JPH07202332A - 半導体レーザ素子および固体レーザ装置 - Google Patents

半導体レーザ素子および固体レーザ装置

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JPH07202332A
JPH07202332A JP33406293A JP33406293A JPH07202332A JP H07202332 A JPH07202332 A JP H07202332A JP 33406293 A JP33406293 A JP 33406293A JP 33406293 A JP33406293 A JP 33406293A JP H07202332 A JPH07202332 A JP H07202332A
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JP
Japan
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cooling
semiconductor laser
bar
laser device
laser
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Application number
JP33406293A
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English (en)
Inventor
Ryohei Tanuma
良平 田沼
Yoshiyuki Yonezawa
喜幸 米澤
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】複数の発光点を有する半導体レーザバーを高効
率で冷却し、高出力が得られるようにする。そしてその
ような半導体レーザ素子を励起光源として小形、高出力
で安価な固体レーザ装置を得る。 【構成】レーザバーユニットの中を絶縁性液体冷媒を流
し、レーザバーに直接接触させることにより、レーザ素
体から、あるいはその近傍から熱を除去することができ
るので、高効率冷却が可能になる。冷媒には、例えばふ
っ化炭素を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、複数の発光点を有する
半導体レーザ素子およびそのような半導体レーザを励起
源とする固定レーザ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体レーザ (以下LDと略記する)
は、共振器自体が1mm以下の微細な半導体チップで構
成されるため、他の固体レーザや気体レーザと比較して
極めて小形であること、電気−光変換効率が50%にも
達し非常に高効率であることなどの特徴がある。周知の
ごとくLDは、長距離光通信等の情報分野あるいはコン
パクトディスク等の音響製品に広く用いられている。
【0003】一方、最近ではLDの高出力化が進み、L
Dをレーザはんだ付けに用いたり、YAG等の固体レー
ザ媒質の励起光源として使用するなど、LD光のパワー
を利用する応用分野も広がってきた。単一の発光点を有
するLDでは出力に限界があるため、このような目的に
は、高出力LDは多数の発光点を持つLDバーとして製
作されることが多い。高出力LDの最大の課題は冷却方
法である。例えば典型的なLDバーの底面積は0.05c
m×1cm=0.05cm2 であり、10Wの熱をこの面
を通して除去する場合、熱流密度200W/cm2 の高
効率冷却が必要になる。冷却の善し悪しはLDの平均パ
ワーと発光点密度に関係する。特に複数のLDバーを集
積して2次元平面発光素子を製作する場合、発光点の密
度を大きくし、かつ平均出力を上げるためには、冷却効
率の向上が不可欠となる。
【0004】このような高効率冷却を目的とする2次元
LD素子の冷却構造の例を図2および図3に示す。図2
はLDバーユニットの斜視図である。LDバー1はレー
ザ光が図の右下に出射されるようにマウントされ、カソ
ード2とアノードを兼ねた熱拡散板3に挟まれている。
中継板4はカソード2とボンディングされる導線5で接
続されている。このようなLDバーユニット7を積層す
る場合、この中継板4が上に積まれたLDバーユニット
の熱拡散板3と接触する。中継板4と熱拡散板3との間
およびカソード2と熱拡散板3との間には絶縁板6が挿
入されている。図3は複数のLDバーユニット7が積層
された状態を示している。中継板4は隣のLDバーユニ
ット7の熱拡散板3に接触し、積層されたLDバー1全
体は直列に結合されている。積層LDは絶縁板8を介し
てヒートシンク9上にマウントされ、ヒートシンク9が
水10で冷却される構造となっている。
【0005】LDバー冷却構造の他の例を図4に示す。
LDバー1をマウントして冷却する部分は、シリコン板
31、シリコン板32およびガラススペーサ33で構成
される。シリコン板31、32には冷却水が流通する微
細な流路、マイクロチャンネル34および整流溝35が
形成されている。図に示すように、ガラススペーサ33
をシリコン板31、32で挟むように積層され、シリコ
ン板31の上にLDバー1が、長手方向を紙面に垂直に
してマウントされる。図5はシリコン板31の下面図、
図6はシリコン板32の上面図を示す。冷却水入口36
から溝37を通ってマイクロチャンネル34に入った水
10は、マイクロチャンネル34の先端3で行ったのち
ガラススペーサ33の貫通口38を通り、シリコン板3
1のマイクロチャンネル34より太いシリコン板32の
整流溝35に入り、溝39により冷却水入口36の反対
側に明けられた冷却水出口40へ排出される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】図2、図3に示した従
来技術では、冷却性能は熱拡散板3の熱抵抗をいかに小
さくするかにかかっている。ところが熱抵抗を下げよう
として熱拡散板3の厚みを大きくすると、LDバーの間
隔が大きくなり、2次元発光素子としての単位面積当た
りの光出力、すなわちパワー密度が小さくなってしま
う。また単一のLDバーとして用いる場合も、出力を大
きくしようとして熱拡散板3を大きくすると素子が大き
くなるという不都合を生じる。
【0007】図4、図5、図6に示した従来技術のマイ
クロチャンネル構造は、熱除去能力に優れているため、
LDバーの間隔を小さくできて、パワー密度を大きくす
ることができるし、単一のLDバーとしても大出力が得
られる。ところがマイクロチャンネル構造の製作には手
間がかかり、製作コストの上昇を招く結果となる。本発
明の第一の目的は、安価で冷却性能の高いLD冷却方法
によってパワー密度の高いLD素子を提供することにあ
る。
【0008】本発明の第二の目的は、安価で冷却性能の
高いLD冷却方法によって小形で高出力かつ安価な固定
レーザ装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、第一の本発明は、複数の発光点を有する半導体レ
ーザ素子において、半導体レーザ素体に絶縁性液体冷媒
が直接接触するものとする。第二の本発明は、複数の発
光点を有する半導体レーザ素子を励起光源とする固体レ
ーザ装置において、半導体レーザ素体に絶縁性液体冷媒
が直接接触するものとする。絶縁性液体冷媒がふっ化炭
素であることが有効である。
【0010】
【作用】絶縁性液体冷媒が直接LD素体に接触すること
により、LD素体から直接、あるいはLD素体の近傍か
ら熱を除去することができる。また放熱面積も大きくと
れる。したがって高効率冷却が可能となる。また構造が
簡単なため、製作コストも安くできる。
【0011】
【実施例】以下、図3ないし図6を含めて共通の部分に
同一の符号を付した図を引用して本発明の実施例につい
て説明する。図1に示す第一発明の第一の実施例では、
図2と同様の構造のLDバーユニット7が隔壁11を介
して積層されている。各LDバー1から出射されたレー
ザ光はマイクロアレイレンズ12で平行光にコリメート
される。マイクロアレイレンズ12は積層されたレーザ
バーユニットを収納する容器の蓋の役割も果たしてお
り、Oリング13を介して容器に取りつけられている。
注入口14から注入された液体冷媒15、例えばふっ化
炭素は、図中の矢印のように、隔壁11の流通口16を
通って、各LDバーユニット7の先端を迂回して流れ、
この図には示していない流出口から流出する。
【0012】図7は、第一発明の第二実施例を示す。こ
の実施例では、熱拡散板3が隔壁の役割も果たしてい
る。各LDバー1周辺に独立した流路17が形成され、
冷媒15は、この図には示していない分配口からこれら
の流路に注入され、紙面に垂直に流れてLDバー1を冷
却する。図8は、第二発明の第一の実施例を示す。ここ
で、Nd:YAGロッド20は、冷却ジャケット21を
貫通するように取りつけてある。励起光22は第一発明
によるLD投光器18から発せられ、レンズ23で集光
されてNd:YAGロッド20に注入される。レンズ2
3は、励起光に対しては入出射面とも無反射 (AR) コ
ーティングが施されているが、面24はYAGレーザ光
に対して高反射 (HR) コーティングが施されており、
この面24と出力ミラー25との間でYAGレーザ光が
発振する。YAGおよびLD冷却用−次冷媒15は共通
で、循環ポンプ26を出た後、熱交換器27、LD投光
器18を通って、YAG冷却ジャケットの入口28から
ジャケット内の空間29に入ってYAGロッド20を冷
却した後、ジャケット出口41から流出する。熱交換器
27には二次冷媒として水道水10が注入され、一次冷
媒15を冷却する。
【0013】図9は、第二発明の第二の実施例を示す。
この実施例では、Nd:YAGとして板状の結晶 (スラ
ブ) 30を用いる。また積層LDブロック42は、図に
示すようにキャビティ43の内部にスラブ30に接近し
てとりつけられている。すなわちこの実施例では、第一
発明の第一、第二の実施例、第二発明の第二の実施例で
示したようなマイクロアレイレンズ等は使用せず、LD
から出た励起光は直接YAGスラブ30に入射する。ま
たスラブ30で吸収されなかった光は、反射板44で反
射されて再びスラブ30に入射する構造となっている。
冷媒の循環系は第一実施例と同様である。レーザ光は、
全反射ミラー45と出力ミラー35との間で発振する。
【0014】図10(a) 、(b) は第二発明の第三の実施
例で、図(b) は(a) のA−A線断面図、図(a) は(b) の
B−B線断面図である。この実施例では、第一実施例と
同様にNd:YAGロッド20を用いる。Nd:YAG
ロッド20は、キャビティ43を貫通してとりつけてあ
り、その周辺のヒートシンク46にLDバーユニット7
が放射状に取りつけてある。YAGレーザ光は全反射ミ
ラー45と出力ミラー25との間で発振する。この実施
例でも励起光を集光するためのレンズは用いず、LDか
ら出た光は直接Nd:YAGロッド20に入射する。冷
媒循環系は第一、第二の実施例と同様で、一次冷媒は冷
媒入口28からキャビティ43内に入り、Nd:YAG
ロッド20とLDバーユニット7を冷却した後、冷媒出
口41から外にでる。
【0015】
【発明の効果】本発明によれば、絶縁性液体冷媒を直接
LD素体に接触させることにより、安価で熱除去能力の
高いLD冷却が可能になり、パワー密度の高いLD発光
素子を得ることができる。そして、そのような方法を用
いることにより励起用LDの冷却性能を高めて、小形で
高出力かつ安価なLD励起の固体レーザ装置を得ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第一発明の第一の実施例の要部断面図
【図2】従来のLDバーユニットの斜視図
【図3】従来のLD2次元発光素子の要部断面図
【図4】従来のLDバー冷却構造の別の例を示す要部断
面図
【図5】図4の上部シリコン板の下面図
【図6】図4の下部シリコン板の上面図
【図7】第一発明の第二の実施例の要部断面図
【図8】第二発明の第一の実施例の要部断面図
【図9】第二発明の第二の実施例の要部断面図
【図10】第二発明の第三の実施例を示し、(a) は(b)
のB−B線断面図、(b) は(a) のA−A線断面図
【符号の説明】
1 LDバー 3 熱拡散板 4 中継板 5 導線 6 絶縁板 7 LDバーユニット 11 隔壁 12 マイクロアレイレンズ 14 注入口 15 液体冷媒 17 流路 18 LD投光器 20 Nd:YAGロッド 21 冷却ジャケット 25 出力ミラー 29 内部空間 30 Nd:YAGスラブ 43 キャビティ 44 反射板 45 全反射ミラー

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数の発光点を有するものにおいて、半導
    体レーザ素体に絶縁性液体冷媒が直接接触することを特
    徴とする半導体レーザ素子。
  2. 【請求項2】絶縁性液体冷媒がふっ化炭素である請求項
    1記載の半導体レーザ素子。
  3. 【請求項3】複数の発光点を有する半導体レーザ素子を
    励起光源とするものにおいて、半導体レーザ素体に絶縁
    性液体冷媒が直接接触することを特徴とする固体レーザ
    装置。
  4. 【請求項4】絶縁性液体冷媒がふっ化炭素である請求項
    3記載の固体レーザ装置。
JP33406293A 1993-12-28 1993-12-28 半導体レーザ素子および固体レーザ装置 Pending JPH07202332A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6038244A (en) * 1997-06-26 2000-03-14 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor excitation solid-state laser apparatus
KR20000051917A (ko) * 1999-01-27 2000-08-16 송순달 구리 이온 레이저
JP2003037325A (ja) * 2001-07-25 2003-02-07 Hamamatsu Photonics Kk 発光モジュール及び発光モジュールの組み立て方法
US6850549B2 (en) 2001-07-24 2005-02-01 Fanuc Ltd. Light source device for pumping solid-state laser medium
US7680171B2 (en) 2007-02-13 2010-03-16 Panasonic Corporation Semiconductor laser device, and image display device

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