JPH08162717A - Surface light emitting semiconductor laser - Google Patents

Surface light emitting semiconductor laser

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Publication number
JPH08162717A
JPH08162717A JP30338494A JP30338494A JPH08162717A JP H08162717 A JPH08162717 A JP H08162717A JP 30338494 A JP30338494 A JP 30338494A JP 30338494 A JP30338494 A JP 30338494A JP H08162717 A JPH08162717 A JP H08162717A
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JP
Japan
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semiconductor laser
emitting semiconductor
laser
surface emitting
light
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JP30338494A
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Japanese (ja)
Inventor
Junichi Mizui
順一 水井
Hideo Yamakoshi
英男 山越
Masaru Ishibashi
勝 石橋
Ryuichi Matsuda
竜一 松田
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To obtain a semiconductor laser in which high laser output, a uniform large scale cross-sectional intensity distribution of laser light having identical longitudinal and lateral lengths, a single plane laser wave front, and a low divergence angle are satisfied. CONSTITUTION: Surface light emitting semiconductor laser elements I, II are disposed facing the emitting faces each other. A light impinging obliquely on the light emitting part of the surface emitting semiconductor laser element I, II passes each active layer and reflected back on a mirror layer. The reflected light pass the active layer again and leaves the active layer at the same angle as the incident angle before impinging on a next laser element. The laser is constituted to repeat the similar operation thus optically coupling the active layers of respective laser elements in series.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は面発光半導体レーザに関
し、特にレーザプロセス装置及びレーザ加工装置のレー
ザ光源部並びに計測用及び長距離空間通信用の半導体レ
ーザ装置のレーザ光源部に適用して有用なものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface emitting semiconductor laser, and is particularly useful when applied to a laser light source section of a laser processing apparatus and a laser processing apparatus and a laser light source section of a semiconductor laser apparatus for measurement and long distance spatial communication. It is something.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、レーザプロセス装置では処理能
力向上のため大出力化が要求され、また光を空間の任意
の位置に伝送する為、波面の単一平面化と発散角の低減
が必要であり、さらに使用する光学部品は通常円形又は
正方形であるためレーザ光断面強度分布の均一化と縦横
長さの同一化も必要である。
2. Description of the Related Art In general, a laser process apparatus is required to have a large output in order to improve a processing capacity, and since light is transmitted to an arbitrary position in space, it is necessary to make a wavefront into a single plane and reduce a divergence angle. In addition, since the optical components used are usually circular or square, it is also necessary to make the laser beam cross-sectional intensity distribution uniform and the vertical and horizontal lengths uniform.

【0003】このような目的に適合するものとしてCO
2 レーザやYAGレーザがある。しかしこれらのレーザ
は、電気入力から光への変換効率が低い、発振波長が赤
外線で長い、計算機による制御性が悪い、装置が大型で
あるなどの欠点がある。
CO is suitable for this purpose.
There are 2 lasers and YAG lasers. However, these lasers have drawbacks such as low efficiency of conversion from electric input to light, long oscillation wavelength of infrared rays, poor controllability by computer, and large size of device.

【0004】一方、このような欠点を克服するレーザと
して半導体レーザがあるが、すでに述べたCO2 レーザ
やYAGレーザのような長所を持つに至っていない。
On the other hand, there is a semiconductor laser as a laser that overcomes such drawbacks, but it has not yet reached the advantage of the CO 2 laser and YAG laser described above.

【0005】レーザプロセス装置に必要であるが、半導
体レーザの欠点と言われている性能について整理した最
近の各種の半導体レーザの比較を表1に示す。
Table 1 shows a comparison of various kinds of recent semiconductor lasers in which the performances, which are required for the laser process equipment but are said to be defects of the semiconductor lasers, are arranged.

【表1】 [Table 1]

【0006】同表を参照すれば次の事が分かる。すなわ
ち、通常の半導体レーザ単体では出力も低く発散角も大
きい。これを二次元に多数配列して平面状の各点の半導
体レーザ素子からの出力を集めて使用するものが半導体
レーザアレイである。この形式のものは平均出力数kW
以上の出力が得られるが、レーザ波面が単一でなく発散
角も大きい。従って直接レーザとして利用されないで、
YAG等の固体レーザを従来のランプに代って励起する
ために使用されている。
The following can be understood by referring to the table. That is, an ordinary semiconductor laser alone has a low output and a large divergence angle. A semiconductor laser array is one in which a large number of these are arranged two-dimensionally and the outputs from the semiconductor laser elements at the respective points on the plane are collected and used. This type has an average output of kW
Although the above output is obtained, the laser wavefront is not single and the divergence angle is large. Therefore, it is not directly used as a laser,
It is used to excite a solid-state laser such as YAG to replace a conventional lamp.

【0007】図8に示すテーパ型半導体レーザ増幅器は
活性層4の幅を広げて、単体で出力増加と波面の単一化
をめざしてある程度の性能向上を達成しているが、活性
層4の厚さが薄いため大型大出力化には限界がある。
In the taper type semiconductor laser amplifier shown in FIG. 8, the width of the active layer 4 is widened to achieve a certain level of performance improvement in order to increase the output and unify the wavefront. Since the thickness is thin, there is a limit to large-scale and large output.

【0008】なお、図8中、1はマスタ発振器、2は上
部電極、3はクラッド層、5は絶縁層、6は基板、7は
下部電極及び8はレーザ出力光である。
In FIG. 8, 1 is a master oscillator, 2 is an upper electrode, 3 is a cladding layer, 5 is an insulating layer, 6 is a substrate, 7 is a lower electrode, and 8 is laser output light.

【0009】図9に示す波面位相整合型の半導体レーザ
アレイは、複数個の半導体レーザ9a,9b,9c,9
dを平面上にその間隔が波長程度となるように平行に並
べ、各半導体レーザ9a〜9dの間へ光の波が滲み出す
効果で全てのレーザの波面を一致させるものであるが、
強度分布を夫々に極大値があり均一ではない。なお、図
9中、10a,10b,10c,10dは活性層、11
a,11b,11c,11dはレーザ出力光である。
The wavefront phase matching type semiconductor laser array shown in FIG. 9 includes a plurality of semiconductor lasers 9a, 9b, 9c, 9
d are arranged in parallel on a plane so that the distance is about the wavelength, and the wavefronts of all the lasers are made to match by the effect that the light waves seep out between the semiconductor lasers 9a to 9d.
Each intensity distribution has a maximum value and is not uniform. In FIG. 9, 10a, 10b, 10c and 10d are active layers, and 11
Laser output lights a, 11b, 11c, and 11d.

【0010】レーザ出力光8,11a〜11dの光軸を
活性層4,10a〜10dの膜の面に平行としたものが
以上述べた半導体レーザであるが、垂直にしたものが図
10に示す面発光半導体レーザである。この形式のレー
ザ単体ではレーザ波面が単一平面で発散角も小さいが、
2つのミラー型クラッド層12a,12bの間で活性層
13の光路長が短い(厚さが薄い)ため出力が小さい。
また、面発光半導体レーザをアレイ状に多数で構成する
とある程度の出力は得られるが、単一波面とならない。
The semiconductor laser described above is one in which the optical axis of the laser output light 8, 11a to 11d is made parallel to the surface of the film of the active layers 4, 10a to 10d, but the one made vertical is shown in FIG. It is a surface emitting semiconductor laser. This type of laser alone has a single wavefront and a small divergence angle,
Since the optical path length of the active layer 13 is short (thickness is thin) between the two mirror type cladding layers 12a and 12b, the output is small.
Further, when a large number of surface emitting semiconductor lasers are formed in an array, an output to some extent can be obtained, but a single wavefront is not obtained.

【0011】なお、図中14は上部電極、15は絶縁
層、16は基板、17は下部電極、18はレーザ出力光
である。
In the figure, 14 is an upper electrode, 15 is an insulating layer, 16 is a substrate, 17 is a lower electrode, and 18 is laser output light.

【0012】上述の如き従来技術に係る半導体レーザの
欠点は、光を放出する活性層が厚さの薄い平板状である
ことが原因で現れる。また大出力化のためには、レーザ
光による半導体材料の光損傷により単位面積当たりの通
過最大レーザ強度が制限される為、レーザ光通過断面積
を大きくする必要があり、面発光半導体レーザが有利で
あるが、一枚の活性層だけでは光増幅できる光路長が短
いので出力が小さい。
The above-mentioned drawbacks of the semiconductor laser according to the prior art appear due to the fact that the active layer for emitting light has a thin plate shape. Further, in order to increase the output, the maximum laser intensity per unit area is limited due to the optical damage of the semiconductor material due to the laser light, so that it is necessary to increase the laser light passage cross section, and the surface emitting semiconductor laser is advantageous. However, since only one active layer has a short optical path length for optical amplification, the output is small.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術に鑑み、レーザの大出力化、レーザ光断面強度分布の
均一大型化と縦横長さの同一化、レーザ波面の単一平面
化、発散角の低減を同時に満足する半導体レーザの構成
を見いだし、YAGレーザやCO2 レーザと同等のレー
ザ性能を半導体レーザに持たせることができる面発光半
導体レーザを提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned prior art, the present invention provides a laser with a large output, a uniform and large laser beam cross-sectional intensity distribution and a uniform vertical and horizontal lengths, and a single laser wave front plane. It is an object of the present invention to find a structure of a semiconductor laser that simultaneously satisfies the reduction of the divergence angle, and to provide a surface emitting semiconductor laser capable of giving the semiconductor laser a laser performance equivalent to that of a YAG laser or a CO 2 laser.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】YAGレーザやCO2
ーザは、半導体レーザの活性層にあたるレーザ媒質が円
柱状や直方体であり、この長手方向にレーザ光軸を設定
して外部に共振器を構成して発振させるため上述のよう
な問題は無い。従って半導体レーザの活性層を円柱状や
直方体と同等と見なせる構成を見いだすことが具体的な
目的である。
In a YAG laser or a CO 2 laser, a laser medium corresponding to an active layer of a semiconductor laser is a cylinder or a rectangular parallelepiped, and a laser optical axis is set in the longitudinal direction to form a resonator outside. Therefore, there is no problem as described above. Therefore, it is a specific object to find out a structure in which the active layer of the semiconductor laser can be regarded as a cylinder or a rectangular parallelepiped.

【0015】上記目的を達成する第1の発明の構成は、
レーザ光軸が、複数の面発光半導体レーザ素子要素の各
活性層を順次通過するよう、各活性層を光学的に直列結
合したことを特徴とする。
The structure of the first invention for achieving the above object is as follows:
The active layers are optically coupled in series so that the laser optical axis sequentially passes through the active layers of the plurality of surface emitting semiconductor laser device elements.

【0016】第2の発明の構成は、活性層の発光面側と
反対側にミラー層を配置した複数の面発光半導体レーザ
素子要素を各発光面を相対向させて配置し、各面発光半
導体レーザ素子要素面へ斜めに入射したレーザ光線が各
活性層を透過するとともにその奥のミラー層で反射して
再度活性層を透過し、その面発光半導体レーザ素子要素
から入射角と同じ角度で反対の方向へ出て、次の面発光
半導体レーザ素子要素へ同様に斜めに入射することによ
り全ての面発光半導体レーザ素子要素をレーザ光線が通
過するように構成したことを特徴とする。
According to a second aspect of the invention, a plurality of surface emitting semiconductor laser device elements each having a mirror layer disposed on the side opposite to the light emitting surface side of the active layer are arranged with their respective light emitting surfaces facing each other, and each surface emitting semiconductor. The laser beam obliquely incident on the surface of the laser device element passes through each active layer, is reflected by the mirror layer at the back, and then passes through the active layer again. It is characterized in that the laser beam passes through all the surface emitting semiconductor laser device elements by coming out in the direction of and then obliquely entering the next surface emitting semiconductor laser device element.

【0017】第3の発明の構成は、各発光面の表面に無
反射コート膜を形成したことを特徴とする。
The structure of the third invention is characterized in that an antireflection coating film is formed on the surface of each light emitting surface.

【0018】第4の発明の構成は、面発光半導体レーザ
素子要素のクラッド層の発光面側に透明電極膜を形成し
たことを特徴とする。
The structure of the fourth invention is characterized in that a transparent electrode film is formed on the light emitting surface side of the cladding layer of the surface emitting semiconductor laser device element.

【0019】第5の発明の構成は、電気導体を編み目状
に発光面側に形成した電極を有することを特徴とする。
A fifth aspect of the invention is characterized in that it has an electrode in which an electric conductor is formed in a stitch shape on the light emitting surface side.

【0020】第6の発明の構成は、発光面の形状を長方
形や楕円形等のように縦横比を1より大きくしたことを
特徴とする。
The structure of the sixth invention is characterized in that the aspect ratio of the light emitting surface is set to be larger than 1 such as a rectangle or an ellipse.

【0021】第7の発明の構成は、面発光半導体レーザ
素子要素の単体又は複数をまとめて駆動するための電源
を設けて、それぞれを独立に運転制御することを特徴と
する。
A seventh aspect of the invention is characterized in that a power supply for driving a single or a plurality of surface emitting semiconductor laser device elements is provided and each of them is independently controlled in operation.

【0022】第8の発明の構成は、複数の面発光半導体
レーザ素子要素を有する面発光半導体レーザ素子を個別
に又は複数個まとめて冷却可能に構成したことを特徴と
する。
The structure of the eighth invention is characterized in that the surface emitting semiconductor laser device having a plurality of surface emitting semiconductor laser device elements can be cooled individually or collectively.

【0023】[0023]

【作用】上記構成の本発明によれば、多数の面発光半導
体レーザ素子要素を用いてレーザ光軸が各活性層の大き
な平面に次々と入射する。
According to the present invention having the above-described structure, the laser optical axis is successively incident on the large flat surface of each active layer by using a large number of surface emitting semiconductor laser element elements.

【0024】特に、第2の発明によればレーザ光軸は発
光面に斜めに入射し、活性層の奥にあるミラーで折り返
して面発光半導体レーザ素子要素から出て、次々と全て
の面発光半導体レーザ素子要素の活性層を通過する。
In particular, according to the second aspect of the invention, the laser optical axis is obliquely incident on the light emitting surface, is returned by the mirror at the back of the active layer, and is emitted from the surface emitting semiconductor laser device element. It passes through the active layer of the semiconductor laser device element.

【0025】第3の発明は発光面にレーザ光が入射する
時の反射損失を低減し、波面の単一化を実現する。
The third aspect of the present invention reduces the reflection loss when the laser light is incident on the light emitting surface and realizes the unification of the wavefront.

【0026】第4の発明は発光面の面積が大きい時、駆
動電流を全体に供給して、大きなレーザ光断面を実現す
る。
In the fourth invention, when the area of the light emitting surface is large, a driving current is supplied to the whole to realize a large laser beam cross section.

【0027】第5の発明は、第4の発明で必要な光吸収
の少ない透明電極膜の代わりに発光面中央付近に不透明
な細い電気導体で駆動電流を供給する。
According to a fifth aspect of the invention, instead of the transparent electrode film having a small light absorption required for the fourth aspect of the invention, a drive current is supplied near the center of the light emitting surface by an opaque thin electric conductor.

【0028】第6の発明は、光線の斜め入射において半
導体発光面の無効部を少なくする。
A sixth aspect of the present invention reduces the ineffective portion of the semiconductor light emitting surface when the light beam is obliquely incident.

【0029】第7の発明は、各面発光半導体レーザ素子
要素内の駆動電流を制御してレーザ光増幅率等を調整し
て有効な運転条件を実現する。
According to a seventh aspect of the present invention, the driving current in each surface emitting semiconductor laser device element is controlled to adjust the laser light amplification factor and the like to realize effective operating conditions.

【0030】第8の発明は、発振効率が有限であるため
半導体が加熱されることを防ぐ為の冷却手段として機能
する。
The eighth invention functions as a cooling means for preventing the semiconductor from being heated because the oscillation efficiency is finite.

【0031】[0031]

【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づき詳細に説
明する。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.

【0032】図1(a)に示すように、面発光半導体レ
ーザ素子Iは、複数個(図では3個)の面発光半導体レ
ーザ素子要素(以下レーザ素子要素と称す)21,2
2,23を長手方向に並べて配置する。
As shown in FIG. 1A, the surface emitting semiconductor laser device I comprises a plurality (three in the figure) of surface emitting semiconductor laser device elements (hereinafter referred to as laser device elements) 21 and 2.
2, 23 are arranged side by side in the longitudinal direction.

【0033】各レーザ素子要素21,22,23はそれ
ぞれ発光面を有する発光部であり、特に図1(b)に示
すように、上部電極24から供給された電流は透明電極
膜25を通ってクラッド層26、活性層27、ミラー層
であるミラー型クラッド層28及び基板29を経て下部
電極30へ流れるように構成してある。絶縁層31は、
この電流が活性層27からはみ出して流れないようにす
るためのものである。
Each of the laser element elements 21, 22, and 23 is a light emitting portion having a light emitting surface, and in particular, as shown in FIG. 1B, the current supplied from the upper electrode 24 passes through the transparent electrode film 25. The clad layer 26, the active layer 27, the mirror type clad layer 28 which is a mirror layer, and the substrate 29 are configured to flow to the lower electrode 30. The insulating layer 31 is
This is for preventing this current from flowing out of the active layer 27.

【0034】この電流の作用でクラッド層26及びミラ
ー型クラッド層28からは夫々電子と正孔が活性層27
へ流れ込み、活性層27は光を放出できる状態となる。
このとき、外部からレーザ光32が入射してくると透明
電極膜25の表面に被覆してある無反射コート膜33で
反射することなく内部に進入し、透明電極膜25、クラ
ッド層26を通過して活性層27に至る。活性層27で
は光強度が増幅されてミラー型クラッド層28に進む。
ここでレーザ光32は折り返されて再び活性層27へ戻
り、さらに光強度が増幅されて入射角と同一角度で無反
射コート膜33から出て行く。
Due to the action of this current, electrons and holes are emitted from the cladding layer 26 and the mirror-type cladding layer 28, respectively, into the active layer 27.
Flows into the active layer 27, and the active layer 27 is ready to emit light.
At this time, when the laser beam 32 is incident from the outside, the laser beam 32 enters the inside without being reflected by the antireflection coating film 33 covering the surface of the transparent electrode film 25, and passes through the transparent electrode film 25 and the clad layer 26. Then, the active layer 27 is reached. The light intensity is amplified in the active layer 27 and proceeds to the mirror-type cladding layer 28.
Here, the laser light 32 is returned and returns to the active layer 27 again, and the light intensity is further amplified and exits from the antireflection coating film 33 at the same angle as the incident angle.

【0035】すなわち、レーザ素子要素21,22,2
3は、活性層27の受光面側と反対側にミラー層である
ミラー型クラッド層28を有し、発光面へ斜めに入射し
たレーザ光32が活性層27を透過するとともにミラー
型クラッド層28で反射し、再度活性層27を透過して
入射角と同じ角度で発光面から反対方向に出て行くよう
に構成してある。このとき、活性層27の形状は縦横比
が1より大きいが、レーザ光32の斜め入射条件を適切
にしてレーザ光断面を縦横比が1となるように構成して
おく。
That is, the laser element elements 21, 22, 2
3 has a mirror type clad layer 28 which is a mirror layer on the side opposite to the light receiving surface side of the active layer 27, and the laser light 32 obliquely incident on the light emitting surface transmits through the active layer 27 and the mirror type clad layer 28. It is configured to be reflected by, and transmitted through the active layer 27 again, and go out in the opposite direction from the light emitting surface at the same angle as the incident angle. At this time, the shape of the active layer 27 has an aspect ratio larger than 1, but the laser beam cross section is configured to have an aspect ratio of 1 by appropriately adjusting the oblique incident conditions of the laser beam 32.

【0036】基板34は半導体膜を製作するときのベー
スとなり、ミラー層の平面性を確保するためにも必要な
ものである。駆動電源35,36,37は、それぞれ活
性層27へ電流を独立に供給する。この駆動電源35,
36,37は、駆動電流を制御してレーザ光増幅率等を
調整し、有効な運転条件を実現するためのものであり、
場合によっては複数のレーザ素子要素をまとめて1個の
駆動電源で駆動するように構成しても良い。
The substrate 34 serves as a base for manufacturing a semiconductor film, and is also necessary for ensuring the flatness of the mirror layer. The driving power supplies 35, 36 and 37 supply currents to the active layer 27 independently. This drive power supply 35,
Reference numerals 36 and 37 are for controlling the drive current to adjust the laser light amplification factor and the like to realize effective operating conditions.
In some cases, a plurality of laser element elements may be collectively driven by one drive power source.

【0037】また、各レーザ素子要素21,22,23
の上部電極24、透明電極膜25、クラッド層26、活
性層27及びミラー型クラッド層28は隣接するもの同
志の間で電気的に絶縁されている。
Further, each laser element element 21, 22, 23
The upper electrode 24, the transparent electrode film 25, the clad layer 26, the active layer 27, and the mirror-type clad layer 28 are electrically insulated from each other.

【0038】本発明の実施例は上述の如き構成の面発光
半導体レーザ素子Iを組合せて構成する。
The embodiment of the present invention is constructed by combining the surface emitting semiconductor laser device I having the above-mentioned configuration.

【0039】図2は、面発光半導体レーザ素子Iと4個
のレーザ素子要素38,39,40,41を有する面発
光半導体レーザ素子IIとを組合せた第1の実施例であ
る。すなわち、面発光半導体レーザ素子I,IIは、レー
ザ素子要素21〜23とレーザ素子要素38〜41との
各発光面を相対向させて配置し、各レーザ素子要素21
〜23、38〜41の面にレーザ光32が斜めに入射す
るとともにこの入射角と同角度で出射するように構成し
てあり、各レーザ素子要素21〜23、38〜41の発
光面中心を入射するレーザ光32に垂直となるように外
部に全反射ミラー42及び半透明ミラー43を配設して
構成してある。
FIG. 2 shows a first embodiment in which a surface emitting semiconductor laser device I and a surface emitting semiconductor laser device II having four laser device elements 38, 39, 40 and 41 are combined. That is, in the surface-emitting semiconductor laser devices I and II, the light emitting surfaces of the laser device elements 21 to 23 and the laser device elements 38 to 41 are arranged to face each other, and the laser device elements 21 to 21 are arranged.
23 to 38 to 41, the laser light 32 is configured to be obliquely incident and emitted at the same angle as this incident angle, and the center of the light emitting surface of each of the laser element elements 21 to 23 and 38 to 41 is A total reflection mirror 42 and a semitransparent mirror 43 are arranged outside so as to be perpendicular to the incident laser beam 32.

【0040】本実施例によれば、全反射ミラー42及び
半透明ミラーと光を放出する多数の活性層27で単一波
面のレーザ発振が起こり、レーザ出力光44が半透明ミ
ラー43から放出される。すなわち、本実施例は発振器
として機能する。波面の単一平面性や発散角の低減は外
部共振器を構成する全反射ミラー42及び半透明ミラー
43で得られる。
According to the present embodiment, laser oscillation of a single wavefront occurs in the total reflection mirror 42 and the semitransparent mirror and a large number of active layers 27 that emit light, and the laser output light 44 is emitted from the semitransparent mirror 43. It That is, this embodiment functions as an oscillator. The single flatness of the wavefront and the reduction of the divergence angle can be obtained by the total reflection mirror 42 and the semitransparent mirror 43 forming the external resonator.

【0041】図3は、面発光半導体レーザ素子IIを2個
組合せた第2の実施例である。本実施例は、面発光半導
体レーザ素子IIを2枚相対向して配置し、各レーザ素子
要素38〜41の発光面中心を入反射する光軸に合わせ
てマスタ発振器45からのレーザ光46を入射するよう
に構成してある。また、各レーザ素子要素38〜41は
独立の駆動電源47,48,49,50でそれぞれ制御
するように構成してある。
FIG. 3 shows a second embodiment in which two surface emitting semiconductor laser devices II are combined. In this embodiment, two surface emitting semiconductor laser elements II are arranged so as to face each other, and the laser light 46 from the master oscillator 45 is aligned with the optical axis of the light emitting surface of each of the laser element elements 38 to 41 in accordance with the optical axis for reflection and reflection. It is configured to be incident. Further, each of the laser element elements 38 to 41 is configured to be controlled by independent driving power sources 47, 48, 49 and 50, respectively.

【0042】本実施例によれば、レーザ光46が各活性
層27で増幅されてレーザ出力光51として放射され
る。すなわち、本実施例は増幅器として機能する。
According to this embodiment, the laser light 46 is amplified by each active layer 27 and emitted as the laser output light 51. That is, this embodiment functions as an amplifier.

【0043】また、本実施例によれば、各活性層27を
通過する毎にレーザ強度が増加するため、後方程飽和現
象でレーザ光増幅率は低下する。そこで、必要なレーザ
出力光51を効率的に得る為には各活性層27の増幅率
を調整することが必要で、各駆動電源47〜50から供
給する電流を適切に分布するように制御する。
Further, according to this embodiment, since the laser intensity increases each time it passes through each active layer 27, the laser light amplification factor decreases due to the saturation phenomenon toward the rear. Therefore, in order to efficiently obtain the required laser output light 51, it is necessary to adjust the amplification factor of each active layer 27, and the current supplied from each drive power source 47 to 50 is controlled so as to be appropriately distributed. .

【0044】上述の如き2つの実施例において複数回反
射して折れ曲がるレーザ光32を仮想的に直線状に伸ば
せば図4に示すようになり、これが本願発明の基本原理
である。
When the laser light 32 that is reflected and bent a plurality of times in the above-described two embodiments is virtually extended linearly, it becomes as shown in FIG. 4, which is the basic principle of the present invention.

【0045】したがって、上記実施例によれば、活性層
27の形状は縦横比が1より大きいが、斜め入射条件を
適切にしてレーザ光断面を縦横比が1となるようにして
あるので、光学的には円柱又は直方体のレーザ媒質中を
長手方向に光線が通過するYAGレーザやCO2 レーザ
と同じ動作が期待でき、光質が良好となる。
Therefore, according to the above-mentioned embodiment, the shape of the active layer 27 has an aspect ratio larger than 1, but the laser beam cross section has an aspect ratio of 1 by appropriately adjusting the oblique incidence condition. In particular, the same operation as that of a YAG laser or a CO 2 laser, in which a light beam passes in a longitudinal direction in a cylindrical or rectangular parallelepiped laser medium, can be expected, and the light quality becomes good.

【0046】大出力化のためには面発光半導体レーザ素
子I,IIの面積を大きくし斜め入射でレーザ光32の単
位面積当たりの強度を低下することで光損傷を回避し、
面発光半導体レーザ素子I,IIの数を多くすることで有
効な光路長を長くして出力増加を達成できる。
In order to increase the output, the area of the surface emitting semiconductor laser devices I and II is increased and the intensity per unit area of the laser beam 32 is reduced by oblique incidence to avoid optical damage.
By increasing the number of the surface emitting semiconductor laser devices I and II, the effective optical path length can be increased and the output can be increased.

【0047】面積を大きくすると従来の面発光半導体レ
ーザでは発光面の中央へ活性化電流を供給できなかった
が、透明電極膜25でこの電流を供給する。レーザ光断
面強度分布の均一大型化と縦横長さの同一化はこのよう
な素子の配置で達成できる。
When the area is increased, the conventional surface emitting semiconductor laser cannot supply the activation current to the center of the light emitting surface, but the transparent electrode film 25 supplies the activation current. Uniform size enlargement of the laser beam cross-sectional intensity distribution and equalization of the vertical and horizontal lengths can be achieved by such element arrangement.

【0048】次に、レーザ波面の単一平面化と発散角の
低減は、この配置では面発光半導体レーザ素子I,IIを
光学的に直列に係合しているので外部共振器を用いて達
成できる。なお、このとき各発光面からの反射光が存在
すれば、共振器内に多数の波面が存在することになるの
で、無反射コート膜33が必要である。またこの無反射
コート膜33は出力損失の低減にも役立つ。
Next, the flattening of the laser wavefront and the reduction of the divergence angle are achieved by using the external resonator because the surface emitting semiconductor laser devices I and II are optically engaged in series in this arrangement. it can. At this time, if there is reflected light from each light emitting surface, a large number of wavefronts will exist in the resonator, so the antireflection coating film 33 is necessary. The antireflection coating film 33 also helps reduce output loss.

【0049】一般に、半導体レーザは駆動電流の値で出
力、発光波長等が変化するので、波長のミスマッチや出
力の飽和を調整するため面発光半導体レーザ素子I,II
の駆動電源35〜37、47〜50の駆動電流を独立に
運転制御できることは有効である。ちなみに、このよう
なレーザ媒質の内部で電流分布を変えて、レーザ利得等
を調整できる機能はYAGレーザやCO2 レーザには無
い。
In general, since the output and the emission wavelength of the semiconductor laser change depending on the value of the driving current, the surface emitting semiconductor laser devices I and II are used to adjust the wavelength mismatch and the output saturation.
It is effective that the drive currents of the drive power sources 35 to 37 and 47 to 50 can be independently controlled. Incidentally, the YAG laser and the CO 2 laser do not have the function of changing the current distribution inside the laser medium to adjust the laser gain and the like.

【0050】大口径の発光面の中央付近へ電流を供給す
るためには、透明電極膜25の代わりに電気導体を細い
編み目状に発光面内に付置して電極とし、電流を供給す
る方法を用いてもよい。
In order to supply a current to the vicinity of the center of the large-diameter light emitting surface, an electric conductor is attached to the light emitting surface in the form of a thin mesh instead of the transparent electrode film 25 to form an electrode, and a current is supplied. You may use.

【0051】この電極を有する本発明の第3の実施例を
図5に示す。本実施例は電極を除き他の構成は図1と同
様であるので、同一部分には同一番号を付し重複する説
明は省略する。
A third embodiment of the present invention having this electrode is shown in FIG. The structure of this embodiment is the same as that of FIG. 1 except for the electrodes. Therefore, the same parts are designated by the same reference numerals, and the duplicated description will be omitted.

【0052】図5に示すように、上部電極52は、その
一部が発光表面に編み目状に形成してある。また、本実
施例では2つの発光部が電気的に絶縁されていない場合
である。
As shown in FIG. 5, a part of the upper electrode 52 is formed in a stitch pattern on the light emitting surface. Further, in this embodiment, the two light emitting portions are not electrically insulated.

【0053】図6及び図7は第2の実施例に冷却機能を
追加した第4及び第5の実施例を示す構成図である。
FIGS. 6 and 7 are block diagrams showing fourth and fifth embodiments in which a cooling function is added to the second embodiment.

【0054】図6に示すように、第4の実施例では相対
向させて面発光半導体レーザ素子II,IIの全体を容器5
3内に収納し、この容器53内に冷却用ガス又は液体を
充満するようにしたものである。これら冷媒は必要に応
じ流すようにしても良い。また、レーザ光32の出入口
となる部分には窓54,55が設けてある。
As shown in FIG. 6, in the fourth embodiment, the surface-emitting semiconductor laser devices II and II are arranged so as to face each other, and the entire surface emitting semiconductor laser devices II and II are placed in a container 5.
The container 53 is filled with a cooling gas or liquid. These refrigerants may be allowed to flow if necessary. Further, windows 54 and 55 are provided in the portion which becomes the entrance and exit of the laser light 32.

【0055】図7に示すように、第5の実施例では、相
対向させた面発光半導体レーザ素子II,IIの各下部電極
30をアース電位にして伝熱板56,57に接触させ、
この伝熱板56,57の内部に冷媒を流して除熱する。
As shown in FIG. 7, in the fifth embodiment, the lower electrodes 30 of the surface-emitting semiconductor laser devices II, II facing each other are set to the ground potential and brought into contact with the heat transfer plates 56, 57.
Refrigerant is caused to flow inside the heat transfer plates 56 and 57 to remove heat.

【0056】上記第4及び第5の実施例によれば発振効
率が有限であるため半導体が加熱されることを防ぐため
の手段として機能する。
According to the above fourth and fifth embodiments, since the oscillation efficiency is finite, it functions as a means for preventing the semiconductor from being heated.

【0057】[0057]

【発明の効果】以上実施例とともに具体的に説明したよ
うに本発明によれば、多数の半導体レーザの大型平面状
活性層の平面を横切る方向にレーザ光軸を設定でき、各
活性層を直列結合できるため、大出力化、レーザ光断面
強度分布の均一大型化と縦横長さの同一化、レーザ波面
の単一平面化、発散角の低減化のレーザ性能を同時に満
足することができ、YAGレーザやCO2 レーザに劣ら
ない高出力、高品位のレーザ性能を有する。
According to the present invention as specifically described in connection with the above embodiments, the laser optical axis can be set in the direction crossing the plane of the large planar active layers of a large number of semiconductor lasers, and the active layers are connected in series. Since they can be combined, they can simultaneously satisfy the laser performances of high output, uniform and large laser beam cross-sectional intensity distribution, uniform vertical and horizontal lengths, single flatness of laser wavefront, and reduced divergence angle. It has high output and high quality laser performance comparable to lasers and CO 2 lasers.

【0058】一方、半導体レーザはYAG及びCO2
ーザに比べ、装置がコンパクト、出力変更が容易、波長
可変、可視光発振が可能、計算機制御性が良好などの長
所があり、本発明の効果との相乗効果でプロセス応用は
もとより、さらに新しい用途も開けるものと期待され
る。
On the other hand, the semiconductor laser has advantages such as a compact device, easy output change, variable wavelength, visible light oscillation, and good computer controllability as compared with the YAG and CO 2 lasers. It is expected that not only process applications but also new applications will be opened due to the synergistic effect of.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例に用いる面発光半導体レーザ素
子を示す構造図。
FIG. 1 is a structural diagram showing a surface emitting semiconductor laser device used in an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例を示す構造図。FIG. 2 is a structural diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第2の実施例を示す構造図。FIG. 3 is a structural diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の動作原理を説明するための説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the operation principle of the present invention.

【図5】本発明の第3の実施例を示す構造図。FIG. 5 is a structural diagram showing a third embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第4の実施例を示す構造図。FIG. 6 is a structural diagram showing a fourth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第5の実施例を示す構造図。FIG. 7 is a structural diagram showing a fifth embodiment of the present invention.

【図8】従来技術に係るテーパ型半導体レーザ増幅器を
示す構造図。
FIG. 8 is a structural diagram showing a tapered semiconductor laser amplifier according to a conventional technique.

【図9】従来技術に係る波面位相整合型半導体レーザア
レイを示す構造図。
FIG. 9 is a structural diagram showing a wavefront phase matching type semiconductor laser array according to a conventional technique.

【図10】従来技術に係る面発光半導体アレイを示す構
造図。
FIG. 10 is a structural diagram showing a surface emitting semiconductor array according to a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

I,II 面発光半導体レーザ素子 21,22,23,38,39,40,41 面発光半
導体レーザ素子要素 25 透明電極 27 活性層 28 ミラー型クラッド層 32 レーザ光 33 無反射コート膜 35,36,37,47,48,49,50 駆動電源
I, II surface emitting semiconductor laser device 21, 22, 23, 38, 39, 40, 41 surface emitting semiconductor laser device element 25 transparent electrode 27 active layer 28 mirror type cladding layer 32 laser light 33 non-reflective coating film 35, 36, 37, 47, 48, 49, 50 Drive power supply

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松田 竜一 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Ryuichi Matsuda 2-1-1 Niihama, Arai-cho, Takasago-shi, Hyogo Mitsubishi Heavy Industries Ltd. Takasago Research Institute

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザ光軸が、複数の面発光半導体レー
ザ素子要素の各活性層を順次通過するよう、各活性層を
光学的に直列結合したことを特徴とする面発光半導体レ
ーザ。
1. A surface emitting semiconductor laser in which active layers are optically coupled in series so that a laser optical axis sequentially passes through each active layer of a plurality of surface emitting semiconductor laser device elements.
【請求項2】 活性層の発光面側と反対側にミラー層を
配置した複数の面発光半導体レーザ素子要素を各発光面
を相対向させて配置し、各面発光半導体レーザ素子要素
面へ斜めに入射したレーザ光線が各活性層を透過すると
ともにその奥のミラー層で反射して再度活性層を透過
し、その面発光半導体レーザ素子要素から入射角と同じ
角度で反対の方向へ出て、次の面発光半導体レーザ素子
要素へ同様に斜めに入射することにより全ての面発光半
導体レーザ素子要素をレーザ光線が通過するように構成
したことを特徴とする[請求項1]に記載する面発光半
導体レーザ。
2. A plurality of surface-emitting semiconductor laser device elements, each having a mirror layer disposed on the side opposite to the light-emitting surface side of the active layer, are arranged such that their respective light-emitting surfaces face each other, and are oblique to each surface-emitting semiconductor laser device element surface. The laser beam incident on is transmitted through each active layer, reflected by the mirror layer at the back and transmitted through the active layer again, and exits from the surface emitting semiconductor laser device element at the same angle as the incident angle in the opposite direction, The surface emitting device according to claim 1, wherein the laser beam passes through all the surface emitting semiconductor laser device elements by being obliquely incident on the next surface emitting semiconductor laser device element. Semiconductor laser.
【請求項3】 各発光面の表面に無反射コート膜を形成
したことを特徴とする[請求項2]に記載する面発光半
導体レーザ。
3. The surface emitting semiconductor laser according to claim 2, wherein a non-reflection coating film is formed on the surface of each light emitting surface.
【請求項4】 面発光半導体レーザ素子要素のクラッド
層の発光面側に透明電極膜を形成したことを特徴とする
[請求項2]若しくは[請求項3]に記載する面発光半
導体レーザ。
4. A surface emitting semiconductor laser according to claim 2, wherein a transparent electrode film is formed on the light emitting surface side of the cladding layer of the surface emitting semiconductor laser device element.
【請求項5】 電気導体を編み目状に発光面側に形成し
た電極を有することを特徴とする[請求項2]若しくは
[請求項3]に記載する面発光半導体レーザ。
5. The surface emitting semiconductor laser according to claim 2 or 3, further comprising an electrode in which an electric conductor is formed in a stitch pattern on the light emitting surface side.
【請求項6】 発光面の形状を長方形や楕円形等のよう
に縦横比を1より大きくしたことを特徴とする[請求項
2]〜[請求項5]に記載する面発光半導体レーザ。
6. The surface emitting semiconductor laser according to claim 2, wherein the aspect ratio of the light emitting surface is larger than 1 such as a rectangle or an ellipse.
【請求項7】 面発光半導体レーザ素子要素の単体又は
複数をまとめて駆動するための電源を設けて、それぞれ
を独立に運転制御することを特徴とする[請求項2]〜
[請求項6]に記載する面発光半導体レーザ。
7. A surface emitting semiconductor laser device element is provided with a power source for driving a single element or a plurality of elements collectively, and each of them is independently controlled for operation [claim 2].
A surface emitting semiconductor laser according to claim 6.
【請求項8】 複数の面発光半導体レーザ素子要素を有
する面発光半導体レーザ素子を個別に又は複数個まとめ
て冷却可能に構成したことを特徴とする[請求項2]〜
[請求項7]に記載する面発光半導体レーザ。
8. A surface emitting semiconductor laser device having a plurality of surface emitting semiconductor laser device elements is configured to be cooled individually or collectively in a plurality [claim 2].
A surface emitting semiconductor laser according to claim 7.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE19954093A1 (en) * 1999-11-10 2001-05-23 Infineon Technologies Ag Arrangement for high power lasers
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JP2016507790A (en) * 2013-03-15 2016-03-10 ノースロップ グラマン システムズ コーポレイションNorthrop Grumman Systems Corporation Distributed heat system for nonlinear optical frequency conversion
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