DE112013005773B4

DE112013005773B4 - Halbleiterlaservorrichtung

Info

Publication number: DE112013005773B4
Application number: DE112013005773.5T
Authority: DE
Inventors: Daiji Morita; Tomotaka Katsura; Susumu Konno; Shuichi Fujikawa; Satoshi Nishida; Kenji Kumamoto; Naoki Miyamoto; Hiroaki Kurokawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-12-03
Filing date: 2013-10-01
Publication date: 2018-03-01
Anticipated expiration: 2033-10-02
Also published as: JP5911038B2; CN104838550B; JPWO2014087726A1; WO2014087726A1; US9331457B2; DE112013007759B3; DE112013005773T5; CN104838550A; US20150303656A1

Abstract

Halbleiterlaservorrichtung zum Überlagern von Wellenlängen mehrerer Strahlen (11), die von mehreren Licht emittierenden Stellen (1) emittiert werden, die in einem Halbleiterlaserbarren (2) enthalten sind, wobei die Halbleiterlaservorrichtung umfasst: ein optisches Strahldivergenzwinkelkorrektursystem (3, 3A), das so angeordnet ist, dass sich eine relative Position von diesem in einer Strahldivergenzwinkelkorrekturrichtung, bei der es sich um eine Richtung handelt, die orthogonal zu einer Richtung ist, in der die mehreren Licht emittierenden Stellen (1) angeordnet sind, sequentiell in einer Anordnungsrichtung der mehreren Licht emittierenden Stellen (1) verändert, wobei das Strahldivergenzwinkelkorrektursystem (3, 3A) dazu ausgelegt ist, einen Divergenzwinkel jedes der mehreren Strahlen (11) in der Strahldivergenzwinkelkorrekturrichtung zu korrigieren; und ein optisches Strahlrotationssystem (4), um jeden der mehreren Strahlen (11) mit dem durch das optische Strahldivergenzwinkelkorrektursystem (3, 3A) korrigierten Winkel im Hinblick auf eine optische Achse von diesem zu drehen; ein optisches Wellenlängendispersionselement (5), das an einer fokussierten Position angeordnet ist, auf welche die mehreren durch das optische Strahldivergenzwinkelkorrektursystem (3, 3A) und das optische Strahlrotationssystem (4) hindurch übertragenen Strahlen (11) in einer Ebene orthogonal zur Strahldivergenzwinkelkorrekturrichtung fokussiert werden; und einen Teilreflexionsspiegel (6), der auf einem optischen Weg der mehreren Strahlen angeordnet ist, die durch das optische Wellenlängendispersionselement gebeugt werden und auf derselben Achse überlagert sind.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiterlaservorrichtung, bei der Wellenlängen von Strahlen durch ein optisches Wellenlängendispersionselement mit einer Wellenlängendispersionsfunktion einander überlagert werden.
Stand der Technik
Bei einer Halbleiterlaservorrichtung aus dem verwandten Stand der Technik ist die folgende Technologie zum Verbessern der Helligkeit eines Halbleiterlasers bekannt. Divergenzwinkel von Strahlen, die von Licht emittierenden Stellen eines Halbleiterlaserbarrens emittiert werden, werden korrigiert und die Strahlen gedreht und dann mit Verwendung einer Linse auf ein optisches Wellenlängendispersionselement fokussiert. Ein Wellenlängendispersionsvermögen des optischen Wellenlängendispersionselements wird dazu genutzt, die von den Licht emittierenden Stellen emittierten Strahlen zu überlagern, und es wird ein für die überlagerten Strahlen teilweise durchlässiger Spiegel angeordnet, um einen externen Resonator zu bilden (siehe z.B. Patentschrift 1).
Aus der Patentschrift 2 ist eine Halbleiterlaservorrichtung bekannt, die einen gemeinsamen Laserresonator für ein Array aus einzelnen Gainelementen aufweist. Die Anordnung vermeidet hohe Leistungsdichten auf optischen Komponenten innerhalb des Resonators durch Verzicht auf eine resonatorinterne Überlagerung der Einzelstrahlen auf optischen Elementen innerhalb des Resonators.
Anführungsliste
Patentliteratur

Patentschrift 1: US 2011/0216417 (3A)
Patentschrift 2: DE 10 2004 053 137 A1

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Die Halbleiterlaservorrichtung aus dem verwandten Stand der Technik benötigt eine Kondensorlinse, um die von verschiedenen Licht emittierenden Stellen des Halbleiterlaserbarrens emittierten Strahlen zu fokussieren. Dementsprechend ist es notwendig, eine Distanz zwischen dem Halbleiterlaserbarren und der Kondensorlinse und eine Distanz zwischen der Kondensorlinse und dem optischen Wellenlängendispersionselement sicherzustellen. Jede der sicherzustellenden Distanzen wird auf Grundlage eines Verhältnisses zwischen der Größe des Halbleiterlaserbarrens und des Wellenlängendispersionsvermögens des optischen Wellenlängendispersionselements bestimmt, was zu einem Problem führt, dass die gesamte Vorrichtung nicht verkleinert und vereinfacht werden kann.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das oben erwähnte Problem zu lösen, und eine Aufgabe von ihr besteht darin, eine Halbleiterlaservorrichtung hoher Helligkeit mit einem kompakten und einfache Aufbau bereitzustellen.
Lösung für das Problem
Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Halbleiterlaservorrichtung bereitgestellt, die Folgendes umfasst: einen Halbleiterlaserbarren mit mehreren Licht emittierenden Stellen, um mehrere Strahlen zu emittieren; ein optisches Strahldivergenzwinkelkorrektursystem, um einen Divergenzwinkel jedes der mehreren von den mehreren Licht emittierenden Stellen emittierten Strahlen zu korrigieren; ein optisches Strahlrotationssystem, um jeden der mehreren Strahlen mit dem durch das optische Strahldivergenzwinkelkorrektursystem korrigierten Winkel im Hinblick auf eine optische Achse von diesem zu drehen; ein optisches Wellenlängendispersionselement mit einer Wellenlängendispersionsfunktion, das an einer fokussierten Position der mehreren durch das optische Strahlrotationssystem übertragenen Strahlen angeordnet ist; und einen Teilreflexionsspiegel, der auf einem optischen Weg der mehreren Strahlen angeordnet ist, die durch das optische Wellenlängendispersionselement reflektiert werden und auf derselben Achse überlagert sind, wobei sich eine relative Position des optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursystems im Hinblick auf jede der Licht emittierenden Stellen in einer Divergenzwinkelkorrekturrichtung sequentiell in einer Anordnungsrichtung der mehreren Licht emittierenden Stellen ändert.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Nach der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können, indem ein Positionsverhältnis zwischen jeder Licht emittierenden Stelle des Halbleiterlaserbarrens und dem optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursystem verändert wird, die Strahlen auf derselben Achse überlagert werden, ohne eine zusätzliche Kondensorlinse anzuordnen. Folglich lässt sich eine Halbleiterlaservorrichtung hoher Helligkeit mit einem kompakteren und einfacheren Aufbau erzielen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine Halbleiterlaservorrichtung nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 ist eine Draufsicht, die Positionsverhältnisse zwischen Licht emittierenden Stellen einer Halbleiterlaserbarrens und optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursystemen nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Strahlfokussiereffekt nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
4 ist eine Draufsicht und eine Seitenansicht, die den Strahlfokussiereffekt nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
5 ist eine perspektivische Ansicht, die den Strahlfokussiereffekt nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
6 ist eine Draufsicht und eine Seitenansicht, die den Strahlfokussiereffekt nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
7 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Strahlneigungserzeugungsmechanismus nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
8 ist eine Draufsicht und eine Seitenansicht, die den Strahlneigungserzeugungsmechanismus nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
9A ist eine perspektivische Ansicht, die den Strahlfokussiereffekt nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
9B ist eine perspektivische Ansicht, die den Strahlfokussiereffekt nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
10 ist eine Draufsicht, die ein Positionsverhältnis zwischen den Licht emittierenden Stellen des Halbleiterlaserbarrens und dem optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursystem nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
11 ist eine Draufsicht, die ein Positionsverhältnis zwischen Licht emittierenden Stellen eines Halbleiterlaserbarrens und einem optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursystem nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
12 ist eine Draufsicht, die schematisch eine Halbleiterlaservorrichtung nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
13 ist eine Draufsicht, die schematisch eine Halbleiterlaservorrichtung nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
14 ist eine Draufsicht, die schematisch eine Halbleiterlaservorrichtung nach einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
15A ist eine Draufsicht, die schematisch eine Halbleiterlaservorrichtung nach einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
15B ist eine Seitenansicht, die schematisch die Halbleiterlaservorrichtung nach der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
16A ist eine Draufsicht, die schematisch eine Halbleiterlaservorrichtung darstellt, die zum Vergleich mit der Halbleiterlaservorrichtung nach der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
16B ist eine Seitenansicht, die schematisch die Halbleiterlaservorrichtung darstellt, die zum Vergleich mit der Halbleiterlaservorrichtung nach der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Beschreibung der Ausführungsformen
Erste Ausführungsform
1 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine Halbleiterlaservorrichtung nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
In 1 umfasst die Halbleiterlaservorrichtung einen Halbleiterlaserbarren 2 mit mehreren Licht emittierenden Stellen 1, optische Strahldivergenzwinkelkorrektursysteme 3, die den Licht emittierenden Stellen 1 gegenüberliegend angeordnet sind, ein optisches Strahlrotationssystem 4, das den optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursystemen 3 gegenüberliegend angeordnet ist, ein optisches Wellenlängendispersionselement 5, das an einer fokussierten Position mehrerer durch die optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursysteme 3 und das optische Strahlrotationssystem 4 hindurch übertragener Strahlen angeordnet ist, und einen Teilreflexionsspiegel 6, der auf einem optischen Weg eines durch das optische Wellenlängendispersionselement 5 reflektierten Strahls angeordnet ist.
Jedes der optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursysteme 3 ist auf einer optischen Achse jedes der mehreren Stahlen 11 angeordnet, die vom Halbleiterlaserbarren 2 mit den mehreren Licht emittierenden Stellen 1 emittiert werden.
Die von den mehreren Licht emittierenden Stellen 1 emittierten Strahlen 11 werden durch die optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursysteme 3 im Divergenzwinkel korrigiert und treten dann in das optische Strahlrotationssystem 4 ein, um in einer Ebene senkrecht zu den optischen Achsen der Strahlen um ca. 90 Grad gedreht zu werden.
Die aus dem optischen Strahlrotationssystem 4 emittierten Strahlen 11 werden durch einen später noch zu beschreibenden Mechanismus im Wesentlichen auf einen Punkt fokussiert. Das optische Wellenlängendispersionselement 5 ist an einer Position angeordnet, auf welche die Strahlen 11 fokussiert werden.
Das optische Wellenlängendispersionselement 5 hat Diffraktionseigenschaften und je nach der Wellenlänge unterschiedliche Refraktionswinkel. Einen geeigneten Wellenlängendispersionswert auszuwählen ermöglicht es, dass sich die mehreren Strahlen 11 mit unterschiedlichen Wellenlängen und unterschiedlichen Einfallswinkeln auf im Wesentlichen derselben Achse überlagern.
Die Funktion des optischen Wellenlängendispersionselements 5 lässt sich leicht verstehen, wenn es als konträr zu „Dispersion“ angesehen wird. Speziell ist „Dispersion“ das Phänomen, bei dem einfallende Strahlen 11 mit verschiedenen Wellenlängen auf derselben Achse voneinander je nach den Wellenlängen in verschiedenen Richtungen getrennt werden, nach dem optischen Wellenlängendispersionselement 5 von 1 aber können die mehreren Strahlen 11 mit verschiedenen Wellenlängen, die aus verschiedenen Richtungen eingetreten sind, durch das optische Wellenlängendispersionselement 5 überlagert werden, um ein Strahl auf im Wesentlichen derselben Achse zu werden.
Darüber hinaus ist der Teilreflexionsspiegel 6 auf der optischen Achse der im Wesentlichen auf derselben Achse überlagerten Strahlen angeordnet. Ein externer Resonator ist durch die Komponenten ausgehend von einer Reflexionsfläche des Teilreflexionsspiegels 6 zu einer Endfläche (Reflexionsfläche) des Halbleiterlaserbarrens 2 gebildet, die sich auf der zu einer anderen Endfläche des Halbleiterlaserbarrens 2, von der die Strahlen von den Licht emittierenden Stellen 1 emittiert werden, gegenüberliegenden Seite befindet.
Mit dem auf diese Weise aufgebauten externen Resonator bringt jede der Licht emittierenden Stellen 1 des Halbleiterlaserbarrens 2 passiv einen Laser mit einer unterschiedlichen Wellenlänge zum Schwingen.
Die mit verschiedenen Wellenlängen zum Schwingen gebrachten Strahlen 11 werden durch das optische Wellenlängendispersionselement 5 hindurch übertragen, um einander zu überlagern und ein einzelner Strahl auf im Wesentlichen derselben Achse zu werden. Folglich kann die Helligkeit des Halbleiterlasers gesteigert werden.
Als Nächstes wird jede Komponente in 1 ausführlicher beschrieben.
Die Abmessungen auf der Y-X-Ebene jeder der mehreren Licht emittierenden Stellen 1 des Halbleiterlaserbarrens 2 betragen mehrere µm x mehrere zehn µm bis mehrere µm x mehrere hundert µm.
Im Allgemeinen wird die Y-Achsenrichtung von mehreren µm als „Schnellachsenrichtung“ bezeichnet, und die X-Achsenrichtung von mehreren zehn µm bis mehreren hundert µm wird als „Langsamachsenrichtung“ bezeichnet.
Der von der Licht emittierenden Stelle 1 emittierte Strahl 11 divergiert schnell in der Schellachsenrichtung (Y-Achse) und divergiert allmählich in der Langsamachsenrichtung (X-Achse).
Im Allgemeinen wird ein Strahlproduktparameter, der die Qualität des Stahls 11 angibt, nahe dem diffraktionsbeschränkten Wert für die Schnellachsenrichtung (Y-Achse) angesetzt, und wird ca. zehnmal so hoch wie der diffraktionsbeschränkte Wert für die Langsamachsenrichtung (X-Achse) angesetzt.
Auf dem Halbleiterlaserbarren 2 sind die Licht emittierenden Stellen 1 in einer Reihe in gleichen Abständen x angeordnet, und die Anordnungsrichtung der Licht emittierenden Stellen 1 ist parallel zur Langsamachsenrichtung (X-Achse).
Das optische Strahldivergenzwinkelkorrektursystem 3 ist ein optisches System zum Korrigieren eines Divergenzwinkels des Strahls 11 in der Schnellachsenrichtung (Y-Achse), in welcher der Strahl schnell divergiert, und ist durch eine zylindrische Linse oder einen zylindrischen Spiegel aufgebaut. Wenn der Strahl durch das optische Strahldivergenzwinkelkorrektursystem 3 hindurch übertragen wird, wird der Strahldivergenzwinkel in der Schnellachsenrichtung (Y-Achse) im Wesentlichen korrigiert.
Als das optische Strahlrotationssystem 4 wird ein in einer Veröffentlichung ( JP 2000-137139 A ; 2) offenbartes zylindrisches Linsen-Array verwendet. Die Zylinderachse jeder zylindrischen Linse, die im zylindrischen Linsen-Array enthalten ist, ist mit ca. 45 Grad in Bezug auf die Schnellachsenrichtung (Y-Achse) und die Langsamachsenrichtung (X-Achse) des Strahls 11 in einer Einfallsebene oder einer Austrittsebene des Strahls 11 geneigt. Als das optische Strahlrotationssystem 4 wird statt dessen ein in Patentschrift 1 ( US 2007/0035861 A1 ) offenbartes Prismen-Array, ein in einer Veröffentlichung ( WO 98/08128 A1 ) offenbartes Reflektor-Array oder dergleichen verwendet.
Wenn der von jeder Licht emittierenden Stelle 1 emittierte Strahl durch das optische Strahlrotationssystem 4 mit dem zuvor erwähnten Array-Aufbau hindurch übertragen wird, wird der Strahl 11 in einer zur optischen Achse von diesem senkrechten Ebene um ca. 90 Grad gedreht.
Als das optische Wellenlängendispersionselement 5 kann ein reflektierendes oder durchlässiges Beugungsgitter oder ein Prisma verwendet werden. Anzumerken ist, dass das Beugungsgitter von einem höheren Wellenlängendispersionsvermögen (Veränderung des Diffraktionswinkels und Refraktionswinkels, die mit der Veränderung der Wellenlänge einhergehen) ist als das Prisma, und von daher kann die Verwendung des Beugungsgitters die gesamte Vorrichtung stärker verkleinern.
Als Nächstes wird mit Bezug auf 2 bis 8 ein Mechanismus zum Fokussieren der mehreren von verschiedenen Licht emittierenden Stellen 1 des Halbleiterlaserbarrens 2 emittierten Strahlen 11 auf das optische Wellenlängendispersionselement 5 beschrieben.
2 ist eine Draufsicht, die Positionsverhältnisse zwischen den mehreren Licht emittierenden Stellen 1 des Halbleiterlaserbarrens 2 und den optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursystemen 3 darstellt, wobei die Positionsverhältnisse zwischen diesen in der Richtung eines Pfeils A in 1 gesehen dargestellt sind.
In 2 ist die Richtung einer Divergenzwinkelkorrektur durch die optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursysteme 3 durch den Pfeil B angegeben, In diesem Fall sind die Licht emittierenden Stellen 1 in der X-Achsenrichtung in den Abständen x (gleichen Abständen) angeordnet, und die optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursysteme 3 sind den einzelnen Licht emittierenden Stellen 1 entsprechend angeordnet, so dass die relativen Positionen der optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursysteme 3 in Bezug auf die Licht emittierenden Stellen 1 sequentiell in der Divergenzwinkelkorrekturrichtung (Richtung des Pfeils B) versetzt sind.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Strahlfokussiereffekt nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, wobei nur ein Positionsverhältnis zwischen der Licht emittierenden Stelle 1, dem optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursystem 3 und dem optischen Strahlrotationssystem 4 und der Strahl 11 dargestellt sind. Ferner ist 4 eine Draufsicht und eine Seitenansicht des Positionsverhältnisses von 3 in der Y-Achsenrichtung bzw. X-Achsenrichtung gesehen.
5 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Strahlfokussiereffekt (Strahldivergenzwinkelkorrekturmechanismus) nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, wobei ein Positionsverhältnis zwischen der Licht emittierenden Stelle 1 und dem optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursystem 3 und der Strahl 11 zu dem Zeitpunkt dargestellt sind, zu dem der Strahl 11 durch das optische Strahldivergenzwinkelkorrektursystem 3 korrigiert wird (Pfeil C). Ferner ist 6 eine Draufsicht und eine Seitenansicht des Positionsverhältnisses von 5 in der Y-Achsenrichtung bzw. X-Achsenrichtung gesehen.
Ähnlich ist 7 eine perspektivische Ansicht, die einen Strahlfokussiereffekt (Strahlneigungserzeugungsmechanismus) nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, wobei ein Positionsverhältnis zwischen der Licht emittierenden Stelle 1, dem optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursystem 3 und dem optischen Strahlrotationssystem 4 und der Strahl 11 dargestellt sind, nachdem der Strahl 11 durch das optische Strahlrotationssystem 4 gedreht wurde (Pfeil D).
Ferner ist 8 eine Draufsicht und eine Seitenansicht des Positionsverhältnisses von 7 in der Y-Achsenrichtung bzw. X-Achsenrichtung gesehen.
Anzumerken ist, dass zur einfachen Beschreibung 3 bis 8 nur einen optischen Strahlenweg (grauer Bereich) nur einer einzigen Licht emittierenden Stelle 1 darstellen.
Zuerst wird mit Bezug auf 3 bis 6 beschrieben, wie sich die optische Strahlenachse verändert, wenn das relative Positionsverhältnis zwischen der Licht emittierenden Stelle 1 und dem optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursystem 3 verändert wird.
Nun wird ein Fall in Betracht gezogen, bei dem das Positionsverhältnis zwischen der Licht emittierenden Stelle 1 und dem optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursystem 3 auf derselben Achse liegt.
In dem in 3 und 4 dargestellten Zustand wird der Strahl 11, bevor der Strahldivergenzwinkel korrigiert wird, durch das optische Strahldivergenzwinkelkorrektursysteme 3 und das optische Strahlrotationssystem 4 in der zur Austrittsfläche des Halbleiterlaserbarrens 2 im Wesentlichen senkrechten Richtung übertragen.
Hingegen hat, wie in 5 und 6 dargestellt ist, wenn die relativen Positionen der Licht emittierenden Stelle 1 und des optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursystems 3 in der Strahldivergenzwinkelkorrekturrichtung (Pfeil C) verändert werden, die optische Achse des aus dem optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursystem 3 ausgegebenen Strahls 11 eine Neigung θ in der Strahldivergenzwinkelkorrekturrichtung.
Die Neigung θ der optischen Achse wird in diesem Fall durch Ausdruck (1) ausgedrückt, indem ein relativer Positionsänderungsbetrag δ zwischen der Licht emittierenden Stelle 1 und dem optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursystem 3 und eine Brennweite F des optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursystems 3 verwendet wird.
Mathematische Gleichung 1

θ = arctan( δ / F) (1)

Anzumerken ist, dass, wenn der relative Positionsänderungsbetrag δ hinreichend kleiner ist als die Brennweite F des optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursystems 3, die Neigung θ der optischen Achse durch Ausdruck (2) ausgedrückt wird, der durch Approximieren des Ausdrucks (1) erhalten wird.
Mathematische Gleichung 2

θ ≅ δ / F) (2)

Mit anderen Worten ist in diesem Fall die Neigung θ der optischen Achse im Wesentlichen proportional zum relativen Positionsänderungsbetrag δ zwischen der Licht emittierenden Stelle 1 und dem optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursystem 3.
Anschließend wird, wenn der aus dem optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursystem 3 ausgegebene Strahl 11 in das optischen Strahlrotationssystem 4 eintritt, der Strahl um ca. 90 Grad gedreht (siehe Pfeil D), wie in 7 und 8 dargestellt ist.
Im Ergebnis ist auch die optische Achse des Strahls 11 um 90 Grad gedreht und hat aus der Richtung senkrecht zur Austrittsfläche des Halbleiterlaserbarrens 2 in einer zur Strahldivergenzwinkelkorrekturrichtung senkrechten Ebene die Neigung θ (siehe 8).
Folglich können, indem die Neigungen θ der optischen Achsen für die mehreren Licht emittierenden Stellen 1 wie in 2 dargestellt angepasst werden, die optischen Achsen von verschiedenen Licht emittierenden Stellen 1 auf einen Punkt fokussiert werden.
In der vorstehenden Beschreibung mit Bezug auf 3 bis 8 konzentriert sich die Aufmerksamkeit nur auf eine einzige Licht emittierende Stelle 1, um die Beschreibung zu vereinfachen. Im Gegensatz dazu stellen 9A und 9B den Fall dar, in dem mehrere Licht emittierende Stellen 1 verwendet werden.
Nun wird mit Bezug auf 9A und 9B der Mechanismus des Fokussierens der mehreren von verschiedenen Licht emittierenden Punkten 1 des Halbleiterlaserbarrens 2 auf das optische Wellenlängendispersionselement 5 emittierten Strahlen 11 ausführlicher beschrieben. 9A und 9B sind perspektivische Ansichten, die den Mechanismus des Fokussierens der mehreren von verschiedenen Licht emittierenden Punkten 1 des Halbleiterlaserbarrens 2 auf das optische Wellenlängendispersionselement 5 emittierten Strahlen 11 darstellen.
Anzumerken ist, dass 9A und 9B nur die optischen Achsen der Strahlen 11 darstellen, um die Beschreibung zu vereinfachen. Weiter ist zusätzlich zur X-Achse, bei der es sich im die Langsamachsenrichtung handelt, und zur A-Achse, bei der es sich um die Schnellachsenrichtung handelt, die zuvor beschrieben wurden, auch die zur XY-Ebene senkrechte Z-Achse dargestellt. Darüber hinaus führen 9A und 9B den Fall beispielhaft auf, in dem acht Licht emittierende Stellen 1 verwendet werden, aber die Anzahl von Licht emittierenden Stellen 1 ist nicht darauf beschränkt und braucht nur mindestens zwei zu betragen.
Wie in 9A dargestellt ist, sind die optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursysteme 3, die entsprechend den Licht emittierenden Stellen 1 so angeordnet sind, dass die relativen Positionen der optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursysteme 3 in Bezug auf die Licht emittierenden Stellen 1 sequentiell in der Divergenzwinkelkorrekturrichtung (Y-Richtung) versetzt sind, am Halbleiterlaserbarren 2 mit den mehreren Licht emittierenden Stellen 1 angebracht.
In diesem Fall ist eine Endfläche 12 des Halbleiterlaserbarrens 2 im Wesentlichen parallel zu einer Endfläche 13 des optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursystems 3 positioniert. Darüber hinaus ist das optische Strahldivergenzwinkelkorrektursystem 3 an einer Position angeordnet, an welcher der Divergenzwinkel des Strahls 11 in der Schnellachsenrichtung (Y-Richtung) korrigiert wird.
Die optische Achse jedes von jeder Licht emittierenden Stelle 1 des Halbleiterlaserbarrens 2 emittierten Strahls 11 tritt in ein entsprechendes optisches Strahldivergenzwinkelkorrektursystem 3 ein. In diesem Fall sind die Komponenten der optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursysteme 3 jedoch so angeordnet, dass die relativen Positionen der optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursysteme 3 in Bezug auf die Licht emittierenden Stellen 1 sequentiell in der Divergenzwinkelkorrekturrichtung (Y-Richtung) versetzt sind. Entsprechend treten die optischen Achsen der jeweiligen Licht emittierenden Stellen 1 in die optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursysteme 3 mit relativen Positionsänderungsbeträgen δ₁ bis δ₈ in Bezug auf die optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursysteme 3 ein.
Darüber hinaus treten die optischen Achsen der jeweiligen Licht emittierenden Stellen 1, die mit den relativen Positionsänderungsbeträgen δ₁ bis δ₈ in die optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursysteme 3 eingetreten sind, durch die optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursysteme 3 hindurch, um in der Y-Richtung gebeugt zu werden, und die Strahlen laufen mit Winkeln θ₁ bis θ₈ weiter, die den relativen Positionsänderungsbeträgen δ₁ bis δ₈ entsprechen.
Danach ist, wie in 9B dargestellt, das optische Strahlrotationssystem 4 hinter den optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursystemen 3 angebracht, und die optischen Achsen der Licht emittierenden Stellen 1 werden um 90 Grad gedreht. Dann verläuft der Strahl mit Winkeln in den in 9B dargestellten Richtungen. Die Verlaufswinkel θ₁ bis θ₈ (9B) haben in diesem Fall im Wesentlichen dieselben Werte wie die Verlaufswinkel θ₁ bis θ₈ (9A), bevor das optische Strahlrotationssystem 4 angebracht wird.
Die optischen Achsen der Strahlen 11, die mit den in 9B dargestellten Winkeln θ₁ bis θ₈ verlaufen, schneiden sich im Wesentlichen an einem Punkt, um dadurch eine Strahlüberlagerungsstelle 151 zu bilden.
Anschließend wird unten beschrieben, welche Funktionen den relativen Positionsänderungsbetrag δ zwischen der Licht emittierenden Stelle 1 und dem optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursystem 3 darstellen.
Wenn ein Beispiel herangezogen wird, in dem die optischen Achsen der von zwei Licht emittierenden Stellen 1, die voneinander durch den Abstand x am Halbleiterlaserbarren 2 getrennt sind, emittierten Strahlen 11 sich an einer Position auf dem optischen Weg kreuzen, die vom Halbleiterlaserbarren 2 um eine Distanz L getrennt ist, wird der Abstand x der Licht emittierenden Stellen 1 durch einen Ausdruck (3) ausgedrückt, indem die Neigungen θ₁ und θ₂ der optischen Achsen verwendet werden, die sich von den Licht emittierenden Stellen 1 erstrecken.
Mathematische Gleichung 3

x = L|tanθ₁ – tanθ₂| (3)

Anzumerken ist, dass, wenn θ << 1 feststeht (wenn θ ausreichend kleiner als 1 ist), der Abstand x durch einen Ausdruck (4) ausgedrückt wird, der durch Approximieren des Ausdrucks (3) erhalten wird.
Mathematische Gleichung 4

x ≅ L|θ₁ – θ₂| (4)

Entsprechend wird, indem Ausdruck (2) in Ausdruck (4) eingesetzt wird, der Abstand x durch Ausdruck (5) ausgedrückt.
Mathematische Gleichung 5

x = L / F|δ₁ – δ₂| (5)

Anzumerken ist, dass im Allgemeinen der Abstand x zwischen auf dem Halbleiterlaserbarren 2 benachbarten Licht emittierenden Stellen 1 einen festen Wert hat, und von daher hat, wie aus Ausdruck (5) ersichtlich, eine Differenz relativer Positionsänderungsbeträge δ für benachbarte Licht emittierende Stellen 1 (|δ₁ – δ₂|, die später noch zu beschreiben ist) einen festen Wert.
Mit anderen Worten wird der relative Positionsänderungsbetrag δ zwischen der Licht emittierenden Stelle 1 des Halbleiterlaserbarrens 2 und dem optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursystem 3 durch eine Linearfunktion in Bezug auf den Abstand x der Licht emittierenden Stellen 1 in der Anordnungsrichtung (X-Achsenrichtung) ausgedrückt.
Beispielsweise werden der Abstand x der Licht emittierenden Stellen 1, die Brennweite F des optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursystems 3 und die Distanz L zum Brennpunkt mit x = 500 µm, F = 0,8 mm bzw. L = 200 mm angesetzt. Dann wird die Differenz |δ₁ – δ₂| der relativen Positionsänderungsbeträge (δ₁, δ₂) zwischen benachbarten Licht emittierenden Stellen 1 des Halbleiterlaserbarrens 2 und den optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursystemen 3 durch einen Ausdruck (6) bestimmt.
Mathematische Gleichung 6

|δ₁ – δ₂| = xF / L (6)

Anzumerken ist, dass, wenn der Abstand x, die Brennweite F und die Distanz L auf die vorstehend erwähnten Werte festgelegt sind, die Positionsverschiebungsdifferenz |δ₁ – δ₂| zwischen jeder von benachbarten Licht emittierenden Stellen 1 und dem optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursystem 3 bei 2 µm konstant ist (= 0,5 mm × 0,8 mm/200 mm = 0,002 mm).
10 ist eine Draufsicht, die das Positionsverhältnis zwischen den Licht emittierenden Stellen 1 des Halbleiterlaserbarrens 2 und den optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursystemen 3 darstellt, welche die vorstehend erwähnten Werte haben, und entspricht 2, auf die zuvor Bezug genommen wurde.
Wie vorstehend beschrieben, umfasst die Halbleiterlaservorrichtung nach der ersten Ausführungsform (1 bis 10) der vorliegenden Erfindung den Halbleiterlaserbarren 2 mit den mehreren Licht emittierenden Stellen 1, um die mehreren Strahlen 11 zu emittieren, das optische Strahldivergenzwinkelkorrektursystem 3, um den
Divergenzwinkel jedes der mehreren von den mehreren Licht emittierenden Stellen 1 emittierten Strahlen 11 zu korrigieren, das optischen Strahlrotationssystem 4, um jeden der mehreren Strahlen 11 mit dem durch das optische Strahldivergenzwinkelkorrektursystem 3 korrigierten Divergenzwinkel in Bezug auf dessen optische Achse zu drehen, das optische Wellenlängendispersionselement 5 mit der Wellenlängendispersionsfunktion, das an der fokussierten Position der mehreren durch das optische Strahlrotationssystem 4 übertragenen Strahlen 11 angeordnet ist, und den Teilreflexionsspiegel 6, der auf dem optischen Weg der mehreren Strahlen angeordnet ist, die durch das optische Wellenlängendispersionselement 5 reflektiert wurden und sich auf derselben Achse überlagern. Die relativen Positionen der optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursysteme 3 in Bezug auf die mehreren Licht emittierenden Stellen 1 in der Divergenzwinkelkorrekturrichtung (Richtung des Pfeils B in 2) verändern sich sequentiell in der Anordnungsreihenfolge der mehreren Licht emittierenden Stellen 1.
Ferner sind die mehreren Licht emittierenden Stellen 1 in gleichen Abständen am Halbleiterlaserbarren 2 angeordnet, und die Differenz (= |δ₁ – δ₂|) der relativen Positionsänderungsbeträge δ₁ und δ₂ der optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursysteme 3 in Bezug auf zwei in der Divergenzwinkelkorrekturrichtung benachbarte Licht emittierende Stellen 1 ist mit einem festen Wert für jedes Paar der zwei benachbarten Licht emittierenden Stellen 1 angesetzt. Mit anderen Worten ändern sich die relativen Positionen der optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursysteme 3 in Bezug auf die mehreren Licht emittierenden Stellen 1 in der Divergenzwinkelkorrekturrichtung sequentiell um den festen Wert |δ₁ – δ₂| in der Anordnungsreihenfolge der Licht emittierenden Stellen 1 (siehe 5).
Demzufolge treten die von verschiedenen Licht emittierenden Stellen 1 des Halbleiterlaserbarrens 2 emittierten Strahlen 11 durch die optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursysteme 3 und das optische Strahlrotationssystem 4 hindurch, um auf das optische Wellenlängendispersionselement 5 fokussiert zu werden. Mit anderen Worten funktioniert das optische Strahldivergenzwinkelkorrektursystem 3 in Zusammenwirkung mit dem optischen Strahlrotationssystem 4 im Wesentlichen als eine Kondensorlinse.
Im Ergebnis besteht keine Notwendigkeit, eine Kondensorline auf der dem optischen Strahlrotationssystem 4 nachgeordneten Seite anzuordnen, und das optische Wellenlängendispersionselement 5 kann die Strahlen 11 als einen Laserstrahl auf derselben Achse in Überlagerung bringen, wodurch die gesamte Vorrichtung verkleinert und der Aufbau vereinfacht werden kann.
Folglich kann eine Halbleiterlaservorrichtung hoher Helligkeit mit einem kompakten und einfachen Aufbau erzielt werden, ohne eine Kondensorlinse anzuordnen.
Zweite Ausführungsform
Anzumerken ist, dass in der vorstehend erwähnten ersten Ausführungsform (2 und 10) die planare Form des optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursystems 3 als mehrteilig dargestellt ist, aber wie in 11 dargestellt, beispielsweise ein optisches Strahldivergenzwinkelkorrektursystem 3A, das aus einer integral geformten zylindrischen Linse besteht, etwas in der Richtung eines Pfeils E gedreht werden kann, so dass die relativen Positionen des optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursystems 3A in Bezug auf die Licht emittierenden Stellen 1 sequentiell verändert werden können.
11 ist eine Draufsicht, die ein Positionsverhältnis zwischen den Licht emittierenden Stellen 1 und dem optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursystem 3A in einer Halbleiterlaservorrichtung nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
In diesem Fall unterscheidet sich nur die planare Form des optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursystems 3A von der zuvor erwähnten planaren Form. Die anderen Auslegungen (nicht gezeigt) sind dieselben wie vorstehend beschrieben (1).
Beispielsweise ist das zuvor erwähnte optische Strahldivergenzwinkelkorrektursystem 3A, das mehrere Teile umfasst (2 und 10), dargestellt, um die relative Positionsverschiebungsdifferenz |δ₁ – δ₂| zwischen zwei benachbarten Licht emittierenden Stellen 1 klar darzustellen, und praktisch ist es schwierig, den Aufbau des optischen Systems von 2 und 10 herzustellen und dabei jede relative Positionsverschiebung mit hoher Genauigkeit zu regeln.
Aus diesem Grund wird gewünscht, dass das optische Strahldivergenzwinkelkorrektursystem 3A unter Verwendung einer gewöhnlichen zylindrischen Linse um einen sehr kleinen Winkel geneigt wird, wie in 11 dargestellt ist.
In 11 ist das optische Strahldivergenzwinkelkorrektursystem 3A, das zu der zylindrischen Linsenform geformt ist, so angeordnet, dass es in der Richtung des Pfeils E mit Bezug auf die Licht emittierenden Stellen 1 des Halbleiterlaserbarrens 2 (siehe 1) in einer zur Austrittsendfläche des Halbleiterbarrens 2 parallelen Ebene leicht gedreht (geneigt) ist.
Anzumerken ist, dass in diesem Fall die relativen Positionen des optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursystems 3A in Bezug auf die Licht emittierenden Stellen 1 in der zur der vorstehend beschriebenen Richtung (2 und 10) entgegengesetzten Richtung versetzt sind, wenn aber beispielsweise die Drehrichtung der Strahlen durch das nachgeordnete optische Strahlrotationssystem 4 entgegengesetzt zu der vorstehend beschriebenen (Richtung des Pfeils D in 7) eingestellt wird, die Strahlen 11 sich ähnlich dem Vorstehenden auf das optische Wellenlängendispersionselement 5 fokussieren lassen.
Wie vorstehend beschrieben, besteht das optische Strahldivergenzwinkelkorrektursystem 3A nach der zweiten Ausführungsform (11) der vorliegenden Erfindung aus einer zylindrischen Linse und ist schräg in Bezug auf die mehreren Licht emittierenden Stellen 1 in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse jedes der von den Licht emittierenden Stellen 1 emittierten Strahlen 11 angeordnet.
Damit kann die Maßnahme, die Strahlen 11 zu fokussieren, auf dieselbe Weise wie in der zuvor erwähnten ersten Ausführungsform bewerkstelligt werden, indem das optische Strahldivergenzwinkelkorrektursystem 3A verwendet wird, das eine einzelne und kostengünstige zylindrische Linsenform hat, die allgemein verwendet wird. Folglich können zusätzlich zur vorstehend erwähnten Wirkung die Kosten gesenkt werden.
Ferner lässt sich durch die Einstellung des Drehwinkels des optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursystems 3A in Bezug auf den Halbleiterlaserbarren 2 die Distanz L zwischen der Position, an der die Strahlen 11 auf einen Punkt fokussiert werden, und dem Halbleiterlaserbarren 2 mühelos einstellen.
Dritte Ausführungsform
12 ist eine Draufsicht, die schematisch eine Halbleiterlaservorrichtung nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Anzumerken ist, dass in 12 der Tatsache Aufmerksamkeit geschenkt werden muss, dass die geraden Linien, die später noch zu beschreibende Strahlen 100, 110 und 120 darstellen, optische Achsen der Strahlen 100, 110 und 120 angeben.
In 12 umfasst die Halbleiterlaservorrichtung drei Halbleiterlaser 10 (Halbleiterlaser 10a bis 10c), wovon jeder den Halbleiterlaserbarren 2, die optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursysteme 3 und das optische Strahlrotationssystem 4 umfasst, die in der vorstehend erwähnten ersten und zweiten Ausführungsform als eine Komponente beschrieben sind, das optische Wellenlängendispersionselement 5 und den Teilreflexionsspiegel 6.
Darüber hinaus besteht der vom Halbleiterlaser 10a emittierte Strahl 100 aus drei Strahlen 101 bis 103. Ähnlich besteht der vom Halbleiterlaser 10b emittierte Strahl 110 aus drei Strahlen 111 bis 113, und der vom Halbleiteraser 10c emittierte Strahl 120 besteht aus drei Strahlen 121 bis 123.
Anzumerken ist, dass in der dritten Ausführungsform der Fall beispielhaft aufgeführt ist, in dem drei Halbleiterlaser 10 verwendet werden, die Anzahl von Halbleiterlasern 10 aber nicht darauf beschränkt ist und nur mindestens zwei betragen muss. Darüber hinaus bestehen die von den jeweiligen Halbleiterlasern 10a bis 10c emittierten Strahlen 100, 110 und 120 jeweils aus drei Strahlen, die Anzahl von Strahlen ist aber nicht darauf beschränkt und muss nur mindestens zwei betragen. Außerdem kann die Helligkeit, wenn die Anzahl von Strahlen größer wird, gesteigert werden, solange die ausreichende Wellenlängenauflösung des optischen Wellenlängendispersionselements 5 sichergestellt ist.
Die vom Halbleiterlaser 10a emittierten Strahlen 101 bis 103 werden, wie in der vorstehend erwähnten ersten Ausführungsform beschrieben, im Wesentlichen auf einen Punkt fokussiert. Selbiges trifft für die Halbleiterlaser 10b und 10c zu.
Ferner werden die Positionen der Halbleiterlaser 10a bis 10c so eingestellt, dass der Punkt, auf den die vom Halbleiterlaser 10a emittierten Strahlen 101 bis 103 fokussiert werden, der Punkt, auf den die vom Halbleiterlaser 10b emittierten Strahlen 111 bis 113 fokussiert werden, und der Punkt, auf den die vom Halbleiterlaser 10c emittierten Strahlen 121 bis 123 fokussiert werden, im Wesentlichen miteinander in Übereinstimmung gebracht werden können. Auf diese Weise werden die Positionen der Halbleiterlaser 10a bis 10c so eingestellt, dass die neun Strahlen insgesamt auf im Wesentlichen einen Punkt fokussiert werden, um die Strahlüberlagerungsstelle 151 zu bilden.
Ferner ist das optische Wellenlängendispersionselement 5 an der Position der Strahlüberlagerungsstelle 151 angeordnet, und der Teilreflexionsspiegel 6 ist an einer geeigneten Stelle angeordnet, wie in der vorstehend erwähnten ersten Ausführungsform beschrieben ist. Mit dieser Auslegung schwingen die von den jeweiligen Halbliterlasern 10a bis 10c emittierten Strahlen 101 bis 103, 111 bis 113 und 121 bis 123 allesamt passiv mit verschiedenen Wellenlängen und werden zu einem einzelnen Strahl 200 auf im Wesentlichen derselben Achse, um vom Teilreflexionsspiegel 6 reflektiert zu werden.
Wie vorstehend beschrieben, umfasst die Laservorrichtung nach der dritten Ausführungsform (12) der vorliegenden Erfindung die mehreren Halbleiterlaser 10, und von daher kann im Vergleich dazu, dass die Laservorrichtung nur einen Halbleiterlaser 10 umfasst, die Leistung des Lasers gesteigert werden, während die Helligkeit des Lasers aufrechterhalten bleibt. Ferner ist es bislang notwendig, eine Kondensorlinse zum Überlagern von Strahlen für jeden der mehreren Halbleiterlaser 10 anzuordnen, mit dem Ergebnis, dass die gesamte Vorrichtung vergrößert wird und die Kosten hoch sind. Im Gegensatz dazu ist in der Laservorrichtung nach der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung keine Kondensorlinse notwendig, und von daher kann die gesamte Vorrichtung verkleinert und die Kosten können gesenkt werden.
Vierte Ausführungsform
13 ist eine Draufsicht, die schematisch eine Halbleiterlaservorrichtung nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
In 13 umfasst die Halbleiterlaservorrichtung drei Halbleiterlaser 10 (Halbleiterlaser 10a bis 10c), das optische Wellenlängendispersionselement 5 und den Teilreflexionsspiegel 6, die in der vorstehend erwähnten dritten Ausführungsform beschrieben sind, und darüber hinaus zwei optische Reflexionselemente 7. Anzumerken ist, dass in der vierten Ausführungsform die drei Halbleiterlaser 10 ähnlich wie in der vorstehend erwähnten dritten Ausführungsform verwendet werden, aber die Anzahl von Halbleiterlasern 10 nicht darauf beschränkt ist und nur mindestens zwei betragen muss.
Ferner ist der Fall in der vierten Ausführungsform beispielhaft aufgeführt, in dem die zwei optischen Reflexionselemente 7, um jeweils die von den Halbleiterlasern 10a und 10c emittierten Strahlen 100 und 120 in die Richtung zum optischen Wellenlängendispersionselement 5 hin zu reflektieren, verwendet werden, aber die Auslegung nicht darauf beschränkt ist. Mit anderen Worten liegt das technische Merkmal in der vierten Ausführungsform darin, dass die optischen Reflexionselemente 7 so verwendet werden, dass die von den mehreren Halbleiterlasern 10 emittierten Strahlen auf einen Punkt fokussiert werden können, um die Strahlüberlagerungsstelle 151 zu bilden, und von daher die Anzahl und die Positionen der optischen Reflexionselemente 7 nach Zweckmäßigkeit angepasst werden können.
Im Übrigen ist, wenn der Halbleiterlaserbarren 2 im Halbleiterlaser 10 dazu ausgelegt ist, mit hoher Leistung zu arbeiten, der Halbleiterlaserbarren 2 im Allgemeinen als Gegenmaßnahme gegen Wärmebelastung auf einem Kühlkörper angeordnet. Ferner ist es üblich, dass ein solcher Kühlkörper zweimal so groß wie der Halbleiterlaserbarren 2 oder noch größer ist. Aus diesem Grunde ist, falls ein Versuch unternommen wird, die Halbleiterlaser 10 nahe beieinander anzuordnen, die Anordnung durch die Größe des Kühlkörpers eingeschränkt, und die von den Halbleiterlasern 10 emittierten Strahlen 100, 110 und 120 können nicht so nahe wie möglich zueinander gebracht werden.
Entsprechend nimmt, wenn ein Versuch unternommen wird, die von den jeweiligen Halbleiterlasern 10 emittierten Strahlen 100, 110 und 120 ohne zusätzlichen Aufbau auf eine Stelle zu fokussieren, der Winkel des in das optische Wellenlängendispersionselement 5 eintretenden Strahls zu. Ferner können, wenn der Winkel des in das optische Wellenlängendispersionselement 5 eintretenden Strahls zunimmt, die Strahlen 100, 110 und 120 allesamt nicht durch den externen Resonator in Schwingung versetzt werden, es sei denn, die Schwingungswellenlängenbandbreite wird erhöht oder die Distanz von jedem Halbleiterlaser 10 zum optischen Wellenlängendispersionselement 5 vergrößert. Anzumerken ist, dass die Schwingungswellenlängenbandbreite in der hier verwendeten Form als eine Differenz zwischen einer längsten Wellenlänge und einer kürzesten Wellenlänge unter den Schwingungswellenlängen der Strahlen 100, 110 und 120 definiert ist, die mit verschiedenen Wellenlängen schwingen.
Jedoch lässt jeder Halbleiterlaser 10 die Strahlen in der eingeschränkten Schwingungswellenlängenbandbreite schwingen, und von daher besteht in der Praxis keine andere Wahl als die Distanz von jedem Halbleiterlaser 10 zum optischen Wellenlängendispersionselement 5 zu vergrößern, um die Strahlen 100, 110 und 120 mit verschiedenen Wellenlängen schwingen zu lassen.
Im Gegensatz dazu wird in der vierten Ausführungsform das optische Reflexionselement 7 verwendet, um den von jedem Halbleiterlaser 10 emittierten Strahl in der Richtung zum optischen Wellenlängendispersionselement 5 hin zu reflektieren, so dass die Strahlen 100, 110 und 120 auf einen Punkt fokussiert werden können, um die Strahlüberlagerungsstelle 151 zu bilden. Auf diese Weise können im Vergleich dazu, dass das optische Reflexionselement 7 nicht verwendet wird, die von den jeweiligen Halbleiterlasern 10 emittierten Strahlen 100, 110 und 120 so nahe wie möglich zueinander gebracht werden.
Wie vorstehend beschrieben, umfasst die Laservorrichtung nach der vierten Ausführungsform (13) der vorliegenden Erfindung im Vergleich zur Laservorrichtung nach der vorstehend erwähnten dritten Ausführungsform (12) darüber hinaus die optischen Reflexionselemente 7, und von daher können die von den mehreren Halbleiterlasern 10 emittierten Strahlen so nahe wie möglich zueinander gebracht werden, ohne durch die Größe eines Kühlkörpers oder dergleichen eingeschränkt zu sein, und können darüber hinaus auf einen Punkt fokussiert werden, um die Strahlüberlagerungsstelle 151 zu bilden. Folglich kann der Winkel des in das optische Wellenlängendispersionselement 5 eintretenden Strahls verkleinert und die Distanz von jedem Halbleiterlaser 10 zum optischen Wellenlängendispersionselement 5 verkürzt werden, wodurch die gesamte Vorrichtung verkleinert werden kann.
Fünfte Ausführungsform
14 ist eine Draufsicht, die schematisch eine Halbleiterlaservorrichtung nach einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
In 14 umfasst die Halbleiterlaservorrichtung drei Halbleiterlaser 10 (Halbleiterlaser 10a bis 10c), das optische Wellenlängendispersionselement 5 und den Teilreflexionsspiegel 6, die in der vorstehend erwähnten dritten Ausführungsform beschrieben sind, und darüber hinaus eine erste Linse 8 (Brennweite f₁) und eine zweite Linse 9 (Brennweite f₂). Anzumerken ist, dass in der fünften Ausführungsform der Fall, in dem drei Halbleiterlaser 10 ähnlich der vorstehend erwähnten dritten Ausführungsform verwendet werden, beispielhaft aufgeführt ist, aber die Anzahl von Halbleiterlasern 10 nicht darauf beschränkt ist und nur mindestens zwei betragen muss. Ferner kann das optische Reflexionselement 7 ähnlich der vorstehend beschriebenen vierten Ausführungsform verwendet werden.
Die erste Linse 8 ist an einer Position angeordnet, die von einer ersten Strahlüberlagerungsstelle 152, an der die von den jeweiligen Halbleiterlasern 10 emittierten Strahlen 100, 110 und 120 einander überlagert (auf einen Punkt fokussiert, um die erste Strahlüberlagerungsstelle 152 zu bilden) sind, um die Brennweite f₁ getrennt ist. Darüber hinaus ist die zweite Linse 9 an einer Position angeordnet, die von der ersten Linse 8 um eine beliebige Distanz getrennt ist. Darüber hinaus ist eine zweite Strahlüberlagerungsstelle 153 an einer Position gebildet, die von der zweiten Linse 9 um die Brennweite f₂ getrennt ist, und das optische Wellenlängendispersionselement 5 ist an dieser Position angeordnet. Anzumerken ist, dass im Folgenden das Positionsverhältnis zwischen jedem Halbleiterlaser 10, der ersten Linse 8, der zweiten Linse 9 und dem optischen Wellenlängendispersionselement 5 beschrieben wird, wobei der Halbleiterlaser 10b als Referenzposition verwendet wird.
Anzumerken ist, dass die erste Linse 8 nicht unbedingt an der Position angeordnet sein muss, die von der ersten Strahlüberlagerungsstelle 152 um die Brennweite f₁ der ersten Linse 8 getrennt ist, und die Position der ersten Linse 8 nach Zweckmäßigkeit eingestellt werden kann. Ähnlich muss das optische Wellenlängendispersionselement 5 nicht unbedingt an der Position angeordnet sein, die von der zweiten Linse 9 um die Brennweite f₂ der zweiten Linse 9 getrennt ist, und die Position des optischen Wellenlängendispersionselements 5 kann nach Zweckmäßigkeit eingestellt werden.
Die optischen Achsen der von den jeweiligen Halbleiterlasern 10 emittierten Strahlen 100, 110 und 120 werden durch die erste Linse 8, die an einer Position angeordnet ist, die um die Brennweite f₁ von der ersten Strahlüberlagerungsstelle 152 getrennt ist, die an einer um die Distanz L₁ vom Halbleiterlaser 10b getrennten Position angeordnet ist, so umgewandelt, dass sie parallel zueinander sind.
Anzumerken ist, dass in einem solchen Fall der Tatsache Aufmerksamkeit geschenkt werden muss, dass die Strahlen in einer Strahlbreite 301 (einer Strahlbreite, die dem durch die unterbrochene Linie in 14 umgebenen Abschnitt entspricht) nicht parallel sind. Darüber hinaus ist in 14 nur die Strahlbreite 301 beispielhaft aufgeführt, die dem vom Halbleiterlaser 10c emittierten Strahl 123 entspricht, Selbiges trifft aber auch für die Strahlbreiten zu, die den anderen Strahlen entsprechen.
In diesem Fall wird, wenn die Distanz zwischen dem Halbleiterlaser 10a und dem Halbleiterlaser 10c in der X-Richtung mit „Distanz d₁“ dargestellt wird, eine Distanz d₂ zwischen dem Strahl 101 und dem Strahl 123 in der X-Richtung, nachdem deren optische Achsen so umgewandelt wurden, dass sie parallel zueinander sind, durch einen Ausdruck (7) ausgedrückt. Anzumerken ist, dass im Ausdruck (7) d₂ < d₁ festgelegt wird, wenn L₁ > f₁ feststeht. Mathematische Gleichung 7
Ferner ist, wie vorstehend beschrieben, die zweite Linse 9 an der Position angeordnet, die von der ersten Linse 8 um eine beliebige Distanz L₂ getrennt ist, und von daher überlagern sich die Strahlen 100, 110 und 120 am optischen Wellenlängendispersionselement 5.
Anzumerken ist, dass in 14 der Fall der Einfachheit halber beispielhaft aufgeführt ist, in dem L₂ = f₁ + f₂ festgelegt ist, aber die Länge der Distanz L₂ nicht darauf beschränkt ist und eine beliebige Länge sein kann. Wenn jedoch L₂ ≠ f₁ + f₂ festgelegt wird, müssen zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden, wie etwa eine dritte Linse zwischen dem optischen Wellenlängendispersionselement 5 und dem Teilreflexionsspiegel 6 anzuordnen oder den Teilreflexionsspiegel 6 als einen Konkavspiegel auszubilden (wobei seine Spiegelfläche in einer konkaven Form ausgebildet ist).
Als Nächstes erfolgt eine Überlegung dahingehend, welche Länge der Distanz L vom Halbleiterlaser 10b zum optischen Wellenlängendispersionselement 5 nötig ist, wenn die Auslegung der Halbleiterlaservorrichtung nach der fünften Ausführungsform nicht angewendet wird und die Halbleiterlaser 10 sich an einem optischen Wellenlängendispersionselement 5 überlagern, so dass alle von den Halbleiterlasern 10 emittierten Strahlen mit verschiedenen Wellenlängen zum Schwingen gebracht werden.
In einem solchen Fall wird ein relationaler Ausdruck (Gittergleichung) eines Ausdrucks (8) zwischen einem Einfallswinkel α, der einem Winkel entspricht, der durch den vom Halbleiterlaser 10b emittierten Strahl 112 und einer Beugungsgittersenkrechten des optischen Wellenlängendispersionselements 5 gebildet wird, einem Beugungswinkel β, der einem Winkel entspricht, der durch den vom optischen Wellenlängendispersionselement 5 emittierten Strahl 200 und der Beugungsgittersenkrechten gebildet wird, der Anzahl N von Nuten im optischen Wellenlängendispersionselement 5, der Beugungsordnung m und einer Wellenlänge λ des Strahls 112 hergestellt. Anzumerken ist, dass die Berechnung anhand des nachstehend beschriebenen Ausdrucks (8) davon ausgeht, dass die Beugungsordnung m gleich 1 ist.
Mathematische Gleichung 8

sinα + sinβ = Nmλ (8)

Darüber hinaus wird ein relationaler Ausdruck eines Ausdrucks (9) zwischen der Distanz d₁ zwischen dem Halbleiterlaser 10a und dem Halbleiterlaser 10c in der X-Richtung, der Schwingungswellenlängenbandbreite λΔ, der Distanz L vom Halbleiterlaser 10b zum optischen Wellenlängendispersionselement 5, der Anzahl N von Nuten im optischen Wellenlängendispersionselement 5 und dem Beugungswinkel β hergestellt. Mathematische Gleichung 9
Nun wird die Vorgehensweise, den Ausdruck (9) abzuleiten, konkret beschrieben. Zuerst werden beide Seiten des Ausdrucks (8) in Bezug auf die Wellenlänge λ differenziert, um als Ausdruck (10) ausgedrückt zu werden. Anzumerken ist, dass in diesem Fall die Differenzierung unter der Annahme erfolgt, dass die Beugungsordnung m wie vorstehend beschrieben 1 beträgt und der Einfallswinkel α eine Konstante ist. Mathematische Gleichung 10
Anschließend werden beide Seiten des Ausdrucks (10) mit der Distanz L vom Halbleiterlaser 10b zum optischen Wellenlängendispersionselement 5 multipliziert, um als Ausdruck (11) ausgedrückt zu werden.
Mathematische Gleichung 11

L × dβ / dλ = L × N / cosβ (11)

Darüber hinaus wird, wenn es sich bei dem Beugungswinkel β um einen kleinen Winkel (dβ) handelt, ein relationaler Ausdruck eines Ausdrucks (12) zwischen der Distanz L und der Distanz d₁ hergestellt.
Mathematische Gleichung 12

L × dβ = d₁ (12)

Zusätzlich wird, indem Ausdruck (12) in Ausdruck (11) eingesetzt und dλ in Ausdruck (11) durch Δλ ersetzt wird, der relationale Ausdruck von Ausdruck (9) abgeleitet.
Als konkretes Beispiel wird im Falle einer Bestimmung der Distanz L vom Halbleiterlaser 10b zum optischen Wellenlängendispersionselement 5 beispielsweise davon ausgegangen, dass die Distanz d₁ 100 mm, die Schwingungswellenlängenbandbreite Δλ 40 nm, die Anzahl N von Nuten im optischen Wellenlängendispersionselement 5 1.500/mm, der Einfallswinkel α 43° und die Wellenlänge λ des Strahls 112 915 nm beträgt.
Wenn diese Zahlenwerte in die Ausdrücke (8) und (9) eingesetzt werden, wird die Distanz L vom Halbleiterlaser 10b zum optischen Wellenlängendispersionselement 5 mit ca. 1.200 mm bestimmt. Mit anderen Worten muss in dem Fall, in dem die Auslegung der Halbleiterlaservorrichtung nach der fünften Ausführungsform nicht angewendet wird, die Distanz L vom Halbleiterlaser 10 zum optischen Wellenlängendispersionselement 5 ca. 1.200 mm betragen. Anzumerken ist, dass der Grund, warum der Einfallswinkel α mit 43° angenommen wird, der ist, dass der Diffraktionswirkungsgrad des optischen Wellenlängendispersionselements 5 allgemein gesteigert ist, wenn der Einfallswinkel und der Beugungswinkel wertemäßig einander im Wesentlichen gleich sind.
Im Gegensatz dazu erfolgt nun eine Überlegung, welche Länge der Distanz L vom Halbleiterlaser 10b zum optischen Wellenlängendispersionselement 5 nötig ist, wenn die Auslegung der Halbleiterlaservorrichtung nach der fünften Ausführungsform angewendet wird und sich die Halbleiterlaser 10 an einem optischen Wellenlängendispersionselement 5 überlagern, so dass alle von den Halbleiterlasern 10 emittierten Strahlen mit verschiedenen Wellenlängen zum Schwingen gebracht werden.
Anzumerken ist, dass die Distanz L in diesem Fall der Summe aus der Distanz L₁ vom Halbleiterlaser 10b zur ersten Strahlüberlagerungsstelle 152, der Brennweite f₁ von der ersten Strahlüberlagerungsstelle 152 zur ersten Linse 8, der Distanz L₂ von der ersten Linse 8 zur zweiten Linse 9 und der Brennweite f₂ von der zweiten Linse 9 zum optischen Wellenlängendispersionselement 5 entspricht und durch einen Ausdruck (13) ausgedrückt wird.
Mathematische Gleichung 13

L = L₁ + f₁ + L₂ + f₂ (13)

Ähnlich dem Vorstehenden wird als konkretes Beispiel im Falle einer Bestimmung der Distanz L vom Halbleiterlaserelement 10b zum optischen Wellenlängendispersionselement 5 beispielsweise davon ausgegangen, dass die Distanz d₁ 100 mm, die Schwingungswellenlängenbandbreite Δλ 40 nm, die Anzahl N von Nuten im optischen Wellenlängendispersionselement 5 1.500/mm, der Einfallswinkel α 43° und die Wellenlänge λ des Strahls 112 915 nm beträgt. Darüber hinaus wird in der fünften Ausführungsform davon ausgegangen, dass die Distanz L₁ vom Halbleiterlaser 10b zur ersten Strahlüberlagerungsstelle 152 100 mm und die Brennweite f₁ der ersten Linse 8 20 mm beträgt.
In diesem Fall wird, wenn die Distanz d₁ von 100 mm, die Brennweite f₁ der ersten Linse 8 von 20 mm und die Distanz L₁ vom Halbleiterlaser 10b zur ersten Strahlüberlagerungsstelle 152 von 100 mm in den Ausdruck (7) eingesetzt werden, die Distanz d₂ zwischen dem Strahl 101 und dem Strahl 123 in der X-Richtung, nachdem deren optische Achsen so umgewandelt wurden, dass sie parallel zueinander sind, als 20 mm bestimmt.
Wenn diese Zahlenwerte in die Ausdrücke (8) und (9) eingesetzt werden, wird die Brennweite f₂ von der zweiten Linse 9 zum optischen Wellenlängendispersionselement 5 mit ca. 240 mm bestimmt. Anzumerken ist, dass in diesem Fall, wenn die Distanz d₂ in den Ausdruck (9) eingesetzt wird, die Berechnung erfolgt, wobei die Distanz d₁ in dem Ausdruck durch die Distanz d₂ ersetzt wird.
Außerdem wird, wenn diese Zahlenwerte in den Ausdruck (13) eingesetzt werden, die Distanz L vom Halbleiterlaser 10b zum optischen Wellenlängendispersionselement 5 mit ca. 620 mm bestimmt. Mit anderen Worten muss in dem Fall, in dem die Auslegung der Halbleiterlaservorrichtung nach der fünften Ausführungsform angewendet wird, die Distanz L vom Halbleiterlaser 10b zum optischen Wellenlängendispersionselement 5 ca. 620 mm betragen. Anzumerken ist, dass in diesem Fall die Distanz L vom Halbleiterlaser 10b zum optischen Wellenlängendispersionselement 5 unter der Annahme berechnet wird, das L₂ = f₁ + f₂ feststeht.
Wie vorstehend beschrieben, verkürzt die Laservorrichtung nach der fünften Ausführungsform (14) der vorliegenden Erfindung die Distanz vom Halbleiterlaser 10 zum optischen Wellenlängendispersionselement 5 im Vergleich dazu, dass die vorstehend erwähnte Auslegung der Halbleiterlaservorrichtung nicht angewendet wird. Folglich kann die gesamte Vorrichtung stark verkleinert werden.
Darüber hinaus wird die Strahlbreite 301 durch die erste Linse 8 und die zweite Linse 9 vergrößert und von daher der Strahldurchmesser der sich am optischen Wellenlängendispersionselement 5 überlagernden Strahlen vergrößert. Folglich kann eine Bestrahlungsdichte von auf das optische Wellenlängendispersionselement 5 abgestrahlten Strahlen stark reduziert werden und die Strapazierfähigkeit des optischen Wellenlängendispersionselements 5 stark gesteigert werden, was ein signifikant großes Thema beim Erhöhen der Leistung der Vorrichtung ist.
Außerdem bedeutet der vergrößerte Strahldurchmesser der sich am optischen Wellenlängendispersionselement 5 überlagernden Strahlen, dass die Anzahl an verfügbaren Nuten im optischen Wellenlängendispersionselement 5 erhöht ist und von daher das Wellenlängendispersionsvermögen des optischen Wellenlängendispersionselements 5 auch erhöht werden kann, was zu einer anderen Wirkung führt, dass eine höhere Helligkeit der Halbleiterlaservorrichtung erzielt wird.
In diesem Fall kann, wenn L₂ ≠ f₁ + f₂ feststeht, im Vergleich dazu, dass die vorstehend erwähnte Auslegung der Halbleiterlaservorrichtung nicht angewendet wird, die gesamte Vorrichtung stark verkleinert und der Strahldurchmesser am optischen Wellenlängendispersionselement 5 weiter vergrößert werden, wodurch stärkere Wirkungen auf eine Verbesserung bei der Strapazierfähigkeit und eine Verbesserung beim Wellenlängendispersionsvermögen entfaltet werden können. Insbesondere wenn L₂ < f₁ + f₂ feststeht, kann die gesamte Vorrichtung weiter verkleinert werden, weil die Distanz vom Halbleiterlaser 10 zum optischen Wellenlängendispersionselement 5 weiter verkürzt wird.
Sechste Ausführungsform
15A ist eine Draufsicht, die schematisch eine Halbleiterlaservorrichtung nach einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 15B ist eine Seitenansicht bei Betrachtung eines Halbleiterlasers 10 von 15A in der X-Achsenrichtung.
In 15A umfasst die Halbleiterlaservorrichtung einen Halbleiterlaser 10, das optische Wellenlängendispersionselement 5 und den Teilreflexionsspiegel 6, die in der vorstehend erwähnten ersten bis vierten Ausführungsform beschrieben sind. Anzumerken ist, dass in der sechsten Ausführungsform der Fall, in dem ein Halbleiterlaser 10 verwendet wird, ähnlich zur vorstehend erwähnten ersten Ausführungsform beispielhaft herangezogen wird, die Anzahl von Halbleiterlasern 10 aber nicht darauf beschränkt ist und ähnlich der vorstehend beschriebenen dritten bis fünften Ausführungsform mindestens zwei betragen kann.
16A ist eine Draufsicht, die schematisch eine Halbleiterlaservorrichtung darstellt, die zum Vergleich mit der Halbleiterlaservorrichtung nach der sechsten Ausführungsform verwendet wird. 16B ist eine Seitenansicht bei Betrachtung eines Halbleiterlasers 10 von 16A in der X-Achsenrichtung. Anzumerken ist, dass auf 16A und 16B Bezug genommen wird, um zusätzlich einen Unterschied zwischen der Halbleiterlaservorrichtung nach der sechsten Ausführungsform und der Halbleiterlaservorrichtung nach der ersten Ausführungsform zu beschreiben.
In der Halbleiterlaservorrichtung nach der in 15A dargestellten sechsten Ausführungsform ist der Halbleiterlaser 10 so angeordnet, dass mehrere emittierte Strahlen in Bezug auf die Z-Achse senkrecht zur XY-Ebene geneigt werden, die durch die X-Achse, bei der es sich um die Langsamachsenrichtung handelt, und die Y-Achse definiert ist, bei der es sich um die Schnellachsenrichtung handelt. Mit anderen Worten ist, wie in 15A gezeigt, der Halbleiterlaser 10 in dem in Bezug auf die Z-Achse mit einem Neigungswinkel C geneigten Zustand angeordnet.
Ferner ist in 15A die Position des optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursystems 3 in der Y-Achsenrichtung so eingestellt, dass der Strahl 102, der von einer Licht emittierenden Stelle 1 emittiert wird, die sich im Wesentlichen in der Mitte des Halbleiterlasers 10 befindet, im Wesentlichen parallel zur Z-Achse verlaufen kann, nachdem er durch das optische Strahlrotationssystem 4 hindurchgetreten ist.
In diesem Fall wird in 15A, damit der Strahl 102, nachdem er durch das optische Strahlrotationssystem 4 hindurchgetreten ist, im Wesentlichen parallel zur Z-Achse verläuft, die Position des optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursystems 3 in der Y-Achsenrichtung speziell wie folgt eingestellt.
Speziell ist, wie in 15B dargestellt, die Position des optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursystems 3 in der Y-Achsenrichtung so eingestellt, dass der Strahl 102, der von der Licht emittierenden Stelle 1 emittiert wurde, die sich im Wesentlichen in der Mitte des in Bezug auf die Z-Achse geneigt angeordneten Halbleiterlasers 10 befindet, zur Z-Achse im Wesentlichen parallel verlaufen kann, nachdem er durch das optische Strahlrotationssystems 4 hindurchgetreten ist. Mit anderen Worten wird ein relatives Positionsverhältnis zwischen der Licht emittierenden Stelle 1 und dem optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursystem 3 in der Y-Achsenrichtung verändert, so dass der Strahl 102 in das optische Strahldivergenzwinkelkorrektursystem 3 an einer Position eintreten kann, die im Wesentlichen von der Mitte des optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursystems 3 versetzt ist. Dann kann, indem das relative Positionsverhältnis auf diese Weise verändert ist, der Strahl 102, nachdem er durch das optische Strahldivergenzwinkelkorrektursystems 3 hindurchgetreten ist, mit dem Neigungswinkel C in das optische Strahlrotationssystem 4 eintreten.
In diesem Fall wird in 15A ein Winkel D₁, der durch den Strahl 101 und den Strahl 103 gebildet wird, die vom Halbleiterlaser 10 emittiert wurden, durch einen Ausdruck (14) ausgedrückt, wenn die Distanz vom Halbleiterlaser 10 zur Strahlüberlagerungsstelle 1 durch „Distanz B₁“ dargestellt wird, und der Abstand zwischen der Licht emittierende Stelle 1, die den Strahl 101 emittiert, und der Licht emittierenden Stelle 1, die den Strahl 103 emittiert, durch „Lichtemissionsstellenabstand A“ dargestellt wird. Mathematische Gleichung 14
Im Gegensatz dazu ist in der Halbleiterlaservorrichtung nach der vorstehend erwähnten ersten Ausführungsform der Halbleiterlaser 10 parallel zur Z-Achse angeordnet, wie in 16A dargestellt ist. Ferner tritt, wie in 16B dargestellt ist, der Strahl 102, der von der Licht emittierenden Stelle 1 emittiert wurde, die sich im Wesentlichen in der Mitte des Halbleiterlasers 10 befindet, durch das optische Strahlrotationssystem 4 hindurch und verläuft dann im Wesentlichen parallel zur Z-Achse.
In diesem Fall wird in 16A ein Winkel D₂, der durch den Strahl 101 und den Strahl 103 gebildet wird, die vom Halbleiterlaser 10 emittiert wurden, durch einen Ausdruck (15) ausgedrückt, wenn die Distanz vom Halbleiterlaser 10 zur Strahlüberlagerungsstelle 151 durch „Distanz B₂“ dargestellt und der Lichtemissionsstellenabstand A verwendet wird. Mathematische Gleichung 15
In diesem Fall sind, wenn die Schwingungswellenlängenbandbreite des Halbleiterlasers 10 von 15A und die Schwingungswellenbandbreite des Halbleiterlasers 10 von 16A einander gleich sind, der Winkel D₁ und der Winkel D₂ einander gleich (D₁ = D₂). Anzumerken ist, dass die Schwingungswellenlängenbandbreite in der hier verwendeten Form durch eine Differenz zwischen einer längsten Wellenlänge und einer kürzesten Wellenlänge unter den Wellenlängen der Strahlen 101, 102 und 103 definiert ist, die mit verschiedenen Wellenlängen schwingen.
Wie vorstehend beschrieben, wird, wenn D₁ = D₂ feststeht, AcosC < A auf Grundlage der Ausdrücke (14) und (15) hergestellt, und von daher ist die Distanz B₂ größer als die Distanz B₁ (B₁ < B₂).
Als konkretes Beispiel wird davon ausgegangen, dass der Lichtemissionsstellenabstand A 10 mm, die Anzahl N von Nuten im optischen Wellenlängendispersionselement 5 1.500/mm, der Einfallswinkel α 43°, die Wellenlänge λ des Strahls 915 nm, die Schwingungswellenlängenbandbreite Δλ 40 nm und der Neigungswinkel C 10° beträgt.
Wenn diese Zahlenwerte in die Gleichungen (8) und (9) eingesetzt werden, beträgt der Beugungswinkel B ca. 43,7°, die Distanz B₁ ca. 118 mm und die Distanz B₂ ca. 121 mm. Anzumerken ist, dass in diesem Fall, wenn der Lichtemissionsstellenabstand A und AcosC in den Ausdruck (9) eingesetzt werden, die Berechnung erfolgt, wobei die Distanz d₁ in dem Ausdruck durch den Lichtemissionsstellenabstand A und AcosC ersetzt wird.
Wie vorstehend beschrieben, kann die Laservorrichtung nach der sechsten Ausführungsform (15A und 15B) der vorliegenden Erfindung im Vergleich dazu, dass die vorstehend erwähnte Auslegung der Halbleiterlaservorrichtung nicht angewendet wird, die Distanz vom Halbleiterlaser 10 zur Strahlüberlagerungsstelle 151 verkürzen, ohne die Schwingungswellenlängenbandbreite des Halbleiterlasers 10 zu verändern. Folglich kann die gesamte Vorrichtung mit einem sehr einfachen Verfahren verkleinert werden. Im Übrigen wird die Wirkung, die gesamte Vorrichtung zu verkleinern, durch die Anzahl von Halbleiterlasern 10 multipliziert, die an der Laservorrichtung nach der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angebracht werden, und von daher lässt sich eine größere Wirkung entfalten, wenn die Anzahl von Halbleiterlasern 10 größer wird.

Claims

Halbleiterlaservorrichtung zum Überlagern von Wellenlängen mehrerer Strahlen (11), die von mehreren Licht emittierenden Stellen (1) emittiert werden, die in einem Halbleiterlaserbarren (2) enthalten sind, wobei die Halbleiterlaservorrichtung umfasst: ein optisches Strahldivergenzwinkelkorrektursystem (3, 3A), das so angeordnet ist, dass sich eine relative Position von diesem in einer Strahldivergenzwinkelkorrekturrichtung, bei der es sich um eine Richtung handelt, die orthogonal zu einer Richtung ist, in der die mehreren Licht emittierenden Stellen (1) angeordnet sind, sequentiell in einer Anordnungsrichtung der mehreren Licht emittierenden Stellen (1) verändert, wobei das Strahldivergenzwinkelkorrektursystem (3, 3A) dazu ausgelegt ist, einen Divergenzwinkel jedes der mehreren Strahlen (11) in der Strahldivergenzwinkelkorrekturrichtung zu korrigieren; und ein optisches Strahlrotationssystem (4), um jeden der mehreren Strahlen (11) mit dem durch das optische Strahldivergenzwinkelkorrektursystem (3, 3A) korrigierten Winkel im Hinblick auf eine optische Achse von diesem zu drehen; ein optisches Wellenlängendispersionselement (5), das an einer fokussierten Position angeordnet ist, auf welche die mehreren durch das optische Strahldivergenzwinkelkorrektursystem (3, 3A) und das optische Strahlrotationssystem (4) hindurch übertragenen Strahlen (11) in einer Ebene orthogonal zur Strahldivergenzwinkelkorrekturrichtung fokussiert werden; und einen Teilreflexionsspiegel (6), der auf einem optischen Weg der mehreren Strahlen angeordnet ist, die durch das optische Wellenlängendispersionselement gebeugt werden und auf derselben Achse überlagert sind.
Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mehreren Licht emittierende Stellen (1) am Halbleiterlaserbarren (2) in gleichen Abständen angeordnet sind, und wobei eine Differenz relativer Positionsänderungsbeträge der optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursysteme (3, 3A) in Bezug auf zwei benachbarte der mehreren Licht emittierenden Stellen (1) in der Divergenzwinkelkorrekturrichtung mit einem festen Wert für jedes Paar der zwei benachbarten der mehreren Licht emittierenden Stellen (1) angesetzt ist.
Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1, wobei L = F·x/|δ₁ – δ₂| festgelegt ist, worin L eine Distanz vom optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursystem (3, 3A) zur fokussierten Position darstellt, F eine Brennweite des optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursystems (3, 3A) darstellt, x einen Abstand darstellt, in dem die mehreren Licht emittierenden Stellen (1) angeordnet sind, und δ₁ und δ₂ relative Positionsänderungsbeträge der optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursysteme (3, 3A) in Bezug auf zwei benachbarte der mehreren Licht emittierenden Stellen (1) in der Strahldivergenzwinkelkorrekturrichtung darstellen.
Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das optische Strahldivergenzwinkelkorrektursystem (3, 3A) eine zylindrische Linse umfasst und schräg in Bezug auf jede der mehreren Licht emittierenden Stellen (1) in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse jedes der mehreren von den mehreren Licht emittierenden Stellen (1) emittierten Strahlen angeordnet ist.
Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Halbleiterlaserbarren (2) angeordnet ist, um die mehreren Strahlen (11) zu emittieren, die in Bezug auf eine Z-Achse senkrecht zu einer XY-Ebene geneigt sind, wobei die XY-Ebene durch eine X-Achse, bei der es sich um eine Langsamachsenrichtung handelt, und eine Y-Achse definiert ist, bei der es sich um eine Schnellachsenrichtung handelt, und wobei eine Position des optischen Strahldivergenzwinkelkorrektursystems (3, 3A) in einer Y-Achsenrichtung so eingestellt ist, dass ein Strahl, der von einer Licht emittierenden Stelle (1) emittiert wird, die sich nahe an der Mitte des Halbleiterlaserbarrens (2) befindet, parallel zur Z-Achse verläuft, nachdem er durch das optische Strahlrotationssystem (4) hindurchgetreten ist.
Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, darüber hinaus mehrere optische Systeme umfassend, wovon jedes umfasst: den Halbleiterlaserbarren (2); das optische Strahldivergenzwinkelkorrektursystem (3, 3A) und das optische Strahlrotationssystem (4).
Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 6, wobei die mehreren optischen Systeme so angeordnet sind, dass von den mehreren optischen Systemen emittierte Strahlen (100, 110, 120) auf eine Stelle fokussiert werden, um eine Strahlüberlagerungsstelle (151) zu bilden.
Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, darüber hinaus ein optisches Reflexionselement (7) umfassend, um von jedem der mehreren optischen Systeme emittierte Strahlen (100, 120) in eine Richtung zur Position des optischen Wellenlängendispersionselements (5) zu reflektieren, wobei die mehreren optischen Systeme und das optische Reflexionselement (7) so angeordnet sind, dass die von den mehreren optischen Systemen emittierten Strahlen (100, 110, 120) auf eine Stelle fokussiert werden, um eine Strahlüberlagerungsstelle (151) zu bilden.
Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, darüber hinaus eine erste Linse (8) mit einer ersten Brennweite und eine zweite Linse (9) mit einer zweiten Brennweite umfassend, wobei die erste Linse (8) an einer Position angeordnet ist, die von der Strahlüberlagerungsstelle (152) um die erste Brennweite getrennt ist, und wobei die zweite Linse (9) an einer Position angeordnet ist, die von der Position der ersten Linse (8) um eine Distanz getrennt ist, die einer Summe aus der ersten Brennweite und der zweiten Brennweite entspricht.
Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, darüber hinaus eine erste Linse (8) mit einer ersten Brennweite und eine zweite Linse (9) mit einer zweiten Brennweite umfassend, wobei die erste Linse (8) an einer Position angeordnet ist, die von der Strahlüberlagerungsstelle (152) um die erste Brennweite getrennt ist, wobei die zweite Linse (9) an einer Position angeordnet ist, die von der Position der ersten Linse (8) um eine Distanz getrennt ist, die kleiner oder größer als eine Distanz ist, die einer Summe aus der ersten Brennweite und der zweiten Brennweite entspricht, und wobei die Halbleiterlaservorrichtung darüber hinaus eine dritte Linse umfasst, die zwischen dem optischen Wellenlängendispersionselement (5) und dem Teilreflexionsspiegel (6) angeordnet ist, oder der Teilreflexionsspiegel (6) eine Spiegelfläche hat, die in einer konkaven Form ausgebildet ist.