JPH07107948B2 - 非コ−ヒレントな光非結合レ−ザアレイ - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は非コーヒレント、非位相ロック式レーザアレ
イに関し、特に高強度で、広い範囲にわたって一様な遠
域放射分布を持ち、電気光学的ラインモジュレータ及び
電気光学的ラインプリンタの照明光源として用いるのに
極めて適した非位相ロック式つまり光学的非結合式レー
ザアレイに関する。
イに関し、特に高強度で、広い範囲にわたって一様な遠
域放射分布を持ち、電気光学的ラインモジュレータ及び
電気光学的ラインプリンタの照明光源として用いるのに
極めて適した非位相ロック式つまり光学的非結合式レー
ザアレイに関する。
（従来の技術） 従来技術では、ゼログラフィックプリンタで使われるゼ
ログラフィック光受容体等の感光性媒体上に像を生ずる
光源として、半導体レーザ及びLEDが使われてきた。こ
のような用途では、像の光強度が一様で、放射光の強度
が充分である必要がある。また、LEDを使わなければな
らないときは、一列状の光が形成されて光受容体を像に
応じて除電できるように、画素つまりピクセル毎に１個
づつ対応させたLEDの全巾アレイを設ける必要がある。
一般に、複数の発光素子（LED）アレイが１またはそれ
より多い列状に配置され、感光性媒体と光源アレイの間
に光学手段が位置されて、各アレイ光源からの光を感光
性媒体表面の単一ラインに収束させている。そして各光
源が選択的にオン／オフされ、移動する感光性媒体のラ
イン毎の露光を行なう。
ログラフィック光受容体等の感光性媒体上に像を生ずる
光源として、半導体レーザ及びLEDが使われてきた。こ
のような用途では、像の光強度が一様で、放射光の強度
が充分である必要がある。また、LEDを使わなければな
らないときは、一列状の光が形成されて光受容体を像に
応じて除電できるように、画素つまりピクセル毎に１個
づつ対応させたLEDの全巾アレイを設ける必要がある。
一般に、複数の発光素子（LED）アレイが１またはそれ
より多い列状に配置され、感光性媒体と光源アレイの間
に光学手段が位置されて、各アレイ光源からの光を感光
性媒体表面の単一ラインに収束させている。そして各光
源が選択的にオン／オフされ、移動する感光性媒体のラ
イン毎の露光を行なう。
半導体レーザも収束スポットにおける強度が高いため、
回転多角形走査式プリンタ等の光源としてこれまで使わ
れてきた。しかしこれら半導体レーザは、パワーが不充
分で光強度の一様性が不適切なため、電気光学的ライン
プリンタで用いるのに最適と言えない。特に、高パワー
でコーヒレントなレーザ光源は遠域での単一ビーム中に
高強度の領域と低強度の領域を含む遠域放射分布を有す
る。すなわち、遠域放射分布が一様でない。このような
ビーム出力の横断方向に沿った強度の変化は、感光性媒
体上へのライン状露光が一様でなくなるため望ましくな
い。上記及びその他の理由から、非常に短いコーヒレン
ト長を持ち単調に強度が変化する光出力を与えるように
設計できる点で、LEDの方が電気光学的ラインプリンタ
用の光源としてより好ましい。
回転多角形走査式プリンタ等の光源としてこれまで使わ
れてきた。しかしこれら半導体レーザは、パワーが不充
分で光強度の一様性が不適切なため、電気光学的ライン
プリンタで用いるのに最適と言えない。特に、高パワー
でコーヒレントなレーザ光源は遠域での単一ビーム中に
高強度の領域と低強度の領域を含む遠域放射分布を有す
る。すなわち、遠域放射分布が一様でない。このような
ビーム出力の横断方向に沿った強度の変化は、感光性媒
体上へのライン状露光が一様でなくなるため望ましくな
い。上記及びその他の理由から、非常に短いコーヒレン
ト長を持ち単調に強度が変化する光出力を与えるように
設計できる点で、LEDの方が電気光学的ラインプリンタ
用の光源としてより好ましい。
しかし一部のケースにおいて従来のLEDは、帯電されて
移動する感光性媒体を露光するという機能を効率的に果
すのに充分な出力パワーと強度を与えられなかった。ま
た、LEDはレーザと比べはるかに効率が悪い。このた
め、ゼログラフィック光受容体の用途で光源として使わ
れるLEDは、良好な光受容体の除電に充分な出力強度レ
ベルに不足する結果、プリンタ用途の光源としては多く
の場合半導体レーザの方が尚好ましいとされている。
移動する感光性媒体を露光するという機能を効率的に果
すのに充分な出力パワーと強度を与えられなかった。ま
た、LEDはレーザと比べはるかに効率が悪い。このた
め、ゼログラフィック光受容体の用途で光源として使わ
れるLEDは、良好な光受容体の除電に充分な出力強度レ
ベルに不足する結果、プリンタ用途の光源としては多く
の場合半導体レーザの方が尚好ましいとされている。
LEDの強度が不足する問題の他、前述したように複数のL
ED及びマルチレーザ光源の個々の間で一様な光出力を確
保することも、当該分野における問題として認識されて
いる。LEDアレイからの広い光放射の強度がそのアレイ
を横切って一様であることを保証するため、例えば米国
特許第No.4,455,562に例示されているような高度な制御
系が光強度の一様性を与えるように設計されてきた。上
記特許は、LEDアレイ中の各LEDから放射される光の実質
的一様性を得るのに、２進重み付デューティサイクル制
御を利用している。
ED及びマルチレーザ光源の個々の間で一様な光出力を確
保することも、当該分野における問題として認識されて
いる。LEDアレイからの広い光放射の強度がそのアレイ
を横切って一様であることを保証するため、例えば米国
特許第No.4,455,562に例示されているような高度な制御
系が光強度の一様性を与えるように設計されてきた。上
記特許は、LEDアレイ中の各LEDから放射される光の実質
的一様性を得るのに、２進重み付デューティサイクル制
御を利用している。
最高パワーのLEDはトップエミッタ型であるが、それで
も大部分のプリンタ用途で必要なパワー強度に不足して
いる。すなわち口径サイズ当りにつき充分な光密度が得
られない。
も大部分のプリンタ用途で必要なパワー強度に不足して
いる。すなわち口径サイズ当りにつき充分な光密度が得
られない。
（発明が解決しようとする問題点） プリンタ分野における最も最近の進歩は内部全反射（TI
R）ラインモジュレータという概念で、これは感光性媒
体へアドレスするのに用いるソリッドステート形マルチ
ゲート光弁である。TIRラインモジュレータは電気光学
的材料のクリスタルバーから成り、その主面の１つに櫛
歯状電極のアレイが被着され、電気的にアドレスされる
とこれらの電極がクリスタル本体内に周期的な電場を発
生つまり誘起する。各々の電極は、アレイを横切って信
号パターンを形成する電気信号によって個々にアドレス
される。ラインモジュレータでは、高強度の巾の広いシ
ート状光ビームが必要である。ビームはクリスタルに対
し、電極を備えた主面の平面へ一定の入射角で導入され
る。TIRラインモジュレータの一例は、Robert A.Sprang
ue他の米国特許第No.4,281,904に開示されている。
R）ラインモジュレータという概念で、これは感光性媒
体へアドレスするのに用いるソリッドステート形マルチ
ゲート光弁である。TIRラインモジュレータは電気光学
的材料のクリスタルバーから成り、その主面の１つに櫛
歯状電極のアレイが被着され、電気的にアドレスされる
とこれらの電極がクリスタル本体内に周期的な電場を発
生つまり誘起する。各々の電極は、アレイを横切って信
号パターンを形成する電気信号によって個々にアドレス
される。ラインモジュレータでは、高強度の巾の広いシ
ート状光ビームが必要である。ビームはクリスタルに対
し、電極を備えた主面の平面へ一定の入射角で導入され
る。TIRラインモジュレータの一例は、Robert A.Sprang
ue他の米国特許第No.4,281,904に開示されている。
感光性媒体の露光プロセスを実施するため、シート状の
光ビームはTIRラインモジュレータの電気光学的エレメ
ントを介して光の光軸に対しわずかな角度で入射され、
電極を備えた内表面で内部全反射を生じる。像の連続ラ
インに含まれる画素つまりピクセルのそれぞれの集合を
表わす連続組のデジタルビットまたはアナログサンプル
が、電極アレイに逐次印加される。TIR入射光に近接し
てクリスタル内で生じる局部的な本体または周辺電場が
光を変調し、シート状光ビームの位相面を帯電された感
光性媒体上に対し像の形状に応じて変化させる。電気光
学的ラインプリンタの応用に関する例及び教示は、米国
特許Nos.4,367,925;4,369,457;4,370,029;4,437,106;4,
450,459;4,480,899及び4,483,596に見い出せる。
光ビームはTIRラインモジュレータの電気光学的エレメ
ントを介して光の光軸に対しわずかな角度で入射され、
電極を備えた内表面で内部全反射を生じる。像の連続ラ
インに含まれる画素つまりピクセルのそれぞれの集合を
表わす連続組のデジタルビットまたはアナログサンプル
が、電極アレイに逐次印加される。TIR入射光に近接し
てクリスタル内で生じる局部的な本体または周辺電場が
光を変調し、シート状光ビームの位相面を帯電された感
光性媒体上に対し像の形状に応じて変化させる。電気光
学的ラインプリンタの応用に関する例及び教示は、米国
特許Nos.4,367,925;4,369,457;4,370,029;4,437,106;4,
450,459;4,480,899及び4,483,596に見い出せる。
さらに最近になって、電気光学的ラインモジュレータ及
びラインプリンタ用として、高い出力強度及び一様な遠
域放射分布を持つ超ルミネセントLED側面光源、及び遠
域放射を接線（横断）方向に平行化し且つ近域放射を矢
状（前後）方向にモジュレータ上で収束させる光学手段
が開発された。この光学手段は、LED光源から接線及び
矢状両方向に放射された光を集める第１のレンズ系と、
接線方向の光をシート状ビームに平行化しかつ矢状方向
の光をモジュレータ上でライン像に収束させる第２の円
環体レンズとから成る。像形成手段がモジュレータと記
録媒体の間で光学的に位置合わせされ、モジュレータを
ラインプリンタの記録媒体上に像形成する。この点につ
いては、特開昭61−232686号公報を参照されたい。
びラインプリンタ用として、高い出力強度及び一様な遠
域放射分布を持つ超ルミネセントLED側面光源、及び遠
域放射を接線（横断）方向に平行化し且つ近域放射を矢
状（前後）方向にモジュレータ上で収束させる光学手段
が開発された。この光学手段は、LED光源から接線及び
矢状両方向に放射された光を集める第１のレンズ系と、
接線方向の光をシート状ビームに平行化しかつ矢状方向
の光をモジュレータ上でライン像に収束させる第２の円
環体レンズとから成る。像形成手段がモジュレータと記
録媒体の間で光学的に位置合わせされ、モジュレータを
ラインプリンタの記録媒体上に像形成する。この点につ
いては、特開昭61−232686号公報を参照されたい。
このようなマルチゲートつまり電気光学的モジュレータ
を用いたLEDは、ダイオードレーザアレイで見られるシ
ャープなまたは不規則な構造を生じずに、放射分布が広
く予測可能な方法で単調に変化するため、プリンタ用途
の光源としてほゞ理想的な特性を持つ。さらに、LEDの
光スペクトルは充分に広いので、光干渉効果を無視でき
る。しかし、LED光は多くの異った方向に放射されるの
で、LEDはその固有な性質上ダイオードレーザより全体
効率例えば変換効率が低く、従って同程度な出力パワー
のLEDはダイオードレーザ光源より高い温度及び高い入
力パワーで動作させる必要がある。
を用いたLEDは、ダイオードレーザアレイで見られるシ
ャープなまたは不規則な構造を生じずに、放射分布が広
く予測可能な方法で単調に変化するため、プリンタ用途
の光源としてほゞ理想的な特性を持つ。さらに、LEDの
光スペクトルは充分に広いので、光干渉効果を無視でき
る。しかし、LED光は多くの異った方向に放射されるの
で、LEDはその固有な性質上ダイオードレーザより全体
効率例えば変換効率が低く、従って同程度な出力パワー
のLEDはダイオードレーザ光源より高い温度及び高い入
力パワーで動作させる必要がある。
つまり、LEDの非コーヒレント性とダイオードレーザの
効率を兼ね備えた光源が、ラインモジュレータ及びプリ
ンタの用途において望ましい。
効率を兼ね備えた光源が、ラインモジュレータ及びプリ
ンタの用途において望ましい。
（問題点を解決するための手段） この発明によれば、非コーヒレントなダイオードレーザ
アレイ光源がシート状で、一様で、高強度な光を与えら
れる単一のソリッドステート光源として使われ、光源は
密接に近付けて離間配置されているが相互に結合されな
いダイオードレーザのアレイから成る。重要なのは、レ
ーザアレイの個々のレーザつまり放射体が相互にランダ
ムな位相で動作すること、すなわち充分に消散して相互
の位相が結合されないことである。すなわち、アレイ中
の各レーザが他のレーザと独立に振動すれば、その光学
的位相及び／又は周波数はランダムにドリフトする結
果、アレイ中の隣接して位置したダイオードレーザのビ
ーム間でなく個々の各レーザ内でのみ光干渉が生じるこ
とを可能とする。
アレイ光源がシート状で、一様で、高強度な光を与えら
れる単一のソリッドステート光源として使われ、光源は
密接に近付けて離間配置されているが相互に結合されな
いダイオードレーザのアレイから成る。重要なのは、レ
ーザアレイの個々のレーザつまり放射体が相互にランダ
ムな位相で動作すること、すなわち充分に消散して相互
の位相が結合されないことである。すなわち、アレイ中
の各レーザが他のレーザと独立に振動すれば、その光学
的位相及び／又は周波数はランダムにドリフトする結
果、アレイ中の隣接して位置したダイオードレーザのビ
ーム間でなく個々の各レーザ内でのみ光干渉が生じるこ
とを可能とする。
光学的に非結合な方法で動作する密接に近付けて離間配
置された複数のレーザのアレイを単一チップ上に作製す
るためには、各レーザキャビテイから隣り合うレーザキ
ャビティへ延びる消散域の強度を、安定な位相ロックを
達成するのに必要なレベル以下に減じる必要がある。こ
の結合解消は幾つかの方法で行なえる。例えば第１に、
通常の利得ガイド型レーザのアレイでは、非結合動作を
得るのに、個々のレーザエレメントを比較的長い距離、
例えば約50μｍ以上離さなければならない。しかし、ア
レイ中のレーザエレメントをそれほど大きい距離で分離
すると、個々のレーザエレメントの活性領域から広がる
無駄な光が増大するため効率が減少し、また電気光学的
モジュレータ及びラインプリンタ等特定用途のため遠域
の光を効率的に集めるのが不可能となる。さらに、分離
が大きいと個々のレーザ放射体の遠域分布の重複が減じ
るため、アレイ全体の遠域分が一様でなくなり、従って
この種の構造は電気光学的なラインプリンタにとって適
さない。一方、屈折率ガイド型レーザのアレイの場合、
アレイの個々のレーザによって与えられる光域が密に閉
じ込められる結果個々のレーザの放射体をそれほど分離
させる必要がないので、遠域分離の問題はより良好に満
足される。屈折率ガイド型及び利得ガイド型両方のレー
ザアレイにおいて、１つのレーザから隣りのレーザの導
波部つまりキャビティ内への光漏れを除去するため各レ
ーザ間で光吸収を行なうこともできるが、しきい値の上
昇と効率の減少を伴なう。従って、光吸収を含まずに密
接に近付けて離間配置した非結合アレイが最も望まし
い。
置された複数のレーザのアレイを単一チップ上に作製す
るためには、各レーザキャビテイから隣り合うレーザキ
ャビティへ延びる消散域の強度を、安定な位相ロックを
達成するのに必要なレベル以下に減じる必要がある。こ
の結合解消は幾つかの方法で行なえる。例えば第１に、
通常の利得ガイド型レーザのアレイでは、非結合動作を
得るのに、個々のレーザエレメントを比較的長い距離、
例えば約50μｍ以上離さなければならない。しかし、ア
レイ中のレーザエレメントをそれほど大きい距離で分離
すると、個々のレーザエレメントの活性領域から広がる
無駄な光が増大するため効率が減少し、また電気光学的
モジュレータ及びラインプリンタ等特定用途のため遠域
の光を効率的に集めるのが不可能となる。さらに、分離
が大きいと個々のレーザ放射体の遠域分布の重複が減じ
るため、アレイ全体の遠域分が一様でなくなり、従って
この種の構造は電気光学的なラインプリンタにとって適
さない。一方、屈折率ガイド型レーザのアレイの場合、
アレイの個々のレーザによって与えられる光域が密に閉
じ込められる結果個々のレーザの放射体をそれほど分離
させる必要がないので、遠域分離の問題はより良好に満
足される。屈折率ガイド型及び利得ガイド型両方のレー
ザアレイにおいて、１つのレーザから隣りのレーザの導
波部つまりキャビティ内への光漏れを除去するため各レ
ーザ間で光吸収を行なうこともできるが、しきい値の上
昇と効率の減少を伴なう。従って、光吸収を含まずに密
接に近付けて離間配置した非結合アレイが最も望まし
い。
本発明者等は、個々のレーザ放射体を斜めにズラすこ
と、あるいは不純物誘起の無秩序化（II D）を用いてア
レイのレーザキャビテイ間に隔離領域を形成することに
よって、非結合のレーザ発振動作を維持しながらアレイ
の各レーザ放射体間での必要な接近した間隔を与えるこ
とを提案する。所望の目的は、個々のレーザの光キャビ
ティをそれらの間で光結合が生じないように隔離するこ
とにある。
と、あるいは不純物誘起の無秩序化（II D）を用いてア
レイのレーザキャビテイ間に隔離領域を形成することに
よって、非結合のレーザ発振動作を維持しながらアレイ
の各レーザ放射体間での必要な接近した間隔を与えるこ
とを提案する。所望の目的は、個々のレーザの光キャビ
ティをそれらの間で光結合が生じないように隔離するこ
とにある。
発明のより充分な理解とともに上記以外の目的及び利点
は、添付の図面を参照した以下の詳細な説明及び特許請
求の範囲の記載から明らかになろう。
は、添付の図面を参照した以下の詳細な説明及び特許請
求の範囲の記載から明らかになろう。
（実施例） 第１及び第２図を参照すると、感光性の記録媒体13上に
像をプリントするための周辺域応答形マルチゲート光弁
またはTIRラインモジュレータ12を備えた電気光学的ラ
インプリンタ11が示してある。図示のごとく、記録媒体
13は光導電性の被覆ドラム14で、矢印13Aの方向に（不
図示の手段によって）回転される。しかし、光導電性の
被覆ベルト及びプレートさらに感光性フィルムや被覆紙
等を含め、その他のゼログラフィック式及び非ゼログラ
フィック式記録媒体も使用可能なことは明らかであろ
う。従って一般化したケースでの記録媒体13は、モジュ
レータ12に対してクロスラインまたはラインピッチ方向
に前進させながら露光される感光性媒体として例示され
るべきである。
像をプリントするための周辺域応答形マルチゲート光弁
またはTIRラインモジュレータ12を備えた電気光学的ラ
インプリンタ11が示してある。図示のごとく、記録媒体
13は光導電性の被覆ドラム14で、矢印13Aの方向に（不
図示の手段によって）回転される。しかし、光導電性の
被覆ベルト及びプレートさらに感光性フィルムや被覆紙
等を含め、その他のゼログラフィック式及び非ゼログラ
フィック式記録媒体も使用可能なことは明らかであろ
う。従って一般化したケースでの記録媒体13は、モジュ
レータ12に対してクロスラインまたはラインピッチ方向
に前進させながら露光される感光性媒体として例示され
るべきである。
第３及び４図に最も明瞭に示すように、モジュレータ12
は光学的に透明な電気光学的エレメント17と、複数の個
々にアドレス可能な電極18A〜18Iとから成る。このよう
な素子用として現在最も期待できる電気光学的材料はLi
NbO3とLiTaO3だが、DSN,KDP,KdxP,Ba2NaNb5O15及びPLZT
を含むその他の材料も考慮に値する。この特定実施例に
おいて、モジュレータ12はTIRモードで動作する。つま
り、電気光学的エレメント17は例えばLiNbO3のｙカット
結晶であるのが適し、それぞれ光学研磨した対向する入
射及び出射面22、23の間に伸びた光学研磨反射面21を有
する。一般に、各々の電極18A〜18Iは１〜30ミクロン巾
で、電極相互のギャップ間隔も１〜30ミクロンである。
は光学的に透明な電気光学的エレメント17と、複数の個
々にアドレス可能な電極18A〜18Iとから成る。このよう
な素子用として現在最も期待できる電気光学的材料はLi
NbO3とLiTaO3だが、DSN,KDP,KdxP,Ba2NaNb5O15及びPLZT
を含むその他の材料も考慮に値する。この特定実施例に
おいて、モジュレータ12はTIRモードで動作する。つま
り、電気光学的エレメント17は例えばLiNbO3のｙカット
結晶であるのが適し、それぞれ光学研磨した対向する入
射及び出射面22、23の間に伸びた光学研磨反射面21を有
する。一般に、各々の電極18A〜18Iは１〜30ミクロン巾
で、電極相互のギャップ間隔も１〜30ミクロンである。
第１〜４図を参照してモジュレータ12の動作を簡単に検
討すると、非コーヒレントなレーザアレイ光源15からの
シート状平行化光ビーム24が前方端の光学系16と電気光
学的エレメント17の入射面22を介し、反射面21に対する
グレーズ入射角、すなわち反射面からの内部全反射に必
要な臨界入射角より小さい角度で進行する。
討すると、非コーヒレントなレーザアレイ光源15からの
シート状平行化光ビーム24が前方端の光学系16と電気光
学的エレメント17の入射面22を介し、反射面21に対する
グレーズ入射角、すなわち反射面からの内部全反射に必
要な臨界入射角より小さい角度で進行する。
入射ビーム24は、電気光学的エレメント17の実質上全巾
をほゞ一様に照射するように光学系15で横方向に広げら
れるとともに、同じく光学系16によって電気光学的エレ
メント15のほゞ中央の反射面21上でクサビ状焦点24Aに
収束される。従って、入射ビーム24は反射面21から内部
全反射され、電気光学的エレメント17からその出射面23
を通って外へ出る出射ビーム25を与える。
をほゞ一様に照射するように光学系15で横方向に広げら
れるとともに、同じく光学系16によって電気光学的エレ
メント15のほゞ中央の反射面21上でクサビ状焦点24Aに
収束される。従って、入射ビーム24は反射面21から内部
全反射され、電気光学的エレメント17からその出射面23
を通って外へ出る出射ビーム25を与える。
出射ビーム25の位相面つまり偏光は、電極18A〜18Iに印
加されるデータに応じて空間的に変調される。すなわ
ち、データが電極18B及び18C等任意の隣接対の電極間に
電圧降下を生じると、対応する周辺場が電気光学的エレ
メント17に結合され、その屈折率に局部的な変化を引き
起こす。このような周辺場を電気光学的エレメント17へ
効率的に結合するため、電極18A〜18Iはエレメント17の
反射面上あるいはそれに直近して支持される。電極18a
〜18IはVLSIシリコン回路28等適切な基材上に被着され
るのが好ましく、回路28は矢印28と30で示すごとく電気
光学的エレメント17に対して加圧またはその他の方法で
緊密に保持され、各電極18A〜18Iを反射面21と接触する
かあるいは少くとも密接に隣接する状態に保つ。この構
造の利点は、VLSIシリコン回路28が各電極18A〜18Iへの
必要な電気的接続を行なうのに使える点にある。あるい
は、電気光学的エレメント17の反射面17に電極18A〜18I
を被着してもよい。
加されるデータに応じて空間的に変調される。すなわ
ち、データが電極18B及び18C等任意の隣接対の電極間に
電圧降下を生じると、対応する周辺場が電気光学的エレ
メント17に結合され、その屈折率に局部的な変化を引き
起こす。このような周辺場を電気光学的エレメント17へ
効率的に結合するため、電極18A〜18Iはエレメント17の
反射面上あるいはそれに直近して支持される。電極18a
〜18IはVLSIシリコン回路28等適切な基材上に被着され
るのが好ましく、回路28は矢印28と30で示すごとく電気
光学的エレメント17に対して加圧またはその他の方法で
緊密に保持され、各電極18A〜18Iを反射面21と接触する
かあるいは少くとも密接に隣接する状態に保つ。この構
造の利点は、VLSIシリコン回路28が各電極18A〜18Iへの
必要な電気的接続を行なうのに使える点にある。あるい
は、電気光学的エレメント17の反射面17に電極18A〜18I
を被着してもよい。
例示の目的上、出射ビーム25の位相面は各電極18A〜18I
に印加されるデータに応じて空間的に変調されるものと
した。従って、出射ビーム25の位相面の変調を対応した
被変調強度分布に変換するとともに、記録媒体13の表面
に所望サイズの像を得るのに必要な倍率を与えるため、
シュリーレンの中央暗域または明域像形成光学系が使わ
れる。すなわち図示のごとく、視野レンズ34、中央スト
ッパ35、及び像形成レンズ36から成る中央暗域像形成光
学系31が設けられている。視野レンズ34は電気光学的エ
レメント17の出射面23と中央ストッパ35との間で光学的
に位置合わせされ、入射ビーム25のうち０次回折成分の
実質上全てを中央ストッパ35に収束せしめる。しかし、
出射ビーム25の高次回折成分はストッパ35を迂回して散
乱し、像形成レンズ36によって集められ、像形成レンズ
36がそれらと高次回折成分を記録媒体13上に収束させモ
ジュレータ12の強度変調像を与える。
に印加されるデータに応じて空間的に変調されるものと
した。従って、出射ビーム25の位相面の変調を対応した
被変調強度分布に変換するとともに、記録媒体13の表面
に所望サイズの像を得るのに必要な倍率を与えるため、
シュリーレンの中央暗域または明域像形成光学系が使わ
れる。すなわち図示のごとく、視野レンズ34、中央スト
ッパ35、及び像形成レンズ36から成る中央暗域像形成光
学系31が設けられている。視野レンズ34は電気光学的エ
レメント17の出射面23と中央ストッパ35との間で光学的
に位置合わせされ、入射ビーム25のうち０次回折成分の
実質上全てを中央ストッパ35に収束せしめる。しかし、
出射ビーム25の高次回折成分はストッパ35を迂回して散
乱し、像形成レンズ36によって集められ、像形成レンズ
36がそれらと高次回折成分を記録媒体13上に収束させモ
ジュレータ12の強度変調像を与える。
再び第４図を参照すると、各電極18A〜18Iは個々にアド
レス可能であることに留意されたい。従って像をプリン
トするのには、像の連続する各ライン用の相互に異なっ
てコード化されたデータサンプルが各電極18A〜18Iへ逐
次加えられる。定義上の問題として、像の各ライン毎の
第１サンプルを除き、相互に異なってコード化された各
データサンプルは、特定入力データサンプルの大きさに
対応する量だけ先の相互に異なってコード化されたサン
プルの大きさと異なる大きさを有する。各ライン毎の第
１の相互に異なってコード化されたサンプルは、アース
等所定の電位に標準化されている。従って、像のある任
意のライン用の相互に異なってコード化されたデータサ
ンプルが各電極18A〜18Iへ印加されると、そのライン用
の画素がモジュレータ12における電極−電極間の電圧降
下によって忠実に表わされる。
レス可能であることに留意されたい。従って像をプリン
トするのには、像の連続する各ライン用の相互に異なっ
てコード化されたデータサンプルが各電極18A〜18Iへ逐
次加えられる。定義上の問題として、像の各ライン毎の
第１サンプルを除き、相互に異なってコード化された各
データサンプルは、特定入力データサンプルの大きさに
対応する量だけ先の相互に異なってコード化されたサン
プルの大きさと異なる大きさを有する。各ライン毎の第
１の相互に異なってコード化されたサンプルは、アース
等所定の電位に標準化されている。従って、像のある任
意のライン用の相互に異なってコード化されたデータサ
ンプルが各電極18A〜18Iへ印加されると、そのライン用
の画素がモジュレータ12における電極−電極間の電圧降
下によって忠実に表わされる。
相互に異なってコード化されたデータサンプルを供給す
るため、像の連続ライン用の隣接画素つまりピクセルを
表わすシリアルな入力データサンプルが、所定のデータ
速度で差動エンコーダに印加される。このエンコーダが
入力サンプルをライン毎に差動的にコード化し、マルチ
プレクサがデータ速度と一致したリップル速度で各電極
18A〜18I上のコード化データサンプルにリップルを与え
る。入力データは、入力データ速度を任意の所望速度と
一致させるようにバッファしてもよい。
るため、像の連続ライン用の隣接画素つまりピクセルを
表わすシリアルな入力データサンプルが、所定のデータ
速度で差動エンコーダに印加される。このエンコーダが
入力サンプルをライン毎に差動的にコード化し、マルチ
プレクサがデータ速度と一致したリップル速度で各電極
18A〜18I上のコード化データサンプルにリップルを与え
る。入力データは、入力データ速度を任意の所望速度と
一致させるようにバッファしてもよい。
あるいは、一組のアース面電極（不図示だが、生入力デ
ータサンプルとして同一電圧レベルに標準化された電極
として定義される）を個々にアドレス可能な電極に対し
インタリーブ配置し、差動コード化の必要を取り除くこ
ともできる。しかし、一般的な原則として、所定の解像
度を達成するのに必要な電極数を減少できる利点の方
が、差動コード化に必要な追加の回路を設ける欠点を上
回っている。
ータサンプルとして同一電圧レベルに標準化された電極
として定義される）を個々にアドレス可能な電極に対し
インタリーブ配置し、差動コード化の必要を取り除くこ
ともできる。しかし、一般的な原則として、所定の解像
度を達成するのに必要な電極数を減少できる利点の方
が、差動コード化に必要な追加の回路を設ける欠点を上
回っている。
プリンタ11では、光学系16が矢状方向において、例えば
1/4から１ミクロン巾のスポットであるレーザアレイ光
源からの近域光をモジュレータ12上に像形成する。この
スポット像はモジュレータ12で、１回折制限スポットの
巾に像縮小される。次いで、モジュレータ12からの出射
ビーム25は、１ミクロンの光源スポットについて10ミク
ロンのスポットに広げられる。接線方向においては、モ
ジュレータ12がレーザアレイ光源15の遠域で照明される
ように、光は光学系16によってモジュレータ12へ向かい
平行化される。
1/4から１ミクロン巾のスポットであるレーザアレイ光
源からの近域光をモジュレータ12上に像形成する。この
スポット像はモジュレータ12で、１回折制限スポットの
巾に像縮小される。次いで、モジュレータ12からの出射
ビーム25は、１ミクロンの光源スポットについて10ミク
ロンのスポットに広げられる。接線方向においては、モ
ジュレータ12がレーザアレイ光源15の遠域で照明される
ように、光は光学系16によってモジュレータ12へ向かい
平行化される。
こうして、第４図に示した電極18Bと18C等各隣接対の電
極が電気光学的エレメント17及び読出光学系31と協働し
て局部的なモジュレータを有効に限定し、記録媒体13上
に複製すべき像の各ラインに沿って固有の、空間的に所
定の位置に画素つまりピクセルを形成する。
極が電気光学的エレメント17及び読出光学系31と協働し
て局部的なモジュレータを有効に限定し、記録媒体13上
に複製すべき像の各ラインに沿って固有の、空間的に所
定の位置に画素つまりピクセルを形成する。
シート状ビーム24をモジュレータ12の表面上でクサビ状
のライン24Aに平行化し且つ収束するための光学系16の
一例は、特開昭61−232686号公報に示されている。
のライン24Aに平行化し且つ収束するための光学系16の
一例は、特開昭61−232686号公報に示されている。
次に、ラインプリンタ11で用いるのに適した種類のレー
ザアレイについて説明する。一般に、レーザアレイの各
放射体は位相ロックされてはならない一方、遠域パター
ンが一様なガウス状の放射パターンになるように充分密
接に近付けて離間配置されねばならず、この放射体複合
パターンは個々のレーザ放射体つまりアレイの各レーザ
エレメントの遠域放射パターンに対応している。すなわ
ち、放射体の空間的基準は、それらの放射体が一様な遠
域パターンを形成するのに充分空間的に接近していなけ
ればならないが、同時に隣接放射体間で位相ロックを与
えないようなものでなければならない。これは従来の技
術が証明しているように、放射体相互の間隔が接近して
いると位相ロックが生じることから困難な条件である。
逆に、放射体相互の分離が安定な位相ロックを取り除く
程度に増大されると、放射体相互間の距離が大きくなる
ために遠域放射分布が一様でなくなり、遠域放射分布の
ローブ及び凹凸が残ったまゝで遠域分布を横切る方向の
一様性を妨げる。
ザアレイについて説明する。一般に、レーザアレイの各
放射体は位相ロックされてはならない一方、遠域パター
ンが一様なガウス状の放射パターンになるように充分密
接に近付けて離間配置されねばならず、この放射体複合
パターンは個々のレーザ放射体つまりアレイの各レーザ
エレメントの遠域放射パターンに対応している。すなわ
ち、放射体の空間的基準は、それらの放射体が一様な遠
域パターンを形成するのに充分空間的に接近していなけ
ればならないが、同時に隣接放射体間で位相ロックを与
えないようなものでなければならない。これは従来の技
術が証明しているように、放射体相互の間隔が接近して
いると位相ロックが生じることから困難な条件である。
逆に、放射体相互の分離が安定な位相ロックを取り除く
程度に増大されると、放射体相互間の距離が大きくなる
ために遠域放射分布が一様でなくなり、遠域放射分布の
ローブ及び凹凸が残ったまゝで遠域分布を横切る方向の
一様性を妨げる。
従って、各放射体が充分に近付けて離間配置される一
方、位相ロックされずつまり相互に対し非コーヒレント
になり、遠域における正味の光強度が個々の放射体の光
強度を加算した結果となるようにせしめる何らかの機構
または手段を導入する必要がある。この機構または手段
は、各放射体の幾何学的形状における横方向のズレ、も
しくは屈折率ガイド型レーザアレイ構造で個々の放射体
間に介設される隔離の形で与え得る。放射体を横方向に
ズラす一例が第５図に、光学的隔離の一例が第６図にそ
れぞれ示してある。
方、位相ロックされずつまり相互に対し非コーヒレント
になり、遠域における正味の光強度が個々の放射体の光
強度を加算した結果となるようにせしめる何らかの機構
または手段を導入する必要がある。この機構または手段
は、各放射体の幾何学的形状における横方向のズレ、も
しくは屈折率ガイド型レーザアレイ構造で個々の放射体
間に介設される隔離の形で与え得る。放射体を横方向に
ズラす一例が第５図に、光学的隔離の一例が第６図にそ
れぞれ示してある。
第５図は、レーザエレメントの幾何学的オフセット形状
を具体化することによって形成された複数の密接に近付
けて離間配置したレーザエレメントを有する非コーヒレ
ントなレーザアレイ40を示している。第５図における個
々の放射体は、各レーザエレメントを垂直及び横方向に
ズラしたことによりアレイ中において光学的に非結合
で、従って位相ロックされない。レーザアレイ40の構造
は例えばｎ−GaAsの基板42から成り、これが通常の方法
で選択的にエッチングされ、メサ45とチャンネル47が交
互に繰り返す周期的構造43を与える。次に、金属−有機
化学的気相被着（MO−CVD）成長法を用いて、半導体層4
4〜48をエピタキシャル成長する。レーザ構造と関連し
たこれら各層は、ｎ−Ga1-xAlxAs（但しｘは0.4）のク
ラッド層44と；単一活性層または単一量子井戸構造また
はマルチ量子井戸構造で構成し得る活性領域46と;n−Ga
1-xAlxAs（但しｘは0.4）のクラッド層48と;p+−GaAsの
キャップ層50である。レーザアレイ40は個々の放射体54
の領域に高電流を閉じ込めるのに適した陽子またはイオ
ン注入部、さらにキャップ層50上のＧ−AuまたはTi−Pt
−Auメタル化層56及びAu−Ge合金層を備えることもで
き、その後基板42の底面上にCr−AuまたはTi−Pt−Auメ
タル化層52が設けられる。
を具体化することによって形成された複数の密接に近付
けて離間配置したレーザエレメントを有する非コーヒレ
ントなレーザアレイ40を示している。第５図における個
々の放射体は、各レーザエレメントを垂直及び横方向に
ズラしたことによりアレイ中において光学的に非結合
で、従って位相ロックされない。レーザアレイ40の構造
は例えばｎ−GaAsの基板42から成り、これが通常の方法
で選択的にエッチングされ、メサ45とチャンネル47が交
互に繰り返す周期的構造43を与える。次に、金属−有機
化学的気相被着（MO−CVD）成長法を用いて、半導体層4
4〜48をエピタキシャル成長する。レーザ構造と関連し
たこれら各層は、ｎ−Ga1-xAlxAs（但しｘは0.4）のク
ラッド層44と；単一活性層または単一量子井戸構造また
はマルチ量子井戸構造で構成し得る活性領域46と;n−Ga
1-xAlxAs（但しｘは0.4）のクラッド層48と;p+−GaAsの
キャップ層50である。レーザアレイ40は個々の放射体54
の領域に高電流を閉じ込めるのに適した陽子またはイオ
ン注入部、さらにキャップ層50上のＧ−AuまたはTi−Pt
−Auメタル化層56及びAu−Ge合金層を備えることもで
き、その後基板42の底面上にCr−AuまたはTi−Pt−Auメ
タル化層52が設けられる。
この非プレーナ型アレイにおける個々のレーザ放射体54
の横方向分離は、各放射体の垂直方向における光域が周
期的な構造43によって形成され且つ各層44〜48を貫く強
い光導波部で極めて密に閉じ込められるため、非プレー
ナ型の放射体アレイと比べ寸法上小さくできる。例え
ば、放射体54で表わされる各レーザキャビティ間の横方
向ズレを２〜３μｍとすれば、隣接するレーザエレメン
ト間における光結合を回避するのに適切であるととも
に、プレーナ型アレイで可能な間隔より接近した横方向
つまり水平方向の間隔を可能とする。また、レーザアレ
イ40の幾何学的ズレ形状を用いたより密接な間隔は、ア
レイに印加されるポンピング電流をいっそう効率的に利
用可能とする。レーザ放射体の最小横方向分離は垂直方
向の平面分離に依存するが、10μｍより小さくし得る。
の横方向分離は、各放射体の垂直方向における光域が周
期的な構造43によって形成され且つ各層44〜48を貫く強
い光導波部で極めて密に閉じ込められるため、非プレー
ナ型の放射体アレイと比べ寸法上小さくできる。例え
ば、放射体54で表わされる各レーザキャビティ間の横方
向ズレを２〜３μｍとすれば、隣接するレーザエレメン
ト間における光結合を回避するのに適切であるととも
に、プレーナ型アレイで可能な間隔より接近した横方向
つまり水平方向の間隔を可能とする。また、レーザアレ
イ40の幾何学的ズレ形状を用いたより密接な間隔は、ア
レイに印加されるポンピング電流をいっそう効率的に利
用可能とする。レーザ放射体の最小横方向分離は垂直方
向の平面分離に依存するが、10μｍより小さくし得る。
第６図は、複数の密接に近付けて離間配置したレーザエ
レメントを有し、不純物誘起の無秩序化（II D）によっ
て形成された非コーヒレントなレーザアレイ60を示して
いる。便宜上と簡単化のため３個だけのレーザ放射体78
を示すが、もっと多数の放射体を形成できるのは明らか
である。
レメントを有し、不純物誘起の無秩序化（II D）によっ
て形成された非コーヒレントなレーザアレイ60を示して
いる。便宜上と簡単化のため３個だけのレーザ放射体78
を示すが、もっと多数の放射体を形成できるのは明らか
である。
レーザアレイ60はｎ−GaAsの基板62から成り、この基板
上に次の各層がエピタキシャル被着される:n−Ga1-xAlx
As（ｘは例えば0.4に等しい）のクラッド層64で、層厚
は約1.5μm;単一活性層または単一量子井戸構造また
は、例えば各々7nm厚のGa0.65Al0.35Asバリヤ層で相互
に分離された各々10nm厚の４つのGaAs量子井戸層で構成
されたマルチ量子井戸構造から成る活性領域66;p−Ga
1-xAlxAs（ｘは例えば0.4に等しい）のクラッド層68
で、層厚は約0.8μm;及び層厚約0.1μｍのp+−GaAs層7
0。活性領域はｐドープ、ｎドープあるいは非ドープい
ずれでもよい。
上に次の各層がエピタキシャル被着される:n−Ga1-xAlx
As（ｘは例えば0.4に等しい）のクラッド層64で、層厚
は約1.5μm;単一活性層または単一量子井戸構造また
は、例えば各々7nm厚のGa0.65Al0.35Asバリヤ層で相互
に分離された各々10nm厚の４つのGaAs量子井戸層で構成
されたマルチ量子井戸構造から成る活性領域66;p−Ga
1-xAlxAs（ｘは例えば0.4に等しい）のクラッド層68
で、層厚は約0.8μm;及び層厚約0.1μｍのp+−GaAs層7
0。活性領域はｐドープ、ｎドープあるいは非ドープい
ずれでもよい。
第６図に示したII Dn型領域72をを形成するため、拡散
窓のアレイをキャップ層70上に被着されたSi3N4膜上に
パターン形成した後、拡散プロセス用のシリコン源とな
るシリコン膜が被着される。レーザアレイ60の処理工程
は、厚さ100nmのSi3N4膜の被着から始まる。この膜がフ
ォトリトグラフィでパターン形成され、Si拡散によって
領域72を形成するための窓または開口を与える。次に、
約50nm厚のシリコン膜をアレイ上に被着した後、約100n
m厚の別のSi3N4膜が被着される。拡散は850℃で7.5時間
行ない、最終的に図中78で表わしたレーザ発振フィラメ
ントとなる部分に隣接した区域中の活性領域を無秩序化
する。
窓のアレイをキャップ層70上に被着されたSi3N4膜上に
パターン形成した後、拡散プロセス用のシリコン源とな
るシリコン膜が被着される。レーザアレイ60の処理工程
は、厚さ100nmのSi3N4膜の被着から始まる。この膜がフ
ォトリトグラフィでパターン形成され、Si拡散によって
領域72を形成するための窓または開口を与える。次に、
約50nm厚のシリコン膜をアレイ上に被着した後、約100n
m厚の別のSi3N4膜が被着される。拡散は850℃で7.5時間
行ない、最終的に図中78で表わしたレーザ発振フィラメ
ントとなる部分に隣接した区域中の活性領域を無秩序化
する。
ｎ型のSi拡散領域は、活性領域66を貫いて延びた斜線領
域72として示してある。拡散領域は、各レーザエレメン
トの光キャビティの一部を形成するかまたはその一部と
して機能する活性層及びその他いずれの層をも貫いて延
びるのが好ましい。この点に関連して、拡散は例えば内
部クラッド層内のアルミニウム比率に応じ、下方のクラ
ッド層64内へ部分的に延びるのが最良である。追加の内
部閉じ込め層が活性領域を備えている場合には、それら
の閉じ込め層もレーザエレメントの光キャビティの一部
であるので、拡散は閉じ込め層を貫いて延びるのが好ま
しい。実現されるべき結果は、隣り合うキャビティ間に
延びる消散光波の重複によって隣り合うキャビテイ間で
安定な位相ロックが生じるのを防ぐのに充分な程度、拡
散が各レーザエレメントの光キャビティを貫き延びてい
なければならない点にある。拡散領域72が消散光波の光
学的閉じ込めと共に、放射体78で表わされる個々のレー
ザキャビティに対するキャリャの閉じ込めを与えること
によって、個々のレーザエレメントは相互に光学的に結
合されることなく、約４〜10μｍの中心間距離で密接に
近付けて離間配置可能となる。
域72として示してある。拡散領域は、各レーザエレメン
トの光キャビティの一部を形成するかまたはその一部と
して機能する活性層及びその他いずれの層をも貫いて延
びるのが好ましい。この点に関連して、拡散は例えば内
部クラッド層内のアルミニウム比率に応じ、下方のクラ
ッド層64内へ部分的に延びるのが最良である。追加の内
部閉じ込め層が活性領域を備えている場合には、それら
の閉じ込め層もレーザエレメントの光キャビティの一部
であるので、拡散は閉じ込め層を貫いて延びるのが好ま
しい。実現されるべき結果は、隣り合うキャビティ間に
延びる消散光波の重複によって隣り合うキャビテイ間で
安定な位相ロックが生じるのを防ぐのに充分な程度、拡
散が各レーザエレメントの光キャビティを貫き延びてい
なければならない点にある。拡散領域72が消散光波の光
学的閉じ込めと共に、放射体78で表わされる個々のレー
ザキャビティに対するキャリャの閉じ込めを与えること
によって、個々のレーザエレメントは相互に光学的に結
合されることなく、約４〜10μｍの中心間距離で密接に
近付けて離間配置可能となる。
拡散後、Si層と両方のSi3N4層がCF4プラズマ中でのエッ
チングによって除去される。次に、交差斜線領域74で示
すようにZn拡散して、ｎ型Si拡散GaAsキャップ層70とク
ラッド層68の一部をｐ型層に再変換する。この結果得ら
れる活性領域中のレーザ発振接合と平行な寄生ｐ−ｎ接
合69の特性上、Zn拡散はクラッド層68内に入り込むこと
が重要である。Zn拡散の結果として、寄生ｐ−ｎ接合69
は高アルミニウムのクラッド層68内位置し、この接合は
GaAs活性領域66内におけるよりもはるかに高いオン切換
電圧を有する。ｐ−ｎ接合69におけるバンドギャップは
活性領域中のGaAs接合のバンドギャッピュより著しく高
いので、ｐ−ｎ接合69はある一定の接合電圧において活
性領域中のレーザ発振接合より著しく低い電流で導通す
る。このため、高アルミニウム内の接合69を通るリーク
電流はアレイ素子を流れる全電流の極めてわずかな一部
でしかなく、素子の性能を有意に低下させない。
チングによって除去される。次に、交差斜線領域74で示
すようにZn拡散して、ｎ型Si拡散GaAsキャップ層70とク
ラッド層68の一部をｐ型層に再変換する。この結果得ら
れる活性領域中のレーザ発振接合と平行な寄生ｐ−ｎ接
合69の特性上、Zn拡散はクラッド層68内に入り込むこと
が重要である。Zn拡散の結果として、寄生ｐ−ｎ接合69
は高アルミニウムのクラッド層68内位置し、この接合は
GaAs活性領域66内におけるよりもはるかに高いオン切換
電圧を有する。ｐ−ｎ接合69におけるバンドギャップは
活性領域中のGaAs接合のバンドギャッピュより著しく高
いので、ｐ−ｎ接合69はある一定の接合電圧において活
性領域中のレーザ発振接合より著しく低い電流で導通す
る。このため、高アルミニウム内の接合69を通るリーク
電流はアレイ素子を流れる全電流の極めてわずかな一部
でしかなく、素子の性能を有意に低下させない。
さらに、素子の両外側２つの拡散領域72の中ほどよりや
ゝ多くを覆うように比較的広いマスクを位置合わせした
後、アレイ60の外側領域に対して陽子ボンバードによる
隔離が行なわれる。この隔離は第６図中点線で表わして
あり、隔離領域76を形成する。この陽子注入の目的は、
シリコンの拡散によって先に無秩序化されなかった外側
領域76で電流が流れるのを防ぐことにある。これを達成
するのに、陽子の注入は外側のSi無秩序化領域内のどこ
かに入っているだけでよく、従って注入用マスクの位置
合わせはそれほど厳密でない。
ゝ多くを覆うように比較的広いマスクを位置合わせした
後、アレイ60の外側領域に対して陽子ボンバードによる
隔離が行なわれる。この隔離は第６図中点線で表わして
あり、隔離領域76を形成する。この陽子注入の目的は、
シリコンの拡散によって先に無秩序化されなかった外側
領域76で電流が流れるのを防ぐことにある。これを達成
するのに、陽子の注入は外側のSi無秩序化領域内のどこ
かに入っているだけでよく、従って注入用マスクの位置
合わせはそれほど厳密でない。
線量３×1015、エネルギー70keVでの陽子注入後、レー
ザアレイ60はギャップ層70上においてCr−AuまたはTi−
Pt−Auでメタル化される共にAu−Geで合金化された後、
基板62の底面上にCr−AuのまたはTi−Pt−Auがメタル化
される。
ザアレイ60はギャップ層70上においてCr−AuまたはTi−
Pt−Auでメタル化される共にAu−Geで合金化された後、
基板62の底面上にCr−AuのまたはTi−Pt−Auがメタル化
される。
パッシベーションのため、レーザアレイ60の前面上にλ
/2のAl2O3層を被着してもよい。また反射率を95％に高
めて、素子のレーザ発振しきい値を約20〜30％減じるた
め、Al2O3−Si λ/4層の対から成る６層のマルチ積層を
背面に被着してもよい。
/2のAl2O3層を被着してもよい。また反射率を95％に高
めて、素子のレーザ発振しきい値を約20〜30％減じるた
め、Al2O3−Si λ/4層の対から成る６層のマルチ積層を
背面に被着してもよい。
幾つかの異なった拡散核種でもII D無秩序化効果を発生
できることが、これまでに実証されている。例えば、Z
n、Ge、Sn及びＳによっても無秩序化は可能であるま
た、浅いレベルまたは深いレベルの不純物として作用す
るSe、Mg、Sn、Ｏ、Ｓ、Be、Te、SI、Mn、Zn、Cd、Ln、
CrまたはKr等の元素を注入後、As環境下で行なうのが最
良の高温アニール（熱処理）を施すことによっても無秩
序化可能である。
できることが、これまでに実証されている。例えば、Z
n、Ge、Sn及びＳによっても無秩序化は可能であるま
た、浅いレベルまたは深いレベルの不純物として作用す
るSe、Mg、Sn、Ｏ、Ｓ、Be、Te、SI、Mn、Zn、Cd、Ln、
CrまたはKr等の元素を注入後、As環境下で行なうのが最
良の高温アニール（熱処理）を施すことによっても無秩
序化可能である。
レーザ素子において、亜鉛及びシリコン両方の拡散によ
る無秩序化は首尾よく構成されており、これらの素子で
最終的に達成可能な下方しきい値が大きな興味の対象で
あった。II Dを用いた素子はキャリヤに対し非常に強い
横方向閉じ込めを有するので、しきい値電流は主に、フ
オトリトグラフィック工程で得られ拡散工程で維持可能
なレーザ接触ストライプの巾によって制限される。前述
のように作成されたII Dレーザ構造において、素子の幾
何学的形状は、活性領域と隣り合う拡散領域との接触を
避けながら、接触マスクがレーザ発振フィラメントの巾
より小さい寸法に位置合わせされることを要求した。そ
のため、各レーザ放射体毎に例えば２μｍ巾等非常に狭
いレーザ発振フィラメントが所望な場合、レーザ発振ス
トライプの巾は達成可能な拡散窓の最小開口とこれに対
応した位置合わせ許容差とによって制限されることにな
る。この問題は、位相ロックを生じることなく放射体を
密接に近付けて離間配置するのが極めて望まれるような
種類のマルチ放射体レーザアレイを作製するのが好まし
いときさらに複雑化される。しかし、レーザアレイ60の
新規な特徴は、アレイ素子の巾全体を横切ってｎ型拡散
をｐ型補償域で完全に浸漬し、アレイ全体をポンピング
するのに単一の広い面積の表面接触を使えるようにする
という概念にある。この技法を用いれば、放射体相互の
間隔が６μｍで各放射体の巾を約２μｍ以下に首尾よく
減少することができ、この結果例えば約53mAの電流しき
い値、250mW CW以上までのパワー出力を持つ放射体10個
のレーザアレイ60が作製される。
る無秩序化は首尾よく構成されており、これらの素子で
最終的に達成可能な下方しきい値が大きな興味の対象で
あった。II Dを用いた素子はキャリヤに対し非常に強い
横方向閉じ込めを有するので、しきい値電流は主に、フ
オトリトグラフィック工程で得られ拡散工程で維持可能
なレーザ接触ストライプの巾によって制限される。前述
のように作成されたII Dレーザ構造において、素子の幾
何学的形状は、活性領域と隣り合う拡散領域との接触を
避けながら、接触マスクがレーザ発振フィラメントの巾
より小さい寸法に位置合わせされることを要求した。そ
のため、各レーザ放射体毎に例えば２μｍ巾等非常に狭
いレーザ発振フィラメントが所望な場合、レーザ発振ス
トライプの巾は達成可能な拡散窓の最小開口とこれに対
応した位置合わせ許容差とによって制限されることにな
る。この問題は、位相ロックを生じることなく放射体を
密接に近付けて離間配置するのが極めて望まれるような
種類のマルチ放射体レーザアレイを作製するのが好まし
いときさらに複雑化される。しかし、レーザアレイ60の
新規な特徴は、アレイ素子の巾全体を横切ってｎ型拡散
をｐ型補償域で完全に浸漬し、アレイ全体をポンピング
するのに単一の広い面積の表面接触を使えるようにする
という概念にある。この技法を用いれば、放射体相互の
間隔が６μｍで各放射体の巾を約２μｍ以下に首尾よく
減少することができ、この結果例えば約53mAの電流しき
い値、250mW CW以上までのパワー出力を持つ放射体10個
のレーザアレイ60が作製される。
（発明の効果） 以上から、位相ロックつまり光結合を生じることなくア
レイ内レーザ発振エレメントの密接に近付けた離間配置
が達成され、電気光学的モジュレータ及びプリンタに最
も適した広い範囲で一様な遠域放射分布を形成できる
他、低い動作電流のしきい値を与えるとともに、同等の
出力パワーを持つLED超ルミネセント素子と比べ熱発生
を低くし得ることが明らかであろう。
レイ内レーザ発振エレメントの密接に近付けた離間配置
が達成され、電気光学的モジュレータ及びプリンタに最
も適した広い範囲で一様な遠域放射分布を形成できる
他、低い動作電流のしきい値を与えるとともに、同等の
出力パワーを持つLED超ルミネセント素子と比べ熱発生
を低くし得ることが明らかであろう。
超ルミネセントLEDと比べてこの発明の非コーヒレント
なレーザアレイが持つ幾つかの利点は次の通りである：
第１に、遠域放射分布に特別なローブが現われない。第
２に、光結合でなく、アレイ中の個々のレーザエレメン
トの異なるスペックルパターンの加算効果が生じるため
遠域におけるスペックルパターンが減少し、この遠域で
の組み合わせ効果が遠域放射パターンにおける高レベル
の一様な強度をもたらす。第３に、約50mAという電流し
きい値は、加熱問題の著しい減少を明らかに実証してい
る。第４に、本レーザアレイは超ルミネセントLEDより
も約20〜40％以上高い効率を有する。第５に、本レーザ
アレイはその電流／温度動作特性が低いため、異なった
種類の電気光学的ラインモジュレータ及びラインプリン
タの各種光源の入力条件に対して広いパワー適用範囲を
与える。
なレーザアレイが持つ幾つかの利点は次の通りである：
第１に、遠域放射分布に特別なローブが現われない。第
２に、光結合でなく、アレイ中の個々のレーザエレメン
トの異なるスペックルパターンの加算効果が生じるため
遠域におけるスペックルパターンが減少し、この遠域で
の組み合わせ効果が遠域放射パターンにおける高レベル
の一様な強度をもたらす。第３に、約50mAという電流し
きい値は、加熱問題の著しい減少を明らかに実証してい
る。第４に、本レーザアレイは超ルミネセントLEDより
も約20〜40％以上高い効率を有する。第５に、本レーザ
アレイはその電流／温度動作特性が低いため、異なった
種類の電気光学的ラインモジュレータ及びラインプリン
タの各種光源の入力条件に対して広いパワー適用範囲を
与える。
第７及び８図は電力対電流出力の特性と、第５図に関連
して前述した２μｍ巾の放射体78を備え、放射体相互間
の間隔が６μｍのマルチ量子井戸構造を有するマルチ放
射体レーザアレイ60の近域及び遠域放射分布を示してい
る。このアレイのレーザ発振しきい値は53mAである。第
７図におけるパルス状パワー対電流の曲線80は、62％の
差量子効率を与える。直列抵抗の測定値が1.3Ωなら、2
50mWにおけるパワー変換の総効率は43％である。こうし
た高い効率値は、レーザ発振フィラメントの導波部がSi
の拡散工程で生じる比較的わずかなロスしか生じないこ
とを立証している。また第７図の挿入図に示した近域放
射パターンから、放射体がはっきりと解像されたゼロ分
離を持つ事実で証明されているように、横方向の光閉じ
込めが強いことが明らかである。さらに、アレイを成す
10個の各放射体間における一様性も高いことに留意され
たい。
して前述した２μｍ巾の放射体78を備え、放射体相互間
の間隔が６μｍのマルチ量子井戸構造を有するマルチ放
射体レーザアレイ60の近域及び遠域放射分布を示してい
る。このアレイのレーザ発振しきい値は53mAである。第
７図におけるパルス状パワー対電流の曲線80は、62％の
差量子効率を与える。直列抵抗の測定値が1.3Ωなら、2
50mWにおけるパワー変換の総効率は43％である。こうし
た高い効率値は、レーザ発振フィラメントの導波部がSi
の拡散工程で生じる比較的わずかなロスしか生じないこ
とを立証している。また第７図の挿入図に示した近域放
射パターンから、放射体がはっきりと解像されたゼロ分
離を持つ事実で証明されているように、横方向の光閉じ
込めが強いことが明らかである。さらに、アレイを成す
10個の各放射体間における一様性も高いことに留意され
たい。
第８図においては、100、150及び250mAのパルス状動作
と150mAのCW（連続波状）動作に関する一様な巾広の遠
域放射分布が、よく一致したガウス分布で示されている
ように、位相ロックを生じずに印加入力を増巾する非コ
ヒーレントな動作が別々の放射体間に存在することを示
している。各放射体78は、異なった印加電流下で何らの
位相ロック状態を引き起さずに６μｍ内へ密接に近付け
て離間配置し得る。
と150mAのCW（連続波状）動作に関する一様な巾広の遠
域放射分布が、よく一致したガウス分布で示されている
ように、位相ロックを生じずに印加入力を増巾する非コ
ヒーレントな動作が別々の放射体間に存在することを示
している。各放射体78は、異なった印加電流下で何らの
位相ロック状態を引き起さずに６μｍ内へ密接に近付け
て離間配置し得る。
こゝで述べた可視域の放射波長を持つレーザアレイを作
製するのに、例えばInGaP/InGaAsP/InGaPまたはAlGaInP
/InGaP/AlGaInP等その他の合金も使用できる。
製するのに、例えばInGaP/InGaAsP/InGaPまたはAlGaInP
/InGaP/AlGaInP等その他の合金も使用できる。
また、レーザアレイ各層のドーピング型はｐ型II D領域
72の場合明らかに反転される。さらに、吸収を高エネル
ギー側にシフトさせるため、レーザ出射面近くの小領域
上で量子井戸活性領域を熱的にアニールすることによっ
て、透明窓をレーザアレイの出射面に形成してもよい。
72の場合明らかに反転される。さらに、吸収を高エネル
ギー側にシフトさせるため、レーザ出射面近くの小領域
上で量子井戸活性領域を熱的にアニールすることによっ
て、透明窓をレーザアレイの出射面に形成してもよい。
以上本発明を幾つか特性の実施例について説明したが、
上記の説明に基づき多くの代替、変更及び変形が可能な
ことは当業者にとって明らかであろう。従って、本発明
は特許請求の範囲に記載の精神及び範囲内に入るそのよ
うな代替、変更及び変形を全て包含するものである。
上記の説明に基づき多くの代替、変更及び変形が可能な
ことは当業者にとって明らかであろう。従って、本発明
は特許請求の範囲に記載の精神及び範囲内に入るそのよ
うな代替、変更及び変形を全て包含するものである。
第１図は本発明を実施するための電気光学的ラインプリ
ンタの概略側面図； 第２図は第１図に示したプリンタの平面図； 第３図はTIRマルチゲートラインモジュレータの拡大側
面図； 第４図は第３図に示したモジュレータの拡大底面図で、
モジュレータの個々にアドレス可能な電極を示す図； 第５図は第１図に示したプリンタで使われる非コーヒレ
ントなレーザアレイの概略図； 第６図は第１図に示したプリンタで使われる別の非コー
ヒレントなレーザアレイの概略図； 第７図は第６図に示したレーザアレイに関するパルス状
及びCW（連続波状）パワー帯電流特性のグラフで、100m
Aの駆動電流における近域放射分布を示す；及び 第８図は第６図に示したレーザアレイに関する遠域放射
特性のグラフである。 11……ラインプリンタ、 12……電気光学的ラインモジュレータ、 40,60……非コーヒレントレーザアレイ、 45,47;72……構造手段（45;メサ、47;チャンネル、72;
隔離領域（拡散領域））、 54,78……放射体（レーザエレメント）。
ンタの概略側面図； 第２図は第１図に示したプリンタの平面図； 第３図はTIRマルチゲートラインモジュレータの拡大側
面図； 第４図は第３図に示したモジュレータの拡大底面図で、
モジュレータの個々にアドレス可能な電極を示す図； 第５図は第１図に示したプリンタで使われる非コーヒレ
ントなレーザアレイの概略図； 第６図は第１図に示したプリンタで使われる別の非コー
ヒレントなレーザアレイの概略図； 第７図は第６図に示したレーザアレイに関するパルス状
及びCW（連続波状）パワー帯電流特性のグラフで、100m
Aの駆動電流における近域放射分布を示す；及び 第８図は第６図に示したレーザアレイに関する遠域放射
特性のグラフである。 11……ラインプリンタ、 12……電気光学的ラインモジュレータ、 40,60……非コーヒレントレーザアレイ、 45,47;72……構造手段（45;メサ、47;チャンネル、72;
隔離領域（拡散領域））、 54,78……放射体（レーザエレメント）。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーマス エル パオリ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94022 ロス アルトス サイプレス ド ライヴ420 (72)発明者 ロバート ディー バーナム アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94306 パロ アルト サウス コート 2912 (56)参考文献 米国特許4479221（ＵＳ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】電気光学的ラインモジュレータまたはライ
ンプリンタ等用の非コーヒレントな光非結合レーザアレ
イであって、該レーザアレイが複数の空間的場所を占め
たレーザ放射体を備えたレーザアレイにおいて、高いパ
ワー密度及び一様な遠域放射分布を有し、レーザアレイ
の隣り合う放射体間での位相ロックを生じずに上記一様
な遠域放射分布を与えるのに充分なだけ接近させてレー
ザ放射体を離間配置可能とする手段がレーザアレイに設
けられたことを特徴とする非コーヒレントな光非結合レ
ーザアレイ。 - 【請求項２】一様な強度の遠域放射分布を形成するよう
に空間的に接近して形成された一連の複数のレーザエレ
メントと、該レーザエレメントの相互間に設けられ、レ
ーザエレメントの消散光域が位相ロックを生じるように
隣り合うレーザエレメントの光キャビティ内へ重複する
のを防ぐ構造手段とを備えて成る非コーヒレントな光非
結合レーザアレイ。 - 【請求項３】前記構造手段がレーザエレメントの隣り合
う光キャビティの横方向及び斜め方向のズレから成る特
許請求の範囲第２項の非コーヒレントな光非結合レーザ
アレイ。 - 【請求項４】前記構造手段が、レーザレイを横切って延
び、レーザエレメントの光キャビティを相互に光学的に
隔離し且つ隣り合うレーザエレメント間の光結合を防ぐ
のに充分な距離だけレーザアレイ内へ延びた複数の空間
的に離間して配設された隔離領域から成る特許請求の範
囲第２項の非コーヒレントな光非結合レーザアレイ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US80819785A | 1985-12-12 | 1985-12-12 | |
| US808197 | 1985-12-12 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62139382A JPS62139382A (ja) | 1987-06-23 |
| JPH07107948B2 true JPH07107948B2 (ja) | 1995-11-15 |
Family
ID=25198133
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61289726A Expired - Fee Related JPH07107948B2 (ja) | 1985-12-12 | 1986-12-04 | 非コ−ヒレントな光非結合レ−ザアレイ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (2) | EP0226445B1 (ja) |
| JP (1) | JPH07107948B2 (ja) |
| DE (2) | DE3650510T2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06103775B2 (ja) * | 1987-07-31 | 1994-12-14 | シャープ株式会社 | 半導体レ−ザアレイ装置 |
| NL8800509A (nl) * | 1988-02-29 | 1989-09-18 | Philips Nv | Tweedimensionaal laser array. |
| US4870652A (en) * | 1988-07-08 | 1989-09-26 | Xerox Corporation | Monolithic high density arrays of independently addressable semiconductor laser sources |
| EP0621558A3 (en) * | 1993-04-23 | 1997-01-22 | Eastman Kodak Co | "Flying Spot" laser printer with spatial multimode lasers and laser matrices. |
| GB2317744B (en) * | 1996-09-27 | 2001-11-21 | Marconi Gec Ltd | Improvements in and relating to lasers |
| US6169565B1 (en) * | 1999-03-31 | 2001-01-02 | Eastman Kodak Company | Laser printer utilizing a spatial light modulator |
| JP2008287280A (ja) * | 2008-07-28 | 2008-11-27 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光伝送モジュール |
| TWI426820B (zh) * | 2010-03-25 | 2014-02-11 | Hon Hai Prec Ind Co Ltd | 可調節發光亮度的照明裝置及調節方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US4603421A (en) * | 1982-11-24 | 1986-07-29 | Xerox Corporation | Incoherent composite multi-emitter laser for an optical arrangement |
| US4594718A (en) * | 1983-02-01 | 1986-06-10 | Xerox Corporation | Combination index/gain guided semiconductor lasers |
| JPS60186082A (ja) * | 1985-01-30 | 1985-09-21 | Hitachi Ltd | 半導体レーザ |
-
1986
- 1986-12-04 JP JP61289726A patent/JPH07107948B2/ja not_active Expired - Fee Related
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- 1986-12-10 DE DE19863650510 patent/DE3650510T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1986-12-10 DE DE19863689192 patent/DE3689192T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1986-12-10 EP EP92203738A patent/EP0532133B1/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4479221A (en) | 1981-11-02 | 1984-10-23 | Canon Kabushiki Kaisha | Method of and apparatus for regulating the quantity of light of an array-like light source |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0532133B1 (en) | 1996-04-03 |
| DE3689192D1 (de) | 1993-11-25 |
| EP0226445B1 (en) | 1993-10-20 |
| EP0226445A2 (en) | 1987-06-24 |
| DE3650510D1 (de) | 1996-05-09 |
| JPS62139382A (ja) | 1987-06-23 |
| EP0532133A3 (en) | 1993-03-24 |
| DE3689192T2 (de) | 1994-06-30 |
| EP0226445A3 (en) | 1988-07-20 |
| DE3650510T2 (de) | 1996-10-31 |
| EP0532133A2 (en) | 1993-03-17 |
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