半导体激光器装置的制作方法

1.本公开涉及一种具备多个半导体激光器元件的半导体激光器装置。


背景技术：

2.作为指向性优秀的半导体激光器元件，开发出了能够获得超过1瓦特的光输出的半导体激光器元件，并提出了通过使来自大量的半导体激光器元件的激光成束从而能够输出数百瓦特以上且数千瓦特以下左右的光的激光源装置。这些能够获得高的光输出的半导体激光器装置例如被利用为通过向被加工物照射来进行加工的热源。例如，这些半导体激光器装置被利用于金属材料的焊接、金属板的切割等。作为使来自大量的半导体激光器元件的激光成束的方法，例如有空间耦合或波长耦合，为了获得高亮度的激光而设计了耦合光学系统。
3.例如，在专利文献1所记载的激光器组件中，多个半导体激光器元件在包含其快轴(也就是速轴)的平面内以规定的位置为中心，被且呈辐射状地进行配置。由此，试图将激光聚光到规定的位置。
4.另外，在专利文献2所记载的激光器装置中，利用透镜将来自多个激光器模块的不同波长的激光聚光到衍射光栅上来进行波长耦合。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本特开2011
‑
86905号公报
8.专利文献2：国际公开第2017/134911号


技术实现要素：

9.发明要解决的问题
10.然而，在专利文献1所记载的激光器组件中，由于多个半导体激光器元件被呈辐射状配置，因此必须将多个激光器组件间分开地配置。与其相伴地，在规定的角度范围内能够配置的激光器元件的数量受到限制，因此光输出也受到限制。
11.另外，在专利文献2所记载的激光器装置中，由透镜聚光的来自各模块的激光向衍射光栅入射。向衍射光栅入射的激光分别为会聚光而非平行光。通过衍射光栅被进行波长耦合的激光仅为具有与各模块的振荡波长对应的入射角的激光，因此导致会聚光中的不具有规定角度的激光的成分在从衍射光栅射出后发散了。因此，在利用透镜使从衍射光栅射出的激光聚光并向光纤入射时产生耦合损失。并且，在向直径更小的光纤的耦合中，耦合损失进一步增大。另外，为了利用透镜来使激光聚光于衍射光栅，而可能导致衍射光栅上的光密度非常高，从而破坏了衍射光栅。因此，能够耦合的激光的数量也有限制，从而难以高输出化。
12.本公开用于解决这样的问题，提供一种在通过波长分散元件进行波长耦合的半导体激光器装置中能够抑制波长分散元件中的光密度并能够射出高亮度的激光的半导体激
光器装置。
13.用于解决问题的方案
14.为了解决上述问题，本公开所涉及的半导体激光器装置的一个方式具备：多个半导体激光器元件，所述多个半导体激光器元件射出波长互不相同的光；偏转元件，其使所述多个出射光中的至少一个偏转；以及波长分散元件，其将来自所述多个半导体激光器元件的多个出射光波长耦合到同一光轴上，其中，所述偏转元件具有与多个出射光分别对应的多个平面，所述多个出射光在所述波长分散元件上相互重叠。
15.由此，即使将多个半导体激光器元件的间隔配置得小，通过适当地设定偏转元件的多个平面的倾斜，也能够使多个出射光在波长分散元件上重叠。由此，能够增加每单位面积的半导体激光器元件的数量，因此还能够增加半导体激光器装置中能够配置的半导体激光器元件的数量，从而能够实现半导体激光器装置的高输出化。另外，多个出射光不被偏转元件会聚，因此能够以平行光的状态向波长分散元件入射。因而，由于能够增大波长分散元件上的光束直径，因此与将多个会聚光重叠的情况相比，即使将多个出射光重叠也能够抑制光密度。由此，能够抑制对波长分散元件造成的损害，并能够使来自更多的半导体激光器元件的出射光重叠，因此能够实现半导体激光器装置的高输出化。
16.另外，由于能够使向波长分散元件入射的各激光成为入射角度分布小的平行光，因此能够通过波长分散元件将各激光以平行光的状态耦合。由此，作为从部分反射镜输出的出射光，能够获得光束品质高的高亮度的激光。
17.另外，在本公开所涉及的半导体激光器装置的一个方式中，也可以为，所述多个出射光在第1轴方向以及与所述第1轴方向正交的第2轴方向上具有发散角，所述半导体激光器装置还具备用于变换所述发散角的多个透镜，所述多个平面中的至少一个平面相对于所对应的出射光的光轴倾斜，所述多个半导体激光器元件沿着所述第1轴方向和所述第2轴方向中的一个轴方向排列。
18.像这样，通过多个平面中的至少一个平面相对于所对应的出射光的光轴倾斜，由此能够使对应的出射光偏转。
19.另外，本公开所涉及的半导体激光器装置的一个方式也可以为，还具备部分反射镜，该部分反射镜使通过所述波长分散元件被进行波长耦合后的所述多个出射光的一部分出射光反射且使另一部分出射光透过，在该部分反射镜与所述多个半导体激光器元件之间形成外部共振器。
20.另外，在本公开所涉及的半导体激光器装置的一个方式中，也可以为，所述多个透镜包括用于减小激光的在所述第2轴方向上的发散角的第1透镜。
21.另外，在本公开所涉及的半导体激光器装置的一个方式中，也可以为，所述多个透镜包括用于减小所述多个出射光的在所述第2轴方向上的发散角的第2透镜。
22.另外，在本公开所涉及的半导体激光器装置的一个方式中，也可以为，所述第2透镜配置于所述第1透镜与所述波长分散元件之间。
23.另外，在本公开所涉及的半导体激光器装置的一个方式中，也可以为，所述多个出射光中的各个出射光的在所述一个轴方向上的光束参数积为1[mm
·
mrad]以下。
[0024]
在该情况下，由于多个出射光的两个轴方向中的、多个出射光重叠的轴方向上的光束参数积为1[mm
·
mrad]以下，因此即使在各出射光的重叠发生偏移的情况下，偏移的容
许范围也变大。由此，能够抑制通过波长分散被进行耦合的轴方向上的光束品质的劣化，因此能够实现能够输出高亮度的激光的半导体激光器装置。
[0025]
另外，在本公开所涉及的半导体激光器装置的一个方式中，也可以为，所述偏转元件具有入射面和出射面，其中，所述多个出射光入射至所述入射面，从所述入射面入射的所述多个出射光从所述出射面射出，所述多个平面是使所述多个出射光分别透过的透射面，包含在所述入射面和所述出射面中的至少一方中。
[0026]
另外，在本公开所涉及的半导体激光器装置的一个方式中，也可以为，所述多个平面是使所述多个出射光分别反射的反射面。
[0027]
另外，在本公开所涉及的半导体激光器装置的一个方式中，也可以为，所述一个轴方向为所述第1轴方向，所述第1透镜为快轴准直器，所述第2透镜为慢轴准直器。
[0028]
另外，本公开所涉及的半导体激光器装置的一个方式也可以还具备由金属材料形成的多个封装体，所述多个半导体激光器元件分别被安装于所述多个封装体，所述多个封装体各自具有用于向所述多个半导体激光器元件中的、安装于该封装体的半导体激光器元件供给电力的多个引脚，在所述多个封装体各自的光出射部配置所述第1透镜，所述多个封装体各自具有用于安装所述多个半导体激光器元件中的各个半导体激光器元件的安装面，所述多个封装体各自具有与所述安装面平行的两个平面，所述两个平面之间的距离相当于该封装体的厚度，且与配置所述多个半导体激光器元件的间隔相等。
[0029]
另外，在本公开所涉及的半导体激光器装置的一个方式中，也可以为，所述多个半导体激光器元件分别借助由导电性材料形成的副安装件(submount)而被安装于所述多个封装体，所述多个引脚中的一个引脚与所述多个封装体为相同电位，所述多个半导体激光器元件被电压驱动。
[0030]
另外，在本公开所涉及的半导体激光器装置的一个方式中，也可以为，所述多个半导体激光器元件分别借助由电绝缘性材料形成的副安装件而被安装于所述多个封装体，所述多个引脚与所述多个封装体被进行绝缘，所述多个半导体激光器元件被电流驱动。
[0031]
另外，在本公开所涉及的半导体激光器装置的一个方式中，也可以为，所述多个封装体分别将所述多个半导体激光器元件气密地密封。
[0032]
由此，由于能够控制封装体内的环境，因此能够抑制半导体激光器元件的劣化。特别是，在半导体激光器元件射出蓝色光、紫外光等波长比较短的激光的情况下，通过抑制硅氧烷向封装体内的流入，能够减少硅氧烷堆积于半导体激光器元件等。
[0033]
另外，在本公开所涉及的半导体激光器装置的一个方式中，也可以为，所述多个出射光中的各个出射光在所述第1轴方向和所述第2轴方向上的光束参数积为1[mm
·
mrad]以下，所述多个半导体激光器元件沿着所述第2轴方向排列，所述第1透镜为快轴准直器，所述第2透镜为慢轴准直器。
[0034]
在该情况下，由于多个出射光的两个轴方向中的、使出射光重叠的轴方向上的光束参数积为1[mm
·
mrad]以下，因此即使在各出射光的重叠发生了偏移的情况下，偏移的容许范围也变大。由此，能够维持通过波长分散进行耦合的轴方向上的光束品质，因此能够实现能够输出高亮度的激光的半导体激光器装置。
[0035]
另外，本公开所涉及的半导体激光器装置的一个方式也可以为，还具备由金属材料形成的一个封装体，所述多个半导体激光器元件被安装于所述一个封装体，所述一个封
装体具有用于向所述多个半导体激光器元件供给电力的多个引脚，在所述一个封装体配置有所述第1透镜。
[0036]
另外，在本公开所涉及的半导体激光器装置的一个方式中，也可以为，所述多个半导体激光器元件借助一个副安装件而被安装于所述一个封装体。
[0037]
像这样，通过将多个半导体激光器元件安装于一个副安装件，能够降低多个出射光的光轴的偏移。因而，半导体激光器装置能够输出更高亮度的激光。
[0038]
另外，在本公开所涉及的半导体激光器装置的一个方式中，也可以为，所述一个封装体将所述多个半导体激光器元件气密地密封。
[0039]
由此，由于能够控制封装体内的环境，因此能够抑制半导体激光器元件的劣化。特别是，在半导体激光器元件射出蓝色光、紫外光等波长比较短的激光的情况下，通过抑制硅氧烷向封装体内的流入，能够减少硅氧烷堆积于半导体激光器元件等。
[0040]
发明的效果
[0041]
根据本公开，能够提供一种在通过波长分散元件进行波长耦合的半导体激光器装置中能够抑制波长分散元件中的光密度并能够射出高亮度的激光的半导体激光器装置。
附图说明
[0042]
图1a是示出实施方式1所涉及的半导体激光器装置的整体结构的示意性的俯视图。
[0043]
图1b是示出实施方式1所涉及的半导体激光器装置的整体结构的示意性的侧视图。
[0044]
图2a是示出实施方式1所涉及的光源单元的俯视侧的外观的立体图。
[0045]
图2b是示出实施方式1所涉及的光源单元的仰视侧的外观的立体图。
[0046]
图2c是示出本实施方式1所涉及的光源单元的结构的分解立体图。
[0047]
图3a是示出实施方式1所涉及的光源模块的外观的立体图。
[0048]
图3b是示出实施方式1所涉及的光源模块的结构的部件展开图。
[0049]
图4a是示出实施方式1所涉及的偏转元件的外观的立体图。
[0050]
图4b是示出实施方式1所涉及的偏转元件的形状的侧视图和俯视图。
[0051]
图5是用于说明实施方式1所涉及的半导体激光器装置的作用和效果的图。
[0052]
图6a是示出实施方式1所涉及的偏转元件的多个平面的第1设计例的曲线图。
[0053]
图6b是示出实施方式1所涉及的偏转元件的多个平面的第2设计例的曲线图。
[0054]
图6c是示出实施方式1所涉及的偏转元件的多个平面的第3设计例的曲线图。
[0055]
图6d是示出实施方式1所涉及的偏转元件的多个平面的第4设计例的曲线图。
[0056]
图7是示出实施方式2所涉及的光源单元的结构的示意性的俯视图。
[0057]
图8是示出实施方式2所涉及的半导体激光器装置的结构的示意性的俯视图。
[0058]
图9是示出实施方式3所涉及的半导体激光器装置的结构的示意性的俯视图。
[0059]
图10是示出实施方式4所涉及的光源单元的外观的示意性的立体图。
[0060]
图11是示出实施方式4所涉及的光源单元的结构的分解立体图。
[0061]
图12是示出实施方式4所涉及的光源模块的结构的分解立体图。
[0062]
图13是示出实施方式4所涉及的多个半导体激光器元件和副安装件的外观的立体
图。
具体实施方式
[0063]
下面，参照附图来说明本公开的实施方式。此外，下面说明的实施方式均表示本公开的一个具体例。因而，下面的实施方式中示出的数值、形状、材料、构成要素以及构成要素的配置位置、连接方式等是一例，并非旨在对本公开进行限定。因此，关于下面的实施方式的构成要素中的表示本公开的最上位概念的独立权利要求中所没有记载的构成要素，作为任意的构成要素进行说明。
[0064]
另外，各图是示意图，并未严格地进行图示。因而，在各图中，比例尺等未必一致。此外，在各图中，对实质相同的结构标注相同的标记，并省略或简化重复的说明。
[0065]
另外，在本说明书和附图中，x轴、y轴以及z轴表示三维正交坐标系的三个轴。x轴和y轴是相互正交且均与z轴正交的轴。
[0066]
(实施方式1)
[0067]
对实施方式1所涉及的半导体激光器装置进行说明。
[0068]
[整体结构]
[0069]
首先，使用图1a和图1b来说明本实施方式所涉及的半导体激光器装置的整体结构。图1a和图1b分别是示出本实施方式所涉及的半导体激光器装置1的整体结构的示意性的俯视图和侧视图。
[0070]
本实施方式所涉及的半导体激光器装置1是通过波长分散元件来进行多个出射光的波长耦合的激光源。如图1a和图1b所示，半导体激光器装置1具备光源单元300、波长分散元件70以及部分反射镜80。
[0071]
光源单元300是具有多个半导体激光器元件的单元。使用图2a～图2c来说明光源单元300。图2a和图2b分别是示出本实施方式所涉及的光源单元300的俯视侧和仰视侧的外观的立体图。图2c是示出本实施方式所涉及的光源单元300的结构的分解立体图。
[0072]
如图2a和图2c所示，光源单元300具有多个光源模块200a～200i、第2透镜40、透镜保持架41、偏转元件50以及单元底座301。此外，在上述的图1b中，为了简单化而省略了单元底座301和透镜保持架41的图示。另外，在图2c中，仅示出了多个光源模块200a～200i中的光源模块200i。另外，如图2b和图2c所示，光源单元300还具有电路基板310。
[0073]
单元底座301是光源单元300的基座，安装有多个光源模块200a～200i等。如图2c所示，单元底座301具有板状的形状。在单元底座301形成有固定孔304和305、贯通孔302和303。固定孔304是被拧入用于固定多个光源模块200a～200i中的各个光源模块的螺钉90的螺纹孔。固定孔305是被拧入用于固定透镜保持架41的螺钉90的螺纹孔。贯通孔302是被插入多个光源模块200a～200i各自的引脚23和24的长孔。贯通孔303是被插入用于固定单元底座301的螺钉等的孔。
[0074]
电路基板310是向多个光源模块200a～200i供给电力的基板。如图2b和图2c所示，电路基板310被配置于单元底座301的背面(也就是说，配置有各光源模块等的面的背侧的面)。在电路基板310上连接有电力供给引线313，电力供给引线313是向电路基板310供给电力的引线。在电路基板310形成有用于连接多个光源模块200a～200i的各引脚23和23的贯通孔311。另外，在电路基板310形成有从电力供给引线313到贯通孔311的印制布线312等，
经由该印制布线312来从电力供给引线313向引脚23和24供给电力。在图2b所示的例子中，图示了多个光源模块200a～200i被串联连接从而被供给相同的电流的情况、也就是说被电流驱动的情况下的印制布线312。此外，电路基板310也可以具有用于对从电力供给引线313供给的电压和电流中的至少一方进行变换的电路。
[0075]
多个光源模块200a～200i分别是具有半导体激光器元件的模块。此外，本实施方式所涉及的光源单元300具有9个光源模块200a～200i，但是光源模块的个数只要为多个即可，并不特别限定。下面，使用图3a和图3b来说明多个光源模块200a～200i的结构。图3a是示出本实施方式所涉及的光源模块200的外观的立体图。图3b是示出本实施方式所涉及的光源模块200的结构的部件展开图。在图3b中还一并示出了半导体激光器元件10附近的虚线框内的放大图。图1a所示的多个光源模块200a～200i分别具有与图3a及图3b所示的光源模块200同样的结构。
[0076]
如图3a和图3b所示，光源模块200具有封装体20和第1透镜30。在本实施方式中，如图3b所示，光源模块200具有半导体激光器元件10、副安装件11以及护罩玻璃26。封装体20是安装有半导体激光器元件10且由金属材料形成的壳体。封装体20具有框体22、盖29、以及多个引脚23和24。
[0077]
框体22是封装体20的主体部，形成有开口部22a、光出射部25以及贯通孔21。开口部22a是与封装体20的内部相连的开口，是用于将半导体激光器元件10等插入到封装体20内的插入口。在本实施方式中，开口部22a具有矩形的形状。光出射部25是在框体22的一个表面形成的开口，来自安装于封装体20的内部的半导体激光器元件10的出射光通过该开口。在光出射部25处配置第1透镜30。盖29是将框体22的开口部22a封闭的板状构件，与开口部22a同样地具有矩形的形状。引脚23和24分别是向半导体激光器元件10供给电力的端子。贯通孔21是被插入用于将封装体20固定于单元底座301的螺钉90的孔。插入到贯通孔21的螺钉90如图2c所示那样被拧入在单元底座301形成的螺纹孔即固定孔304中。由此将光源模块200固定到单元底座301。另外，在光源模块200被固定到单元底座301时，引脚23和24被插入到单元底座301的贯通孔302中，并进一步被插入到图2c所示的电路基板310的贯通孔311中。被插入到电路基板310的贯通孔311中的引脚23和24使用焊锡等被固定到电路基板310并且与印制布线312电连接。
[0078]
如图3b所示，封装体20具有用于安装半导体激光器元件10的安装面27。另外，封装体20具有与安装面27平行的两个平面201a和201b，两个平面201a和201b之间的距离相当于封装体20的厚度h(参照图3a)。在本实施方式中，如图1a和图2a所示，多个光源模块200a～200i沿封装体20的厚度方向大致无间隙地排列。也就是说，封装体20的厚度h与配置多个半导体激光器元件10的间隔相等。在此，在封装体20的厚度h与配置多个半导体激光器元件10的间隔相等的记载所指的结构中，不仅包含封装体20的厚度h与配置半导体激光器元件10的间隔完全一致的结构，还包含封装体20的厚度h与配置半导体激光器元件10的间隔大致一致的结构。在封装体20的厚度h与配置多个半导体激光器元件10的间隔相等的记载所指的结构中，例如也可以包含封装体20的厚度h与配置半导体激光器元件10的间隔之间的误差为5％以内的结构。
[0079]
另外，通过将光源模块200a～200i如上述那样配置于单元底座301上，由此来自多个半导体激光器元件10的多个出射光的光轴存在于同一平面内。在图1a等所示的例子中，
多个出射光的光轴存在于与zx平面平行的平面内。在此，在多个出射光的光轴存在于同一平面内的记载所指的结构中，不仅包含各光轴完全存在于相同的平面内的结构，还包含各光轴完全存在于大致相同的平面内的结构。在多个出射光的光轴存在于同一平面内的记载所指的结构中，也可以还包含多个出射光的光轴相对于规定的平面发生因制造误差、装配误差等引起的程度的偏移。例如，也可以包含各光轴的方向的偏移为5
°
左右以下的结构，还可以包含各光轴的位置自规定的平面的偏移为各出射光的光点尺寸的20％左右以下的结构。
[0080]
封装体20例如由金属材料形成。此外，在引脚23及24与框体22之间插入绝缘构件。由此，能够抑制引脚23及24与框体22等导通。引脚23和24分别具有棒状的形状，将封装体20的框体22贯通而一端配置于封装体20的内部，另一端配置于封装体20的外部。在引脚23和24的被配置于封装体20的内部的一端分别形成有具有平面状的形状的接合面23b和24b。在接合面23b接合第1导线23w的一端，在接合面24b接合第2导线24w的一端。第1导线23w的另一端被接合于副安装件11上所形成的导电膜12。由此，第1导线23w经由导电膜12而与半导体激光器元件10的n侧电极连接。另外，第2导线24w的另一端与半导体激光器元件10连接。更具体地说，第2导线24w的另一端与半导体激光器元件10的p侧电极连接。
[0081]
另外，在本实施方式中，封装体20将半导体激光器元件10气密地密封。也就是说，框体22的开口部22a与盖29之间、光出射部25与护罩玻璃26之间等被密封。由此，由于能够控制封装体20内的环境，因此能够抑制半导体激光器元件10的劣化。特别是，在半导体激光器元件10射出蓝色光、紫外光等波长比较短的激光的情况下，通过抑制硅氧烷向封装体20内的流入，能够减少硅氧烷堆积于半导体激光器元件10等。
[0082]
半导体激光器元件10是射出出射光的半导体发光元件，射出波长互不相同的光。在本实施方式中，半导体激光器元件10在激光共振方向上的一端部形成有高反射率的反射膜(未图示)，在另一端部，如图3b所示那样形成低反射膜13。
[0083]
来自多个半导体激光器元件10的多个出射光在第1轴方向和第2轴方向上具有发散角。在本实施方式中，第1轴方向和第2轴方向分别是快轴方向和慢轴方向。另外，在图3b等所示的例子中，第1轴方向平行于x轴方向，第2轴方向与第1轴方向正交且平行于y轴方向。在本实施方式中，多个半导体激光器元件10如图1a和图2a所示那样沿着第1轴方向排列。更详细地说，多个半导体激光器元件10在第1轴方向上等间隔地配置。半导体激光器元件10的结构没有特别限定，例如，半导体激光器元件10是由gan系的半导体材料构成的激光器元件。
[0084]
副安装件11是被安装于封装体20的安装面27的构件。在副安装件11上安装半导体激光器元件10。也就是说，半导体激光器元件10借助副安装件11而被安装于封装体20。更详细地说，半导体激光器元件10被安装于副安装件11的一个主表面。在本实施方式中，半导体激光器元件10的n侧电极被安装于副安装件11的上表面11m。在副安装件11的上表面11m形成有导电膜12，与半导体激光器元件10的n侧电极连接。
[0085]
在本实施方式中，副安装件11由热导率高的电绝缘性材料形成。副安装件11例如由sic、aln、金刚石等形成。由于副安装件11的热导率高，从而能够快速地释放半导体激光器元件10中产生的热，因此能够抑制因半导体激光器元件10的热而引起的输出降低等不良影响。另外，通过由电绝缘性材料形成副安装件11，由此能够使半导体激光器元件10的n侧
电极与封装体20绝缘。由此，例如能够将多个半导体激光器元件10串联连接来进行电流驱动。
[0086]
护罩玻璃26是被配置于封装体20的光出射部25的透光性的板状构件。在本实施方式中，护罩玻璃26是覆盖光出射部25的透明的玻璃板。
[0087]
第1透镜30是对来自半导体激光器元件10的出射光的发散角进行变换的多个透镜中的一个透镜，减小出射光的在第1轴方向上的发散角。在本实施方式中，第1透镜30用于减少半导体激光器元件10的快轴方向上的发散。在本实施方式中，第1透镜30使半导体激光器元件10的出射光在快轴方向上成为平行光。也就是说，第1透镜30为快轴准直器。另外，第1轴方向为快轴方向。第1透镜30例如是由玻璃、石英等形成的柱面透镜(cylindrical lens)。第1透镜30经由护罩玻璃26而被配置于封装体20的光出射部25。
[0088]
第2透镜40是对来自半导体激光器元件10的出射光的发散角进行变换的多个透镜中的一个透镜，配置于第1透镜30与波长分散元件70之间，减小激光的第2轴方向上的发散角。在本实施方式中，第2透镜40减少半导体激光器元件10的慢轴方向上的发散。在本实施方式中，第2透镜40使半导体激光器元件10的出射光在慢轴方向上成为平行光。也就是说，第2透镜40为慢轴准直器。另外，第2轴方向为慢轴方向。第2透镜40例如是由玻璃、石英等形成的柱面透镜。
[0089]
透镜保持架41是用于保持第2透镜40的保持架。透镜保持架41通过螺钉90而被固定于单元底座301。也就是说，第2透镜40借助透镜保持架41而被固定于单元底座301。透镜保持架41例如与封装体20同样地由金属材料构成。
[0090]
偏转元件50是使来自多个半导体激光器元件10的多个出射光中的至少一个出射光偏转的光学元件。偏转元件50被固定于单元底座301。偏转元件50被固定到单元底座301的固定方式没有特别限定。在本实施方式中，偏转元件50的底面(也就是说，与单元底座301相向的面)被接合于单元底座301。偏转元件50例如使用粘接剂等被接合于单元底座301。
[0091]
下面，使用图1a、图4a以及图4b来详细地说明偏转元件50。图4a是示出本实施方式所涉及的偏转元件50的外观的立体图。图4b是示出本实施方式所涉及的偏转元件50的形状的侧视图和俯视图。在图4b中，在左侧和右侧分别示出了偏转元件50的侧视图和俯视图。
[0092]
如图1a所示，偏转元件50具有入射面52和出射面53，来自多个半导体激光器元件10的多个出射光60a～60i入射至入射面52，从入射面52入射的多个出射光60a～60i从出射面53射出。另外，偏转元件50具有与多个出射光分别对应的多个平面51a～51i。在本实施方式中，多个平面51a～51i是使多个出射光60a～60i分别透过的透射面。此外，在本实施方式中，多个平面51a～51i被包含于入射面52，但是多个平面51a～51i也可以被包含于出射面53。多个平面51a～51i可以被包含于入射面52和出射面53中的至少一方。
[0093]
偏转元件50的多个平面51a～51i中的至少一个平面分别相对于多个出射光60a～60i中的与至少一个平面分别对应的出射光的光轴倾斜。在本实施方式中，如图1a所示，平面51a～51d和51f～51i分别相对于所对应的出射光60a～60d、60f～60i倾斜(也就是不垂直)。另外，各平面的倾斜随着远离平面51e而变大。由此，在偏转元件50中，越是远离出射光60e的位置处的出射光被偏转元件50偏转得越大。另外，多个出射光60a～60i由于存在于同一平面内，因此能够通过偏转元件50将多个出射光60a～60i在波长分散元件70上重叠。在后面记述偏转元件50的详细的作用。偏转元件50例如由玻璃、石英等透光性材料形成。偏转
元件50的倾斜面形状例如能够通过使用金属模具使玻璃材料成型而形成。或者，也能够通过如下方法来形成：使用具有与倾斜面形状相应的透过率的灰阶掩模等，通过步进器等将形状转印到在玻璃基板上涂布的抗蚀剂，之后通过反应性蚀刻装置(rie)等对玻璃基板进行蚀刻而形成。在像这样形成的偏转元件50的入射面52和出射面53形成有用于提高透射率的防反射膜。防反射膜使用将折射率不同的多个电介质材料(例如sio2、tio2、al2o3、ta2o3、nb2o5等材料)例如通过溅射或蒸镀形成为多层而得到的膜。
[0094]
波长分散元件70是将来自偏转元件50的多个出射光60a～60i波长耦合到同一光轴上而成为耦合光61的光学元件。波长分散元件70的结构只要是能够将多个出射光60a～60i波长耦合到同一光轴上的光学元件即可，并不特别限定，在本实施方式中，波长分散元件70为反射型的衍射光栅。在此，在将多个出射光60a～60i波长耦合到同一光轴上的记载所指的结构中，不仅包含将多个出射光60a～60i完全耦合到相同的光轴上的结构，还包含多个出射光60a～60i被耦合到大致相同的光轴上的结构。在将多个出射光60a～60i波长耦合到同一光轴上的记载所指的结构中，还可以包含波长耦合后的多个出射光60a～60i的各光轴发生了因制造误差、装配误差所引起的程度的偏移的结构。例如，既可以包含各光轴的方向的偏移为5
°
左右以下的情况，也可以包含各光轴的位置的偏移为各出射光的光点尺寸的20％左右以下的情况。
[0095]
向波长分散元件70入射的多个出射光60a～60i的各波长互不相同，基于向波长分散元件70入射的入射角度、耦合光61的出射角度以及波长分散元件70的特性来决定。
[0096]
部分反射镜80是使来自波长分散元件70的耦合光61的一部分反射且使另一部分透过、并与多个半导体激光器元件10之间形成外部共振器的元件。更详细地说，部分反射镜80与形成于多个半导体激光器元件10的高反射膜之间形成外部共振器。在本实施方式中，部分反射镜80为平面反射镜。部分反射镜80的具有部分反射特性的反射膜形成于部分反射镜80的任一面，在另一面形成有防反射膜。作为反射膜和防反射膜，例如使用将折射率不同的多个电介质材料(例如sio2、tio2、al2o3、ta2o3、nb2o5等材料)通过溅射、蒸镀形成为多层而得到的电介质多层膜。部分反射镜80的反射率根据多个半导体激光器元件10的特性等来适当地设定，但是在多个半导体激光器元件10各自振荡的波长的宽度中，可以是大致固定的，具体地说，可以大致固定为中心波长
‑
20nm以上且中心波长 20nm以下的宽度。为了实现半导体激光器装置1的高输出化，透过部分反射镜80而输出的激光62应尽可能地大。为了实现激光62的高输出化，也可以将部分反射镜80的反射率设定在5％～50％范围内。
[0097]
[作用和效果]
[0098]
接着，使用图5来说明本实施方式所涉及的半导体激光器装置1的作用和效果。图5是用于说明本实施方式所涉及的半导体激光器装置1的作用和效果的图。在图5中，为了简单化，仅示出了多个光源模块200a～200i中的光源模块200a和200e。
[0099]
如图5所示，来自半导体激光器装置1的光源模块200a和200e所具有的各半导体激光器元件10的出射光60a和60e在同一平面内沿同一方向(图5的z轴方向)传播。而且，出射光60a和60e的在快轴方向即第1轴方向(图5的x轴方向)上的发散角被各光源模块所具有的第1透镜30减小。接着，出射光60a和60e的在慢轴方向即第2轴方向(图5的y轴方向)上的发散角被第2透镜40减小。通过第1透镜30和第2透镜40而成为大致平行光的出射光60a和60e向偏转元件50入射。出射光60a通过包含于偏转元件50的入射面52的平面51a而被偏转，在
波长分散元件70上与在同一平面内传播的出射光60e重叠。偏转元件50的各平面相对于各出射光的倾斜度根据从偏转元件50的入射面到波长分散元件70的距离l以及相邻的半导体激光器元件10的间隔p来决定，以使各出射光在波长分散元件70上重叠。此外，偏转元件50的入射面52的位置被定义为出射光实质入射的位置即入射基准位置。在此，使用图6a～图6d来说明本实施方式所涉及的偏转元件50的设计例。图6a～图6d是示出本实施方式所涉及的偏转元件50的多个平面的设计例的曲线图。在图6a和图6b中示出了相邻的半导体激光器元件10的间隔p为10mm、从偏转元件50的入射面到波长分散元件70的距离l为500mm的情况下的偏转元件50的入射面位置。在图6b中示出了间隔p为10mm、距离l为1000mm的情况下的偏转元件50的入射面位置。在图6c中示出了间隔p为5mm、距离l为500mm的情况下的偏转元件50的入射面位置。在图6d中示出了间隔p为5mm、距离l为1000mm的情况下的偏转元件50的入射面位置。如图6a～图6d所示，间隔p越小，并且距离l越小，则需要使偏转元件50的平面的倾斜越大。如图6a～图6d所示，通过根据间隔p和距离l来设计入射面52的各平面，能够实现本实施方式所涉及的偏转元件50。
[0100]
偏转元件50通过平面51a使出射光60a偏转，因此使出射光60a不会聚而以大致平行光的状态与出射光60e重叠。通过这样入射至波长分散元件70的出射光60a和60e被波长分散元件70进行波长耦合而成为耦合光61。耦合光61入射至部分反射镜80，一部分发生反射，另一部分透过。由部分反射镜80反射了的耦合光61再次返回到波长分散元件70，被分离为出射光60a和60e。出射光60a和60e分别向光源模块200a和200e入射，被设置于半导体激光器元件10的高反射膜反射后，再次从半导体激光器元件10射出。
[0101]
像这样，出射光60a和60e在形成于半导体激光器元件10与部分反射镜80之间的外部共振器内共振。由此，从部分反射镜80射出作为耦合光61的一部分的激光62。
[0102]
如以上那样，在本实施方式中，由于通过偏转元件50使各出射光偏转，因此即使将多个半导体激光器元件10的间隔(相当于图5所示的间隔p)配置得小，也能够通过适当地设定偏转元件50的多个平面的倾斜，来将多个出射光在波长分散元件70上重叠。由此，能够增加每单位面积的半导体激光器元件10的数量，因此还能够增加半导体激光器装置1中能够配置的半导体激光器元件10的数量，从而能够实现半导体激光器装置1的高输出化。另外，多个出射光不被偏转元件50会聚，因此能够以大致平行光的状态向波长分散元件入射。因而，由于能够增大波长分散元件70上的光束直径，因此与将多个会聚光重叠的情况相比，即使将多个出射光60a～60i重叠也能够抑制光密度。由此，能够抑制对波长分散元件70造成的损害，并能够使来自更多的半导体激光器元件的出射光重叠，因此能够实现半导体激光器装置1的高输出化。
[0103]
另外，由于能够使向波长分散元件70入射的各出射光成为入射角度分布小的平行光，因此能够通过波长分散元件70将各激光以平行光的状态耦合。由此，作为从部分反射镜输出的出射光，能够获得光束品质高的高亮度的激光。
[0104]
另外，在本实施方式中，多个半导体激光器元件10在作为快轴方向的第1轴方向上等间隔地配置。在此，半导体激光器元件10的出射光的在快轴方向上的光束参数积可以为1[mm
·
mrad]以下。在该情况下，由于多个出射光的两个轴方向中的、使多个出射光重叠的轴方向上的光束参数积为1[mm
·
mrad]以下，因此即使在各出射光的重叠发生偏移的情况下，偏移的容许范围也变大。由此，能够抑制通过波长分散进行耦合的轴方向上的光束品质的
劣化，因此能够实现能够输出高亮度的激光的半导体激光器装置1。
[0105]
另外，在本实施方式中，如图3b所示，多个半导体激光器元件10分别借助由电绝缘性材料形成的副安装件11而被安装于多个封装体20。多个引脚23及24与多个封装体20被绝缘，多个半导体激光器元件10被串联连接来被电流驱动。由此，能够向多个半导体激光器元件10供给相同的电流，因此能够使各半导体激光器元件10的输出一致。
[0106]
(实施方式2)
[0107]
对实施方式2所涉及的半导体激光器装置进行说明。本实施方式所涉及的半导体激光器装置与实施方式1所涉及的半导体激光器装置1的不同主要在于偏转元件50和第2透镜40的配置。下面，关于本实施方式所涉及的半导体激光器装置，使用图7和图8来以与实施方式1所涉及的半导体激光器装置1的不同点为中心进行说明。
[0108]
图7是示出本实施方式所涉及的光源单元1300的结构的示意性的俯视图。图8是示出本实施方式所涉及的半导体激光器装置1001的结构的示意性的俯视图。
[0109]
如图8所示，本实施方式所涉及的半导体激光器装置1001具备三个光源单元1300a、1300b及1300c、波长分散元件70、反射镜401a、401b、401c及402、以及部分反射镜80。
[0110]
三个光源单元1300a、1300b及1300c均具有与图7所示的光源单元1300同样的结构。
[0111]
如图7所示，本实施方式所涉及的光源单元1300具有单元底座1301、多个光源模块200a～200i、偏转元件50、第2透镜40以及透镜保持架41。此外，虽未图示，但是光源单元1300与实施方式1所涉及的光源单元300同样地具有电路基板310。
[0112]
如图7所示，本实施方式所涉及的光源单元1300与实施方式1所涉及的光源单元300的不同点在于第2透镜40及透镜保持架41与偏转元件50的位置被调换了。与其相伴地，单元底座1301的螺纹孔的位置等结构相对于实施方式1所涉及的单元底座301的结构进行了变更。
[0113]
通过本实施方式所涉及的光源单元1300a、1300b及1300c，也能够与实施方式1所涉及的光源单元300同样地经由反射镜401a、401b及401c来将作为大致平行光的出射光60aa～60ai、60ba～60bi及60ca～60ci在波长分散元件70上重叠。另外，在本实施方式中，由于将来自三个光源单元1300a、1300b及1300c的出射光进行重叠，因此能够获得比实施方式1更高亮度的激光。
[0114]
另外，在本实施方式中，作为波长分散元件70，示出了使用透射型的衍射光栅的例子、以及在外部共振器内具备反射镜401a、401b、401c及402的例子，通过这样的结构也起到与实施方式1所涉及的半导体激光器装置1同样的效果。另外，通过在外部共振器内使用反射镜401a、401b及401c，能够抑制半导体激光器装置1001的尺寸的扩大，并能够增大从偏转元件50到波长分散元件70的距离。由此，能够抑制半导体激光器装置1001的尺寸的扩大，并能够降低偏转元件50的各平面的倾斜。
[0115]
(实施方式3)
[0116]
对实施方式3所涉及的半导体激光器装置进行说明。本实施方式所涉及的半导体激光器装置与实施方式1所涉及的半导体激光器装置1的不同点主要在于偏转元件的多个平面分别对多个出射光进行反射。下面，关于本实施方式所涉及的半导体激光器装置，使用图9来以与实施方式1所涉及的半导体激光器装置1的不同点为中心进行说明。图9是示出本
实施方式所涉及的半导体激光器装置2001的结构的示意性的俯视图。
[0117]
如图9所示，本实施方式所涉及的半导体激光器装置2001具备光源单元2300、波长分散元件70以及部分反射镜80。
[0118]
本实施方式所涉及的光源单元2300在偏转元件2050的结构上与实施方式1所涉及的光源单元300不同。
[0119]
本实施方式所涉及的偏转元件2050与实施方式1所涉及的偏转元件50同样地具有与多个出射光60a～60i分别对应的多个平面2052a～2052i。多个平面2052a～2052i分别相对于多个出射光60a～60i的光轴倾斜。在本实施方式中，多个平面2052a～2052i是分别使多个出射光60a～60i反射的反射面。偏转元件2050例如是通过在形成有多个平面的玻璃等上形成成为反射膜的金属膜而形成的。
[0120]
通过具有这种结构的偏转元件2050，也能够通过调整平面2052a～2052i的各倾斜来将多个出射光60a～60i在波长分散元件70上重叠。因而，在本实施方式所涉及的半导体激光器装置2001中，也起到与实施方式1所涉及的半导体激光器装置1同样的效果。
[0121]
(实施方式4)
[0122]
对实施方式4所涉及的半导体激光器装置进行说明。本实施方式所涉及的半导体激光器装置与实施方式1所涉及的半导体激光器装置1的不同点在于多个半导体激光器元件沿着第2轴方向排列、以及将多个半导体激光器元件配置在一个封装体内。本实施方式所涉及的半导体激光器装置的除光源单元以外的结构具有与实施方式1所涉及的半导体激光器装置1同样的结构，因此下面关于本实施方式所涉及的半导体激光器装置的光源单元，使用图10～图13来以与实施方式1所涉及的光源单元300的不同点为中心进行说明。
[0123]
图10是示出本实施方式所涉及的光源单元3300的外观的示意性的立体图。图11是示出本实施方式所涉及的光源单元3300的结构的分解立体图。图12是示出本实施方式所涉及的光源模块3200的结构的分解立体图。图13是示出本实施方式所涉及的多个半导体激光器元件3010a～3010g以及副安装件3011的外观的立体图。
[0124]
如图10所示，本实施方式所涉及的光源单元3300具备光源模块3200、第2透镜3040、透镜保持架3041、偏转元件3050以及单元底座3301。
[0125]
本实施方式所涉及的偏转元件3050除了在入射面包含7个平面以外，具有与实施方式1所涉及的偏转元件50同样的结构。如图10和图11所示，偏转元件3050的底面与单元底座3301接合。
[0126]
本实施方式所涉及的光源模块3200是具有多个半导体激光器元件的模块。如图12所示，本实施方式所涉及的光源模块3200具有封装体3020和第1透镜3030。另外，光源模块3200还具有图13所示的多个半导体激光器元件3010a～3010g以及一个副安装件3011。在本实施方式中，具有7个半导体激光器元件3010a～3010g。多个半导体激光器元件3010a～3010g分别射出的多个出射光中的各个出射光的在第1轴方向和第2轴方向上的光束参数积为1[mm
·
mrad]以下。像这样，多个出射光的在第2轴方向上的光束参数积非常小，因此多个半导体激光器元件3010a～3010g也可以如图13所示那样沿着第2轴方向排列。在本实施方式中，多个半导体激光器元件3010a～3010g沿着第2轴方向排列。更详细地说，多个半导体激光器元件3010a～3010g在第2轴方向上被等间隔地配置。在该情况下，也由于使半导体激光器元件3010a～3010g的多个出射光重叠的轴方向上的光束参数积为1[mm
·
mrad]以下，
因此即使在各出射光的重叠发生偏移的情况下，偏移的容许范围也变大。由此，能够抑制通过波长分散进行耦合的轴方向上的光束品质的劣化，因此能够实现能够输出高亮度的激光的半导体激光器装置。
[0127]
如图12所示，本实施方式所涉及的封装体3020是安装有多个半导体激光器元件3010a～3010g且由金属材料形成的壳体。在本实施方式中，封装体3020具有长方体状的外形，具有盖3029。此外，多个半导体激光器元件3010a～3010g被向下接合安装(junction down mounting)于副安装件3011。也就是说，将多个半导体激光器元件3010a～3010g的p侧电极(未图示)与副安装件3011连接。
[0128]
本实施方式所涉及的封装体3020将多个半导体激光器元件3010a～3010g气密地密封。由此，由于能够控制封装体3020内的环境，因此能够抑制半导体激光器元件3010a～3010g的劣化。特别是，在半导体激光器元件3010a～3010g射出蓝色光、紫外光等波长比较短的激光的情况下，通过抑制硅氧烷向封装体3020内的流入，能够减少硅氧烷堆积于半导体激光器元件3010a～3010g等。
[0129]
封装体3020具有向多个半导体激光器元件3010a～3010g供给电力的多个引脚3023和3024。通过引脚3023和引脚3024来向多个半导体激光器元件3010a～3010g供给电力。
[0130]
在封装体3020配置有第1透镜3030。第1透镜3030是减少多个半导体激光器元件3010a～3010g的第1轴方向上的发散的柱面透镜。在本实施方式中，第1透镜3030是使来自多个半导体激光器元件3010a～3010g的出射光形成为大致平行光的快轴准直器。
[0131]
在本实施方式中，多个半导体激光器元件3010a～3010g借助一个副安装件3011而被安装于一个封装体3020。像这样，通过将多个半导体激光器元件3010a～3010g安装于一个副安装件3011，能够降低多个出射光的光轴的偏移。因而，半导体激光器装置能够输出更高亮度的激光。
[0132]
多个半导体激光器元件3010a～3010g通过导线3023w而被相互串联连接。更具体地说，将引脚3023与半导体激光器元件3010a的n侧电极通过导线3023w进行连接，从而将同半导体激光器元件3010a的p侧电极连接的导电膜3012a与半导体激光器元件3010b的n侧电极通过导线3023w进行连接。下面同样地，将多个半导体激光器元件3010a～3010g串联连接，将同半导体激光器元件3010g的p侧电极连接的导电膜3012g与引脚3024通过导线3023w进行连接。由此，能够进行多个半导体激光器元件3010a～3010g的电流驱动。
[0133]
本实施方式所涉及的副安装件3011由热导率高且电绝缘性的材料形成。副安装件3011例如由sic、aln、金刚石等形成。在副安装件3011的上表面3011m，在多个半导体激光器元件3010a～3010g分别被安装的位置形成有多个导电膜3012a～3012g。多个导电膜3012a～3012g相互绝缘。为了使多个导电膜3012a～3012g的绝缘更可靠，也可以如图13所示那样在副安装件3011的上表面3011m的相邻的导电膜之间形成槽。
[0134]
第2透镜3040是将用于分别减少多个半导体激光器元件3010a～3010g的第2轴方向上的发散的多个柱面透镜一体化而成的光学元件。在本实施方式中，第2透镜3040是使来自多个半导体激光器元件3010a～3010g的出射光在第2轴方向上形成大致平行光的慢轴准直器。第2透镜3040借助透镜保持架3041而被固定于单元底座3301。在透镜保持架3041形成有贯通孔，通过将插入于贯通孔中的螺钉90拧入单元底座3301上形成的固定孔3305，来将
透镜保持架3041和第2透镜3040固定到单元底座3301上。
[0135]
如图12所示，光源模块3200具有板状的固定部3028。在固定部3028形成有贯通孔3021，通过将螺钉90插入到贯通孔3021中并将螺钉90拧入单元底座3301上形成的固定孔3304(参照图11)，来将光源模块3200固定到单元底座3301上。
[0136]
通过具备本实施方式所涉及的光源单元3300的半导体激光器装置也起到与实施方式1所涉及的效果同样的效果。
[0137]
此外，在本实施方式中，是将多个半导体激光器元件安装于副安装件的方式，但是射出的多个出射光各自的第1轴方向和第2轴方向上的光束参数积只要为1[mm
·
mrad]以下，则也能够使用将多个半导体激光器元件形成在同一基板上的阵列状的半导体激光器元件。
[0138]
(变形例等)
[0139]
以上基于各实施方式对本公开所涉及的半导体激光器装置进行了说明，但是本公开并不限定于上述各实施方式。
[0140]
例如，在上述各实施方式中，对多个半导体激光器元件进行了电流驱动，但是也可以对多个半导体激光器元件进行电压驱动。具体地说，可以为，多个半导体激光器元件分别借助由导电性材料形成的副安装件而被安装于多个封装体，多个引脚中的一个引脚与多个封装体为相同电位，从而多个半导体激光器元件被电压驱动。例如，多个半导体激光器元件的n侧电极被安装于由导电性材料形成的副安装件，与安装有副安装件的封装体为相同电位。在该情况下，通过对多个半导体激光器元件的p侧电极施加比封装体的电位高的电位，可以对多个半导体激光器元件进行电压驱动。
[0141]
另外，在上述各实施方式中，多个半导体激光器元件中的各个半导体激光器元件由半导体发光元件单体构成，但是多个半导体激光器元件的结构并不限定于此。例如，多个半导体激光器元件中的各个半导体激光器元件可以具有半导体发光元件和构成外部共振器的反射构件。另外，在外部共振器中可以包括对出射光的波长进行选择的波长选择构件。例如，外部共振器也可以包括透射型的衍射光栅等来作为发挥部分反射镜的功能的波长选择构件。在该情况下，也可以在透射型的衍射光栅与半导体发光元件的一个端部之间构成外部共振器。
[0142]
另外，本领域技术人员对上述实施方式实施想出的各种变形所得到的方式、在不脱离本公开的宗旨的范围内将上述各实施方式中的构成要素和功能任意地组合而实现的方式也包含在本公开中。
[0143]
产业上的可利用性
[0144]
本公开的半导体激光器装置例如能够作为高输出且高效的光源而应用于激光加工机等。
[0145]
附图标记说明
[0146]
1、1001、2001：半导体激光器装置；10、3010a、3010b、3010c、3010d、3010e、3010f、3010g：半导体激光器元件；11、3011：副安装件；11m、3011m：上表面；12、3012a、3012b、3012c、3012d、3012e、3012f、3012g：导电膜；20、3020：封装体；21、302、303、311、3021：贯通孔；22：框体；22a：开口部；23、24、3023、3024：引脚；23b、24b：接合面；23w：第1导线；24w：第2导线；25：光出射部；26：护罩玻璃；27：安装面；29、3029：盖；30、3030：第1透镜；40、3040：第2
透镜；41、3041：透镜保持架；50、2050、3050：偏转元件；51a、51b、51c、51d、51e、51f、51g、51h、51i、2052a、2052b、2052c、2052d、2052e、2052f、2052g、2052h、2052i：平面；52：入射面；53：出射面；60a、60b、60c、60d、60e、60f、60g、60h、60i、60aa、60ae、60ai、60ba、60be、60bi、60ca、60ce、60ci：出射光；61：耦合光；62：激光；70：波长分散元件；80：部分反射镜；90：螺钉；200、200a、200b、200c、200d、200e、200f、200g、200h、200i、3200：光源模块；201a、201b：平面；300、1300、1300a、1300b、1300c、2300、3300：光源单元；301、1301、3301：单元底座；304、305、3304、3305：固定孔；310：电路基板；312：印制布线；313：电力供给引线；401a、401b、401c、402：反射镜；3028：固定部。