WO2021010488A1 - 半導体レーザモジュール、光源ユニット、光源装置および光ファイバレーザ - Google Patents

半導体レーザモジュール、光源ユニット、光源装置および光ファイバレーザ Download PDF

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WO2021010488A1
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semiconductor laser
light source
laser module
sac
lens
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PCT/JP2020/027958
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悠太 石毛
ガーボル ガイダーチ
早水　尚樹
那須　秀行
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古河電気工業株式会社
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    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor laser module, a light source unit, a light source device, and an optical fiber laser.
  • a laser module including a semiconductor laser element housed in a package housing and a condensing optical system for coupling a laser beam output from the semiconductor laser element to an optical incident end face of an optical fiber is known (for example). See Patent Document 1).
  • a FAC lens or a SAC lens is used to collimate the beams in the fast axis direction and the slow axis direction of the laser beam, respectively. Since the collimated lens such as the FAC lens is arranged outside the package housing, the focal length cannot be shortened, and the collimated beam width becomes wide, so that the system size becomes large.
  • the collimating beam width can be narrowed and the system can be miniaturized.
  • the fixing agent may be deteriorated by the irradiation of the laser beam, which may adversely affect the reliability of the semiconductor laser element.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a highly reliable and miniaturized semiconductor laser module, a light source unit, a light source device, and an optical fiber laser.
  • the semiconductor laser module has a semiconductor laser element that outputs a multimode laser beam and a radial surface that collimates the laser beam in the vertical direction.
  • a package housing having a reflector, a mounting surface on which the semiconductor laser element is mounted, and a window portion through which the collimated laser beam is transmitted is provided, and the semiconductor laser of the package housing is mounted.
  • the mounting surface to be mounted is a heat radiating surface, and the window portion is provided on a surface facing the mounting surface.
  • the semiconductor laser module according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the package housing is hermetically sealed.
  • the semiconductor laser module according to the present invention is characterized in that at least one of the side surfaces perpendicular to the mounting surface is a heat radiating surface.
  • the semiconductor laser module according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the reflector is mounted on the mounting surface.
  • the semiconductor laser module according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the reflector is made of a glass material having a metallized mounting surface, and is bonded to the mounting surface of the package housing by soldering. To do.
  • the light source unit includes the semiconductor laser module according to any one of the above, a SAC element that collimates a laser beam output from the semiconductor laser module in the horizontal direction, the semiconductor laser module, and the above.
  • the SAC lens is characterized by comprising a condensing lens that condenses beams collimated in the vertical and horizontal directions, and an optical fiber that photocouples the beams condensed by the condensing lens.
  • the light source unit according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the SAC element is a lens or a mirror.
  • the light source unit includes a plurality of semiconductor laser modules according to any one of the above, a plurality of first reflection mirrors each reflecting a laser beam output from the semiconductor laser module, and a plurality of first reflection mirrors.
  • a plurality of SAC lenses that collimate the laser beam output from the semiconductor laser module in the horizontal direction, and beams collimated in the vertical and horizontal directions by the semiconductor laser module and the SAC lens are reflected, respectively.
  • a semiconductor laser is formed by combining the two reflection mirrors, a condensing lens that condenses the laser beam from the second reflection mirror, an optical fiber that photocouples the condensed beam of the condensing lens, and the semiconductor laser module.
  • a mounting member to be mounted on the mounting surface of the element is provided, and the mounting surface of the semiconductor laser module of the mounting member has a stepped shape, and one semiconductor laser module is arranged in one step portion, and one step is provided.
  • the laser beam output from the semiconductor laser module arranged in each unit is reflected or collimated through the plurality of first reflection mirrors, the plurality of SAC lenses, and the plurality of second reflection mirrors, respectively.
  • the condensing lens is characterized in that it condenses a group of laser beams reflected by the plurality of second reflection mirrors.
  • the light source unit includes a plurality of semiconductor laser modules according to any one of the above, a plurality of first reflection mirrors each reflecting a laser beam output from the semiconductor laser module, and a plurality of first reflection mirrors.
  • a plurality of SAC lenses that collimate the laser beam output from the semiconductor laser module in the vertical direction, and beams collimated in the vertical direction and the horizontal direction by the semiconductor laser module and the SAC lens are reflected, respectively.
  • a semiconductor laser is formed by combining the two reflection mirrors, a condensing lens that condenses the laser beam from the second reflection mirror, an optical fiber that photocouples the condensed beam of the condensing lens, and the semiconductor laser module.
  • the plurality of semiconductor laser modules are mounted on the same plane of the mounting member, and the laser beam output from the semiconductor laser module is the plurality of first units, including a mounting member mounted on the mounting surface of the element. From the first reflective mirror, the SAC lens, and the second reflective mirror so that they are reflected or collimated via the reflective mirror, the plurality of SAC lenses, and the plurality of second reflective mirrors, respectively.
  • a set of optical systems is arranged at different heights, and the condenser lens collects a group of laser beams reflected by the plurality of second reflection mirrors arranged at different heights. It is characterized by.
  • the light source unit according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the SAC lens is arranged between the semiconductor laser module and the first reflection mirror, respectively.
  • the light source unit includes a plurality of semiconductor laser modules according to any one of the above, and a plurality of SAC lenses that collimate the laser beams output from the semiconductor laser modules in the horizontal direction.
  • a second reflection mirror that reflects the beams collimated in the vertical and horizontal directions by the semiconductor laser module and the SAC lens, and a condenser lens that collects the laser beam from the second reflection mirror, respectively.
  • the semiconductor of the mounting member includes an optical fiber that photocouples the beam focused by the condensing lens and a mounting member that mounts the semiconductor laser module on a side surface perpendicular to the mounting surface of the semiconductor laser element.
  • the mounting surface of the laser module has a stepped shape, and a set of the semiconductor laser module, the SAC lens, and the second reflection mirror are arranged in one step portion, and the semiconductor laser module is the semiconductor laser.
  • the laser beam output from the module is arranged so as to be parallel to the step portion, and the condenser lens collects a group of laser beams reflected by a plurality of the second reflection mirrors arranged in each step portion. It is characterized by shining.
  • the light source device is characterized by including at least one light source unit according to any one of the above.
  • optical fiber laser according to the present invention is characterized by including the light source device described above and an optical amplification fiber photoexcited by the laser light output from the light source unit.
  • the present invention it is possible to realize a semiconductor laser module, a light source unit, a light source device, and an optical fiber laser that can be miniaturized and have high reliability.
  • FIG. 1 is a schematic partial cutaway drawing of the semiconductor laser module according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of a light source unit using the semiconductor laser module of FIG.
  • FIG. 3 is a schematic partial cutaway drawing showing a side surface of the light source unit shown in FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing the arrangement of the semiconductor laser module and the optical system in the light source unit shown in FIG.
  • FIG. 5 is a schematic view of a light source device using the light source unit of FIG.
  • FIG. 6 is a schematic view of an optical fiber laser using the light source unit of FIG.
  • FIG. 7 is a diagram showing another example of arrangement of the semiconductor laser module and the optical system in the light source unit shown in FIG. FIG.
  • FIG. 8 is a schematic partial cutaway drawing showing a side surface of the optical unit according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic plan view of the light source unit according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic partial cutaway drawing showing a side surface of the light source unit shown in FIG.
  • FIG. 11 is a diagram showing the arrangement of the semiconductor laser module and the optical system in the light source unit shown in FIG.
  • FIG. 1 is a schematic partial cutaway drawing of the semiconductor laser module according to the embodiment of the present invention.
  • the semiconductor laser module 10 includes a semiconductor laser element 11 that outputs a multi-mode laser beam, a reflector 13 having a radial surface 13a that collimates the laser beam in the vertical direction, and a package housing 15 that houses the semiconductor laser element 11. And have.
  • the semiconductor laser element 11 is a multimode laser and is mounted on the submount 12.
  • the semiconductor laser element 11 outputs a laser beam in the direction of the reflector 13 on the right side of the paper surface.
  • the semiconductor laser element 11 is a high-output semiconductor laser element having an output laser light intensity of 1 W or more and further 10 W or more.
  • the light intensity of the laser beam output by the semiconductor laser device 11 is, for example, 11 W.
  • the semiconductor laser element 11 outputs laser light having a wavelength of, for example, 900 nm to 1000 nm.
  • the reflector 13 is made of a glass material, and the mounting surface 13b is metallized.
  • the reflector 13 is arranged at a position where the output light of the semiconductor laser element 11 is substantially parallel light in the vertical direction.
  • the mounting surface 13b is joined to the bottom surface portion 15a, which is the mounting surface of the package housing 15, via the solder 14.
  • the reflector 13 may be formed of a metal material such as aluminum in addition to the glass material, and the parabolic surface 13a is formed with an aluminum coating, a silver coating or a gold coating with or without a protective film. There is.
  • the bottom surface portion 15a with an adhesive or the like without metallizing the mounting surface 13b, but from the viewpoint of deterioration of the adhesive or the like as a fixing material, the mounting surface 13b is metallized and the solder 14 is used. It is preferable to join.
  • the package housing 15 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and has a bottom surface portion 15a which is a mounting surface and side surface portions 15b, 15c, 15d, 15e (15e is notched in FIG. 1) which is perpendicular to the bottom surface portion 15a. It is not shown (see FIG. 4) and has an upper surface portion 15f.
  • the package housing 15 is attached to a box portion including a bottom surface portion 15a and side surface portions 15b, 15c, 15d, and 15e in a state where the upper surface portion 15f is hermetically sealed.
  • the bottom surface portion 15a on which the semiconductor laser element 11 is mounted via the submount 12 is a heat radiating surface.
  • the submount 12 and the bottom surface portion 15a are preferably made of a material having good thermal conductivity, and may be a metal member made of various metals or ceramics having high thermal conductivity such as aluminum nitride and beryllium oxide. Further, a window portion 16 that transmits a laser beam is provided on the upper surface portion 15f, which is a surface facing the bottom surface portion 15a.
  • the reflector 13 collimates the laser beam with respect to the bottom surface portion 15a of the package housing 15 in the vertical direction. It reflects in the direction of the upper surface portion 15f where the window portion 16 is provided.
  • the reflector 13 since the reflector 13 is provided in the package housing 15, the beam width collimated by the reflector 13 and reflected can be narrowed, and the system can be miniaturized. Further, since the reflector 13 is joined to the bottom surface portion 15a of the package housing 15 and the radial surface 13a is coated with a metal, the beam emitted from the semiconductor laser element 11 is emitted from the reflector 13.
  • the mounting surface of the semiconductor laser element 11 is not irradiated, the deterioration of the fixing material can be prevented, and the reliability of the semiconductor laser element 11 due to the deterioration of the fixing material is not adversely affected.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of a light source unit using the semiconductor laser module of FIG.
  • FIG. 3 is a schematic partial cutaway drawing showing a side surface of the light source unit shown in FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing the arrangement of the semiconductor laser module and the optical system in the light source unit shown in FIG.
  • the light source unit 100 reflects the six semiconductor laser modules 10-1 to 10-6 and the six first reflection mirrors 20-1 that reflect the laser beams output from the semiconductor laser modules 10-1 to 10-6, respectively.
  • ⁇ 20-6 six SAC lenses 30-1 to 30-6 that collimate the laser beams output from the semiconductor laser modules 10-1 to 10-6 in the horizontal direction, and semiconductor laser modules 10-1 to 10-1 to Second reflection mirrors 40-1 to 40-6 and second reflection mirrors 40 that reflect the beams collimated vertically and horizontally by the 10-6 and SAC lenses 30-1 to 30-6, respectively.
  • Condensing lenses 60 and 62 that condense laser beams from -1 to 40-6, an optical filter 61, an optical fiber 66 that photocouples the beams focused by the condensing lenses 60 and 62, and a semiconductor laser module.
  • Semiconductor laser module 10-1 to 10-6, first reflection mirror 20-1 to 20-6, SAC lens 30-1 to 30-6, second reflection mirror 40-1 to 40-6, condenser lens 60 and 62 are housed in the housing 51.
  • the housing 51 includes a lid 51a as shown in FIG. 3, but in FIG. 2, the lid of the package 51a is not shown.
  • the light source unit 100 includes a lead pin 53 for injecting a current into the semiconductor laser modules 10-1 to 10-6.
  • the mounting surface of the mounting member 52 has a stepped shape, and one semiconductor laser module 10-1 (or 10-2, ..., 10-6) is arranged in one step.
  • the semiconductor laser modules 10-1 to 10-6 are arranged with a step inside the housing 51 by the mounting member 52.
  • the second reflection mirror 40-1 (or 40-2, ..., 40-6) is a semiconductor laser module 10-1 (or 10-2, ..., 40-6), as shown in FIG.
  • semiconductor laser module 10-1 (or 10-2, ..., 10-6) at the same height so that the laser beam output from 10-6) can be reflected or transmitted and collimated. It is located at the top.
  • the 60, 62, and the optical filter 61 are fixed to the inside of the housing 51, respectively.
  • One end of the optical fiber 66 on the side where the laser beam is incident is housed inside the housing 51.
  • a loose tube 65 is provided at the insertion portion of the optical fiber 66 into the housing 51, and the boot 64 is externally fitted to a part of the housing 51 so as to cover a part of the loose tube 65 and the insertion portion. ing.
  • the optical fiber 66 is inserted through a glass capillary 67 as an optical component.
  • the optical fiber 66 includes a covering portion 66a, but the covering portion 66a is removed from the portion of the optical fiber 66 that is inserted into the glass capillary 67.
  • the optical fiber 66 includes a protruding portion 66b protruding from the glass capillary 67 on a part on the incident side.
  • the outer periphery of the glass capillary 67 is covered with a light absorber 68.
  • the light absorber 68 is fixed to the housing 51.
  • the housing 51 is preferably made of a material having good thermal conductivity in order to suppress an internal temperature rise, and may be a metal member made of various metals. Further, as shown in FIG. 3, it is preferable that the bottom surface of the housing 51 is separated from the surface on which the light source unit 100 is installed in the region where the glass capillary 67 is arranged. As a result, when fixing the housing 51 with screws or the like, the influence of the warp on the bottom surface of the housing 51 can be reduced.
  • the mounting member 52 is fixed in the housing 51, adjusts the height of the semiconductor laser modules 10-1 to 10-6, and outputs the semiconductor laser modules 10-1 to 10-6.
  • the optical paths of the laser beams do not interfere with each other.
  • the mounting member 52 may be integrally configured with the housing 51.
  • Optics consisting of semiconductor laser modules 10-1 to 10-6, first reflection mirrors 20-1 to 20-6, SAC lenses 30-1 to 30-6, and second reflection mirrors 40-1 to 40-6.
  • the number of systems may be plural as in the light source unit 100 according to the embodiment, but may be one, and the number thereof is not particularly limited.
  • the lead pin 35 supplies electric power to the semiconductor laser modules 10-1 to 10-6 via a bonding wire (not shown).
  • the power to be supplied may be a constant voltage, but may be a modulated voltage.
  • the first reflection mirrors 20-1 to 20-6 may be mirrors provided with various metal films or dielectric films, and at the wavelength of the laser light output by the semiconductor laser modules 10-1 to 10-6, The higher the reflectance, the more preferable. Further, the first reflection mirrors 20-1 to 20-6 reflect the laser beam of the corresponding semiconductor laser modules 10-1 to 10-6 to the SAC lenses 30-1 to 30-6.
  • the SAC lenses 30-1 to 30-6 are, for example, cylindrical lenses having a focal length of 5 mm.
  • the SAC lenses 30-1 to 30-6 collimate the output light from the semiconductor laser modules 10-1 to 10-6 in the horizontal direction, respectively.
  • the SAC lenses 30-1 to 30-6 are arranged at positions where the output light from the semiconductor laser modules 10-1 to 10-6 is substantially parallel light.
  • the second reflection mirrors 40-1 to 40-6 may be mirrors provided with various metal films or dielectric films, and at the wavelength of the laser light output by the semiconductor laser modules 10-1 to 10-6, The higher the reflectance, the more preferable. Further, the second reflection mirrors 40-1 to 40-6 finely adjust the reflection direction so that the laser light of one corresponding semiconductor laser module 10-1 to 10-6 is suitably coupled to the optical fiber 66. can do.
  • the condenser lenses 60 and 62 are cylindrical lenses having orthogonal curvatures to each other, and are output by the semiconductor laser modules 10-1 to 10-6, and a plurality of second reflection mirrors 40-1 to 40-1 to be arranged in each stage.
  • the laser light reflected by 40-6 is focused and suitably coupled to the optical fiber 66.
  • the positions of the condenser lenses 60 and 62 are adjusted with respect to the optical fiber 66 so that, for example, the coupling efficiency of the laser light output by the semiconductor laser modules 10-1 to 10-6 to the optical fiber 66 is 85% or more. There is.
  • the optical filter 61 is, for example, a low-pass filter that reflects light having a wavelength of 1060 nm to 1080 nm and transmits light having a wavelength of 900 nm to 1000 nm.
  • the optical filter 61 transmits the laser light output from the semiconductor laser modules 10-1 to 10-6, and the semiconductor laser modules 10-1 to 10-6 are irradiated with light having a wavelength of 1060 nm to 1080 nm from the outside. To prevent that.
  • the optical filter 61 is used to prevent the output laser light of the semiconductor laser modules 10-1 to 10-6 slightly reflected by the optical filter 61 from returning to the semiconductor laser modules 10-1 to 10-6. It is arranged at an angle to the optical axis.
  • the optical fiber 66 may be, for example, a multimode optical fiber having a core diameter of 105 ⁇ m and a clad system of 125 ⁇ m, but may be a single mode optical fiber.
  • the NA of the optical fiber 112 may be, for example, 0.15 to 0.22.
  • the semiconductor laser modules 10-1 to 10-6 arranged with a step are supplied with electric power from the lead pin 53 to output the laser beam.
  • Each of the output laser beams is collimated in the vertical direction by the reflector 13 in each semiconductor laser module 10-1 to 10-6, and the first reflection mirrors 20-1 to 20-6 pass through the window portion 16. Is output to.
  • the output laser light is bent 90 ° by the first reflection mirrors 20-1 to 20-6 and reflected in the directions of the SAC lenses 30-1 to 30-6, respectively, and the SAC lenses 30-1 to 30-6. Each is collimated horizontally.
  • each laser beam is reflected in the direction of the optical fiber 66 by the second reflection mirrors 40-1 to 40-6, and each laser beam is focused by the condenser lens 60 and the condenser lens 62. It is coupled to the optical fiber 66.
  • the laser light coupled to the optical fiber 66 is guided to the outside of the light source unit 100 by the optical fiber 66 and output.
  • the light source unit 100 prevents unnecessary loss in the laser beam from occurring due to steps of the semiconductor laser modules 10-1 to 10-6 and the like arranged in the stepped step portion of the mounting member 52.
  • the light intensity of the output light of each of the semiconductor laser modules 10-1 to 10-6 is 11 W and the coupling efficiency is 85%
  • the light of the output light of the light source unit 100 The strength is 56W.
  • the light source unit 100 can be used as a light source device.
  • FIG. 5 is a schematic view of a light source device using the light source unit of FIG.
  • the light source device 110 has a plurality of light source units 100, and includes a combiner 90 as an optical coupling unit.
  • the light source device 110 uses the light source unit 100 as an excitation light source.
  • the light is propagated to the combiner 90 by the optical fiber 66.
  • the output end of the optical fiber 66 is coupled to a plurality of input ports of the combiner 90 having a plurality of inputs and one output.
  • the light source device 110 is not limited to having a plurality of light source units 100, and may have at least one light source unit 100.
  • FIG. 6 is a schematic view of an optical fiber laser using the light source unit of FIG.
  • the optical fiber laser 200 includes a plurality of light source units 100, a light source device 110 used as an excitation light source, a combiner 90, a rare earth-added optical fiber 130, and an output side optical fiber 140.
  • Highly reflective FBRs (Fiber Bragg Gratings) 120 and 121 are provided at the input end and the output end of the rare earth-added optical fiber 130, respectively.
  • the input end of the rare earth added optical fiber 130 is connected to the output end of the combiner 90, and the input end of the outlet side optical fiber 140 is connected to the output end of the rare earth added optical fiber 130.
  • the incident portion for incident the laser light output from the plurality of light source units 100 onto the rare earth-added optical fiber 130 may have another configuration instead of the combiner 90.
  • the optical fibers 66 of the output units of the plurality of light source units 100 are arranged side by side, and the laser light output from the plurality of optical fibers 66 is transmitted to the rare earth-added optical fiber 130 by using an incident portion such as an optical system including a lens. It may be configured to be incident on the input end of.
  • the light source unit 100, the light source device 110, and the optical fiber laser 200 described above can be miniaturized by using the semiconductor laser module 10.
  • FIG. 7 is a diagram of another example showing the arrangement of the semiconductor laser module and the optical system in the light source unit shown in FIG.
  • the SAC mirror 70-1 collimates in the horizontal direction while reflecting the laser beam output from the semiconductor laser module 10-1.
  • the second reflection mirror 40-1 reflects the beam collimated vertically and horizontally by the semiconductor laser module 10-1 and the SAC mirror 70-1.
  • the light source unit including the semiconductor laser module, the SAC mirror, and the second reflection mirror can be miniaturized when used as a light source device or an optical fiber laser.
  • FIG. 8 is a schematic partial cutaway drawing showing a side surface of the optical unit according to the second embodiment of the present invention.
  • the main differences between the light source unit 100A according to the second embodiment and the light source unit 100 according to the first embodiment will be described.
  • the six semiconductor laser modules 10-1 to 10-6 and the six thirds that reflect the laser beams output from the semiconductor laser modules 10-1 to 10-6 respectively.
  • the semiconductor laser modules 10-1 to 10-6 are mounted on the same plane of the mounting member 52A. Also, the first reflection mirror 20-1 (or 20-2, ..., 20-6), the SAC lens 30-1 (or 30-2, ..., 30-6), and the second. A set of optical systems consisting of the reflection mirrors 40-1 (or 40-2, ..., 40-6) of the semiconductor laser module 10-1 (or 10-2, ..., 10-6) ), The first reflection mirror 20-1 (or 20-2, ..., 20-6), SAC lens 30-1 (or 30-2, ..., 30). -6), and the semiconductors are arranged at the same height so as to be reflected or collimated via the second reflection mirror 40-1 (or 40-2, ..., 40-6), respectively.
  • the optical systems are arranged at different heights so that the optical paths of the laser beams output by the laser modules 10-1 to 10-6 do not interfere with each other.
  • the optical systems including the first reflective mirrors 20-1 to 20-6, the SAC lenses 30-1 to 30-6, and the second reflective mirrors 40-1 to 40-6 are arranged at different heights.
  • the semiconductor laser modules 10-1 to 10-6 output the first reflection mirrors 20-1 to 20-6, the SAC lenses 30-1 to 30-6, and the second reflection mirrors 40-1 to 40-1 to.
  • the laser beam group reflected by 40-6 can be focused by the condenser lenses 60 and 62 and optically coupled to the optical fiber 66 without unnecessary loss.
  • FIG. 9 is a schematic plan view of the light source unit according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic partial cutaway drawing showing a side surface of the light source unit shown in FIG.
  • FIG. 11 is a diagram showing the arrangement of the semiconductor laser module and the optical system in the light source unit shown in FIG.
  • the main differences between the light source unit 100B according to the third embodiment and the light source unit 100 according to the first embodiment will be described.
  • the light source unit 100B does not have six first reflection mirrors 20-1 to 20-6 that reflect the laser beams output from the semiconductor laser modules 10-1 to 10-6, respectively. Different from 100. Further, as shown in FIGS. 9 to 11, the semiconductor laser modules 10-1 to 10-6 are mounted on the mounting member 52 at the side surface portion 15b of the package housing 15.
  • the mounting surface of the mounting member 52 has a stepped shape, and one set of semiconductor laser modules 10-1 (or 10-2, ..., 10-6) and SAC lens 30-1 (or 30) are formed in one step. -2, ..., 30-6), and a second reflection mirror 40-1 (or 40-2, ..., 40-6) are arranged.
  • the semiconductor laser modules 10-1 to 10-6 are mounted on the mounting member 52 on a side surface (side surface 15b shown in FIG. 1) perpendicular to the mounting surface of the semiconductor element 11.
  • the semiconductor laser modules 10-1 to 10-6 are arranged with a step inside the housing 51 by the mounting member 52.
  • the SAC lenses 30-1 to 30-6 and the second reflection mirrors 40-1 to 40-6 are output from one corresponding semiconductor laser module 10-1 to 10-6, respectively, as shown in FIG.
  • the laser beams are arranged at the same height so that they can be transmitted or reflected.
  • each semiconductor laser module 10-1 to 10-6 arranged with a step is supplied with electric power from the lead pin 53 to output the laser beam.
  • Each of the output laser beams is collimated in the vertical direction by the reflector 13 in each of the semiconductor laser modules 10-1 to 10-6, and is collimated in the vertical direction through the window portion 16 in the direction of the SAC lenses 30-1 to 30-6.
  • Each is ejected.
  • the SAC lenses 30-1 to 30-6 collimate the laser beams in the horizontal direction, and each collimated laser light is reflected in the direction of the optical fiber 66 by the second reflection mirrors 40-1 to 40-6. Then, each laser beam can be optically coupled to the optical fiber 66 by the condenser lens 60 and the condenser lens 62 without unnecessary loss.
  • the bottom surface portion 15a which is the mounting surface, is used as the heat dissipation surface, but in addition to the bottom surface portion 15a, at least one of the side surface portions perpendicular to the bottom surface portion 15a is the heat dissipation surface. May be.
  • the side surface portion 15b which is the mounting surface on the mounting member 52, is used as the heat radiating surface.
  • the semiconductor laser module, the light source unit, and the light source device according to the present invention are mainly suitable for use in high-power optical fiber lasers.

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Abstract

信頼性が高く、小型化可能な半導体レーザモジュール、光源ユニットおよびダイレクトダイオードレーザを提供する。本発明の半導体レーザモジュール１０は、マルチモードのレーザビームを出力する半導体レーザ素子１１と、前記レーザビームを鉛直方向にコリメートする放物面１３ａを有する反射体１３と、前記半導体レーザを実装する実装面と、反射体１３がコリメートしたレーザビームを透過する窓部１６と、を有するパッケージ筐体１５と、を備え、パッケージ筐体１５の前記半導体レーザを実装する実装面は放熱面であって、窓部１６は前記被実装面と対向する面に設けられていることを特徴とする。

Description

半導体レーザモジュール、光源ユニット、光源装置および光ファイバレーザ
　本発明は、半導体レーザモジュール、光源ユニット、光源装置および光ファイバレーザに関するものである。
　従来、パッケージ筐体内に収容された半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子から出力されたレーザビームを光ファイバの光入射端面に結合させる集光光学系とを備えたレーザモジュールが知られている（たとえば特許文献１参照）。
　このようなレーザモジュールでは、たとえばＦＡＣレンズやＳＡＣレンズを用いて、レーザビームの速軸方向および遅軸方向のビームをそれぞれコリメートしている。ＦＡＣレンズ等のコリメートレンズは、パッケージ筐体の外部に配置されるため、焦点距離を短くできないほか、コリメートビーム幅が太くなるため、システムサイズが大きくなるという問題を有していた。
特開２００４－２５３７８３号公報
　パッケージ筐体内にコリメートレンズを内蔵することにより、コリメートビーム幅を狭くでき、システムの小型化が可能となる。しかしながら、コリメートレンズをパッケージ筐体内に固定する場合、固定剤がレーザビームの照射により劣化し、半導体レーザ素子の信頼性に悪影響を及ぼすおそれがある。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、信頼性が高く、小型化可能な半導体レーザモジュール、光源ユニット、光源装置および光ファイバレーザを提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る半導体レーザモジュールは、マルチモードのレーザビームを出力する半導体レーザ素子と、前記レーザビームを鉛直方向にコリメートする放物面を有する反射体と、前記半導体レーザ素子を実装する実装面と、前記反射体がコリメートしたレーザビームを透過する窓部と、を有するパッケージ筐体と、を備え、前記パッケージ筐体の前記半導体レーザを実装する実装面は放熱面であって、前記窓部は前記実装面と対向する面に設けられていることを特徴とする。
　また、本発明に係る半導体レーザモジュールは、上記発明において、前記パッケージ筐体は気密封止されていることを特徴とする。
　また、本発明に係る半導体レーザモジュールは、上記発明において、前記パッケージ筐体は、前記実装面と垂直な側面のうちの少なくとも一面が放熱面であることを特徴とする。
　また、本発明に係る半導体レーザモジュールは、上記発明において、前記反射体は、前記実装面に実装されていることを特徴とする。
　また、本発明に係る半導体レーザモジュールは、上記発明において、前記反射体は、実装面がメタライズされているガラス材料からなり、半田によって前記パッケージ筐体の実装面に接合されていることを特徴とする。
　また、本発明に係る光源ユニットは、上記のいずれか一つに記載の半導体レーザモジュールと、前記半導体レーザモジュールから出力されるレーザビームを水平方向にコリメートするＳＡＣ素子と、前記半導体レーザモジュールおよび前記ＳＡＣレンズにより、鉛直方向および水平方向にコリメートされたビームを集光する集光レンズと、前記集光レンズが集光したビームを光結合する光ファイバと、を備えることを特徴とする。
　また、本発明に係る光源ユニットは、上記発明において、前記ＳＡＣ素子は、レンズまたはミラーであることを特徴とする。
　また、本発明に係る光源ユニットは、上記のいずれか一つに記載の複数の半導体レーザモジュールと、前記半導体レーザモジュールから出力されるレーザビームを、それぞれ反射する複数の第１の反射ミラーと、前記半導体レーザモジュールから出力されるレーザビームを、それぞれ水平方向にコリメートする複数のＳＡＣレンズと、前記半導体レーザモジュールおよび前記ＳＡＣレンズにより、鉛直方向および水平方向にコリメートされたビームを、それぞれ反射する第２の反射ミラーと、前記第２の反射ミラーからのレーザビームを集光する集光レンズと、前記集光レンズが集光したビームを光結合する光ファイバと、前記半導体レーザモジュールを、半導体レーザ素子の実装面で実装する実装部材と、を備え、前記実装部材の前記半導体レーザモジュールの実装面は階段状をなし、１つの段部に１つの前記半導体レーザモジュールがそれぞれ配置され、１つの段部にそれぞれ配置された前記半導体レーザモジュールから出力されたレーザビームは、前記複数の第１の反射ミラー、前記複数のＳＡＣレンズ、および前記複数の第２の反射ミラーを介してそれぞれ反射またはコリメートされ、前記集光レンズは、前記複数の第２の反射ミラーでそれぞれ反射されたレーザビーム群を集光することを特徴とする。
　また、本発明に係る光源ユニットは、上記のいずれか一つに記載の複数の半導体レーザモジュールと、前記半導体レーザモジュールから出力されるレーザビームを、それぞれ反射する複数の第１の反射ミラーと、前記半導体レーザモジュールから出力されるレーザビームを、それぞれ鉛直方向にコリメートする複数のＳＡＣレンズと、前記半導体レーザモジュールおよび前記ＳＡＣレンズにより、鉛直方向および水平方向にコリメートされたビームを、それぞれ反射する第２の反射ミラーと、前記第２の反射ミラーからのレーザビームを集光する集光レンズと、前記集光レンズが集光したビームを光結合する光ファイバと、前記半導体レーザモジュールを、半導体レーザ素子の実装面で実装する実装部材と、を備え、前記複数の半導体レーザモジュールは、前記実装部材の同一の平面に実装され、前記半導体レーザモジュールから出力されたレーザビームは、前記複数の第１の反射ミラー、前記複数のＳＡＣレンズ、および前記複数の第２の反射ミラーを介してそれぞれ反射またはコリメートされるように、前記第１の反射ミラー、前記ＳＡＣレンズ、および前記第２の反射ミラーからなる１組の光学系は、それぞれ異なる高さに配置され、前記集光レンズは、異なる高さに配置された前記複数の第２の反射ミラーでそれぞれ反射されたレーザビーム群を集光することを特徴とする。
　また、本発明に係る光源ユニットは、上記発明において、前記ＳＡＣレンズは、前記半導体レーザモジュールと前記第１の反射ミラーとの間にそれぞれ配置されていることを特徴とする。
　また、本発明に係る光源ユニットは、上記のいずれか一つに記載の複数の半導体レーザモジュールと、前記半導体レーザモジュールから出力されるレーザビームを、それぞれ水平方向にコリメートする複数のＳＡＣレンズと、前記半導体レーザモジュールおよび前記ＳＡＣレンズにより、鉛直方向および水平方向にコリメートされたビームを、それぞれ反射する第２の反射ミラーと、前記第２の反射ミラーからのレーザビームを集光する集光レンズと、前記集光レンズが集光したビームを光結合する光ファイバと、前記半導体レーザモジュールを、半導体レーザ素子の実装面と垂直な側面で実装する実装部材と、を備え、前記実装部材の前記半導体レーザモジュールの実装面は階段状をなし、１つの段部に１組の前記半導体レーザモジュール、前記ＳＡＣレンズ、および前記第２の反射ミラーが配置されるとともに、前記半導体レーザモジュールは、前記半導体レーザモジュールから出力されるレーザビームが前記段部と平行となるように配置され、前記集光レンズは、各段部に配置された複数の前記第２の反射ミラーで反射されたレーザビーム群を集光することを特徴とする。
　また、本発明に係る光源装置は、上記のいずれか一つに記載の光源ユニットを少なくとも１つ備えることを特徴とする。
　また、本発明に係る光ファイバレーザは、上記に記載の光源装置と、前記光源ユニットから出力されるレーザ光により光励起される光増幅ファイバと、を備えることを特徴とする。
　本発明によれば、小型化可能であって、信頼性の高い半導体レーザモジュール、光源ユニット、光源装置および光ファイバレーザを実現することができる。
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体レーザモジュールの模式的な一部切欠図である。 図２は、図１の半導体レーザモジュールを使用した光源ユニットの模式的な平面図である。 図３は、図２に示す光源ユニットの側面を表す模式的な一部切欠図である。 図４は、図２に示す光源ユニットにおける半導体レーザモジュールと光学系の配置を示す図である。 図５は、図２の光源ユニットを使用する光源装置の概略図である。 図６は、図２の光源ユニットを使用する光ファイバレーザの概略図である。 図７は、図２に示す光源ユニットにおける半導体レーザモジュールと光学系の配置の他の例を示す図である。 図８は、本発明の実施の形態２に係る光学ユニットの側面を表す模式的な一部切欠図である。 図９は、本発明の実施の形態３に係る光源ユニットの模式的な平面図である。 図１０は、図９に示す光源ユニットの側面を表す模式的な一部切欠図である。 図１１は、図９に示す光源ユニットにおける半導体レーザモジュールと光学系の配置を示す図である。
　以下に、図面を参照して本発明に係る半導体レーザモジュール、光学ユニット、光源装置および光ファイバレーザの実施の形態を説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
（実施の形態１）
　まず、本発明の実施の形態に係る半導体レーザモジュールの構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る半導体レーザモジュールの模式的な一部切欠図である。半導体レーザモジュール１０は、マルチモードのレーザビームを出力する半導体レーザ素子１１と、レーザビームを鉛直方向にコリメートする放物面１３ａを有する反射体１３と、半導体レーザ素子１１を収容するパッケージ筐体１５と、を備えている。
　半導体レーザ素子１１は、マルチモードレーザであり、サブマウント１２上に実装されている。半導体レーザ素子１１は、紙面の右側である反射体１３の方向にレーザビームを出力する。半導体レーザ素子１１は、出力されるレーザ光の光強度が、１Ｗ以上、さらには、１０Ｗ以上の高出力な半導体レーザ素子である。本実施の形態において、半導体レーザ素子１１の出力するレーザ光の光強度は、たとえば１１Ｗである。また、半導体レーザ素子１１は、たとえば、９００ｎｍ～１０００ｎｍの波長のレーザ光を出力する。
　反射体１３は、ガラス材料からなり、実装面１３ｂがメタライズされている。反射体１３は、半導体レーザ素子１１の出力光を鉛直方向に略平行光とする位置に配置される。反射体１３は、実装面１３ｂがパッケージ筐体１５の実装面である底面部１５ａに半田１４を介して接合されている。反射体１３は、ガラス材料以外にアルミニウム等の金属材料から形成されていてもよく、放物面１３ａは、保護膜つき、または保護膜なしの、アルミニウムコーティング、銀コーティングまたは金コーティングが形成されている。また、実装面１３ｂにメタライズを施すことなく接着剤等で底面部１５ａに接合することもできるが、固定材である接着剤等の劣化の観点から、実装面１３ｂをメタライズして、半田１４で接合することが好ましい。
　パッケージ筐体１５は、略直方体状の形状をなし、実装面である底面部１５ａと、底面部１５ａと垂直な側面部１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ（１５ｅは、図１では切り欠かれており図示していない。図４参照）と、上面部１５ｆと、を有している。パッケージ筐体１５は、底面部１５ａと側面部１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅとからなる箱部に、上面部１５ｆを気密封止した状態で取り付けられている。サブマウント１２を介して半導体レーザ素子１１が実装されている底面部１５ａは放熱面である。サブマウント１２および底面部１５ａは、熱伝導性のよい材料からなることが好ましく、各種金属からなる金属部材や、窒化アルミニウム、酸化ベリリウム等の熱伝導性の高いセラミックスであってよい。また、底面部１５ａと対向する面である上面部１５ｆには、レーザビームを透過する窓部１６が設けられている。
　半導体レーザモジュール１０では、半導体レーザ素子１１がレーザビームを反射体１３の方向に出力すると、反射体１３は、このレーザビームをパッケージ筐体１５の底面部１５ａに対して鉛直方向にコリメートして、窓部１６が設けられている上面部１５ｆ方向に反射する。半導体レーザモジュール１０では、反射体１３をパッケージ筐体１５内に設けているため、反射体１３によりコリメートされ、反射されるビーム幅を細くでき、システムを小型化することが可能となる。また、反射体１３は、パッケージ筐体１５の底面部１５ａに接合されるとともに、放物面１３ａには金属コーティングが施されているため、半導体レーザ素子１１から照射されるビームが、反射体１３の実装面に照射されることがなく、固定材の劣化を防止でき、固定材の劣化による半導体レーザ素子１１の信頼性に悪影響を及ぼすことがない。
　次に、半導体レーザモジュール１０を使用する光学ユニットについて説明する。図２は、図１の半導体レーザモジュールを使用した光源ユニットの模式的な平面図である。図３は、図２に示す光源ユニットの側面を表す模式的な一部切欠図である。図４は、図２に示す光源ユニットにおける半導体レーザモジュールと光学系の配置を示す図である。
　光源ユニット１００は、６つの半導体レーザモジュール１０－１～１０－６と、半導体レーザモジュール１０－１～１０－６から出力されるレーザビームを、それぞれ反射する６つの第１の反射ミラー２０－１～２０－６と、半導体レーザモジュール１０－１～１０－６から出力されるレーザビームを、それぞれ水平方向にコリメートする６つのＳＡＣレンズ３０－１～３０－６と、半導体レーザモジュール１０－１～１０－６およびＳＡＣレンズ３０－１～３０－６により、鉛直方向および水平方向にコリメートされたビームを、それぞれ反射する第２の反射ミラー４０－１～４０－６と、第２の反射ミラー４０－１～４０－６からのレーザビームを集光する集光レンズ６０、６２と、光フィルタ６１と、集光レンズ６０、６２が集光したビームを光結合する光ファイバ６６と、半導体レーザモジュール１０－１～１０－６を、半導体レーザ素子１１の実装面である底面部１５ａで実装する実装部材５２と、を備える。
　半導体レーザモジュール１０－１～１０－６、第１の反射ミラー２０－１～２０－６、ＳＡＣレンズ３０－１～３０－６、第２の反射ミラー４０－１～４０－６、集光レンズ６０、６２は、筐体５１内に収容されている。筐体５１は、図３に示すように蓋５１ａを備えるが、図２においては、パッケージ５１ａの蓋は、図示を省略している。また、光源ユニット１００は、半導体レーザモジュール１０－１～１０－６に電流を注入するリードピン５３を備える。
　図３に示すように、実装部材５２の実装面は階段状をなし、１つの段部に１つの半導体レーザモジュール１０－１（または１０－２、・・・・、１０－６）がそれぞれ配置されている。半導体レーザモジュール１０－１～１０－６は、実装部材５２によって、筐体５１の内部に、段差をつけて配置されている。さらに、１組の第１の反射ミラー２０－１（または２０－２、・・・・、２０－６）、ＳＡＣレンズ３０－１（または３０－２、・・・・、３０－６）、および第２の反射ミラー４０－１（または４０－２、・・・・、４０－６）は、図４に示すように、半導体レーザモジュール１０－１（または１０－２、・・・・、１０－６）から出力されたレーザビームを、反射または透過してコリメートしうるように、同じ高さ、かつ半導体レーザモジュール１０－１（または１０－２、・・・・、１０－６）より上部に配置されている。半導体レーザモジュール１０－１～１０－６、第１の反射ミラー２０－１～２０－６、ＳＡＣレンズ３０－１～３０－６、第２の反射ミラー４０－１～４０－６、集光レンズ６０、６２、光フィルタ６１は、それぞれ筐体５１の内部に固定されている。
　光ファイバ６６のレーザビームを入射する側の一端は、筐体５１の内部に収容されている。また、光ファイバ６６の筐体５１への挿入部には、ルースチューブ６５が設けられ、ルースチューブ６５の一部と挿入部を覆うように、筐体５１の一部にブーツ６４が外嵌されている。
　また、図３に示すように、光ファイバ６６は、光学部品としてのガラスキャピラリ６７に挿通されている。光ファイバ６６は、被覆部６６ａを備えるが、光ファイバ６６のガラスキャピラリ６７に挿通される部分は、被覆部６６ａが除去されている。また、光ファイバ６６は、入射側の一部にガラスキャピラリ６７から突出した突出部６６ｂを備える。ガラスキャピラリ６７は、その外周を光吸収体６８に覆われている。そして、光吸収体６８は、筐体５１に固定されている。
　筐体５１は、内部の温度上昇を抑制するため、熱伝導性のよい材料からなることが好ましく、各種金属からなる金属部材であってよい。また、筐体５１は、図３に示すように、ガラスキャピラリ６７が配置された領域において、底面が当該光源ユニット１００を設置する面と離間していることが好ましい。これにより、筐体５１をねじ等で固定する際、筐体５１底面のそりの影響を低減することができる。
　実装部材５２は、上述したように、筐体５１内に固定されており、半導体レーザモジュール１０－１～１０－６の高さを調節し、半導体レーザモジュール１０－１～１０－６が出力するレーザビームの光路が互いに干渉しないようにしている。なお、実装部材５２は、筐体５１と一体として構成されていてもよい。
　半導体レーザモジュール１０－１～１０－６、第１の反射ミラー２０－１～２０－６、ＳＡＣレンズ３０－１～３０－６、および第２の反射ミラー４０－１～４０－６からなる光学系は、実施の形態に係る光源ユニット１００のように複数であってもよいが、１つであってもよく、その数は特に限定されない。
　リードピン３５は、不図示のボンディングワイヤを介して半導体レーザモジュール１０－１～１０－６に電力を供給する。供給する電力は、一定の電圧であってよいが、変調電圧であってもよい。
　第１の反射ミラー２０－１～２０－６は、各種の金属膜、または誘電体膜を備えるミラーであってよく、半導体レーザモジュール１０－１～１０－６の出力するレーザ光の波長において、反射率が高いほど好ましい。また、第１の反射ミラー２０－１～２０－６は、対応する半導体レーザモジュール１０－１～１０－６のレーザビームを、ＳＡＣレンズ３０－１～３０－６に反射する。
　ＳＡＣレンズ３０－１～３０－６は、たとえば焦点距離が５ｍｍのシリンドリカルレンズである。ＳＡＣレンズ３０－１～３０－６は、半導体レーザモジュール１０－１～１０－６からの出力光を、それぞれ水平方向にコリメートする。ＳＡＣレンズ３０－１～３０－６は、半導体レーザモジュール１０－１～１０－６からの出力光を略平行光とする位置に配置される。
　第２の反射ミラー４０－１～４０－６は、各種の金属膜、または誘電体膜を備えるミラーであってよく、半導体レーザモジュール１０－１～１０－６の出力するレーザ光の波長において、反射率が高いほど好ましい。また、第２の反射ミラー４０－１～４０－６は、対応する１つの半導体レーザモジュール１０－１～１０－６のレーザ光を光ファイバ６６に好適に結合するように、反射方向を微調整することができる。
　集光レンズ６０、６２は、互いに曲率が直交したシリンドリカルレンズであり、半導体レーザモジュール１０－１～１０－６が出力し、各段部に配置された複数の第２の反射ミラー４０－１～４０－６で反射されたレーザ光を集光し、光ファイバ６６に好適に結合する。集光レンズ６０、６２は、たとえば半導体レーザモジュール１０－１～１０－６が出力したレーザ光の光ファイバ６６への結合効率が８５％以上となるように、光ファイバ６６に対する位置が調整されている。
　光フィルタ６１は、たとえば波長１０６０ｎｍ～１０８０ｎｍの光を反射し、９００ｎｍ～１０００ｎｍの光を透過するローパスフィルタである。その結果、光フィルタ６１は、半導体レーザモジュール１０－１～１０－６が出力したレーザ光を透過するとともに、波長１０６０ｎｍ～１０８０ｎｍの光が半導体レーザモジュール１０－１～１０－６に外部から照射されることを防止する。また、光フィルタ６１は、光フィルタ６１でわずかに反射された半導体レーザモジュール１０－１～１０－６の出力レーザ光が半導体レーザモジュール１０－１～１０－６に戻らないように、レーザ光の光軸に対して角度をつけて配置されている。
　光ファイバ６６は、たとえばコア径が１０５μｍ、クラッド系が１２５μｍのマルチモード光ファイバであってよいが、シングルモード光ファイバであってもよい。光ファイバ１１２のＮＡは、たとえば０．１５～０．２２であってよい。
　光源ユニット１００において、段差をつけて配置された各半導体レーザモジュール１０－１～１０－６は、リードピン５３から電力を供給されてレーザ光を出力する。出力された各レーザ光は、それぞれ各半導体レーザモジュール１０－１～１０－６内の反射体１３により鉛直方向にコリメートされ、窓部１６を介して第１の反射ミラー２０－１～２０－６に出力される。出力されたレーザ光は、第１の反射ミラー２０－１～２０－６でそれぞれ９０°折り曲げてＳＡＣレンズ３０－１～３０－６の方向にそれぞれ反射され、ＳＡＣレンズ３０－１～３０－６でそれぞれ水平方向にコリメートされる。つぎに、各レーザ光は、第２の反射ミラー４０－１～４０－６によって、光ファイバ６６の方向に反射され、各レーザ光は、集光レンズ６０および集光レンズ６２によって集光されて光ファイバ６６に結合される。光ファイバ６６に結合したレーザ光は、光ファイバ６６によって、光源ユニット１００の外部に導波されて出力される。光源ユニット１００は、実装部材５２の階段状の段差部に配置された半導体レーザモジュール１０－１～１０－６等の段差によって、レーザ光に不要な損失が生じることを防いでいる。なお、本実施の形態において、各半導体レーザモジュール１０－１～１０－６の出力光の光強度が、それぞれ１１Ｗであり、結合効率が８５％であるとすると、光源ユニット１００の出力光の光強度は、５６Ｗとなる。
　光源ユニット１００は、光源装置に使用することができる。図５は、図２の光源ユニットを使用する光源装置の概略図である。
　光源装置１１０は、光源ユニット１００を複数有し、光結合部としてのコンバイナ９０を備える。光源装置１１０は、光源ユニット１００を励起光源として用いている。光源装置１１０に含まれる複数の光源ユニット１００において、光ファイバ６６によりコンバイナ９０に伝搬される。光ファイバ６６の出力端は、複数入力１出力のコンバイナ９０の複数の入力ポートにそれぞれ結合されている。なお、光源装置１１０は、複数の光源ユニット１００を有するものに限定されるものではなく、少なくとも１つの光源ユニット１００を有していればよい。
　また、光源ユニット１００は、光ファイバレーザに使用することができる。図６は、図２の光源ユニットを使用する光ファイバレーザの概略図である。光ファイバレーザ２００は、光源ユニット１００を複数有し、励起光源として使用する光源装置１１０と、コンバイナ９０と、希土類添加光ファイバ１３０と、出力側光ファイバ１４０と、を備える。希土類添加光ファイバ１３０の入力端及び出力端には、それぞれ高反射ＦＢＲ（Fiber　Bragg　Grating）１２０、１２１が設けられている。
　コンバイナ９０の出力端には、希土類添加光ファイバ１３０の入力端が接続され、希土類添加光ファイバ１３０の出力端には、出口側光ファイバ１４０の入力端が接続されている。なお、複数の光源ユニット１００から出力されるレーザ光を希土類添加光ファイバ１３０に入射させる入射部は、コンバイナ９０に換えて他の構成を使用してもよい。例えば、複数の光源ユニット１００における出力部の光ファイバ６６を並べて配置し、複数の光ファイバ６６から出力されたレーザ光を、レンズを含む光学系等の入射部を用いて、希土類添加光ファイバ１３０の入力端に入射させるように構成してもよい。
　上述した光源ユニット１００、光源装置１１０および光ファイバレーザ２００は、半導体レーザモジュール１０を使用することにより、システムの小型化が可能となる。
　なお、光源ユニット１００は、第１の反射ミラー２０－１～２０－６、およびＳＡＣレンズ３０－１～３０－６に換えて、ＳＡＣミラーを使用するものであってもよい。図７は、図２に示す光源ユニットにおける半導体レーザモジュールと光学系の配置を示す他の例の図である。
　ＳＡＣミラー７０－１は、半導体レーザモジュール１０－１から出力されるレーザビームを反射しながら、水平方向にコリメートする。第２の反射ミラー４０－１は、半導体レーザモジュール１０－１およびＳＡＣミラー７０－１により、鉛直方向および水平方向にコリメートされたビームを、反射する。
　半導体レーザモジュール、ＳＡＣミラーおよび第２の反射ミラーを備える光源ユニットも、光源ユニット１００と同様に、光源装置や光ファイバレーザとして使用した場合に、システムの小型化が可能となる。
（実施の形態２）
　つぎに、実施の形態２について説明する。図８は、本発明の実施の形態２に係る光学ユニットの側面を表す模式的な一部切欠図である。以下では実施の形態２に係る光源ユニット１００Ａの実施の形態１の光源ユニット１００との主な相違点について説明する。
　光源ユニット１００Ａでは、光源ユニット１００と同様に、６つの半導体レーザモジュール１０－１～１０－６と、半導体レーザモジュール１０－１～１０－６から出力されるレーザビームを、それぞれ反射する６つの第１の反射ミラー２０－１～２０－６と、半導体レーザモジュール１０－１～１０－６から出力されるレーザビームを、それぞれ水平方向にコリメートする６つのＳＡＣレンズ３０－１～３０－６と、半導体レーザモジュール１０－１～１０－６およびＳＡＣレンズ３０－１～３０－６により、鉛直方向および水平方向にコリメートされたビームを、それぞれ反射する第２の反射ミラー４０－１～４０－６と、第２の反射ミラー４０－１～４０－６からのレーザビームを集光する集光レンズ６０、６２と、光フィルタ６１と、集光レンズ６０、６２が集光したビームを光結合する光ファイバ６６と、を備えている。
　光源ユニット１００Ａにおいて、半導体レーザモジュール１０－１～１０－６は、実装部材５２Ａの同一の平面に実装されている。また、第１の反射ミラー２０－１（または２０－２、・・・・、２０－６）、ＳＡＣレンズ３０－１（または３０－２、・・・・、３０－６）、および第２の反射ミラー４０－１（または４０－２、・・・・、４０－６）からなる1組の光学系は、半導体レーザモジュール１０－１（または１０－２、・・・・、１０－６）から出力されたレーザビームを、第１の反射ミラー２０－１（または２０－２、・・・・、２０－６）、ＳＡＣレンズ３０－１（または３０－２、・・・・、３０－６）、および第２の反射ミラー４０－１（または４０－２、・・・・、４０－６）を介してそれぞれ反射またはコリメートされるように、同じ高さに配置されるとともに、半導体レーザモジュール１０－１～１０－６が出力するレーザビームの光路が互いに干渉しないように、各光学系はそれぞれ異なる高さに配置されている。第１の反射ミラー２０－１～２０－６、ＳＡＣレンズ３０－１～３０－６、および第２の反射ミラー４０－１～４０－６からなる各光学系を、それぞれ異なる高さに配置することによって、半導体レーザモジュール１０－１～１０－６から出力され、第１の反射ミラー２０－１～２０－６、ＳＡＣレンズ３０－１～３０－６、および第２の反射ミラー４０－１～４０－６で反射されたレーザビーム群を集光レンズ６０、６２で集光し、不要な損失なく光ファイバ６６に光結合することができる。
（実施の形態３）
　つぎに、実施の形態３について説明する。図９は、本発明の実施の形態３に係る光源ユニットの模式的な平面図である。図１０は、図９に示す光源ユニットの側面を表す模式的な一部切欠図である。図１１は、図９に示す光源ユニットにおける半導体レーザモジュールと光学系の配置を示す図である。以下では実施の形態３に係る光源ユニット１００Ｂの実施の形態１の光源ユニット１００との主な相違点について説明する。
　光源ユニット１００Ｂでは、半導体レーザモジュール１０－１～１０－６から出力されるレーザビームを、それぞれ反射する６つの第１の反射ミラー２０－１～２０－６を有していない点で、光源ユニット１００と異なる。また、図９～１１に示すように、半導体レーザモジュール１０－１～１０－６は、パッケージ筐体１５の側面部１５ｂで実装部材５２に実装されている。
　実装部材５２の実装面は階段状をなし、１つの段部に１組の半導体レーザモジュール１０－１（または１０－２、・・・・、１０－６）、ＳＡＣレンズ３０－１（または３０－２、・・・・、３０－６）、および第２の反射ミラー４０－１（または４０－２、・・・・、４０－６）が配置されている。半導体レーザモジュール１０－１～１０－６は、半導体素子１１の実装面と垂直な側面（図１に示す側面１５ｂ）で実装部材５２に実装されている。半導体レーザモジュール１０－１～１０－６は、実装部材５２によって、筐体５１の内部に、段差をつけて配置されている。さらに、ＳＡＣレンズ３０－１～３０－６、第２の反射ミラー４０－１～４０－６は、図１１に示すように、それぞれ対応する１つの半導体レーザモジュール１０－１～１０－６から出力されたレーザビームを、透過または反射しうるように、同じ高さに配置されている。
　光源ユニット１００Ｂにおいて、段差をつけて配置された各半導体レーザモジュール１０－１～１０－６は、リードピン５３から電力を供給されてレーザ光を出力する。出力された各レーザ光は、それぞれ各半導体レーザモジュール１０－１～１０－６内の反射体１３により鉛直方向にコリメートされ、窓部１６を介してＳＡＣレンズ３０－１～３０－６の方向にそれぞれ射出される。ＳＡＣレンズ３０－１～３０－６は、レーザビームをそれぞれ水平方向にコリメートし、コリメートされた各レーザ光は、第２の反射ミラー４０－１～４０－６によって、光ファイバ６６の方向に反射され、各レーザ光は、集光レンズ６０および集光レンズ６２によって、不要な損失なく光ファイバ６６に光結合することができる。
　なお、半導体レーザモジュール１０－１～１０－６は、実装面である底面部１５ａを放熱面とするが、底面部１５ａに加え、底面部１５ａと垂直な側面部のうちの少なくとも一面を放熱面としてもよい。底面部１５ａと垂直な側面部のうちの少なくとも一面を放熱面とする場合、実装部材５２への実装面である側面部１５ｂを放熱面とすることが好ましい。
　以上のように、本発明に係る半導体レーザモジュール、光源ユニットおよび光源装置は、主に高出力の光ファイバレーザに利用して好適なものである。
　１０、１０－１～１０－６　半導体レーザモジュール
　１１　半導体レーザ素子
　１２　サブマウント
　１３　反射体
　１４　半田
　１５　パッケージ筐体
　１６　窓部
　２０－１～２０－６　第１の反射ミラー
　３０－１～３０－６　ＳＡＣレンズ
　４０－１～４０－６　第２の反射ミラー
　５１　筐体
　５２　実装部材
　５３　リードピン
　６０、６２　集光レンズ
　６１　光フィルタ
　６４　ブーツ
　６５　ルースチューブ
　６６　光ファイバ
　６７　ガラスキャピラリ
　６８　光吸収体
　７０－１　ＳＡＣミラー
　９０　コンバイナ
　１００、１００Ａ、１００Ｂ　光源ユニット
　１１０　光源装置
　１３０、１３１　高反射ＦＢＧ
　１４０　希土類添加光ファイバ
　１５０　出力側光ファイバ
　２００　光ファイバレーザ

Claims (13)

  1. 　マルチモードのレーザビームを出力する半導体レーザ素子と、
    　前記レーザビームを鉛直方向にコリメートする放物面を有する反射体と、
    　前記半導体レーザを実装する実装面と、前記反射体がコリメートしたレーザビームを透過する窓部と、を有するパッケージ筐体と、
    　を備え、前記パッケージ筐体の前記半導体レーザを実装する実装面は放熱面であって、前記窓部は前記実装面と対向する面に設けられていることを特徴とする半導体レーザモジュール。
  2. 　前記パッケージ筐体は気密封止されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザモジュール。
  3. 　前記パッケージ筐体は、前記実装面と垂直な側面のうちの少なくとも一面が放熱面であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザモジュール。
  4. 　前記反射体は、前記実装面に実装されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載の半導体レーザモジュール。
  5. 　前記反射体は、実装面がメタライズされているガラス材料からなり、半田によって前記パッケージ筐体の実装面に接合されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザモジュール。
  6. 　請求項１～５のいずれか一つに記載の半導体レーザモジュールと、
    　前記半導体レーザモジュールから出力されるレーザビームを水平方向にコリメートするＳＡＣ素子と、
    　前記半導体レーザモジュールおよび前記ＳＡＣレンズにより、鉛直方向および水平方向にコリメートされたビームを集光する集光レンズと、
    　前記集光レンズが集光したビームを光結合する光ファイバと、
    　を備えることを特徴とする光源ユニット。
  7. 　前記ＳＡＣ素子は、レンズまたはミラーであることを特徴とする請求項６に記載の光源ユニット。
  8. 　請求項１～５のいずれか一つに記載の複数の半導体レーザモジュールと、
    　前記半導体レーザモジュールから出力されるレーザビームを、それぞれ反射する複数の第１の反射ミラーと、
    　前記半導体レーザモジュールから出力されるレーザビームを、水平方向にそれぞれコリメートする複数のＳＡＣレンズと、
    　前記半導体レーザモジュールおよび前記ＳＡＣレンズにより、鉛直方向および水平方向にコリメートされたビームを、それぞれ反射する第２の反射ミラーと、
    　前記第２の反射ミラーからのレーザビームを集光する集光レンズと、
    　前記集光レンズが集光したビームを光結合する光ファイバと、
    　前記半導体レーザモジュールを、半導体レーザ素子の実装面で実装する実装部材と、を備え、
    　前記実装部材の前記半導体レーザモジュールの実装面は階段状をなし、１つの段部に１つの前記半導体レーザモジュールがそれぞれ配置され、１つの段部にそれぞれ配置された前記半導体モジュールから出力されたレーザビームは、前記複数の第１の反射ミラー、前記複数のＳＡＣレンズ、および前記複数の第２の反射ミラーを介してそれぞれ反射またはコリメートされ、
    　前記集光レンズは、前記複数の第２の反射ミラーでそれぞれ反射されたレーザビーム群を集光することを特徴とする光源ユニット。
  9. 　請求項１～５のいずれか一つに記載の複数の半導体レーザモジュールと、
    　前記半導体レーザモジュールから出力されるレーザビームを、それぞれ反射する複数の第１の反射ミラーと、
    　前記半導体レーザモジュールから出力されるレーザビームを、水平方向にそれぞれコリメートする複数のＳＡＣレンズと、
    　前記半導体レーザモジュールおよび前記ＳＡＣレンズにより、鉛直方向および水平方向にコリメートされたビームを、それぞれ反射する第２の反射ミラーと、
    　前記第２の反射ミラーからのレーザビームを集光する集光レンズと、
    　前記集光レンズが集光したビームを光結合する光ファイバと、
    　前記半導体レーザモジュールを、半導体レーザ素子の実装面で実装する実装部材と、を備え、
    　前記複数の半導体レーザモジュールは、前記実装部材の同一の平面に実装され、前記複数の半導体モジュールから出力されたレーザビームは、前記複数の第１の反射ミラー、前記複数のＳＡＣレンズ、および前記複数の第２の反射ミラーを介してそれぞれ反射またはコリメートされるように、前記第１の反射ミラー、前記ＳＡＣレンズ、および前記第２の反射ミラーからなる１組の光学系は同じ高さに配置されるとともに、各光学系はそれぞれ異なる高さに配置され、
    　前記集光レンズは、異なる高さに配置された前記複数の第２の反射ミラーでそれぞれ反射されたレーザビーム群を集光することを特徴とする光源ユニット。
  10. 　前記ＳＡＣレンズは、前記半導体レーザモジュールと前記第１の反射ミラーとの間にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項７または８に記載の光源ユニット。
  11. 　請求項１～５のいずれか一つに記載の複数の半導体レーザモジュールと、
    　前記半導体レーザモジュールから出力されるレーザビームを、水平方向にそれぞれコリメートする複数のＳＡＣレンズと、
    　前記半導体レーザモジュールおよび前記ＳＡＣレンズにより、鉛直方向および水平方向にコリメートされたビームを、それぞれ反射する第２の反射ミラーと、
    　前記第２の反射ミラーからのレーザビームを集光する集光レンズと、
    　前記集光レンズが集光したビームを光結合する光ファイバと、
    　前記半導体レーザモジュールを、半導体レーザ素子の実装面と垂直な側面で実装する実装部材と、を備え、
    　前記実装部材の前記半導体レーザモジュールの実装面は階段状をなし、１つの段部に１組の前記半導体レーザモジュール、前記ＳＡＣレンズ、および前記第２の反射ミラーが配置されるとともに、前記半導体レーザモジュールは、前記半導体レーザモジュールから出力されるレーザビームが前記段部と平行となるように配置され、
    　前記集光レンズは、各段部に配置された複数の前記第２の反射ミラーで反射されたレーザビーム群を集光することを特徴とする光源ユニット。
  12. 　請求項６～１１のいずれか一つに記載の光源ユニットを少なくとも１つ備えることを特徴とする光源装置。
  13. 　請求項１２に記載の光源装置と、
    　前記光源ユニットから出力されるレーザ光により光励起される光増幅ファイバと、
    　を備えることを特徴とする光ファイバレーザ。
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