JP2013214651A - 半導体レーザ光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クロストーク光の発生が抑制されて高いコリメート効率が得られ、しかも比較的安価で、コンパクトな半導体レーザ光学装置を提供する。
【解決手段】半導体レーザ光学装置は、半導体レーザ素子よりなるレーザ光源１０と、レーザ光源のレーザ光出射側に設けられた、レーザ光源から出射されるレーザ光のファスト軸方向に発散する光成分をコリメートする第１のコリメートレンズ２０と、第１のコリメートレンズの出射側に設けられた、第１のコリメートレンズから出射された光のスロー軸方向に発散する光成分をコリメートする第２のコリメートレンズ３０とを具備し、第１のコリメートレンズは、スロー軸方向に対する広がりが抑制された光を、第２のコリメートレンズに入射させる機能を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体レーザ光学装置に関し、さらに詳しくは、例えば、高出力のアレイ型半導体レーザ素子を備えたレーザ光源から出射されるレーザ光を効率良くコリメートすることのできるコリメートレンズ構造体を備えた半導体レーザ光学装置に関する。

レーザ光源としては、例えば半導体レーザ素子から出射される光を適宜の光学部材によって集光して細径な光ファイバのコア部に効率良く入射させるために、コリメート性（平行性）の高いビームを出射することのできるものであることが望ましい。
一般的には、数Ｗ以上の光出力が求められる、複数のエミッタが配置されたアレイ型の半導体レーザ素子は、端面放射タイプのものであり、ファスト軸方向（ｐｎ接合面に垂直な方向）においては、活性層の厚み（各エミッタのファスト軸方向寸法）が十分に小さいことから、シングルモードの光（広がりの大きい光）が出射されるのに対して、スロー軸方向（ｐｎ接合面に対して平行な方向）においては、活性層が幅広なため（各エミッタのスロー軸方向寸法が大きいため）、マルチモードの光（広がりの小さい光）が出射される。そのため、スロー軸方向に発散する光成分は、ファスト軸方向に発散する光成分に対してビームの品質が悪く、コリメートしにくい光となっている。

このようなアレイ型の半導体レーザ素子を備えたレーザ光源から出射されたレーザ光をコリメートする技術としては、例えば図８に示すような技術が知られている。図８では、複数のエミッタ１２がスロー軸方向（Ｘ軸方向）に一列に並んで配置された半導体レーザ素子１１から出射されるレーザ光のファスト軸方向（紙面に垂直な方向，Ｙ軸方向）に発散する光成分をファスト軸方向コリメートレンズ４０によってコリメートしている。更に、このファスト軸方向コリメートレンズ４０から出射された光のスロー軸方向（Ｘ軸方向）に発散する光成分をスロー軸方向コリメートレンズ５０によってコリメートしている。ここに、スロー軸方向コリメートレンズ５０としては、例えば、半導体レーザ素子１１における各々のエミッタ１２に対応する複数のレンズ要素５１がスロー軸方向（Ｘ軸方向）に一列に並んで配置された構造のものにより構成されている。
また、スロー軸方向のコリメート性を向上させるための方法として、例えば、ファスト軸方向コリメートレンズとスロー軸方向コリメートレンズとの間に、ファスト軸方向にビームを分割する手段を設ける技術が知られている（特許文献１参照。）。

特表平１０−５０８１２２号公報

しかしながら、ファスト軸方向コリメートレンズ４０とスロー軸方向コリメートレンズ５０とを並べた構成のものにおいては、図８（ｂ）に示すように、以下の問題がある。すなわち、ファスト軸方向から見た平面（Ｘ−Ｚ平面）において、半導体レーザ素子１１における一のエミッタ１２に対面して配置された、スロー軸方向コリメートレンズ５０における当該エミッタ１２に対応するレンズ要素５１ｂに入射されるレーザ光が、隣接するレンズ要素５１ａ、５１ｃに入射してしまう。図８において二点鎖線で示すように、比較的低角度成分の光は、所定のレンズ要素５１ｂに入射されてスロー軸方向にコリメートされる。しかし、図８において破線で示すように、比較的高角度成分の光は、所定のレンズ要素５１の両側に隣接するレンズ要素５１ａ，５１ｃに入射されるため、スロー軸方向コリメートレンズ５０から出射される光は発散（以後、「クロストーク」と称する。）してしまう、といった問題がある。
また、半導体レーザ素子１１が複数のエミッタ１２がスロー軸方向に所定の間隔で一列に並んで配置された構成とされていることから、スロー軸方向のコリメートを効率良く実施するためには、以下の配置とする必要がある。すなわち、スロー軸方向コリメートレンズ５０を、各レンズ要素５１における入射面が互いに隣接するエミッタ１２の各々から出射されたレーザ光がファスト軸方向コリメートレンズ４０から出射された後に、当該レーザ光が重なる位置より当該スロー軸方向コリメートレンズ５０を半導体レーザ素子１１側に配置することが必要とされる。しかしながら、このような位置関係においては、スロー軸方向のコリメート性がファスト軸方向のコリメート性より劣るものとなってしまう、といった問題がある。

さらにまた、上述の特許文献１に記載の技術では、互いに隣接するエミッタの各々から出射されたレーザ光がファスト軸方向コリメートレンズによってファスト軸方向にコリメートされて当該ファスト軸方向コリメートレンズからファスト軸方向の高さを変えて出射される。この各々のエミッタからの光は、スロー軸方向に出射される光の重なりが生じないため、スロー軸方向コリメートレンズのレンズ径を隣接するエミッタから出射されるレーザ光の重なりを考慮せずに設定することができるといった利点がある。しかしながら、光学系が複雑で、それ自身が比較的大きな構造のものとなってしまう、といった問題がある。

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、クロストーク光の発生を抑制することができて高いコリメート効率を得ることができ、しかも比較的安価に作製することができて、コンパクトな半導体レーザ光学装置を提供することを目的とする。

本発明の半導体レーザ光学装置は、半導体レーザ素子よりなるレーザ光源と、当該レーザ光源のレーザ光出射側に設けられた、当該レーザ光源から出射されるレーザ光のファスト軸方向に発散する光成分をコリメートする第１のコリメートレンズと、当該第１のコリメートレンズの出射側に設けられた、当該第１のコリメートレンズから出射された光のスロー軸方向に発散する光成分をコリメートする第２のコリメートレンズとを具備した半導体レーザ光学装置において、
前記第１のコリメートレンズは、スロー軸方向に対する広がりが抑制された光を前記第２のコリメートレンズに入射させる機能を有することを特徴とする。

本発明の半導体レーザ光学装置においては、前記第１のコリメートレンズは、入射面および出射面のいずれか一方または両方におけるスロー軸方向の側縁領域に広がり抑制機能部分を有するものとすることができる。

また、本発明の半導体レーザ光学装置においては、前記レーザ光源を構成する半導体レーザ素子として、複数のエミッタが一列に並んで配置されているものを用いることができる。

本発明の半導体レーザ光学装置によれば、レーザ光源から出射されるレーザ光のファスト軸方向に発散する光成分をコリメートする第１のコリメートレンズが、スロー軸方向に対する広がりが抑制された光を第２のコリメートレンズに入射させる機能を有する。これにより、スロー軸方向に発散する光成分のうち、クロストーク光と成りうる大きな発散角度で発散する光成分を光軸側に偏向補正することができる。更に、第１のコリメートレンズより出射されるレーザ光は、第２のコリメートレンズによってスロー軸方向に十分なコリメートをすることのできるものとなる。従って、クロストーク光の発生が抑制されて高いコリメート効率が得られる。しかも、コリメート性を向上させるために、例えばビームスプリッターや偏向機構などの他の光学部材を用いる必要がないので、所期の性能を有するものを少ない部品点数でコスト的に有利に作製することができ、装置自体を小型のものとして構成することができる。

本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ光学装置の一構成例を概略的に示す図である。 図１に示す半導体レーザ光学装置をスロー軸方向から見た平面図である。 図１に示す半導体レーザ光学装置の一部を拡大して示す図である。 図１に示した構成との第１の比較例であって、凹状傾斜面に入射する光線角度の傾きの符号と、第２のコリメートレンズのレンズ要素に入射する光線角度の傾きの符号が異なる場合を示す図である。 図１に示した構成との第２の比較例であって、凹状傾斜面に入射する光線角度の傾きの符号と、第２のコリメートレンズのレンズ要素に入射する光線角度の傾きの符号が異なる場合を示す図である。 図１に示した構成との第３の比較例であって、凹状傾斜面に入射する光線角度の傾きの符号と、第２のコリメートレンズのレンズ要素に入射する光線角度の傾きの符号が異なる場合を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ光学装置の一構成例を概略的に示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ光学装置の一構成例を概略的に示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る半導体レーザ光学装置の構成例を概略的に示す図である。 従来の半導体レーザ光学装置の一構成例を概略的に示す図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ光学装置の一構成例を概略的に示す図であって、（ａ）ファスト軸方向から見た平面図、（ｂ）（ａ）における破線の円で囲まれた領域を示す拡大図、図２は、図１に示す半導体レーザ光学装置をスロー軸方向から見た平面図である。
この半導体レーザ光学装置は、半導体レーザ素子１１を備えたレーザ光源１０と、このレーザ光源１０のレーザ光出射側に設けられた、当該レーザ光源１０から出射されるレーザ光（図１および図２において二点鎖線で示す。）のファスト軸方向（Ｙ軸方向）に発散する光成分をコリメートする第１のコリメートレンズ２０と、この第１のコリメートレンズ２０の出射側に設けられた、当該第１のコリメートレンズ２０から出射された光のスロー軸方向（Ｘ軸方向）に発散する光成分をコリメートする第２のコリメートレンズ３０とを具備している。

レーザ光源１０は、例えば、各々スロー軸方向に幅広な複数（この例では５つ）のエミッタ１２がスロー軸方向に所定の間隔で一列に並んで配置された半導体レーザ素子１１を備えてなる。
半導体レーザ素子１１は、例えば端面放射タイプのものであって、各々のエミッタ１２における、半導体発光素子１１のｐｎ接合面に垂直な一端面より、レーザ光がエミッタ１２の光軸（一点鎖線で示す。）Ｃに対してスロー軸方向およびファスト軸方向に所定の発散角度をもって出射される。
半導体レーザ素子１１の一構成例を示すと、外形寸法が４ｍｍ×０．１ｍｍ×１．５ｍｍ（Ｘ軸方向×Ｙ軸方向×Ｚ軸方向）であり、一のエミッタ１２におけるレーザ光が出射される一端面（レーザ光出射端面）の寸法が４０μｍ×１μｍ（Ｘ軸方向×Ｙ軸方向）である。また、隣接するエミッタの中心間距離（配設ピッチ）ｐが２００μｍ、発振波長が６３４〜６４４ｎｍ、光軸に対するファスト軸方向の発散角度が半値全角で４０°、スロー軸方向の発散角度が半値全角で７°である。

第１のコリメートレンズ２０は、半導体レーザ素子１１におけるエミッタ１２から出射されるレーザ光の、エミッタ１２の光軸に対してファスト軸方向に発散する光成分を、当該エミッタ１２の光軸Ｃ側に偏向している。これにより、ファスト軸方向にコリメート（Ｙ−Ｚ平面においてエミッタ１２の光軸に対して平行光化）する機能を有している。更に、当該第１のコリメートレンズ２０は、光軸が半導体レーザ素子１１の光軸と一致する状態で、レーザ光源１０に近接して配置されている。

第２のコリメートレンズ３０は、第１のコリメートレンズ２０から出射されるファスト軸方向にコリメートされた各エミッタ１２に係るレーザ光の、エミッタ１２の光軸に対してスロー軸方向に発散する光成分を、当該エミッタ１２の光軸Ｃ側に偏向している。これにより、スロー軸方向にコリメート（Ｘ−Ｚ平面においてエミッタ１２の光軸に対して平行光化）する機能を有している。
この例における第２のコリメートレンズ３０は、例えば半導体レーザ素子１１における複数のエミッタ１２の各々に対応する複数のレンズ要素３１がスロー軸方向に並んで配置されて構成されている。ここで、当該第２のコリメートレンズ３０の光軸が半導体レーザ素子１１の光軸と一致する状態で、各レンズ要素３１の入射面３２が第１のコリメートレンズ２０の出射面２７に対向して配置されている。また、各々のレンズ要素３１は、例えば、第１のコリメートレンズ２０側に凸の円柱面よりなる屈折面を有する平凸シリンドリカルレンズよりなり、平坦面が出射面３５として構成されている。

而して、上記の半導体レーザ光学装置を構成する第１のコリメートレンズ２０は、スロー軸方向に対する広がりが抑制された光を第２のコリメートレンズ３０に入射させる機能（以下、「スロー軸方向偏向補正機能」という。）を有する。
この例における第１のコリメートレンズ２０は、各々のエミッタ１２から出射されたレーザ光の入射面２２におけるスロー軸方向の側縁領域に、広がり抑制機能部分２５を有する。具体的には、第１のコリメートレンズ２０は、Ｘ−Ｚ平面において、平凸シリンドリカルレンズの平坦面における、隣接するエミッタ間の領域に対面する領域の各々に、Ｖ字型の溝部がファスト軸方向に互いに平行に延びるよう形成されている。これにより、隣接する溝部間の領域（各々のエミッタ１２に対面する領域）に、各々台形状の入射面２２を有する、エミッタ１２の各々に対応する複数の偏向補正レンズ部分２１がスロー軸方向に一例に並んで形成されている。また、各々の偏向補正レンズ部分２１の凹状傾斜面２２Ａによって広がり抑制機能部分２５が構成されている。ここに、一の偏向補正レンズ部分２１のスロー軸方向の寸法は、例えばエミッタ１２の光軸Ｃを中心としたスロー軸方向におけるエミッタ１２の配設ピッチｐより小さく構成される。
この第１のコリメートレンズ２０においては、一のエミッタ１２から出射されるレーザ光のうち、スロー軸方向に比較的大きな発散角で発散されながら進行して第１のコリメートレンズ２０における当該エミッタ１２に対応する偏向補正レンズ部分２１の凹状傾斜面２２Ａに入射される。この凹状傾斜面２２Ａに入射される光成分（高角度光成分）が当該エミッタ１２の光軸Ｃ側に偏向されて、スロー軸方向における発散角が小さく抑制された光成分（低角度光成分）として出射される。ここに、スロー軸方向において、「高角度光成分」とは、エミッタ１２の光軸Ｃに対して±５．８°を超える角度で発散する光成分をいい、「低角度光成分」とはエミッタ１２の光軸Ｃに対して±５．８°の範囲内の角度で発散する光成分をいう。

広がり抑制機能部分２５を形成する各々の偏向補正レンズ部分２１における凹状傾斜面２２Ａは、各エミッタ１２からのレーザ光が第２のコリメートレンズ３０の対応するレンズ要素３１に入射され、かつ、第２のコリメートレンズ３０より出射される各エミッタ１２に係るレーザ光がエミッタ１２の光軸Ｃに略平行とされる傾斜角度を有する。

各々の偏向補正レンズ部分２１における凹状傾斜面２２Ａの傾斜角度について、図３を用いて具体的に説明する。偏向補正レンズ部分２１における凹状傾斜面２２Ａの傾斜角度は、ファスト軸方向から見た平面（Ｘ−Ｚ平面）において、凹状傾斜面２２Ａに対する入射する光線角度（θ１）の傾きの符号 （矢印の向き）と、第２のコリメートレンズ３０の対応するレンズ要素３１の入射面３２に入射する光線角度（θ２）の傾きの符号が一致する角度範囲で設定されている。
凹状傾斜面２２Ａに入射する光線角度（θ１）の傾きの符号と、第２のコリメートレンズ３０のレンズ要素３１に入射する光線角度（θ２）の傾きの符号が異なる場合には、図４−Ａおよび図４−Ｂに比較例として示すように、第２のコリメートレンズ３０から出射されるレーザ光はエミッタ１２の光軸Ｃに平行な光とはならない。特に、図４−Ｂに示す構成のものにおいては、第２のコリメートレンズ３０における対応するレンズ要素３１に入射させることができず、クロストーク光となってしまう。なお、図４−Ｃに比較例として示すように、第１のコリメートレンズ２０における入射面２１が平坦面である場合においても図４−Ｂに示す構成のものと同様となる。すなわち、第１のコリメートレンズ２０の平坦な入射面２２に入射する光線角度（θ１）の傾きの符号（矢印の向き）と、第２のコリメートレンズ３０の対応するレンズ要素３１に入射する光線角度（θ２）の傾きの符号が異なる。これにより、第２のコリメートレンズ３０における対応するレンズ要素３１に入射させることができず、クロストーク光となってしまう。

例えば、第１のコリメートレンズ２０の入射面２２における平坦面とエミッタ１２のレーザ光が出射される端面との光軸方向（Ｚ軸方向）の離間距離を０．１６ｍｍとする。また、第１のコリメートレンズ２０の光軸方向の寸法を１ｍｍ、第１のコリメートレンズ２０の屈折率を１．７８とする。そして、第２のコリメートレンズ３０の各々のレンズ要素３１の入射面３２と第１のコリメートレンズ２０における出射面２７との光軸方向（Ｚ軸方向）の最小離間距離を０．４ｍｍとする。また、第２のコリメートレンズ３０の各々のレンズ要素３１の曲率半径を０．８１ｍｍ、第２のコリメートレンズ３０の屈折率を１．８１、第１のコリメートレンズ２０における傾斜面２２Ａに入射する光線角度（θ１）を７．５〜１０．８°とする。この場合には、広がり抑制機能部分２５を形成する凹状傾斜面２２Ａの傾斜角度は、５°以内の角度範囲内であることが好ましい。

而して、上記構成の半導体レーザ光学装置によれば、複数のエミッタ１２がスロー軸方向に一列に並んで配置されてなる半導体レーザ素子１１を備えたレーザ光源１０が配置されている。当該レーザ光源１０から出射されるレーザ光のファスト軸方向に発散する光成分は、第１のコリメートレンズ２０でコリメートされる。この第１のコリメートレンズ２０は、各々半導体レーザ素子１１におけるエミッタ１２から出射されるレーザ光の入射面２２におけるスロー軸方向の側縁領域に、広がり抑制機能部分２５を有する複数の偏向補正レンズ部分２１が、スロー軸方向に一列に並んで配置された構成とされている。ここで、各々のエミッタ１２から出射されるレーザ光のスロー軸方向に発散する光成分のうち、クロストーク光と成りうる大きな発散角度で発散する高角度光成分を広がり抑制機能部分２５によってスロー軸方向の光をエミッタ１２の光軸Ｃ側に偏向補正することができる。これにより、第１のコリメートレンズ２０より出射されるレーザ光は、第２のコリメートレンズ３０によってスロー軸方向にコリメートすることのできるものとなる。すなわち、第１のコリメートレンズ２０の各々の偏向補正レンズ部分２１における広がり抑制機能部分２５によってスロー軸方向への広がりが抑制される。また、第１のコリメートレンズ２０より出射されるレーザ光を、第２のコリメートレンズ３０における対応するレンズ要素３１に確実に入射させることができて当該レンズ要素３１のレンズ作用によってスロー軸方向にコリメートすることができる。その結果、クロストーク光の発生を確実に抑制することができて高いコリメート効率を得ることができ、光の利用率を向上させることができる。しかも、コリメート性を向上させるために、例えばビームスプリッターや偏向機構などの他の光学部材を用いる必要がないので、所期の性能を有するものを少ない部品点数でコスト的に有利に作製することができ、半導体レーザ光学装置自体を小型のものとして構成することができる。

＜第２の実施形態＞
図５は、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ光学装置の一構成例を概略的に示す図であって、（ａ）ファスト軸方向から見た平面図、（ｂ）（ａ）における破線の円で囲まれた領域を示す拡大図である。
この第２の実施形態に係る半導体レーザ光学装置は、上記の第１の実施形態に係る半導体レーザ光学装置において、第１のコリメートレンズ２０として、入射面および出射面の両方におけるスロー軸方向の側縁領域に、広がり抑制機能部分を有するものが用いられたことの他は、第１の実施形態に係る半導体レーザ光学装置と同一の構成を有する。図５においては、便宜上、第１の実施形態に係る半導体レーザ光学装置と同一の構成部材には、同一の符号が付してある。

この例における第１のコリメートレンズ２０は、ファスト軸方向から見た平面（Ｘ−Ｚ平面）において、平凸シリンドリカルレンズの平坦面における、隣接するエミッタ間の領域に対面する領域の各々に、Ｖ字型の溝部がファスト軸方向に互いに平行に延びるよう形成されている。これにより、隣接する溝部間の領域（各々のエミッタ１２に対面する領域）に、各々レーザ光源１０側に凸となる台形状の入射面２２を有する、エミッタ１２の各々に対応する複数の入射側偏向補正レンズ部分２１Ａが、スロー軸方向に一例に並んで形成されている。更に、平凸シリンドリカルレンズの屈折面における、溝部の各々に対向する位置に、Ｖ字型の溝部がファスト軸方向に互いに平行に延びるよう形成されている。これにより、隣接する溝部間の領域に、各々第２のコリメートレンズ３０側に凸となる台形状の出射面２７を有するエミッタ１２の各々に対応する複数の出射側偏向補正レンズ部分２６がスロー軸方向に一例に並んで形成されてなるものにより構成されている。これらの、各々の入射側偏向補正レンズ部分２１Ａの凹状傾斜面２２Ａによって第１の広がり抑制機能部分２５Ａが構成されていると共に各々の出射側偏向補正レンズ部分２６の凸状傾斜面２７Ａによって第２の広がり抑制機能部分２５Ｂが構成されている。
入射側偏向補正レンズ部分２１Ａにおける第１の広がり抑制機能部分２５Ａを形成する凹状傾斜面２２Ａおよび出射側偏向補正レンズ部分２６における第２の広がり抑制機能部分２５Ｂを形成する凸状傾斜面２７Ａは、互いに同一の傾斜角度で形成されていても、異なる傾斜角度で形成されていてもよい。

このような構成によれば、一のエミッタ１２から出射されるレーザ光のうち、スロー軸方向に大きな発散角で発散されながら進行して第１のコリメートレンズ２０における当該エミッタ１２に対応する入射側偏向補正レンズ部分２１Ａの凹状傾斜面２２Ａに入射される光成分（高角度光成分）が当該エミッタ１２の光軸Ｃ側に偏向される。また、当該光成分が出射側偏向補正レンズ部分２６における凸状傾斜面２７Ａより出射されるに際してさらに当該エミッタ１２の光軸Ｃ側に偏向補正することができる。また、第２の広がり抑制機能部分２５Ｂの作用によって、第１の広がり抑制機能部分２５Ａでは偏向できなかった光を再度偏向補正することもでき、コリメート性を向上させるためのレンズ設計に関して、その自由度を高めることができる。

＜第３の実施形態＞
図６は、本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ光学装置の一構成例を概略的に示す図であって、（ａ）ファスト軸方向から見た平面図、（ｂ）（ａ）における破線の円で囲まれた領域を示す拡大図である。
この第３の実施形態に係る半導体レーザ光学装置は、上記の第１の実施形態に係る半導体レーザ光学装置において、第１のコリメートレンズ２０として、反射を利用したスロー軸方向偏向補正機能を有するものが用いられたことの他は、第１の実施形態に係る半導体レーザ光学装置と同一の構成を有する。図６においては、便宜上、第１の実施形態に係る半導体レーザ光学装置と同一の構成部材には、同一の符号が付してある。

この例における第１のコリメートレンズ２０は、ファスト軸方向から見た平面（Ｘ−Ｚ平面）において、平凸シリンドリカルレンズの平坦面における、隣接するエミッタ間の領域に対面する領域の各々に、Ｚ軸方向で第２のコリメートレンズ３０側に向かって凸となる台形状の切り欠き部がスロー軸方向に互いに平行に延びるよう形成されている。これにより、隣接する切り欠き部間の領域（各々のエミッタ１２に対面する領域）に、エミッタ１２の各々に対応する複数の錐台状の偏向補正レンズ部分２１がスロー軸方向に一例に並んで形成され、各々の偏向補正レンズ部分２１の平坦面がエミッタ１２からのレーザ光が入射される入射面２２とされている。そして、各々の偏向補正レンズ部分２１の内側面２３は、偏向補正レンズ部分２１の平坦面より入射されるエミッタ１２からのレーザ光のうち、スロー軸方向に比較的大きな発散角度で発散する高角度光成分が臨界反射（全反射）される傾斜角度で形成されている。従って、当該高角度光成分を偏向補正レンズ部分２１における内側面２３によって全反射させることによりスロー軸方向においてエミッタ１２の光軸Ｃ側に偏向補正するスロー軸方向偏向補正機能を有するものとして構成されている。

このような構成の半導体レーザ光学装置においても、上記第１の実施形態に係る半導体レーザ光学装置と同様の効果を得ることができる。

＜第４の実施形態＞
図７は、本発明の第４の実施形態に係る半導体レーザ光学装置の一構成例を概略的に示す図であって、（ａ）ファスト軸方向から見た平面図、（ｂ）（ａ）における破線の円で囲まれた領域を示す拡大図である。
この第４の実施形態に係る半導体レーザ光学装置は、上記の第１の実施形態に係る半導体レーザ光学装置において、第１のコリメートレンズ２０として、反射を利用したスロー軸方向偏向補正機能を有するものが用いられたことの他は、第１の実施形態に係る半導体レーザ光学装置と同一の構成を有する。図７においては、便宜上、第１の実施形態に係る半導体レーザ光学装置と同一の構成部材には、同一の符号が付してある。

この例における第１のコリメートレンズ２０は、ファスト軸方向から見た平面（Ｘ−Ｚ平面）において、平凸シリンドリカルレンズの平坦面における、隣接するエミッタ間の領域に対面する領域の各々に、Ｚ軸方向レーザ光源側に向かって凸となる台形状の凹部２８がスロー軸方向に互いに平行に延びるよう形成されている。更に、当該凹部２８の傾斜した内側面２８Ａの表面に反射膜２９が形成されており、各々の凹部２８における平坦な内端面がエミッタからのレーザ光が入射される入射面２２とされている。そして、この第１のコリメートレンズ２０は、凹部２８の開口を介して当該凹部２８内に入射されるエミッタ１２からのレーザ光のうち、スロー軸方向に比較的大きな発散角度で発散する高角度光成分を反射膜２９によって反射させる。これにより、スロー軸方向においてエミッタ１２の光軸Ｃ側に偏向補正するスロー軸方向偏向補正機能を有するものとして構成されている。

各々の凹部２８の内側面２８Ａの傾斜角度は、凹部２８における内端面（入射面２２）に入射する光線角度の傾きの符号と、第２のコリメートレンズ３０の対応するレンズ要素３１の入射面３２に入射する光線角度の傾きの符号が一致する角度範囲で設定されている。

反射膜２９は、半導体レーザ素子１１から出射されるレーザ光の波長域で高い反射特性（例えば９０％以上）を有するものであることが好ましく、具体的には例えば、アルミニウムにより構成することができる。反射膜２９の厚みは、例えば１００〜２００μｍである。

この例における半導体レーザ光学装置においては、第１のコリメートレンズ２０における凹部２８が形成された平坦面とエミッタ１２のレーザ光が出射される端面との光軸方向（Ｚ軸方向）の離間距離は、第１の実施形態に係る半導体レーザ光学装置における当該離間距離よりも小さく設定されている。これは、エミッタ１２からのレーザ光を第１のコリメートレンズにおける対応する凹部２８内に確実に入射させるためである。

このような構成の半導体レーザ光学装置においても、上記第１の実施形態に係る半導体レーザ光学装置と同様の効果を得ることができる。

以下、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。

＜実験例１＞
図１に示す構成に従って、下記に示す仕様を有する本発明に係る半導体レーザ光学装置を作製した。更に、第２のコリメートレンズの出射側に集光レンズを配置すると共に光ファイバ（外径φ０．４０ｍｍ）をその入射端面が集光レンズの焦点位置に位置されるよう配置し、光ファイバに入射される光束を測定した。その結果、光の利用率（光ファイバに入射される光束／光ファイバの入射面に照射されていない光成分を含む全光束）は、９８．８％であることが確認された。また、光ファイバの入射端面に形成される照射スポットは、ファスト軸方向の寸法が±０．０８ｍｍ、スロー軸方向の寸法が±０．２ｍｍであり、ファスト軸方向およびスロー軸方向において同等のコリメート性が得られることが確認された。

＜半導体レーザ光学装置の仕様＞
〔レーザ光源（１０）〕
半導体レーザ素子（１１）
外形寸法（Ｘ軸方向×Ｙ軸方向×Ｚ軸方向）；４ｍｍ×０．１ｍｍ×１．５ｍｍ、
エミッタの数；５個、
一のエミッタにおけるレーザ光出射端面の寸法（Ｘ軸方向×Ｙ軸方向）；４０μｍ×０．１μｍ、
隣接するエミッタの中心間距離（配設ピッチ）ｐ；２００μｍ、
レーザ光の発振波長；６３８ｎｍ、
レーザ光のエミッタの光軸に対するファスト軸方向の発散角度；半値全角で±４８°、 レーザ光のエミッタの光軸に対するスロー軸方向の発散角度；半値全角で±１３°、
出力；８Ｗ、
〔第１のコリメートレンズ（２０）〕
光軸方向（Ｚ軸方向）の寸法；０．８ｍｍ、
屈折率；１．７８
偏向補正レンズ部分における凹状傾斜面（広がり抑制機能部分）の傾斜角度；５°
入射面における平坦面とエミッタのレーザ光出射端面との光軸方向（Ｚ軸方向）の離間距離；０．１６ｍｍ、
各々のレンズ部分の凹状傾斜面に入射する光線角度（θ１）；１０．８°、
〔第２のコリメートレンズ（３０）〕
各々のレンズ要素の曲率半径；０．８１ｍｍ、
屈折率；１．８１
レンズ要素の入射面と第１のコリメートレンズにおける出射面との光軸方向（Ｚ軸方向）の最小離間距離；１．１ｍｍ、

＜比較実験例１＞
実験例１において作製した半導体レーザ光学装置において、第１のコリメートレンズとして、広がり抑制機能部分を有さないもの（図４−Ｃ参照）を用いたことの他は、実験例１に係る半導体レーザ光学装置と同一の構成を有する比較用の半導体レーザ光学装置を作製した。この比較用の半導体レーザ光学装置について、実験例１と同様の方法により、光の利用率を求めたところ、９２％であることが確認された。

＜実験例２＞
実験例１において作製した半導体レーザ光学装置において、第１のコリメートレンズに、下記仕様を有する図６に示す構成のものを用いたことの他は、実験例１と同一の構成を有する本発明に係る半導体レーザ光学装置を作製した。この半導体レーザ光学装置について、実験例１と同様の方法により、光の利用率を求めたところ、９６％であることが確認された。また、光ファイバの入射端面に形成される照射スポットは、ファスト軸方向の寸法が０．０８ｍｍ、スロー軸方向の寸法が０．２ｍｍであり、ファスト軸方向およびスロー軸方向において同等のコリメート性が得られることが確認された。

〔第１のコリメートレンズの仕様〕
光軸方向（Ｚ軸方向）の寸法；０．８ｍｍ、
屈折率；１．７８
偏向補正レンズ部分における内側面の傾斜角度；０．５°、
偏向補正レンズ部分の入射面とエミッタのレーザ光出射端面との光軸方向（Ｚ軸方向）の離間距離；０．１５ｍｍ、
偏向補正レンズ部分の入射面に入射する光線角度；１０°、

＜実験例３＞
実験例１において作製した半導体レーザ光学装置において、第１のコリメートレンズに、下記仕様を有する図７に示す構成のものを用いたことの他は、実験例１と同一の構成を有する本発明に係る半導体レーザ光学装置を作製した。この半導体レーザ光学装置について、実験例１と同様の方法により、光の利用率を求めたところ、９５％であることが確認された。また、光ファイバの入射端面に形成される照射スポットは、ファスト軸方向の寸法が０．０８ｍｍ、スロー軸方向の寸法が０．２ｍｍであり、ファスト軸方向およびスロー軸方向において同等のコリメート性が得られることが確認された。

〔第１のコリメートレンズの仕様〕
光軸方向（Ｚ軸方向）の寸法；０．８ｍｍ、
屈折率；１．７８
凹部の開口におけるスロー軸方向の寸法；０．５ｍｍ、
凹部の内側面の傾斜角度；０．５°、
平坦面とエミッタのレーザ光出射端面との光軸方向（Ｚ軸方向）の離間距離；０．１６ｍｍ、
凹部における入射面に入射する光線角度；１０°、
反射膜の材質；アルミニウム（レーザ光の波長に対する反射率９０％）、
反射膜の厚み；１００μｍ、

以上のように、本発明に係る半導体レーザ光学装置によれば、比較用の半導体レーザ光学装置に比して高い光の利用率が得られ、従って、高いコリメート効率を得ることができることが確認された。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、第１の実施形態に係る半導体レーザ光学装置における広がり抑制機能部分および第２の実施形態に係る半導体レーザ光学装置における第１の広がり抑制機能部分は、凸状傾斜面により構成されていてもよく、第２の実施形態に係る半導体レーザ光学装置における第２の広がり抑制機能部分が凹状傾斜面により構成されていてもよい。
また、レーザ光源としては、複数のエミッタがスロー軸方向に一列に並んで配置されてなるアレイ型のものに限定されない。また、複数のエミッタがスロー軸方向に一列に並んで配置されてなる例えばチップ状の半導体レーザ素子の複数のものがファスト軸方向に積重された構成のものであってもよい。

１０ レーザ光源
１１ 半導体レーザ素子
１２ エミッタ
２０ 第１のコリメートレンズ
２１ 偏向補正レンズ部分
２１Ａ 入射側偏向補正レンズ部分
２２ 入射面
２２Ａ 凹状傾斜面
２３ 内側面
２５ 広がり抑制機能部分
２５Ａ 第１の広がり抑制機能部分
２５Ｂ 第２の広がり抑制機能部分
２６ 出射側偏向補正レンズ部分
２７ 出射面
２７Ａ 凸状傾斜面
２８ 凹部
２８Ａ 内側面
２９ 反射膜
３０ 第２のコリメートレンズ
３１ レンズ要素
３２ 入射面
３５ 出射面
４０ ファスト軸方向コリメートレンズ
５０ スロー軸方向コリメートレンズ
５１，５１ａ，５１ｂ，５１ｃ レンズ要素
Ｃ エミッタの光軸

Claims (3)

1. 半導体レーザ素子を備えたレーザ光源と、
   当該レーザ光源のレーザ光出射側に設けられた、当該レーザ光源から出射されるレーザ光のファスト軸方向に発散する光成分をコリメートする第１のコリメートレンズと、
   当該第１のコリメートレンズの出射側に設けられた、当該第１のコリメートレンズから出射された光のスロー軸方向に発散する光成分をコリメートする第２のコリメートレンズと
   を具備した半導体レーザ光学装置において、
   前記第１のコリメートレンズは、スロー軸方向に対する広がりが抑制された光を前記第２のコリメートレンズに入射させる機能を有することを特徴とする半導体レーザ光学装置。
2. 前記第１のコリメートレンズは、入射面および出射面のいずれか一方または両方におけるスロー軸方向の側縁領域に広がり抑制機能部分を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ光学装置。
3. 前記レーザ光源を構成する半導体レーザ素子は、複数のエミッタが一列に並んで配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体レーザ光学装置。

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