WO2014142147A1 - 半導体レーザ装置 - Google Patents

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WO2014142147A1
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condensing lens
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雅也 吉野
亘 紺谷
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ウシオ電機株式会社
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    • H01S5/4056—Edge-emitting structures emitting light in more than one direction

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor laser device, and more particularly to, for example, a semiconductor laser device configured such that laser light from a plurality of semiconductor laser arrays is incident on an optical fiber.
  • a semiconductor laser array having a plurality of light emitting portions arranged in a straight line is used as a laser light source, and laser light from the semiconductor laser array is guided by an optical fiber to the outside.
  • emits is known (for example, refer patent document 1).
  • a semiconductor laser device a plurality of semiconductor laser arrays are used for one optical fiber in order to increase the optical output per optical fiber in response to a request for higher output. It has been proposed to make the laser light from the semiconductor laser array as dense as possible and enter the optical fiber via a condenser lens (see, for example, Patent Document 1).
  • FIG. 8 there is known a semiconductor laser device in which a plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f are stacked and arranged in a straight line in the fast axis direction of the semiconductor laser arrays 11a to 11f. It has been.
  • a condensing lens 19 is provided in front of the light emitting direction of the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f (right side in FIG. 8).
  • a slow axis collimating lens array 17a and a fast axis collimating lens array 17b are located between each of the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f and the condensing lens 19 at positions close to the semiconductor laser arrays 11a to 11f.
  • the collimating member which consists of is arrange
  • 80 is a heat sink
  • 15 is an optical fiber holding member for holding the optical fiber 14.
  • the semiconductor laser device has a configuration in which a plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f are stacked on the surface of the heat sink 50 so as to be arranged stepwise in the fast axis direction.
  • a semiconductor laser device since the semiconductor laser arrays adjacent to each other can be largely separated from each other, it is possible to suppress each of the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f from becoming high temperature.
  • the problem that laser beams from the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f cannot be effectively used becomes significant.
  • This problem is caused by using a semiconductor laser array as a laser light source instead of a single emitter semiconductor element. More specifically, in the semiconductor laser arrays 11a to 11f, a plurality of light emitting portions are arranged in a straight line, and the interval between the light emitting portions is generally as narrow as about several tens ⁇ m to several tens of ⁇ m. Therefore, it is difficult to obtain a sufficiently parallel state in the slow axis direction. For this reason, collimated light from the collimating member generally has a spread of several mrad to several tens of mrad in the slow axis direction.
  • collimated light can be regarded as substantially parallel light. Therefore, as the distance between the semiconductor laser arrays 11a to 11f and the condensing lens 19 increases, the light beam width in the slow axis direction of the laser light at the position where the condensing lens 19 is disposed (hereinafter referred to as “slow axis light beam width”). Also known as).
  • the slow-axis direction light width w1 of the laser light (collimated light) incident on the condenser lens 19 is the slow-axis direction light width of the collimated light emitted from the collimator member as shown in the following formula (1).
  • This value is obtained by adding the product of the divergence angle ⁇ of the collimated light and the propagation distance L of the collimated light to the condenser lens 19 to w0.
  • a part of the laser beam having a large light beam width in the slow axis direction is not incident on the condenser lens 19 or the optical fiber 14, so that a so-called kicking phenomenon occurs and is lost, and is emitted to the outside from the optical fiber 14. There is no. Therefore, in the semiconductor laser device, the fiber coupling efficiency is reduced.
  • the “fiber coupling efficiency” is a value indicating the ratio (intensity) of the laser light incident on the optical fiber among the laser light from the plurality of semiconductor laser arrays constituting the laser light source.
  • the laser light from the semiconductor laser array 11a having the longest separation distance from the condenser lens 19 is the laser light from the other semiconductor laser arrays 11b to 11f.
  • the longest laser light passes through the peripheral side of the light incident surface 19 a of the condenser lens 19. That is, as shown in FIG. 10, since the laser beams from the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f are incident on the light incident surface 19a in parallel, the laser beams from the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f are input.
  • the longest laser light is incident on the outermost side.
  • the light incident column 31 is formed by projecting each of the laser beams from the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f in parallel on the light incident surface 19a.
  • light receiving regions 31a to 31f having substantially rectangular shapes by the laser beams from the semiconductor laser arrays 11a to 11f are arranged in parallel.
  • the longest laser light having the largest light beam width in the slow axis direction is incident on the most peripheral side of the light incident surface formed by the circular end surface 14a of the optical fiber 14, and a part of the longest laser light is incident on the optical fiber. 14 and is likely to be lost.
  • La to Lf indicate the optical paths of the laser beams from the semiconductor laser arrays 11a to 11f, respectively.
  • an arrow F indicates the fast axis direction of the semiconductor laser arrays 11a to 11f
  • an arrow S indicates the slow axis direction of the semiconductor laser arrays 11a to 11f.
  • the present invention has been made based on the circumstances as described above, and the object of the present invention is to provide a plurality of light beams from a plurality of semiconductor laser arrays, even when the condensing lens incident optical path lengths are different. It is an object of the present invention to provide a semiconductor laser device capable of allowing light from the semiconductor laser array to be incident on an optical fiber with high efficiency and thus obtaining high light output.
  • the semiconductor laser device of the present invention includes a plurality of semiconductor laser arrays having a plurality of light emitting units arranged in a straight line, and a condenser lens into which light from the plurality of semiconductor laser arrays is incident through a collimator member, and the collecting lens.
  • each light from the plurality of semiconductor laser arrays is projected in parallel on the light incident surface of the condensing lens to form a light incident column
  • At least one semiconductor laser array of the plurality of semiconductor laser arrays has a relatively long condensing lens incident optical path length which is a length of an optical path from the light from the semiconductor laser array to the condensing lens.
  • the light from the semiconductor laser array having the longest condensing lens incident optical path length is incident on a position other than the outermost side of the light incident column on the light incident surface of the condensing lens.
  • the light from the semiconductor laser array having a long condenser lens incident optical path length among the semiconductor laser arrays having different condenser lens incident optical path lengths is shorter than the condenser lens incident optical path length. It is preferable that the light is incident on the center side of the light incident row on the light incident surface of the condenser lens as compared with the light from the semiconductor laser array according to the above.
  • the condensing lens incident optical path lengths of the light from these three or more semiconductor laser arrays are different, and the longest condensing lens incident optical path.
  • the light from the semiconductor laser array according to the length is closer to the center of the light incident column on the light incident surface of the condenser lens than the light from at least one of the other semiconductor laser arrays. It is preferably incident.
  • the plurality of semiconductor laser arrays are installed on each of the plurality of element installation surfaces in a stepped installation surface having a plurality of element installation surfaces in a step shape. It is preferable that the lens incident optical path lengths are different from each other.
  • the stepped installation surface is preferably formed by the surface of a heat sink.
  • the semiconductor laser array is installed on each of a plurality of element installation surfaces in two stepped installation surfaces arranged opposite to each other, and between the two stepped installation surfaces. It is preferable that a folding mirror is disposed on the optical axis, and light from a plurality of semiconductor laser arrays folded by the folding mirror is incident on the condenser lens.
  • the light from the condensing lens is used for light having the longest condensing lens incident optical path length.
  • the incident position on the incident surface is controlled. Therefore, the light having the longest incident light path length of the condensing lens, that is, the light having the largest light beam width in the slow axis direction is incident on the center side of the light incident surface of the condensing lens, and further, the light incident on the substantially optical fiber The light can be incident on the center side of the surface.
  • the semiconductor laser device of the present invention light from a plurality of semiconductor laser arrays can be incident on the optical fiber with high efficiency, and thus high light output can be obtained.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing a light incident row formed on a light incident surface of a condenser lens in the semiconductor laser device of FIG. 1. It is explanatory drawing which shows the outline
  • FIG. 6 is an explanatory projection view showing the semiconductor laser device of FIG. 5 from above in FIG. 5. It is explanatory drawing which shows the outline
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing an outline of an example of the configuration of the semiconductor laser device of the present invention.
  • the semiconductor laser device 10 includes a plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f having a plurality of light emitting portions arranged in a straight line as a laser light source, and laser light from the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f is received. It has a configuration that emits to the outside through the optical fiber 14.
  • the semiconductor laser arrays 11a to 11f face each other on the upper surface (upper surface in FIG. 1) of the heat sink 20 made of metal such as copper and aluminum, for example. It is arranged like this.
  • a submount member made of, for example, copper tungsten (CuW), aluminum nitride (AlN), or the like is interposed between each of the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f and the heat sink 20.
  • the semiconductor laser device 10 includes a folding mirror 18 made of, for example, a triangular prism that bends the laser beams from the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f in the same direction, and a laser bent by the folding mirror 18.
  • a condensing lens 19 for condensing light is provided.
  • the optical fiber 14 has a circular one end surface 14a as a light incident surface and a circular other end surface 14b as a light emitting surface, and the laser light condensed by the condensing lens 19 is a light incident surface. It arrange
  • the condensing lens 19 has a substantially disc-like appearance.
  • La to Lf indicate the optical paths of the laser beams from the semiconductor laser arrays 11a to 11f, respectively.
  • a collimating member for collimating is provided.
  • the collimating member includes a slow axis collimating lens array 17a and a fast axis collimating lens array 17b.
  • Each of the slow axis collimating lens array 17a and the fast axis collimating lens array 17b has a lens cell corresponding to each of the plurality of light emitting portions in the semiconductor laser arrays 11a to 11f. That is, each of the slow axis collimating lens array 17a and the fast axis collimating lens array 17b has a plurality of lens cells arranged in a straight line.
  • the collimating member is disposed at a position close to the semiconductor laser arrays 11a to 11f.
  • the laser light from the semiconductor laser arrays 11a to 11f can be incident on the collimating member with high efficiency.
  • the laser light (collimated light) collimated by the collimating member has a spread of several tens of mrad in the slow axis direction.
  • FIGS. 2 and 3 are explanatory projection views showing a state in which laser light is emitted from the light emitting portion 13 of the semiconductor laser array 11 toward the collimating member, from a direction perpendicular to the direction in which the plurality of light emitting portions 13 are arranged. .
  • FIG. 2 and 3 are explanatory projection views showing a state in which laser light is emitted from the light emitting portion 13 of the semiconductor laser array 11 toward the collimating member, from a direction perpendicular to the direction in which the plurality of light emitting portions 13 are arranged.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a case where the collimating member is disposed at an approach position close to the semiconductor laser array 11
  • FIG. 3 is a diagram in which the collimating member is greatly separated from the semiconductor laser array 11. It is an explanatory schematic diagram showing a case where it is arranged at a distant position.
  • collimated light from the collimating member collimating lens
  • the interval between the plurality of light emitting units 13 is generally about several tens ⁇ m to several hundreds of ⁇ m (specifically, the interval between the plurality of light emitting units 13 is about 0.5 mm or less).
  • the size of each lens cell 16 a constituting the collimating lens array 16 (the length in the direction in which the plurality of light emitting units 13 are arranged in the semiconductor laser array 11). Be constrained. Therefore, it is difficult to obtain a sufficiently parallel state in the slow axis direction by collimation by the collimating lens array 16, and therefore the collimated light generally has a spread of several mrad to several tens of mrad in the slow axis direction.
  • each lens cell 16a is limited, and the resulting collimated light has a spread, so that the separation distance between the semiconductor laser array 11 and the collimating lens array 16 is the laser light in the collimating lens array 16. It will be restricted from the viewpoint of the incident efficiency. More specifically, as shown in FIG. 2, when the collimating lens array 16 is disposed at a position close to the semiconductor laser array 11, the focal length of the lens cell 16 a is determined by the width of the light emitting unit 13 (multiple The length of the light emitting unit 13 in the direction in which the light emitting units 13 are arranged) is approximate, and therefore the light emitting unit 13 cannot be regarded as a point light source.
  • an angle (divergence angle) ⁇ 1 formed by the laser beam L2 from the end portion 13b and the laser beam L1 from the center portion 13a is several tens of mrad.
  • the focal length of the lens cell 16a is longer than that when the collimating lens array 16 is arranged at the approaching position.
  • the angle (divergence angle) ⁇ 2 formed by the laser beam L2 from the end portion 13b and the laser beam L1 from the center portion 13a is smaller than the divergence angle ⁇ 1 related to the arrangement at the approach position.
  • the laser light from the light emitting portion 13 protrudes from the light incident surface of the lens cell 16a corresponding to the light emitting portion 13, and is lost without being incident.
  • the collimating lens array 16 by arranging the collimating lens array 16 at a position close to the semiconductor laser array 11, the laser light from the semiconductor laser array 11 can be incident on the collimating lens array 16 with high efficiency.
  • the collimated light from the collimating lens array 16 has a spread of several tens of mrad in the slow axis direction. 2 and 3, the laser beam from the central portion 13a of the light emitting unit 13 is indicated by a solid line, and the laser beam from the end portion 13b is indicated by a broken line.
  • Each of the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f has a rectangular flat plate-like appearance, and one surface 12 having a plurality of light emitting portions arranged in a straight line is used as a light emitting surface. On the light emitting surface (one surface 12), the plurality of light emitting portions are arranged at a specific interval (for example, an equal interval of about 0.5 mm or less) in the longitudinal direction (the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 1). Yes.
  • the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f preferably have the same length in the direction in which the plurality of light emitting portions are arranged. In the example of this figure, the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f have the same standard.
  • the semiconductor laser arrays 11a to 11f may be array type semiconductor laser elements, and a configuration in which a plurality of single emitter semiconductor elements are arranged in a straight line at intervals of about 0.5 mm or less. It may be.
  • the heat sink 20 has a rectangular parallelepiped outer shape, and a groove 21 is formed on the upper surface.
  • the groove 21 extends linearly in the short direction (direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1) on the upper surface of the heat sink 20 and has a substantially trapezoidal cross-sectional shape.
  • the side surfaces 23 and 24 facing each other are inclined stepwise in a direction approaching each other toward the bottom surface 26.
  • a stepped installation surface (hereinafter referred to as “hereinafter referred to as“ stepped installation surface ”) for arranging the semiconductor laser arrays 11a to 11c is formed by the peripheral surface 21a on one side of the groove 21 on the upper surface of the heat sink 20 and the side surface 23 of the groove 21 continuous to the peripheral surface 21a.
  • first staircase installation surface 27 is configured.
  • a stepped installation surface (hereinafter referred to as “a”) for arranging the semiconductor laser arrays 11d to 11f by the peripheral surface 21b on the other side of the groove 21 on the upper surface of the heat sink 20 and the side surface 24 of the groove 21 continuous to the peripheral surface 21b. It is also referred to as a “second stepped installation surface”).
  • the side surface 23 has a two-step staircase shape having two step surfaces 23a and 23b. These two step surfaces 23a and 23b are rectangular and have a peripheral surface 21a and Parallel to the bottom surface 26. Further, the side surface 24 has the same configuration as the side surface 23.
  • the side surface 24 has a two-step staircase shape having two step surfaces 24 a and 24 b, and these two step surfaces 24 a and 24 b are rectangular and parallel to the peripheral surface 21 b and the bottom surface 26. It is. Further, the first staircase-shaped installation surface 27 and the second staircase-shaped installation surface 28 that face each other are mirror-symmetric with respect to the optical axis of the condenser lens 19.
  • the height of one step is determined by the laser light (collimated light) collimated by the laser light from the semiconductor laser arrays 11 a to 11 f or the collimating member from the viewpoint of laser light utilization. It is determined appropriately according to the light beam width in the fast axis direction.
  • the height of one step in each of the stepped installation surfaces 27 and 28 means that in the first stepped installation surface 27, the difference in position level between the peripheral surface 21a and the step surface 23a, and the step surface 23a and the step surface. This is a difference in position level from 23b.
  • the 2nd step-shaped installation surface 28 it is the difference of the position level of the peripheral surface 21b and the step surface 24a, and the difference of the position level of the step surface 24a and the step surface 24b.
  • the peripheral surfaces 21a and 21b and the step surfaces 23a, 23b, 24a, and 24b are large enough to contact the entire lower surface (the lower surface in FIG. 1) of the semiconductor laser arrays 11a to 11f from the viewpoint of heat exhaustion. It is preferable.
  • each of the peripheral surfaces 21a and 21b and the step surfaces 23a, 23b, 24a, and 24b is an element installation surface.
  • One semiconductor laser array is disposed on each of the plurality of element mounting surfaces. Specifically, the semiconductor laser arrays 11a to 11c are stacked on the element installation surface of the first staircase installation surface 27 so as to be arranged stepwise in the fast axis direction. On the element installation surface of the second staircase installation surface 28, the semiconductor laser arrays 11d to 11f are stacked and arranged in a staircase pattern in the fast axis direction. The semiconductor laser arrays 11a to 11c and the semiconductor laser arrays 11d to 11f are arranged so that the light emission surfaces (one surface 12) face each other.
  • a folding mirror 18 is disposed on the bottom surface 26.
  • each of the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f has a light emission surface (one surface 12) on the outer edges 22a and 22b of the peripheral surfaces 21a and 21b or the outer edges of the step surfaces 23a, 23b, 24a and 24b. They are arranged so as to be located on 25a to 25d.
  • the collimating members corresponding to the respective semiconductor laser arrays 11a to 11f are disposed above the step surface or bottom surface 26, which is one step lower than the peripheral surface or step surface on which the corresponding semiconductor laser arrays 11a to 11f are disposed.
  • the folding mirror 18 is located at the center of the groove 21, and a collecting mirror 19 is disposed in the vicinity of the light emitting direction of the folding mirror 18 (upward in FIG. 1).
  • the light incident surface (one end surface 14 a) of the optical fiber 14 is positioned at the focal position 19.
  • the laser beams from the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11c can be collected.
  • the length of the optical path up to 19 (the condensing lens incident optical path length) is controlled. That is, by arranging the semiconductor laser arrays 11a to 11c on each of the element installation surfaces in the first stepped installation surface 27, the converging lens incident optical path lengths of the laser beams from these semiconductor laser arrays 11a to 11c are relatively It is in a different state.
  • the converging lens incident optical path lengths of the laser beams from these semiconductor laser arrays 11d to 11f are relatively long. It is in a different state.
  • the laser light from the semiconductor laser array 11a, the laser light from the semiconductor laser array 11b, and the laser light from the semiconductor laser array 11c have longer condensing lens incident optical path lengths in this order.
  • the laser light from the semiconductor laser array 11d, the laser light from the semiconductor laser array 11e, and the laser light from the semiconductor laser array 11f have longer condensing lens incident optical path lengths in this order.
  • the laser light from the semiconductor laser array arranged oppositely has the same condensing lens incident optical path length.
  • the condensing lens incident optical path length related to the semiconductor laser array 11a and the condensing lens incident optical path length related to the semiconductor laser array 11d are the same, and the condensing lens incident optical path length related to the semiconductor laser array 11b and the semiconductor laser array 11e.
  • the condensing lens incident optical path length is the same.
  • the condensing lens incident optical path length related to the semiconductor laser array 11c and the condensing lens incident optical path length related to the semiconductor laser array 11f are the same.
  • the folding mirror 18 between the first step-like installation surface 27 and the second step-like installation surface 28, a plurality of semiconductors incident in parallel on the light incident surface 19a of the condenser lens 19
  • the incident positions of the laser beams from the laser arrays 11a to 11f are controlled. That is, as shown in FIG. 4, in the light incident row 31 formed on the light incident surface 19a, the laser beams from the semiconductor laser arrays 11a and 11d having the longest condensing lens incident optical path length are positioned at positions other than the outermost side. It is supposed to be in a state of being incident on.
  • the light incident column 31 is formed by projecting each of the laser beams from the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f side by side on the light incident surface 19a.
  • light receiving regions 31a to 31f having substantially rectangular shapes by the laser beams from the semiconductor laser arrays 11a to 11f are arranged in parallel.
  • the plurality of light incident areas 31a to 31f have the same dimension in the direction in which the light incident areas 31a to 31f are arranged (the vertical direction in FIG. 4 and hereinafter also referred to as “light incident column parallel direction”).
  • the dimensions (hereinafter also referred to as “incident area width”) in the direction perpendicular to the light incident column parallel direction (left and right direction in FIG. 4) are different. Since this light incident area width is due to the light beam width in the slow axis direction of the laser beam (light beam width in the slow axis direction), it increases as the condensing lens incident light path length increases.
  • the laser beams from the semiconductor laser arrays 11a to 11c arranged on the first stepped installation surface 27 are emitted from the semiconductor laser array 11a and from the semiconductor laser array 11b in the light incident column 31, respectively.
  • the laser beam and the laser beam from the semiconductor laser array 11c are incident on the center side in the order. That is, the laser light from the semiconductor laser array 11a having the longest condensing lens incident optical path length is incident on the position closest to the center of the light incident surface 19a (position near the center), while the shortest condensing lens.
  • the laser beam from the semiconductor laser array 11c related to the incident optical path length is incident on a position (periphery side position) that is farthest from the center of the light incident surface 19a.
  • the laser beams from the semiconductor laser arrays 11d to 11f arranged on the second stepped installation surface 28 are laser beams from the semiconductor laser array 11d and laser beams from the semiconductor laser array 11e in the light incident column 31, respectively.
  • the light is incident on the center side in the order of the laser light from the semiconductor laser array 11f. That is, the laser light from the semiconductor laser array 11d having the longest condensing lens incident optical path length enters the position closest to the center of the light incident surface 19a (position near the center), while the shortest condensing lens.
  • the laser beam from the semiconductor laser array 11f related to the incident optical path length is incident on a position (periphery side position) farthest from the center of the light incident surface 19a.
  • the laser light from the semiconductor laser array arranged oppositely has an incident position on the light incident surface 19a symmetrical with respect to the central portion of the light incident surface 19a.
  • the center of the light incident column 31 is positioned on the center of the light incident surface 19a, and the light incident column parallel direction with respect to the center of the light incident column 31, that is, the center of the light incident surface 19a.
  • the shape is symmetric in a direction perpendicular to the light incident column parallel direction.
  • the optical fiber 14 has a cylindrical core portion and a clad portion provided on the peripheral surface of the core portion. On the light incident surface (one end surface 14a), the core portion effectively takes a circular shape. A region is formed.
  • the optical fiber 14 for example, a quartz fiber is used.
  • a cylindrical optical fiber holding member 15 having an inner diameter that matches the outer diameter of the optical fiber 14 is attached to the end of the optical fiber 14 on one end surface side.
  • the laser beams from the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f are collimated by the collimating members (slow axis collimating lens 17a and fast axis collimating lens 17b). Thereafter, the laser light collimated by the collimating member is reflected toward the condenser lens 19 by the folding mirror 18. Then, the laser light reflected by the folding mirror 18 is collected by the condenser lens 19 and enters the light incident surface (one end surface 14 a) of the optical fiber 14.
  • the laser beams from the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f are incident on the effective capturing area on the light incident surface of the optical fiber 14, and are guided by the optical fiber 14 to be the light emitting surface (the other end surface 14b). ) To the outside and used as light source light of a projector device, for example.
  • the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f are stacked in a stepped manner in the fast axis direction on the surface of the heat sink 20 (stepped installation surfaces 27 and 28). For this reason, since the semiconductor laser arrays adjacent to each other are in a state of being largely separated from each other, high heat exhaustion can be obtained. As a result, high reliability and high output can be obtained for each of the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f. Further, the laser beams from the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f are closer to the center of the light incident surface 19a as the condensing lens incident optical path length is longer on the circular light incident surface 19a of the condensing lens 19.
  • a light incident row 31 is formed by entering the position. That is, the laser light having a larger light beam width in the slow axis direction approaches the central portion of the light incident surface 19a, and the laser light having a smaller light beam width in the slow axis direction approaches the peripheral portion of the light incident surface 19a in parallel.
  • the light incident rows 31 are formed by being projected side by side.
  • the light incident row 31 has an overall shape approximating a circular shape having a smaller diameter than the light incident surface 19a. Therefore, the laser beams from the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f can be incident on the circular light incident surface 19a through the collimating member with high efficiency.
  • the laser light emitted from the condensing lens 19 can be incident with high efficiency into the circular effective capturing region of the optical fiber 14 with high efficiency.
  • the occurrence of a kick phenomenon in each of the condenser lens 19 and the optical fiber 14 is suppressed, and thus the fiber coupling efficiency is increased. Therefore, according to the semiconductor laser device 10, a high light output can be obtained.
  • the light incident column 31 is symmetrical with respect to the central portion of the light incident surface 19 a in the light incident parallel direction and the direction perpendicular to the light incident column parallel direction.
  • the entire row 31 has a shape that more closely approximates a circular shape. Therefore, the laser light emitted from the condensing lens 19 and entering the effective capture region in the optical fiber 14 has uniformity. As a result, high uniformity can be obtained in the laser light emitted from the light emitting surface of the optical fiber 14.
  • the semiconductor laser device 10 since the common heat sink 20 is used for the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f, a cooling mechanism for cooling the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f can be simplified. It can be of a configuration. Therefore, the semiconductor laser device 10 can have a simple configuration.
  • FIG. 5 is an explanatory view showing the outline of another example of the configuration of the semiconductor laser device of the present invention
  • FIG. 6 is an explanatory projection view showing the semiconductor laser device of FIG. 5 from above in FIG.
  • the semiconductor laser device 40 has a configuration in which laser beams from a plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f are emitted to the outside through an optical fiber 14.
  • the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f are arranged on the surface of the heat sink 50 so that the light emission surface (one surface 12) faces the same direction (rightward in FIGS. 5 and 6). .
  • a submount member (not shown) is interposed between each of the plurality of semiconductor laser arrays 11 a to 11 f and the heat sink 50.
  • the semiconductor laser device 40 is provided with collimating members (specifically, the slow axis collimating lens array 17a and the fast axis collimating lens array 17b) corresponding to each of the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f. ing.
  • a condensing lens 19 for condensing the laser light collimated by the plurality of collimating members is provided so as to face the light emitting surfaces (one surface 12) of the semiconductor laser arrays 11d to 11f.
  • a light bending mechanism for bending the laser light (collimated light) from the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11c is provided in front of the light emission of the plurality of collimating members (to the right in FIGS. 5 and 6). ing.
  • the light bending mechanism includes a first folding mirror 42 and a second folding mirror 43, and the first folding mirror 42 and the second folding mirror 43 include, for example, a triangular prism.
  • the semiconductor laser arrays 11a to 11f, the collimating members (slow axis collimating lens array 17a and fast axis collimating lens array 17b), the optical fiber 14 and the condenser lens 19 are the same as those shown in FIG.
  • the laser device 10 has the same configuration as each member.
  • the heat sink 50 has one step-like installation surface 56, and each element installation surface of the step-like installation surface 56 is sized so that two semiconductor laser arrays can be arranged.
  • the semiconductor laser device 10 has the same configuration as the heat sink 20 of the semiconductor laser device 10 of FIG.
  • La to Lf indicate the optical paths of the laser beams from the semiconductor laser arrays 11a to 11f, respectively. In FIG. 6, only the optical path of the laser beam from the semiconductor laser array 11c is shown.
  • the heat sink 50 has a substantially quadrangular pyramid shape, and one of the four side surfaces 52 is stepped in a direction away from the opposing side surface 57 as it goes from the upper surface 51a to the lower surface 51b.
  • the other four side surfaces are perpendicular to the upper surface 51a and the lower surface 51b.
  • the upper surface 51a and the side surface 52 constitute a stepped installation surface 56 for arranging the semiconductor laser arrays 11a to 11f.
  • the side surface 52 has a three-step staircase shape having three step surfaces 52a to 52c. Each of these three step surfaces 52a to 52c is rectangular and has an upper surface 51a. And parallel to the lower surface 51b.
  • the upper surface 51a and the step surfaces 52a and 52b have such a size that two semiconductor laser arrays can be arranged.
  • the upper surface 51a and the step surfaces 52a and 52b can be brought into contact with the entire area of the lower surface (the lower surface in FIG. 6) of the two semiconductor laser arrays from the viewpoint of exhaust heat, and the two semiconductor laser arrays.
  • the size is such that can be sufficiently separated.
  • the separation distance between the two semiconductor laser arrays is, for example, 2 mm.
  • each of the upper surface 51a and the step surfaces 52a and 52b is an element installation surface.
  • Two semiconductor laser arrays are disposed on each of the plurality of element mounting surfaces.
  • the semiconductor laser arrays 11a to 11c are stacked on one side (the lower side in FIG. 6) of the heat sink 50 so as to be arranged stepwise in the fast axis direction.
  • the semiconductor laser arrays 11d to 11f are stacked on the other side (the upper side in FIG. 6) of the heat sink 50 so as to be arranged stepwise in the fast axis direction.
  • the semiconductor laser arrays 11a to 11f have a light emitting surface (one surface 12) whose boundary is the outer edge 53 associated with the boundary with the side surface 52 on the upper surface 51a or the step surface one step below the step surface. It is located so that it may extend along the outer edges 54a and 54b which concern.
  • each of the semiconductor laser arrays 11a to 11f is arranged such that the light emitting surface (one surface 12) is positioned on the outer edge 53 of the upper surface 51a or the outer edges 54a and 54b of the step surfaces 52a and 52b.
  • the collimating members corresponding to the respective semiconductor laser arrays 11a to 11f are arranged above the upper surface 51a on which the corresponding semiconductor laser arrays 11a to 11f are arranged or the step surface one step below the step surface.
  • the laser light from the semiconductor laser arrays 11a to 11c is incident through the collimating member, the laser light emitted from the light bending mechanism is incident on the condenser lens 19, and the semiconductor laser array 11d. It is positioned so that the laser beams from ⁇ 11f are not incident.
  • the first folding mirror 42 and the second folding mirror 43 are configured such that the laser light from the semiconductor laser arrays 11a to 11c passes through the first folding mirror 42 and the second folding mirror 43 in this order. After that, it is arranged so as to be incident on the condenser lens 19.
  • the laser beams from the semiconductor laser arrays 11a to 11c are first incident on the first folding mirror 42, bent and emitted, and then incident on the second folding mirror 43, and this second folding mirror.
  • the light is bent and emitted by 43 and enters the condenser lens 19.
  • the semiconductor laser arrays 11a to 11c and the semiconductor laser arrays 11d to 11f are stacked in a stepped manner, and the optical path of the laser light from the semiconductor laser arrays 11a to 11c is bent by the optical bending mechanism.
  • the condensing lens incident optical path length of the laser light from the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f and the incident position on the incident surface 19a are controlled.
  • the semiconductor laser arrays 11a to 11c are arranged on each of the element installation surfaces of the stepped installation surface 56, and each of the optical paths of the laser beams of the semiconductor laser arrays 11a to 11c is bent by an optical bending mechanism.
  • the laser light from the semiconductor laser array 11a, the laser light from the semiconductor laser array 11b, and the laser light from the semiconductor laser array 11c have a condensing lens incident optical path length in this order.
  • the semiconductor laser arrays 11d to 11f on each of the element installation surfaces of the stepped installation surface 56, the laser light from the semiconductor laser array 11d, the laser light from the semiconductor laser array 11e, and the semiconductor laser array 11f The laser beam has a longer condensing lens incident optical path length in this order.
  • the laser beams from the semiconductor laser arrays 11a to 11f have a relatively different condensing lens incident optical path length, and the condensing lens incident optical path length with the longest laser light from the semiconductor laser array 11a is set. have.
  • the laser beams from the semiconductor laser arrays 11a to 11c are emitted from the semiconductor laser array 11a, the laser beam from the semiconductor laser array 11b, and the semiconductor laser array 11c in a light incident column formed on the light incident surface 19a. Are incident on the center side in the order of the laser beams from the laser beam.
  • the laser light from the semiconductor laser array 11a having the longest condensing lens incident optical path length is incident on the position closest to the center of the light incident surface 19a (position near the center), while the shortest condensing lens.
  • the laser beam from the semiconductor laser array 11c related to the incident optical path length is incident on a position (periphery side position) that is farthest from the center of the light incident surface 19a.
  • the laser beams from the semiconductor laser arrays 11d to 11f are emitted from the laser beam from the semiconductor laser array 11d, the laser beam from the semiconductor laser array 11e, and the semiconductor laser array 11f in the light incident column formed on the light incident surface 19a. Are incident on the center side in the order of the laser beams.
  • the laser light from the semiconductor laser array 11d having the longest condensing lens incident optical path length enters the position closest to the center of the light incident surface 19a (position near the center), while the shortest condensing lens.
  • the laser beam from the semiconductor laser array 11f related to the incident optical path length is incident on a position (periphery side position) farthest from the center of the light incident surface 19a.
  • the laser light from the semiconductor laser array 11a having the longest condensing lens incident optical path length is incident on the condensing lens 19 as compared with the laser light from the semiconductor laser arrays 11b, 11c, 11e, and 11f. Incident to the center of the row.
  • the laser light from the laser arrays arranged on the same element installation surface has an incident position on the light incident surface 19a that is symmetric with respect to the central portion of the light incident surface 19a.
  • the center of the light incident column formed on the light incident surface 19a is located on the center of the light incident surface 19a, and the center of the light incident column, that is, the center of the light incident surface 19a.
  • the shape is symmetric in the direction perpendicular to the light incident column parallel direction.
  • the laser beams from the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f are collimated by the collimating members (slow axis collimating lens 17a and fast axis collimating lens 17b). Thereafter, the laser beams from the semiconductor laser arrays 11 d to 11 f collimated by the collimating member are directed to the condenser lens 19. On the other hand, the laser beams from the semiconductor laser arrays 11a to 11c collimated by the collimating member are bent toward the condenser lens 19 by the light bending mechanism.
  • Laser light (collimated light) from the semiconductor laser arrays 11a to 11f is condensed by the condenser lens 19 and enters the light incident surface (one end surface 14a) of the optical fiber 14. In this manner, the laser beams from the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f are incident on the effective capturing area on the light incident surface of the optical fiber 14, and are guided by the optical fiber 14 to be the light emitting surface (the other end surface 14b). ) To the outside and used as light source light of a projector device, for example.
  • the semiconductor laser arrays 11a to 11c and the semiconductor laser arrays 11d to 11f are stacked in a stepped manner in the fast axis direction on the surface of the heat sink 50 (stepped installation surface 56).
  • stepped installation surface 56 has been.
  • the semiconductor laser arrays adjacent to each other are in a state of being largely separated from each other, high heat exhaustion can be obtained.
  • high reliability and high output can be obtained for each of the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f.
  • the laser light from the semiconductor laser arrays 11a to 11c is closer to the center of the light incident surface 19a as the condensing lens incident optical path length is longer. Is incident.
  • the laser beams from the semiconductor laser arrays 11d to 11f are incident on a position closer to the center of the light incident surface 19a as the condensing lens incident optical path length is longer.
  • the laser beams having a larger beam width in the slow axis direction approach the central portion of the light incident surface 19a, respectively.
  • Laser light having a small beam width in the slow axis direction is projected side by side so as to approach the peripheral edge of the light incident surface 19a to form a light incident row.
  • the light incident row has an overall shape approximating a circular shape having a smaller diameter than the light incident surface 19a.
  • the laser beams from the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f can be incident on the circular light incident surface 19a through the collimating member with high efficiency.
  • the laser light emitted from the condensing lens 19 can be incident with high efficiency into the circular effective capturing region of the optical fiber 14 with high efficiency.
  • the occurrence of a kick phenomenon in each of the condenser lens 19 and the optical fiber 14 is suppressed, and thus the fiber coupling efficiency is increased. Therefore, according to the semiconductor laser device 40, a high light output can be obtained.
  • the light incident column formed on the light incident surface 19a is substantially symmetric in the light incident parallel direction with respect to the central portion of the light incident column, and is perpendicular to the light incident column parallel direction. Therefore, the entire light incident row has a shape that approximates a circular shape. Therefore, the laser light emitted from the condensing lens 19 and entering the effective capture region in the optical fiber 14 has uniformity. As a result, high uniformity can be obtained in the laser light emitted from the light emitting surface of the optical fiber 14.
  • the semiconductor laser device 40 since the common heat sink 50 is used for the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f, a cooling mechanism for cooling the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f is simplified. It can be of a configuration. Therefore, the semiconductor laser device 40 can have a simple configuration.
  • FIG. 7 is an explanatory view showing the outline of still another example of the configuration of the semiconductor laser device of the present invention.
  • This semiconductor laser device 60 has a configuration in which laser beams from a plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f are emitted to the outside via an optical fiber 14.
  • the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f are arranged such that the light emission surfaces (one surface 12) face the same direction (rightward in FIG. 7).
  • the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f are arranged on the surfaces of the two heat sinks 50 and 50 with a submount member interposed between the two heat sinks 50 and 50.
  • the heat sinks 50 and 50 are arranged so that the element installation surfaces constituting the stepped installation surfaces 56 and 56 face each other.
  • the semiconductor laser device 60 is provided with collimating members (specifically, the slow axis collimating lens array 17a and the fast axis collimating lens array 17b) corresponding to each of the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f. ing.
  • a condensing lens 19 for condensing the laser light collimated by the plurality of collimating members is provided so as to face the light emitting surfaces (one surface 12) of the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f. Yes.
  • the semiconductor laser arrays 11a to 11f, the collimating members (slow axis collimating lens array 17a and fast axis collimating lens array 17b), optical fiber 14 and condenser lens 19 are the same as those in FIG.
  • the laser device 10 has the same configuration as each component member.
  • the two heat sinks 50 and 50 are the same as those shown in FIGS. 5 and 6 except that each of the element mounting surfaces of the stepped mounting surface 56 is sized so that one semiconductor laser array can be disposed.
  • the laser device 40 has the same configuration as the heat sink 50.
  • the two heat sinks 50, 50 have the same structure, and the stepped installation surfaces 56, 56 face each other, and each element constituting the stepped installation surfaces 56, 56 is installed. They are arranged mirror-symmetrically with respect to the optical axis of the condenser lens 19 so that the surfaces face each other.
  • one semiconductor laser array is arranged on each of the element installation surfaces constituting the stepped installation surface 56.
  • the semiconductor laser arrays 11a to 11c are stacked in a stepwise manner in the fast axis direction on one (downward in FIG. 7) heat sink 50.
  • the semiconductor laser arrays 11d to 11f are stacked in a stepwise manner in the fast axis direction on the other heat sink 50 (upper side in FIG. 7). In this way, the semiconductor laser arrays 11a to 11f are stacked in a V shape in the fast axis direction so as to be mirror-symmetric with respect to the optical axis of the condenser lens 19.
  • the semiconductor laser arrays 11a to 11f have a light emitting surface (one surface 12) whose boundary is the outer edge 53 associated with the boundary with the side surface 52 on the upper surface 51a or the step surface one step below the step surface. It is located so that it may extend along the outer edges 54a and 54b which concern.
  • the light emission surface one surface 12
  • the collimating members corresponding to the respective semiconductor laser arrays 11a to 11f are arranged above the upper surface 51a on which the corresponding semiconductor laser arrays 11a to 11f are arranged or the step surface one step below the step surface.
  • the upper surface 51a and the step surfaces 52a and 52b are the lower surfaces of the semiconductor laser arrays 11a to 11f, respectively, from the viewpoint of heat exhaustion, like the element installation surface in the semiconductor laser device 10 of FIG. It is preferable that the size is such that the entire region (the lower surface in FIG. 7) can be brought into contact.
  • the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f are stacked in a V shape in the fast axis direction so as to be mirror-symmetrical with respect to the optical axis of the condenser lens 19, so that the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f are separated.
  • the incident light path length of the condensing lens and the light incident position on the light incident surface 19a are controlled.
  • the semiconductor laser arrays 11a to 11c are arranged on each of the element installation surfaces of the stepped installation surface 56 of one heat sink 50, so that the laser light from the semiconductor laser array 11a, the semiconductor laser array 11b
  • the laser light and the laser light from the semiconductor laser array 11c have a longer condensing lens incident optical path length in this order.
  • the semiconductor laser arrays 11d to 11f are arranged on each of the element installation surfaces of the stepped installation surface 56 of the other heat sink 50, so that the laser light from the semiconductor laser array 11d, the laser light from the semiconductor laser array 11e, and The laser beam from the semiconductor laser array 11f has a condensing lens incident optical path length in this order.
  • the laser beams from the semiconductor laser arrays 11a to 11c and the laser beams from the semiconductor laser arrays 11d to 11f are in a state where the condensing lens incident optical path lengths are relatively different from each other.
  • the laser beams from the semiconductor laser arrays 11a to 11c are centered on the light incident surface 19a in the order of the laser beam from the semiconductor laser array 11a, the laser beam from the semiconductor laser array 11b, and the laser beam from the semiconductor laser array 11c. It is incident on the side. That is, the laser light from the semiconductor laser array 11a having the longest condensing lens incident optical path length is incident on the position closest to the center of the light incident surface 19a (position near the center), while the condensing lens incident optical path length is The laser beam from the shortest semiconductor laser array 11c is incident on a position (periphery side position) farthest from the center of the light incident surface 19a.
  • the laser beams from the semiconductor laser arrays 11d to 11f are centered on the light incident surface 19a in the order of the laser beam from the semiconductor laser array 11d, the laser beam from the semiconductor laser array 11e, and the laser beam from the semiconductor laser array 11f. It is incident on the side. That is, the laser beam from the semiconductor laser array 11d having the longest condensing lens incident optical path length is incident on the position closest to the central portion of the light incident surface 19a (position near the center), while the condensing lens incident optical path length is The laser beam from the shortest semiconductor laser array 11f is incident on a position (periphery side position) farthest from the center of the light incident surface 19a.
  • the laser light from the semiconductor laser array arranged oppositely has the same condensing lens incident optical path length. That is, the condensing lens incident optical path length related to the semiconductor laser array 11a and the condensing lens incident optical path length related to the semiconductor laser array 11d are the same, and the condensing lens incident optical path length related to the semiconductor laser array 11b and the semiconductor laser array 11e.
  • the condensing lens incident optical path length is the same.
  • the condensing lens incident optical path length related to the semiconductor laser array 11c and the condensing lens incident optical path length related to the semiconductor laser array 11f are the same.
  • the laser light from the semiconductor laser array arranged in opposition has the incident position on the light incident surface 19a symmetric with respect to the central portion of the light incident surface 19a.
  • the center of the light incident column formed on the light incident surface 19a is located on the center of the light incident surface 19a, and the center of the light incident column, that is, the center of the light incident surface 19a.
  • the light incident column parallel direction and the shape perpendicular to the light incident column parallel direction are symmetrical.
  • the laser beams from the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f are collimated by the collimating members (slow axis collimating lens 17a and fast axis collimating lens 17b). Thereafter, the laser light collimated by the collimating member is condensed by the condenser lens 19 and enters the light incident surface (one end surface 14a) of the optical fiber 14. In this manner, the laser beams from the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f are incident on the effective capturing area on the light incident surface of the optical fiber 14, and are guided by the optical fiber 14 to be the light emitting surface (the other end surface 14b). ) To the outside and used as light source light of a projector device, for example.
  • a plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f are stacked in a V shape in the fast axis direction on the surfaces of the two heat sinks 50 and 50 (stepped installation surfaces 56 and 56). Therefore, since the semiconductor laser arrays adjacent to each other are largely separated from each other, a high heat exhaust property can be obtained. As a result, high reliability and high output can be obtained for each of the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f. Further, the laser beams from the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f are closer to the center of the light incident surface 19a as the condensing lens incident optical path length is longer on the circular light incident surface 19a of the condensing lens 19. A light incident row is formed by entering the position.
  • the laser light having a larger light beam width in the slow axis direction approaches the central portion of the light incident surface 19a, and the laser light having a smaller light beam width in the slow axis direction approaches the peripheral portion of the light incident surface 19a in parallel. It is projected side by side to form a light incident row.
  • the light incident row has an overall shape approximating a circular shape having a smaller diameter than the light incident surface 19a. Therefore, the laser beams from the plurality of semiconductor laser arrays 11a to 11f can be incident on the circular light incident surface 19a through the collimating member with high efficiency.
  • the laser light emitted from the condensing lens 19 can be incident with high efficiency into the circular effective capturing region of the optical fiber 14 with high efficiency. As a result, the occurrence of a kick phenomenon in each of the condenser lens 19 and the optical fiber 14 is suppressed, and thus the fiber coupling efficiency is increased. Therefore, according to the semiconductor laser device 60, a high light output can be obtained.
  • the light incident columns formed on the light incident surface 19a are symmetric in the direction in which the light incident regions are aligned and the direction perpendicular to the direction in which the light incident regions are aligned with respect to the central portion of the light incident columns. Therefore, the entire light incident row has a shape that approximates a circular shape. Therefore, the laser light emitted from the condensing lens 19 and entering the effective capture region in the optical fiber 14 has uniformity. As a result, high uniformity can be obtained in the laser light emitted from the light emitting surface of the optical fiber 14.
  • the semiconductor laser device of the present invention is not limited to the above embodiment, and the plurality of semiconductor laser arrays have relatively different condensing lens incident optical path lengths of laser beams from at least one of the semiconductor laser arrays.
  • the laser beam from the semiconductor laser array having the longest condensing lens incident optical path length is incident on a position other than the outermost side of the light incident column formed on the light incident surface of the condensing lens. I just need it.
  • the laser light from the semiconductor laser array having the longest condensing lens incident optical path length is incident on a position other than the outermost side of the light incident column in the condensing lens. It only has to be done.
  • laser light from other semiconductor laser arrays may be incident on any position of the light incident column.
  • the laser beam from the semiconductor laser array having the longest condensing lens incident optical path length is higher than the laser beam from at least one of the other semiconductor laser arrays. Then, it is only necessary to be incident on the central position of the light incident row in the condenser lens. Therefore, there may be laser light incident on the central position of the light incident column in the condensing lens as compared with the laser light from the semiconductor laser array having the longest condensing lens incident optical path length.
  • the semiconductor laser device is not limited to the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment, and a light incident column formed on the light incident surface of the condenser lens or a plurality of semiconductor laser arrays
  • the condensing lens incident optical path length of the laser beam from the laser beam may be controlled by various conventionally known optical members.
  • semiconductor laser device (1) A semiconductor laser device having the following structure (hereinafter also referred to as “semiconductor laser device (1)”) was manufactured.
  • semiconductor laser device (1) four semiconductor laser arrays were arranged at equal intervals on each of the two stepped installation surfaces. As for the arrangement interval of these four semiconductor laser arrays, the interval in the optical axis direction of the semiconductor laser array is 15 mm, and the interval in the direction perpendicular to the optical axis is 1 mm.
  • the shortest condensing lens incident optical path length is 150 mm.
  • the eight semiconductor laser arrays have a semiconductor laser array length (length in a direction in which a plurality of light emitting portions are arranged) of 4 mm.
  • the condenser lens has a focal length of 20 mm.
  • the optical fiber has a core diameter of 0.8 mm and a numerical aperture (NA) of 0.22.
  • the laser light emitted from the collimating member has a wavelength of 640 nm, and the light beam size is 0.8 mm in length in the fast axis direction (light beam width in the fast axis direction).
  • the slow axis length (light beam width in the slow axis direction) is 4 mm
  • the divergence angle half width in the fast axis direction is 2 mrad
  • the divergence angle half width in the slow axis direction is 50 mrad.
  • the fiber coupling efficiency was confirmed to be 98%.
  • the heat sink has one step-like installation surface, and eight semiconductor laser arrays are stacked on each of the element installation surfaces on the one step-like installation surface. Except for this, the semiconductor laser device (1) has the same configuration. The fiber coupling efficiency of this comparative semiconductor laser device (1) was confirmed to be 92%.

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Abstract

　本発明は、複数の半導体レーザアレイからの光において、集光レンズ入射光路長が異なる場合であっても、これらの複数の半導体レーザアレイからの光を高い効率で光ファイバに入射させることができ、従って高い光の出力が得られる半導体レーザ装置を提供することを目的とするものである。　本発明の半導体レーザ装置は、複数の半導体レーザアレイからの光がコリメート部材を介して入射される集光レンズと、集光レンズからの光が入射される光ファイバとが設けられており、集光レンズの光入射面には、複数の半導体レーザアレイからの光の各々によって光入射列が形成され、複数の半導体レーザアレイのうちの少なくとも１個は、半導体レーザアレイからの光が集光レンズに至るまでの光路の長さである集光レンズ入射光路長が相対的に異なり、最も長い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイからの光が、光入射列の最外側以外の位置に入射されることを特徴とする。

Description

半導体レーザ装置
　本発明は、半導体レーザ装置に関し、更に詳しくは、例えば、複数の半導体レーザアレイからのレーザ光が光ファイバに入射される構成の半導体レーザ装置に関する。
　従来、半導体レーザ装置の或る種のものとしては、直線状に並ぶ複数の発光部を有する半導体レーザアレイをレーザ光源とし、この半導体レーザアレイからのレーザ光が光ファイバによって導光されて外部に出射される構成のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
　このような半導体レーザ装置においては、高出力化の要請に応じて、光ファイバ１本当たりの光出力を大きくするため、１本の光ファイバに対して複数の半導体レーザアレイを用い、これらの複数の半導体レーザアレイからのレーザ光をできるだけ密にし、集光レンズを介して光ファイバに入射させることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
　具体的には、例えば図８に示すように、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆが、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆの速軸方向に直線状に並ぶように積層配置されてなる半導体レーザ装置が知られている。
　この半導体レーザ装置において、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆの光出射方向前方（図８における右方）には、集光レンズ１９が設けられている。また、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆの各々と集光レンズ１９との間における当該半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆに接近した位置には、遅軸用コリメートレンズアレイ１７ａおよび速軸用コリメートレンズアレイ１７ｂよりなるコリメート部材が配置されている。
　図８において、８０は、ヒートシンクであり、１５は、光ファイバ１４を保持するための光ファイバ保持部材である。
　このような半導体レーザ装置においては、半導体レーザアレイ間の間隔が狭くなることから、十分な排熱性が得られず、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆの各々が高温となってしまう。そして、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆは、一般に温度が高くなるに従って出力が低下すると共に信頼性が低下するものである。そのため、半導体レーザ装置に十分な出力および信頼性が得られない、という問題がある。
　而して、半導体レーザ装置としては、図９に示すように、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆが、ヒートシンク５０の表面において、速軸方向に階段状に並ぶよう積層配置されてなる構成のものが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
　このような半導体レーザ装置においては、互いに隣接する半導体レーザアレイを大きく離間した状態とすることができることから、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆの各々が高温となることを抑制できる。
　しかしながら、このような半導体レーザ装置においては、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆからのレーザ光を有効に利用することができない、という問題が顕著となる。この問題は、レーザ光源として、発光部が１つのシングルエミッタ半導体素子ではなく、半導体レーザアレイを用いたことに起因して生じるものである。
　具体的に説明すると、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆは、複数の発光部が直線状に並んだものであり、発光部間の間隔が一般に数十μｍ～百数十μｍ程度と狭いことから、コリメートによって遅軸方向に十分な平行状態を得ることが難しい。このため、コリメート部材によるコリメート光は一般に遅軸方向に数ｍｒａｄ～数十ｍｒａｄの広がりを有するものとなる。なお、シングルエミッタ半導体素子においては、コリメート光は略平行光と見なせるものとなる。そのため、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆと集光レンズ１９との間の距離が長くなるに従って、集光レンズ１９の配置位置におけるレーザ光の遅軸方向の光線幅（以下、「遅軸方向光線幅」ともいう。）が大きくなる。ここに、集光レンズ１９に入射するレーザ光（コリメート光）の遅軸方向光線幅ｗ１は、下記の数式（１）で示されるように、コリメート部材から出射したコリメート光の遅軸方向光線幅ｗ０に、コリメート光の発散角θと、コリメート光の集光レンズ１９までの伝播距離Ｌとの積を加えることによって求められる値である。そして、遅軸方向光線幅の大きなレーザ光は、その一部が集光レンズ１９あるいは光ファイバ１４に入射されず、いわゆる蹴られ現象が生じて損失となり、光ファイバ１４から外部に出射されることがない。従って、半導体レーザ装置においては、ファイバ結合効率が小さくなってしまう。ここに、「ファイバ結合効率」とは、レーザ光源を構成する複数の半導体レーザアレイからのレーザ光のうちの光ファイバに入射されるレーザ光の割合（強度）を示す値である。
数式（１）：
ｗ１＝ｗ０＋θ・Ｌ
　而して、集光レンズ１９との離間距離が最も長くなる半導体レーザアレイ１１ａからのレーザ光（以下、「最長レーザ光」ともいう。）は、その他の半導体レーザアレイ１１ｂ～１１ｆからのレーザ光に比して、集光レンズ１９の配置位置における遅軸方向光線幅が大きくなる。また、最長レーザ光は、集光レンズ１９の光入射面１９ａにおける周縁側を通過することになる。すなわち、図１０に示すように、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆからのレーザ光は、光入射面１９ａに、並列に並んで入射されることから、この複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆからのレーザ光の光入射列３１において、最長レーザ光が最外側に入射されることとなる。ここに、光入射列３１とは、光入射面１９ａにおいて、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆからのレーザ光の各々が並列に並んで投影されて形成されるものである。この光入射列３１においては、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆからのレーザ光による略矩形状の光入射領域３１ａ～３１ｆが並列に並んでいる。その結果、最も遅軸方向光線幅の大きい最長レーザ光が、光ファイバ１４の円形状の一端面１４ａよりなる光入射面の最も周縁側に入射されることとなるため、その一部が光ファイバ１４に入射されずに損失となりやすい。
　図９において、Ｌａ～Ｌｆは、各々、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆからのレーザ光の光路を示す。
　また、図１０において、矢印Ｆは、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆの速軸方向を示し、また矢印Ｓは、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆの遅軸方向を示す。
米国特許第５６１７４９２号明細書 特開２００７－１４２４３９号公報
　本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、複数の半導体レーザアレイからの光において、集光レンズ入射光路長が異なる場合であっても、これらの複数の半導体レーザアレイからの光を高い効率で光ファイバに入射させることができ、従って高い光の出力が得られる半導体レーザ装置を提供することにある。
　本発明の半導体レーザ装置は、直線状に並ぶ複数の発光部を有する半導体レーザアレイを複数備え、当該複数の半導体レーザアレイからの光がコリメート部材を介して入射される集光レンズと、当該集光レンズからの光が略円形状の端面よりなる光入射面から入射される光ファイバとが設けられてなる半導体レーザ装置において、
　前記集光レンズには、当該集光レンズの光入射面に、前記複数の半導体レーザアレイからの光の各々が並列に並んで投影されて光入射列が形成され、
　前記複数の半導体レーザアレイのうちの少なくとも１個の半導体レーザアレイは、当該半導体レーザアレイからの光が前記集光レンズに至るまでの光路の長さである集光レンズ入射光路長が相対的に異なり、最も長い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイからの光が、前記集光レンズの光入射面における光入射列の最外側以外の位置に入射されることを特徴とする。
　本発明の半導体レーザ装置においては、前記集光レンズ入射光路長が互いに異なる半導体レーザアレイのうちの、長い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイからの光が、短い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイからの光に比して、前記集光レンズの光入射面における光入射列の中央側に入射されることが好ましい。
　本発明の半導体レーザ装置においては、前記半導体レーザアレイを３個以上備えており、これらの３個以上の半導体レーザアレイからの光の集光レンズ入射光路長が異なり、最も長い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイからの光が、他の半導体レーザアレイのうちの少なくとも１個の半導体レーザアレイからの光に比して、前記集光レンズの光入射面における光入射列の中央側に入射されることが好ましい。
　本発明の半導体レーザ装置においては、前記複数の半導体レーザアレイが、複数の素子設置面を階段状に有する階段状設置面における当該複数の素子設置面の各々に設置されることにより、前記集光レンズ入射光路長が互いに異なる状態とされていることが好ましい。
　このような本発明の半導体レーザ装置においては、前記階段状設置面は、ヒートシンクの表面により形成されていることが好ましい。
　また、このような本発明の半導体レーザ装置においては、対向配置された２つの階段状設置面における複数の素子設置面の各々に前記半導体レーザアレイが設置され、この２つの階段状設置面の間に折り返しミラーが配置されており、当該折り返しミラーによって折り返された複数の半導体レーザアレイからの光が前記集光レンズに入射されることが好ましい。
　本発明の半導体レーザ装置においては、複数の半導体レーザアレイからの光において、集光レンズ入射光路長が異なる場合であっても、集光レンズ入射光路長が最も長い光について、集光レンズの光入射面における入射位置が制御されている。そのため、集光レンズ入射光路長が最も長い光、すなわち遅軸方向の光線幅が最も大きい光を、集光レンズの光入射面の中央側に入射させ、更に光ファイバの略円形状の光入射面の中心側に入射させることができる。これにより、集光レンズおよび光ファイバの各々において蹴られ現象の発生が抑制され、よってファイバ結合効率が大きくなる。
　従って、本発明の半導体レーザ装置によれば、複数の半導体レーザアレイからの光を高い効率で光ファイバに入射させることができ、よって高い光の出力が得られる。
本発明の半導体レーザ装置の構成の一例の概要を示す説明図である。 本発明の半導体レーザ装置において、コリメート部材が半導体レーザアレイに接近した接近位置に配置された場合に、半導体レーザアレイの発光部からコリメート部材に向かってレーザ光が出射された状態を、複数の発光部の並ぶ方向に垂直な方向から示す説明用投影図である。 本発明の半導体レーザ装置において、コリメート部材が半導体レーザアレイから大きく離間した遠方位置に配置された場合に、半導体レーザアレイの発光部からコリメート部材に向かってレーザ光が出射された状態を、複数の発光部の並ぶ方向に垂直な方向から示す説明用投影図である。 図１の半導体レーザ装置における集光レンズの光入射面に形成される光入射列を示す説明図である。 本発明の半導体レーザ装置の構成の他の例の概要を示す説明図である。 図５の半導体レーザ装置を、当該図５における上方から示す説明用投影図である。 本発明の半導体レーザ装置の構成の更に他の例の概要を示す説明図である。 従来の半導体レーザ装置の構成の一例の概要を示す説明図である。 従来の半導体レーザ装置の構成の他の例の概要を示す説明図である。 図９の半導体レーザ装置における集光レンズの光入射面に形成される光入射列を示す説明図である。
　以下、本発明の実施の形態について説明する。
（第１の実施形態）
　図１は、本発明の半導体レーザ装置の構成の一例の概要を示す説明図である。
　この半導体レーザ装置１０は、レーザ光源として、直線状に並ぶ複数の発光部を有する、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆを備えており、これらの複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆからのレーザ光が光ファイバ１４を介して外部に出射される構成を有するものである。
　複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆは、例えば銅およびアルミニウムなどの金属よりなるヒートシンク２０の上面（図１における上面）において、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｃと半導体レーザアレイ１１ｄ～１１ｆとが、それぞれ対向するように配設されている。この複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆの各々と、ヒートシンク２０との間には、例えば銅タングステン（ＣｕＷ）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などからなるサブマウント部材（図示省略）が介在している。
　また、半導体レーザ装置１０には、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆからのレーザ光を同一方向に進むように屈曲する、例えば三角プリズムよりなる折り返しミラー１８と、この折り返しミラー１８によって屈曲されたレーザ光を集光する集光レンズ１９とが設けられている。
　また、光ファイバ１４は、円形状の一端面１４ａが光入射面とされ、円形状の他端面１４ｂが光出射面とされており、集光レンズ１９によって集光されたレーザ光が光入射面（一端面１４ａ）に入射されるように配置されている。
　この図の例において、集光レンズ１９は、略円板形状の外観形状を有している。
　また、図１において、Ｌａ～Ｌｆは、各々、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆからのレーザ光の光路を示す。
　また、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆからのレーザ光が折り返しミラー１８に至るまでの光路上には、各半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆに対応して、当該半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆからのレーザ光をコリメートするためのコリメート部材が設けられている。このコリメート部材は、遅軸用コリメートレンズアレイ１７ａと、速軸用コリメートレンズアレイ１７ｂとよりなる。
　遅軸用コリメートレンズアレイ１７ａおよび速軸用コリメートレンズアレイ１７ｂは、各々、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆにおける複数の発光部の各々に対応するレンズセルを有するものである。すなわち、遅軸用コリメートレンズアレイ１７ａおよび速軸用コリメートレンズアレイ１７ｂは、各々、直線状に並んだ複数のレンズセルを有するものである。
　また、コリメート部材は、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆに接近した位置に配置されている。
　コリメート部材を半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆに接近した位置に配置することにより、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆからのレーザ光を高い効率でコリメート部材に入射させることができる。しかしながら、その一方でコリメート部材によってコリメートされたレーザ光（コリメート光）が遅軸方向に数十ｍｒａｄの広がりを有するものとなる。
　ここに、コリメート部材を半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆに接近した位置に配置することにより、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆからのレーザ光を高い効率でコリメート部材に入射させることができる理由、およびコリメート部材によるコリメート光が広がりを有するものとなる理由について、図２および図３を用いて具体的に説明する。
　図２および図３は、半導体レーザアレイ１１の発光部１３からコリメート部材に向かってレーザ光が出射された状態を、複数の発光部１３の並ぶ方向に垂直な方向から示す説明用投影図である。具体的には、図２は、コリメート部材が半導体レーザアレイ１１に接近した接近位置に配置された場合を示す説明用模式図であり、図３は、コリメート部材が半導体レーザアレイ１１から大きく離間した遠方位置に配置された場合を示す説明用模式図である。
　レーザ光源としてシングルエミッタ半導体素子を用いた場合には、当該シングルエミッタ半導体素子の発光部が１つであることから、コリメート部材（コリメートレンズ）によるコリメート光は略平行光となる。
　然るに、半導体レーザアレイ１１においては、複数の発光部１３の間隔が一般に数十μｍ～百数十μｍ程度（具体的には、複数の発光部１３の間隔が０．５ｍｍ程度、あるいはそれ以下）である。そのため、コリメート部材、具体的にはコリメートレンズアレイ１６においては、当該コリメートレンズアレイ１６を構成する各レンズセル１６ａの大きさ（半導体レーザアレイ１１における複数の発光部１３の並ぶ方向の長さ）が制約される。それゆえ、コリメートレンズアレイ１６によるコリメートによって遅軸方向に十分な平行状態を得ることが難しく、よってコリメート光は一般に遅軸方向に数ｍｒａｄ～数十ｍｒａｄの広がりを有するものとなる。しかも、各レンズセル１６ａの大きさが制限され、また得られるコリメート光が広がりを有することに起因して、半導体レーザアレイ１１とコリメートレンズアレイ１６との離間距離が、コリメートレンズアレイ１６におけるレーザ光の入射効率の観点から制約されることとなる。
　具体的に説明すると、図２に示されているように、コリメートレンズアレイ１６を半導体レーザアレイ１１の接近位置に配置した場合には、レンズセル１６ａの焦点距離が、発光部１３の幅（複数の発光部１３の並ぶ方向の長さ）と近似した値となり、よって発光部１３は点光源と見なせなくなる。そのため、発光部１３において、端部１３ｂからのレーザ光Ｌ２と中心部１３ａからのレーザ光Ｌ１とのなす角（発散角）θ１は、数十ｍｒａｄの大きさとなる。
　一方、図３に示されているように、コリメートレンズアレイ１６を半導体レーザアレイ１１の遠方位置に配置した場合には、接近位置に配置した場合に比して、レンズセル１６ａの焦点距離が長くなる。そのため、端部１３ｂからのレーザ光Ｌ２と中心部１３ａからのレーザ光Ｌ１とのなす角（発散角）θ２は、接近位置に配置した場合に係る発散角θ１よりも小さくなる。しかしながら、発光部１３からのレーザ光は、その一部Ｌ１１が当該発光部１３に対応するレンズセル１６ａの光入射面から食み出し、入射されずに損失となる。
　このように、コリメートレンズアレイ１６を半導体レーザアレイ１１の接近位置に配置することによれば、半導体レーザアレイ１１からのレーザ光を高い効率でコリメートレンズアレイ１６に入射させることができるが、その一方でコリメートレンズアレイ１６によるコリメート光が遅軸方向に数十ｍｒａｄの広がりを有するものとなる。
　図２および図３においては、発光部１３の中心部１３ａからのレーザ光を実線で示し、端部１３ｂからのレーザ光を破線で示す。
　複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆは、各々、矩形平板状の外観形状を有しており、直線状に並ぶ複数の発光部を有する一面１２が光出射面とされたものである。この光出射面（一面１２）において、複数の発光部は、長手方向（図１における紙面に垂直な方向）に特定の間隔（例えば０．５ｍｍ程度、あるいはそれ以下の等間隔）で配列されている。
　また、これらの複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆは、複数の発光部が並ぶ方向の長さが同一のものであることが好ましい。
　この図の例において、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆは、同一の規格を有するものである。
　半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆは、アレイ型半導体レーザ素子であってもよく、また複数のシングルエミッタ半導体素子が、０．５ｍｍ程度、あるいはそれ以下の間隔で直線状に並ぶように配置されてなる構成のものであってもよい。
　ヒートシンク２０は、長方体状の外観形状を有しており、上面には溝２１が形成されている。この溝２１は、ヒートシンク２０の上面における短手方向（図１の紙面に垂直な方向）に直線状に伸び、断面形状が略台形状のものである。この溝２１において、互いに対向する側面２３，２４は、底面２６に向かうに従って互いに接近する方向に、階段状に傾斜している。そして、ヒートシンク２０の上面における溝２１の一方側の周縁面２１ａおよび当該周縁面２１ａに連続する溝２１の側面２３により、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｃを配置するための階段状設置面（以下、「第１階段状設置面」ともいう。）２７が構成されている。また、ヒートシンク２０の上面における溝２１の他方側の周縁面２１ｂおよび当該周縁面２１ｂに連続する溝２１の側面２４により、半導体レーザアレイ１１ｄ～１１ｆを配置するための階段状設置面（以下、「第２階段状設置面」ともいう。）２８が構成されている。
　この図の例において、側面２３は、２つのステップ面２３ａ，２３ｂを有する２段の階段形状を有しており、これらの２つのステップ面２３ａ，２３ｂは、矩形状であって周縁面２１ａおよび底面２６に平行である。また、側面２４は、側面２３と同様の構成を有している。すなわち、側面２４は、２つのステップ面２４ａ，２４ｂを有する２段の階段形状を有しており、これらの２つのステップ面２４ａ，２４ｂは、矩形状であって周縁面２１ｂおよび底面２６に平行である。また、対向配置された第１階段状設置面２７および第２階段状設置面２８は、集光レンズ１９の光軸に関して鏡面対称である。
　階段状設置面２７，２８の各々において、一段の高さは、レーザ光利用性の観点から、半導レーザアレイ１１ａ～１１ｆからのレーザ光あるいはコリメート部材によってコリメートされたレーザ光（コリメート光）の速軸方向の光線幅に応じて適宜に定められる。ここに、階段状設置面２７，２８の各々における一段の高さとは、第１階段状設置面２７においては、周縁面２１ａとステップ面２３ａとの位置レベルの差、およびステップ面２３ａとステップ面２３ｂとの位置レベルの差である。また、第２階段状設置面２８においては、周縁面２１ｂとステップ面２４ａとの位置レベルの差、およびステップ面２４ａとステップ面２４ｂとの位置レベルの差である。
　また、周縁面２１ａ，２１ｂおよびステップ面２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂは、排熱性の観点から、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆの下面（図１における下面）の全域を接触させることのできるような大きさであることが好ましい。
　ヒートシンク２０においては、周縁面２１ａ，２１ｂおよびステップ面２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂの各々が素子設置面とされている。これらの複数の素子設置面には、各々、１個の半導体レーザアレイが配置されている。具体的には、第１階段状設置面２７における素子設置面には、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｃが、速軸方向に階段状に並ぶように積層配置されている。また、第２階段状設置面２８における素子設置面には、半導体レーザアレイ１１ｄ～１１ｆが、速軸方向に階段状に並ぶように積層配置されている。
　そして、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｃと、半導体レーザアレイ１１ｄ～１１ｆとは、各々、光出射面（一面１２）が対向するように配置されている。
　また、底面２６には、折り返しミラー１８が配置されている。この折り返しミラー１８は、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆからのレーザ光（コリメート光）が入射されると共に、この折り返しミラー１８で反射されることによって直角に屈曲したレーザ光が集光レンズ１９に入射されるように位置されている。
　この図の例において、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆは、各々、光出射面（一面１２）が、周縁面２１ａ，２１ｂの外縁２２ａ，２２ｂ上またはステップ面２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂの外縁２５ａ～２５ｄ上に位置するように配置されている。また、各半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆに対応するコリメート部材は、対応する半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆが配置されている周縁面またはステップ面よりも１段下のステップ面または底面２６の上方に配置されている。
　また、折り返しミラー１８は、溝２１の中央部分に位置されており、この折り返しミラー１８の光出射方向（図１における上方）の近傍には、集光ミラー１９が配置され、またこの集光ミラー１９の焦点位置には、光ファイバ１４の光入射面（一端面１４ａ）が位置されている。
　以上のように、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆを階段状設置面２７，２８における素子設置面の各々に配置することにより、当該複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｃからのレーザ光が集光レンズ１９に至るまでの光路の長さ（集光レンズ入射光路長）が制御されている。
　すなわち、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｃを第１階段状設置面２７における素子設置面の各々に配置することにより、これらの半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｃからのレーザ光の集光レンズ入射光路長が相対的に異なる状態とされている。また、半導体レーザアレイ１１ｄ～１１ｆを第２階段状設置面２８における素子設置面の各々に配置することにより、これらの半導体レーザアレイ１１ｄ～１１ｆからのレーザ光の集光レンズ入射光路長が相対的に異なる状態とされている。
　具体的には、半導体レーザアレイ１１ａからのレーザ光、半導体レーザアレイ１１ｂからのレーザ光および半導体レーザアレイ１１ｃからのレーザ光は、この順に集光レンズ入射光路長が長くなっている。また、半導体レーザアレイ１１ｄからのレーザ光、半導体レーザアレイ１１ｅからのレーザ光および半導体レーザアレイ１１ｆからのレーザ光は、この順に集光レンズ入射光路長が長くなっている。
　この図の例において、対向配置された半導体レーザアレイからのレーザ光は、集光レンズ入射光路長が同一である。すなわち、半導体レーザアレイ１１ａに係る集光レンズ入射光路長と半導体レーザアレイ１１ｄに係る集光レンズ入射光路長とは同一であり、半導体レーザアレイ１１ｂに係る集光レンズ入射光路長と半導体レーザアレイ１１ｅに係る集光レンズ入射光路長とは同一である。また、半導体レーザアレイ１１ｃに係る集光レンズ入射光路長と半導体レーザアレイ１１ｆに係る集光レンズ入射光路長とは同一である。
　また、第１階段状設置面２７と第２階段状設置面２８との間に折り返しミラー１８を配置することにより、集光レンズ１９の光入射面１９ａに並列に並んで入射される複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆからのレーザ光の入射位置が制御される。すなわち、図４に示すように、光入射面１９ａに形成される光入射列３１において、最も長い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイ１１ａ，１１ｄからのレーザ光が、最外側以外の位置に入射する状態とされている。
　ここに、光入射列３１は、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆからのレーザ光の各々が、光入射面１９ａに、並列に並んで投影されることによって形成されるものである。この光入射列３１においては、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆからのレーザ光による略矩形状の光入射領域３１ａ～３１ｆが並列に並んでいる。複数の光入射領域３１ａ～３１ｆは、これらの光入射領域３１ａ～３１ｆが並ぶ方向（図４における上下方向であって、以下、「光入射列並列方向」ともいう。）の寸法は同一であるが、光入射列並列方向に垂直な方向（図４における左右方向）の寸法（以下、「入射領域幅」ともいう。）は異なるものである。この光入射領域幅は、レーザ光の遅軸方向の光線幅（遅軸方向光線幅）によるものであることから、集光レンズ入射光路長が長くなるに従って大きくなる。
　具体的には、第１階段状設置面２７に配置されている半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｃからのレーザ光は、光入射列３１において、半導体レーザアレイ１１ａからのレーザ光、半導体レーザアレイ１１ｂからのレーザ光および半導体レーザアレイ１１ｃからのレーザ光の順により中心側に入射している。すなわち、最も長い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイ１１ａからのレーザ光は、光入射面１９ａの中心部に最も接近した位置（中心近傍位置）に入射し、一方、最も短い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイ１１ｃからのレーザ光は、光入射面１９ａの中心部から最も離間した位置（周縁側位置）に入射している。また、第２階段状設置面２８に配置されている半導体レーザアレイ１１ｄ～１１ｆからのレーザ光は、光入射列３１おいて、半導体レーザアレイ１１ｄからのレーザ光、半導体レーザアレイ１１ｅからのレーザ光および半導体レーザアレイ１１ｆからのレーザ光の順により中心側に入射している。すなわち、最も長い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイ１１ｄからのレーザ光は、光入射面１９ａの中心部に最も接近した位置（中心近傍位置）に入射し、一方、最も短い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイ１１ｆからのレーザ光は、光入射面１９ａの中心部から最も離間した位置（周縁側位置）に入射している。
　この図の例において、対向配置された半導体レーザアレイからのレーザ光は、光入射面１９ａにおける入射位置が、当該光入射面１９ａの中心部に関して対称となっている。そして、光入射列３１は、その中心部が光入射面１９ａの中心部上に位置しており、当該光入射列３１の中心部、すなわち光入射面１９ａの中心部に関して、光入射列並列方向および当該光入射列並列方向に垂直な方向に対称な形状である。
　光ファイバ１４は、円筒状のコア部分と、当該コア部分の周面に設けられたクラッド部分とを有するものであり、光入射面（一端面１４ａ）においては、コア部分によって円形状の有効取り込み領域が形成されている。
　光ファイバ１４としては、例えば石英ファイバなどが用いられる。
　図の例においては、光ファイバ１４の一端面側の端部には、光ファイバ１４の外径に適合した内径を有する円筒状の光ファイバ保持部材１５が装着されている。
　以上の半導体レーザ装置１０においては、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆからのレーザ光は、コリメート部材（遅軸用コリメートレンズ１７ａおよび速軸用コリメートレンズ１７ｂ）によってコリメートされる。その後、このコリメート部材によってコリメートされたレーザ光は、折り返しミラー１８によって集光レンズ１９に向かって反射される。そして、折り返しミラー１８によって反射されたレーザ光が集光レンズ１９によって集光されて、光ファイバ１４における光入射面（一端面１４ａ）に入射する。このようにして、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆからのレーザ光が、光ファイバ１４の光入射面における有効取り込み領域に入射し、この光ファイバ１４によって導光されて光出射面（他端面１４ｂ）から外部に出射され、例えばプロジェクター装置の光源光として利用される。
　而して、半導体レーザ装置１０においては、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆが、ヒートシンク２０の表面（階段状設置面２７，２８）において、速軸方向に階段状に積層配置されている。そのため、互いに隣接する半導体レーザアレイが大きく離間した状態とされていることから、高い排熱性が得られる。その結果、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆの各々に高い信頼性および高い出力が得られる。
　また、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆからのレーザ光は、集光レンズ１９の円形状の光入射面１９ａにおいて、集光レンズ入射光路長が長いものほど光入射面１９ａの中心部に接近した位置に入射して光入射列３１を形成する。すなわち、より遅軸方向光線幅の大きいレーザ光が、光入射面１９ａの中心部に接近し、より遅軸方向光線幅の小さいレーザ光が光入射面１９ａの周縁部に接近するように並列に並んで投影されて光入射列３１を形成している。そして、光入射列３１は、その全体形状が、光入射面１９ａより小径の円形状に近似したものとなる。そのため、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆからのレーザ光をコリメート部材を介して円形状の光入射面１９ａに高い効率で入射させることができる。また、集光レンズ１９から出射されたレーザ光を高い効率で光ファイバ１４における円形状の有効取り込み領域に高い効率で入射させることができる。その結果、集光レンズ１９および光ファイバ１４の各々において蹴られ現象の発生が抑制され、よってファイバ結合効率が大きくなる。
　従って、半導体レーザ装置１０によれば、高い光の出力が得られる。
　また、半導体レーザ装置１０においては、光入射列３１が、光入射面１９ａの中心部に関して、光入射並列方向および当該光入射列並列方向に垂直な方向に対称な形状であることから、光入射列３１の全体がより円形状に近似した形状となる。そのため、集光レンズ１９から出射されて光ファイバ１４における有効取り込み領域に入射するレーザ光が均一性を有するものとなる。その結果、光ファイバ１４の光出射面から出射されるレーザ光に高い均一性が得られる。
　また、半導体レーザ装置１０においては、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆに共通のヒートシンク２０が用いられていることから、これらの複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆを冷却するための冷却機構を簡易な構成のものとすることができる。従って、半導体レーザ装置１０を簡易な構成のものとすることができる。
（第２の実施形態）
　図５は、本発明の半導体レーザ装置の構成の他の例の概要を示す説明図であり、図６は、図５の半導体レーザ装置を、当該図５における上方から示す説明用投影図である。
　この半導体レーザ装置４０は、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆからのレーザ光が光ファイバ１４を介して外部に出射される構成を有するものである。
　半導体レーザ装置４０において、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆは、ヒートシンク５０の表面に、光出射面（一面１２）が同一方向（図５および図６における右方）を向くように配置されている。これらの複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆの各々と、ヒートシンク５０との間には、サブマウント部材（図示省略）が介在している。
　また、半導体レーザ装置４０には、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆの各々に対応してコリメート部材（具体的には、遅軸用コリメートレンズアレイ１７ａおよび速軸用コリメートレンズアレイ１７ｂ）が設けられている。また、これら複数のコリメート部材によってコリメートされたレーザ光を集光するための集光レンズ１９が、半導体レーザアレイ１１ｄ～１１ｆの光出射面（一面１２）に対向するように設けられている。また、複数のコリメート部材の光出射前方（図５および図６における右方）には、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｃからのレーザ光（コリメート光）を屈曲させるための光屈曲機構が設けられている。この光屈曲機構は、第１の折り返しミラー４２と第２の折り返しミラー４３とよりなり、これらの第１の折り返しミラー４２および第２の折り返しミラー４３は、例えば三角プリズムよりなる。
　また、この半導体レーザ装置４０において、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆ、コリメート部材（遅軸用コリメートレンズアレイ１７ａおよび速軸用コリメートレンズアレイ１７ｂ）、光ファイバ１４および集光レンズ１９は、図１の半導体レーザ装置１０における各部材と同様の構成を有するものである。
　また、ヒートシンク５０は、１つの階段状設置面５６を有しており、この階段状設置面５６における素子設置面の各々が２個の半導体レーザアレイを配置することのできる大きさとされていること以外は、図１の半導体レーザ装置１０のヒートシンク２０と同様の構成を有するものである。
　図５および図６において、Ｌａ～Ｌｆは、各々、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆからのレーザ光の光路を示す。また、図６においては、半導体レーザアレイ１１ｃからのレーザ光の光路のみを示す。
　このヒートシンク５０は、外観形状が略四角錐台状であって、４つの側面のうちの１つの側面５２が、上面５１ａから下面５１ｂに向かうに従って、対向する側面５７から離間する方向に、階段状に傾斜しており、他の４つの側面が上面５１ａおよび下面５１ｂに垂直なものである。そして、上面５１ａおよび側面５２により、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆを配置するための階段状設置面５６が構成されている。
　この図の例において、側面５２は、３つのステップ面５２ａ～５２ｃを有する３段の階段形状を有しており、これらの３つのステップ面５２ａ～５２ｃは、各々、矩形状であって上面５１ａおよび下面５１ｂに平行である。
　階段状設置面５６において、上面５１ａおよびステップ面５２ａ，５２ｂは、２個の半導体レーザアレイを配置することのできる大きさである。また、上面５１ａおよびステップ面５２ａ，５２ｂは、排熱性の観点からは、２個の半導体レーザアレイの下面（図６における下面）の全域を接触させることができると共に、当該２個の半導体レーザアレイを十分に離間した状態とすることのできるような大きさであることが好ましい。ここに、２個の半導体レーザアレイの間の離間距離は、例えば２ｍｍである。
　ヒートシンク５０においては、上面５１ａおよびステップ面５２ａ，５２ｂの各々が素子設置面とされている。これらの複数の素子設置面には、各々、２個の半導体レーザアレイが配置されている。そして、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｃは、ヒートシンク５０の一方側（図６における下方側）において、速軸方向に階段状に並ぶように積層配置されている。また、半導体レーザアレイ１１ｄ～１１ｆは、ヒートシンク５０の他方側（図６における上方側）において、速軸方向に階段状に並ぶように積層配置されている。
　また、各素子設置面において、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆは、光出射面（一面１２）が、上面５１ａにおける側面５２との境界に係る外縁５３、またはステップ面における一段下のステップ面との境界に係る外縁５４ａ，５４ｂに沿って伸びるように位置されている。
　この図の例において、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆは、各々、光出射面（一面１２）が、上面５１ａの外縁５３またはステップ面５２ａ，５２ｂの外縁５４ａ，５４ｂ上に位置するように配置されている。また、各半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆに対応するコリメート部材は、対応する半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆが配置されている上面５１ａまたはステップ面よりも１段下のステップ面の上方に配置されている。
　光屈曲機構は、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｃからのレーザ光がコリメート部材を介して入射されると共に、当該光屈曲機構から出射されたレーザ光が集光レンズ１９に入射され、かつ半導体レーザアレイ１１ｄ～１１ｆからのレーザ光が入射されることのないように位置されている。
　この光屈曲機構において、第１の折り返しミラー４２と第２の折り返しミラー４３とは、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｃからのレーザ光が、第１の折り返しミラー４２および第２の折り返しミラー４３をこの順に経ることによって集光レンズ１９に入射されるように配置されている。すなわち、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｃからのレーザ光は、先ず、第１の折り返しミラー４２に入射して屈曲されて出射された後、第２の折り返しミラー４３に入射し、この第２の折り返しミラー４３によって屈曲されて出射されて集光レンズ１９に入射することとなる。
　このように、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｃおよび半導体レーザアレイ１１ｄ～１１ｆを、それぞれ階段状に積層配置すると共に、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｃからのレーザ光の光路を光屈曲機構によって屈曲したものとすることにより、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆからのレーザ光の集光レンズ入射光路長、および入射面１９ａにおける入射位置が制御されている。
　具体的には、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｃを階段状設置面５６における素子設置面の各々に配置すると共に、当該半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｃのレーザ光の光路の各々を光屈曲機構によって屈曲することにより、半導体レーザアレイ１１ａからのレーザ光、半導体レーザアレイ１１ｂからのレーザ光および半導体レーザアレイ１１ｃからのレーザ光は、この順に集光レンズ入射光路長が長くなっている。また、半導体レーザアレイ１１ｄ～１１ｆを階段状設置面５６における素子設置面の各々に配置することにより、半導体レーザアレイ１１ｄからのレーザ光、半導体レーザアレイ１１ｅからのレーザ光および半導体レーザアレイ１１ｆからのレーザ光は、この順に集光レンズ入射光路長が長くなっている。而して、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆからのレーザ光は、集光レンズ入射光路長が相対的に異なる状態とされており、半導体レーザアレイ１１ａからのレーザ光が最も長い集光レンズ入射光路長を有している。
　そして、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｃからのレーザ光は、光入射面１９ａに形成される光入射列おいて、半導体レーザアレイ１１ａからのレーザ光、半導体レーザアレイ１１ｂからのレーザ光および半導体レーザアレイ１１ｃからのレーザ光の順により中心側に入射している。すなわち、最も長い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイ１１ａからのレーザ光は、光入射面１９ａの中心部に最も接近した位置（中心近傍位置）に入射し、一方、最も短い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイ１１ｃからのレーザ光は、光入射面１９ａの中心部から最も離間した位置（周縁側位置）に入射している。また、半導体レーザアレイ１１ｄ～１１ｆからのレーザ光は、光入射面１９ａに形成される光入射列において、半導体レーザアレイ１１ｄからのレーザ光、半導体レーザアレイ１１ｅからのレーザ光および半導体レーザアレイ１１ｆからのレーザ光の順により中心側に入射している。すなわち、最も長い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイ１１ｄからのレーザ光は、光入射面１９ａの中心部に最も接近した位置（中心近傍位置）に入射し、一方、最も短い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイ１１ｆからのレーザ光は、光入射面１９ａの中心部から最も離間した位置（周縁側位置）に入射している。而して、最も長い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイ１１ａからのレーザ光は、半導体レーザアレイ１１ｂ，１１ｃ，１１ｅ，１１ｆからのレーザ光に比して、集光レンズ１９における光入射列の中心側に入射している。
　この図の例において、同一の素子設置面に配置されたレーザアレイからのレーザ光は、光入射面１９ａにおける入射位置が、当該光入射面１９ａの中心部に関して対称となっている。そして、光入射面１９ａに形成される光入射列は、その中心部が光入射面１９ａの中心部上に位置しており、当該光入射列の中心部、すなわち光入射面１９ａの中心部に関して、光入射列並列方向に垂直な方向に対称な形状である。
　以上の半導体レーザ装置４０においては、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆからのレーザ光は、コリメート部材（遅軸用コリメートレンズ１７ａおよび速軸用コリメートレンズ１７ｂ）によってコリメートされる。その後、このコリメート部材によってコリメートされた半導体レーザアレイ１１ｄ～１１ｆからのレーザ光は、集光レンズ１９に向かう。一方、コリメート部材によってコリメートされた半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｃからのレーザ光は、光屈曲機構によって集光レンズ１９に向かうように屈曲される。そして、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆからのレーザ光（コリメート光）が集光レンズ１９によって集光されて、光ファイバ１４における光入射面（一端面１４ａ）に入射する。このようにして、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆからのレーザ光が、光ファイバ１４の光入射面における有効取り込み領域に入射し、この光ファイバ１４によって導光されて光出射面（他端面１４ｂ）から外部に出射され、例えばプロジェクター装置の光源光として利用される。
　而して、この半導体レーザ装置４０においては、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｃおよび半導体レーザアレイ１１ｄ～１１ｆが、ヒートシンク５０の表面（階段状設置面５６）において、それぞれ速軸方向に階段状に積層配置されている。そのため、互いに隣接する半導体レーザアレイが大きく離間した状態とされていることから、高い排熱性が得られる。その結果、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆの各々に高い信頼性および高い出力が得られる。
　また、集光レンズ１９の円形状の光入射面１９ａにおいては、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｃからのレーザ光は、集光レンズ入射光路長が長いものほど光入射面１９ａの中心部に接近した位置に入射している。一方、半導体レーザアレイ１１ｄ～１１ｆからのレーザ光は、集光レンズ入射光路長が長いものほど光入射面１９ａの中心部に接近した位置に入射している。このように、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｃからのレーザ光、および半導体レーザアレイ１１ｄ～１１ｆにおいて、各々、より遅軸方向光線幅の大きいレーザ光が、光入射面１９ａの中心部に接近し、より遅軸方向光線幅の小さいレーザ光が光入射面１９ａの周縁部に接近するように並列に並んで投影されて光入射列を形成している。そして、光入射列は、その全体形状が、光入射面１９ａより小径の円形状に近似したものとなる。そのため、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆからのレーザ光をコリメート部材を介して円形状の光入射面１９ａに高い効率で入射させることができる。また、集光レンズ１９から出射されたレーザ光を高い効率で光ファイバ１４における円形状の有効取り込み領域に高い効率で入射させることができる。その結果、集光レンズ１９および光ファイバ１４の各々において蹴られ現象の発生が抑制され、よってファイバ結合効率が大きくなる。
　従って、半導体レーザ装置４０によれば、高い光の出力が得られる。
　また、半導体レーザ装置４０においては、光入射面１９ａに形成される光入射列が、当該光入射列の中心部に関して、光入射並列方向に略対称であって光入射列並列方向に垂直な方向に対称な形状であることから、光入射列の全体がより円形状に近似した形状となる。そのため、集光レンズ１９から出射されて光ファイバ１４における有効取り込み領域に入射するレーザ光が均一性を有するものとなる。その結果、光ファイバ１４の光出射面から出射されるレーザ光に高い均一性が得られる。
　また、半導体レーザ装置４０においては、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆに共通のヒートシンク５０が用いられていることから、これらの複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆを冷却するための冷却機構を簡易な構成のものとすることができる。従って、半導体レーザ装置４０を簡易な構成のものとすることができる。
（第３の実施形態）
　図７は、本発明の半導体レーザ装置の構成の更に他の例の概要を示す説明図である。
　この半導体レーザ装置６０は、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆからのレーザ光が光ファイバ１４を介して外部に出射される構成を有するものである。
　半導体レーザ装置６０において、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆは、光出射面（一面１２）が同一方向（図７における右方）を向くように配置されている。また、これらの複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆは、２つのヒートシンク５０，５０の表面上において、当該ヒートシンク５０，５０との間にサブマウント部材を介在した状態で配置されており、この２つのヒートシンク５０，５０は、階段状設置面５６，５６を構成する素子設置面が対向するように配置されている。
　また、半導体レーザ装置６０には、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆの各々に対応してコリメート部材（具体的には、遅軸用コリメートレンズアレイ１７ａおよび速軸用コリメートレンズアレイ１７ｂ）が設けられている。また、これらの複数のコリメート部材によってコリメートされたレーザ光を集光するための集光レンズ１９が、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆの光出射面（一面１２）に対向するように設けられている。
　また、この半導体レーザ装置６０において、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆ、コリメート部材（遅軸用コリメートレンズアレイ１７ａおよび速軸用コリメートレンズアレイ１７ｂ）、光ファイバ１４および集光レンズ１９は、図１の半導体レーザ装置１０における各構成部材と同様の構成を有するものである。
　２つのヒートシンク５０，５０は、各々、階段状設置面５６における素子設置面の各々が１個の半導体レーザアレイを配置することのできる大きさとされていること以外は、図５および図６の半導体レーザ装置４０のヒートシンク５０と同様の構成を有するものである。
　この半導体レーザ装置６０において、２つのヒートシンク５０，５０は、同一構造を有しており、階段状設置面５６，５６が互いに対向すると共に、この階段状設置面５６，５６を構成する各素子設置面が対向するよう、集光レンズ１９の光軸に関して鏡面対称に配置されている。
　２つのヒートシンク５０，５０においては、各々、階段状設置面５６を構成する素子設置面の各々に、１個の半導体レーザアレイが配置されている。そして、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｃは、一方（図７において下方）のヒートシンク５０において、速軸方向に階段状に並ぶように積層配置されている。また、半導体レーザアレイ１１ｄ～１１ｆは、他方（図７における上方）のヒートシンク５０において、速軸方向に階段状に並ぶように積層配置されている。このようにして、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆは、集光レンズ１９の光軸に関して鏡面対称となるように速軸方向にＶ字状に積層配置されている。
　また、各素子設置面において、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆは、光出射面（一面１２）が、上面５１ａにおける側面５２との境界に係る外縁５３、またはステップ面における一段下のステップ面との境界に係る外縁５４ａ，５４ｂに沿って伸びるように位置されている。
　この図の例において、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆは、各々、光出射面（一面１２）が、上面５１ａの外縁５３上、またはステップ面５２ａ，５２ｂの外縁５４ａ，５４ｂ上に位置するように配置されている。また、各半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆに対応するコリメート部材は、対応する半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆが配置されている上面５１ａまたはステップ面よりも１段下のステップ面の上方に配置されている。
　２つのヒートシンク５０，５０においては、各々、上面５１ａおよびステップ面５２ａ，５２ｂは、図１の半導体レーザ装置１０における素子設置面と同様に、排熱性の観点から、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆの下面（図７における下面）の全域を接触させることのできるような大きさであることが好ましい。
　このように、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆを集光レンズ１９の光軸に関して鏡面対称となるように速軸方向にＶ字状に積層配置することにより、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆからのレーザ光の集光レンズ入射光路長、および光入射面１９ａにおける光入射位置が制御されている。
　具体的には、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｃが一方のヒートシンク５０の階段状設置面５６における素子設置面の各々に配置されることにより、半導体レーザアレイ１１ａからのレーザ光、半導体レーザアレイ１１ｂからのレーザ光および半導体レーザアレイ１１ｃからのレーザ光は、この順に集光レンズ入射光路長が長くなっている。また、半導体レーザアレイ１１ｄ～１１ｆが他方のヒートシンク５０の階段状設置面５６における素子設置面の各々に配置されることにより、半導体レーザアレイ１１ｄからのレーザ光、半導体レーザアレイ１１ｅからのレーザ光および半導体レーザアレイ１１ｆからのレーザ光は、この順に集光レンズ入射光路長が長くなっている。而して、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｃからのレーザ光、および半導体レーザアレイ１１ｄ～１１ｆからのレーザ光は、各々、集光レンズ入射光路長が相対的に異なる状態とされている。
　そして、半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｃからのレーザ光は、光入射面１９ａにおいて、半導体レーザアレイ１１ａからのレーザ光、半導体レーザアレイ１１ｂからのレーザ光および半導体レーザアレイ１１ｃからのレーザ光の順により中心側に入射している。すなわち、集光レンズ入射光路長の最も長い半導体レーザアレイ１１ａからのレーザ光は、光入射面１９ａの中心部に最も近傍した位置（中心近傍位置）に入射し、一方、集光レンズ入射光路長の最も短い半導体レーザアレイ１１ｃからのレーザ光は、光入射面１９ａの中心部から最も離間した位置（周縁側位置）に入射している。また、半導体レーザアレイ１１ｄ～１１ｆからのレーザ光は、光入射面１９ａにおいて、半導体レーザアレイ１１ｄからのレーザ光、半導体レーザアレイ１１ｅからのレーザ光および半導体レーザアレイ１１ｆからのレーザ光の順により中心側に入射している。すなわち、集光レンズ入射光路長の最も長い半導体レーザアレイ１１ｄからのレーザ光は、光入射面１９ａの中心部に最も近傍した位置（中心近傍位置）に入射し、一方、集光レンズ入射光路長の最も短い半導体レーザアレイ１１ｆからのレーザ光は、光入射面１９ａの中心部から最も離間した位置（周縁側位置）に入射している。
　この図の例において、対向配置された半導体レーザアレイからのレーザ光は、集光レンズ入射光路長が同一である。すなわち、半導体レーザアレイ１１ａに係る集光レンズ入射光路長と半導体レーザアレイ１１ｄに係る集光レンズ入射光路長とは同一であり、半導体レーザアレイ１１ｂに係る集光レンズ入射光路長と半導体レーザアレイ１１ｅに係る集光レンズ入射光路長とは同一である。また、半導体レーザアレイ１１ｃに係る集光レンズ入射光路長と半導体レーザアレイ１１ｆに係る集光レンズ入射光路長とは同一である。
　また、対向配置された半導体レーザアレイからのレーザ光は、光入射面１９ａにおける入射位置が、当該光入射面１９ａの中心部に関して対称となっている。そして、光入射面１９ａに形成される光入射列は、その中心部が光入射面１９ａの中心部上に位置しており、当該光入射列の中心部、すなわち光入射面１９ａの中心部に関して、光入射列並列方向および当該光入射列並列方向に垂直な方向に対称な形状である。
　以上の半導体レーザ装置６０においては、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆからのレーザ光は、コリメート部材（遅軸用コリメートレンズ１７ａおよび速軸用コリメートレンズ１７ｂ）によってコリメートされる。その後、このコリメート部材によってコリメートされたレーザ光は、集光レンズ１９によって集光されて、光ファイバ１４における光入射面（一端面１４ａ）に入射する。このようにして、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆからのレーザ光が、光ファイバ１４の光入射面における有効取り込み領域に入射し、この光ファイバ１４によって導光されて光出射面（他端面１４ｂ）から外部に出射され、例えばプロジェクター装置の光源光として利用される。
　而して、この半導体レーザ装置６０においては、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆが、２つのヒートシンク５０，５０の表面（階段状設置面５６，５６）において、速軸方向にＶ字状に積層配置されており、よって互いに隣接する半導体レーザアレイが大きく離間した状態とされているため、高い排熱性が得られる。その結果、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆの各々に高い信頼性および高い出力が得られる。
　また、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆからのレーザ光は、集光レンズ１９の円形状の光入射面１９ａにおいて、集光レンズ入射光路長が長いものほど光入射面１９ａの中心部に接近した位置に入射して光入射列を形成する。すなわち、より遅軸方向光線幅の大きいレーザ光が、光入射面１９ａの中心部に接近し、より遅軸方向光線幅の小さいレーザ光が光入射面１９ａの周縁部に接近するように並列に並んで投影されて光入射列を形成している。そして、光入射列は、その全体形状が、光入射面１９ａより小径の円形状に近似したものとなる。そのため、複数の半導体レーザアレイ１１ａ～１１ｆからのレーザ光をコリメート部材を介して円形状の光入射面１９ａに高い効率で入射させることができる。また、集光レンズ１９から出射されたレーザ光を高い効率で光ファイバ１４における円形状の有効取り込み領域に高い効率で入射させることができる。その結果、集光レンズ１９および光ファイバ１４の各々において蹴られ現象の発生が抑制され、よってファイバ結合効率が大きくなる。
　従って、半導体レーザ装置６０によれば、高い光の出力が得られる。
　また、半導体レーザ装置６０においては、光入射面１９ａに形成される光入射列が、当該光入射列の中心部に関して光入射領域が並ぶ方向および当該光入射領域が並ぶ方向に垂直な方向に対称な形状であることから、光入射列の全体がより円形状に近似した形状となる。そのため、集光レンズ１９から出射されて光ファイバ１４における有効取り込み領域に入射するレーザ光が均一性を有するものとなる。その結果、光ファイバ１４の光出射面から出射されるレーザ光に高い均一性が得られる。
　本発明の半導体レーザ装置は、上記の実施の形態に限定されず、複数の半導体レーザアレイは、そのうちの少なくとも１個の半導体レーザアレイからのレーザ光の集光レンズ入射光路長が相対的に異なっており、最も長い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイからのレーザ光が、集光レンズの光入射面において形成される光入射列の最外側以外の位置に入射される構成のものであればよい。
　例えば、第１の実施形態および第３の実施形態においては、最も長い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイからのレーザ光が、集光レンズにおける光入射列の最外側以外の位置に入射されていればよい。よって、その他の半導体レーザアレイからのレーザ光が当該光入射列のいずれの位置に入射されていてもよい。
　また、第２の実施形態においては、最も長い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイからのレーザ光が、他の半導体レーザアレイのうちの少なくとも１個の半導体レーザアレイからのレーザ光に比して、集光レンズにおける光入射列の中央側の位置に入射されていればよい。よって、最も長い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイからのレーザ光に比して、集光レンズにおける光入射列の中央側の位置に入射されるレーザ光があってもよい。
　更に、半導体レーザ装置は、第１の実施形態、第２の実施形態および第３の実施形態に限定されず、集光レンズの光入射面に形成される光入射列、あるいは複数の半導体レーザアレイからのレーザ光の集光レンズ入射光路長が、従来公知の種々光学部材によって制御されてなる構成を有するものであってもよい。
　以下、本発明の作用効果を確認するために行った実験例について説明する。
〔実験例１〕
　先ず、図１の構成に基づいて、ヒートシンクの表面に対向するように形成された２つの階段状設置面における素子設置面の各々に、同一の規格を有する８個の半導体レーザアレイが配置されてなる構成の半導体レーザ装置（以下、「半導体レーザ装置（１）」ともいう。）を作製した。
　半導体レーザ装置（１）において、２つの階段状設置面の各々には４個の半導体レーザアレイを等間隔で配置した。これらの４個の半導体レーザアレイの配置間隔は、半導体レーザアレイの光軸方向の間隔が１５ｍｍであって、当該光軸に垂直な方向の間隔が１ｍｍである。また、最も短い集光レンズ入射光路長は１５０ｍｍである。
　８個の半導体レーザアレイは、半導体レーザアレイ長さ（複数の発光部が並ぶ方向の長さ）が４ｍｍのものである。集光レンズは、焦点距離が２０ｍｍのものである。光ファイバは、コア径が０．８ｍｍであって開口数（ＮＡ）が０．２２のものである。
　また、この半導体レーザ装置（１）において、コリメート部材から出射されるレーザ光は、波長６４０ｎｍであり、またその光線サイズは、速軸方向の長さ（速軸方向の光線幅）が０．８ｍｍであって遅軸方向の長さ（遅軸方向の光線幅）が４ｍｍであり、速軸方向の発散角半値幅が２ｍｒａｄであって遅軸方向の発散角半値幅が５０ｍｒａｄである。
　この半導体レーザ装置（１）について、ファイバ結合効率を確認したところ、９８％であった。
　次いで、図９の構成に基づいて、同一の規格を有する８個の半導体レーザアレイが、ヒートシンクの表面に形成された階段状設置面における素子設置面の各々に配置されてなる構成の半導体レーザ装置（以下、「比較用半導体レーザ装置（１）」ともいう。）を作製した。
　比較用半導体レーザ装置（１）は、ヒートシンクが１つの階段状設置面を有するものであり、この１つの階段状設置面における素子設置面の各々に８個の半導体レーザアレイが積層配置されていること以外は、半導体レーザ装置（１）と同様の構成を有するものである。
　この比較用半導体レーザ装置（１）について、ファイバ結合効率を確認したところ、９２％であった。
１０　　半導体レーザ装置
１１，１１ａ～１１ｆ　　半導体レーザアレイ
１２　　一面
１３　　発光部
１３ａ　　中心部
１３ｂ　　端部
１４　　光ファイバ
１４ａ　　一端面
１４ｂ　　他端面
１５　　光ファイバ保持部材
１６　　コリメートレンズアレイ
１６ａ　　レンズセル
１７ａ　　遅軸用コリメートレンズアレイ
１７ｂ　　速軸用コリメートレンズアレイ
１８　　折り返しミラー
１９　　集光レンズ
１９ａ　　光入射面
２０　　ヒートシンク
２１　　溝
２１ａ，２１ｂ　　周縁面
２２ａ，２２ｂ　　外縁
２３　　側面
２３ａ，２３ｂ　　ステップ面
２４　　側面
２４ａ，２４ｂ　　ステップ面
２５ａ～２５ｄ　　外縁
２６　　底面
２７　　第１階段状設置面
２８　　第２階段状設置面
３１　　光入射列
３１ａ～３１ｆ　　光入射領域
４０　　半導体レーザ装置
４２　　第１の折り返しミラー
４３　　第２の折り返しミラー
５０　　ヒートシンク
５１ａ　　上面
５１ｂ　　下面
５２　　側面
５２ａ～５２ｃ　　ステップ面
５３，５４ａ，５４ｂ　　外縁
５６　　階段状設置面
５７　　側面
６０　　半導体レーザ装置
８０　　ヒートシンク
                                                                                

Claims (6)

  1. 　直線状に並ぶ複数の発光部を有する半導体レーザアレイを複数備え、当該複数の半導体レーザアレイからの光がコリメート部材を介して入射される集光レンズと、当該集光レンズからの光が略円形状の端面よりなる光入射面から入射される光ファイバとが設けられてなる半導体レーザ装置において、
    　前記集光レンズには、当該集光レンズの光入射面に、前記複数の半導体レーザアレイからの光の各々が並列に並んで投影されて光入射列が形成され、
    　前記複数の半導体レーザアレイのうちの少なくとも１個の半導体レーザアレイは、当該半導体レーザアレイからの光が前記集光レンズに至るまでの光路の長さである集光レンズ入射光路長が相対的に異なり、最も長い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイからの光が、前記集光レンズの光入射面における光入射列の最外側以外の位置に入射されることを特徴とする半導体レーザ装置。
  2. 　前記集光レンズ入射光路長が互いに異なる半導体レーザアレイのうちの、長い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイからの光が、短い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイからの光に比して、前記集光レンズの光入射面における光入射列の中央側に入射され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。
  3. 　前記半導体レーザアレイを３個以上備えており、これらの３個以上の半導体レーザアレイからの光の集光レンズ入射光路長が異なり、最も長い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイからの光が、他の半導体レーザアレイのうちの少なくとも１個の半導体レーザアレイからの光に比して、前記集光レンズの光入射面における光入射列の中央側に入射され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。
  4. 　前記複数の半導体レーザアレイが、複数の素子設置面を階段状に有する階段状設置面における当該複数の素子設置面の各々に設置されることにより、前記集光レンズ入射光路長が互いに異なる状態とされていることを特徴とする請求項１～請求項３のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
  5. 　前記階段状設置面は、ヒートシンクの表面により形成されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザ装置。
  6. 　対向配置された２つの階段状設置面における複数の素子設置面の各々に前記半導体レーザアレイが設置され、この２つの階段状設置面の間に折り返しミラーが配置されており、当該折り返しミラーによって折り返された複数の半導体レーザアレイからの光が前記集光レンズに入射されることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の半導体レーザ装置。
                                                                                    
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