JP2004111542A - 半導体レーザ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の半導体レーザ素子が使用される半導体レーザ装置で、簡単な光学系で、而も固体レーザ媒質に対する負担が少なく、レーザ特性の維持が容易である半導体レーザ装置を提供する。
【解決手段】複数の半導体レーザ素子１５を具備する励起用半導体レーザアレイ１６と、片端面に反射鏡５が形成された固体レーザ媒質６と前記反射鏡と平行に設けられた出力鏡７とで構成された光共振器を有し、複数の前記半導体レーザ素子から射出されたレーザ光線１７が個々に前記光共振器に入射し、レーザ光線がそれぞれ増幅されて光共振器より射出される様構成した。
【選択図】 図１
【解決手段】複数の半導体レーザ素子１５を具備する励起用半導体レーザアレイ１６と、片端面に反射鏡５が形成された固体レーザ媒質６と前記反射鏡と平行に設けられた出力鏡７とで構成された光共振器を有し、複数の前記半導体レーザ素子から射出されたレーザ光線１７が個々に前記光共振器に入射し、レーザ光線がそれぞれ増幅されて光共振器より射出される様構成した。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体レーザからのレーザ光線を、固体レーザ媒質の端面に照射し、光励起し、高出力のレーザ光線を照射する半導体レーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザを励起光源とし、該発光源からのレーザ光線を増幅して照射するものとしてＬＤ固体励起レーザがある。
【０００３】
図１９に於いて、ＬＤ固体励起レーザについて略述する。
【０００４】
図１９中、１は発光部、２は光共振部である。前記発光部１は励起光としてレーザ光線を発するＬＤ発光源（半導体レーザ素子）３、集光レンズ４を具備し、更に前記光共振部２は誘電体反射膜による反射鏡５が形成されたレーザ結晶（Ｎｄ：ＹＶＯ４ ）板６、誘電体反射膜による出力鏡７が形成された透明な出力反射板８を具備し、前記光共振部２に於いてレーザ光線をポンピングし、共振、増幅して出力している。
【０００５】
前記レーザ結晶板６は光の増幅を行う為の固体レーザ媒質である。該固体レーザ媒質は、例えばＮｄイオン又はＹｂイオンをレーザ活性イオンとする固体結晶板である。このレーザ結晶板６には、例えばＮｄ３＋イオンをドープしたＹＡＧ（イットリウム アルミニウム ガーネット）等が採用される。
【０００６】
ＹＡＧは、９４６ｎｍ、１０６４ｎｍ、１３１９ｎｍ等の発振線を有している。又、該レーザ結晶板６はＹＡＧに限ることなく、発振線が１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＶＯ４ や、発振線が７００〜９００ｎｍのＴｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ、更に、透明固体材料（ガラス、ＰＭＭＡ（高分子材料）等）にレーザ色素を分散した色素レーザ材料等が使用される。
【０００７】
励起光の発光源としての半導体レーザ素子（半導体レーザダイオード（ＬＤ））は、低電力で高出力のレーザ光線を発するものとして普及している。更に、近年益々高出力のレーザ光線が要求されており、斯かる要求に応える為、複数の半導体レーザ素子を用い各半導体レーザ素子から発せられるレーザ光線を束ねることでレーザ光線の高出力化に応えている。
【０００８】
レーザ光線を束ねる方法の１つに、図２０の様に光ファイバ１１を用いる方法がある。各半導体レーザダイオード３から発せられるレーザ光線は個々に光ファイバ１１に入射され、該光ファイバが束ねられ、束ねられた光ファイバから励起光としてレーザ光線が射出される。
【０００９】
又、特許文献１が示す様に、多数の半導体レーザから発せられる多数のレーザ光線をレンズアレイにより個々に平行光束とし、更に第２のレンズにより固体レーザ媒質の端面に集光させている。
【００１０】
【特許文献１】
特公平７−１１２０８３号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
複数の半導体レーザ素子を用いた上記従来の高出力タイプの半導体レーザ装置では、半導体レーザ素子からのレーザ光線を光ファイバで束ねており光学系が複雑となり、或は多数のレーザ光線をレンズアレイにより集光させているので、大径のレンズを必要とする。又、レーザ光線の結合による結合損失が大きいので、損失光による光学部品の加熱、熱変形が問題となる。更に、レーザ光線を束ねることで、固体レーザ媒質への励起入力が大きくなり、場合によっては固体レーザ媒質が割れたり、熱歪みが発生し、照射するレーザ光線のレーザ特性の維持が困難となる等の問題が生じる。
【００１２】
本発明は斯かる実情に鑑み、複数の半導体レーザ素子が使用される半導体レーザ装置に於いて、簡単な光学系で、而も固体レーザ媒質に対する負担が少なく、レーザ光線のレーザ特性の維持が容易である半導体レーザ装置を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の半導体レーザ素子を具備する励起用半導体レーザアレイと、片端面に反射鏡が形成された固体レーザ媒質と前記反射鏡と平行に設けられた出力鏡とで構成された光共振器を有し、複数の前記半導体レーザ素子から射出されたレーザ光線が個々に前記光共振器に入射し、レーザ光線がそれぞれ増幅されて光共振器より射出される様構成した半導体レーザ装置に係り、又複数の半導体レーザ素子を具備する励起用半導体レーザアレイと、片端面に反射鏡が形成された固体レーザ媒質と前記反射鏡と平行に設けられた出力鏡とで構成された光共振器を有し、複数の前記半導体レーザ素子から射出されたレーザ光線が個々に前記光共振器に入射し、レーザ光線がそれぞれ増幅されて光共振器より射出される様構成した発光部ユニットを少なくとも２組具備すると共に２組の発光部ユニットから射出されるレーザ光線を重合させる光学素子を有する半導体レーザ装置に係り、又複数の半導体レーザ素子を具備する励起用半導体レーザアレイと、片端面に反射鏡が形成された固体レーザ媒質と前記反射鏡と平行に設けられた出力鏡とで構成された光共振器を有し、複数の前記半導体レーザ素子から射出されたレーザ光線が個々に前記光共振器に入射し、レーザ光線がそれぞれ増幅されて光共振器より射出される様構成した発光部サブユニットを少なくとも２組具備し、該２組の発光部サブユニットから射出されるレーザ光線を光学素子により重合させる様にした発光部ユニットを複数有し、該発光部ユニットから射出されるレーザ光線をそれぞれ光ファイバに入射させ、該光ファイバを束ねて１本のレーザ光線に結合させた半導体レーザ装置に係り、又前記固体レーザ媒質に対向して反射板が設けられ、前記出力鏡は前記反射板に形成された半導体レーザ装置に係り、又前記反射鏡と前記出力鏡との間に波長変換用光学結晶部材を設けた半導体レーザ装置に係り、又前記反射鏡と前記出力鏡との間に受動Ｑ−ｓｗ素子を設けた半導体レーザ装置に係り、又前記反射鏡と前記出力鏡との間に波長変換用光学結晶部材、受動Ｑ−ｓｗ素子を設けた半導体レーザ装置に係り、又前記固体レーザ媒質を平板状とした半導体レーザ装置に係り、又前記固体レーザ媒質、反射板を平板状とし重合させた半導体レーザ装置に係り、又前記固体レーザ媒質、波長変換用光学結晶部材を平板状とし重合させた半導体レーザ装置に係り、又前記固体レーザ媒質、受動Ｑ−ｓｗ素子を平板状とし重合させた半導体レーザ装置に係り、又前記固体レーザ媒質、波長変換用光学結晶部材、受動Ｑ−ｓｗ素子を平板状とし重合させた半導体レーザ装置に係り、又スペーサを介して重合させた半導体レーザ装置に係り、又前記スペーサはコーティング、蒸着等により形成された膜である半導体レーザ装置に係り、又全てのレーザ光線のｆａｓｔ軸方向が一致する様に半導体レーザ素子を配設して励起用半導体レーザアレイを構成し、レーザ光線の前記ｆａｓｔ軸方向を集光させるロッドレンズを前記半導体レーザ素子アレイと平行に設けた半導体レーザ装置に係り、更に又前記光共振器より射出されるレーザ光線を光学部材により結合し１本の光ファイバに入射させる様にした半導体レーザ装置に係るものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
図１、図２は本発明の第１の実施の形態を示しており、図中、図１９中で示したものと同等のものには同符号を付してある。
【００１６】
発光部１３は上面を平らとした光源保持体１４及び該光源保持体１４の上面に設けられた所要数の半導体レーザ素子（半導体レーザダイオード（ＬＤ））１５によって構成され、又該半導体レーザ素子１５は所定ピッチで一列に配設され半導体レーザ素子アレイ１６を形成している。
【００１７】
前記光源保持体１４の端面に近接し、前記半導体レーザ素子アレイ１６と平行にレーザ結晶板（固体レーザ媒質板）６が設けられ、更に該レーザ結晶板６と平行に透明な出力反射板８が設けられる。
【００１８】
前記レーザ結晶板６の前記発光部１３に対峙する端面には誘電体反射膜である反射鏡５が設けられ、前記出力反射板８の前記レーザ結晶板６と対峙する面には誘電体反射膜による出力鏡７が形成されている。又、前記レーザ結晶板６の出力鏡７側の端面、及び前記出力反射板８の反レーザ結晶板６側の端面には反射による損失を低減する為にＡＲ（Ａｎｔｉ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）膜９，１０がそれぞれ形成されている。
【００１９】
前記出力鏡７、ＡＲ膜９は空気に面する様に設定され、前記出力鏡７とＡＲ膜９間には僅かでよいが隙間が形成される。隙間を形成する方法としては、前記レーザ結晶板６、前記出力反射板８をそれぞれ支持部材で保持し、支持部材によって間隙を形成する様にしてもよく、或は前記レーザ結晶板６と出力反射板８間に枠状のスペーサを介在させ、前記レーザ結晶板６、前記出力反射板８を重合わせて組立ててもよい。
【００２０】
又、前記レーザ結晶板６、出力反射板８の少なくとも一方の接合面にアルミ等適宜な材料を枠状に蒸着させ、スペーサとしての膜を形成してもよい。
【００２１】
而して、前記レーザ結晶板６、前記反射鏡５、前記出力鏡７、前記出力反射板８により光共振部１８が構成される。
【００２２】
前記半導体レーザ素子１５から発せられるレーザ光線１７は前記反射鏡５を透過して前記光共振部１８に入射し、前記反射鏡５、出力鏡７間でポンピングされ、共振、増幅して前記出力反射板８より射出される。
【００２３】
複数の前記半導体レーザ素子１５から発せられる前記レーザ光線１７は、個々に前記光共振部１８により共振、増幅されるので、前記出力反射板８から射出される前記レーザ光線１７も個々に分離しており、前記半導体レーザ素子１５と同数の前記レーザ光線１７が射出される。
【００２４】
又、前記半導体レーザ素子１５から前記レーザ結晶板６に入射する個々のレーザ光線１７はエネルギーが小さく、多数の前記半導体レーザ素子１５から前記レーザ結晶板６へ前記レーザ光線１７が入射されるが、前記レーザ結晶板６への熱影響が分散され、結晶割れ、熱歪み等の発生が防止される。
【００２５】
図３、図４は第２の実施の形態を示している。
【００２６】
該第２の実施の形態では、出力反射板８から射出されるレーザ光線１７をシリンダレンズ２０により結合させ、１本の光ファイバ２１に入射させる様にしたものである。
【００２７】
前記出力反射板８から射出されるレーザ光線１７は同一平面内にあり、それぞれ平行となっている。前記出力反射板８に対応させ前記シリンダレンズ２０を配設し、該シリンダレンズ２０の光軸を前記レーザ光線１７と平行とする。該レーザ光線１７は前記シリンダレンズ２０により一点に結合される。前記光ファイバ２１の端面は前記レーザ光線１７の結合点に位置されており、全ての前記半導体レーザ素子１５から発せられるレーザ光線１７が前記光ファイバ２１に入射される。該光ファイバ２１の他端から結合された全てのレーザ光線１７が射出される。尚、前記出力反射板８から射出されるレーザ光線１７を結合させる光学部材としては前記シリンダレンズ２０に代え前記レーザ光線１７を個々に前記光ファイバ２１に入射させ、該光ファイバ２１を束ねることで結合させてもよい。
【００２８】
図５は第３の実施の形態を示している。
【００２９】
該第３の実施の形態では、第１の実施の形態で示した半導体レーザ装置を発光部ユニット２２，２３として２組用いた場合を示している。
【００３０】
該発光部ユニット２２，２３は、所要数の半導体レーザ素子１５が光源保持体１４の上面に設けられ発光部１３を構成し、又前記半導体レーザ素子１５は所定ピッチで一列に配設され半導体レーザ素子アレイ１６を形成している。該半導体レーザ素子アレイ１６と平行にレーザ結晶板（固体レーザ媒質板）６が設けられ、更に該レーザ結晶板６に平行に出力反射板８が設けられる。前記レーザ結晶板６の前記発光部１３に対峙する端面には誘電体反射膜である反射鏡５が設けられ、前記出力反射板８の前記レーザ結晶板６と対峙する面には誘電体反射膜である出力鏡７が設けられ、前記レーザ結晶板６の出力鏡７側の端面、及び前記出力反射板８の反レーザ結晶板６側の端面にはＡＲ膜９，１０がそれぞれ形成されている。
【００３１】
前記発光部ユニット２２が発するレーザ光線１７が含まれる平面と前記発光部ユニット２３が発するレーザ光線１７′が含まれる平面とは直交しており、又前記発光部ユニット２２が発するレーザ光線１７の偏光方向と前記発光部ユニット２３が発する偏光方向とは９０°方向が異なっている。
【００３２】
前記レーザ光線１７と前記レーザ光線１７′とが直交する点に偏光ミラー２４が配設される。該偏光ミラー２４は前記発光部ユニット２２からのレーザ光線１７を透過し、前記発光部ユニット２３からのレーザ光線１７′は反射する様になっている。前記レーザ光線１７が前記偏光ミラー２４を透過し、前記レーザ光線１７′が前記偏光ミラー２４で反射されることで、前記レーザ光線１７とレーザ光線１７′が重合される。
【００３３】
前記偏光ミラー２４を挾んで前記発光部ユニット２２，２３と反対側に集光レンズ１９が配設され、前記偏光ミラー２４を透過した複数の前記レーザ光線１７と、前記偏光ミラー２４で反射された複数のレーザ光線１７′を光ファイバ２１の端面で結合させている。而して、該光ファイバ２１から発せられるレーザ光線は前記発光部ユニット２２の全部の半導体レーザ素子１５、前記発光部ユニット２３の全部の半導体レーザ素子１５から発せられるレーザ光線１７，１７′が結合されたものとなる。前記偏光ミラー２４は２組の発光部ユニット２２と発光部ユニット２３から射出されるレーザ光線１７，１７′を重合せる光学素子として作用する。
【００３４】
第３の実施の形態の変形例として、前記発光部ユニット２２から発せられるレーザ光線１７の周波数と、前記発光部ユニット２３から発せられるレーザ光線１７′の周波数とを異ならせ、前記レーザ光線１７とレーザ光線１７′を重合することもできる。この場合、光学素子として前記偏光ミラー２４の代りに光学フィルタが用いられる。該光学フィルタは前記レーザ光線１７を透過し、前記レーザ光線１７′を反射する。該変形例でも前記発光部ユニット２２からのレーザ光線１７と前記発光部ユニット２３からのレーザ光線１７′とを重合させることができる。該変形例では２色のレーザ光線を重合させることもできる。
【００３５】
図６は第４の実施の形態を示している。
【００３６】
該第４の実施の形態では、第１の実施の形態で示した半導体レーザ装置を発光部サブユニット２２，２３として、第３の実施の形態で示した半導体レーザ装置を構成し、第３の実施の形態の半導体レーザ装置を発光部ユニット２８，２９，３０として複数組（図では３組）用いた場合を示している。図６中、図５中で示したものと同等のものには同符号を付してある。
【００３７】
該発光部ユニット２８，２９，３０それぞれに対応して光ファイバ３２，３３，３４を設け、該光ファイバ３２，３３，３４の端面を前記発光部ユニット２８，２９，３０のそれぞれのレーザ光線結合点に合致させる。前記光ファイバ３２，３３，３４は所要位置で束ねられ、該光ファイバ３２，３３，３４から射出されるレーザ光線も束ねられる。
【００３８】
第４の実施の形態では、多数の半導体レーザ素子からのレーザ光線を１本のレーザ光線に重合させることができる。又、前記発光部ユニット２８、発光部ユニット２９、発光部ユニット３０が発するレーザ光線の周波数（色）を変えることもできる。
【００３９】
図７は第５の実施の形態を示している。尚、図７中、図１中で示したものと同等のものには同符号を付してある。
【００４０】
該第５の実施の形態では、前記出力反射板８の代りに波長変換用結晶板（非線形光学媒質板）２６を用いたものである。該波長変換用結晶板２６は例えばＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ４ リン酸チタニルカリウム）、ＢＢＯ（β−ＢａＢ２ Ｏ４ β型硼酸リチュウム）、ＬＢＯ（ＬｉＢ３ Ｏ５ トリ硼酸リチュウム）等が用いられ、入力された１０６４ｎｍの波長を１／２の５３２ｎｍに変換する。又、ＫＮｂＯ３ （ニオブ酸カリウム）等も使用され、入力された９４６ｎｍの波長を１／２の４７３ｎｍに変換する。
【００４１】
レーザ結晶板６の発光部１３と対峙する側の端面には誘電体反射膜である反射鏡５が設けられる。該反射鏡５は、前記半導体レーザ素子１５の発光波長に対して高透過であり、前記レーザ結晶板６の発振波長に対して高反射であると共にＳＨＧ（ＳＥＣＯＮＤ ＨＡＲＭＯＮＩＣ ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ）に対しても高反射となっている。又、前記レーザ結晶板６の他端面にはＡＲ膜９が設けられている。
【００４２】
前記波長変換用結晶板２６は前記レーザ結晶板６と平行に設けられ、前記波長変換用結晶板２６の前記レーザ結晶板６の対峙する側の端面にはＡＲ膜３７が形成され、前記波長変換用結晶板２６の他端面には誘電体反射膜である第２の出力鏡２７が設けられている。該第２の出力鏡２７は前記レーザ結晶板６の発振波長に対して高反射であり、ＳＨＧに対して高透過となっている。
【００４３】
第５の実施の形態では、前記半導体レーザ素子１５から発せられるレーザ光線１７が前記反射鏡５と前記第２の出力鏡２７との間でポンピングされ、前記波長変換用結晶板２６によりレーザ光線が個々にＳＨＧに変換され、増幅されて射出される。
【００４４】
該第５の実施の形態を発光部ユニットとして、図３、図４で示したと同様に、シリンダレンズにより複数のレーザ光線を１本のレーザ光線に結合することができ、更に図５、図６で示したのと同等の構成で、複数の発光部ユニットを組合わせ、更に多数の半導体レーザ素子から発せられるレーザ光線を結合させることができる。
【００４５】
図８は第６の実施の形態を示しており、第１の実施の形態で出力反射板８を省略し、レーザ結晶板６の一端面に誘電体反射膜である反射鏡５を設け、他端面に誘電体反射膜である出力鏡７を設けたものである。
【００４６】
図９は第７の実施の形態を示しており、レーザ結晶板６と出力反射板８との間に波長変換用結晶板２６を介設したものである。
【００４７】
前記レーザ結晶板６の半導体レーザ素子（図示せず）側の端面に誘電体反射膜である反射鏡５を、前記波長変換用結晶板２６側の端面にはＡＲ膜９を形成し、前記波長変換用結晶板２６の両端面にはＡＲ膜３７，３８を形成し、前記出力反射板８の前記波長変換用結晶板２６側の端面には誘電体反射膜である第２の出力鏡２７を設け、他端面にはＡＲ膜１０を形成したものである。
【００４８】
該第７の実施の形態に於いても、上記第５の実施の形態と同様、半導体レーザ素子（図示せず）から発せられるレーザ光線が前記反射鏡５と前記第２の出力鏡２７との間でポンピングされ、前記波長変換用結晶板２６によりレーザ光線が個々にＳＨＧに変換され、増幅されて射出される。
【００４９】
又、第７の実施の形態に於いて、前記レーザ結晶板６、波長変換用結晶板２６、出力反射板８はそれぞれ平板状であるので、組立ては単に重合わせれば良く、更に前記レーザ結晶板６と波長変換用結晶板２６との間、該波長変換用結晶板２６と出力反射板８との間には第１の実施の形態で示したのと同様に隙間を形成する為の図示しないスペーサが設けられ、該スペーサはアルミ等適宜な材料を隣接する少なくとも一方の面に枠状に蒸着させ、スペーサとしての膜を形成すればよい。
【００５０】
図１０は、第８の実施の形態を示している。
【００５１】
レーザ結晶板６を半導体レーザ素子アレイ（図示せず）に対して平行に配設し、前記レーザ結晶板６の半導体レーザ素子（図示せず）側の端面に誘電体反射膜である反射鏡５が設けられ、反対側の端面にＡＲ膜９が設けられている。前記レーザ結晶板６と平行に平板状の受動Ｑ−ｓｗ３９が設けられ、該受動Ｑ−ｓｗ３９は過飽和吸収体（結晶体）から構成される。該受動Ｑ−ｓｗ３９の前記レーザ結晶板６側の端面にはＡＲ膜４１が設けられ、反対面には誘電体反射膜である出力鏡７が設けられている。
【００５２】
前記反射鏡５と出力鏡７間で光共振器が構成され、前記反射鏡５を透過して入射したレーザ光線をポンピングする。又、前記受動Ｑ−ｓｗ３９は入射したレーザ光線を過飽和吸収し、吸収量が所定レベルを越えるとレーザ光線を射出するので、前記受動Ｑ−ｓｗ３９はスイッチング作用を有している。
【００５３】
上記第８の実施の形態で示される半導体レーザ装置では、前記受動Ｑ−ｓｗ３９のスイッチング作用により、射出されるレーザ光線はパルス状に射出される。
【００５４】
尚、前記受動Ｑ−ｓｗ３９の材質としては、例えばＣｒ：ＹＡＧ等が挙げられる。
【００５５】
図１１は、第９の実施の形態を示している。
【００５６】
第９の実施の形態は上記第８の実施の形態の構成に、更に波長変換用結晶板２６を追加したものである。即ち、レーザ結晶板６と受動Ｑ−ｓｗ３９との間に波長変換用結晶板２６を挾設したものである。
【００５７】
前記受動Ｑ−ｓｗ３９の反波長変換用結晶板２６側の端面（図１１中右端面）には、前記レーザ結晶板６の発振波長に対して高反射であり、ＳＨＧに対して高透過となっている誘電体反射膜である第２の出力鏡２７を形成し、前記レーザ結晶板６の波長変換用結晶板２６側の端面、該波長変換用結晶板２６の両端面、前記受動Ｑ−ｓｗ３９の波長変換用結晶板２６側の端面にはそれぞれＡＲ膜９，３７，３８，４１が形成されている。尚、前記レーザ結晶板６、波長変換用結晶板２６、受動Ｑ−ｓｗ３９間には上記第７の実施の形態と同様にスペーサにより隙間が形成されている。
【００５８】
而して、前記反射鏡５を通して入射したレーザ光線は該反射鏡５と前記第２の出力鏡２７間でポンピングされ、前記波長変換用結晶板２６でレーザ光線が個々にＳＨＧに変換され、増幅され、更に前記受動Ｑ−ｓｗ３９でパルス状レーザ光線に変換されて射出される。
【００５９】
図１２は、第１０の実施の形態を示している。
【００６０】
該第１０の実施の形態では、上記第９の実施の形態に出力反射板８を追加したものである。該出力反射板８の受動Ｑ−ｓｗ３９側の端面に誘電体反射膜である第２の出力鏡２７を形成し、前記出力反射板８の反受動Ｑ−ｓｗ３９側の端面にＡＲ膜１０を形成し、前記受動Ｑ−ｓｗ３９の両端面にＡＲ膜４１，４２を形成したものである。その他の構成は図１１で示した第９の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【００６１】
図１３は、第１１の実施の形態を示している。
【００６２】
レーザ結晶板６を半導体レーザ素子アレイ（図示せず）に対して平行に配設し、前記レーザ結晶板６の半導体レーザ素子（図示せず）側の端面に誘電体反射膜である反射鏡５が設けられ、反対側の端面にＡＲ膜９が設けられている。前記レーザ結晶板６と平行に平板状の受動Ｑ−ｓｗ３９が設けられる。該受動Ｑ−ｓｗ３９の前記レーザ結晶板６側の端面にはＡＲ膜４１が設けられ、反対面には誘電体反射膜である出力鏡７が設けられている。前記受動Ｑ−ｓｗ３９と平行に波長変換用結晶板２６が設けられ、該波長変換用結晶板２６の両端面にはＡＲ膜３７，３８が形成される。
【００６３】
該第１１の実施の形態では、前記反射鏡５と出力鏡７間で光共振器が構成され、前記反射鏡５を透過して入射したレーザ光線がポンピングされ、増幅され、更にパルス化されたレーザ光線が前記波長変換用結晶板２６によってＳＨＧに変換されて射出されるものである。
【００６４】
尚、図１４に示す様に、上記出力鏡７、第２の出力鏡２７が設けられる光学部材４４（上記実施の形態では図１中の出力反射板８、図７中の波長変換用結晶板２６、図８中のレーザ結晶板６、図１０中の受動Ｑ−ｓｗ３９等が相当）の入射面には前記半導体レーザ素子１５の光軸毎に、即ち該半導体レーザ素子１５が設けられているピッチＰで、凹面反射面を形成した凹面反射ミラーアレイ４５を形成する。
【００６５】
又、図１５に見られる様に、前記出力鏡７、第２の出力鏡２７が前記光学部材４４の射出面に設けられる場合は、凸面反射ミラーアレイ４６を形成する。
【００６６】
又、図１６に見られる様に、前記出力鏡７、第２の出力鏡２７が前記光学部材４４の入射面に設けられる場合は、凹面反射ミラーアレイ４５を形成すると共に射出面側にレーザ光線を集光させる凸面部アレイ４７を形成してもよい。
【００６７】
凹又は凸面反射ミラーアレイによりレーザ光線の広がりを抑え、より平行なレーザ光線を出力させることが可能となる。
【００６８】
図１７、図１８は前記発光部１３の応用例を示している。尚、図中、反射鏡５、レーザ結晶板６、出力反射板８等で構成される光共振部については省略している。
【００６９】
半導体レーザ素子１５から発せられるレーザ光線１７は、一方向に大きな広がり角を有し、直交する方向に小さな広がり角を持っている。本応用例では上下方向（ｆａｓｔ軸）に大きな広がり角を持つ様に、前記レーザ光線１７を発する半導体レーザ素子１５を配設して半導体レーザ素子アレイ１６を構成し、該半導体レーザ素子アレイ１６と平行にロッドレンズ４９を配設したものである。
【００７０】
該ロッドレンズ４９により前記半導体レーザ素子１５から発せられるレーザ光線１７のｆａｓｔ軸方向が集光され、光共振部（図示せず）に入射するので、前記レーザ光線１７を効率よく増幅することができる。
【００７１】
尚、上記実施の形態では、光学部材間に隙間を形成したが、密着させて組立ててもよい。この場合、光学部材間に形成されるＡＲ膜は光学部材間の屈折率の相違を考慮して形成される。
【００７２】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、複数の半導体レーザ素子を具備する励起用半導体レーザアレイと、片端面に反射鏡が形成された固体レーザ媒質と前記反射鏡と平行に設けられた出力鏡とで構成された光共振器を有し、複数の前記半導体レーザ素子から射出されたレーザ光線が個々に前記光共振器に入射し、レーザ光線がそれぞれ増幅されて光共振器より射出される様構成したので、前記固体レーザ媒質に入射するレーザ光線のエネルギが分散され、固体レーザ媒質の割れ、熱歪みの発生が防止され、安定したレーザ光線の射出を可能とする。
【００７３】
又、固体レーザ媒質、反射板、波長変換用光学結晶部材、受動Ｑ−ｓｗ 素子等の光学部材を平板状とし重合わせたので、組立てが著しく容易である。
【００７４】
又、前記スペーサはコーティング、蒸着等により形成された膜であるので、狭小な隙間が精度よく容易に得られる等の優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す概略平面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態を示す概略側面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態を示す概略平面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態を示す概略側面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態を示す概略平面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態を示す概略平面図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態を示す概略平面図である。
【図８】本発明の第６の実施の形態を示す要部概略平面図である。
【図９】本発明の第７の実施の形態を示す要部概略平面図である。
【図１０】本発明の第８の実施の形態を示す要部概略平面図である。
【図１１】本発明の第９の実施の形態を示す要部概略平面図である。
【図１２】本発明の第１０の実施の形態を示す要部概略平面図である。
【図１３】本発明の第１１の実施の形態を示す要部概略平面図である。
【図１４】出力鏡が設けられる光学部材の変形例である。
【図１５】出力鏡が設けられる光学部材の変形例である。
【図１６】出力鏡が設けられる光学部材の変形例である。
【図１７】発光部の応用例を示す概略平面図である。
【図１８】発光部の応用例を示す概略側面図である。
【図１９】従来例の説明図である。
【図２０】他の従来例の説明図である。
【符号の説明】
５ 反射鏡
６ レーザ結晶板
７ 出力鏡
８ 出力反射板
１３ 発光部
１４ 光源保持体
１５ 半導体レーザ素子
１６ 半導体レーザ素子アレイ
１７ レーザ光線
２０ シリンダレンズ
２１ 光ファイバ
２２ 発光部ユニット
２３ 発光部ユニット
２６ 波長変換用結晶板
２７ 第２の出力鏡
３９ 受動Ｑ−ｓｗ
４４ 光学部材
４９ ロッドレンズ
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体レーザからのレーザ光線を、固体レーザ媒質の端面に照射し、光励起し、高出力のレーザ光線を照射する半導体レーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザを励起光源とし、該発光源からのレーザ光線を増幅して照射するものとしてＬＤ固体励起レーザがある。
【０００３】
図１９に於いて、ＬＤ固体励起レーザについて略述する。
【０００４】
図１９中、１は発光部、２は光共振部である。前記発光部１は励起光としてレーザ光線を発するＬＤ発光源（半導体レーザ素子）３、集光レンズ４を具備し、更に前記光共振部２は誘電体反射膜による反射鏡５が形成されたレーザ結晶（Ｎｄ：ＹＶＯ４ ）板６、誘電体反射膜による出力鏡７が形成された透明な出力反射板８を具備し、前記光共振部２に於いてレーザ光線をポンピングし、共振、増幅して出力している。
【０００５】
前記レーザ結晶板６は光の増幅を行う為の固体レーザ媒質である。該固体レーザ媒質は、例えばＮｄイオン又はＹｂイオンをレーザ活性イオンとする固体結晶板である。このレーザ結晶板６には、例えばＮｄ３＋イオンをドープしたＹＡＧ（イットリウム アルミニウム ガーネット）等が採用される。
【０００６】
ＹＡＧは、９４６ｎｍ、１０６４ｎｍ、１３１９ｎｍ等の発振線を有している。又、該レーザ結晶板６はＹＡＧに限ることなく、発振線が１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＶＯ４ や、発振線が７００〜９００ｎｍのＴｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ、更に、透明固体材料（ガラス、ＰＭＭＡ（高分子材料）等）にレーザ色素を分散した色素レーザ材料等が使用される。
【０００７】
励起光の発光源としての半導体レーザ素子（半導体レーザダイオード（ＬＤ））は、低電力で高出力のレーザ光線を発するものとして普及している。更に、近年益々高出力のレーザ光線が要求されており、斯かる要求に応える為、複数の半導体レーザ素子を用い各半導体レーザ素子から発せられるレーザ光線を束ねることでレーザ光線の高出力化に応えている。
【０００８】
レーザ光線を束ねる方法の１つに、図２０の様に光ファイバ１１を用いる方法がある。各半導体レーザダイオード３から発せられるレーザ光線は個々に光ファイバ１１に入射され、該光ファイバが束ねられ、束ねられた光ファイバから励起光としてレーザ光線が射出される。
【０００９】
又、特許文献１が示す様に、多数の半導体レーザから発せられる多数のレーザ光線をレンズアレイにより個々に平行光束とし、更に第２のレンズにより固体レーザ媒質の端面に集光させている。
【００１０】
【特許文献１】
特公平７−１１２０８３号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
複数の半導体レーザ素子を用いた上記従来の高出力タイプの半導体レーザ装置では、半導体レーザ素子からのレーザ光線を光ファイバで束ねており光学系が複雑となり、或は多数のレーザ光線をレンズアレイにより集光させているので、大径のレンズを必要とする。又、レーザ光線の結合による結合損失が大きいので、損失光による光学部品の加熱、熱変形が問題となる。更に、レーザ光線を束ねることで、固体レーザ媒質への励起入力が大きくなり、場合によっては固体レーザ媒質が割れたり、熱歪みが発生し、照射するレーザ光線のレーザ特性の維持が困難となる等の問題が生じる。
【００１２】
本発明は斯かる実情に鑑み、複数の半導体レーザ素子が使用される半導体レーザ装置に於いて、簡単な光学系で、而も固体レーザ媒質に対する負担が少なく、レーザ光線のレーザ特性の維持が容易である半導体レーザ装置を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の半導体レーザ素子を具備する励起用半導体レーザアレイと、片端面に反射鏡が形成された固体レーザ媒質と前記反射鏡と平行に設けられた出力鏡とで構成された光共振器を有し、複数の前記半導体レーザ素子から射出されたレーザ光線が個々に前記光共振器に入射し、レーザ光線がそれぞれ増幅されて光共振器より射出される様構成した半導体レーザ装置に係り、又複数の半導体レーザ素子を具備する励起用半導体レーザアレイと、片端面に反射鏡が形成された固体レーザ媒質と前記反射鏡と平行に設けられた出力鏡とで構成された光共振器を有し、複数の前記半導体レーザ素子から射出されたレーザ光線が個々に前記光共振器に入射し、レーザ光線がそれぞれ増幅されて光共振器より射出される様構成した発光部ユニットを少なくとも２組具備すると共に２組の発光部ユニットから射出されるレーザ光線を重合させる光学素子を有する半導体レーザ装置に係り、又複数の半導体レーザ素子を具備する励起用半導体レーザアレイと、片端面に反射鏡が形成された固体レーザ媒質と前記反射鏡と平行に設けられた出力鏡とで構成された光共振器を有し、複数の前記半導体レーザ素子から射出されたレーザ光線が個々に前記光共振器に入射し、レーザ光線がそれぞれ増幅されて光共振器より射出される様構成した発光部サブユニットを少なくとも２組具備し、該２組の発光部サブユニットから射出されるレーザ光線を光学素子により重合させる様にした発光部ユニットを複数有し、該発光部ユニットから射出されるレーザ光線をそれぞれ光ファイバに入射させ、該光ファイバを束ねて１本のレーザ光線に結合させた半導体レーザ装置に係り、又前記固体レーザ媒質に対向して反射板が設けられ、前記出力鏡は前記反射板に形成された半導体レーザ装置に係り、又前記反射鏡と前記出力鏡との間に波長変換用光学結晶部材を設けた半導体レーザ装置に係り、又前記反射鏡と前記出力鏡との間に受動Ｑ−ｓｗ素子を設けた半導体レーザ装置に係り、又前記反射鏡と前記出力鏡との間に波長変換用光学結晶部材、受動Ｑ−ｓｗ素子を設けた半導体レーザ装置に係り、又前記固体レーザ媒質を平板状とした半導体レーザ装置に係り、又前記固体レーザ媒質、反射板を平板状とし重合させた半導体レーザ装置に係り、又前記固体レーザ媒質、波長変換用光学結晶部材を平板状とし重合させた半導体レーザ装置に係り、又前記固体レーザ媒質、受動Ｑ−ｓｗ素子を平板状とし重合させた半導体レーザ装置に係り、又前記固体レーザ媒質、波長変換用光学結晶部材、受動Ｑ−ｓｗ素子を平板状とし重合させた半導体レーザ装置に係り、又スペーサを介して重合させた半導体レーザ装置に係り、又前記スペーサはコーティング、蒸着等により形成された膜である半導体レーザ装置に係り、又全てのレーザ光線のｆａｓｔ軸方向が一致する様に半導体レーザ素子を配設して励起用半導体レーザアレイを構成し、レーザ光線の前記ｆａｓｔ軸方向を集光させるロッドレンズを前記半導体レーザ素子アレイと平行に設けた半導体レーザ装置に係り、更に又前記光共振器より射出されるレーザ光線を光学部材により結合し１本の光ファイバに入射させる様にした半導体レーザ装置に係るものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
図１、図２は本発明の第１の実施の形態を示しており、図中、図１９中で示したものと同等のものには同符号を付してある。
【００１６】
発光部１３は上面を平らとした光源保持体１４及び該光源保持体１４の上面に設けられた所要数の半導体レーザ素子（半導体レーザダイオード（ＬＤ））１５によって構成され、又該半導体レーザ素子１５は所定ピッチで一列に配設され半導体レーザ素子アレイ１６を形成している。
【００１７】
前記光源保持体１４の端面に近接し、前記半導体レーザ素子アレイ１６と平行にレーザ結晶板（固体レーザ媒質板）６が設けられ、更に該レーザ結晶板６と平行に透明な出力反射板８が設けられる。
【００１８】
前記レーザ結晶板６の前記発光部１３に対峙する端面には誘電体反射膜である反射鏡５が設けられ、前記出力反射板８の前記レーザ結晶板６と対峙する面には誘電体反射膜による出力鏡７が形成されている。又、前記レーザ結晶板６の出力鏡７側の端面、及び前記出力反射板８の反レーザ結晶板６側の端面には反射による損失を低減する為にＡＲ（Ａｎｔｉ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）膜９，１０がそれぞれ形成されている。
【００１９】
前記出力鏡７、ＡＲ膜９は空気に面する様に設定され、前記出力鏡７とＡＲ膜９間には僅かでよいが隙間が形成される。隙間を形成する方法としては、前記レーザ結晶板６、前記出力反射板８をそれぞれ支持部材で保持し、支持部材によって間隙を形成する様にしてもよく、或は前記レーザ結晶板６と出力反射板８間に枠状のスペーサを介在させ、前記レーザ結晶板６、前記出力反射板８を重合わせて組立ててもよい。
【００２０】
又、前記レーザ結晶板６、出力反射板８の少なくとも一方の接合面にアルミ等適宜な材料を枠状に蒸着させ、スペーサとしての膜を形成してもよい。
【００２１】
而して、前記レーザ結晶板６、前記反射鏡５、前記出力鏡７、前記出力反射板８により光共振部１８が構成される。
【００２２】
前記半導体レーザ素子１５から発せられるレーザ光線１７は前記反射鏡５を透過して前記光共振部１８に入射し、前記反射鏡５、出力鏡７間でポンピングされ、共振、増幅して前記出力反射板８より射出される。
【００２３】
複数の前記半導体レーザ素子１５から発せられる前記レーザ光線１７は、個々に前記光共振部１８により共振、増幅されるので、前記出力反射板８から射出される前記レーザ光線１７も個々に分離しており、前記半導体レーザ素子１５と同数の前記レーザ光線１７が射出される。
【００２４】
又、前記半導体レーザ素子１５から前記レーザ結晶板６に入射する個々のレーザ光線１７はエネルギーが小さく、多数の前記半導体レーザ素子１５から前記レーザ結晶板６へ前記レーザ光線１７が入射されるが、前記レーザ結晶板６への熱影響が分散され、結晶割れ、熱歪み等の発生が防止される。
【００２５】
図３、図４は第２の実施の形態を示している。
【００２６】
該第２の実施の形態では、出力反射板８から射出されるレーザ光線１７をシリンダレンズ２０により結合させ、１本の光ファイバ２１に入射させる様にしたものである。
【００２７】
前記出力反射板８から射出されるレーザ光線１７は同一平面内にあり、それぞれ平行となっている。前記出力反射板８に対応させ前記シリンダレンズ２０を配設し、該シリンダレンズ２０の光軸を前記レーザ光線１７と平行とする。該レーザ光線１７は前記シリンダレンズ２０により一点に結合される。前記光ファイバ２１の端面は前記レーザ光線１７の結合点に位置されており、全ての前記半導体レーザ素子１５から発せられるレーザ光線１７が前記光ファイバ２１に入射される。該光ファイバ２１の他端から結合された全てのレーザ光線１７が射出される。尚、前記出力反射板８から射出されるレーザ光線１７を結合させる光学部材としては前記シリンダレンズ２０に代え前記レーザ光線１７を個々に前記光ファイバ２１に入射させ、該光ファイバ２１を束ねることで結合させてもよい。
【００２８】
図５は第３の実施の形態を示している。
【００２９】
該第３の実施の形態では、第１の実施の形態で示した半導体レーザ装置を発光部ユニット２２，２３として２組用いた場合を示している。
【００３０】
該発光部ユニット２２，２３は、所要数の半導体レーザ素子１５が光源保持体１４の上面に設けられ発光部１３を構成し、又前記半導体レーザ素子１５は所定ピッチで一列に配設され半導体レーザ素子アレイ１６を形成している。該半導体レーザ素子アレイ１６と平行にレーザ結晶板（固体レーザ媒質板）６が設けられ、更に該レーザ結晶板６に平行に出力反射板８が設けられる。前記レーザ結晶板６の前記発光部１３に対峙する端面には誘電体反射膜である反射鏡５が設けられ、前記出力反射板８の前記レーザ結晶板６と対峙する面には誘電体反射膜である出力鏡７が設けられ、前記レーザ結晶板６の出力鏡７側の端面、及び前記出力反射板８の反レーザ結晶板６側の端面にはＡＲ膜９，１０がそれぞれ形成されている。
【００３１】
前記発光部ユニット２２が発するレーザ光線１７が含まれる平面と前記発光部ユニット２３が発するレーザ光線１７′が含まれる平面とは直交しており、又前記発光部ユニット２２が発するレーザ光線１７の偏光方向と前記発光部ユニット２３が発する偏光方向とは９０°方向が異なっている。
【００３２】
前記レーザ光線１７と前記レーザ光線１７′とが直交する点に偏光ミラー２４が配設される。該偏光ミラー２４は前記発光部ユニット２２からのレーザ光線１７を透過し、前記発光部ユニット２３からのレーザ光線１７′は反射する様になっている。前記レーザ光線１７が前記偏光ミラー２４を透過し、前記レーザ光線１７′が前記偏光ミラー２４で反射されることで、前記レーザ光線１７とレーザ光線１７′が重合される。
【００３３】
前記偏光ミラー２４を挾んで前記発光部ユニット２２，２３と反対側に集光レンズ１９が配設され、前記偏光ミラー２４を透過した複数の前記レーザ光線１７と、前記偏光ミラー２４で反射された複数のレーザ光線１７′を光ファイバ２１の端面で結合させている。而して、該光ファイバ２１から発せられるレーザ光線は前記発光部ユニット２２の全部の半導体レーザ素子１５、前記発光部ユニット２３の全部の半導体レーザ素子１５から発せられるレーザ光線１７，１７′が結合されたものとなる。前記偏光ミラー２４は２組の発光部ユニット２２と発光部ユニット２３から射出されるレーザ光線１７，１７′を重合せる光学素子として作用する。
【００３４】
第３の実施の形態の変形例として、前記発光部ユニット２２から発せられるレーザ光線１７の周波数と、前記発光部ユニット２３から発せられるレーザ光線１７′の周波数とを異ならせ、前記レーザ光線１７とレーザ光線１７′を重合することもできる。この場合、光学素子として前記偏光ミラー２４の代りに光学フィルタが用いられる。該光学フィルタは前記レーザ光線１７を透過し、前記レーザ光線１７′を反射する。該変形例でも前記発光部ユニット２２からのレーザ光線１７と前記発光部ユニット２３からのレーザ光線１７′とを重合させることができる。該変形例では２色のレーザ光線を重合させることもできる。
【００３５】
図６は第４の実施の形態を示している。
【００３６】
該第４の実施の形態では、第１の実施の形態で示した半導体レーザ装置を発光部サブユニット２２，２３として、第３の実施の形態で示した半導体レーザ装置を構成し、第３の実施の形態の半導体レーザ装置を発光部ユニット２８，２９，３０として複数組（図では３組）用いた場合を示している。図６中、図５中で示したものと同等のものには同符号を付してある。
【００３７】
該発光部ユニット２８，２９，３０それぞれに対応して光ファイバ３２，３３，３４を設け、該光ファイバ３２，３３，３４の端面を前記発光部ユニット２８，２９，３０のそれぞれのレーザ光線結合点に合致させる。前記光ファイバ３２，３３，３４は所要位置で束ねられ、該光ファイバ３２，３３，３４から射出されるレーザ光線も束ねられる。
【００３８】
第４の実施の形態では、多数の半導体レーザ素子からのレーザ光線を１本のレーザ光線に重合させることができる。又、前記発光部ユニット２８、発光部ユニット２９、発光部ユニット３０が発するレーザ光線の周波数（色）を変えることもできる。
【００３９】
図７は第５の実施の形態を示している。尚、図７中、図１中で示したものと同等のものには同符号を付してある。
【００４０】
該第５の実施の形態では、前記出力反射板８の代りに波長変換用結晶板（非線形光学媒質板）２６を用いたものである。該波長変換用結晶板２６は例えばＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ４ リン酸チタニルカリウム）、ＢＢＯ（β−ＢａＢ２ Ｏ４ β型硼酸リチュウム）、ＬＢＯ（ＬｉＢ３ Ｏ５ トリ硼酸リチュウム）等が用いられ、入力された１０６４ｎｍの波長を１／２の５３２ｎｍに変換する。又、ＫＮｂＯ３ （ニオブ酸カリウム）等も使用され、入力された９４６ｎｍの波長を１／２の４７３ｎｍに変換する。
【００４１】
レーザ結晶板６の発光部１３と対峙する側の端面には誘電体反射膜である反射鏡５が設けられる。該反射鏡５は、前記半導体レーザ素子１５の発光波長に対して高透過であり、前記レーザ結晶板６の発振波長に対して高反射であると共にＳＨＧ（ＳＥＣＯＮＤ ＨＡＲＭＯＮＩＣ ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ）に対しても高反射となっている。又、前記レーザ結晶板６の他端面にはＡＲ膜９が設けられている。
【００４２】
前記波長変換用結晶板２６は前記レーザ結晶板６と平行に設けられ、前記波長変換用結晶板２６の前記レーザ結晶板６の対峙する側の端面にはＡＲ膜３７が形成され、前記波長変換用結晶板２６の他端面には誘電体反射膜である第２の出力鏡２７が設けられている。該第２の出力鏡２７は前記レーザ結晶板６の発振波長に対して高反射であり、ＳＨＧに対して高透過となっている。
【００４３】
第５の実施の形態では、前記半導体レーザ素子１５から発せられるレーザ光線１７が前記反射鏡５と前記第２の出力鏡２７との間でポンピングされ、前記波長変換用結晶板２６によりレーザ光線が個々にＳＨＧに変換され、増幅されて射出される。
【００４４】
該第５の実施の形態を発光部ユニットとして、図３、図４で示したと同様に、シリンダレンズにより複数のレーザ光線を１本のレーザ光線に結合することができ、更に図５、図６で示したのと同等の構成で、複数の発光部ユニットを組合わせ、更に多数の半導体レーザ素子から発せられるレーザ光線を結合させることができる。
【００４５】
図８は第６の実施の形態を示しており、第１の実施の形態で出力反射板８を省略し、レーザ結晶板６の一端面に誘電体反射膜である反射鏡５を設け、他端面に誘電体反射膜である出力鏡７を設けたものである。
【００４６】
図９は第７の実施の形態を示しており、レーザ結晶板６と出力反射板８との間に波長変換用結晶板２６を介設したものである。
【００４７】
前記レーザ結晶板６の半導体レーザ素子（図示せず）側の端面に誘電体反射膜である反射鏡５を、前記波長変換用結晶板２６側の端面にはＡＲ膜９を形成し、前記波長変換用結晶板２６の両端面にはＡＲ膜３７，３８を形成し、前記出力反射板８の前記波長変換用結晶板２６側の端面には誘電体反射膜である第２の出力鏡２７を設け、他端面にはＡＲ膜１０を形成したものである。
【００４８】
該第７の実施の形態に於いても、上記第５の実施の形態と同様、半導体レーザ素子（図示せず）から発せられるレーザ光線が前記反射鏡５と前記第２の出力鏡２７との間でポンピングされ、前記波長変換用結晶板２６によりレーザ光線が個々にＳＨＧに変換され、増幅されて射出される。
【００４９】
又、第７の実施の形態に於いて、前記レーザ結晶板６、波長変換用結晶板２６、出力反射板８はそれぞれ平板状であるので、組立ては単に重合わせれば良く、更に前記レーザ結晶板６と波長変換用結晶板２６との間、該波長変換用結晶板２６と出力反射板８との間には第１の実施の形態で示したのと同様に隙間を形成する為の図示しないスペーサが設けられ、該スペーサはアルミ等適宜な材料を隣接する少なくとも一方の面に枠状に蒸着させ、スペーサとしての膜を形成すればよい。
【００５０】
図１０は、第８の実施の形態を示している。
【００５１】
レーザ結晶板６を半導体レーザ素子アレイ（図示せず）に対して平行に配設し、前記レーザ結晶板６の半導体レーザ素子（図示せず）側の端面に誘電体反射膜である反射鏡５が設けられ、反対側の端面にＡＲ膜９が設けられている。前記レーザ結晶板６と平行に平板状の受動Ｑ−ｓｗ３９が設けられ、該受動Ｑ−ｓｗ３９は過飽和吸収体（結晶体）から構成される。該受動Ｑ−ｓｗ３９の前記レーザ結晶板６側の端面にはＡＲ膜４１が設けられ、反対面には誘電体反射膜である出力鏡７が設けられている。
【００５２】
前記反射鏡５と出力鏡７間で光共振器が構成され、前記反射鏡５を透過して入射したレーザ光線をポンピングする。又、前記受動Ｑ−ｓｗ３９は入射したレーザ光線を過飽和吸収し、吸収量が所定レベルを越えるとレーザ光線を射出するので、前記受動Ｑ−ｓｗ３９はスイッチング作用を有している。
【００５３】
上記第８の実施の形態で示される半導体レーザ装置では、前記受動Ｑ−ｓｗ３９のスイッチング作用により、射出されるレーザ光線はパルス状に射出される。
【００５４】
尚、前記受動Ｑ−ｓｗ３９の材質としては、例えばＣｒ：ＹＡＧ等が挙げられる。
【００５５】
図１１は、第９の実施の形態を示している。
【００５６】
第９の実施の形態は上記第８の実施の形態の構成に、更に波長変換用結晶板２６を追加したものである。即ち、レーザ結晶板６と受動Ｑ−ｓｗ３９との間に波長変換用結晶板２６を挾設したものである。
【００５７】
前記受動Ｑ−ｓｗ３９の反波長変換用結晶板２６側の端面（図１１中右端面）には、前記レーザ結晶板６の発振波長に対して高反射であり、ＳＨＧに対して高透過となっている誘電体反射膜である第２の出力鏡２７を形成し、前記レーザ結晶板６の波長変換用結晶板２６側の端面、該波長変換用結晶板２６の両端面、前記受動Ｑ−ｓｗ３９の波長変換用結晶板２６側の端面にはそれぞれＡＲ膜９，３７，３８，４１が形成されている。尚、前記レーザ結晶板６、波長変換用結晶板２６、受動Ｑ−ｓｗ３９間には上記第７の実施の形態と同様にスペーサにより隙間が形成されている。
【００５８】
而して、前記反射鏡５を通して入射したレーザ光線は該反射鏡５と前記第２の出力鏡２７間でポンピングされ、前記波長変換用結晶板２６でレーザ光線が個々にＳＨＧに変換され、増幅され、更に前記受動Ｑ−ｓｗ３９でパルス状レーザ光線に変換されて射出される。
【００５９】
図１２は、第１０の実施の形態を示している。
【００６０】
該第１０の実施の形態では、上記第９の実施の形態に出力反射板８を追加したものである。該出力反射板８の受動Ｑ−ｓｗ３９側の端面に誘電体反射膜である第２の出力鏡２７を形成し、前記出力反射板８の反受動Ｑ−ｓｗ３９側の端面にＡＲ膜１０を形成し、前記受動Ｑ−ｓｗ３９の両端面にＡＲ膜４１，４２を形成したものである。その他の構成は図１１で示した第９の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【００６１】
図１３は、第１１の実施の形態を示している。
【００６２】
レーザ結晶板６を半導体レーザ素子アレイ（図示せず）に対して平行に配設し、前記レーザ結晶板６の半導体レーザ素子（図示せず）側の端面に誘電体反射膜である反射鏡５が設けられ、反対側の端面にＡＲ膜９が設けられている。前記レーザ結晶板６と平行に平板状の受動Ｑ−ｓｗ３９が設けられる。該受動Ｑ−ｓｗ３９の前記レーザ結晶板６側の端面にはＡＲ膜４１が設けられ、反対面には誘電体反射膜である出力鏡７が設けられている。前記受動Ｑ−ｓｗ３９と平行に波長変換用結晶板２６が設けられ、該波長変換用結晶板２６の両端面にはＡＲ膜３７，３８が形成される。
【００６３】
該第１１の実施の形態では、前記反射鏡５と出力鏡７間で光共振器が構成され、前記反射鏡５を透過して入射したレーザ光線がポンピングされ、増幅され、更にパルス化されたレーザ光線が前記波長変換用結晶板２６によってＳＨＧに変換されて射出されるものである。
【００６４】
尚、図１４に示す様に、上記出力鏡７、第２の出力鏡２７が設けられる光学部材４４（上記実施の形態では図１中の出力反射板８、図７中の波長変換用結晶板２６、図８中のレーザ結晶板６、図１０中の受動Ｑ−ｓｗ３９等が相当）の入射面には前記半導体レーザ素子１５の光軸毎に、即ち該半導体レーザ素子１５が設けられているピッチＰで、凹面反射面を形成した凹面反射ミラーアレイ４５を形成する。
【００６５】
又、図１５に見られる様に、前記出力鏡７、第２の出力鏡２７が前記光学部材４４の射出面に設けられる場合は、凸面反射ミラーアレイ４６を形成する。
【００６６】
又、図１６に見られる様に、前記出力鏡７、第２の出力鏡２７が前記光学部材４４の入射面に設けられる場合は、凹面反射ミラーアレイ４５を形成すると共に射出面側にレーザ光線を集光させる凸面部アレイ４７を形成してもよい。
【００６７】
凹又は凸面反射ミラーアレイによりレーザ光線の広がりを抑え、より平行なレーザ光線を出力させることが可能となる。
【００６８】
図１７、図１８は前記発光部１３の応用例を示している。尚、図中、反射鏡５、レーザ結晶板６、出力反射板８等で構成される光共振部については省略している。
【００６９】
半導体レーザ素子１５から発せられるレーザ光線１７は、一方向に大きな広がり角を有し、直交する方向に小さな広がり角を持っている。本応用例では上下方向（ｆａｓｔ軸）に大きな広がり角を持つ様に、前記レーザ光線１７を発する半導体レーザ素子１５を配設して半導体レーザ素子アレイ１６を構成し、該半導体レーザ素子アレイ１６と平行にロッドレンズ４９を配設したものである。
【００７０】
該ロッドレンズ４９により前記半導体レーザ素子１５から発せられるレーザ光線１７のｆａｓｔ軸方向が集光され、光共振部（図示せず）に入射するので、前記レーザ光線１７を効率よく増幅することができる。
【００７１】
尚、上記実施の形態では、光学部材間に隙間を形成したが、密着させて組立ててもよい。この場合、光学部材間に形成されるＡＲ膜は光学部材間の屈折率の相違を考慮して形成される。
【００７２】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、複数の半導体レーザ素子を具備する励起用半導体レーザアレイと、片端面に反射鏡が形成された固体レーザ媒質と前記反射鏡と平行に設けられた出力鏡とで構成された光共振器を有し、複数の前記半導体レーザ素子から射出されたレーザ光線が個々に前記光共振器に入射し、レーザ光線がそれぞれ増幅されて光共振器より射出される様構成したので、前記固体レーザ媒質に入射するレーザ光線のエネルギが分散され、固体レーザ媒質の割れ、熱歪みの発生が防止され、安定したレーザ光線の射出を可能とする。
【００７３】
又、固体レーザ媒質、反射板、波長変換用光学結晶部材、受動Ｑ−ｓｗ 素子等の光学部材を平板状とし重合わせたので、組立てが著しく容易である。
【００７４】
又、前記スペーサはコーティング、蒸着等により形成された膜であるので、狭小な隙間が精度よく容易に得られる等の優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す概略平面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態を示す概略側面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態を示す概略平面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態を示す概略側面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態を示す概略平面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態を示す概略平面図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態を示す概略平面図である。
【図８】本発明の第６の実施の形態を示す要部概略平面図である。
【図９】本発明の第７の実施の形態を示す要部概略平面図である。
【図１０】本発明の第８の実施の形態を示す要部概略平面図である。
【図１１】本発明の第９の実施の形態を示す要部概略平面図である。
【図１２】本発明の第１０の実施の形態を示す要部概略平面図である。
【図１３】本発明の第１１の実施の形態を示す要部概略平面図である。
【図１４】出力鏡が設けられる光学部材の変形例である。
【図１５】出力鏡が設けられる光学部材の変形例である。
【図１６】出力鏡が設けられる光学部材の変形例である。
【図１７】発光部の応用例を示す概略平面図である。
【図１８】発光部の応用例を示す概略側面図である。
【図１９】従来例の説明図である。
【図２０】他の従来例の説明図である。
【符号の説明】
５ 反射鏡
６ レーザ結晶板
７ 出力鏡
８ 出力反射板
１３ 発光部
１４ 光源保持体
１５ 半導体レーザ素子
１６ 半導体レーザ素子アレイ
１７ レーザ光線
２０ シリンダレンズ
２１ 光ファイバ
２２ 発光部ユニット
２３ 発光部ユニット
２６ 波長変換用結晶板
２７ 第２の出力鏡
３９ 受動Ｑ−ｓｗ
４４ 光学部材
４９ ロッドレンズ
Claims (16)
- 複数の半導体レーザ素子を具備する励起用半導体レーザアレイと、片端面に反射鏡が形成された固体レーザ媒質と前記反射鏡と平行に設けられた出力鏡とで構成された光共振器を有し、複数の前記半導体レーザ素子から射出されたレーザ光線が個々に前記光共振器に入射し、レーザ光線がそれぞれ増幅されて光共振器より射出される様構成したことを特徴とする半導体レーザ装置。
- 複数の半導体レーザ素子を具備する励起用半導体レーザアレイと、片端面に反射鏡が形成された固体レーザ媒質と前記反射鏡と平行に設けられた出力鏡とで構成された光共振器を有し、複数の前記半導体レーザ素子から射出されたレーザ光線が個々に前記光共振器に入射し、レーザ光線がそれぞれ増幅されて光共振器より射出される様構成した発光部ユニットを少なくとも２組具備すると共に２組の発光部ユニットから射出されるレーザ光線を重合させる光学素子を有することを特徴とする半導体レーザ装置。
- 複数の半導体レーザ素子を具備する励起用半導体レーザアレイと、片端面に反射鏡が形成された固体レーザ媒質と前記反射鏡と平行に設けられた出力鏡とで構成された光共振器を有し、複数の前記半導体レーザ素子から射出されたレーザ光線が個々に前記光共振器に入射し、レーザ光線がそれぞれ増幅されて光共振器より射出される様構成した発光部サブユニットを少なくとも２組具備し、該２組の発光部サブユニットから射出されるレーザ光線を光学素子により重合させる様にした発光部ユニットを複数有し、該発光部ユニットから射出されるレーザ光線をそれぞれ光ファイバに入射させ、該光ファイバを束ねて１本のレーザ光線に結合させたことを特徴とする半導体レーザ装置。
- 前記固体レーザ媒質に対向して反射板が設けられ、前記出力鏡は前記反射板に形成された請求項１〜請求項３のいずれか１つの半導体レーザ装置。
- 前記反射鏡と前記出力鏡との間に波長変換用光学結晶部材を設けた請求項１〜請求項３のいずれか１つの半導体レーザ装置。
- 前記反射鏡と前記出力鏡との間に受動Ｑ−ｓｗ素子を設けた請求項１〜請求項３のいずれか１つの半導体レーザ装置。
- 前記反射鏡と前記出力鏡との間に波長変換用光学結晶部材、受動Ｑ−ｓｗ素子を設けた請求項１〜請求項３のいずれか１つの半導体レーザ装置。
- 前記固体レーザ媒質を平板状とした請求項１〜請求項３のいずれか１つの半導体レーザ装置。
- 前記固体レーザ媒質、反射板を平板状とし重合させた請求項１〜請求項３のいずれか１つの半導体レーザ装置。
- 前記固体レーザ媒質、波長変換用光学結晶部材を平板状とし重合させた請求項１〜請求項３のいずれか１つの半導体レーザ装置。
- 前記固体レーザ媒質、受動Ｑ−ｓｗ素子を平板状とし重合させた請求項１〜請求項３のいずれか１つの半導体レーザ装置。
- 前記固体レーザ媒質、波長変換用光学結晶部材、受動Ｑ−ｓｗ素子を平板状とし重合させた請求項１〜請求項３のいずれか１つの半導体レーザ装置。
- スペーサを介して重合させた請求項１１又は請求項１２の半導体レーザ装置。
- 前記スペーサはコーティング、蒸着等により形成された膜である請求項１３の半導体レーザ装置。
- 全てのレーザ光線のｆａｓｔ軸方向が一致する様に半導体レーザ素子を配設して励起用半導体レーザアレイを構成し、レーザ光線の前記ｆａｓｔ軸方向を集光させるロッドレンズを前記半導体レーザ素子アレイと平行に設けた請求項１〜請求項３のいずれか１つの半導体レーザ装置。
- 前記光共振器より射出されるレーザ光線を光学部材により結合し１本の光ファイバに入射させる様にした請求項３の半導体レーザ装置。
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