で形成するものである。
【００３７】
図８は第２実施形態に係る半導体レーザ装置の斜視図である。本例の装置は、第１実施形態のものと整形光学系のみが異なる。ＬＤスタックＳが出射したレーザ光は、２つの光学部材Ｒ，Ｌからなる整形光学系によって上記と同様に整形される。
【００３８】
図９は、図８に示した装置の平面図である。両端部に位置する第１及び第４の領域から出射されるレーザ光は、それぞれ光学部材Ｌ，Ｒの透過用光入射面Ｌｉ，Ｒｉに入射する。光学部材Ｌ，Ｒは、ＬＤバーＢからの出射光に対して透明な材料（例えばガラス等）からなる。光学部材Ｌ，Ｒの両端部側に位置する透過用光入射面Ｌｉ，Ｒｉそれぞれは、ｘｙ平面をｙ軸を中心にそれぞれ±４５度回転させる共に、この面内におけるｙ軸に垂直な特定方向α，βに延びる帯状の平面を所定の間隔で複数設定し、当該方向α，βを中心に当該帯状の平面を所定角度（本例では３０度）回転させ、これらの帯状間に方向α，βを中心には回転しない平面を残したものである。回転させられた帯状の面（Ｌｉｒ）間には、回転しない帯状の面（Ｌｉｎ）が存在する（図１１参照）。
【００３９】
第２及び第３の領域から出射されるレーザ光は、それぞれ光学部材Ｌ，Ｒ内部に進行し、その内側に形成された反射面Ｌｉ’Ｒｉ’に入射する。反射面Ｌｉ’，Ｒｉ’それぞれは、透過用光入射面Ｌｉ，Ｒｉにそれぞれ対向するように、ｘｙ平面をｙ軸を中心にそれぞれ±４５度回転させる共に、この面内におけるｙ軸に垂直な特定方向α，βに延びる帯状の平面を所定の間隔で複数設定し、当該方向α，βを中心に当該帯状の平面を所定角度（本例では３０度）回転させ、これらの帯状の平面間に方向α，βを中心には回転しない帯状の平面を残してなる。なお、回転させられた帯状の面（Ｌｉｒ’）間には、回転しない帯状の面（Ｌｉｎ’）が存在する（図１１参照）。
【００４０】
反射面Ｌｉ，Ｒｉにおける方向α，βを中心に回転した複数の帯状の面は、透過用光入射面Ｌｉ，Ｒｉにおける方向α，βを中心に回転した複数の帯状の面に対向し、且つ平行である。
【００４１】
図１０は光学部材Ｌにおける反射の関係を示すための図である。反射面Ｌｉにおける方向αを中心に回転した複数の帯状の面Ｌｉｒ’は、光入射面Ｌｉにおける方向αを中心に回転した複数の帯状の面Ｌｉｒに対向し、且つ平行であることが分かる。
【００４２】
図１１は光学部材Ｌの斜視図である。光学部材Ｌの光透過用入射面Ｌｉにおける回転させられた帯状の面Ｌｉｒは反射面（反射領域）を構成し、回転しない帯状の面１０Ｌｉｎは透過面（透過領域）を構成する。光学部材Ｌの反射面Ｌｉ’における回転させられた帯状の面Ｌｉｒ’は反射面（反射領域）を構成し、回転しない帯状の面Ｌｉｎ’の光学特性は特に限定されないが、ここでは透過領域を構成することとする。
【００４３】
なお、、光学部材Ｒの構造は、ｙｚ平面に対して鏡対称である点を除いて、 光学部材Ｌと同一であり、方向αをβに読み替えたものである。
【００４４】
第２実施形態における半導体レーザ装置においても、図５，図６に示したものと同一のレーザパターンが得られる。図５、図６を再度参照すると、特定のＬＤバーＢから出射された帯状のパターンを有するレーザ光２０は、反射面Ｌｉ’，Ｒｉ’に入射することにより、その中央部が長手方向に沿って２分割される。また、レーザ光２０は、入射面Ｌｉ，Ｒｉに入射し、その両端部が入射面Ｌｉ，Ｒｉの帯状の透過領域を透過し、ｚ軸方向に進行する。
【００４５】
反射面Ｌｉ’，Ｒｉ’によって分割されたレーザ光２０1，２０2は、それぞれ、当該レーザ光２０の両端部と、これに隣接するレーザ光２１の両端部との間に形成される２つの領域の方向に反射され、光入射面Ｌｉ，Ｒｉにおける帯状の反射領域によって反射され、ｚ軸方向に進行する。
【００４６】
本実施形態の装置においても、図７に示したものと同一の分布を得ることができる。
【００４７】
なお、上記光学部材１０Ｒ，１０Ｌ，１１Ｒ，１１Ｌ，Ｒ，Ｌの各側面は、すなわち、反射領域と透過領域を交互に有する側面は、以下のようにして製造することができる。例えば、ガラス板のｘ軸に沿って複数のＶ溝を形成する際に、このＶ溝の一側面を表面に対して約３０°の角度で切断し、他方の側面を表面に対して垂直に切断し、３０度の一側面上にＡｌ等の金属膜又は誘電体多層膜からなる反射膜を蒸着する。
【００４８】
或いは、ガラス板の一側面が表面に対して３０度に切断され、他の側面が表面に対して垂直に切断されたガラス板を用意し、３０度の一側面上に上記反射膜を蒸着し、このようなガラス板を複数用意し、当該ガラス板と同じ材料からなり全ての側面が表面に対して略垂直に切断されたガラス板を複数用意し、これらのガラス板と反射膜が蒸着されたガラス板とを接着剤を介して、交互に接着する。
【００４９】
以上、説明したように、上述の半導体レーザ装置は、複数の半導体レーザ素子ＬＤを一次元状に配置し断面帯状のパターンを有するレーザ光２０（図６参照）を出射する半導体レーザアレイ（ＬＤバー）Ｂと、帯状のパターン２０のレーザ光の中央部２０1，２０2が、当該中央部から離れるように帯状のパターンのレーザ光の中央部を反射し、帯状のパターンのレーザ光の両端部を透過させる整形光学系とを備えている。
【００５０】
整形光学系が、レーザ光の中央部を当該中央部２０1，２０2から離れるように反射し、両端部は透過させることで、パターン両端部の強度を中央部よりも相対的に高くし、レーザ光が被加工物上に照射された場合の中央部の相対的過加熱を抑制することができる。また、反射及び透過という光の利用効率の高い方法を用いているため、強度減衰が抑制される。
【００５１】
また、上述の半導体レーザ装置は半導体レーザアレイ（ＬＤバー）Ｂを複数備えており、これらの半導体レーザアレイＢを半導体レーザ素子ＬＤの配列方向（ｘ軸）及びレーザ光の出射方向（ｚ軸）の双方に垂直な方向（ｙ軸）に沿って積層してなるので、半導体レーザ素子ＬＤは二次元状に配置され、その強度を向上させることができる。
【００５２】
また、上記整形光学系は、特定の半導体レーザアレイ（ＬＤバー）Ｂから出射される帯状のパターンを有するレーザ光の中央部２０1，２０2を、パターンの長手方向を横切るように２分割し、分割されたレーザ光のそれぞれが中央部から離れるように反射する２つの反射面１１Ｌｉ，１１Ｒｉ（Ｌｉ’，Ｒｉ’）を備えている。この構成により、レーザ光が中央部から離れるので、レーザ光照射領域中央部の相対的過加熱を抑制することができる。
【００５３】
また、上述の半導体レーザ装置は積層構造するので、上記２つの反射面１１Ｌｉ，１１Ｒｉ（Ｌｉ’，Ｒｉ’）は、上記分割されたレーザ光のそれぞれを、特定のレーザ光２０の両端部と、これに隣接する帯状のパターンのレーザ光２１の両端部との間に形成される２つの領域のそれぞれに向けて反射している。
【００５４】
これら２つの反射面１１Ｌｉ，１１Ｒｉ（Ｌｉ’，Ｒｉ’）によって、中央部のレーザ光は、当該中央部から離れると共に、積層された半導体レーザアレイ間の隙間を埋める位置、すなわち隣接レーザパターンの両端部間の領域に向けて反射されるので、積層方向の光強度の均一性が高めることができる。
【００５５】
また、整形光学系は、帯状のパターンのレーザ光２０の両端部をそれぞれ透過させる複数の透過領域（１０Ｌｏｎ，Ｌｉｎ）と、反射面（１１Ｌｉ，Ｌｉ’他）によって反射されたレーザ光のそれぞれを、両端部のレーザ光の進行方向に沿って反射させる複数の反射領域（１０Ｌｏｒ，Ｌｉｒ）とを備え、これらの反射領域及び透過領域は、パターンの長手方向（ｘ軸）及び両端部のレーザ光の進行方向（ｚ軸）の双方に垂直な方向（ｙ軸）に沿って交互に配列している。
【００５６】
この構成により、中央部のレーザ光は、反射領域によって両端部と同一方向に進行することとなり、且つ、透過領域と反射領域の交互配列によって隣接レーザパターンの両端部間の領域に向けて反射されることとなり、積層方向の光強度の均一性が高めることができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の半導体レーザ装置によれば、所望の光強度分布を有するレーザ光を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る半導体レーザ装置の斜視図である。
【図２】図１に示した装置の平面図である。
【図３】第１及び第２の光学部材１０Ｌ，１１Ｌにおける反射の関係を示すための図である。
【図４】第１及び第２の光学部材１０Ｌ，１１Ｌの斜視図である。
【図５】図２におけるＡ地点から見たビームパターンを示す図である。
【図６】図２におけるＢ地点から見たビームパターンを示す図である。
【図７】地点Ｂにおけるｘ軸（ビームの長手方向での位置）上の光強度を示すグラフである。
【図８】第２実施形態に係る半導体レーザ装置の斜視図である。
【図９】図８に示した装置の平面図である。
【図１０】光学部材Ｌにおける反射の関係を示すための図である。
【図１１】光学部材Ｌの斜視図である。
【図１２】通常のＬＤバーの正面図である。
【図１３】ＬＤバーから出射される帯状のレーザ光の配列方向の強度分布を示すグラフである。
【図１４】従来の光学系を示す図である。
【符号の説明】
１…共通半導体基板、２…クラッド層、３…活性層、５…絶縁膜、６…電極、１１Ｌ…光学部材、１１Ｌｉ…反射面、２０…パターン（レーザ光）、１０Ｌ，１０Ｒ…光学部材、１０Ｌｏ，１０Ｒｏ…光出射面、１０Ｌｉ，１０Ｒｉ…光入射面、Ｂ…半導体レーザアレイ、ＨＳ…ヒートシンク、ＬＤ…半導体レーザ素子、Ｓ…スタック、ＳＢ…サブマウント。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の半導体レーザ素子（レーザダイオード：ＬＤ）を同一基板上に一次元配置してなる半導体レーザアレイ（ＬＤバー）や、そのＬＤバーを個々のＬＤの配列方向及びレーザ光の出射方向の双方に垂直な方向に複数積層してなるＬＤ積層構造体（ＬＤスタック）が知られている。これらの半導体レーザ装置から出射される数１０Ｗ〜数ｋＷの高出力レーザ光を、熱処理等のレーザ加工に用いることが検討されている。
【０００３】
図１２は通常のＬＤバーの正面図である。このＬＤバーは、複数のＬＤを均等な間隔で一次元配置してなる。ＬＤバーを構成する個々のＬＤ自体の出力強度分布自体はガウス分布である。
【０００４】
図１３は当該ＬＤバーから出射される帯状のレーザ光の配列方向の強度分布を示すグラフである。複数のＬＤが所望のピッチで均等に配列されている為、個々のＬＤの強度分布における強度の低い領域は、隣接するＬＤの強度分布における強度の低い領域と重ね合わせられ、同グラフに示されるように、ＬＤ配列方向に沿った所定区間内においてレーザ光強度は略一定となる。
【０００５】
ＬＤバー又はＬＤスタックを熱処理等の加工用光源として用いる場合、被加工物上のレーザ光照射領域における温度分布が均一であることが要求される。レーザ光が、上述のように、配列方向に沿って一定の強度分布を有するのであれば、被加工物上のレーザ光照射領域の配列方向に沿った温度分布も均一となるように思われる。
【０００６】
しかしながら、上述の光強度分布を有するレーザ光が照射される被加工物上での温度分布は、レーザ光照射領域の中央部付近が高温となり、レーザ光照射領域の周辺部（端部）が中央部よりも低温となる。これは、レーザ光照射領域の周辺部がレーザ光非照射領域（温度が低い領域）に隣接しているため、熱伝導による熱の放散が大きい為である。
【０００７】
この問題を解決するためは、ＬＤバーから出射されるレーザ光の強度分布を、周辺部（端部）が中央部より高強度となるＭ字状の強度分布に整形して、被加工物に照射すればよい。関連する技術は、特開平１０−２８２４５０号公報に記載されている。
【０００８】
図１４は上記公報に記載の光学系を示す図である。この回折光学系は、ビーム形状が「円形」で強度分布が「山型」のレーザ光を整形し、ビーム形状が「直線もしくは帯形状」で長手方向の強度分布が「Ｍ字型」のレーザ光としている。同公報によれば、この光学系を用いることにより、効果的なレーザ加工が行えるとされている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような回折光学系を用いてビーム整形を行なう場合、ブラッグの回折を利用するため、光の伝送損失が大きく、また、回折効率を高めようとした場合、その構造、及び製作プロセスも複雑となるため、高価となる。
【００１０】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、所望の光強度分布を有するレーザ光を得ることが可能な半導体レーザ装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明に係る半導体レーザ装置は、複数の半導体レーザ素子を一次元状に配置し断面帯状のパターンを有するレーザ光を出射する半導体レーザアレイと、帯状のパターンのレーザ光の中央部が、当該中央部から離れるように帯状のパターンのレーザ光の中央部を反射し、帯状のパターンのレーザ光の両端部を透過させる整形光学系とを備え、前記半導体レーザアレイを複数備え、これらの半導体レーザアレイを前記半導体レーザ素子の配列方向及び前記レーザ光の出射方向の双方に垂直な方向に沿って積層してなり、前記整形光学系は、特定の前記半導体レーザアレイから出射される帯状のパターンを有するレーザ光の中央部を、前記パターンの長手方向を横切るように２分割し、分割されたレーザ光のそれぞれが前記中央部から離れるように反射する２つの反射面を備え、前記２つの反射面は、前記分割されたレーザ光のそれぞれを、前記特定のレーザ光の両端部と、これに隣接する帯状のパターンのレーザ光の両端部との間に形成される２つの領域のそれぞれに向けて反射することを特徴とする。
【００１２】
本半導体レーザ装置においては、整形光学系が、レーザ光の中央部を当該中央部から離れるように反射し、両端部は透過させることで、パターン両端部の強度を中央部よりも相対的に高くし、レーザ光が被加工物上に照射された場合の中央部の相対的過加熱を抑制する。また、反射及び透過という光の利用効率の高い方法を用いているため、強度減衰が抑制される。
【００１３】
また、本半導体レーザ装置が、半導体レーザアレイを複数備え、これらの半導体レーザアレイを半導体レーザ素子の配列方向及びレーザ光の出射方向の双方に垂直な方向に沿って積層してなることとすれば、半導体レーザ素子を二次元状に配置することができる。
【００１４】
また、整形光学系は、特定の半導体レーザアレイから出射される帯状のパターンを有するレーザ光の中央部を、パターンの長手方向を横切るように２分割し、分割されたレーザ光のそれぞれが中央部から離れるように反射する２つの反射面を備えている。この構成により、レーザ光が中央部から離れるので、レーザ光照射領域中央部の相対的過加熱を抑制することができる。
【００１５】
また、半導体レーザ装置が積層構造を有する場合、上記２つの反射面は、上記分割されたレーザ光のそれぞれを、特定のレーザ光の両端部と、これに隣接する帯状のパターンのレーザ光の両端部との間に形成される２つの領域のそれぞれに向けて反射する。
【００１６】
これら２つの反射面によって、中央部のレーザ光は、当該中央部から離れると共に、積層された半導体レーザアレイ間の隙間を埋める位置、すなわち隣接レーザパターンの両端部間の領域に向けて反射されるので、積層方向の光強度の均一性が高めることができる。
【００１７】
また、整形光学系は、帯状のパターンのレーザ光の両端部をそれぞれ透過させる複数の透過領域と、前記反射面によって反射されたレーザ光のそれぞれを、両端部のレーザ光の進行方向に沿って反射させる複数の反射領域とを備え、これらの反射領域及び透過領域は、パターンの長手方向及び前記両端部のレーザ光の進行方向の双方に垂直な方向に沿って交互に配列していることが好ましい。
【００１８】
中央部のレーザ光は、反射領域によって両端部と同一方向に進行することとなり、且つ、透過領域と反射領域の交互配列によって隣接レーザパターンの両端部間の領域に向けて反射されることとなり、積層方向の光強度の均一性が高めることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に係る半導体レーザ装置について説明する。同一要素には、同一符号を用い、重複する説明は省略する。
【００２０】
図１は第１実施形態に係る半導体レーザ装置の斜視図である。図示の如くｘｙｚ直交座標系を設定する。半導体レーザ素子（レーザダイオード）ＬＤをｘ軸に沿って配列したものをＬＤバーＢとする。LDバーＢはサブマウントＳＢ上に搭載されており、サブマウントＳＢをヒートシンクＨＳ上に搭載したものを１ユニットとし、複数のユニットがy軸方向に沿って積層されている。ＬＤバーＢをｙ軸に沿って積層したものをＬＤスタックＳとする。ｘ軸及びｙ軸の双方に垂直な方向はｚ軸であり、ｚ軸に沿ってレーザ光は出射する。なお、ＬＤバーＢのｘ軸方向長は約１ｃｍである。
【００２１】
なお、ＬＤバーＢは、図１２に示したものを用いる。本例の半導体レーザ素子ＬＤの数はＬＤバーＢ当たり１６個である。LDバーＢは、ｎ型ＧａＡｓからなる共通半導体基板１上の、均等間隔に配置された個々のＬＤ形成領域に、夫々ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２、ＡｌＧａＡｓ活性層３、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４を順次積層し、半導体レーザ素子ＬＤ間にトレンチ溝を形成することで各半導体レーザ素子ＬＤを分離したものである。
【００２２】
最上面に位置するｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４の表面を含む露出表面は、全面がＳｉＯ2やＳｉＮ又はこれらを複合した絶縁膜５で被覆される。各半導体層２，３，４及び絶縁膜５の積層後、各半導体レーザ素子ＬＤのｐ側電極形成領域が開口されたマスクパターンを用いたフォトリソグラフィ工程により、絶縁膜５のｐ側電極形成予定領域を開口した後、（メッキ 削除）蒸着法により、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ等からなるｐ側電極（共通電極）６を当該開口内に形成することで、電極６をｐ型（ＡｌＧａＡｓクラッド層 削除）ＧａＡｓコンタクト層４に電気的に接続する。共通半導体基板１のＬＤ搭載面と逆側の面全面には、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Au等からなる裏面ｎ型電極７が形成される。ＬＤバーＢの光強度分布は図１３に示される。
【００２３】
ＬＤスタックＳが出射したレーザ光は、４つの光学部材１０Ｒ，１０Ｌ，１１Ｒ，１１Ｌからなる整形光学系によって整形される。
【００２４】
図２は、図１に示した装置の平面図である。ＬＤバーＢの両端部をそれぞれ第１及び第４の領域とし、ＬＤバーＢの中心部において隣接する２つの領域を第２及び第３の領域とする。第1、第４の光学部材１０Ｌ、１０Ｒは、ＬＤバーＢの第2、第３の領域からの出力光の光路を遮らないように、これらの光路上には配置されていない。同様に第2、第３の光学部材１１Ｌ、１１Ｒは、ＬＤバーＢの第1、第４の領域からの出力光の光路に影響を与えないように、これらの領域からの出力光の光路上には配置されていない。
【００２５】
第１及び第４の領域から出射されるレーザ光は、それぞれ第１及び第４の光学部材１０Ｌ，１０Ｒに入射する。第１、第４の光学部材１０Ｌ，１０Ｒは、ＬＤバーＢからの出射光に対して透明な材料（例えばガラス等）からなる。光学部材１０Ｌ，１０Ｒそれぞれは、ｘｙ平面からなる光入射面１０Ｌｉ，１０Ｒｉと、ｘｙ平面をｙ軸を中心にそれぞれ±４５度回転させる共に、この面内におけるｙ軸に垂直な特定方向α，βに延びる帯状の面を所定の間隔で複数設定し、当該方向α，βを中心に当該帯状の面を所定角度（本例では３０度）回転させ、これらの間に回転させない帯状の面を有する光出射面１０Ｌｏ，１０Ｒｏを有する。なお、回転させられた帯状の面（１０Ｌｏｒ）間には、回転しない帯状の面（１０Ｌｏｎ）が存在する（図４参照）。
【００２６】
第２及び第３の領域から出射されるレーザ光は、それぞれ第２及び第３の光学部材１１Ｌ，１１Ｒに入射する。第２、第３の光学部材１１Ｌ，１１Ｒは、ＬＤバーＢからの出射光を反射する反射面１１Ｌｉ，１１Ｒｉを有する。反射面１１Ｌｉ，１１Ｒｉそれぞれは、光出射面１０Ｌｏ，１０Ｒｏにそれぞれ対向するように、ｘｙ平面をｙ軸を中心にそれぞれ±４５度回転させる共に、この面内におけるｙ軸に垂直な特定方向α，βに延びる帯状の面を所定の間隔で複数設定し、当該方向α，βを中心に当該帯状の平面を所定角度（本例では３０度）回転させ、これらの間にα，βを中心には回転しない帯状の平面を残してなる。なお、回転させられた帯状の面（１１Ｌｉｒ）間には、回転しない帯状の面（１１Ｌｉｎ）が存在する（図４参照）。
【００２７】
反射面１１Ｌｉ，１１Ｒｉにおける、方向α，βを中心に回転した複数の帯状の面は、光出射面１０Ｌｏ，１０Ｒｏにおける、方向α，βを中心に回転した複数の帯状の面にそれぞれ対向し、且つ平行である。
【００２８】
図３は第１及び第２の光学部材１０Ｌ，１１Ｌにおける反射の関係を示すための図である。反射面１１Ｌｉにおける方向αを中心に回転した複数の帯状の面１１Ｌｉｒは、光出射面１０Ｌｏにおける方向αを中心に回転した複数の帯状の面１０Ｌｏｒに対向し、且つ平行であることが分かる。
【００２９】
図４は第１及び第２の光学部材１０Ｌ，１１Ｌの斜視図である。第１の光学部材１０Ｌの回転させられた帯状の面１０Ｌｏｒは反射面（反射領域）を構成し、回転しない帯状の面１０Ｌｏｎは透過面（透過領域）を構成する。第２の光学部材１０Ｌの回転させられた帯状の面１１Ｌｉｒは反射面（反射領域）を構成し、回転しない帯状の面１１Ｌｉｎの光学特性は特に限定されないが、ここでは透過領域を構成しているものとする。
【００３０】
なお、第３及び第４の光学部材１０Ｒ，１１Ｒの構造及び関係は、 第１及び第２の光学部材１０Ｌ，１１Ｌの構造及び関係とｙｚ平面に対して鏡対称である以外は、同一であり、方向αをβに読み替えたものである。
【００３１】
図５は図２におけるＡ地点から見たビームパターンを示す図であり、図６は図２におけるＢ地点から見たビームパターンを示す図である。本例では、ＬＤスタックＳから、４本の帯状のパターンを有するレーザ光２０，２１，２２，２３が出射されているものとする。
【００３２】
特定のＬＤバーＢから出射された帯状のパターンを有するレーザ光２０は、パターン中央部に対応して位置する第２及び第３の光学部材１１Ｌ，１１Ｒの反射面１１Ｌｉ，１１Ｒｉに入射することにより、その中央部が長手方向に沿って２分割される。また、レーザ光２０は、パターン両端部に対応して位置する第１及び第４の光学部材１０Ｌ，１０Ｒの入射面１０Ｌｉ，１０Ｒｉに入射し、その両端部が入射面１０Ｌｉ，１０Ｒｉ及び光出射面１０Ｌｏ，１０Ｒｏの帯状の透過領域を透過し、ｚ軸方向に進行する。
【００３３】
反射面１１Ｌｉ，１１Ｒｉによって分割されたレーザ光２０1，２０2は、それぞれ、当該レーザ光２０の両端部と、これに隣接するレーザ光２１の両端部との間に形成される２つの領域の方向に反射され、第１及び第４の光学部材１０Ｌ，１０Ｒの光出射面１０Ｌｏ，１０Ｒｏにおける帯状の反射領域によって反射され、ｚ軸方向に進行する。
【００３４】
本装置は、複数のＬＤバーＢをサブマウントＳＢ、ヒートシンクＨＳを介して積層してなるスタック構造を有するため、1段目のＬＤバーＢからの出力光と、２段目のＬＤバーＢからの出力光との間は、通常光強度が０であるが、本実施形態の光学系を用いることにより、ＬＤバーＢの中央部（第2，３の領域）からの出力光の光路を、1段目と2段目の間に変換することができ、周辺部における光密度を高めることが可能となる。
【００３５】
図７は地点Ｂにおけるｘ軸（ビームの長手方向での位置）上の光強度を示すグラフである。同グラフによれば、ｘ軸に沿ってＭ字型の光強度分布が得られていることが分かる。したがって、これを被加工物に照射すれば、レーザ照射領域中央部の過加熱が抑制される。
【００３６】
次に、第２実施形態について説明する。上記光学系では、４つの光学部材を組み合わせて２つの光路変換手段を構成したが、本例では、これらを２つの光学部品で形成するものである。
【００３７】
図８は第２実施形態に係る半導体レーザ装置の斜視図である。本例の装置は、第１実施形態のものと整形光学系のみが異なる。ＬＤスタックＳが出射したレーザ光は、２つの光学部材Ｒ，Ｌからなる整形光学系によって上記と同様に整形される。
【００３８】
図９は、図８に示した装置の平面図である。両端部に位置する第１及び第４の領域から出射されるレーザ光は、それぞれ光学部材Ｌ，Ｒの透過用光入射面Ｌｉ，Ｒｉに入射する。光学部材Ｌ，Ｒは、ＬＤバーＢからの出射光に対して透明な材料（例えばガラス等）からなる。光学部材Ｌ，Ｒの両端部側に位置する透過用光入射面Ｌｉ，Ｒｉそれぞれは、ｘｙ平面をｙ軸を中心にそれぞれ±４５度回転させる共に、この面内におけるｙ軸に垂直な特定方向α，βに延びる帯状の平面を所定の間隔で複数設定し、当該方向α，βを中心に当該帯状の平面を所定角度（本例では３０度）回転させ、これらの帯状間に方向α，βを中心には回転しない平面を残したものである。回転させられた帯状の面（Ｌｉｒ）間には、回転しない帯状の面（Ｌｉｎ）が存在する（図１１参照）。
【００３９】
第２及び第３の領域から出射されるレーザ光は、それぞれ光学部材Ｌ，Ｒ内部に進行し、その内側に形成された反射面Ｌｉ’Ｒｉ’に入射する。反射面Ｌｉ’，Ｒｉ’それぞれは、透過用光入射面Ｌｉ，Ｒｉにそれぞれ対向するように、ｘｙ平面をｙ軸を中心にそれぞれ±４５度回転させる共に、この面内におけるｙ軸に垂直な特定方向α，βに延びる帯状の平面を所定の間隔で複数設定し、当該方向α，βを中心に当該帯状の平面を所定角度（本例では３０度）回転させ、これらの帯状の平面間に方向α，βを中心には回転しない帯状の平面を残してなる。なお、回転させられた帯状の面（Ｌｉｒ’）間には、回転しない帯状の面（Ｌｉｎ’）が存在する（図１１参照）。
【００４０】
反射面Ｌｉ，Ｒｉにおける方向α，βを中心に回転した複数の帯状の面は、透過用光入射面Ｌｉ，Ｒｉにおける方向α，βを中心に回転した複数の帯状の面に対向し、且つ平行である。
【００４１】
図１０は光学部材Ｌにおける反射の関係を示すための図である。反射面Ｌｉにおける方向αを中心に回転した複数の帯状の面Ｌｉｒ’は、光入射面Ｌｉにおける方向αを中心に回転した複数の帯状の面Ｌｉｒに対向し、且つ平行であることが分かる。
【００４２】
図１１は光学部材Ｌの斜視図である。光学部材Ｌの光透過用入射面Ｌｉにおける回転させられた帯状の面Ｌｉｒは反射面（反射領域）を構成し、回転しない帯状の面１０Ｌｉｎは透過面（透過領域）を構成する。光学部材Ｌの反射面Ｌｉ’における回転させられた帯状の面Ｌｉｒ’は反射面（反射領域）を構成し、回転しない帯状の面Ｌｉｎ’の光学特性は特に限定されないが、ここでは透過領域を構成することとする。
【００４３】
なお、、光学部材Ｒの構造は、ｙｚ平面に対して鏡対称である点を除いて、 光学部材Ｌと同一であり、方向αをβに読み替えたものである。
【００４４】
第２実施形態における半導体レーザ装置においても、図５，図６に示したものと同一のレーザパターンが得られる。図５、図６を再度参照すると、特定のＬＤバーＢから出射された帯状のパターンを有するレーザ光２０は、反射面Ｌｉ’，Ｒｉ’に入射することにより、その中央部が長手方向に沿って２分割される。また、レーザ光２０は、入射面Ｌｉ，Ｒｉに入射し、その両端部が入射面Ｌｉ，Ｒｉの帯状の透過領域を透過し、ｚ軸方向に進行する。
【００４５】
反射面Ｌｉ’，Ｒｉ’によって分割されたレーザ光２０1，２０2は、それぞれ、当該レーザ光２０の両端部と、これに隣接するレーザ光２１の両端部との間に形成される２つの領域の方向に反射され、光入射面Ｌｉ，Ｒｉにおける帯状の反射領域によって反射され、ｚ軸方向に進行する。
【００４６】
本実施形態の装置においても、図７に示したものと同一の分布を得ることができる。
【００４７】
なお、上記光学部材１０Ｒ，１０Ｌ，１１Ｒ，１１Ｌ，Ｒ，Ｌの各側面は、すなわち、反射領域と透過領域を交互に有する側面は、以下のようにして製造することができる。例えば、ガラス板のｘ軸に沿って複数のＶ溝を形成する際に、このＶ溝の一側面を表面に対して約３０°の角度で切断し、他方の側面を表面に対して垂直に切断し、３０度の一側面上にＡｌ等の金属膜又は誘電体多層膜からなる反射膜を蒸着する。
【００４８】
或いは、ガラス板の一側面が表面に対して３０度に切断され、他の側面が表面に対して垂直に切断されたガラス板を用意し、３０度の一側面上に上記反射膜を蒸着し、このようなガラス板を複数用意し、当該ガラス板と同じ材料からなり全ての側面が表面に対して略垂直に切断されたガラス板を複数用意し、これらのガラス板と反射膜が蒸着されたガラス板とを接着剤を介して、交互に接着する。
【００４９】
以上、説明したように、上述の半導体レーザ装置は、複数の半導体レーザ素子ＬＤを一次元状に配置し断面帯状のパターンを有するレーザ光２０（図６参照）を出射する半導体レーザアレイ（ＬＤバー）Ｂと、帯状のパターン２０のレーザ光の中央部２０1，２０2が、当該中央部から離れるように帯状のパターンのレーザ光の中央部を反射し、帯状のパターンのレーザ光の両端部を透過させる整形光学系とを備えている。
【００５０】
整形光学系が、レーザ光の中央部を当該中央部２０1，２０2から離れるように反射し、両端部は透過させることで、パターン両端部の強度を中央部よりも相対的に高くし、レーザ光が被加工物上に照射された場合の中央部の相対的過加熱を抑制することができる。また、反射及び透過という光の利用効率の高い方法を用いているため、強度減衰が抑制される。
【００５１】
また、上述の半導体レーザ装置は半導体レーザアレイ（ＬＤバー）Ｂを複数備えており、これらの半導体レーザアレイＢを半導体レーザ素子ＬＤの配列方向（ｘ軸）及びレーザ光の出射方向（ｚ軸）の双方に垂直な方向（ｙ軸）に沿って積層してなるので、半導体レーザ素子ＬＤは二次元状に配置され、その強度を向上させることができる。
【００５２】
また、上記整形光学系は、特定の半導体レーザアレイ（ＬＤバー）Ｂから出射される帯状のパターンを有するレーザ光の中央部２０1，２０2を、パターンの長手方向を横切るように２分割し、分割されたレーザ光のそれぞれが中央部から離れるように反射する２つの反射面１１Ｌｉ，１１Ｒｉ（Ｌｉ’，Ｒｉ’）を備えている。この構成により、レーザ光が中央部から離れるので、レーザ光照射領域中央部の相対的過加熱を抑制することができる。
【００５３】
また、上述の半導体レーザ装置は積層構造するので、上記２つの反射面１１Ｌｉ，１１Ｒｉ（Ｌｉ’，Ｒｉ’）は、上記分割されたレーザ光のそれぞれを、特定のレーザ光２０の両端部と、これに隣接する帯状のパターンのレーザ光２１の両端部との間に形成される２つの領域のそれぞれに向けて反射している。
【００５４】
これら２つの反射面１１Ｌｉ，１１Ｒｉ（Ｌｉ’，Ｒｉ’）によって、中央部のレーザ光は、当該中央部から離れると共に、積層された半導体レーザアレイ間の隙間を埋める位置、すなわち隣接レーザパターンの両端部間の領域に向けて反射されるので、積層方向の光強度の均一性が高めることができる。
【００５５】
また、整形光学系は、帯状のパターンのレーザ光２０の両端部をそれぞれ透過させる複数の透過領域（１０Ｌｏｎ，Ｌｉｎ）と、反射面（１１Ｌｉ，Ｌｉ’他）によって反射されたレーザ光のそれぞれを、両端部のレーザ光の進行方向に沿って反射させる複数の反射領域（１０Ｌｏｒ，Ｌｉｒ）とを備え、これらの反射領域及び透過領域は、パターンの長手方向（ｘ軸）及び両端部のレーザ光の進行方向（ｚ軸）の双方に垂直な方向（ｙ軸）に沿って交互に配列している。
【００５６】
この構成により、中央部のレーザ光は、反射領域によって両端部と同一方向に進行することとなり、且つ、透過領域と反射領域の交互配列によって隣接レーザパターンの両端部間の領域に向けて反射されることとなり、積層方向の光強度の均一性が高めることができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の半導体レーザ装置によれば、所望の光強度分布を有するレーザ光を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る半導体レーザ装置の斜視図である。
【図２】図１に示した装置の平面図である。
【図３】第１及び第２の光学部材１０Ｌ，１１Ｌにおける反射の関係を示すための図である。
【図４】第１及び第２の光学部材１０Ｌ，１１Ｌの斜視図である。
【図５】図２におけるＡ地点から見たビームパターンを示す図である。
【図６】図２におけるＢ地点から見たビームパターンを示す図である。
【図７】地点Ｂにおけるｘ軸（ビームの長手方向での位置）上の光強度を示すグラフである。
【図８】第２実施形態に係る半導体レーザ装置の斜視図である。
【図９】図８に示した装置の平面図である。
【図１０】光学部材Ｌにおける反射の関係を示すための図である。
【図１１】光学部材Ｌの斜視図である。
【図１２】通常のＬＤバーの正面図である。
【図１３】ＬＤバーから出射される帯状のレーザ光の配列方向の強度分布を示すグラフである。
【図１４】従来の光学系を示す図である。
【符号の説明】
１…共通半導体基板、２…クラッド層、３…活性層、５…絶縁膜、６…電極、１１Ｌ…光学部材、１１Ｌｉ…反射面、２０…パターン（レーザ光）、１０Ｌ，１０Ｒ…光学部材、１０Ｌｏ，１０Ｒｏ…光出射面、１０Ｌｉ，１０Ｒｉ…光入射面、Ｂ…半導体レーザアレイ、ＨＳ…ヒートシンク、ＬＤ…半導体レーザ素子、Ｓ…スタック、ＳＢ…サブマウント。
Claims (2)
- 複数の半導体レーザ素子を一次元状に配置し断面帯状のパターンを有するレーザ光を出射する半導体レーザアレイと、前記帯状のパターンのレーザ光の中央部が、当該中央部から離れるように前記帯状のパターンのレーザ光の中央部を反射し、前記帯状のパターンのレーザ光の両端部を透過させる整形光学系とを備え、
前記半導体レーザアレイを複数備え、これらの半導体レーザアレイを前記半導体レーザ素子の配列方向及び前記レーザ光の出射方向の双方に垂直な方向に沿って積層してなり、
前記整形光学系は、特定の前記半導体レーザアレイから出射される帯状のパターンを有するレーザ光の中央部を、前記パターンの長手方向を横切るように２分割し、分割されたレーザ光のそれぞれが前記中央部から離れるように反射する２つの反射面を備え、
前記２つの反射面は、前記分割されたレーザ光のそれぞれを、前記特定のレーザ光の両端部と、これに隣接する帯状のパターンのレーザ光の両端部との間に形成される２つの領域のそれぞれに向けて反射することを特徴とする半導体レーザ装置。 - 前記整形光学系は、前記帯状のパターンのレーザ光の両端部をそれぞれ透過させる複数の透過領域と、前記反射面によって反射されたレーザ光のそれぞれを、前記両端部のレーザ光の進行方向に沿って反射させる複数の反射領域とを備え、
これらの反射領域及び透過領域は、前記パターンの長手方向及び前記両端部のレーザ光の進行方向の双方に垂直な方向に沿って交互に配列していることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
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