WO2020017214A1 - 発光装置、光学装置及び波長合成方法 - Google Patents

発光装置、光学装置及び波長合成方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2020017214A1
WO2020017214A1 PCT/JP2019/023898 JP2019023898W WO2020017214A1 WO 2020017214 A1 WO2020017214 A1 WO 2020017214A1 JP 2019023898 W JP2019023898 W JP 2019023898W WO 2020017214 A1 WO2020017214 A1 WO 2020017214A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light emitting
lights
light
wavelength
array
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/023898
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
瀧川　信一
Original Assignee
パナソニック株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パナソニック株式会社 filed Critical パナソニック株式会社
Priority to JP2020531188A priority Critical patent/JPWO2020017214A1/ja
Publication of WO2020017214A1 publication Critical patent/WO2020017214A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0239—Combinations of electrical or optical elements

Definitions

  • the present disclosure relates to a light emitting device, an optical device, and a wavelength synthesizing method.
  • semiconductor lasers have been used in projectors, processing apparatuses, and the like, and higher output has been increasingly desired.
  • the power that can be supplied is increased by increasing the width of an emitter that is a light emitting point.
  • the luminous efficiency of the semiconductor laser is about 30% or more and about 50% or less, power that does not contribute to light emission becomes heat and raises the temperature of the emitter. This increase in temperature causes output thermal saturation of the semiconductor laser.
  • a semiconductor laser having an array structure in which a plurality of emitters are arranged on one chip (in other words, on one substrate) is used. For example, if the number of emitters is N with respect to the total output P, the output of each emitter becomes P / N, and the output of each emitter is reduced as compared with the case where the output P is realized by one emitter. Further, since the adjacent emitters are separated from each other, heat generation positions are dispersed, and the amount of heat at each emitter is reduced. For these reasons, the temperature rise of each emitter is suppressed, and a high-output semiconductor laser can be realized.
  • FIG. 21 is a cross-sectional view showing a semiconductor laser having an array structure according to the related art.
  • the semiconductor laser described in Patent Document 1 includes a substrate 1010 and a semiconductor layer 1011 disposed on the substrate 1010.
  • the semiconductor laser described in Patent Document 1 further includes an n-side electrode 1028 and a p-side electrode 1027, and a current flows through the semiconductor layer 1011 through these electrodes.
  • electrons and holes supplied from the n-type cladding layer 1013 and the p-type cladding layer are recombined in the active layer 1015, and laser light is generated by light amplification by stimulated emission and reflection (resonance) by the laser end face.
  • the supply of these electrons and holes is performed immediately below the ridge portion 1023.
  • the presence of the ridge portion 1023 allows electrons, holes, and light to be confined immediately below the ridge portion 1023, so that the threshold of laser oscillation can be reduced and the transverse mode of the laser beam can be controlled.
  • the ridge portion 1023 and a region immediately below the ridge portion 1023 are collectively referred to as an emitter.
  • the semiconductor laser described in Patent Document 1 includes a plurality of ridge portions 1023, and a dummy ridge portion 1025 is provided between the ridge portions 1023. Since the insulating film 1026 is present in the dummy ridge portion 1025, no current is injected from the p-side electrode 1027. Therefore, there is no laser emission immediately below the dummy ridge portion 1025.
  • the purpose of the dummy ridge portion 1025 will be described below.
  • a semiconductor laser having this type of array structure is mounted on a submount on the ridge portion 1023 side.
  • the ridge portion serving as a light emission area is mounted with a large interval, residual distortion occurs between the submount and the submount. Occurs. Due to this residual strain, a large stress is locally generated in the semiconductor laser, the crystal is deteriorated, the NFP (Near Field Pattern) becomes non-uniform, and the laser itself may be broken.
  • NFP Near Field Pattern
  • a dummy ridge portion 1025 having no current injection function exists at an adjacent position such as between two ridge portions 1023 having a current injection function into the active layer 1015.
  • the interval between the ridge portions including the plurality of ridge portions 1023 and the dummy ridge portion 1025 is reduced, and the ratio of the contact area between the submount and the semiconductor laser is increased. Therefore, stress due to residual strain generated after mounting on the submount is dispersed not only in the ridge portion 1023 but also in the dummy ridge portion 1025, and the stress applied to the ridge portion 1023 is reduced.
  • an emitter interval the interval between adjacent emitters (hereinafter, referred to as an emitter interval) is necessary in terms of suppressing the amount of heat in the emitter, forming a dummy ridge, and the like.
  • the existence of the emitter interval causes problems in the following points.
  • the plurality of laser beams emitted from the plurality of emitters are combined into, for example, one laser beam, and are used for irradiating a phosphor in a projector or condensing in a laser beam machine.
  • a method of combining a large number of beams there are a spatial combining method and a wavelength combining method.
  • the spatial synthesis method is a method of collecting a plurality of laser beams in one place using a lens or the like.
  • the wavelength synthesizing method is a method of converting a plurality of laser beams having different wavelengths into one beam using a diffractive optical element such as a diffraction grating.
  • Beam quality is important in laser beam synthesis. This is because if the beam quality is poor, problems such as an increase in the size of the optical system and a decrease in the light collection efficiency occur.
  • FF filling factor
  • the emission region width is the sum of the total emitter width and the total emitter spacing, so that the wider the emitter spacing, the lower the FF and the worse the beam quality.
  • a plurality of laser beams having different wavelengths are incident on the diffractive optical element at different incident angles from each other to combine them into one laser beam, thereby suppressing deterioration in beam quality.
  • the emitter interval is large, adjacent laser beams are separated from each other, so that the difference in angle toward the diffractive optical element also increases. As a result, the difference in the incident angle between the plurality of laser beams increases, so that the difference in the wavelength between the plurality of laser beams needs to be increased.
  • a semiconductor laser has a gain wavelength width, the oscillation wavelength can be tuned in a certain wavelength band. However, if the emitter interval becomes large, the wavelength required for the laser beam deviates from its gain wavelength width, and it may be difficult to oscillate the laser with the semiconductor laser.
  • the present disclosure proposes a light emitting device or the like that can reduce the effective emitter interval of the light emitting array.
  • one embodiment of a light emitting device includes a first light emitting array having a plurality of first light emitting points arranged in a row, and one or more second light emitting points arranged in a row.
  • a second light-emitting array having: a traveling direction of a plurality of first lights respectively emitted from the plurality of first light-emitting points; and a direction of one or more second lights respectively emitted from the one or more second light-emitting points.
  • the traveling directions of the plurality of first lights and the one or more second lights are changed, and on the converted straight line, each of the plurality of first incident positions where the plurality of first lights is incident respectively. , One or more of the one or more second lights respectively entering And each of the second incident position of are alternately arranged.
  • the direction change element includes a plurality of first surfaces, each of which receives the plurality of first lights, and a plurality of first surfaces facing the first light-emitting array, and the one or more second lights.
  • Each of the plurality of first surfaces and each of the one or more second surfaces alternately lie on the conversion line. May be arranged.
  • At least two of the first light emitting array, the second light emitting array, and the direction change element may be arranged on the same substrate.
  • At least one of the plurality of first surfaces and the one or more second surfaces may change a light condensing state.
  • an emission wavelength of the first light emitting array may be different from an emission wavelength of the second light emitting array.
  • an optical device configured to spatially combine the light emitting device, the plurality of first lights, and the one or more second lights emitted from the light emitting device.
  • An optical system configured to spatially combine the light emitting device, the plurality of first lights, and the one or more second lights emitted from the light emitting device.
  • an optical device that performs wavelength synthesis on the light emitting device and the plurality of first lights and the one or more second lights emitted from the light emitting device.
  • An optical system An optical system.
  • the plurality of first lights include a laser beam in a first wavelength band
  • the one or more second lights include a laser beam in a second wavelength band
  • the first light emitting array may be a semiconductor laser having an array structure including the plurality of first light emitting points.
  • the first wavelength band may include 830 nm
  • the second wavelength band may include 415 nm
  • a wavelength combining method that combines a plurality of first lights and one or more second lights emitted from a light emitting device.
  • the light emitting device includes a first light emitting array having a plurality of first light emitting points arranged in a line, a second light emitting array having one or more second light emitting points arranged in a line, and the plurality of first light emitting arrays.
  • Direction conversion for converting the traveling directions of the plurality of first lights respectively emitted from the light emitting points and the traveling directions of the one or more second lights respectively emitted from the one or more second light emitting points into the same direction.
  • the direction change element is arranged between the first light emitting array and the second light emitting array, and the plurality of first lights and the plurality of first lights are arranged on a virtual conversion line on the direction change element. Changing the traveling direction of the one or more second lights, and On the line, each of the plurality of first incident positions where the plurality of first lights is incident, and each of the one or more second incident positions where the one or more second lights are respectively incident are alternately arranged.
  • FIG. 1A is a bird's-eye view showing a schematic configuration of the light emitting device according to Embodiment 1.
  • FIG. 1B is a top view illustrating a schematic configuration of the light emitting device according to Embodiment 1.
  • FIG. 2 is an external view showing a mounting mode of the first light emitting array according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a mounting mode of the first light emitting array according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a state during the mounting process of the first light emitting array according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a top view showing a mounting mode of the light emitting device according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a top view showing the configuration of the light emitting device according to the second embodiment.
  • FIG. 1A is a bird's-eye view showing a schematic configuration of the light emitting device according to Embodiment 1.
  • FIG. 1B is a top view illustrating a schematic configuration of the
  • FIG. 7 is an external view showing the configuration of the light emitting device according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a top view showing the configuration of the light emitting device according to the third embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a laser beam diameter in the light emitting device of Comparative Example 1.
  • FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a laser beam diameter in the light emitting device of Comparative Example 2.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a laser beam diameter in the light emitting device according to the third embodiment.
  • FIG. 12 is a bird's-eye view showing a schematic configuration of the light emitting device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 13 is a bird's-eye view showing a schematic configuration of the optical device according to the fifth embodiment.
  • FIG. 14 is a bird's-eye view showing a schematic configuration of the optical device according to the sixth embodiment.
  • FIG. 15A is a bird's-eye view showing a schematic configuration of an optical device according to Embodiment 7.
  • FIG. 15B is a top view illustrating a schematic configuration of the light emitting device according to Embodiment 7.
  • FIG. 16 is a top view showing a configuration of the light emitting device according to the seventh embodiment.
  • FIG. 17 is an external view illustrating a configuration of a light emitting device according to Embodiment 7.
  • FIG. 18 is a top view showing a configuration of the light emitting device according to the eighth embodiment.
  • FIG. 19 is a top view illustrating a schematic configuration of the light emitting device according to the ninth embodiment.
  • FIG. 15A is a bird's-eye view showing a schematic configuration of an optical device according to Embodiment 7.
  • FIG. 15B is a top view illustrating a schematic configuration of the light emitting device according to Embod
  • FIG. 20 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of the optical device according to the tenth embodiment.
  • FIG. 21 is a cross-sectional view showing a semiconductor laser having an array structure according to the related art.
  • FIG. 22 is a schematic diagram illustrating a wavelength synthesis method according to the related art.
  • each drawing is a schematic diagram, and is not necessarily strictly illustrated. Therefore, the scale and the like do not always match in each drawing.
  • substantially the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted or simplified.
  • Embodiment 1 The light emitting device according to Embodiment 1 will be described.
  • FIGS. 1A and 1B are a bird's-eye view and a top view, respectively, showing a schematic configuration of a light emitting device 300 according to the present embodiment.
  • the light emitting device 300 is a device that includes a light emitting array having an array structure and emits a plurality of laser beams. As shown in FIGS. 1A and 1B, the light emitting device 300 includes a first light emitting array 310, a second light emitting array 320, and a direction change element 330.
  • the first light emitting array 310 has a plurality of first light emitting points 311 to 318 arranged in a line.
  • the first light emitting array 310 is a semiconductor laser device having an array structure, and each of the eight first light emitting points 311 is an emitter having a waveguide structure including a ridge portion. 318.
  • the number of the first light emitting points is not particularly limited as long as it is plural.
  • the first light emitting points 311 to 318 emit first light 311b to 318b, respectively.
  • Each of the first lights 311b to 318b is a laser beam.
  • the second light emitting array 320 has one or more second light emitting points 321 to 328 arranged in a line.
  • the second light emitting array 320 is a semiconductor laser device having an array structure
  • each of the eight second light emitting points 321 is an emitter having a waveguide structure including a ridge portion. ⁇ 328.
  • the number of the second light emitting points is not particularly limited as long as it is one or more.
  • the number of the second light emitting points may be the same as the number of the first light emitting points, or may be one less than the number of the first light emitting points.
  • the second light emitting points 321 to 328 emit second light 321b to 328b, respectively.
  • Each of the second lights 321b to 328b is a laser beam.
  • the traveling directions of the first lights 311b to 318b from the first light emitting array 310 to the direction changing element 330 are the same as those traveling from the second light emitting array 320 to the direction changing element 330.
  • the direction is opposite to the traveling direction of the two lights 321b to 328b.
  • the emitter spacing (that is, the light emitting point spacing) between the first light emitting array 310 and the second light emitting array 320 is about 400 ⁇ m.
  • the cavity length of each light emitting point is 1200 ⁇ m.
  • a dummy ridge having a width of 300 ⁇ m is formed between two adjacent light emitting points, but is omitted in each drawing.
  • the first light emitting array 310 and the second light emitting array 320 respectively, n-type GaAs substrate 351 and 361, n-type Al x Ga 1-x As cladding layer 352 and 362, Al y Ga 1 -Y As active layers 353 and 363 and p-type Al x Ga 1 -x As clad layers 354 and 364 are provided.
  • x and y represent the atomic composition in each layer, and a so-called double hetero structure is obtained by setting the Al composition to y ⁇ x.
  • the first light emitting array 310 and the second light emitting array 320 further include a guide layer, a contact layer, and the like (not shown).
  • the oscillation wavelength of the first light emitting array 310 and the second light emitting array 320 is about 830 nm.
  • the direction changing element 330 is configured to control the traveling directions of the plurality of first lights 311b to 318b respectively emitted from the plurality of first light emitting points 311 to 318 and the one or more emitted light from the one or more second light emitting points 321 to 328, respectively. This element converts the traveling direction of the second lights 321b to 328b into the same direction. As shown in FIG. 1B, the direction changing element 330 is disposed between the first light emitting array 310 and the second light emitting array 320, and a plurality of first direction changing elements 330 The traveling directions of one light 311b to 318b and one or more second lights 321b to 328b are changed.
  • each of the plurality of first incident positions 311i to 318i on which the plurality of first lights 311b to 318b are incident, and one or more second lights 321b to 328b, respectively, are incident on the conversion straight line 330L.
  • the one or more second incident positions 321i to 328i are alternately arranged.
  • one or more second incident positions are located between two adjacent first incident positions.
  • One of the one or more second incident positions 321i to 328i on which the lights 321b to 328b are respectively incident is arranged.
  • the direction conversion element 330 receives the plurality of first lights 311b to 318b, and receives the plurality of first surfaces 3311 to 3318 facing the first light emitting array 310 and one or more second lights 321b to 328b, respectively. , And one or more second surfaces 3321 to 3328 facing the second light emitting array 320.
  • the plurality of first surfaces 3311 to 3318 and the one or more second surfaces 3321 to 3328 change the traveling directions of the plurality of first lights 311b to 318b and the one or more second lights 321b to 328b, respectively. , 90 degrees.
  • each first surface and each second surface are inclined at 45 degrees with respect to each traveling direction of each first light and each second light.
  • the traveling direction of each of the first light and each of the second light traveling in the horizontal direction on the paper is converted to a direction perpendicular to the paper.
  • the traveling direction of the first lights 311b to 318b and the second The traveling directions of the lights 321b to 328b can be changed in the same direction.
  • the plurality of first surfaces 3311 to 3318 and the one or more second surfaces 3321 to 3328 are planes that reflect the plurality of first lights 311b to 318b and the one or more second lights 321b to 328b, respectively. It is a reflection surface of a shape.
  • the reflection surface is formed on one surface of a triangular prism-shaped reflector, for example, as shown in FIG. 1A.
  • each of the first surface and each of the second surfaces is formed by forming a triangular prism-shaped reflector by glass molding on a substrate 330s made of a glass substrate, and then performing aluminum deposition on the surface of the reflector. It is formed.
  • Each of the plurality of first surfaces 3311 to 3318 and each of the one or more second surfaces 3321 to 3328 are alternately arranged on the conversion straight line 330L.
  • each of the plurality of first surfaces 3311 to 3318 and each of the one or more second surfaces 3321 to 3328 are alternately arranged every 200 ⁇ m.
  • the direction changing element 330 has a base 330s.
  • a plurality of first surfaces 3311 to 3318 and one or more second surfaces 3321 to 3328 are arranged on the base 330s.
  • the number of first surfaces is plural, and may be equal to the number of first light emitting points.
  • the number of the second surfaces is one or more and may be equal to the number of the second light emitting points.
  • the light emitting device 300 may include a lens for condensing the first lights 311b to 318b and the second lights 321b to 328b, respectively.
  • the light emitting device 300 may include collimating lenses arranged between the first light emitting array 310 and the direction changing element 330 and between the second light emitting array 320 and the direction changing element 330, respectively. Thereby, it can suppress that each 1st light and each 2nd light diverge.
  • the emitter interval of each light emitting array is 400 ⁇ m
  • the interval between laser beams emitted from the light emitting device 300 is 200 ⁇ m. That is, a light source having an effective emitter interval of 200 ⁇ m can be realized.
  • the effective emitter spacing can be reduced.
  • the laser light output from each emitter is 4 W.
  • the effective emitter interval is 200 ⁇ m as described above, the beam quality in spatial synthesis and wavelength synthesis is equivalent to that of the conventional light emitting array with the emitter interval of 200 ⁇ m, and the laser light output is reduced by the light emitting array. It can double to 64W.
  • FIGS. 2 and 3 are an external view and a cross-sectional view, respectively, showing a mounting mode of the first light emitting array 310 according to the present embodiment.
  • FIG. 3 shows a cross section taken along the line III-III of FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing a state during the mounting process of the first light emitting array 310 according to the present embodiment. 2 to 4, the configuration of the first light emitting array 310 is shown.
  • the second light emitting array 320 has the same configuration as the first light emitting array 310.
  • FIG. 5 is a top view showing a mounting mode of the light emitting device 300 according to the present embodiment.
  • FIG. 5 is an external view showing a state in which the first light emitting array 310 and the second light emitting array 320 are exposed by removing a metal block disposed above the first light emitting array 310 and the second light emitting array 320. Have been.
  • the first light emitting array 310 is sandwiched between two metal blocks 111 and 112. With this configuration, heat caused by the reactive power of the first light emitting array 310 can be dissipated using the metal blocks 111 and 112. As shown in FIG. 2, these metal blocks 111 and 112 are fixed to each other using screws 113 and 114. In addition, as shown in FIGS. 3 and 4, the metal block 111 and the metal block 112 are insulated by the insulating layer 115. A submount 116 and a metal layer 117 are inserted between the first light emitting array 310 and the metal blocks 111 and 112, respectively.
  • the light emitting device 300 as shown in FIG. 5 can be realized by using the first light emitting array 310 and the second light emitting array 320 having such a mounting mode.
  • Embodiment 2 A light emitting device according to Embodiment 2 will be described.
  • the light emitting device according to the present embodiment is different from the light emitting device 300 according to the first embodiment in that the first light emitting array 310, the second light emitting array 320, and the direction change element 330 are integrated.
  • the light emitting device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7, focusing on differences from light emitting device 300 according to the first embodiment.
  • FIGS. 6 and 7 are a top view and an external view, respectively, showing the configuration of the light emitting device 400 according to the present embodiment.
  • FIG. 6 shows a top view of the light emitting device 400 with the metal block 404 removed.
  • the first light emitting array 310, the second light emitting array 320, and the direction changing element 330 are arranged on the same substrate 406. Then, the substrate 406 is mounted on the metal block 402 and covered with the metal block 404. Thereby, the light emitting device 400 according to the present embodiment forms one integrated module.
  • a window 405 is formed at a position of the metal block 404 facing the direction change element 330. Thus, the light emitted from the light emitting device 400 is emitted from the window 405.
  • the structure of the substrate 406 is a CuW substrate.
  • the structure of the substrate 406 is not limited to this, and may be a substrate formed of another material.
  • the substrate 406 may be formed integrally with the metal block 402. That is, the first light emitting array 310, the second light emitting array 320, and the direction change element 330 may be arranged on the metal block 402.
  • the first light emitting array 310, the second light emitting array 320, and the direction change element 330 are integrated. This reduces the number of locations where alignment within the light emitting device 400 and alignment between the light emitting device 400 and an external optical element are required, so that alignment accuracy can be improved and alignment can be facilitated.
  • the first light emitting array 310, the second light emitting array 320, and the direction change element 330 are arranged on the same substrate 406, but the first light emitting array 310, the second light emitting array Not all of the array 320 and the diverting elements 330 need be located on the same substrate 406.
  • the first light emitting array 310, the second light emitting array 320, and the direction change element 330 may be disposed on the same substrate 406. With such a configuration, the alignment accuracy of the light emitting device can be improved and the alignment can be facilitated.
  • Embodiment 3 A light emitting device according to Embodiment 3 will be described.
  • the light emitting device according to the present embodiment is different from the light emitting device 300 according to the first embodiment in the configuration of the direction change element.
  • the light emitting device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 8 to 11, focusing on differences from light emitting device 300 according to Embodiment 1, in comparison with a comparative example.
  • FIG. 8 is a top view showing the configuration of the light emitting device 500 according to the present embodiment.
  • FIG. 8 is an external view showing a state in which a metal block or the like disposed above the first light emitting array 310 and the second light emitting array 320 is removed and the first light emitting array 310 and the second light emitting array 320 are exposed.
  • FIG. 9 and FIG. 10 are schematic diagrams showing the divergence of the laser beam in the light emitting devices of Comparative Example 1 and Comparative Example 2, respectively.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing a state of divergence of a laser beam in light emitting device 500 according to the present embodiment.
  • the light emitting device 500 includes a first light emitting array 310, a second light emitting array 320, and a direction changing element 530, like the light emitting device 300 according to the first embodiment.
  • the direction change element 530 includes a plurality of first surfaces, each of which receives a plurality of first lights, and faces a first light emitting array 310, and one or more second lights.
  • the operation of the functional surface 536 will be described.
  • the light emitting device of Comparative Example 1 shown in FIG. 9 differs from the light emitting device 500 according to the present embodiment in the configuration of the direction changing element 330.
  • the direction changing element 330 of the light emitting device of Comparative Example 1 has the same configuration as the direction changing element 330 according to the first embodiment.
  • FIG. 9 also shows an optical element 506 including a diffraction grating into which light from the light emitting device of Comparative Example 1 is incident.
  • the first surface 3311 of the direction changing element 330 shown in FIG. 9 is a flat reflecting surface.
  • the first light 311b which is a laser beam from the first light emitting point 311
  • a collimating lens 507 is arranged between the first light emitting point 311 and the first surface 3311 to make the first light 311b parallel and used.
  • a method of suppressing a decrease in efficiency can be considered.
  • the illustration of such a collimating lens 507 is omitted. With the configuration as shown in FIG. 10, the utilization efficiency of the first light 311b is improved, but a loss such as a transmission loss in the collimating lens 507 occurs.
  • a functional surface 536 for controlling the optical path of the first light 311b is formed on the first surface 5311 of the direction changing element 530.
  • the functional surface 536 changes the state of focusing of the first light 311b.
  • the functional surface 536 is a concave reflective surface having a parabolic shape, and the focal point of the paraboloid is near the emission point 311e of the first light emitting point 311. Therefore, the first light 311b emitted from the emission point 311e becomes a collimated beam directed to the optical element 506 by the functional surface 536.
  • the collimating lens 507 as shown in FIG. 10 becomes unnecessary. Accordingly, not only the size of the light emitting device 500 can be reduced and the optical system can be simplified, but also the transmission loss of the collimating lens can be eliminated, so that a decrease in the efficiency of the light emitting device 500 can be suppressed.
  • the functional surface 536 relating to the first light emitting point 311 has been described. However, as can be seen from FIG. 8, the functional surface 536 is similarly provided for other light emitting points. These functional surfaces 536 do not need to be the same.
  • the shape may be different between the center and the end in the longitudinal direction of the direction change element 530.
  • the functional surface 536 is a paraboloid and the distance (that is, the optical path length) from the direction changing element 530 to the external optical element on which the outgoing light enters is different between the center and the end of the direction changing element 530.
  • the parabolic shape of the functional surface optimal for each of the first light and each of the second light is different between the central portion and the end portion of the direction changing element 530. Therefore, by optimizing the shape for each functional surface, it is possible to optimize the use efficiency of the light emitted from the light emitting device 500.
  • the beam is collimated using the functional surface 536, but the functional surface 536 may have another function.
  • the functional surface 536 may have a function of correcting aberration.
  • a mirror surface is used as the functional surface 536, but a surface using a diffraction phenomenon may be used.
  • both the plurality of first surfaces and the one or more second surfaces have the functional surface, but at least one may have the functional surface. That is, at least one of the plurality of first surfaces and the one or more second surfaces may change the light focusing state.
  • Embodiment 4 A light emitting device according to Embodiment 4 will be described.
  • the light emitting device according to the present embodiment is different from the light emitting device 300 according to the first embodiment in the configuration of the first light emitting array.
  • the light emitting device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 12, focusing on differences from light emitting device 300 according to the first embodiment.
  • FIG. 12 is a bird's-eye view showing a schematic configuration of a light emitting device 600 according to the present embodiment.
  • the light emitting device 600 according to the present embodiment includes a first light emitting array 310, a second light emitting array 620, and a direction change element 330, similarly to the light emitting device 300 according to the first embodiment.
  • the second light emitting array 620 according to the present embodiment is a GaN-based semiconductor laser having an oscillation wavelength of about 450 nm.
  • the second light emitting array 620 has a plurality of second light emitting points 621 to 628 arranged in a line.
  • the second light emitting array 620 is a semiconductor laser device having an array structure, and includes eight second light emitting points 621 to 628 each of which is an emitter having a waveguide structure including a ridge portion. Have.
  • the second light emitting points 621 to 628 emit second light 621b to 628b, respectively.
  • Each of the second lights 621b to 628b is a laser beam.
  • the basic configuration of the second light emitting array 620 is the same as that of the first embodiment, but the semiconductor material used is not GaAs but GaN.
  • Second light emitting array 620 a n-type GaN substrate 661, n-type Al s Ga 1-s N cladding layer 662, In t Ga 1-t N active layer 663 and p-type Al s Ga 1-s N cladding layer 664 Prepare mainly.
  • s and t represent the atomic composition in each layer.
  • the second light emitting array 620 further includes a guide layer, a contact layer, an electron leakage suppression layer, and the like (not shown).
  • the oscillation wavelength of the second light emitting array 620 is about 450 nm.
  • the emission wavelength of the first light emitting array 310 and the emission wavelength of the second light emitting array 620 are different. Accordingly, it is possible to realize a light emitting device 600 having a plurality of laser beams of different wavelengths and having a reduced effective emitter spacing.
  • a laser beam in which a plurality of first lights 311b to 318b and one or more second lights 621b to 628b are alternately arranged. Can be obtained.
  • a laser beam in which the first light composed of infrared light having a wavelength of about 830 nm and the second light composed of blue light having a wavelength of about 450 nm are mixed is output from the light emitting device 600.
  • Such a laser beam is effective, for example, when cutting a composite material of aluminum and copper by laser processing. That is, aluminum absorbs infrared light well and copper absorbs this blue light well, so that the laser beam output from the light emitting device 600 can be used for efficient processing.
  • the optical device according to the present embodiment includes the light emitting device 400 according to Embodiment 2, and a spatial light combining optical system.
  • the optical device according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
  • FIG. 13 is a bird's-eye view showing a schematic configuration of the optical device 700 according to the present embodiment.
  • an optical device 700 according to the present embodiment includes a light emitting device 400 according to the second embodiment and a spatial light combining optical system 701.
  • the space combining optical system 701 is an optical system that spatially combines a plurality of first lights and one or more second lights emitted from the light emitting device 400.
  • the space combining optical system 701 is a cylindrical lens.
  • the spatial synthesizing optical system 701 can collect the plurality of first lights and one or more second lights emitted from the light emitting device 400 at the focal point of the cylindrical lens.
  • the light obtained by disposing the phosphor near the focal point can be used for a projector or the like.
  • Laser processing can be performed by arranging the material to be processed near the focal point.
  • the optical device 700 since the distance between the emitters that emit the first light and the second light is wider than the effective emitter distance, it is possible to suppress a decrease in beam quality of the first light and the second light. Therefore, according to the optical device 700 according to the present embodiment, by combining each of the first light and each of the second light, it is possible to emit a laser beam with high beam quality.
  • the light emitting device 400 according to Embodiment 2 is used as the light emitting device, but another light emitting device may be used.
  • the optical device according to the present embodiment includes the light emitting device 400 according to the second embodiment and a wavelength combining optical system.
  • the optical device according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
  • FIG. 14 is a bird's-eye view showing a schematic configuration of an optical device 800 according to the present embodiment.
  • an optical device 800 according to the present embodiment includes a light emitting device 400 according to the second embodiment and a wavelength combining optical system 801.
  • the wavelength combining optical system 801 is an optical system that combines the wavelengths of a plurality of first lights and one or more second lights emitted from the light emitting device 400.
  • the wavelength combining optical system 801 includes a cylindrical lens 802, a diffraction grating 803, and an output coupler 804.
  • a plurality of first lights and one or more second lights from the light emitting device 400 are collected by using a cylindrical lens 802, and are converted into one laser beam 803b by a diffraction grating 803. Become. A part of the laser beam 803b is reflected by the output coupler 804, and returns to each light emitting point (emitter). That is, the wavelength combining optical system 801 forms a so-called external resonator. Thereby, laser oscillation can be easily realized.
  • the laser beam 800b transmitted through the output coupler 804 becomes the final emitted light.
  • Such an arrangement is particularly useful for cutting lasers where high beam quality is required.
  • the light emitting device 400 according to Embodiment 2 is used as the light emitting device, but another light emitting device may be used.
  • Laser processing is attracting attention as a means to cleanly weld, cut, modify, and so on, with good controllability and cleanliness, for metals, resins, and carbon fibers.
  • laser processing for example, spot welding that is smaller than arc discharge is possible, and the generation of chips can be suppressed compared to cutting using a mold, etc. Can be realized.
  • the DDL (Direct Diode Laser) method that directly uses a semiconductor laser beam as a laser beam for laser processing includes (a) high efficiency because the laser beam is not converted, and (b) ultraviolet to infrared by selecting a semiconductor laser material. Since it has two features that processing can be performed with laser light up to this point, it has received special attention.
  • higher output of a semiconductor laser is realized by increasing the power that can be supplied by increasing the width of an emitter that is a light emitting unit.
  • the luminous efficiency of the semiconductor laser is about 30% or more and about 50% or less, power that does not contribute to light emission becomes heat and raises the temperature of the emitter. This increase in temperature causes output thermal saturation of the semiconductor laser. Therefore, a semiconductor laser having an array structure in which a plurality of emitters are arranged on one chip (in other words, on one substrate) is used.
  • FIG. 22 is a schematic diagram illustrating a wavelength synthesis method according to the related art. Light emitted from each emitter of the semiconductor laser array 1012 shown in FIG. 22 is applied to the diffraction grating 1024 via the collimator lens 1022.
  • the material to be processed is a single material, it can be processed by a conventional method, that is, generally at a single wavelength.
  • laser processing of members combining different materials has become important. Different materials absorb different wavelengths of light.
  • a lithium ion battery uses an aluminum foil as a positive electrode current collector and a copper foil as a negative electrode current collector. For this reason, when cutting the electrodes, it is necessary to cut the aluminum foil and the copper foil simultaneously.
  • the absorption of aluminum is high in the near infrared region, and the absorption of copper becomes higher as the wavelength becomes shorter.
  • the wavelength synthesizing method as described in Patent Document 2 is applicable when the wavelength ranges to be synthesized are relatively close. For example, a wavelength to be synthesized such as when near-infrared light and blue light are used is used. If the ranges are very different, it is difficult to apply.
  • an object of the present embodiment is to provide an optical device or the like that can combine a plurality of lights having greatly different wavelength ranges.
  • FIG. 15A is a bird's-eye view showing a schematic configuration of an optical device 900 according to the present embodiment.
  • FIG. 15B is a top view illustrating a schematic configuration of the light emitting device 600 according to the present embodiment.
  • the optical device 900 is a light source that combines a plurality of laser lights having different wavelengths, and includes a light emitting device 600 and a wavelength combining optical system 901 as shown in FIG. 15A.
  • the light emitting device 600 is a device that includes a light emitting array having an array structure and emits a plurality of laser beams. As shown in FIGS. 15A and 15B, the light emitting device 600 includes a first light emitting array 310, a second light emitting array 620, and a direction change element 330.
  • the first light emitting array 310 is an example of a first light source that emits first light including a laser beam in the first wavelength band, and has a plurality of first light emitting points 311 to 318 arranged in a line.
  • the first light emitting array 310 is a semiconductor laser device having an array structure, and eight first light emitting points 311 each of which is an emitter having a waveguide structure including a ridge portion. 318.
  • the number of the first light emitting points is not particularly limited as long as it is plural.
  • the first light emitting points 311 to 318 emit first light 311b to 318b, respectively.
  • the second light emitting array 620 is an example of a second light source that emits second light including a laser beam in the second wavelength band, and has one or more second light emitting points 621 to 628 arranged in a line.
  • the second light emitting array 620 is a semiconductor laser element having an array structure
  • each of the eight second light emitting points 621 is an emitter having a waveguide structure including a ridge portion. 628.
  • the number of the second light emitting points is not particularly limited as long as it is one or more.
  • the number of the second light emitting points may be the same as the number of the first light emitting points, or may be one less than the number of the first light emitting points.
  • the second light emitting points 621 to 628 emit second light 621b to 628b, respectively.
  • the traveling direction of the first lights 311b to 318b from the first light emitting array 310 to the direction changing element 330 is the same as the traveling direction from the second light emitting array 620 to the direction changing element 330.
  • the direction is opposite to the traveling direction of the two lights 621b to 628b.
  • the distance between the emitters of the first light emitting array 310 and the second light emitting array 620 (that is, the light emitting point distance) is about 400 ⁇ m.
  • the cavity length of each light emitting point is 1200 ⁇ m.
  • a dummy ridge having a width of 300 ⁇ m is formed between two adjacent light emitting points, but is omitted in each drawing.
  • the first light emitting array 310 As shown in FIG. 15A, the first light emitting array 310, n-type GaAs substrate 351, n-type Al x Ga 1-x As cladding layer 352, Al y Ga 1-y As active layer 353 and p-type Al x Ga
  • x, y, s and t represent the atomic composition in each layer.
  • the first light emitting array 310 and the second light emitting array 620 further include a guide layer, a contact layer, and the like (not shown).
  • the oscillation wavelength of the first light emitting array 310 is about 830 nm
  • the oscillation wavelength of the second light emitting array 620 is about 415 nm.
  • the plurality of first lights 311b to 318b according to the present embodiment include a laser beam in a first wavelength band which is a wavelength band of 800 nm to 860 nm, and one or more second lights 621b to 628b are 400 nm to 430 nm.
  • a laser beam of a second wavelength band which is a wavelength band of
  • the direction changing element 330 is an optical element that converts at least one of the traveling directions of the first lights 311b to 318b emitted from the first light source and the traveling directions of the second lights 621b to 628b emitted from the second light source. is there.
  • the traveling directions of the plurality of first lights 311b to 318b respectively emitted from the plurality of first light emitting points 311 to 318, and the one or more emitted from one or more second light emitting points 621 to 628, respectively.
  • the second light beams 621b to 628b are converted to the same direction. As shown in FIG.
  • the direction changing element 330 is disposed between the first light emitting array 310 and the second light emitting array 620, and a plurality of first direction changing elements 330
  • the traveling directions of the one light 311b to 318b and the one or more second light 621b to 628b are changed.
  • each of the plurality of first incident positions 311i to 318i on which the plurality of first lights 311b to 318b are incident, and one or more second lights 621b to 628b, respectively, are incident on the conversion straight line 330L.
  • the one or more second incident positions 621i to 628i are alternately arranged.
  • one or more second incident positions are located between two adjacent first incident positions.
  • One of the one or more second incident positions 621i to 628i on which the lights 621b to 628b are respectively incident is arranged.
  • the direction conversion element 330 receives a plurality of first lights 311b to 318b, and receives a plurality of first surfaces 3311 to 3318 facing the first light emitting array 310 and one or more second lights 621b to 628b, respectively. , And one or more second surfaces 3321 to 3328 facing the second light emitting array 620.
  • the plurality of first surfaces 3311 to 3318 and the one or more second surfaces 3321 to 3328 change the traveling direction of the plurality of first lights 311b to 318b and the one or more second lights 621b to 628b, respectively. , 90 degrees.
  • each first surface and each second surface are inclined at 45 degrees with respect to each traveling direction of each first light and each second light.
  • the traveling direction of each of the first light and each of the second light traveling in the horizontal direction on the paper is converted to a direction perpendicular to the paper.
  • the traveling direction of the first lights 311b to 318b and the second The traveling directions of the lights 621b to 628b can be changed to the same direction.
  • the direction changing element 330 is disposed between the first light emitting array 310 and the second light emitting array 620, and has a plurality of first lights 311b to 318b and one or more second lights 621b to 628b. Can be changed in the same direction. Thus, the size of the optical device 900 can be reduced.
  • the plurality of first surfaces 3311 to 3318 and the one or more second surfaces 3321 to 3328 are planes that reflect the plurality of first lights 311b to 318b and the one or more second lights 621b to 628b, respectively. It is a reflection surface of a shape.
  • the reflection surface is formed on one surface of a triangular prism-shaped reflector, for example, as shown in FIG. 15A.
  • each of the first surface and each of the second surfaces is formed by forming a triangular prism-shaped reflector by glass molding on a substrate 330s made of a glass substrate, and then performing aluminum deposition on the surface of the reflector. It is formed.
  • Each of the plurality of first surfaces 3311 to 3318 and each of the one or more second surfaces 3321 to 3328 are alternately arranged on the conversion straight line 330L.
  • each of the plurality of first surfaces 3311 to 3318 and each of the one or more second surfaces 3321 to 3328 are alternately arranged every 200 ⁇ m.
  • the direction changing element 330 has a base 330s.
  • a plurality of first surfaces 3311 to 3318 and one or more second surfaces 3321 to 3328 are arranged on the base 330s.
  • the number of first surfaces is plural, and may be equal to the number of first light emitting points.
  • the number of the second surfaces is one or more and may be equal to the number of the second light emitting points.
  • the light emitting device 600 may include a lens that collects the first light 311b to 318b and the second light 621b to 628b, respectively.
  • the light emitting device 600 may include collimating lenses arranged between the first light emitting array 310 and the direction changing element 330 and between the second light emitting array 620 and the direction changing element 330, respectively. Thereby, it can suppress that each 1st light and each 2nd light diverge.
  • the light emitting device 600 of the present embodiment it is possible to obtain a laser beam in which a plurality of first lights 311b to 318b and one or more second lights 621b to 628b are alternately arranged. .
  • the emitter spacing of each light emitting array is 400 ⁇ m
  • the spacing between laser beams emitted from light emitting device 600 is 200 ⁇ m. That is, a light source having an effective emitter interval of 200 ⁇ m can be realized.
  • the effective emitter spacing can be reduced.
  • the laser light output from each emitter is 4 W.
  • the effective emitter interval is 200 ⁇ m as described above, the beam quality in spatial synthesis and wavelength synthesis is equivalent to that of the conventional light emitting array with the emitter interval of 200 ⁇ m, and the laser light output is reduced by the light emitting array. It can double to 64W.
  • the wavelength combining optical system 901 is an optical system that combines the wavelengths of a plurality of first lights and one or more second lights emitted from the light emitting device 600.
  • the wavelength synthesizing optical system 901 includes a cylindrical lens 902, a diffraction grating 903, and an output coupler 904.
  • the cylindrical lens 902 is an optical element that condenses laser beams emitted from the light emitting device 600 and arranged in a line.
  • the diffraction grating 903 is a diffractive optical element that combines the first lights 311b to 318b and the second lights 621b to 628b.
  • the diffraction grating 903 has a constant period d.
  • the diffraction grating 903 combines the plurality of first lights 311b to 318 and one or more second lights 621b to 628b collected by the cylindrical lens 902 into one laser beam.
  • the output coupler 904 is an output mirror forming a resonator.
  • the output coupler 904 is a partial reflection mirror that transmits a part of the incident light and reflects another part.
  • the output coupler 904 forms an external resonator with the rear end face of each light emitting point. The light reflected by the output coupler 904 returns to each light emitting point and resonates in the external resonator. Light transmitted through the output coupler 904 becomes light emitted from the optical device 900.
  • the optical device 900 includes the first light emitting array 310 which is an example of the first light source, the second light emitting array 620 which is an example of the second light source, and the first lights 311b to 318b.
  • a diffraction grating 903 that is an example of a diffractive optical element that combines the second lights 621b to 628b.
  • the first light emitting array 310 which is an example of the first light source, emits first lights 311b to 318b including a laser beam in a first wavelength band that is a wavelength band of 800 nm or more and 860 nm or less.
  • the second light emitting array 620 which is an example of the second light source according to the present embodiment, emits second lights 621b to 628b including a laser beam in a second wavelength band which is a wavelength band of 400 nm or more and 430 nm or less.
  • M is As a natural number of 2 or more, the following expression 3 is satisfied.
  • M 2 because the first wavelength ⁇ 1 is 830 nm and the second wavelength ⁇ 2 is 415 nm.
  • the second wavelength ⁇ 2 satisfies the above equation 1
  • the following equation 4 is used for the incident angle ⁇ 2 of the second light to the diffraction grating 903, the emission angle ⁇ 0 from the diffraction grating 903, and the period d of the diffraction grating 903. Holds.
  • Equation 5 By substituting Equation 3 into Equation 4, Equation 5 below is obtained.
  • both the first light 311b to 318b and the second light 621b to 628b travel along the same optical axis, and become a two-wavelength high-output light source having good beam quality. That is, according to the optical device 900 according to the present embodiment, it is possible to combine a plurality of lights whose wavelength ranges are different from each other by a factor of two or more.
  • the first wavelength band includes 830 nm
  • the second wavelength band includes 415 nm.
  • Expression 12 is established from Expressions 10 and 11.
  • Equation 12 the range of possible values of the integer M equal to or greater than 2 is known.
  • the period d is 1250 nm.
  • the first wavelength ⁇ 1 is 830 nm and the diffraction grating order m at the second wavelength on the short wavelength side is 1, the right side of the above equation 12 is calculated as follows.
  • FIGS. 16 and 17 are a top view and an external view, respectively, showing a configuration of a light emitting device 600 according to the present embodiment.
  • FIG. 16 shows a top view of the light emitting device 600 with the metal block 404 removed.
  • the first light emitting array 310, the second light emitting array 620, and the direction changing element 330 are arranged on the same substrate 406. Then, the substrate 406 is mounted on the metal block 402 and covered with the metal block 404. Thus, light emitting device 600 according to the present embodiment forms one integrated module.
  • a window 405 is formed at a position of the metal block 404 facing the direction change element 330. Thus, the light emitted from the light emitting device 600 is emitted from the window 405.
  • the structure of the substrate 406 is a CuW substrate.
  • the structure of the substrate 406 is not limited to this, and may be a substrate formed of another material.
  • the substrate 406 may be formed integrally with the metal block 402. That is, the first light emitting array 310, the second light emitting array 620, and the direction change element 330 may be arranged on the metal block 402.
  • the first light emitting array 310, the second light emitting array 620, and the direction change element 330 are integrated. This reduces the number of locations where alignment within the light emitting device 600 and alignment between the light emitting device 600 and the external wavelength combining optical system 901 and the like are reduced, so that alignment accuracy can be increased and alignment can be facilitated.
  • Embodiment 8 An optical device according to Embodiment 8 will be described.
  • the optical device according to the present embodiment is different from the optical device 900 according to the seventh embodiment in the configuration of the direction changing element included in the light emitting device.
  • the optical device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 18 and 11 focusing on differences from the optical device 900 according to the seventh embodiment.
  • FIG. 18 is a top view showing a configuration of a light emitting device 600a according to the present embodiment.
  • FIG. 18 is an external view showing a state in which a metal block disposed above the first light emitting array 310 and the second light emitting array 620 is removed to expose the first light emitting array 310 and the second light emitting array 620. Have been.
  • the light emitting device 600a includes a first light emitting array 310, a second light emitting array 620, and a direction changing element 530, like the light emitting device 600 according to the seventh embodiment.
  • the direction change element 530 includes a plurality of first surfaces, each of which receives a plurality of first lights, and a plurality of first surfaces facing the first light emitting array 310, and one or more second lights.
  • the functional surface 536 has the same operation as the functional surface 536 shown in FIG.
  • the collimating lens 507 as shown in FIG. Accordingly, not only the size of the light emitting device 600a can be reduced and the optical system can be simplified, but also the transmission loss of the collimating lens can be eliminated, so that the efficiency of the light emitting device 600a can be prevented from lowering.
  • the functional surface 536 relating to the first light emitting point 311 has been described. However, as can be seen from FIG. 18, the functional surface 536 is similarly provided for other light emitting points. These functional surfaces 536 do not need to be the same.
  • the shape may be different at the center and the end in the longitudinal direction of the direction change element 530.
  • the functional surface 536 is a paraboloid and the distance (that is, the optical path length) from the direction changing element 530 to the external optical element on which the outgoing light enters is different between the center and the end of the direction changing element 530.
  • the parabolic shape of the functional surface optimal for each of the first light and each of the second light is different between the central portion and the end portion of the direction changing element 530.
  • the configuration of the functional surface 536 formed by the plurality of first surfaces and the one or more second surfaces may be different.
  • the direction change element 530 may have a configuration that matches the wavelength of light incident on the first surface and the second surface.
  • the beam is collimated using the functional surface 536, but the functional surface 536 may have another function.
  • the functional surface 536 may have a function of correcting aberration.
  • a mirror surface is used as the functional surface 536, but a surface using a diffraction phenomenon may be used.
  • Embodiment 9 An optical device according to Embodiment 9 will be described.
  • the optical device according to the present embodiment is different from the optical device 900 according to Embodiment 7 in the configuration of the first light emitting array and the second light emitting array included in the light emitting device.
  • the light emitting device according to the present embodiment will be described with reference to the drawings, focusing on differences from light emitting device 600 according to Embodiment 7.
  • FIG. 19 is a top view showing a schematic configuration of a light emitting device 200 according to the present embodiment.
  • the light emitting device 200 according to the present embodiment includes a first light emitting array 210, a second light emitting array 220, and a direction changing element 330, similarly to the light emitting device 600 according to the seventh embodiment. .
  • the first light emitting array 210 has a plurality of first light emitting points 211 to 214 arranged in a line, and the second light emitting array 220 has one or more second light emitting points arranged in a line. 221 to 224.
  • Each of the first light emitting points 211 to 214 and the second light emitting points 221 to 224 according to the present embodiment is a general CAN package semiconductor laser device having a single-emitter semiconductor laser element.
  • the semiconductor laser element provided at each light emitting point is mounted in a CAN package having a diameter of about 9 mm. In FIG. 19, for simplicity, a collimating lens attached to the emission part of each light emitting point is not shown.
  • the first light emitting points 211 to 214 and the second light emitting points 221 to 224 are respectively fixed to a copper block by soldering. Thus, heat is emitted from each light emitting point, and the relative position of each light emitting point is fixed.
  • Each of the first light emitting point and the second light emitting point in each copper block is electrically connected in series.
  • the first light emitting points 211 to 214 are arranged on the first straight line 210L, and the second light emitting points 221 to 224 are arranged on the second straight line 220L.
  • the direction changing element 330 is disposed between the first light emitting array 210 and the second light emitting array 220, and changes the traveling directions of the first light and the second light on a virtual conversion straight line 330L on the direction changing element 330. Convert.
  • the first straight line 210L, the second straight line 220L, and the conversion straight line 330L are parallel.
  • first light including a laser beam in a first wavelength band that is a wavelength band of 800 nm or more and 860 nm or less is emitted from first light emitting points 211 to 214.
  • the second light emitting points 221 to 224 emit second light including a laser beam in a second wavelength band that is a wavelength band of 400 nm to 430 nm.
  • the CAN package type single emitter used in the present embodiment has lower optical output power than the semiconductor laser having the array structure used in the seventh embodiment.
  • the single emitter of the CAN package type is effective in the field of laser processing where low output such as solder processing is permissible.
  • the CAN package type single emitter is mass-produced and relatively easily available, according to the optical device including the light emitting device 200 according to the present embodiment, a low-cost laser with good beam quality is provided. A processing machine can be realized.
  • the optical device according to the present embodiment is different from optical device 900 according to Embodiment 7 mainly in the configuration of the light emitting device.
  • the optical device according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
  • FIG. 20 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an optical device 900b according to the present embodiment.
  • an optical device 900b according to the present embodiment includes a light emitting device 600b and a wavelength combining optical system 901b.
  • the light emitting device 600b includes a first light emitting array 410, a second light emitting array 420, a third light emitting array 430, condenser lenses 451 to 453, and a direction changing element 440.
  • the first light emitting array 410 is an example of a first light source that emits a first light 410b including a laser beam in a first wavelength band, and has a plurality of first light emitting points arranged in a line.
  • the first light emitting array 410 has eight first light emitting points each including an emitter formed of a GaAs-based semiconductor.
  • the first light emitting array 410 can generate eight near-infrared first lights 410b having an oscillation wavelength of about 798 nm by using AlGaAs for the active layer.
  • the second light emitting array 420 is an example of a second light source that emits the second light 420b including the laser beam in the second wavelength band, and has a plurality of second light emitting points arranged in a line.
  • the second light emitting array 420 has eight second light emitting points each including an emitter formed of a GaN-based semiconductor.
  • eight green second lights 420b having an oscillation wavelength of about 532 nm can be generated.
  • the third light emitting array 430 is an example of a third light source that emits third light 430b including a laser beam in the third wavelength band, and has a plurality of third light emitting points arranged in a line.
  • third light emitting array 430 has eight third light emitting points each including an emitter formed of a GaN-based semiconductor.
  • the third light emitting array 430 can generate eight ultraviolet third lights 430b having an oscillation wavelength of about 266 nm by using AlGaN for the active layer.
  • the condenser lenses 451, 452, and 453 are disposed at positions facing the emission surfaces of the first light emitting array 410, the second light emitting array 420, and the third light emitting array 430, respectively, and the first light 410b, the second light 420b, This is an optical element that collects the third light 430b.
  • a collimating lens for collimating the laser beam from each light emitting point is provided between the first light emitting array 410, the second light emitting array 420, the third light emitting array 430, and the condenser lenses 451, 452, and 453, respectively. You may.
  • the direction conversion element 440 is an optical element that converts at least one of the traveling direction of the first light 410b, the traveling direction of the second light 420b, and the traveling direction of the third light 430b.
  • the direction changing element 440 has dichroic mirrors 441 and 442.
  • the dichroic mirror 441 is an optical element that reflects light having a wavelength of 700 nm or more and transmits light having a wavelength of less than 700 nm, and is disposed on the optical path of the first light 410b and the third light 430b. Accordingly, the dichroic mirror 441 reflects the first light 410b and transmits the second light 420b and the third light 430b.
  • the dichroic mirror 441 is formed of, for example, a dielectric multilayer film.
  • the dichroic mirror 442 is an optical element that reflects light having a wavelength of 400 nm or more and transmits light having a wavelength of less than 400 nm, and is disposed on the optical path of the second light 420b and the third light 430b. Thereby, the dichroic mirror 442 reflects the second light 420b and transmits the third light 430b.
  • the dichroic mirror 442 is formed of, for example, a dielectric multilayer film.
  • the direction changing element 440 changes the traveling direction of the first light 410b and the traveling direction of the second light 420b.
  • the direction changing element 440 reflects the first light 410b and the second light 420b in a direction toward the diffraction grating 903 of the wavelength combining optical system 901b.
  • the wavelength combining optical system 901b is an optical system that combines the wavelengths of the first light 410b, the second light 420b, and the third light 430b emitted from the light emitting device 600b.
  • the wavelength combining optical system 901b includes the same diffraction grating 903 and output coupler 904 as in the seventh embodiment.
  • the first light 410 b emitted from the first light emitting array 410 is condensed by the condenser lens 451, reflected by the dichroic mirror 441, and then condensed on the focal point of the diffraction grating 903.
  • the second light 420b emitted from the second light emitting array 420 is condensed by the condensing lens 452, reflected by the dichroic mirror 442, transmitted through the dichroic mirror 441, and condensed on the condensing point of the diffraction grating 903.
  • the third light 430 b emitted from the third light emitting array 430 is condensed by the condensing lens 453, passes through the dichroic mirrors 442 and 441, and is condensed on the converging point of the diffraction grating 903.
  • the first wavelength ⁇ 1 included in the first wavelength band of the first light emitting array 410 is 798 nm
  • the second wavelength ⁇ 2 included in the second wavelength band of the second light emitting array 420 is 532 nm
  • the third light emitting array 430 is The third wavelength ⁇ 3 included in the third wavelength band is 266 nm.
  • Part of the combined laser beam resonates in an external resonator formed by the output coupler 904 and each light emitting point.
  • Light transmitted through the output coupler 904 becomes light emitted from the optical device 900b.
  • two laser beams can be used in an optical device using a direction conversion element including a dichroic mirror as in the present embodiment.
  • the direction changing element can be realized by one dichroic mirror, and converts at least one of the traveling direction of the first light and the traveling direction of the second light.
  • each light-emitting array of the light-emitting device is the same as those described in each of the above-described embodiments and modifications. Not limited.
  • semiconductor laser arrays such as GaAs, GaN, InGaAsP, AlInGaP, GaSb, and quantum cascade lasers, fiber lasers, and solid state lasers can be applied.
  • the first light source and the second light source each have a plurality of light emitting points, but may each have a single light emitting point.
  • each of the first light emitting points and each of the second light emitting points need not be a ridge portion, and may be, for example, a buried structure.
  • the light emitting device, the optical device, and the wavelength combining method of the present disclosure can be applied to, for example, laser processing as a high-output laser light source with high beam quality.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

発光装置（３００）は、複数の第１発光点を有する第１発光アレイ（３１０）と、第２発光点（３２１～３２８）を有する第２発光アレイ（３２０）と、複数の第１発光点からそれぞれ出射された複数の第１光の進行方向と、１以上の第２発光点からそれぞれ出射された第２光の進行方向とを同一方向に変換する方向変換素子（３３０）とを備え、方向変換素子（３３０）は、第１発光アレイ（３１０）と第２発光アレイ（３２０）との間に配置され、方向変換素子（３３０）上の仮想的な変換直線（３３０Ｌ）上において、複数の第１光及び１以上の第２光の進行方向を変換し、変換直線（３３０Ｌ）上において、複数の第１光がそれぞれ入射する複数の第１入射位置の各々と、１以上の第２光がそれぞれ入射する１以上の第２入射位置の各々とが、交互に配置される。

Description

発光装置、光学装置及び波長合成方法
　本開示は、発光装置、光学装置及び波長合成方法に関する。
　近年、プロジェクタ、加工装置などに半導体レーザが用いられるようになり、その高出力化は益々望まれている。一般に半導体レーザの高出力化のため、発光点であるエミッタの幅を広げることで投入できる電力を増やしている。しかしながら、半導体レーザの発光効率はおよそ３０％以上５０％以下程度であるため、発光に寄与しない電力は熱になってエミッタの温度を上昇させる。この温度上昇は半導体レーザに出力熱飽和を生じさせる。
　そこで、１チップ上（言い換えれば一つの基板上）に複数のエミッタを並べたアレイ構造を有する半導体レーザが用いられている。例えば、トータル出力Ｐに対しエミッタ数がＮとすると、各エミッタの出力はＰ／Ｎとなり、一つのエミッタで出力Ｐを実現する場合より、各エミッタの出力が低減される。さらに、隣り合うエミッタが離隔されているため発熱位置が分散され、各エミッタにおける熱量が減る。これらの理由により、各エミッタの温度上昇が抑制され、高出力な半導体レーザを実現することができる。
　アレイ構造の一例は特許文献１に記載されており、その構造を図２１を用いて説明する。図２１は、従来技術のアレイ構造を有する半導体レーザを示す断面図である。特許文献１に記載された半導体レーザは、基板１０１０と、基板１０１０上に配置された半導体層１０１１とを備える。特許文献１に記載された半導体レーザは、さらにｎ側電極１０２８及びｐ側電極１０２７を備え、これらの電極を通じて、半導体層１０１１に電流が流れる。この時、半導体層１０１１中において、ｎ型クラッド層１０１３及びｐ型クラッド層（後述のように第１ｐ型クラッド層１０１７及び第２ｐ型クラッド層１０１９に分かれている）から供給された電子及び正孔は、活性層１０１５で再結合し、誘導放出による光増幅とレーザ端面による反射（共振）とにより、レーザ光が発生する。これらの電子及び正孔の供給は、リッジ部１０２３の直下で行われる。リッジ部１０２３の存在により、電子、正孔及び光をリッジ部１０２３直下に閉じ込めることができるため、レーザ発振の低閾値化とレーザビームの横モード制御とを行うことができる。このリッジ部１０２３及びリッジ部１０２３直下の領域をまとめてエミッタと称する。
　特許文献１に記載された半導体レーザは、複数のリッジ部１０２３を備え、それらのリッジ部１０２３の間には、ダミーリッジ部１０２５が設けられている。ダミーリッジ部１０２５においては、絶縁膜１０２６が存在するため、ｐ側電極１０２７からの電流は注入されない。このため、ダミーリッジ部１０２５の直下でのレーザ発光はない。
　ダミーリッジ部１０２５の目的を以下で説明する。この種のアレイ構造を有する半導体レーザはリッジ部１０２３側においてサブマウントと実装されるが、光の射出領域となるリッジ部の間隔が開いた状態で実装すると、サブマウントとの間で残留歪みが生じる。この残留歪みによって、半導体レーザ内に局所的に大きな応力が発生し、結晶が劣化したり、ＮＦＰ（Ｎｅａｒ　Ｆｉｅｌｄ　Ｐａｔｔｅｒｎ）が不均一になったり、さらには、レーザ自体が割れてしまうこともある。このように、従来のアレイ構造を有する半導体レーザでは、実装後の残留歪みによって信頼性が低下するという問題が存在する。
　特許文献１に記載された半導体レーザでは、活性層１０１５への電流注入機能を有する二つのリッジ部１０２３の間など隣り合う位置に、電流注入機能を有しないダミーリッジ部１０２５が存在していることにより、複数のリッジ部１０２３及びダミーリッジ部１０２５を含むリッジ状部分の間隔が狭くなるため、サブマウントと半導体レーザとの接触面積の割合が大きくなる。よって、サブマウント上への実装の後において生ずる残留歪みによる応力がリッジ部１０２３だけでなくダミーリッジ部１０２５にも分散され、リッジ部１０２３にかかる応力が小さくなる。
特開２００７－０７３６６９号公報 米国特許第６１９２０６２号明細書
　上述のように、隣接するエミッタ間の間隔（以下、エミッタ間隔と称する）は、エミッタにおける熱量の抑制、ダミーリッジの形成などの点で必要となる。ところが、このエミッタ間隔の存在は以下の点で課題を発生させる。
　複数のエミッタから出射された複数のレーザビームは、例えば、一つのレーザビームに合成されて、プロジェクタにおける蛍光体照射やレーザ加工機における集光に用いられる。多数本のビームの合成法として、空間合成法と波長合成法とがある。空間合成法とは、レンズなどを用いて、複数のレーザビームを一か所に集める方法である。波長合成法とは、互いに異なる波長の複数のレーザビームを、回折格子などの回折光学素子を用いて、１本のビームにする方法である。
　レーザビームの合成においてはビーム品質が重要となる。ビーム品質が悪いと、光学系が大きくなったり、集光効率が低下するなどの問題が発生するためである。
　空間合成の場合、一般にレーザビームのフィリングファクター（ＦＦ）に比例してビーム品質が良くなることが知られている。このＦＦは、下記のように定義される。
　　　ＦＦ＝（エミッタ幅総和）／（発光領域幅）
　ここで、発光領域幅は、エミッタ幅総和と、エミッタ間隔総和との和であるから、エミッタ間隔が広がるほど、ＦＦが低下し、ビーム品質が悪くなる。
　波長合成法では、異なる波長の複数のレーザビームを互いに異なる入射角で回折光学素子に入射させることで一つのレーザビームに合成し、ビーム品質の劣化を抑制する。もしエミッタ間隔が大きいと隣接するレーザビームが離れているため、回折光学素子に向かう角度の差も大きくなる。この結果、複数のレーザビーム間の入射角の差のが大きくなるため、複数のレーザビームの波長の差を大きくする必要がある。半導体レーザは利得波長幅を有するため、ある程度の波長帯域において発振波長をチューニングできる。しかしながら、エミッタ間隔が大きくなると、レーザビームに要求される波長がその利得波長幅から逸脱し、半導体レーザでのレーザ発振が困難になる場合がある。
　そこで本開示では、発光アレイの実効的なエミッタ間隔を狭めることができる発光装置などを提案する。
　上記課題を解決するために、本開示に係る発光装置の一態様は、一列に配置された複数の第１発光点を有する第１発光アレイと、一列に配置された１以上の第２発光点を有する第２発光アレイと、前記複数の第１発光点からそれぞれ出射された複数の第１光の進行方向と、前記１以上の第２発光点からそれぞれ出射された１以上の第２光の進行方向とを同一方向に変換する方向変換素子とを備え、前記方向変換素子は、前記第１発光アレイと前記第２発光アレイとの間に配置され、前記方向変換素子上の仮想的な変換直線上において、前記複数の第１光及び前記１以上の第２光の進行方向を変換し、前記変換直線上において、前記複数の第１光がそれぞれ入射する複数の第１入射位置の各々と、前記１以上の第２光がそれぞれ入射する１以上の第２入射位置の各々とが、交互に配置される。
　また、本開示に係る発光装置において、前記方向変換素子は、前記複数の第１光がそれぞれ入射し、前記第１発光アレイに対向する複数の第１面と、前記１以上の第２光がそれぞれ入射し、前記第２発光アレイに対向する１以上の第２面とを有し、前記複数の第１面の各々と前記１以上の第２面の各々とは、前記変換直線上に交互に配置されてもよい。
　また、本開示に係る発光装置において、前記第１発光アレイ、前記第２発光アレイ及び前記方向変換素子のうち、少なくとも二つは同一の基板上に配置されていてもよい。
　また、本開示に係る発光装置において、前記複数の第１面、及び、前記１以上の第２面の少なくとも一つは、光の集光状態を変えてもよい。
　また、本開示に係る発光装置において、前記第１発光アレイの発光波長と前記第２発光アレイの発光波長とが異なってもよい。
　また、上記課題を解決するために、本開示に係る光学装置は、前記発光装置と、前記発光装置から出射される前記複数の第１光及び前記１以上の第２光を空間合成する空間合成光学系とを備える。
　また、上記課題を解決するために、本開示に係る光学装置は、前記発光装置と、前記発光装置から出射される前記複数の第１光及び前記１以上の第２光を波長合成する波長合成光学系とを備える。
　また、本開示に係る光学装置において、前記複数の第１光は、第１波長帯のレーザビームを含み、前記１以上の第２光は、第２波長帯のレーザビームを含み、前記波長合成光学系は、前記第１光と前記第２光とを合成する回折光学素子であり、前記第１波長帯に含まれる第１波長をλ１とし、前記第２波長帯に含まれる第２波長をλ２とし、Ｍを２以上の自然数として、λ１＝Ｍ×λ２が満たされてもよい。
　また、本開示に係る光学装置において、前記第１発光アレイは、前記複数の第１発光点を含むアレイ構造を有する半導体レーザであってもよい。
　また、本開示に係る光学装置において、前記第１波長帯は、８３０ｎｍを含み、前記第２波長帯は、４１５ｎｍを含んでもよい。
　また、上記課題を解決するために、本開示に係る波長合成方法の一態様は、発光装置から出射される複数の第１光と１以上の第２光とを合成する波長合成方法であって、前記発光装置は、一列に配置された複数の第１発光点を有する第１発光アレイと、一列に配置された１以上の第２発光点を有する第２発光アレイと、前記複数の第１発光点からそれぞれ出射された前記複数の第１光の進行方向と、前記１以上の第２発光点からそれぞれ出射された前記１以上の第２光の進行方向とを同一方向に変換する方向変換素子とを備え、前記方向変換素子は、前記第１発光アレイと前記第２発光アレイとの間に配置され、前記方向変換素子上の仮想的な変換直線上において、前記複数の第１光及び前記１以上の第２光の進行方向を変換し、前記変換直線上において、前記複数の第１光がそれぞれ入射する複数の第１入射位置の各々と、前記１以上の第２光がそれぞれ入射する１以上の第２入射位置の各々とが、交互に配置され、前記波長合成方法は、第１波長帯のレーザビームを含む第１光と、第２波長帯のレーザビームを含む第２光とを生成するステップと、前記第１光と、前記第２光とを回折現象を用いて合成するステップとを含み、前記第１波長帯に含まれる第１波長をλ１とし、前記第２波長帯に含まれる第２波長をλ２とし、Ｍを２以上の自然数として、λ１＝Ｍ×λ２が満たされる。
　本開示によれば、発光アレイの実効的なエミッタ間隔を狭めることができる発光装置などを提供できる。
図１Ａは、実施の形態１に係る発光装置の概略構成を示す鳥瞰図である。 図１Ｂは、実施の形態１に係る発光装置の概略構成を示す上面図である。 図２は、実施の形態１に係る第１発光アレイの実装態様を示す外観図である。 図３は、実施の形態１に係る第１発光アレイの実装態様を示す断面図である。 図４は、実施の形態１に係る第１発光アレイの実装工程途中の状態を示す図である。 図５は、実施の形態１に係る発光装置の実装態様を示す上面図である。 図６は、実施の形態２に係る発光装置の構成を示す上面図である。 図７は、実施の形態２に係る発光装置の構成を示す外観図である。 図８は、実施の形態３に係る発光装置の構成を示す上面図である。 図９は、比較例１の発光装置におけるレーザビーム径を示す模式図である。 図１０は、比較例２の発光装置におけるレーザビーム径を示す模式図である。 図１１は、実施の形態３に係る発光装置におけるレーザビーム径を示す図である。 図１２は、実施の形態４に係る発光装置の概略構成を示す鳥瞰図である。 図１３は、実施の形態５に係る光学装置の概略構成を示す鳥瞰図である。 図１４は、実施の形態６に係る光学装置の概略構成を示す鳥瞰図である。 図１５Ａは、実施の形態７に係る光学装置の概略構成を示す鳥瞰図である。 図１５Ｂは、実施の形態７に係る発光装置の概略構成を示す上面図である。 図１６は、実施の形態７に係る発光装置の構成を示す上面図である。 図１７は、実施の形態７に係る発光装置の構成を示す外観図である。 図１８は、実施の形態８に係る発光装置の構成を示す上面図である。 図１９は、実施の形態９に係る発光装置の概略構成を示す上面図である。 図２０は、実施の形態１０に係る光学装置の概略構成を示す模式図である。 図２１は、従来技術のアレイ構造を有する半導体レーザを示す断面図である。 図２２は、従来技術の波長合成方法を示す模式図である。
　以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、及び、構成要素の配置位置や接続形態などは、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
　また、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、各図において縮尺等は必ずしも一致していない。なお、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
　（実施の形態１）
　実施の形態１に係る発光装置について説明する。
　［１－１．発光装置の構成］
　まず、本実施の形態に係る発光装置の構成を図１Ａ及び図１Ｂを用いて説明する。図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれ本実施の形態に係る発光装置３００の概略構成を示す鳥瞰図及び上面図である。
　本実施の形態に係る発光装置３００は、アレイ構造を有する発光アレイを備え、複数のレーザビームを出射する装置である。図１Ａ及び図１Ｂに示されるように、発光装置３００は、第１発光アレイ３１０と、第２発光アレイ３２０と、方向変換素子３３０とを備える。
　第１発光アレイ３１０は、一列に配置された複数の第１発光点３１１～３１８を有する。図１Ａ及び図１Ｂに示される例では、第１発光アレイ３１０は、アレイ構造を有する半導体レーザ素子であり、各々がリッジ部からなる導波路構造を有するエミッタである８個の第１発光点３１１～３１８を有する。第１発光点の個数は、複数であれば特に限定されない。第１発光点３１１～３１８は、それぞれ、第１光３１１ｂ～３１８ｂを出射する。第１光３１１ｂ～３１８ｂの各々は、レーザビームである。
　第２発光アレイ３２０は、一列に配置された１以上の第２発光点３２１～３２８を有する。図１Ａ及び図１Ｂに示される例では、第２発光アレイ３２０は、アレイ構造を有する半導体レーザ素子であり、各々がリッジ部からなる導波路構造を有するエミッタである８個の第２発光点３２１～３２８を有する。第２発光点の個数は、１以上であれば特に限定されない。第２発光点の個数は、第１発光点の個数と同一であってもよいし、第１発光点の個数より１少なくてもよい。第２発光点３２１～３２８は、それぞれ、第２光３２１ｂ～３２８ｂを出射する。第２光３２１ｂ～３２８ｂの各々は、レーザビームである。
　本実施の形態では、第１発光アレイ３１０から方向変換素子３３０に入射されるまでの第１光３１１ｂ～３１８ｂの進行方向は、第２発光アレイ３２０から方向変換素子３３０に入射されるまでの第２光３２１ｂ～３２８ｂの進行方向と逆向きである。
　本実施の形態では、第１発光アレイ３１０及び第２発光アレイ３２０のエミッタ間隔（つまり、発光点間隔）は約４００μｍである。各発光点の共振器長は１２００μｍである。隣り合う二つの発光点の間には、幅３００μｍのダミーリッジが形成されているが、各図では省略されている。
　図１Ａに示されるように、第１発光アレイ３１０及び第２発光アレイ３２０は、それぞれ、ｎ型ＧａＡｓ基板３５１及び３６１、ｎ型ＡｌｘＧａ１－ｘＡｓクラッド層３５２及び３６２、ＡｌｙＧａ１－ｙＡｓ活性層３５３及び３６３、並びに、ｐ型ＡｌｘＧａ１－ｘＡｓクラッド層３５４及び３６４を有する。ここで、ｘ及びｙは、各層における原子組成を表し、Ａｌ組成をｙ＜ｘとすることで、所謂ダブルへテロ構造としている。第１発光アレイ３１０及び第２発光アレイ３２０は、さらに、ガイド層、コンタクト層など（不図示）を有する。第１発光アレイ３１０及び第２発光アレイ３２０の発振波長は約８３０ｎｍである。
　方向変換素子３３０は、複数の第１発光点３１１～３１８からそれぞれ出射された複数の第１光３１１ｂ～３１８ｂの進行方向と、１以上の第２発光点３２１～３２８からそれぞれ出射された１以上の第２光３２１ｂ～３２８ｂの進行方向とを同一方向に変換する素子である。図１Ｂに示されるように、方向変換素子３３０は、第１発光アレイ３１０と第２発光アレイ３２０との間に配置され、方向変換素子３３０上の仮想的な変換直線３３０Ｌ上において、複数の第１光３１１ｂ～３１８ｂ及び１以上の第２光３２１ｂ～３２８ｂの進行方向を変換する。本実施の形態では、変換直線３３０Ｌ上において、複数の第１光３１１ｂ～３１８ｂがそれぞれ入射する複数の第１入射位置３１１ｉ～３１８ｉの各々と、１以上の第２光３２１ｂ～３２８ｂがそれぞれ入射する１以上の第２入射位置３２１ｉ～３２８ｉの各々とが、交互に配置される。言い換えると、変換直線３３０Ｌ上の、複数の第１光３１１ｂ～３１８ｂがそれぞれ入射する複数の第１入射位置３１１ｉ～３１８ｉのうち、隣り合う二つの第１入射位置の間に、１以上の第２光３２１ｂ～３２８ｂがそれぞれ入射する１以上の第２入射位置３２１ｉ～３２８ｉのうちの一つが配置される。
　方向変換素子３３０は、複数の第１光３１１ｂ～３１８ｂがそれぞれ入射し、第１発光アレイ３１０に対向する複数の第１面３３１１～３３１８と、１以上の第２光３２１ｂ～３２８ｂがそれぞれ入射し、第２発光アレイ３２０に対向する１以上の第２面３３２１～３３２８とを有する。本実施の形態では、複数の第１面３３１１～３３１８及び１以上の第２面３３２１～３３２８は、それぞれ、複数の第１光３１１ｂ～３１８ｂ及び１以上の第２光３２１ｂ～３２８ｂの進行方向を、９０度変換する。図１Ｂに示される例では、各第１面及び各第２面は、各第１光及び各第２光の各進行方向に対して４５度傾斜している。これにより、紙面に水平方向に進行する各第１光及び各第２光の進行方向を、紙面に垂直な方向に変換する。このように、変換直線３３０Ｌ上において第１光３１１ｂ～３１８ｂ及び第２光３２１ｂ～３２８ｂが交互に異なる方向から入射される方向変換素子３３０において、第１光３１１ｂ～３１８ｂの進行方向と、第２光３２１ｂ～３２８ｂの進行方向とを同一方向に変換できる。
　本実施の形態では、複数の第１面３３１１～３３１８及び１以上の第２面３３２１～３３２８は、それぞれ、複数の第１光３１１ｂ～３１８ｂ及び１以上の第２光３２１ｂ～３２８ｂを反射する平面状の反射面である。反射面は、例えば、図１Ａに示されるように三角柱状の反射体の一面に形成される。これにより、方向変換を行う各第１面及び各第２面をアルミ蒸着などの方法によって容易に形成できる。したがって、屈折などを用いて方向変換を行う場合より、低コストで方向変換素子を実現できる。本実施の形態では、各第１面及び各第２面は、ガラス基板からなる基体３３０ｓの上に三角柱状の反射体をガラスモールド成型によって形成した後、反射体の面にアルミ蒸着することによって形成される。
　複数の第１面３３１１～３３１８の各々と１以上の第２面３３２１～３３２８の各々とは、変換直線３３０Ｌ上に交互に配置される。本実施の形態では、複数の第１面３３１１～３３１８の各々と１以上の第２面３３２１～３３２８の各々とは、２００μｍ毎に交互に配置される。
　本実施の形態では、方向変換素子３３０は、基体３３０ｓを有する。基体３３０ｓには、複数の第１面３３１１～３３１８及び１以上の第２面３３２１～３３２８が配置される。
　第１面の個数は、複数であり、第１発光点の個数と等しくてもよい。第２面の個数は、１以上であり、第２発光点の個数と等しくてもよい。
　また、図１Ａ及び図１Ｂには図示しないが、発光装置３００は、第１光３１１ｂ～３１８ｂ及び第２光３２１ｂ～３２８ｂをそれぞれ集光するレンズを備えてもよい。例えば、発光装置３００は、第１発光アレイ３１０と方向変換素子３３０との間、及び、第２発光アレイ３２０と方向変換素子３３０との間にそれぞれ配置されたコリメートレンズを備えてもよい。これにより、各第１光及び各第２光が発散することを抑制できる。
　以上のような構成により、複数の第１光３１１ｂ～３１８ｂと１以上の第２光３２１ｂ～３２８ｂとが交互に並ぶレーザビームを得ることができる。本実施の形態では、各発光アレイのエミッタ間隔が４００μｍであるため、発光装置３００から出射されるレーザビームの間隔は、２００μｍとなる。つまり、実効的なエミッタ間隔が２００μｍの光源を実現できる。このように、本実施の形態では、実効的なエミッタ間隔を低減できる。
　従来のエミッタ間隔（発光点間隔）が２００μｍ及び４００μｍのアレイ構造を有する半導体レーザからなる発光アレイでは、各エミッタ（発光点）からのレーザ光出力は、それぞれ２Ｗ及び４Ｗが限界である。したがって、エミッタ間隔が２００μｍ、エミッタの個数が１６のアレイ構造を有する半導体レーザアレイでは、３２Ｗ（＝２Ｗ×１６個）のレーザ光出力が限界である。
　一方、本実施の形態に係る発光装置３００では、各発光アレイのエミッタ間隔は、４００μｍであるため、各エミッタからのレーザ光出力は、４Ｗである。また、実効的なエミッタ間隔は、上述のとおり２００μｍであるため、空間合成及び波長合成におけるビーム品質は、上記従来のエミッタ間隔２００μｍの発光アレイと同等で、かつ、レーザ光出力を当該発光アレイの２倍の６４Ｗとすることができる。
　［１－２．発光装置の実装態様］
　次に、本実施の形態に係る発光装置３００の実装態様について図２～図５を用いて説明する。図２及び図３は、それぞれ本実施の形態に係る第１発光アレイ３１０の実装態様を示す外観図及び断面図である。図３においては、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ断面が示されている。図４は、本実施の形態に係る第１発光アレイ３１０の実装工程途中の状態を示す図である。なお、図２～図４では、第１発光アレイ３１０の構成を示したが、第２発光アレイ３２０も第１発光アレイ３１０と同様の構成を有する。図５は、本実施の形態に係る発光装置３００の実装態様を示す上面図である。図５においては、第１発光アレイ３１０及び第２発光アレイ３２０の上方に配置される金属ブロックなどを取り除いて、第１発光アレイ３１０及び第２発光アレイ３２０を露出させた状態の外観図が示されている。
　図３に示されるように、第１発光アレイ３１０は、二つの金属ブロック１１１、１１２によって挟まれている。この構成により、第１発光アレイ３１０の無効電力に起因した熱を、金属ブロック１１１、１１２を用いて放散させることができる。図２に示されるように、これらの金属ブロック１１１、１１２はネジ１１３、１１４を用いて相互に固定される。なお、図３及び図４に示されるように、金属ブロック１１１と金属ブロック１１２との間は絶縁層１１５によって絶縁される。また、第１発光アレイ３１０と金属ブロック１１１及び１１２との間にはそれぞれサブマウント１１６及び金属層１１７が挿入される。
　このような実装態様を有する第１発光アレイ３１０と第２発光アレイ３２０とを用いて、図５に示されるような発光装置３００を実現できる。
　（実施の形態２）
　実施の形態２に係る発光装置について説明する。本実施の形態に係る発光装置は、第１発光アレイ３１０、第２発光アレイ３２０及び方向変換素子３３０が集積されている点において、実施の形態１に係る発光装置３００と相違する。以下、本実施の形態に係る発光装置について、実施の形態１に係る発光装置３００との相違点を中心に図６及び図７を用いて説明する。
　図６及び図７は、それぞれ本実施の形態に係る発光装置４００の構成を示す上面図及び外観図である。図６においては、発光装置４００の金属ブロック４０４を取り外した状態の上面図が示されている。
　本実施の形態に係る発光装置４００では、図６に示されるように、第１発光アレイ３１０、第２発光アレイ３２０及び方向変換素子３３０が同一の基板４０６上に配置されている。そして、基板４０６は、金属ブロック４０２上に実装され、金属ブロック４０４で覆われる。これにより、本実施の形態に係る発光装置４００は、集積された一つのモジュールを形成する。なお、金属ブロック４０４の方向変換素子３３０と対向する位置には、窓４０５が形成されている。これにより、発光装置４００の出射光は、窓４０５から出射される。
　本実施の形態では、基板４０６の構成はＣｕＷ基板である。なお、基板４０６の構成は、これに限定されず、他の材料で形成された基板であってもよい。また、基板４０６は、金属ブロック４０２と一体的に形成されていてもよい。つまり、金属ブロック４０２に、第１発光アレイ３１０、第２発光アレイ３２０及び方向変換素子３３０が配置されていてもよい。
　以上のように、本実施の形態では、第１発光アレイ３１０、第２発光アレイ３２０及び方向変換素子３３０が集積されている。これにより、発光装置４００内のアライメント及び発光装置４００と外部の光学素子とのアライメントが必要な箇所が減るため、アライメント精度を上げることができ、かつ、アライメントを容易化できる。
　なお、本実施の形態に係る発光装置４００では、第１発光アレイ３１０、第２発光アレイ３２０及び方向変換素子３３０が同一の基板４０６上に配置されたが、第１発光アレイ３１０、第２発光アレイ３２０及び方向変換素子３３０のすべてが同一の基板４０６上に配置されなくてもよい。例えば、第１発光アレイ３１０、第２発光アレイ３２０及び方向変換素子３３０のうち、少なくとも二つが同一の基板４０６上に配置されてもよい。このような構成によっても、発光装置のアライメント精度を上げることができ、かつ、アライメントを容易化できる。
　（実施の形態３）
　実施の形態３に係る発光装置について説明する。本実施の形態に係る発光装置は、方向変換素子の構成において、実施の形態１に係る発光装置３００と相違する。以下、本実施の形態に係る発光装置について、実施の形態１に係る発光装置３００との相違点を中心に、比較例と比較しながら図８～図１１を用いて説明する。
　図８は、本実施の形態に係る発光装置５００の構成を示す上面図である。図８においては、第１発光アレイ３１０及び第２発光アレイ３２０の上方に配置される金属ブロックなどを取り除いて、第１発光アレイ３１０及び第２発光アレイ３２０を露出させた状態の外観図が示されている。図９及び図１０は、それぞれ比較例１及び比較例２の発光装置におけるレーザビームの発散の様子を示す模式図である。図１１は、本実施の形態に係る発光装置５００におけるレーザビームの発散の様子を示す模式図である。
　図８に示されるように、本実施の形態に係る発光装置５００は、実施の形態１に係る発光装置３００と同様に、第１発光アレイ３１０と、第２発光アレイ３２０と、方向変換素子５３０とを備える。図８に示すように、本実施の形態に係る方向変換素子５３０は、複数の第１光がそれぞれ入射し、第１発光アレイ３１０に対向する複数の第１面と、１以上の第２光がそれぞれ入射し、第２発光アレイ３２０に対向する１以上の第２面とに、光路を制御する機能面５３６を有する。以下、本機能面５３６の作用について説明する。
　図９に示される比較例１の発光装置は、方向変換素子３３０の構成において、本実施の形態に係る発光装置５００と相違する。比較例１の発光装置の方向変換素子３３０は、実施の形態１に係る方向変換素子３３０と同様の構成を有する。なお、図９には、比較例１の発光装置からの光が入射される回折格子などからなる光学素子５０６も併せて示されている。
　図９に示される方向変換素子３３０の第１面３３１１は平面状の反射面である。図９に示されるように、第１発光点３１１からのレーザビームである第１光３１１ｂは、発散するため、第１面３３１１で反射した後も広がり続ける。そのため、第１光３１１ｂの中央付近の部分３１１ｂ１は光学素子５０６に入射するもの、周辺の部分３１１ｂ２は光学素子５０６に入射しない。つまり、周辺の部分３１１ｂ２は、利用できない無効な成分となる。したがって、比較例１の発光装置の光利用効率が低下する。
　そこで、図１０に示される比較例２の発光装置のように、第１発光点３１１と、第１面３３１１との間にコリメートレンズ５０７を配置することによって、第１光３１１ｂを平行化して利用効率の低下を抑制する方法が考えられる。なお、上記実施の形態１及び実施の形態２では、このようなコリメートレンズ５０７の図示が省略されている。図１０に示されるような構成により、第１光３１１ｂの利用効率は向上するが、コリメートレンズ５０７における透過損失などの損失が発生する。
　本実施の形態に係る発光装置５００では、図１１に示されるように、方向変換素子５３０の第１面５３１１に第１光３１１ｂの光路を制御する機能面５３６が形成されている。機能面５３６は、第１光３１１ｂの集光状態を変化させる。本実施の形態では、機能面５３６は、放物面状の形状を有する凹状の反射面であり、放物面の焦点は第１発光点３１１の出射点３１１ｅ付近にある。このため、出射点３１１ｅから出射された第１光３１１ｂは機能面５３６によって光学素子５０６に向かう平行化されたビームとなる。この結果、第１光３１１ｂのうち、中央付近の部分３１１ｂ１だけでなく、周辺の部分３１１ｂ２も光学素子５０６に入射される。このため本実施の形態に係る発光装置５００では、図１０に示されるようなコリメートレンズ５０７が不要になる。これに伴い、発光装置５００の小型化、及び、光学系の簡素化が図れるだけでなく、コリメートレンズの透過損失を除くことができるため、発光装置５００の効率低下を抑制できる。
　ここでは、第１発光点３１１に関する機能面５３６に対して述べたが、図８からも分かるように、他の発光点に対しても同様に機能面５３６が設けられている。これらの機能面５３６は同一である必要はなく、例えば、方向変換素子５３０の長手方向における中央部と端部とで形状が異なっていてもよい。例えば、機能面５３６が放物面であり、方向変換素子５３０の中央部と端部とで方向変換素子５３０から出射光が入射する外部光学素子までの距離（つまり、光路長）が異なる場合に、方向変換素子５３０の中央部と端部とで各第１光及び各第２光に対して最適な機能面における放物面形状も異なる。このため、機能面毎に形状を最適化することで、発光装置５００からの出射光の利用効率を最適化できる。
　なお、本実施の形態では、機能面５３６を用いてビームの平行化を行ったが、機能面５３６が他の機能を有してもよい。例えば、機能面５３６が収差の補正機能を有してもよい。
　また、本実施の形態では、機能面５３６として鏡面を用いたが、回折現象を用いた面を用いてもよい。
　また、本実施の形態では、複数の第１面及び１以上の第２面の両方が機能面を有したが、少なくとも一方が有してもよい。つまり、複数の第１面、及び、１以上の第２面の少なくとも一つが、光の集光状態を変えてもよい。
　加えて、このような機能面の形成は、本実施の形態以外の形態にも適用可能であり、他の実施の形態に係る発光装置に適用してもよい。
　（実施の形態４）
　実施の形態４に係る発光装置について説明する。本実施の形態に係る発光装置は、第１発光アレイの構成において、実施の形態１に係る発光装置３００と相違する。以下、本実施の形態に係る発光装置について、実施の形態１に係る発光装置３００との相違点を中心に、図１２を用いて説明する。
　図１２は、本実施の形態に係る発光装置６００の概略構成を示す鳥瞰図である。図１２に示されるように、本実施の形態に係る発光装置６００は、実施の形態１に係る発光装置３００と同様に、第１発光アレイ３１０、第２発光アレイ６２０及び方向変換素子３３０を備える。本実施の形態に係る第２発光アレイ６２０は、約４５０ｎｍの発振波長を有するＧａＮ系の半導体レーザである。
　第２発光アレイ６２０は、一列に配置された複数の第２発光点６２１～６２８を有する。図１２に示される例では、第２発光アレイ６２０は、アレイ構造を有する半導体レーザ素子であり、各々がリッジ部からなる導波路構造を有するエミッタである８個の第２発光点６２１～６２８を有する。第２発光点６２１～６２８は、それぞれ、第２光６２１ｂ～６２８ｂを出射する。第２光６２１ｂ～６２８ｂの各々は、レーザビームである。
　図１２に示されるように、第２発光アレイ６２０は、基本構成は実施例１と同じであるが、用いられる半導体材料はＧａＡｓ系でなくＧａＮ系である。
　第２発光アレイ６２０は、ｎ型ＧａＮ基板６６１、ｎ型ＡｌｓＧａ１－ｓＮクラッド層６６２、ＩｎｔＧａ１－ｔＮ活性層６６３及びｐ型ＡｌｓＧａ１－ｓＮクラッド層６６４を主に備える。ここで、ｓ及びｔは、各層における原子組成を表す。第２発光アレイ６２０は、さらに、ガイド層、コンタクト層、電子漏れ抑制層など（不図示）を備える。第２発光アレイ６２０の発振波長は約４５０ｎｍである。
　このように、本実施の形態では、第１発光アレイ３１０の発光波長と第２発光アレイ６２０の発光波長とが異なる。これにより、異なる波長の複数のレーザビームを有し、かつ、実効的なエミッタ間隔の低減された発光装置６００を実現できる。
　本実施の形態に係る発光装置６００においても、実施の形態１に係る発光装置３００と同様に、複数の第１光３１１ｂ～３１８ｂと１以上の第２光６２１ｂ～６２８ｂとが交互に並ぶレーザビームを得ることができる。この結果、波長約８３０ｎｍの赤外光からなる第１光と、波長約４５０ｎｍの青色光からなる第２光とが混ざったレーザビームが発光装置６００から出力される。このようなレーザビームは、例えば、レーザ加工で、アルミニウムと銅の複合材を切断する場合に有効である。すなわち、アルミニウムは赤外光をよく吸収し、銅はこの青色光をよく吸収するため、発光装置６００から出力されるレーザビームによって効率よく加工を行うことができる。
　（実施の形態５）
　実施の形態５に係る光学装置について説明する。本実施の形態に係る光学装置は、実施の形態２に係る発光装置４００と、空間合成光学系とを備える。以下、本実施の形態に係る光学装置について、図１３を用いて説明する。
　図１３は、本実施の形態に係る光学装置７００の概略構成を示す鳥瞰図である。図１３に示されるように、本実施の形態に係る光学装置７００は、実施の形態２に係る発光装置４００と、空間合成光学系７０１とを備える。
　空間合成光学系７０１は、発光装置４００から出射される複数の第１光及び１以上の第２光を空間合成する光学系である。図１３に示される例では、空間合成光学系７０１は、シリンドリカルレンズである。これにより、空間合成光学系７０１は、シリンドリカルレンズの焦点に発光装置４００から出射された複数の第１光及び１以上の第２光を集光できる。この焦点付近に蛍光体を配置することで得られる光をプロジェクタなどに利用できる。また、この焦点付近に被加工材料を配置することでレーザ加工を行うことができる。
　本実施の形態では、各第１光及び各第２光を出射するエミッタの間隔は、実効的なエミッタ間隔より広いため、各第１光及び各第２光のビーム品質の低下を抑制できる。したがって、本実施の形態に係る光学装置７００によれば、これらの各第１光及び各第２光を合成することで、ビーム品質の高いレーザ光を出射できる。
　なお、図１３に示す例では、発光装置として、実施の形態２に係る発光装置４００を用いたが、他の発光装置を用いてもよい。
　（実施の形態６）
　実施の形態６に係る光学装置について説明する。本実施の形態に係る光学装置は、実施の形態２に係る発光装置４００と、波長合成光学系とを備える。以下、本実施の形態に係る光学装置について、図１４を用いて説明する。
　図１４は、本実施の形態に係る光学装置８００の概略構成を示す鳥瞰図である。図１４に示されるように、本実施の形態に係る光学装置８００は、実施の形態２に係る発光装置４００と、波長合成光学系８０１とを備える。
　波長合成光学系８０１は、発光装置４００から出射される複数の第１光及び１以上の第２光を波長合成する光学系である。図１４に示される例では、波長合成光学系８０１は、シリンドリカルレンズ８０２と、回折格子８０３と、アウトプットカプラ８０４とを有する。
　本実施の形態に係る光学装置８００においては、発光装置４００からの複数の第１光及び１以上の第２光がシリンドリカルレンズ８０２を用いて集められ、回折格子８０３により一本のレーザビーム８０３ｂになる。レーザビーム８０３ｂはアウトプットカプラ８０４によって一部が反射され、各発光点（エミッタ）に戻る。つまり、波長合成光学系８０１は、所謂、外部共振器を形成する。これにより、容易にレーザ発振を実現できる。
　本実施の形態では、アウトプットカプラ８０４を透過したレーザビーム８００ｂが最終的な出射光となる。このような構成は、特に高いビーム品質が必要とされる切断用レーザに有用である。
　なお、図１４に示す例では、発光装置として、実施の形態２に係る発光装置４００を用いたが、他の発光装置を用いてもよい。
　（実施の形態７）
　実施の形態７に係る光学装置及び波長合成方法について説明する。まず、本実施の形態に係る光学装置などが解決する課題について説明する。
　レーザ加工は、金属、樹脂、炭素繊維などの加工対象素材に対して、制御性良く、クリーンに溶接、切断、改質などをできる手段として注目されている。レーザ加工によれば、例えば、アーク放電に比べて小さなスポット溶接が可能な点、金型を使った切断に比べて切り屑の発生を抑制できる点などにより、従来の加工手段より高品質な加工を実現できる。レーザ加工用のレーザ光として半導体レーザ光を直接用いるＤＤＬ（Ｄｉｒｅｃｔ　Ｄｉｏｄｅ　Ｌａｓｅｒ）方式は、（ａ）レーザ光を変換しないため高効率、及び、（ｂ）半導体レーザ材料を選ぶことにより紫外から赤外までのレーザ光で加工が可能という二つの特徴を有するため、特に注目されている。
　一般に半導体レーザの高出力化は、発光部であるエミッタの幅を広げることで投入できる電力を増やすことにより実現される。しかしながら、半導体レーザの発光効率はおよそ３０％以上５０％以下程度であるため、発光に寄与しない電力は熱になってエミッタの温度を上昇させる。この温度上昇は半導体レーザに出力熱飽和を生じさせる。そこで、１チップ上（言い換えればひとつの基板上）に複数のエミッタを並べたアレイ構造を有する半導体レーザが用いられる。
　この場合、各エミッタから出射された複数のレーザビームを加工用に用いるためには、複数のレーザビームを一つのレーザビームに纏めなければならない。この手法として、波長合成法が望ましい。この手法は同一光軸上にすべてのレーザビームを集めるものであり、ビーム品質が高いという特徴を有する。その一例を図２２に示す（特許文献２参照）。図２２は、従来技術の波長合成方法を示す模式図である。図２２に示される半導体レーザアレイ１０１２の各エミッタからの出射光は、コリメートレンズ１０２２を介して回折格子１０２４に照射される。
　ここで、波長合成方法の原理について述べる。周期ｄを有する回折格子に、波長λ１、λ２のレーザビームが各々、入射角θ１、θ２で入射した場合、これらの波長及び入射角の間に以下の式１の関係が成り立てば、これらの光を同一出射角θ０方向に出射することができる。
　　　ｄ（ｓｉｎθｉ－ｓｉｎθ０）＝ｍλｉ　　　　　　　　　　　　　　　（式１）
　　　（ｍ：ゼロを除く整数、ｉ＝１，２）
　すなわち、上記式１が成り立てば、ビーム品質を劣化させることなく、二本のレーザビームを同軸上に合成可能である。上記式１はＮ本のレーザビームの合成においても適用可能であり、より一般的に以下の式２で表される。
　　　ｄ（ｓｉｎθｉ－ｓｉｎθ０）＝ｍλｉ　　　　　　　　　　　　　　　（式２）
　　　（ｍ：ゼロを除く整数、ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）
　これにより、図２２に示されるように、θ０方向に向かう光の一部は反射ミラー１０３０によって一部が半導体レーザアレイ１０１２に帰還される。このように、反射ミラー１０３０が外部共振器を形成することによって波長がロックされる。
　このような原理によって、高効率なビーム合成が可能である。
　加工対象材料が単一材料の場合、従来例の手法、すなわち、概ね単一の波長で加工可能である。しかしながら、近年、異種材料を組み合わせた部材のレーザ加工が重要になっている。材料が異なると吸収する光の波長も異なる。例えば、リチウムイオン電池は、正極集電体としてアルミニウム箔、負極集電体として銅箔を用いている。このため、電極切断の際には、アルミニウム箔と銅箔とを同時に切断する必要がある。ところが、アルミニウムの吸収は近赤外域で高く、銅は短波長ほど高くなる。特許文献２に記載されたような波長合成の手法は、合成する波長範囲が比較的近い場合は適用可能であるが、例えば、近赤外光と青色光とを用いる場合のように合成する波長範囲が大きく異なる場合には、適用が困難である。
　そこで本実施の形態では、波長範囲が大きく異なる複数の光の合成を可能とする光学装置などを提供することを目的とする。
　［７－１．光学装置の構成］
　まず、本実施の形態に係る光学装置の構成を図１５Ａ及び図１５Ｂを用いて説明する。図１５Ａは、本実施の形態に係る光学装置９００の概略構成を示す鳥瞰図である。図１５Ｂは、本実施の形態に係る発光装置６００の概略構成を示す上面図である。
　本実施の形態に係る光学装置９００は、波長の異なる複数のレーザ光を合成する光源であり、図１５Ａに示されるように、発光装置６００と、波長合成光学系９０１とを備える。
　発光装置６００は、アレイ構造を有する発光アレイを備え、複数のレーザビームを出射する装置である。図１５Ａ及び図１５Ｂに示されるように、発光装置６００は、第１発光アレイ３１０と、第２発光アレイ６２０と、方向変換素子３３０とを備える。
　第１発光アレイ３１０は、第１波長帯のレーザビームを含む第１光を出射する第１光源の一例であり、一列に配置された複数の第１発光点３１１～３１８を有する。図１５Ａ及び図１５Ｂに示される例では、第１発光アレイ３１０は、アレイ構造を有する半導体レーザ素子であり、各々がリッジ部からなる導波路構造を有するエミッタである８個の第１発光点３１１～３１８を有する。第１発光点の個数は、複数であれば特に限定されない。図１５Ｂに示されるように、第１発光点３１１～３１８は、それぞれ、第１光３１１ｂ～３１８ｂを出射する。
　第２発光アレイ６２０は、第２波長帯のレーザビームを含む第２光を出射する第２光源の一例であり、一列に配置された１以上の第２発光点６２１～６２８を有する。図１５Ａ及び図１５Ｂに示される例では、第２発光アレイ６２０は、アレイ構造を有する半導体レーザ素子であり、各々がリッジ部からなる導波路構造を有するエミッタである８個の第２発光点６２１～６２８を有する。第２発光点の個数は、１以上であれば特に限定されない。第２発光点の個数は、第１発光点の個数と同一であってもよいし、第１発光点の個数より１少なくてもよい。図１５Ｂに示されるように、第２発光点６２１～６２８は、それぞれ、第２光６２１ｂ～６２８ｂを出射する。
　本実施の形態では、第１発光アレイ３１０から方向変換素子３３０に入射されるまでの第１光３１１ｂ～３１８ｂの進行方向は、第２発光アレイ６２０から方向変換素子３３０に入射されるまでの第２光６２１ｂ～６２８ｂの進行方向と逆向きである。
　本実施の形態では、第１発光アレイ３１０及び第２発光アレイ６２０のエミッタ間隔（つまり、発光点間隔）は約４００μｍである。各発光点の共振器長は１２００μｍである。隣り合う二つの発光点の間には、幅３００μｍのダミーリッジが形成されているが、各図では省略されている。
　図１５Ａに示されるように、第１発光アレイ３１０は、ｎ型ＧａＡｓ基板３５１、ｎ型ＡｌｘＧａ１－ｘＡｓクラッド層３５２、ＡｌｙＧａ１－ｙＡｓ活性層３５３及びｐ型ＡｌｘＧａ１－ｘＡｓクラッド層３５４を有し、かつ、アレイ構造を有する半導体レーザである。第２発光アレイ６２０は、ｎ型ＧａＮ基板６６１、ｎ型ＡｌｓＧａ１－ｓＮクラッド層６６２、ＩｎｔＧａ１－ｔＮ活性層６６３及びｐ型ＡｌｓＧａ１－ｓＮクラッド層６６４を有し、かつ、アレイ構造を有する半導体レーザである。ここで、ｘ、ｙ、ｓ及びｔは、各層における原子組成を表す。第１発光アレイ３１０及び第２発光アレイ６２０は、さらに、ガイド層、コンタクト層など（不図示）を有する。第１発光アレイ３１０の発振波長は、約８３０ｎｍであり、第２発光アレイ６２０の発振波長は約４１５ｎｍである。本実施の形態に係る複数の第１光３１１ｂ～３１８ｂは、８００ｎｍ以上８６０ｎｍ以下の波長帯である第１波長帯のレーザビームを含み、１以上の第２光６２１ｂ～６２８ｂは、４００ｎｍ以上４３０ｎｍ以下の波長帯である第２波長帯のレーザビームを含む。
　方向変換素子３３０は、第１光源から出射される第１光３１１ｂ～３１８ｂの進行方向、及び、第２光源から出射される第２光６２１ｂ～６２８ｂの進行方向の少なくとも一方を変換する光学素子である。本実施の形態では、複数の第１発光点３１１～３１８からそれぞれ出射された複数の第１光３１１ｂ～３１８ｂの進行方向と、１以上の第２発光点６２１～６２８からそれぞれ出射された１以上の第２光６２１ｂ～６２８ｂの進行方向とを同一方向に変換する。図１５Ｂに示されるように、方向変換素子３３０は、第１発光アレイ３１０と第２発光アレイ６２０との間に配置され、方向変換素子３３０上の仮想的な変換直線３３０Ｌ上において、複数の第１光３１１ｂ～３１８ｂ及び１以上の第２光６２１ｂ～６２８ｂの進行方向を変換する。本実施の形態では、変換直線３３０Ｌ上において、複数の第１光３１１ｂ～３１８ｂがそれぞれ入射する複数の第１入射位置３１１ｉ～３１８ｉの各々と、１以上の第２光６２１ｂ～６２８ｂがそれぞれ入射する１以上の第２入射位置６２１ｉ～６２８ｉの各々とが、交互に配置される。言い換えると、変換直線３３０Ｌ上の、複数の第１光３１１ｂ～３１８ｂがそれぞれ入射する複数の第１入射位置３１１ｉ～３１８ｉのうち、隣り合う二つの第１入射位置の間に、１以上の第２光６２１ｂ～６２８ｂがそれぞれ入射する１以上の第２入射位置６２１ｉ～６２８ｉのうちの一つが配置される。
　方向変換素子３３０は、複数の第１光３１１ｂ～３１８ｂがそれぞれ入射し、第１発光アレイ３１０に対向する複数の第１面３３１１～３３１８と、１以上の第２光６２１ｂ～６２８ｂがそれぞれ入射し、第２発光アレイ６２０に対向する１以上の第２面３３２１～３３２８とを有する。本実施の形態では、複数の第１面３３１１～３３１８及び１以上の第２面３３２１～３３２８は、それぞれ、複数の第１光３１１ｂ～３１８ｂ及び１以上の第２光６２１ｂ～６２８ｂの進行方向を、９０度変換する。図１５Ｂに示される例では、各第１面及び各第２面は、各第１光及び各第２光の各進行方向に対して４５度傾斜している。これにより、紙面に水平方向に進行する各第１光及び各第２光の進行方向を、紙面に垂直な方向に変換する。このように、変換直線３３０Ｌ上において第１光３１１ｂ～３１８ｂ及び第２光６２１ｂ～６２８ｂが交互に異なる方向から入射される方向変換素子３３０において、第１光３１１ｂ～３１８ｂの進行方向と、第２光６２１ｂ～６２８ｂの進行方向とを同一方向に変換できる。
　本実施の形態に係る方向変換素子３３０は、第１発光アレイ３１０と第２発光アレイ６２０との間に配置され、かつ、複数の第１光３１１ｂ～３１８ｂ及び１以上の第２光６２１ｂ～６２８ｂのすべての光の方向を同一方向に変換できる。これにより、光学装置９００の小型化を実現できる。
　本実施の形態では、複数の第１面３３１１～３３１８及び１以上の第２面３３２１～３３２８は、それぞれ、複数の第１光３１１ｂ～３１８ｂ及び１以上の第２光６２１ｂ～６２８ｂを反射する平面状の反射面である。反射面は、例えば、図１５Ａに示されるように三角柱状の反射体の一面に形成される。これにより、方向変換を行う各第１面及び各第２面をアルミ蒸着などの方法によって容易に形成できる。したがって、屈折などを用いて方向変換を行う場合より、低コストで方向変換素子を実現できる。本実施の形態では、各第１面及び各第２面は、ガラス基板からなる基体３３０ｓの上に三角柱状の反射体をガラスモールド成型によって形成した後、反射体の面にアルミ蒸着することによって形成される。
　複数の第１面３３１１～３３１８の各々と１以上の第２面３３２１～３３２８の各々とは、変換直線３３０Ｌ上に交互に配置される。本実施の形態では、複数の第１面３３１１～３３１８の各々と１以上の第２面３３２１～３３２８の各々とは、２００μｍ毎に交互に配置される。
　本実施の形態では、方向変換素子３３０は、基体３３０ｓを有する。基体３３０ｓには、複数の第１面３３１１～３３１８及び１以上の第２面３３２１～３３２８が配置される。
　第１面の個数は、複数であり、第１発光点の個数と等しくてもよい。第２面の個数は、１以上であり、第２発光点の個数と等しくてもよい。
　また、図１５Ａ及び図１５Ｂには図示しないが、発光装置６００は、第１光３１１ｂ～３１８ｂ及び第２光６２１ｂ～６２８ｂをそれぞれ集光するレンズを備えてもよい。例えば、発光装置６００は、第１発光アレイ３１０と方向変換素子３３０との間、及び、第２発光アレイ６２０と方向変換素子３３０との間にそれぞれ配置されたコリメートレンズを備えてもよい。これにより、各第１光及び各第２光が発散することを抑制できる。
　以上のような構成により、本実施の形態に係る発光装置６００によれば、複数の第１光３１１ｂ～３１８ｂと１以上の第２光６２１ｂ～６２８ｂとが交互に並ぶレーザビームを得ることができる。本実施の形態では、各発光アレイのエミッタ間隔が４００μｍであるため、発光装置６００から出射されるレーザビームの間隔は、２００μｍとなる。つまり、実効的なエミッタ間隔が２００μｍの光源を実現できる。このように、本実施の形態では、実効的なエミッタ間隔を低減できる。
　従来のエミッタ間隔（発光点間隔）が２００μｍ及び４００μｍのアレイ構造を有する半導体レーザからなる発光アレイでは、各エミッタ（発光点）からのレーザ光出力は、それぞれ２Ｗ及び４Ｗが限界である。したがって、エミッタ間隔が２００μｍ、エミッタの個数が１６のアレイ構造を有する半導体レーザアレイでは、３２Ｗ（＝２Ｗ×１６個）のレーザ光出力が限界である。
　一方、本実施の形態に係る発光装置６００では、各発光アレイのエミッタ間隔は、４００μｍであるため、各エミッタからのレーザ光出力は、４Ｗである。また、実効的なエミッタ間隔は、上述のとおり２００μｍであるため、空間合成及び波長合成におけるビーム品質は、上記従来のエミッタ間隔２００μｍの発光アレイと同等で、かつ、レーザ光出力を当該発光アレイの２倍の６４Ｗとすることができる。
　波長合成光学系９０１は、発光装置６００から出射される複数の第１光及び１以上の第２光を波長合成する光学系である。本実施の形態では、波長合成光学系９０１は、シリンドリカルレンズ９０２と、回折格子９０３と、アウトプットカプラ９０４とを有する。
　シリンドリカルレンズ９０２は、発光装置６００から出射される一列に配列されたレーザビームを集光する光学素子である。
　回折格子９０３は、第１光３１１ｂ～３１８ｂと第２光６２１ｂ～６２８ｂとを合成する回折光学素子である。本実施の形態では、回折格子９０３は一定の周期ｄを有する。回折格子９０３は、シリンドリカルレンズ９０２によって集光された複数の第１光３１１ｂ～３１８及ｂび１以上の第２光６２１ｂ～６２８ｂを一本のレーザビームに合成する。
　アウトプットカプラ９０４は、共振器を形成する出力ミラーである。本実施の形態では、アウトプットカプラ９０４は、入射した光の一部を透過し、他の一部を反射する部分反射ミラーである。アウトプットカプラ９０４は、各発光点のリア側の端面との間で外部共振器を形成する。アウトプットカプラ９０４で反射した光は、各発光点に戻り当該外部共振器内で共振する。アウトプットカプラ９０４を透過した光は、光学装置９００の出射光となる。
　［７－２．作用］
　次に、本実施の形態に係る光学装置９００及び波長合成方法の作用について説明する。
　上述のとおり、本実施の形態に係る光学装置９００は、第１光源の一例である第１発光アレイ３１０と、第２光源の一例である第２発光アレイ６２０と、第１光３１１ｂ～３１８ｂと第２光６２１ｂ～６２８ｂとを合成する回折光学素子の一例である回折格子９０３とを備える。第１光源の一例である第１発光アレイ３１０は、８００ｎｍ以上８６０ｎｍ以下の波長帯である第１波長帯のレーザビームを含む第１光３１１ｂ～３１８ｂを出射する。また、本実施の形態に係る第２光源の一例である第２発光アレイ６２０は、４００ｎｍ以上４３０ｎｍ以下の波長帯である第２波長帯のレーザビームを含む第２光６２１ｂ～６２８ｂを出射する。
　本実施の形態に係る光学装置９００及び波長合成方法においては、第１波長帯に含まれる第１波長をλ１＝８３０ｎｍとし、第２波長帯に含まれる第２波長をλ２＝４１５ｎｍとし、Ｍを２以上の自然数として、以下の式３が満たされる。
　　　λ１＝Ｍ×λ２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（式３）
　なお、本実施の形態では、第１波長λ１が８３０ｎｍであり、第２波長λ２が４１５ｎｍであることからＭ＝２である。ここで、第２波長λ２が、上記式１を満たす場合、第２光の回折格子９０３への入射角θ２、回折格子９０３からの出射角θ０、回折格子９０３の周期ｄについて、以下の式４が成り立つ。
　　　　ｄ（ｓｉｎθ２－ｓｉｎθ０）＝ｍλ２　　　　　　　　　　　　　　（式４）
　　　　　（ｍ：ゼロを除く整数）
　この式４に上記式３を代入すれば、以下の式５が得られる。
　　　ｄ（ｓｉｎθ２－ｓｉｎθ０）＝ｍ（Ｍ×λ１）＝（ｍ×Ｍ）λ１　　　（式５）
　上記式５において、ｍ及びＭは整数であることから、（ｍ×Ｍ）も整数となり、第１波長λ１に対しても回折条件を満たす。すなわち第１波長λ１に対して回折条件を満たす波長合成光学系において、第２波長λ２に対しても波長合成可能である。
　従って、本実施の形態に係る光学装置９００は、第１光３１１ｂ～３１８ｂも第２光６２１ｂ～６２８ｂも同一光軸を進み、良好なビーム品質を有する二波長高出力光源となる。つまり、本実施の形態に係る光学装置９００によれば、波長範囲が倍以上異なる複数の光の合成が可能となる。
　以上のように、本実施の形態に係る波長合成方法は、第１波長帯のレーザビームを含む第１光と、第２波長帯のレーザビームを含む第２光とを生成するステップと、第１光と、第２光とを回折現象を用いて合成するステップとを含み、第１波長帯に含まれる第１波長をλ１とし、第２波長帯に含まれる第２波長をλ２とし、Ｍを２以上の自然数として、λ１＝Ｍ×λ２が満たされる。これにより、波長範囲が倍以上異なる複数の光の合成が可能となる。
　また、本実施の形態に係る光学装置９００では、上述のとおり、第１波長帯は、８３０ｎｍを含み、第２波長帯は、４１５ｎｍを含む。このような二つの波長帯のレーザビームを合成することで、例えば、８００ｎｍ帯において吸収が大きいアルミニウムと、４００ｎｍ帯において吸収が大きい銅とを同時加工することが可能となる。
　ここで、上記式５を満たすために必要な整数Ｍの条件について説明する。入射角θｉ（ｉ＝１，２）及び出射角θ０は、原理的には、以下の範囲の値をとり得る。
　　　－π／２＜θｉ＜π／２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（式６）
　　　－π／２＜θ０＜π／２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（式７）
　これにより、入射角θｉ及び出射角θ０について、それぞれ以下の式８及び式９が成り立つ。
　　　－１＜ｓｉｎ（θｉ）＜１　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（式８）
　　　－１＜ｓｉｎ（θ０）＜１　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（式９）
　したがって、ｓｉｎ（θｉ）とｓｉｎ（θ０）との間に、以下の式１０が成り立つ。
　　　－２＜ｓｉｎ（θｉ）－ｓｉｎ（θ０）＜２　　　　　　　　　　　　（式１０）
　一方、上記式５より、以下の式１１が成り立つ。
　　　ｓｉｎ（θｉ）－ｓｉｎ（θ０）＝（ｍ×Ｍ）λｉ／ｄ　　　　　　　（式１１）
　Ｍは２以上の自然数であることを考慮すると、上記式１０と式１１から以下の式１２が成り立つ。
　　　２≦Ｍ＜２ｄ／（ｍλｉ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（式１２）
　この式１２より、２以上の整数Ｍの取り得る値の範囲がわかる。
　ここで、代表的な回折格子９０３の単位長さあたりの格子数を８００本／ｍｍとすると、周期ｄは、１２５０ｎｍとなる。波長合成において、第１波長λ１を８３０ｎｍとし、短波長側の第２波長における回折格子次数ｍを１とすると、上記式１２の右辺は以下のように算出される。
　　　２ｄ／（ｍλ２）＝２×１２５０／（１×９００）＝２．７　　　　　（式１３）
　したがって、２≦Ｍ＜２．７となることから、Ｍは２である。
　［７－３．発光装置の実装態様］
　次に、本実施の形態に係る光学装置９００の実装態様について説明する。ここでは、光学装置９００のうち、発光装置６００の実装態様について、図１６及び図１７を用いて説明する。図１６及び図１７は、それぞれ本実施の形態に係る発光装置６００の構成を示す上面図及び外観図である。図１６においては、発光装置６００の金属ブロック４０４を取り外した状態の上面図が示されている。
　本実施の形態に係る発光装置６００では、図１６に示されるように、第１発光アレイ３１０、第２発光アレイ６２０及び方向変換素子３３０が同一の基板４０６上に配置されている。そして、基板４０６は、金属ブロック４０２上に実装され、金属ブロック４０４で覆われる。これにより、本実施の形態に係る発光装置６００は、集積された一つのモジュールを形成する。なお、金属ブロック４０４の方向変換素子３３０と対向する位置には、窓４０５が形成されている。これにより、発光装置６００の出射光は、窓４０５から出射される。
　本実施の形態では、基板４０６の構成はＣｕＷ基板である。なお、基板４０６の構成は、これに限定されず、他の材料で形成された基板であってもよい。また、基板４０６は、金属ブロック４０２と一体的に形成されていてもよい。つまり、金属ブロック４０２に、第１発光アレイ３１０、第２発光アレイ６２０及び方向変換素子３３０が配置されていてもよい。
　以上のように、本実施の形態では、第１発光アレイ３１０、第２発光アレイ６２０及び方向変換素子３３０が集積されている。これにより、発光装置６００内のアライメント及び発光装置６００と外部の波長合成光学系９０１などとのアライメントが必要な箇所が減るため、アライメント精度を上げることができ、かつ、アライメントを容易化できる。
　（実施の形態８）
　実施の形態８に係る光学装置について説明する。本実施の形態に係る光学装置は、発光装置が有する方向変換素子の構成において、実施の形態７に係る光学装置９００と相違する。以下、本実施の形態に係る光学装置について、実施の形態７に係る光学装置９００との相違点を中心に、図１８及び図１１を用いて説明する。
　図１８は、本実施の形態に係る発光装置６００ａの構成を示す上面図である。図１８においては、第１発光アレイ３１０及び第２発光アレイ６２０の上方に配置される金属ブロックなどを取り除いて、第１発光アレイ３１０及び第２発光アレイ６２０を露出させた状態の外観図が示されている。
　図１８に示されるように、本実施の形態に係る発光装置６００ａは、実施の形態７に係る発光装置６００と同様に、第１発光アレイ３１０と、第２発光アレイ６２０と、方向変換素子５３０とを備える。図１８に示すように、本実施の形態に係る方向変換素子５３０は、複数の第１光がそれぞれ入射し、第１発光アレイ３１０に対向する複数の第１面と、１以上の第２光がそれぞれ入射し、第２発光アレイ６２０に対向する１以上の第２面とに、光路を制御する機能面５３６を有する。本機能面５３６は、図１１に示される機能面５３６と同様の作用を奏する。
　このため本実施の形態に係る発光装置６００ａでは、図１０に示されるようなコリメートレンズ５０７が不要になる。これに伴い、発光装置６００ａの小型化、及び、光学系の簡素化が図れるだけでなく、コリメートレンズの透過損失を除くことができるため、発光装置６００ａの効率低下を抑制できる。
　ここでは、第１発光点３１１に関する機能面５３６に対して述べたが、図１８からも分かるように、他の発光点に対しても同様に機能面５３６が設けられている。これらの機能面５３６は同一である必要はなく、例えば、方向変換素子５３０の長手方向における中央部と端部で形状が異なっていてもよい。例えば、機能面５３６が放物面であり、方向変換素子５３０の中央部と端部とで方向変換素子５３０から出射光が入射する外部光学素子までの距離（つまり、光路長）が異なる場合に、方向変換素子５３０の中央部と端部とで各第１光及び各第２光に対して最適な機能面における放物面形状も異なる。このため、機能面毎に形状を最適化することで、発光装置６００ａからの出射光の利用効率を最適化できる。また、複数の第１面と１以上の第２面とで形成する機能面５３６の構成を異ならせてもよい。これにより、方向変換素子５３０は、第１面及び第２面に入射する光の波長に合わせた構成を備えてもよい。
　なお、本実施の形態では、機能面５３６を用いてビームの平行化を行ったが、機能面５３６が他の機能を有してもよい。例えば、機能面５３６が収差の補正機能を有してもよい。
　また、本実施の形態では、機能面５３６として鏡面を用いたが、回折現象を用いた面を用いてもよい。
　加えて、このような機能面の形成は、本実施の形態以外の形態にも適用可能であり、他の実施の形態に係る発光装置に適用してもよい。
　（実施の形態９）
　実施の形態９に係る光学装置について説明する。本実施の形態に係る光学装置は、発光装置が有する第１発光アレイ及び第２発光アレイの構成において、実施の形態７に係る光学装置９００と相違する。以下、本実施の形態に係る発光装置について、実施の形態７に係る発光装置６００との相違点を中心に、図を用いて説明する。
　図１９は、本実施の形態に係る発光装置２００の概略構成を示す上面図である。図１９に示されるように、本実施の形態に係る発光装置２００は、実施の形態７に係る発光装置６００と同様に、第１発光アレイ２１０、第２発光アレイ２２０及び方向変換素子３３０を備える。
　本実施の形態に係る第１発光アレイ２１０は、一列に配置された複数の第１発光点２１１～２１４を有し、第２発光アレイ２２０は、一列に配置された１以上の第２発光点２２１～２２４を有する。本実施の形態に係る第１発光点２１１～２１４及び第２発光点２２１～２２４は、それぞれ、シングルエミッタの半導体レーザ素子を有する一般的なＣＡＮパッケージの半導体レーザ装置である。各発光点が備える半導体レーザ素子は直径約９ｍｍのＣＡＮパッケージ内に実装されている。図１９では、簡単のため、各発光点の出射部に取り付けるコリメートレンズは示していない。
　第１発光点２１１～２１４及び第２発光点２２１～２２４は、それぞれ銅ブロックに半田で固定されている。これにより、各発光点の放熱を行い、かつ、各発光点の相対的な位置を固定している。また各銅ブロック内で第１発光点及び第２発光点の各々は電気的に直列接続されている。
　第１発光点２１１～２１４は、第１直線２１０Ｌ上に配置され、第２発光点２２１～２２４は、第２直線２２０Ｌ上に配置される。
　方向変換素子３３０は、第１発光アレイ２１０と第２発光アレイ２２０との間に配置され、方向変換素子３３０上の仮想的な変換直線３３０Ｌ上において、第１光及び第２光の進行方向を変換する。ここで、第１直線２１０Ｌと第２直線２２０Ｌと変換直線３３０Ｌとは、平行である。
　本実施の形態に係る光学装置においても、第１発光点２１１～２１４からは、８００ｎｍ以上８６０ｎｍ以下の波長帯である第１波長帯のレーザビームを含む第１光を出射する。また、第２発光点２２１～２２４からは、４００ｎｍ以上４３０ｎｍ以下の波長帯である第２波長帯のレーザビームを含む第２光を出射する。これにより、本実施の形態に係る光学装置によれば、実施の形態７に係る光学装置９００と同様の効果を得られる。
　また、本実施の形態で用いたＣＡＮパッケージ型のシングルエミッタは、実施の形態７で用いたアレイ構造を有する半導体レーザより光出力パワーは小さい。しかしながら、ＣＡＮパッケージ型のシングルエミッタは、半田加工などの出力が低くても許容されるレーザ加工分野において有効である。また、ＣＡＮパッケージ型のシングルエミッタは、量産されており比較的入手が容易であることから、本実施の形態に係る発光装置２００を備える光学装置によれば、低価格で、ビーム品質が良いレーザ加工機を実現できる。
　（実施の形態１０）
　実施の形態１０に係る光学装置について説明する。本実施の形態に係る光学装置は、主に、発光装置の構成において実施の形態７に係る光学装置９００と相違する。以下、本実施の形態に係る光学装置について、図２０を用いて説明する。
　図２０は、本実施の形態に係る光学装置９００ｂの概略構成を示す模式図である。図２０に示されるように、本実施の形態に係る光学装置９００ｂは、発光装置６００ｂと、波長合成光学系９０１ｂとを備える。
　発光装置６００ｂは、第１発光アレイ４１０と、第２発光アレイ４２０と、第３発光アレイ４３０と、集光レンズ４５１～４５３と、方向変換素子４４０とを有する。
　第１発光アレイ４１０は、第１波長帯のレーザビームを含む第１光４１０ｂを出射する第１光源の一例であり、一列に配置された複数の第１発光点を有する。本実施の形態では、第１発光アレイ４１０は、各々がＧａＡｓ系半導体で形成されたエミッタからなる８本の第１発光点を有する。第１発光アレイ４１０では、活性層にＡｌＧａＡｓを用いることで発振波長が約７９８ｎｍの近赤外の８本の第１光４１０ｂを生成できる。
　第２発光アレイ４２０は、第２波長帯のレーザビームを含む第２光４２０ｂを出射する第２光源の一例であり、一列に配置された複数の第２発光点を有する。本実施の形態では、第２発光アレイ４２０は、各々がＧａＮ系半導体で形成されたエミッタからなる８本の第２発光点を有する。第２発光アレイ４２０では、活性層にＩｎＧａＮを用いることで発振波長が約５３２ｎｍの緑色の８本の第２光４２０ｂを生成できる。
　第３発光アレイ４３０は、第３波長帯のレーザビームを含む第３光４３０ｂを出射する第３光源の一例であり、一列に配置された複数の第３発光点を有する。本実施の形態では、第３発光アレイ４３０は、各々がＧａＮ系半導体で形成されたエミッタからなる８本の第３発光点を有する。第３発光アレイ４３０では、活性層にＡｌＧａＮを用いることで発振波長が約２６６ｎｍの紫外の８本の第３光４３０ｂを生成できる。
　集光レンズ４５１、４５２及び４５３は、それぞれ、第１発光アレイ４１０、第２発光アレイ４２０及び第３発光アレイ４３０の出射面に対向する位置に配置され、第１光４１０ｂ、第２光４２０ｂ及び第３光４３０ｂを集光する光学素子である。集光レンズ４５１～４５３として、例えば、シリンドリカルレンズを用いることができる。なお、第１発光アレイ４１０、第２発光アレイ４２０及び第３発光アレイ４３０と集光レンズ４５１、４５２及び４５３との間に、それぞれ、各発光点からのレーザビームを平行化するコリメートレンズを設けてもよい。
　方向変換素子４４０は、第１光４１０ｂの進行方向、第２光４２０ｂの進行方向及び第３光４３０ｂの進行方向の少なくとも一つを変換する光学素子である。本実施の形態では、方向変換素子４４０は、ダイクロイックミラー４４１及び４４２を有する。
　ダイクロイックミラー４４１は、波長７００ｎｍ以上の光を反射し、波長７００ｎｍ未満の光を透過する光学素子であり、第１光４１０ｂ及び第３光４３０ｂの光路上に配置される。これにより、ダイクロイックミラー４４１は、第１光４１０ｂを反射し、かつ、第２光４２０ｂ及び第３光４３０ｂを透過する。ダイクロイックミラー４４１は、例えば、誘電体多層膜によって形成される。
　ダイクロイックミラー４４２は、波長４００ｎｍ以上の光を反射し、波長４００ｎｍ未満の光を透過する光学素子であり、第２光４２０ｂ及び第３光４３０ｂの光路上に配置される。これにより、ダイクロイックミラー４４２は、第２光４２０ｂを反射し、かつ、第３光４３０ｂを透過する。ダイクロイックミラー４４２は、例えば、誘電体多層膜によって形成される。
　したがって、方向変換素子４４０は、第１光４１０ｂの進行方向及び第２光４２０ｂの進行方向を変換する。本実施の形態では、方向変換素子４４０は、第１光４１０ｂ及び第２光４２０ｂを波長合成光学系９０１ｂの回折格子９０３に向かう向きに反射する。
　波長合成光学系９０１ｂは、発光装置６００ｂから出射される第１光４１０ｂ、第２光４２０ｂ及び第３光４３０ｂを波長合成する光学系である。本実施の形態では、波長合成光学系９０１ｂは、実施の形態７と同様の回折格子９０３及びアウトプットカプラ９０４を備える。
　以下、本実施の形態に係る光学装置９００ｂの作用について説明する。
　第１発光アレイ４１０から出射した第１光４１０ｂは、集光レンズ４５１で集光され、ダイクロイックミラー４４１で反射された後、回折格子９０３の集光点に集光される。第２発光アレイ４２０から出射した第２光４２０ｂは、集光レンズ４５２で集光され、ダイクロイックミラー４４２で反射された後、ダイクロイックミラー４４１を透過し、回折格子９０３の集光点に集光される。第３発光アレイ４３０から出射した第３光４３０ｂは、集光レンズ４５３で集光され、ダイクロイックミラー４４２及び４４１を透過した後、回折格子９０３の集光点に集光される。
　ここで第１発光アレイ４１０の第１波長帯に含まれる第１波長λ１を７９８ｎｍとし、第２発光アレイ４２０の第２波長帯に含まれる第２波長λ２を５３２ｎｍとし、第３発光アレイ４３０の第３波長帯に含まれる第３波長λ３を２６６ｎｍとする。この場合、λ１＝３×λ３、及び、λ２＝２×λ３が成り立つ。つまり、第１光と第３光との間、及び、第２光と第３光との間に、上記式３が成り立つ。よって、これらの三つのレーザビームは、波長合成光学系９０１ｂによって同一の光軸上のレーザビームに合成される。合成されたレーザビームのうち一部の光はアウトプットカプラ９０４と、各発光点とで形成される外部共振器内で共振する。アウトプットカプラ９０４を透過した光は、光学装置９００ｂの出射光となる。このように３波長の光を含む高出力かつ高品質のレーザビームを用いることで、被加工材料により適したレーザビームを用いたレーザ加工が可能になる。
　なお、本実施の形態では、三つのレーザビームを用いたが、本実施の形態と同様にダイクロイックミラーからなる方向変換素子を用いた光学装置において、二つのレーザビームを用いることも可能である。この場合、方向変換素子は、一つのダイクロイックミラーで実現でき、第１光の進行方向、及び、第２光の進行方向の少なくとも一方を変換する。
　（その他の変形例など）
　以上、本開示に係る発光装置、光学装置及び波長合成方法について、各実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、上記各実施の形態に限定されるものではない。
　例えば、上記各実施の形態では、特定の材料、レーザ構造だけを例示したが、発光装置の各発光アレイにおいて採用され得る材料及びレーザ構造は、上記各実施の形態及び変形例で示した例に限定されない。例えば、第１発光アレイ及び第２発光アレイにおいて、ＧａＡｓ系、ＧａＮ系、ＩｎＧａＡｓＰ系、ＡｌＩｎＧａＰ系、ＧａＳｂ系、量子カスケードレーザなどの半導体レーザアレイ、ファイバーレーザ、固体レーザなども適用できる。
　また、上記実施の形態７～１０に係る光学装置は、第１光源及び第２光源がそれぞれ複数の発光点を有したが、それぞれ単一の発光点を有してもよい。
　また、上記実施の形態では、各第１発光点及び各第２発光点は、リッジ部でなくてもよく、例えば埋め込み構造などでもよい。
　また、上記各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で上記各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。
　本開示の発光装置、光学装置及び波長合成方法は、例えば、ビーム品質が高く高出力なレーザ光源としてレーザ加工などに適用できる。
１１１、１１２、４０２、４０４　金属ブロック
１１３、１１４　ネジ
１１５　絶縁層
１１６　サブマウント
１１７　金属層
２００、３００、４００、５００、６００、６００ａ、６００ｂ　発光装置
２１０、３１０、４１０　第１発光アレイ
２１０Ｌ　第１直線
２１１、２１２、２１３、２１４、３１１、３１２、３１３、３１４、３１５、３１６、３１７、３１８　第１発光点
３１１ｂ、３１２ｂ、３１３ｂ、３１４ｂ、３１５ｂ、３１６ｂ、３１７ｂ、３１８ｂ、４１０ｂ　第１光
３１１ｂ１　中央付近の部分
３１１ｂ２　周辺の部分
３１１ｅ　出射点
３１１ｉ、３１２ｉ、３１３ｉ、３１４ｉ、３１５ｉ、３１６ｉ、３１７ｉ、３１８ｉ　第１入射位置
２２０、３２０、４２０、６２０　第２発光アレイ
２２１、２２２、２２３、２２４、３２１、３２２、３２３、３２４、３２５、３２６、３２７、３２８、６２１、６２２、６２３、６２４、６２５、６２６、６２７、６２８　第２発光点
３２１ｂ、３２２ｂ、３２３ｂ、３２４ｂ、３２５ｂ、３２６ｂ、３２７ｂ、３２８ｂ、４２０ｂ、６２１ｂ、６２２ｂ、６２３ｂ、６２４ｂ、６２５ｂ、６２６ｂ、６２７ｂ、６２８ｂ　第２光
３２１ｉ、３２２ｉ、３２３ｉ、３２４ｉ、３２５ｉ、３２６ｉ、３２７ｉ、３２８ｉ、６２１ｉ、６２２ｉ、６２３ｉ、６２４ｉ、６２５ｉ、６２６ｉ、６２７ｉ、６２８ｉ　第２入射位置
３３０、４４０、５３０　方向変換素子
３３０Ｌ　変換直線
３３０ｓ　基体
３５１、３６１　ｎ型ＧａＡｓ基板
３５２、３６２　ｎ型ＡｌｘＧａ１－ｘＡｓクラッド層
３５３、３６３　ＡｌｙＧａ１－ｙＡｓ活性層
３５４、３６４　ｐ型ＡｌｘＧａ１－ｘＡｓクラッド層
４０５　窓
４０６　基板
４３０　第３発光アレイ
４３０ｂ　第３光
４４１、４４２　ダイクロイックミラー
４５１、４５２、４５３　集光レンズ
５０６　光学素子
５０７　コリメートレンズ
５３６　機能面
６６１　ｎ型ＧａＮ基板
６６２　ｎ型ＡｌｓＧａ１－ｓＮクラッド層
６６３　ＩｎｔＧａ１－ｔＮ活性層
６６４　ｐ型ＡｌｓＧａ１－ｓＮクラッド層
７００、８００、９００、９００ｂ　光学装置
７０１　空間合成光学系
８０１、９０１、９０１ｂ　波長合成光学系
８０２、９０２　シリンドリカルレンズ
８０３、９０３　回折格子
８０４、９０４　アウトプットカプラ
３３１１、３３１２、３３１３、３３１４、３３１５、３３１６、３３１７、３３１８、５３１１　第１面
３３２１、３３２２、３３２３、３３２４、３３２５、３３２６、３３２７、３３２８　第２面

Claims (12)

  1. 　一列に配置された複数の第１発光点を有する第１発光アレイと、
    　一列に配置された１以上の第２発光点を有する第２発光アレイと、
    　前記複数の第１発光点からそれぞれ出射された複数の第１光の進行方向と、前記１以上の第２発光点からそれぞれ出射された１以上の第２光の進行方向とを同一方向に変換する方向変換素子とを備え、
    　前記方向変換素子は、前記第１発光アレイと前記第２発光アレイとの間に配置され、前記方向変換素子上の仮想的な変換直線上において、前記複数の第１光及び前記１以上の第２光の進行方向を変換し、
    　前記変換直線上において、前記複数の第１光がそれぞれ入射する複数の第１入射位置の各々と、前記１以上の第２光がそれぞれ入射する１以上の第２入射位置の各々とが、交互に配置される
    　発光装置。
  2. 　前記方向変換素子は、前記複数の第１光がそれぞれ入射し、前記第１発光アレイに対向する複数の第１面と、前記１以上の第２光がそれぞれ入射し、前記第２発光アレイに対向する１以上の第２面とを有し、
    　前記複数の第１面の各々と前記１以上の第２面の各々とは、前記変換直線上に交互に配置される
    　請求項１に記載の発光装置。
  3. 　前記第１発光アレイ、前記第２発光アレイ及び前記方向変換素子のうち、少なくとも二つは同一の基板上に配置されている
    　請求項１又は２に記載の発光装置。
  4. 　前記複数の第１面、及び、前記１以上の第２面の少なくとも一つは、光の集光状態を変える
    　請求項２に記載の発光装置。
  5. 　前記第１発光アレイの発光波長と前記第２発光アレイの発光波長とが異なる
    　請求項１～４のいずれか１項に記載の発光装置。
  6. 　請求項１～５のいずれか１項に記載の発光装置と、
    　前記発光装置から出射される前記複数の第１光及び前記１以上の第２光を空間合成する空間合成光学系とを備える
    　光学装置。
  7. 　請求項１～５のいずれか１項に記載の発光装置と、
    　前記発光装置から出射される前記複数の第１光及び前記１以上の第２光を波長合成する波長合成光学系とを備える
    　光学装置。
  8. 　前記複数の第１光は、第１波長帯のレーザビームを含み、
    　前記１以上の第２光は、第２波長帯のレーザビームを含み、
    　前記波長合成光学系は、前記第１光と前記第２光とを合成する回折光学素子であり、
    　前記第１波長帯に含まれる第１波長をλ１とし、前記第２波長帯に含まれる第２波長をλ２とし、Ｍを２以上の自然数として、λ１＝Ｍ×λ２が満たされる
    　請求項７に記載の光学装置。
  9. 　前記第１発光アレイは、前記複数の第１発光点を含むアレイ構造を有する半導体レーザである
    　請求項８に記載の光学装置。
  10. 　前記第１波長帯は、８３０ｎｍを含み、
    　前記第２波長帯は、４１５ｎｍを含む
    　請求項８又は９に記載の光学装置。
  11. 　発光装置から出射される複数の第１光と１以上の第２光とを合成する波長合成方法であって、
    　前記発光装置は、
    　一列に配置された複数の第１発光点を有する第１発光アレイと、
    　一列に配置された１以上の第２発光点を有する第２発光アレイと、
    　前記複数の第１発光点からそれぞれ出射された前記複数の第１光の進行方向と、前記１以上の第２発光点からそれぞれ出射された前記１以上の第２光の進行方向とを同一方向に変換する方向変換素子とを備え、
    　前記方向変換素子は、前記第１発光アレイと前記第２発光アレイとの間に配置され、前記方向変換素子上の仮想的な変換直線上において、前記複数の第１光及び前記１以上の第２光の進行方向を変換し、
    　前記変換直線上において、前記複数の第１光がそれぞれ入射する複数の第１入射位置の各々と、前記１以上の第２光がそれぞれ入射する１以上の第２入射位置の各々とが、交互に配置され、
    　前記波長合成方法は、
    　第１波長帯のレーザビームを含む前記複数の第１光と、第２波長帯のレーザビームを含む前記１以上の第２光とを生成するステップと、
    　前記複数の第１光と、前記１以上の第２光とを回折現象を用いて合成するステップとを含み、
    　前記第１波長帯に含まれる第１波長をλ１とし、前記第２波長帯に含まれる第２波長をλ２とし、Ｍを２以上の自然数として、λ１＝Ｍ×λ２が満たされる
    　波長合成方法。
  12. 　前記第１波長帯は、８３０ｎｍを含み、
    　前記第２波長帯は、４１５ｎｍを含む
    　請求項１１に記載の波長合成方法。
PCT/JP2019/023898 2018-07-20 2019-06-17 発光装置、光学装置及び波長合成方法 WO2020017214A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020531188A JPWO2020017214A1 (ja) 2018-07-20 2019-06-17 発光装置、光学装置及び波長合成方法

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018-137173 2018-07-20
JP2018-137178 2018-07-20
JP2018137173 2018-07-20
JP2018137178 2018-07-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020017214A1 true WO2020017214A1 (ja) 2020-01-23

Family

ID=69165041

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2019/023898 WO2020017214A1 (ja) 2018-07-20 2019-06-17 発光装置、光学装置及び波長合成方法

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JPWO2020017214A1 (ja)
WO (1) WO2020017214A1 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021118271A (ja) * 2020-01-27 2021-08-10 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 レーザ発振器及びレーザ加工方法
JP2021118270A (ja) * 2020-01-27 2021-08-10 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 レーザ発振器
JP7068560B1 (ja) * 2021-06-14 2022-05-16 三菱電機株式会社 半導体レーザー装置および半導体レーザー装置の製造方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007220215A (ja) * 2006-02-16 2007-08-30 Sony Corp 光ピックアップ装置及び光ディスク装置
JP2010517066A (ja) * 2007-01-18 2010-05-20 エピクリスタルズ オイ 周波数変換に基づくパルスレーザ光源
US20120002395A1 (en) * 2010-06-30 2012-01-05 Jds Uniphase Corporation Beam combining light source
JP2014175626A (ja) * 2013-03-13 2014-09-22 Ushio Inc 半導体レーザ装置
JP2014228797A (ja) * 2013-05-24 2014-12-08 シャープ株式会社 光学系
JP2015099388A (ja) * 2015-02-02 2015-05-28 セイコーエプソン株式会社 固体光源装置、プロジェクタ、モニタ装置
WO2017022142A1 (ja) * 2015-08-04 2017-02-09 三菱電機株式会社 半導体レーザ装置
JP2018037491A (ja) * 2016-08-30 2018-03-08 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 半導体レーザ素子

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007220215A (ja) * 2006-02-16 2007-08-30 Sony Corp 光ピックアップ装置及び光ディスク装置
JP2010517066A (ja) * 2007-01-18 2010-05-20 エピクリスタルズ オイ 周波数変換に基づくパルスレーザ光源
US20120002395A1 (en) * 2010-06-30 2012-01-05 Jds Uniphase Corporation Beam combining light source
JP2014175626A (ja) * 2013-03-13 2014-09-22 Ushio Inc 半導体レーザ装置
JP2014228797A (ja) * 2013-05-24 2014-12-08 シャープ株式会社 光学系
JP2015099388A (ja) * 2015-02-02 2015-05-28 セイコーエプソン株式会社 固体光源装置、プロジェクタ、モニタ装置
WO2017022142A1 (ja) * 2015-08-04 2017-02-09 三菱電機株式会社 半導体レーザ装置
JP2018037491A (ja) * 2016-08-30 2018-03-08 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 半導体レーザ素子

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021118271A (ja) * 2020-01-27 2021-08-10 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 レーザ発振器及びレーザ加工方法
JP2021118270A (ja) * 2020-01-27 2021-08-10 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 レーザ発振器
JP7422355B2 (ja) 2020-01-27 2024-01-26 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 レーザ発振器
JP7068560B1 (ja) * 2021-06-14 2022-05-16 三菱電機株式会社 半導体レーザー装置および半導体レーザー装置の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2020017214A1 (ja) 2021-07-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2020017214A1 (ja) 発光装置、光学装置及び波長合成方法
US7098063B2 (en) Semiconductor laser device and method of manufacturing the same
US20060088072A1 (en) Semiconductor laser apparatus
JP2004503118A (ja) 半導体レーザ・ポンピング固体レーザ・システムに使用するｖｃｓｅｌおよび集積マイクロレンズを有するｖｃｓｅｌアレイ
KR100754402B1 (ko) 수직외부공진기형 면발광 레이저
JPWO2003005106A1 (ja) 半導体レーザモジュール及び光増幅器
US20210351569A1 (en) Semiconductor laser
JP7277716B2 (ja) 光源装置、ダイレクトダイオードレーザ装置、および光結合器
Strohmaier et al. High-power, high-brightness direct-diode lasers
US7548569B2 (en) High-power optically end-pumped external-cavity semiconductor laser
JP2005537643A (ja) 半導体レーザ装置
JP2006303299A (ja) 半導体レーザ
JP4544014B2 (ja) レーザ装置およびファイバカップリングモジュール
JP2007300015A (ja) 光学装置
JP2003204106A (ja) 半導体レーザモジュール及びその製造方法並びに光増幅器
WO2019187784A1 (ja) 光学装置
JP7212274B2 (ja) 光源装置、ダイレクトダイオードレーザ装置
JP4148321B2 (ja) 半導体レーザ装置及び製造方法
JP7426255B2 (ja) 半導体レーザ装置
US6665324B1 (en) Semiconductor laser unit having optical guide layers with increased total thickness and employing junction-up configuration
JP7041362B2 (ja) 光源ユニット
US20230134268A1 (en) Laser light source device and laser processing apparatus
JPH10261825A (ja) 半導体レーザ光整形光学系及び半導体レーザ励起固体レーザ装置
JP2001352129A (ja) 半導体レーザ装置及びその製造方法
JP3867543B2 (ja) 半導体レーザ装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19837172

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020531188

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19837172

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1