JP2024018649A - 発光装置、光学装置、発光モジュール、および発光装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体レーザ素子から出射されたレーザ光の進行方向と、設計上の進行方向とのずれを低減することが可能な発光装置を提供する。【解決手段】発光装置は、レーザ光を出射する半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光の進行方向を変化させる光学部材と、半導体レーザ素子および光学部材を支持する支持体とを備える。光学部材は、第１反射面を有する第１ミラー部材と、第２反射面を有する第２ミラー部材とを有する。支持体は、第１反射面がレーザ光を反射してレーザ光の進行方向を変化させるように第１ミラー部材を支持する第１支持面と、第２反射面の少なくとも一部が第１反射面の少なくとも一部の上方または下方に位置するように第２ミラー部材を支持し、かつ、第２反射面が第１反射面で反射されたレーザ光を反射してレーザ光の進行方向を変化させるように第２ミラー部材を支持する第２支持面と、を有する。【選択図】図２Ａ

Description

本開示は、発光装置、光学装置、発光モジュール、および発光装置の製造方法に関する。

近年、半導体レーザ素子の高出力化に伴い、半導体レーザ素子を励起光源としてではなく、材料を直接に照射して加工するレーザ光の光源として用いる技術が開発されつつある。そのような技術は、ダイレクトダイオードレーザ（ＤＤＬ：Direct Diode Laser）技術と称されている。

ＤＤＬ技術には、複数の半導体レーザ素子を備える発光モジュールが用いられる。発光モジュールは、複数の半導体レーザ素子の各々からレーザ光が出射されて得られる複数のレーザ光を結合して高出力のレーザ光を出射する。複数のレーザ光の進行方向が設計通りに同じ方向に揃う場合、複数のレーザ光を効果的に結合することができる。特許文献１は、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光の進行方向と設計上の進行方向とのずれを抑制することが可能な光部品の例を開示している。

国際公開第２０１６／０５１８３６号

半導体レーザ素子から出射されたレーザ光の進行方向と、設計上の進行方向とのずれを低減することが可能な発光装置、発光装置に用いられる光学装置、複数の発光装置を備える発光モジュール、および発光装置の製造方法を提供する。

本開示の発光装置は、ある実施形態において、レーザ光を出射する半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子から出射された前記レーザ光の進行方向を変化させる光学部材と、前記半導体レーザ素子および前記光学部材を支持する支持体と、を備え、前記光学部材は、第１反射面を有する第１ミラー部材と、第２反射面を有する第２ミラー部材と、を有し、前記支持体は、前記第１反射面が前記レーザ光を反射して前記レーザ光の前記進行方向を変化させるように前記第１ミラー部材を支持する第１支持面と、前記第２反射面の少なくとも一部が前記第１反射面の少なくとも一部の上方または下方に位置するように前記第２ミラー部材を支持し、かつ、前記第２反射面が前記第１反射面で反射された前記レーザ光を反射して前記レーザ光の前記進行方向を変化させるように前記第２ミラー部材を支持する第２支持面と、を有する。

本開示の光学装置は、ある実施形態において、第１反射面を有する第１ミラー部材と、第２反射面を有する第２ミラー部材と、前記第１ミラー部材および前記第２ミラー部材を支持する支持体と、を備え、前記支持体は、前記第１反射面が半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を反射して前記レーザ光の進行方向を変化させるように前記第１ミラー部材を支持する第１支持面と、前記第２反射面の少なくとも一部が前記第１反射面の少なくとも一部の上方または下方に位置するように前記第２ミラー部材を支持し、かつ、前記第２反射面が前記第１反射面で反射された前記レーザ光を反射して前記レーザ光の前記進行方向を変化させるように前記第２ミラー部材を支持する第２支持面と、を有する。

本開示の発光モジュールは、ある実施形態において、第１方向に並ぶ複数の載置面を有する支持基体であって、前記第１方向に対して平行な基準平面からの前記複数の載置面の高さが前記第１方向に沿って段階的に減少する、支持基体と、前記複数の載置面の各々に、対応する発光装置が配置された、複数の発光装置であって、各々が前記発光装置である、複数の発光装置と、集光レンズと、を備え、前記複数の発光装置の各々に含まれる前記光学部材は第３ミラー部材を有し、前記第３ミラー部材は第３反射面を有し、前記複数の発光装置の各々に含まれる前記支持体は、前記第３反射面が前記第２反射面で反射された前記レーザ光を反射して前記レーザ光の前記進行方向を変化させるように前記第３ミラー部材を支持する第３支持面を有し、前記複数の発光装置の各々は、前記半導体レーザ素子から出射された前記レーザ光を前記第１反射面および前記第２反射面でこの順に反射して前記レーザ光の前記進行方向を前記第１方向に交差する第２方向に変化させ、前記第２反射面で反射された前記レーザ光を前記第３反射面で反射して前記レーザ光の前記進行方向を前記第１方向に変化させることにより、前記レーザ光を前記第１方向に出射し、前記集光レンズは、前記複数の発光装置の各々から前記レーザ光が前記第１方向に出射されて得られる複数のレーザ光を結合する。

本開示の発光装置の製造方法は、ある実施形態において、レーザ光を出射する半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子から出射された前記レーザ光の進行方向を変化させる光学部材であって、第１反射面を有する第１ミラー部材および第２反射面を有する第２ミラー部材を有する光学部材と、前記半導体レーザ素子および前記光学部材を支持する支持体であって、前記第１ミラー部材を支持する第１支持面および前記第２ミラー部材を支持する第２支持面を有する支持体とを用意する工程と、前記半導体レーザ素子を前記支持体に配置する工程と、前記第１反射面が前記レーザ光を反射して前記レーザ光の前記進行方向を変化させるように、前記第１ミラー部材を前記第１支持面に接合する工程と、前記第２反射面が前記第１反射面で反射された前記レーザ光を反射して前記レーザ光の前記進行方向を変化させるように、前記第２ミラー部材を前記第２支持面に接合する工程と、を含む。

本開示の実施形態によれば、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光の進行方向と、設計上の進行方向とのずれを低減することが可能な発光装置、発光装置に用いられる光学装置、複数の発光装置を備える発光モジュール、および発光装置の製造方法を実現できる。

図１Ａは、本開示の例示的な実施形態による発光モジュールの構成を模式的に示す上面図である。 図１Ｂは、本開示の例示的な実施形態による発光モジュールの構成を模式的に示す側面図である。 図１Ｃは、本開示の実施形態による発光モジュールの変形例の構成を模式的に示す上面図である。 図２Ａは、本開示の例示的な実施形態による発光装置の構成を模式的に示す斜視図である。 図２Ｂは、図２Ａに示す発光装置の、ＹＺ平面に対して平行な断面図である。 図２Ｃは、図２Ａに示す発光装置の上面図である。 図２Ｄは、図２Ａに示す支持体の構成を模式的に示す斜視図である。 図３は、本開示の実施形態による発光装置の変形例の構成を模式的に示す、ＹＺ平面に対して平行な断面図である。 図４Ａは、本開示の実施形態による発光装置の製造方法における工程の例を説明するための図である。 図４Ｂは、本開示の実施形態による発光装置の製造方法における工程の例を説明するための図である。 図４Ｃは、本開示の実施形態による発光装置の製造方法における工程の例を説明するための図である。 図４Ｄは、本開示の実施形態による発光装置の製造方法における工程の例を説明するための図である。 図４Ｅは、本開示の実施形態による発光装置の製造方法における工程の例を説明するための図である。 図５は、本開示の例示的な実施形態によるＤＤＬ装置の構成を模式的に示す図である。 図６Ａは、レーザ光源の構成を模式的に示す斜視図である。 図６Ｂは、図６Ａに示すレーザ光源の内部の平面構成を模式的に示す図である。 図６Ｃは、図６Ａに示すレーザ光源から基体、蓋体、リード端子、および内部のワイヤを省略した構成のより詳細を示す分解斜視図である。 図６Ｄは、図６Ｃに示すレーザ光源の、ＹＺ平面に対して平行な断面図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態による発光装置、発光装置に用いられる光学装置、複数の発光装置を備える発光モジュール、および発光装置の製造方法を説明する。複数の図面に表れる同一符号の部分は同一または同等の部分を示す。

さらに、以下に説明する実施形態は、本発明の技術思想を具体化するために例示しているのであって、本発明を以下に限定しない。また、構成要素のサイズ、材質、形状、その相対的配置などの記載は、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図している。各図面が示す部材の大きさおよび位置関係は、理解を容易にするために誇張している場合がある。

（実施形態）
［発光モジュール］
まず、図１Ａおよび図１Ｂを参照して、本開示の実施形態による発光モジュールの構成例を説明する。図１Ａおよび図１Ｂは、それぞれ、本開示の例示的な実施形態による発光モジュールの構成を模式的に示す上面図および側面図である。これらの図では、参考のために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸が模式的に示されている。Ｘ軸の矢印の方向を＋Ｘ方向と称し、その反対方向を－Ｘ方向と称する。±Ｘ方向を区別しない場合、単にＸ方向と称する。Ｙ方向およびＺ方向についても同様である。本明細書では、説明のわかりやすさのため、＋Ｙ方向を「上方」と称し、－Ｙ方向を「下方」と称する。このことは、発光モジュールの使用時における向きを制限するわけではなく、発光モジュールの向きは任意である。

図１Ａおよび図１Ｂに示す発光モジュール２００は、支持基体４０と、集光レンズ５０と、光ファイバ６０と、光ファイバ６０を支持する支持部材６２と、複数の発光装置１００と、を備える。

支持基体４０は、図１Ｂに示すように、ＸＺ平面に対して平行な基準平面Ｒｅｆ上に配置されている。基準平面Ｒｅｆは、発光モジュール２００における高さの基準平面である。支持基体４０は、Ｘ方向に並ぶ複数の第１載置面４０ｓ１と、第２載置面４０ｓ２とを有する。複数の第１載置面４０ｓ１の高さは、＋Ｘ方向に沿って段階的に減少する。各第１載置面４０ｓ１には、対応する発光装置１００が配置されている。第２載置面４０ｓ２には、集光レンズ５０が配置されており、光ファイバ６０が支持部材６２を介して配置されている。

図１Ｂに示す例において、第２載置面４０ｓ２の高さは、複数の第１載置面４０ｓ１の最小の高さよりも大きく、最大の高さよりも小さい。集光レンズ５０のＹ方向における寸法によっては、第２載置面４０ｓ２の高さは、複数の第１載置面４０ｓ１の最小の高さに等しい、またはそれよりも小さくてもよい。あるいは、第２載置面４０ｓ２の高さは、複数の第１載置面４０ｓ１の最大の高さに等しい、またはそれよりも大きくてもよい。

図１Ａおよび図１Ｂに示す例において、発光装置１００の数は４個であり、複数の第１載置面４０ｓ１の数は４個であるが、これらの数に限定されない。発光装置１００の数は２個、３個、または５個以上でもよい。発光装置１００の数が増加するほど、高い出力のレーザ光を得ることが可能になる。第１載置面４０ｓ１の数は２個、３個、または５個以上であってもよいし、発光装置１００の数に等しい、またはそれよりも多くてもよい。

支持基体４０は、例えば、ＡｌＮ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、およびアルミナからなる群から選択されるセラミックスから形成され得る。あるいは、支持基体４０は、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、およびＡｇからなる群から選択される少なくとも１つの金属材料から形成され得る。支持基体４０は、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、およびＡｇからなる群から選択される少なくとも１つの金属材料中にダイヤモンド粒子が分散した金属マトリクス複合材料から形成され得る。支持基体４０は、複数のパーツの組立体であってもよい。当該複数のパーツは互いに異なる材料から形成され得る。

支持基体４０は、好ましくは、Ｃｕ、Ａｌ、およびＡｇからなる群から選択される金属材料から形成され、かつ、単一の部材からなることが好ましい。金属材料はセラミックスよりも放熱性に優れており、また柔らかいので加工しやすい。

支持基体４０は、複数の発光装置１００が配置される支持台として機能するとともに、複数の発光装置１００から発せられる熱を外部に伝えて発光装置１００の過度な温度上昇を低減するヒートシンクとしても機能し得る。その場合、支持基体４０の内部に液冷のための１または複数の流路を設けてもよい。液冷に用いる液体としては、例えば水を用いることができる。また、支持基体４０の表面に空冷のためのフィン構造を設けてもよい。あるいは、別途用意したヒートシンク上に支持基体４０を配置する場合、支持基体４０は、複数の発光装置１００から発せられる熱を当該ヒートシンクに伝えるヒートスプレッダとしても機能し得る。

各発光装置１００は、図１Ａに示すように、レーザ光源１０と、光学部材２０と、レーザ光源１０および光学部材２０を支持する支持体３０とを備える。後で詳しく説明するが、光学部材２０は、レーザ光源１０から出射されたレーザ光Ｌの進行方向が設計上の進行方向である＋Ｚ方向からずれているか否かに関係なく、当該レーザ光Ｌの進行方向を＋Ｚ方向に向け、その後＋Ｘ方向に変化させる。その結果、各発光装置１００は、集光レンズ５０に向けて＋Ｘ方向にレーザ光Ｌを出射する。各発光装置１００から出射されたレーザ光Ｌは、図１Ａに示す例において３本の矢印付きの太線によって表されており、図１Ｂに示す例において１本の矢印付きの太線によって表されている。図１Ａに示す例においてレーザ光Ｌが３本の矢印付きの太線によって表されているのは、レーザ光Ｌが広がりを有することを強調するためである。

集光レンズ５０は、速軸集光レンズ５０ａおよび遅軸集光レンズ５０ｂを有する。速軸集光レンズ５０ａは、例えば、Ｚ方向に一様な断面形状を有するシリンドリカルレンズであり、遅軸集光レンズ５０ｂは、例えば、Ｙ方向に一様な断面形状を有するシリンドリカルレンズであり得る。速軸集光レンズ５０ａおよび遅軸集光レンズ５０ｂの各々の光軸はＸ方向に対して平行である。集光レンズ５０は、例えば、ガラス、シリコン、石英、合成石英、サファイア、透明セラミックス、シリコーン樹脂、およびプラスチックからなる群から選択される少なくとも１つの透光性材料から形成され得る。

速軸集光レンズ５０ａはその焦点が光ファイバ６０の光入射端６０ａにほぼ一致するように配置されている。同様に、遅軸集光レンズ５０ｂはその焦点が光ファイバ６０の光入射端６０ａにほぼ一致するように配置されている。速軸集光レンズ５０ａの焦点距離は、遅軸集光レンズ５０ｂの焦点距離よりも長い。速軸集光レンズ５０ａは、図１Ｂに示すように、ＸＹ平面において、複数の発光装置１００の各々からレーザ光Ｌが出射されて得られる複数のレーザ光Ｌを、光ファイバ６０の光入射端６０ａに収束させる。遅軸集光レンズ５０ｂは、図１Ａに示すように、ＸＺ平面において、複数の発光装置１００の各々から出射された広がりを有するレーザ光Ｌを光入射端６０ａに収束させる。上記のようにして、集光レンズ５０により、複数のレーザ光Ｌを結合して光ファイバ６０に入射することができる。

その結果、発光モジュール２００は、光ファイバ６０の光出射端６０ｂから、複数のレーザ光Ｌが結合された結合光を出射する。結合光の出力は、概略的に、各発光装置１００から出射されるレーザ光Ｌの出力に発光装置１００の数を乗算した値に等しい。したがって、発光装置１００の数を増加させれば、結合光の出力を高めることができる。

次に、図１Ｃを参照して、本開示の実施形態による発光モジュール２００の変形例を説明する。図１Ｃは、本開示の実施形態による発光モジュールの変形例の構成を模式的に示す上面図である。図１Ｃに示す発光モジュール２１０は、以下の３点において、図１Ａに示す発光モジュール２００とは異なる。第１の点は、発光モジュール２１０が、支持基体４０の代わりに支持基体４２を備えることである。支持基体４２の形状は、支持基体４０の形状とは異なる。第２の点は、発光モジュール２１０が、複数の発光装置１００ａに加えて複数の発光装置１００ｂをさらに備えることである。発光装置１００ａは、図１Ａに示す発光装置１００と同じ構成を有する。発光装置１００ｂは、発光装置１００ａをＺ方向に反転させた構成を有する。第３の点は、発光モジュール２１０が、ミラー７２と、１／２波長板７４と、偏光ビームスプリッタ７６とをさらに備えることである。

支持基体４２は、Ｘ方向に並ぶ複数の第１載置面４０ｓ１と、第２載置面４０ｓ２とを有する。複数の第１載置面４０ｓ１の高さは、＋Ｘ方向に沿って段階的に減少する。複数の第１載置面４０ｓ１の各々には、発光装置１００ａおよび発光装置１００ｂが＋Ｚ方向に沿ってこの順に配置されている。発光装置１００ａはレーザ光Ｌａを＋Ｘ方向に出射し、発光装置１００ｂはレーザ光Ｌｂを＋Ｘ方向に出射する。レーザ光Ｌａおよびレーザ光Ｌｂの偏光方向はＺ方向に対して平行である。第２載置面４０ｓ２には、集光レンズ５０が配置されており、光ファイバ６０が支持部材６２を介して配置されている。第２載置面４０ｓ２には、さらに、ミラー７２、１／２波長板７４、および偏光ビームスプリッタ７６が配置されている。

ミラー７２は、各発光装置１００ｂから＋Ｘ方向に出射されたレーザ光Ｌｂの進行方向を－Ｚ方向に変化させる。１／２波長板７４は、－Ｚ方向に進行するレーザ光Ｌｂの偏光方向を、Ｘ方向からＹ方向に変化させる。偏光ビームスプリッタ７６は、＋Ｘ方向に進行し、偏光方向がＺ方向であるレーザ光Ｌａを透過させ、－Ｚ方向に進行し、偏光方向がＹ方向であるレーザ光Ｌｂを反射する。偏光ビームスプリッタ７６を透過したレーザ光Ｌａは、集光レンズ５０によって光ファイバ６０の光入射端６０ａに収束される。同様に、偏光ビームスプリッタ７６で反射されたレーザ光Ｌｂは、集光レンズ５０によって光ファイバ６０の光入射端６０ａに収束される。

その結果、発光モジュール２１０は、光ファイバ６０の光出射端６０ｂから、複数のレーザ光Ｌａおよび複数のレーザ光Ｌｂが結合された結合光を出射する。発光モジュール２１０では、発光モジュール２００と比較して、発光装置１００ａの数および発光装置１００ｂの数の合計が、発光装置１００の数の２倍である。したがって、結合光の出力をさらに高めることができる。

発光モジュール２００において、複数のレーザ光Ｌの進行方向が設計通りに＋Ｘ方向に揃っている場合、集光レンズ５０によって複数のレーザ光Ｌを効果的に結合して光ファイバ６０に入射することができる。発光モジュール２１０において、複数のレーザ光Ｌａおよび複数のレーザ光Ｌｂの進行方向が設計通りに＋Ｘ方向に揃っている場合についても同様である。

［発光装置］
以下に、図２Ａから図２Ｄを参照して、本開示の実施形態による発光装置の構成例を説明する。本開示の実施形態による発光装置によれば、レーザ光源１０から出射されたレーザ光Ｌの進行方向と、設計上の進行方向とのずれを低減することが可能になる。本明細書において、「レーザ光の進行方向」のように単に「進行方向」と記載する場合、当該「進行方向」は実際の進行方向を意味する。

図２Ａは、本開示の例示的な実施形態による発光装置の構成を模式的に示す斜視図である。図２Ａに示す発光装置１００は、レーザ光源１０と、光学部材２０と、レーザ光源１０および光学部材２０を支持する支持体３０とを備える。光学部材２０は、第１ミラー部材２２ａと、第２ミラー部材２２ｂと、第３ミラー部材２２ｃと、遅軸コリメートレンズ２４とを有する。図２Ａに示す破線によって囲まれた２つの領域のうち、一方には第１ミラー部材２２ａが抜き出して示されており、他方には第２ミラー部材２２ｂが抜き出して示されている。第１ミラー部材２２ａは第１反射面２２ａｓを有し、第２ミラー部材２２ｂは第２反射面２２ｂｓを有し、第３ミラー部材２２ｃは第３反射面２２ｃｓを有する。本明細書において、光学部材２０と支持体３０とを少なくとも備える構造であって、レーザ光源１０から出射されたレーザ光Ｌの進行方向を変化させることが可能な構造を、「光学装置」と称する。図２Ｂは、図２Ａに示す発光装置１００の、ＹＺ平面に対して平行な断面図である。図２Ｂに示す破線によって囲まれた領域には、第１ミラー部材２２ａおよび第２ミラー部材２２ｂ、ならびにそれらの周辺の構成が拡大して示されている。図２Ｃは、図２Ａに示す発光装置１００の上面図である。図２Ｄは、図２Ａに示す支持体３０の構成を模式的に示す斜視図である。

レーザ光源１０から出射されたレーザ光Ｌは概略的に＋Ｚ方向に進行するが、レーザ光Ｌの進行方向は設計上の進行方向である＋Ｚ方向に対して完全に平行ではない場合がある。本実施形態による発光装置１００では、レーザ光源１０から出射されたレーザ光Ｌの進行方向が＋Ｚ方向からずれているか否かに関係なく、図２Ｂに示すように、レーザ光源１０から出射されたレーザ光Ｌを第１反射面２２ａｓおよび第２反射面２２ｂｓでこの順に反射することにより、レーザ光Ｌの進行方向を設計上の進行方向である＋Ｚ方向に向けることができる。その後、第２反射面２２ｂｓで反射されたレーザ光Ｌを、図２Ｃに示すように第３反射面２２ｃｓで反射することにより、レーザ光Ｌの進行方向を設計上の進行方向である＋Ｘ方向に変化させることができる。このようにして、本実施形態による発光装置１００は、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、集光レンズ５０に向けてレーザ光Ｌを＋Ｘ方向に出射することができる。その結果、複数の発光装置１００の各々からレーザ光Ｌが＋Ｘ方向に出射されて得られる複数のレーザ光Ｌを効果的に結合させて発光モジュール２００から高出力の結合光を出力することができる。

第３反射面２２ｃｓに入射するレーザ光Ｌの進行方向が設計上の＋Ｚ方向に対して平行ではない構成では、第３反射面２２ｃｓで反射されたレーザ光Ｌの進行方向が設計上の＋Ｘ方向からずれる。そのような進行方向のずれが生じた複数のレーザ光Ｌは、たとえずれの角度が数度程度であっても効果的に結合せず、結合光の出力が低下する可能性がある。

これに対して、本実施形態では、第２反射面２２ｂｓで反射されたレーザ光Ｌの進行方向と、設計上の進行方向である＋Ｚ方向とのずれを低減することができる。その結果、第３反射面２２ｃｓで反射されたレーザ光Ｌの進行方向と、設計上の進行方向である＋Ｘ方向とのずれを低減することができる。レーザ光Ｌの進行方向と、設計上の進行方向とがなす角度は、例えば１°以下であることが好ましく、０．１°以下であることがより好ましい。本明細書において、２つの方向のなす角度は正の値を有し、負の値を有しない。

本実施形態において、第２反射面２２ｂｓで反射されたレーザ光Ｌの設計上の進行方向は＋Ｚ方向に対して平行であり、第３反射面２２ｃｓで反射されたレーザ光Ｌの設計上の進行方向は＋Ｘ方向に対して平行である。ただし、設計上の進行方向はこれらの方向に限定されない。

本明細書において、図１Ａおよび図１Ｂに示す複数の第１載置面４０ｓ１が並ぶ方向を「第１方向」と称し、第２反射面２２ｂｓで反射されたレーザ光Ｌの進行方向を「第２方向」と称する。図１Ｂに示す基準平面Ｒｅｆは第１方向に対して平行である。本実施形態において、第１方向は＋Ｘ方向であり、第２方向は＋Ｚ方向であるが、これらの方向に限定されない。第２方向は第１方向に交差していれば、第１方向に直交する必要はない。

なお、発光装置１００を図１Ａおよび図１Ｂに示す発光モジュール２００に採用せず、第２反射面２２ｂｓで反射されたレーザ光Ｌの進行方向を変化させる必要がないのであれば、第３ミラー部材２２ｃを配置する必要はない。その他にも、発光装置１００をより一般的な空間結合型の発光モジュールに採用してもよい。

以下に、発光装置１００の各構成要素を説明する。

＜レーザ光源１０＞
レーザ光源１０は、パッケージ内部に端面出射型の半導体レーザ素子および速軸コリメートレンズを備える。半導体レーザ素子はパッケージによって封止されている。半導体レーザ素子は、矩形形状の端面からレーザ光を出射する。当該端面がＸ方向に延び、ＸＹ平面に対して平行な平面である場合、半導体レーザ素子から＋Ｚ方向に出射されたレーザ光は、ＹＺ平面において相対的に速く広がり、ＸＺ平面において相対的に遅く広がる。レーザ光の速軸方向はＹ方向に対して平行であり、遅軸方向はＸ方向に対して平行である。レーザ光源１０は、半導体レーザ素子から出射され、速軸コリメートレンズを透過したレーザ光を外部に出射する。レーザ光源１０から外部に出射されたレーザ光Ｌの進行方向は＋Ｚ方向に対して平行である。レーザ光源１０から外部に出射されたレーザ光ＬはＹＺ平面においてコリメートされているが、ＸＺ平面においてコリメートされていない。本明細書において、「コリメートする」とは、レーザ光Ｌを平行光にすることだけではなく、レーザ光Ｌの広がり角を低減することも意味する。レーザ光源１０の具体的な構成について後述する。

実際には、レーザ光源１０から出射されたレーザ光Ｌの進行方向は＋Ｚ方向からずれている可能性がある。レーザ光源１０から出射されたレーザ光Ｌの進行方向と＋Ｚ方向とがなす角度は、例えば１０°以下であり得る。

＜光学部材２０＞
光学部材２０は、レーザ光源１０から出射されたレーザ光Ｌの進行方向を変化させる。光学部材２０に含まれる第１ミラー部材２２ａおよび第２ミラー部材２２ｂは、半導体レーザ素子が封止された空間の外側に位置する。第３ミラー部材２２ｃおよび遅軸コリメートレンズ２４についても同様である。以下において、第１ミラー部材２２ａ、第２ミラー部材２２ｂ、第３ミラー部材２２ｃ、および遅軸コリメートレンズ２４を順に説明する。

光学部材２０に含まれる第１ミラー部材２２ａは、Ｘ方向に一様な断面形状を有する。当該断面形状は台形である。第１ミラー部材２２ａは、互いに平行な平面である上面および下面と、上面および下面を繋ぐ斜面とを有する。上面および下面の各々は、ＸＺ平面に対して平行である。当該斜面の法線方向は、ＹＺ平面に対して平行な方向であって、＋Ｙ方向と鋭角をなし、かつ－Ｚ方向と鋭角をなす方向である。本明細書において、面の法線方向とは、面の垂直方向であって、当該面を有する物体から離れる方向を意味する。第１ミラー部材２２ａの下面と斜面とがなす角度は４５°であるが、この角度に限定されず例えば３０°以上６０°以下であってもよい。

第１ミラー部材２２ａは、斜面に第１反射面２２ａｓを有する。第１反射面２２ａｓは、図２Ｂに示すように、レーザ光源１０から出射されたレーザ光Ｌを反射してレーザ光Ｌの進行方向を支持体３０から離れる方向に変化させる。

光学部材２０に含まれる第２ミラー部材２２ｂは、Ｘ方向に一様な断面形状を有する。当該断面形状は台形である。第２ミラー部材２２ｂは、互いに平行な平面である上面および下面と、上面および下面を繋ぐ斜面とを有する。上面および下面の各々は、ＸＺ平面に対して平行である。当該斜面の法線方向は、ＹＺ平面に対して平行な方向であって、－Ｙ方向と鋭角をなし、かつ＋Ｚ方向と鋭角をなる方向である。第２ミラー部材２２ｂの上面と斜面とがなす角度は４５°であるが、この角度に限定されず例えば３０°以上６０°以下であってもよい。第２ミラー部材２２ｂの上面と斜面とがなす角度は、第１ミラー部材２２ａの下面と斜面とがなす角度に等しくてもよいし、異なっていてもよい。

第２ミラー部材２２ｂは、斜面に第２反射面２２ｂｓを有する。第２反射面２２ｂｓの少なくとも一部は、第１反射面２２ａｓの少なくとも一部の上方に位置する。第２反射面２２ｂｓは、図２Ｂに示すように、第１反射面２２ａｓで反射されたレーザ光Ｌを反射してレーザ光Ｌの進行方向を＋Ｚ方向に変化させる。第２ミラー部材２２ｂは第１ミラー部材２２ａよりも上方に位置するので、第２ミラー部材２２ｂを保持装置によって保持しながら第２ミラー部材２２ｂを適切な位置および向きに配置しやすい。第２ミラー部材２２ｂの配置方法については後述する。

本実施形態とは異なり、第１ミラー部材２２ａおよび第２ミラー部材２２ｂを用いずに、レーザ光源１０と遅軸コリメートレンズ２４との間にウェッジを配置した構成でも、レーザ光源１０から出射されたレーザ光Ｌの進行方向を＋Ｚ方向に向けることができる。当該ウェッジは、互いに反対側に位置する光入射面および光反射面を有する。当該光入射面の法線方向は－Ｚ方向に対して平行であり、当該光出射面の法線方向は、ＹＺ平面に対して平行な方向であって、＋Ｙ方向または－Ｙ方向と鋭角をなし、かつ＋Ｚ方向と鋭角をなす方向である。互いに平行ではない光入射面および光入射面での屈折に起因して、ウェッジは、自身を透過するレーザ光Ｌの進行方向を変化させることができる。しかしながら、そのような構成では、レーザ光Ｌの進行方向を＋Ｚ方向に向けるために、光出射面の法線方向が互いに異なる複数のウェッジを用意し、当該複数のウェッジから、光出射面の法線方向が適切な方向であるウェッジを選択する必要がある。

これに対して、本実施形態では、第２ミラー部材２２ｂを適切な位置および向きに配置することにより、レーザ光源１０から出射されたレーザ光Ｌの進行方向が＋Ｚ方向からずれているか否かに関係なく、第２反射面２２ｂｓで反射されたレーザ光Ｌの進行方向を＋Ｚ方向に向けることができる。本実施形態では、上面と斜面とがなす角度が互いに異なる複数の第２ミラー部材２２ｂを用意し、当該複数の第２ミラー部材２２ｂから適切な角度の第２ミラー部材２２ｂを選択する必要はない。

光学部材２０に含まれる第３ミラー部材２２ｃは直方体の形状を有し、その側面に第３反射面２２ｃｓを有する。当該側面は、第３ミラー部材２２ｃの上面および下面を繋ぐ。当該上面および当該下面の各々はＸＺ平面に対して平行である。第３反射面２２ｃｓは、図２Ｃに示すように、第２反射面２２ｂｓで反射され、遅軸コリメートレンズ２４を透過したレーザ光Ｌを反射してレーザ光Ｌの進行方向を＋Ｘ方向に変化させる。

本実施形態において、第２反射面２２ｂｓで反射されたレーザ光Ｌの進行方向は＋Ｚ方向に対して平行である。ただし、当該進行方向が＋Ｚ方向に対して平行でなくても、ＸＺ平面に対して平行であれば、第３ミラー部材２２ｃを適切な位置および向きに配置することにより、レーザ光Ｌの進行方向を＋Ｘ方向に変化させることができる。

光学部材２０に含まれる遅軸コリメートレンズ２４は、第２ミラー部材２２ｂと第３ミラー部材２２ｃとの間に位置し、かつ第２ミラー部材２２ｂで反射されたレーザ光Ｌの光路上に位置する。遅軸コリメートレンズ２４は、例えば、Ｙ方向に一様な断面形状を有するシリンドリカルレンズであり得る。遅軸コリメートレンズ２４は、図２Ｃに示すように、＋Ｚ方向に進行するレーザ光ＬをＸＺ平面においてコリメートする。

なお、レーザ光源１０から出射されたレーザ光ＬがＹＺ平面だけでなくＸＺ平面においてもコリメートされているのであれば、遅軸コリメートレンズ２４を配置する必要はない。

第１ミラー部材２２ａ、第２ミラー部材２２ｂ、および第３ミラー部材２２ｃは、例えば、斜面を有する台と、当該斜面上に別途形成される反射面とを備え得る。台は、例えば、ガラス、石英、合成石英、サファイア、セラミックス、プラスチック、シリコン、金属、シリコーン樹脂、および誘電体材料からなる群から選択される少なくとも１つから形成され得る。反射面は、例えば、誘電体多層膜および金属材料などの反射性材料から形成され得る。この反射面が、第１反射面２２ａｓ、第２反射面２２ｂｓ、および第３反射面２２ｃｓに相当する。

あるいは、ミラー部材２２ａ～２２ｃは、例えば、斜面を有する台を備え、当該台は上記の反射性材料から形成されていてもよい。この場合、当該台の斜面が、第１反射面２２ａｓ、第２反射面２２ｂｓ、および第３反射面２２ｃｓに相当する。

遅軸コリメートレンズ２４は、例えば、図１Ａおよび図１Ｂに示す集光レンズ５０と同様に、前述の透光性材料から形成され得る。

＜支持体３０＞
支持体３０は、図２Ｂおよび図２Ｄに示すように、凹凸を有する上面３０ｕｓと、ＸＺ平面に対して平行な平面である下面３０Ｌｓとを有する。支持体３０は、上面３０ｕｓに凹部３０ｃを有する。支持体３０は、凹部３０ｃにおいて、レーザ光源１０から出射されたレーザ光Ｌが通過する相対的に深い第１切り欠き部３０ｎ１と、第２反射面２２ｂｓで反射されたレーザ光Ｌが通過する相対的に浅い第２切り欠き部３０ｎ２とを有する。支持体３０は、さらに、凹部３０ｃにおいて、レーザ光源１０から出射されたレーザ光Ｌの光路の両側に位置する２つの壁部３０ｗを有する。

支持体３０は、凹部３０ｃの底面の少なくとも一部である第１支持面３０ｓ１を有する。第１支持面３０ｓ１はＸＺ平面に対して平行である。第１支持面３０ｓ１は、第１反射面２２ａｓがレーザ光Ｌを反射してレーザ光Ｌの進行方向を支持体３０から離れる方向に変化させるように第１ミラー部材２２ａを支持する。第１ミラー部材２２ａの一部は２つの壁部３０ｗの間に位置する。第１ミラー部材２２ａの下面は第１支持面３０ｓ１に接合されている。第１支持面３０ｓ１と第１ミラー部材２２ａの下面との間には、接合用の樹脂層３６Ｌ１が存在している。樹脂層３６Ｌ１の厚さ（Ｙ方向における寸法）は、例えば０．００５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であり得る。レーザ光Ｌの照射によって第１ミラー部材２２ａで生じる熱は、第１ミラー部材２２ａを支持する第１支持面３０ｓ１を介して支持体３０に効果的に伝えることができる。樹脂層３６Ｌ１の厚さ（Ｙ方向における寸法）が上記の範囲であれば、樹脂層３６Ｌ１は、当該熱が支持体３０に伝わることを大きく妨げることはない。以下に説明する樹脂層についても同様である。なお、樹脂層３６Ｌ１ではなく、はんだ材のような無機接合層であってもよい。

支持体３０は、２つの壁部３０ｗの上面の少なくとも一部である第２支持面３０ｓ２を有する。第２支持面３０ｓ２はＸＺ平面に対して平行である。第２支持面３０ｓ２は、第２反射面２２ｂｓの少なくとも一部が、第１反射面２２ａｓの少なくとも一部の上方に位置するように第２ミラー部材２２ｂを支持する。第２支持面３０ｓ２は、さらに、第２反射面２２ｂｓが第１反射面２２ａｓで反射されたレーザ光Ｌを反射してレーザ光Ｌの進行方向を＋Ｚ方向に変化させるように第２ミラー部材２２ｂを支持する。図２Ｂに示す例において、第２支持面３０ｓ２は第２ミラー部材２２ｂの両端を支持する。凹部３０ｃが２つの壁部３０ｗではなく１つの壁部３０ｗだけを備える場合、第２支持面３０ｓ２は第２ミラー部材２２ｂの一端を支持する。第２ミラー部材２２ｂの下面の一部、具体的には第２ミラー部材２２ｂの一端または両端の下面は第２支持面３０ｓ２に接合されている。第２支持面３０ｓ２と第２ミラー部材２２ｂの下面の一部との間には、接合用の樹脂層３６Ｌ２が存在している。第２ミラー部材２２ｂの下面の一部を第２支持面３０ｓ２に硬化前の樹脂を介して接触させ、第２反射面２２ｂｓがレーザ光Ｌの進行方向を＋Ｚ方向に変化させるように第２ミラー部材２２ｂは適切な位置および向きに調整される。その後、樹脂を硬化して樹脂層３６Ｌ２が形成される。樹脂層３６Ｌ２の厚さについては、樹脂層３６Ｌ２の厚さと同様である。レーザ光Ｌの照射によって第２ミラー部材２２ｂで生じる熱は、第２ミラー部材２２ｂを支持する第２支持面３０ｓ２を介して支持体３０に効果的に伝えることができる。

支持体３０から見て光学部材２０が実装された面とは反対側に位置するＸＺ平面に対して平行な平面を、発光装置１００における高さの基準平面とする。当該基準平面は、例えば、図２Ｂおよび図２Ｄに示す支持体３０の下面３０Ｌｓであり得る。以下に説明する「高さ」は、当該基準平面からの高さである。第２支持面３０ｓ２の高さは第１支持面３０ｓ１の高さよりも大きい。第２支持面３０ｓ２によって支持された第２ミラー部材２２ｂは、レーザ光源１０から出射されたレーザ光Ｌの光路の上方に位置し、当該レーザ光Ｌの進行を妨げない。

本実施形態とは異なり、第２支持面３０ｓ２の高さが第１支持面３０ｓ１の高さに等しい構成では、レーザ光源１０から出射されたレーザ光Ｌの進行を妨げないように、第２ミラー部材２２ｂはレーザ光Ｌの光路を跨ぐ複雑な形状を有することが求められる。これに対して、本実施形態では、第２支持面３０ｓ２の高さが第１支持面３０ｓ１の高さよりも大きいので、第２ミラー部材２２ｂはそのような複雑な形状を有する必要はない。第２ミラー部材２２ｂは、下面が平面である単純な形状を有していてもよい。

第１支持面３０ｓ１および第２支持面３０ｓ２は互いに平行な平面である。したがって、第２ミラー部材２２ｂの上面と斜面とがなす角度が第１ミラー部材２２ａの下面と斜面とがなす角度に等しい場合、第２ミラー部材２２ｂの下面の一部を第２支持面３０ｓ２に硬化前の樹脂を介して接触させると、第２反射面２２ｂｓは第１反射面２２ａｓに対してほぼ平行になる。その状態から第２ミラー部材２２ｂの位置および向きを微調整できるので、第２ミラー部材２２ｂを適切な位置および向きに配置しやすくなる。

第１反射面２２ａｓおよび第２反射面２２ｂｓは互いに離れて位置しており、第１反射面２２ａｓと第２反射面２２ｂｓとの間には、空気などの気体が存在している。レーザ光Ｌは、第１反射面２２ａｓから第２反射面２２ｂｓまで進行する間に、第２ミラー部材２２ｂと第２支持面３０ｓ２との間に存在する樹脂層３６Ｌ２には入射しないので、樹脂層３６Ｌ２の劣化を低減することができる。第１反射面２２ａｓから第２反射面２２ｂｓまでのＺ方向における距離は、例えば０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下であり得る。

第２反射面２２ｂｓのＸ方向における寸法は、２つの壁部３０ｗの間の最大の間隔よりも大きく、第１反射面２２ａｓのＸ方向における寸法は、当該最大の間隔よりも小さい。したがって、第２反射面２２ｂｓのＸ方向における寸法は、第１反射面２２ａｓのＸ方向における寸法よりも大きい。第２反射面２２ｂｓのＸ方向における寸法は、例えば、第１反射面２２ａｓのＸ方向における寸法の１．１倍以上４倍以下であり得る。第２反射面２２ｂｓはそのような寸法を有するので、第２反射面２２ｂｓは、第１反射面２２ａｓから第２反射面２２ｂｓまで進行する間にＸ方向における幅が広くなるレーザ光Ｌを受けやすい。

第１反射面２２ａｓおよび／または第２反射面２２ｂｓで反射されたレーザ光Ｌの一部は迷光になる場合があり、当該迷光は進行するにつれて広がり得る。その場合でも、２つの壁部３０ｗのＸ方向における間隔が狭ければ、迷光が戻り光としてレーザ光源１０に入射することを低減できる。２つの壁部３０ｗのＸ方向における間隔は、例えば０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下であり得る。当該間隔がこの範囲であれば、迷光が戻り光としてレーザ光源１０に入射することを適切に低減できる。さらに、壁部３０ｗの高さ（Ｙ方向における寸法）が大きければ、第１反射面２２ａｓで生じた迷光が第２ミラー部材２２ｂと第２支持面３０ｓ２との間に存在する樹脂層３６Ｌ２に入射することを妨げて樹脂層３６Ｌ２の劣化を低減することができる。壁部３０ｗの高さは、例えば０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下であり得る。当該高さがこの範囲であれば、そのような迷光が樹脂層３６Ｌ２に入射することを効果的に妨げることができる。なお、第２反射面２２ｂｓで生じた迷光は樹脂層３６Ｌ２から離れる方向に進行する場合が多いので、そのような迷光が樹脂層３６Ｌ２に入射する可能性は低い。

次に、第１支持面３０ｓ１および第２支持面３０ｓ２以外の支持面を説明する。支持体３０は、さらに、上面３０ｕｓにおいて、凹部３０ｃの外側に位置する第３支持面３０ｓ３を有する。第３支持面３０ｓ３はＸＺ平面に対して平行である。第３支持面３０ｓ３は、上方から見た上面視で、第１支持面３０ｓ１および第２支持面３０ｓ２を基準としてレーザ光Ｌの進行方向に位置する。第３支持面３０ｓ３は、第３反射面２２ｃｓが第２反射面２２ｂｓで反射されたレーザ光Ｌを反射してレーザ光Ｌの進行方向を＋Ｘ方向に変化させるように第３ミラー部材２２ｃを支持する。第３支持面３０ｓ３と第３ミラー部材２２ｃの下面との間には、接合用の樹脂層３６Ｌ３が存在している。樹脂層３６Ｌ３の厚さについては、樹脂層３６Ｌ２の厚さと同様である。レーザ光Ｌの照射によって第３ミラー部材２２ｃで生じる熱は、第３ミラー部材２２ｃを支持する第３支持面３０ｓ３を介して支持体３０に効果的に伝えることができる。

支持体３０は、さらに、上面３０ｕｓにおいて、凹部３０ｃの外側に位置する第４支持面３０ｓ４を有する。第４支持面３０ｓ４はＸＺ平面に対して平行である。第４支持面３０ｓ４は、上面視で、第１支持面３０ｓ１と第３支持面３０ｓ３との間に位置し、かつ第２支持面３０ｓ２と第３支持面３０ｓ３との間に位置する。第４支持面３０ｓ４は遅軸コリメートレンズ２４を支持する。第４支持面３０ｓ４と遅軸コリメートレンズ２４の下面との間には、接合用の樹脂層３６Ｌ４が存在している。樹脂層３６Ｌ４の厚さについては、樹脂層３６Ｌ２の厚さと同様である。

支持体３０は、さらに、上面３０ｕｓにおいて、凹部３０ｃの外側に位置する第５支持面３０ｓ５を有する。第５支持面３０ｓ５はＸＺ平面に対して平行である。第５支持面３０ｓ５は、上面視で、第１支持面３０ｓ１および第２支持面３０ｓ２を基準として、第３支持面３０ｓ３および第４支持面３０ｓ４とは反対側に位置する。第５支持面３０ｓ５はレーザ光源１０を支持する。第５支持面３０ｓ５とレーザ光源１０の下面との間には、接合用の無機接合層３４Ｌが存在している。無機接合層３４Ｌの厚さは、例えば０．０００１ｍｍ以上０．０５０ｍｍ以下であり得る。駆動時にレーザ光源１０で生じる熱は、第５支持面３０ｓ５を介して支持体３０に効果的に伝えることができる。 第５支持面３０ｓ５の高さは第１支持面３０ｓ１の高さよりも小さいので、第５支持面３０ｓ５によって支持されたレーザ光源１０は、レーザ光Ｌを第１反射面２２ａｓに入射させやすい。第４支持面３０ｓ４の高さは第５支持面３０ｓ５の高さよりも大きいので、第４支持面３０ｓ４によって支持された遅軸コリメートレンズ２４は、第２反射面２２ｂｓで反射されたレーザ光Ｌを受けやすい。第３支持面３０ｓ３の高さは第５支持面３０ｓ５の高さよりも大きいので、第３支持面３０ｓ３によって支持された第３ミラー部材２２ｃの第３反射面２２ｃｓは、遅軸コリメートレンズ２４を透過したレーザ光Ｌを受けやすい。

支持体３０は、さらに、上面３０ｕｓに第１凸部３０ｐ１を有する。第１凸部３０ｐ１は、上面視で第３支持面３０ｓ３と第４支持面３０ｓ４との間に位置する。第１凸部３０ｐ１を目安とすることにより、第３支持面３０ｓ３と第４支持面３０ｓ４とを区別して視認できるので、第３ミラー部材２２ｃを第３支持面３０ｓ３に配置し、遅軸コリメートレンズ２４を第４支持面３０ｓ４に配置しやすい。

支持体３０は、さらに、上面３０ｕｓに第２凸部３０ｐ２を有する。第２凸部３０ｐ２は概略的にＵ型形状を有する。当該Ｕ型形状の互いに平行に延びる２つの部分の間に第５支持面３０ｓ５の一部が位置する。概略的にＵ型形状を有する第２凸部３０ｐ２を目安とすることにより、レーザ光源１０を第５支持面３０ｓ５に配置しやすい。

支持体３０は、例えば、図１Ａおよび図１Ｂに示す支持基体４０と同じ材料から形成され得る。その場合、支持体３０は、駆動時にレーザ光源１０から発せられる熱、およびレーザ光Ｌの照射によってミラー部材２２ａ、２２ｂ、２２ｃで生じる熱を支持基体４０に効果的に伝えることができる。支持体３０は、支持基体４０と一体的に形成されてもよい。その場合、支持体３０は、支持基体４０の一部に相当する。

以上のことから、本実施形態によれば、レーザ光源１０から出射されたレーザ光Ｌの進行方向と、設計上の進行方向とのずれを低減することが可能な発光装置１００およびそれに用いられる光学装置を実現できる。そのような発光装置１００を図１Ａおよび図１Ｂに示す発光モジュール２００に採用することにより、複数の発光装置１００の各々からレーザ光Ｌが出射されて得られる複数のレーザ光Ｌを効果的に結合して光ファイバ６０に入射することができる。

次に、図３を参照して、本開示の実施形態による発光装置１００の変形例を、発光装置１００とは異なる点を中心に説明する。図３は、本開示の実施形態による発光装置１００の変形例の構成を模式的に示す、ＹＺ平面に対して平行な断面図である。図３に示す破線によって囲まれた領域には、第１ミラー部材２２ａおよび第２ミラー部材２２ｂ、ならびにそれらの周辺の構成が拡大して示されている。図３に示す発光装置１１０が図２Ｂに示す発光装置１００とは異なる点は、発光装置１１０が、支持体３０の代わりに支持体３２を備えることである。支持体３２の形状は支持体３０の形状とは異なる。支持体３２は、凹凸を有する上面３２ｕｓと、ＸＺ平面に対して平行である下面３２Ｌｓとを有する。支持体３２は、上面３２ｕｓに凹部３２ｃを有する。支持体３２は、凹部３２ｃにおいて、レーザ光源１０から出射されたレーザ光Ｌが通過する相対的に浅い第１切り欠き部３２ｎ１と、第２反射面２２ｂｓで反射されたレーザ光Ｌが通過する相対的に深い第２切り欠き部３２ｎ２とを有する。支持体３２は、さらに、凹部３２ｃにおいて、第２反射面２２ｂｓで反射されたレーザ光Ｌの光路の両側に位置する２つの壁部３２ｗを有する。図３では一方の壁部３２ｗのみが示されている。

支持体３２は、２つの壁部３２ｗの上面の少なくとも一部である第１支持面３２ｓ１を有する。第１支持面３２ｓ１は、第１反射面２２ａｓがレーザ光Ｌを反射してレーザ光Ｌの進行方向を支持体３２に近づく方向に変化させるように第１ミラー部材２２ａを支持する。図３に示す例において、第１支持面３２ｓ１は、第１ミラー部材２２ａの両端を支持する。凹部３２ｃが２つの壁部３２ｗではなく１つの壁部３２ｗだけを備える場合、第１支持面３０ｓ１は第１ミラー部材２２ａの一端を支持する。第１ミラー部材２２ａの下面の一部、具体的には第１ミラー部材２２ａの一端または両端の下面は第１支持面３２ｓ１に接合されている。第１支持面３０ｓ１と第１ミラー部材２２ａの下面の一部との間には、接合用の樹脂層３６Ｌ１が存在している。硬化前の樹脂を介して、第１支持面３０ｓ１に、第１ミラー部材２２ａの下面の一部を接触させた状態で、第１反射面２２ａｓがレーザ光Ｌの進行方向を＋Ｚ方向に変化させるように第１ミラー部材２２ａは適切な位置および向きに調整される。その後、樹脂を硬化して樹脂層３６Ｌ１が形成される。レーザ光Ｌの照射によって第１ミラー部材２２ａで生じる熱は、第１ミラー部材２２ａを支持する第１支持面３０ｓ１を介して支持体３０に効果的に伝えることができる。

支持体３２は、凹部３２ｃの底面の少なくとも一部である第２支持面３２ｓ２を有する。第２支持面３２ｓ２は、第２反射面２２ｂｓの少なくとも一部が第１反射面２２ａｓの少なくとも一部の下方に位置するように第２ミラー部材２２ｂを支持する。第２支持面３０ｓ２は、さらに、第２反射面２２ｂｓが第１反射面２２ａｓで反射されたレーザ光Ｌを反射してレーザ光Ｌの進行方向を＋Ｚ方向に変化させるように第２ミラー部材２２ｂを支持する。第２支持面３０ｓ２と第２ミラー部材２２ｂの下面との間には、接合用の樹脂層３６Ｌ２が存在している。レーザ光Ｌの照射によって第２ミラー部材２２ｂで生じる熱は、第２ミラー部材２２ｂを支持する第２支持面３０ｓ２を介して支持体３０に効果的に伝えることができる。

支持体３２から見て光学部材２０が実装された面とは反対側に位置するＸＺ平面に対して平行な平面を、発光装置１１０における高さの基準平面とする。当該基準平面は、例えば、図３に示す支持体３２の下面３２Ｌｓであり得る。以下に説明する「高さ」は、当該基準平面からの高さである。本変形例では、本実施形態による発光装置１００とは異なり、第１支持面３２ｓ１の高さは第２支持面３２ｓ２の高さよりも大きい。第１支持面３２ｓ１によって支持された第１ミラー部材２２ａは、第２反射面２２ｂｓで反射されたレーザ光Ｌの光路の上方に位置し、当該レーザ光Ｌの進行を妨げない。第１ミラー部材２２ａは、レーザ光Ｌの光路を跨ぐ複雑な形状を有する必要はなく、下面が平面である単純な形状を有していてもよい。

発光装置１１０では、第１ミラー部材２２ａを適切な位置および向きに配置することにより、第１反射面２２ａｓおよび第２反射面２２ｂｓでこの順に反射されたレーザ光Ｌの進行方向を＋Ｚ方向に変化させることができる。第１ミラー部材２２ａは第２ミラー部材２２ｂよりも上方に位置するので、第１ミラー部材２２ａを保持装置によって保持しながら第１ミラー部材２２ａを適切な位置および向きに配置しやすい。

第１反射面２２ａｓのＸ方向における寸法は、２つの壁部３０ｗの間の最大の間隔よりも大きい。同様に、第２反射面２２ｂｓのＸ方向における寸法は、当該最大の間隔よりも大きい。第２反射面２２ｂｓはそのような寸法を有するので、第２反射面２２ｂｓは、第１反射面２２ａｓから第２反射面２２ｂｓまで進行する間にＸ方向における幅が広くなるレーザ光Ｌを受けやすい。第１反射面２２ａｓのＸ方向における寸法は、第２反射面２２ｂｓのＸ方向における寸法よりも大きくてもよいし、小さくてもよいし、第２反射面２２ｂｓのＸ方向における寸法に等しくてもよい。

本変形例では、本実施形態による発光装置１００と同様に、第１支持面３２ｓ１および第２支持面３２ｓ２は互いに平行な平面である。第１反射面２２ａｓおよび第２反射面２２ｂｓは互いに離れて位置しており、第１反射面２２ａｓと第２反射面２２ｂｓとの間には、空気などの気体が存在している。

支持体３２は、さらに、本実施形態による発光装置１００と同様に、第３ミラー部材２２ｃを支持する第３支持面３２ｓ３と、遅軸コリメートレンズ２４を支持する第４支持面３２ｓ４と、レーザ光源１０を支持する第５支持面３２ｓ５とを有する。

以上のことから、本実施形態の変形例によれば、レーザ光源１０から出射されたレーザ光Ｌの進行方向と、設計上の進行方向とのずれを低減することが可能な発光装置１１０およびそれに用いられる光学装置を実現できる。

［発光装置の製造方法］
次に、図４Ａから図４Ｅを参照して、本開示の実施形態による発光装置１００の製造方法の例を説明する。図４Ａから図４Ｅは、本開示の実施形態による発光装置の製造方法における工程の例を説明するための図である。

最初の工程において、レーザ光源１０、光学部材２０、および支持体３０が用意される。光学部材２０は、第１ミラー部材２２ａ、第２ミラー部材２２ｂ、第３ミラー部材２２ｃ、遅軸コリメートレンズ２４を有する。

次の工程において、図４Ａに示すように、第５支持面３０ｓ５に、無機接合部材３４を介してレーザ光源１０が接合される。この工程により、レーザ光源１０に含まれる半導体レーザ素子１２が支持体３０に間接的に配置される。具体的には、半導体レーザ素子１２は、ステージ１０ｂ２およびサブマウント１１を介して、支持体３０に配置される。無機接合部材３４は、例えばはんだ材または焼結材であり得る。無機接合部材３４がはんだ材である場合、無機接合部材３４を加熱溶融した後で冷却することにより、図２Ｂに示す無機接合層３４Ｌが形成される。無機接合部材３４が焼結材である場合、無機接合部材３４を焼き固めることにより、無機接合層３４Ｌが形成される。

次の工程において、図４Ｂに示すように、第１支持面３０ｓ１に第１ミラー部材２２ａが接合される。第１ミラー部材２２ａは、第１反射面２２ａｓがレーザ光源１０から出射されたレーザ光Ｌを反射してレーザ光Ｌの進行方向を支持体３０から離れる方向に変化させるように第１支持面３０ｓ１に接合される。この工程では、第１支持面３０ｓ１に、硬化前の樹脂３６ａを介して第１ミラー部材２２ａの下面を接触させた状態で、樹脂３６ａを硬化して図２Ｂに示す樹脂層３６Ｌ１が形成される。樹脂３６ａは、例えば、加熱することによって硬化される熱硬化性樹脂、または紫外線もしくは可視光の照射によって硬化される光硬化性樹脂であり得る。以下に説明する樹脂についても同様である。この工程において、第１ミラー部材２２ａの位置および向きを、第２ミラー部材２２ｂの位置および向きほど正確に調整する必要はない。したがって、樹脂３６ａの代わりに、はんだ材のような無機接合部材を用いてもよい。

次の工程において、図４Ｃに示すように、第２支持面３０ｓ２に第２ミラー部材２２ｂが接合される。第２ミラー部材２２ｂは、第２反射面２２ｂｓが第１反射面２２ａｓで反射されたレーザ光Ｌを反射してレーザ光Ｌの進行方向を＋Ｚ方向に変化させるように第２支持面３０ｓ２に接合される。この工程では、第２支持面３０ｓ２に、硬化前の樹脂３６ｂを介して第２ミラー部材２２ｂの下面の一部を接触させた状態で、樹脂３６ｂを硬化して図２Ｂに示す樹脂層３６Ｌ２が形成される。樹脂３６ｂを硬化する前には以下のアクティブアライメントが行われる。すなわち、レーザ光源１０にレーザ光Ｌを出射させた状態で、第２反射面２２ｂｓがレーザ光Ｌの進行方向を＋Ｚ方向に変化させるように、第２ミラー部材２２ｂの位置および向きが適切に調整される。そのような調整は、第２ミラー部材２２ｂを保持装置によって保持しながら行われ得る。このアクティブアライメントは、遅軸コリメートレンズ２４を第４支持面３０ｓ４に固定せずに配置した状態で、遅軸コリメートレンズ２４によってある程度コリメートされたレーザ光の光学特性を受光装置によって計測しながら行われる。

第２ミラー部材２２ｂのＺ方向における位置を変化させることにより、レーザ光Ｌの光軸の高さを調整することができる。第２ミラー部材２２ｂを＋Ｚ方向に沿ってシフトさせることにより、レーザ光Ｌの光軸の高さを小さくし、第２ミラー部材２２ｂを－Ｚ方向に沿ってシフトさせることにより、レーザ光Ｌの光軸の高さを大きくすることができる。本明細書において、「レーザ光の光軸」は、レーザ光のファーフィールドパターンの中心を通過する軸を意味する。光軸上を進むレーザ光は、ファーフィールドパターンの光強度分布においてピーク強度を示す。

さらに、Ｘ軸またはＹ軸を回転軸として第２ミラー部材２２ｂを回転させてその向きを変化させることにより、レーザ光Ｌの進行方向を調整することができる。Ｘ軸を回転軸として第２ミラー部材２２ｂを回転させることにより、レーザ光Ｌの進行方向を上下に変化させることができる。Ｙ軸を回転軸として第２ミラー部材２２ｂを回転させることにより、レーザ光Ｌの進行方向を正面方向として、レーザ光Ｌの進行方向を左右に変化させることができる。

次の工程において、図４Ｄに示すように、第４支持面３０ｓ４に遅軸コリメートレンズ２４が接合される。遅軸コリメートレンズ２４は、第２反射面２２ｂｓで反射されたレーザ光ＬをＸＺ平面においてコリメートするように第４支持面３０ｓ４に接合される。この工程では、第４支持面３０ｓ４に、硬化前の樹脂３６ｃを介して遅軸コリメートレンズ２４の下面を接触させた状態で、樹脂３６ｃを硬化して図２Ｂに示す樹脂層３６Ｌ４が形成される。樹脂３６ｃを硬化する前には以下のアクティブアライメントが行われる。すなわち、レーザ光源１０にレーザ光Ｌを出射させた状態で、遅軸コリメートレンズ２４がレーザ光ＬをＸＺ平面においてコリメートするように、遅軸コリメートレンズ２４の位置および向きが適切に調整される。そのような調整は、遅軸コリメートレンズ２４を保持装置によって保持しながら行われ得る。レーザ光Ｌがコリメートされているか否かは、遅軸コリメートレンズ２４を透過したレーザ光Ｌの広がり角を受光装置によって計測することにより調べることができる。

次の工程において、図４Ｅに示すように、第３支持面３０ｓ３に第３ミラー部材２２ｃが接合される。第３ミラー部材２２ｃは、第３反射面２２ｃｓが、第２反射面２２ｂｓで反射されて遅軸コリメートレンズ２４を透過したレーザ光Ｌを反射してレーザ光Ｌの進行方向を＋Ｘ方向に変化させるように第３支持面３０ｓ３に接合される。この工程では、第３支持面３０ｓ３に、硬化前の樹脂３６ｄを介して第３ミラー部材２２ｃの下面を接触させた状態で、樹脂３６ｄを硬化して図２Ｂに示す樹脂層３６Ｌ３が形成される。樹脂３６ｄを硬化する前には以下のアクティブアライメントが行われる。すなわち、レーザ光源１０にレーザ光Ｌを出射させた状態で、第３反射面２２ｃｓがレーザ光Ｌの進行方向を＋Ｘ方向に変化させるように、第３ミラー部材２２ｃの位置および向きが適切に調整される。そのような調整は、第３ミラー部材２２ｃを保持装置によって保持しながら行われ得る。Ｙ軸を回転軸として第３ミラー部材２２ｃを回転させることにより、レーザ光Ｌの進行方向を正面方向として、レーザ光Ｌの進行方向を左右に変化させることができる。

以上のことから、本実施形態によれば、上記の工程により、レーザ光源１０から出射されたレーザ光Ｌの進行方向と、設計上の進行方向とのずれを低減することが可能な発光装置１００を製造することができる。発光装置１００を図１Ａおよび図１Ｂに示す発光モジュール２００に採用する場合、支持基体４０の第１載置面４０ｓ１に支持体３０を配置した後で、本実施形態による製造方法が実施される。

［ＤＤＬ装置］
次に、図５を参照して、本開示の実施形態によるＤＤＬ装置の構成例を説明する。図５は、本開示の例示的な実施形態によるＤＤＬ装置の構成を模式的に示す図である。図５に示すＤＤＬ装置１０００は、複数の発光モジュール２００と、加工ヘッド３００と、発光モジュール２００を加工ヘッド３００に接続する光伝送ファイバ２５０とを備える。図５に示す例において、複数の発光モジュール２００の数は４個であるが、この数に限定されない。複数の発光モジュール２００の数は１個または複数個であり得る。

各発光モジュール２００に含まれる発光装置１００の数は、必要な光出力または放射照度に応じて決定される。発光装置１００から出射されるレーザ光の波長も、加工対象の材料に応じて選択され得る。例えば、銅、真鍮、アルミニウムなどの金属を加工する場合、中心波長が３５０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲に属する半導体レーザ素子が好適に採用され得る。各発光装置１００から出射されるレーザ光の波長は同一である必要はなく、中心波長が異なるレーザ光が重畳されてもよい。また、中心波長が３５０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲外にあるレーザ光を用いる場合にも、本発明による効果を得ることは可能である。

図５に示す例において、複数の発光モジュール２００の各々から光ファイバ６０が延びている。そのようにして得られる複数の光ファイバ６０が光合波器２３０によって光伝送ファイバ２５０に結合されている。光合波器２３０は、例えば、ＴＦＢ（Ｔａｐｅｒｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ｂｕｎｄｌｅ）であり得る。加工ヘッド３００は、光ファイバ６０の光出射端から出射されたレーザ光を対象物４００に収束して照射する。１台のＤＤＬ装置１０００がＭ個の発光モジュール２００を備え、各発光モジュール２００がＮ個の発光装置１００を備える場合において、１個の発光装置１００の光出力がＰワットであれば、最大でＰ×Ｎ×Ｍワットの光出力を持ったレーザビームを対象物４００上に収束させることができる。ここで、Ｎは２以上の整数、Ｍは正の整数である。例えばＰ＝２０ワット、Ｎ＝２２、Ｍ＝１２であれば、５キロワットを超える光出力を実現できる。

［レーザ光源１０の具体的な構成］
次に、図６Ａから図６Ｄを参照して、レーザ光源１０の具体的な構成の例を説明する。図６Ａは、レーザ光源１０の構成を模式的に示す斜視図である。図６Ａに示すレーザ光源１０は、半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子を収容する基部１０ｂとを備える。基部１０ｂは、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を透過させる透光窓１０ｔを備える。レーザ光源１０は、さらに、半導体レーザ素子に電力を供給する２つのリード端子１５と、２つのリード端子１５を保持するリード保持部材１０ｈと、基部１０ｂに固定された蓋体１０Ｌとを備える。蓋体１０Ｌは、基部１０ｂと共に、半導体レーザ素子を封止する封止空間を形成する。この封止は気密封止であることが好ましい。気密封止による効果は、半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の波長が短くなるほど高くなる。気密封止されず、半導体レーザ素子の出射面が外気に接している構成では、レーザ光の波長が短くなるほど、集塵によって動作中に出射面の劣化が進行していく可能性が高くなるからである。

図６Ｂは、図６Ａに示すレーザ光源１０の内部の平面構成を模式的に示す図である。図６Ｂにおいて、図６Ａに示す蓋体１０Ｌが省略されている。基部１０ｂは、底板１０ｂ１と、底板１０ｂ１に設けられたステージ１０ｂ２と、ステージ１０ｂ２を囲む側壁１０ｂ３を含む。側壁１０ｂ３に、図６Ａに示す透光窓１０ｔが設けられている。側壁１０ｂ３が透光窓１０ｔを備えると言うこともできる。レーザ光源１０は、基部１０ｂの内部に、ステージ１０ｂ２によって支持されるサブマウント１１と、サブマウント１１によって支持される半導体レーザ素子１２およびレンズ支持部材１３と、レンズ支持部材１３によって支持される速軸コリメートレンズ１４とを備える。半導体レーザ素子１２は、底板１０ｂ１、ステージ１０ｂ２、およびサブマウント１１を介して図２Ａに示す支持体３０によって支持されている。半導体レーザ素子１２は、速軸コリメートレンズ１４に向けてレーザ光を出射する。

基部１０ｂのうち、底板１０ｂ１およびステージ１０ｂ２は、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｗからなる群から選択される少なくとも１つを含む金属材料から形成され得る。そのような金属材料の例はＣｕＭｏのような合金を含む。そのような金属材料から形成される底板１０ｂ１およびステージ１０ｂ２は高い熱伝導率を有するので、駆動時に半導体レーザ素子１２から発せられる熱を外部に効果的に伝えることができる。基部１０ｂのうち、側壁１０ｂ３は、例えばコバール（ｋｏｖａｒ）から形成され得る。コバールは、主成分である鉄にニッケルおよびコバルトを加えた合金である。

レーザ光源１０は、さらに、基部１０ｂの内部に複数のワイヤ１５ｗを備える。複数のワイヤ１５ｗのうち、一部のワイヤ１５ｗは、サブマウント１１を介して半導体レーザ素子１２に電気的に接続され、かつ一方のリード端子１５に電気的に接続されている。残りのワイヤ１５ｗは、直接半導体レーザ素子１２に電気的に接続され、かつ他方のリード端子１５に電気的に接続されている。複数のワイヤ１５ｗは、２つのリード端子１５から半導体レーザ素子１２に電力を供給するために用いられる。２つのリード端子１５は、半導体レーザ素子１２から出射されるレーザ光の出射タイミングおよび出力を調整する外部回路に電気的に接続されている。

図６Ｃは、図６Ａに示すレーザ光源１０から基部１０ｂ、蓋体１０Ｌ、リード端子１５、および内部のワイヤ１５ｗを省略した構成のより詳細を示す分解斜視図である。図６Ｃに示すレーザ光源１０Ａは、サブマウント１１と、端面出射型の半導体レーザ素子１２と、レンズ支持部材１３と、速軸コリメートレンズ１４とを備える。図６Ｃにおいて、レンズ支持部材１３および速軸コリメートレンズ１４は互いに分離された状態で示されているが、実際には両者は互いに接合されている。図６Ｄは、図６Ｃに示すレーザ光源１０Ａの、ＹＺ平面に対して平行な断面図である。

サブマウント１１は、図６Ｃに示すように、ＸＺ平面に対して平行である上面１１ｕｓおよび下面１１Ｌｓを有する。上面１１ｕｓおよび下面１１Ｌｓの各々には金属膜が設けられている。上面１１ｕｓに設けられた金属膜は、半導体レーザ素子１２およびレンズ支持部材１３をサブマウント１１の上面１１ｕｓに無機接合部材で接合する際に、接合強度を向上させる。上面１１ｕｓに設けられた金属膜は、半導体レーザ素子１２に電力を供給することに用いてもよい。下面１１Ｌｓに設けられた金属膜は、レーザ光源１０Ａを、ステージ１０ｂ２の上面に無機接合部材で接合する際に、接合強度を向上させる。上面１１ｕｓおよび下面１１Ｌｓの各々に設けられた金属膜は、駆動時に半導体レーザ素子１２で発せられる熱を、サブマウント１１を介して図６Ｂに示すステージ１０ｂ２に伝えることにも役立つ。サブマウント１１は、例えば、図１Ａおよび図１Ｂに示す支持基体４０と同様に、前述のセラミックス、金属材料、または金属マトリクス複合材料から形成され得る。

半導体レーザ素子１２は、図６Ｃに示すように、サブマウント１１の上面１１ｕｓによって支持されている。半導体レーザ素子１２はＺ方向に交差する２つの端面の一方に出射面１２ｅを有し、出射面１２ｅからレーザ光を＋Ｚ方向に出射する。レーザ光は、＋Ｚ方向に進行するにつれてＹＺ平面およびＸＺ平面において異なる速さで広がる。レーザ光は、ＹＺ平面において相対的に速く広がり、ＸＺ平面において相対的に遅く広がる。レーザ光のスポットは、コリメートしない場合、ファーフィールドで、ＸＹ平面においてＹ方向が長軸でありＸ方向が短軸である楕円形状を有する。

半導体レーザ素子１２は、可視領域における紫色、青色、緑色もしくは赤色のレーザ光、または不可視領域における赤外もしくは紫外のレーザ光を出射し得る。紫色光の発光ピーク波長は、４００ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましく、４００ｎｍ以上４１５ｎｍ以下の範囲内にあることがより好ましい。青色光の発光ピーク波長は、４２０ｎｍより大きく４９５ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましく、４４０ｎｍ以上４７５ｎｍ以下の範囲内にあることがより好ましい。緑色光の発光ピーク波長は、４９５ｎｍより大きく５７０ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましく、５１０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲内にあることがより好ましい。赤色光の発光ピーク波長は、６０５ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましく、６１０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲内にあることがより好ましい。

紫色、青色および緑色のレーザ光を出射する半導体レーザ素子１２としては、窒化物半導体材料を含むレーザダイオードが挙げられる。窒化物半導体材料としては、例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、およびＡｌＧａＮを用いることができる。赤色のレーザ光を出射する半導体レーザ素子１２としては、例えば、ＩｎＡｌＧａＰ系、ＧａＩｎＰ系、ＧａＡｓ系、およびＡｌＧａＡｓ系の半導体材料を含むレーザダイオードが挙げられる。

レンズ支持部材１３は、図６Ｃに示すように、サブマウント１１の上面１１ｕｓによって支持されている。レンズ支持部材１３は、２つの柱状部分１３ａと、２つの柱状部分１３ａの間に位置し、２つの柱状部分１３ａを連結する連結部分１３ｂとを有する。２つの柱状部分１３ａは半導体レーザ素子１２の両側に位置し、連結部分１３ｂは半導体レーザ素子１２の出射面１２ｅ側の上方に位置する。レンズ支持部材１３は、２つの柱状部分１３ａの端面１３ａｓによって速軸コリメートレンズ１４を支持する。レンズ支持部材１３は、半導体レーザ素子１２を跨ぐように位置し、半導体レーザ素子１２から出射されるレーザ光が速軸コリメートレンズ１４に入射することを妨げない。

レンズ支持部材１３は、例えば、図１Ａおよび図１Ｂに示す支持基体４０と同様に、前述のセラミックスから形成され得る。レンズ支持部材１３は、例えば、図１Ａおよび図１Ｂに示す集光レンズ５０と同様に、前述の透光性材料から形成され得る。レンズ支持部材１３は、例えば、コバールおよびＣｕＷからなる群から選択される少なくとも１つの合金から形成され得る。レンズ支持部材１３は、例えばＳｉから形成され得る。

速軸コリメートレンズ１４は、図６Ｃに示すように、例えば、Ｘ方向に一様な断面形状を有するシリンドリカルレンズであり得る。速軸コリメートレンズ１４は、光入射側に平面を有し、光出射側に凸曲面を有する。当該凸曲面は、ＹＺ平面において曲率を有する。速軸コリメートレンズ１４の焦点は、半導体レーザ素子１２の出射面１２ｅの発光点の中心にほぼ一致する。図６Ｄに示すように、速軸コリメートレンズ１４は、半導体レーザ素子１２の出射面１２ｅから＋Ｚ方向に出射されるレーザ光をＹＺ平面においてコリメートする。図６Ｄに示す破線によって囲まれる領域は、レーザ光の強度がそのピーク強度の１／ｅ^２倍以上である領域を表す。ｅは自然対数の底である。速軸コリメートレンズ１４は、例えば、図１Ａおよび図１Ｂに示す集光レンズ５０と同様に、前述の透光性材料から形成され得る。

速軸コリメートレンズ１４は封止空間の内部に配置されているので、レーザ光が大きく広がる前にレーザ光をコリメートすることができる。したがって、速軸コリメートレンズ１４を小型にすることが可能になる。

図２Ａに示す例において、レーザ光源１０の内部にある速軸コリメートレンズ１４は、半導体レーザ素子１２と第１ミラー部材２２ａとの間に位置し、かつ、レーザ光の光路上に位置する。図２Ａに示す例において、レーザ光源１０がさらに－Ｚ方向に沿ってシフトした位置にあれば、速軸コリメートレンズ１４は、レーザ光源１０の内部ではなく、レーザ光源１０と第１ミラー部材２２ａとの間であって、レーザ光Ｌの光路上に位置していてもよい。速軸コリメートレンズ１４がそのようにレーザ光源１０の外側にある場合、速軸コリメートレンズ１４を光学部材２０の一部として扱ってもよい。

レーザ光源１０のより詳細については、例えば特開２０２１－１０６２４７号公報に開示されている。特開２０２１－１０６２４７号公報の開示内容のすべてを参照によって本明細書に援用する。

本開示は、以下の項目に記載の発光装置、光学装置、発光モジュール、および発光装置の製造方法を含む。
［項目１］
レーザ光を出射する半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子から出射された前記レーザ光の進行方向を変化させる光学部材と、
前記半導体レーザ素子および前記光学部材を支持する支持体と、
を備え、
前記光学部材は、
第１反射面を有する第１ミラー部材と、
第２反射面を有する第２ミラー部材と、
を有し、
前記支持体は、
前記第１反射面が前記レーザ光を反射して前記レーザ光の前記進行方向を変化させるように前記第１ミラー部材を支持する第１支持面と、
前記第２反射面の少なくとも一部が前記第１反射面の少なくとも一部の上方または下方に位置するように前記第２ミラー部材を支持し、かつ、前記第２反射面が前記第１反射面で反射された前記レーザ光を反射して前記レーザ光の前記進行方向を変化させるように前記第２ミラー部材を支持する第２支持面と、
を有する、発光装置。
［項目２］
前記第２ミラー部材の下面の一部は、前記第２支持面に接合されており、
前記第２ミラー部材は、前記半導体レーザ素子から出射された前記レーザ光の光路の上方に位置する、項目１に記載の発光装置。
［項目３］
前記第２支持面と前記第２ミラー部材の下面の一部との間には、樹脂層が存在している、項目２に記載の発光装置。
［項目４］
前記第１ミラー部材の下面の一部は、前記第１支持面に接合されており、
前記第１ミラー部材は、前記第２反射面により反射された前記レーザ光の光路の上方に位置する、項目１に記載の発光装置。
［項目５］
前記第１支持面と前記第１ミラー部材の下面の一部との間には、樹脂層が存在している、項目４に記載の発光装置。
［項目６］
前記半導体レーザ素子は端面出射型であり、
前記半導体レーザ素子から出射された前記レーザ光の遅軸方向における前記第２反射面の寸法は、前記遅軸方向における前記第１反射面の寸法よりも大きい、項目１から３のいずれか１項に記載の発光装置。
［項目７］
前記支持体から見て前記光学部材が実装された面とは反対側に位置する平面を高さの基準平面として、前記第２支持面の高さは、前記第１支持面の高さよりも大きく、
前記第２支持面は、前記第２ミラー部材の一端または両端を支持する、項目１から３のいずれか１項に記載の発光装置。
［項目８］
前記支持体は、前記半導体レーザ素子から出射された前記レーザ光の光路の両側に位置する２つの壁部を有しており、
前記第２支持面は、前記壁部の上面の少なくとも一部である、項目１から３のいずれか１項に記載の発光装置。
［項目９］
前記第１および第２支持面は平面であり、互いに平行である、項目１から８のいずれか１項に記載の発光装置。
［項目１０］
前記第１反射面および前記第２反射面は互いに離れて位置しており、前記第１反射面と前記第２反射面との間には、気体が存在している、項目１から９のいずれか１項に記載の発光装置。
［項目１１］
前記光学部材は第３ミラー部材を有し、前記第３ミラー部材は第３反射面を有し、
前記支持体は、前記第３反射面が前記第２反射面で反射された前記レーザ光を反射して前記レーザ光の前記進行方向を変化させるように前記第３ミラー部材を支持する第３支持面を有する、項目１から１０のいずれか１項に記載の発光装置。
［項目１２］
前記光学部材は遅軸コリメートレンズを有し、
前記遅軸コリメートレンズは、前記第２ミラー部材と前記第３ミラー部材との間に位置し、かつ、前記レーザ光の光路上に位置する、項目１１に記載の発光装置。
［項目１３］
前記半導体レーザ素子と前記第１ミラー部材との間に位置し、かつ、前記レーザ光の光路上に位置する速軸コリメートレンズを備える、項目１から１２のいずれか１項に記載の発光装置。
［項目１４］
第１反射面を有する第１ミラー部材と、
第２反射面を有する第２ミラー部材と、
前記第１ミラー部材および前記第２ミラー部材を支持する支持体と、
を備え、
前記支持体は、
前記第１反射面が半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を反射して前記レーザ光の進行方向を変化させるように前記第１ミラー部材を支持する第１支持面と、
前記第２反射面の少なくとも一部が前記第１反射面の少なくとも一部の上方または下方に位置するように前記第２ミラー部材を支持し、かつ、前記第２反射面が前記第１反射面で反射された前記レーザ光を反射して前記レーザ光の前記進行方向を変化させるように前記第２ミラー部材を支持する第２支持面と、
を有する、光学装置。
［項目１５］
前記支持体から見て前記第１ミラー部材および前記第２ミラー部材が実装された面とは反対側に位置する平面を高さの基準平面として、前記第２支持面の高さは前記第１支持面の高さよりも大きく、
前記第２支持面は、前記第２ミラー部材の一端または両端を支持する、項目１４に記載の光学装置。
［項目１６］
第１方向に並ぶ複数の載置面を有する支持基体であって、前記第１方向に対して平行な基準平面からの前記複数の載置面の高さが前記第１方向に沿って段階的に減少する、支持基体と、
前記複数の載置面の各々に、対応する発光装置が配置された、複数の発光装置であって、各々が請求項１から１０のいずれか１項に記載の発光装置である、複数の発光装置と、
集光レンズと、
を備え、
前記複数の発光装置の各々に含まれる前記光学部材は第３ミラー部材を有し、前記第３ミラー部材は第３反射面を有し、
前記複数の発光装置の各々に含まれる前記支持体は、前記第３反射面が前記第２反射面で反射された前記レーザ光を反射して前記レーザ光の前記進行方向を変化させるように前記第３ミラー部材を支持する第３支持面を有し、
前記複数の発光装置の各々は、前記半導体レーザ素子から出射された前記レーザ光を前記第１反射面および前記第２反射面でこの順に反射して前記レーザ光の前記進行方向を前記第１方向に交差する第２方向に変化させ、前記第２反射面で反射された前記レーザ光を前記第３ミラー反射面で反射して前記レーザ光の前記進行方向を前記第１方向に変化させることにより、前記レーザ光を前記第１方向に出射し、
前記集光レンズは、前記複数の発光装置の各々から前記レーザ光が前記第１方向に出射されて得られる複数のレーザ光を結合する、発光モジュール。
［項目１７］
レーザ光を出射する半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子から出射された前記レーザ光の進行方向を変化させる光学部材であって、第１反射面を有する第１ミラー部材および第２反射面を有する第２ミラー部材を有する光学部材と、前記半導体レーザ素子および前記光学部材を支持する支持体であって、前記第１ミラー部材を支持する第１支持面および前記第２ミラー部材を支持する第２支持面を有する支持体とを用意する工程と、
前記半導体レーザ素子を前記支持体に配置する工程と、
前記第１反射面が前記レーザ光を反射して前記レーザ光の前記進行方向を変化させるように、前記第１ミラー部材を前記第１支持面に接合する工程と、
前記第２反射面が前記第１反射面で反射された前記レーザ光を反射して前記レーザ光の前記進行方向を変化させるように、前記第２ミラー部材を前記第２支持面に接合する工程と、
を含む、発光装置の製造方法。
［項目１８］
前記支持体から見て前記光学部材とは反対側に位置する平面を高さの基準平面として、前記第２支持面の高さは前記第１支持面の高さよりも大きく、
前記第２ミラー部材を前記第２支持面に接合する工程は、
前記第２ミラー部材の下面を前記第２支持面に硬化前の樹脂を介して接触させることと、
前記半導体レーザ素子に前記レーザ光を出射させた状態で、前記第２反射面が前記第１反射面で反射された前記レーザ光を反射して前記レーザ光の前記進行方向を変化させるように、前記第２ミラー部材の位置および向きを調整することと、
前記樹脂を硬化することと、
を含む、項目１７に記載の発光装置の製造方法。

本開示の発光装置は、特に複数のレーザ光を結合して高出力のレーザ光を実現するために用いられ得る。また、本開示の発光装置は、例えば、高出力のレーザ光源が必要とされる産業用分野、例えば各種材料の切断、穴あけ、局所的熱処理、表面処理、金属の溶接、３Ｄプリンティングに利用され得る。

１０、１０Ａ：レーザ光源 １０Ｌ：蓋体 １０ｂ：基部 １０ｂ１：底板 １０ｂ２：ステージ １０ｂ３：側壁 １０ｈ：リード保持部材 １０ｔ：透光窓 １１：サブマウント １１Ｌｓ：下面 １１ｕｓ：上面 １２：半導体レーザ素子 １２ｅ：出射面 １３：レンズ支持部材 １３ａ：柱状部分 １３ａｓ：柱状部分の端面 １３ｂ：連結部分 １４：速軸コリメートレンズ １５：リード端子 １５ｗ：ワイヤ ２０：光学部材 ２２ａ：第１ミラー部材 ２２ａｓ：第１反射面 ２２ｂ：第２ミラー部材 ２２ｂｓ：第２反射面 ２２ｃ：第３ミラー部材 ２２ｃｓ：第３反射面 ２４：遅軸コリメートレンズ ３０、３２：支持体 ３０ｕｓ、３２ｕｓ：上面 ３０Ｌｓ、３２Ｌｓ：下面 ３０ｃ、３２ｃ：凹部 ３０ｗ、３２ｗ：壁部 ３０ｎ１、３２ｎ１：第１切り欠き部 ３０ｎ２、３２ｎ２：第２切り欠き部 ３０ｐ１：第１凸部 ３０ｐ２：第２凸部 ３０ｓ１、３２ｓ１：第１支持面 ３０ｓ２、３２ｓ２：第２支持面 ３０ｓ３、３２ｓ３：第３支持面 ３０ｓ４、３２ｓ４：第４支持面 ３０ｓ５、３２ｓ５：第５支持面 ３４：無機接合部材 ３４Ｌ：無機接合層 ３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ：樹脂 ３６Ｌ１、３６Ｌ２、３６Ｌ３、３６Ｌ４：樹脂層 ４０、４２：支持基体 ４０ｓ１：第１載置面 ４０ｓ２：第２載置面 ５０：集光レンズ ５０ａ：速軸集光レンズ ５０ｂ：遅軸集光レンズ ６０：光ファイバ ６０ａ：光入射端 ６０ｂ：光出射端 ６２：支持部材 ７２：ミラー ７４：１／２波長板 ７６：偏光ビームスプリッタ １００、１００ａ、１００ｂ、１１０：発光装置 ２００、２１０：発光モジュール ２３０：光合波器 ２５０：光伝送ファイバ ３００：加工ヘッド ４００：対象物 １０００：ＤＤＬ装置 Ｌ、Ｌａ、Ｌｂ：レーザ光 Ｒｅｆ：基準平面

Claims (18)

1. レーザ光を出射する半導体レーザ素子と、
   前記半導体レーザ素子から出射された前記レーザ光の進行方向を変化させる光学部材と、
   前記半導体レーザ素子および前記光学部材を支持する支持体と、
   を備え、
   前記光学部材は、
   第１反射面を有する第１ミラー部材と、
   第２反射面を有する第２ミラー部材と、
   を有し、
   前記支持体は、
   前記第１反射面が前記レーザ光を反射して前記レーザ光の前記進行方向を変化させるように前記第１ミラー部材を支持する第１支持面と、
   前記第２反射面の少なくとも一部が前記第１反射面の少なくとも一部の上方または下方に位置するように前記第２ミラー部材を支持し、かつ、前記第２反射面が前記第１反射面で反射された前記レーザ光を反射して前記レーザ光の前記進行方向を変化させるように前記第２ミラー部材を支持する第２支持面と、
   を有する、発光装置。
2. 前記第２ミラー部材の下面の一部は、前記第２支持面に接合されており、
   前記第２ミラー部材は、前記半導体レーザ素子から出射された前記レーザ光の光路の上方に位置する、請求項１に記載の発光装置。
3. 前記第２支持面と前記第２ミラー部材の下面の一部との間には、樹脂層が存在している、請求項２に記載の発光装置。
4. 前記第１ミラー部材の下面の一部は、前記第１支持面に接合されており、
   前記第１ミラー部材は、前記第２反射面により反射された前記レーザ光の光路の上方に位置する、請求項１に記載の発光装置。
5. 前記第１支持面と前記第１ミラー部材の下面の一部との間には、樹脂層が存在している、請求項４に記載の発光装置。
6. 前記半導体レーザ素子は端面出射型であり、
   前記半導体レーザ素子から出射された前記レーザ光の遅軸方向における前記第２反射面の寸法は、前記遅軸方向における前記第１反射面の寸法よりも大きい、請求項１から３のいずれか１項に記載の発光装置。
7. 前記支持体から見て前記光学部材が実装された面とは反対側に位置する平面を高さの基準平面として、前記第２支持面の高さは、前記第１支持面の高さよりも大きく、
   前記第２支持面は、前記第２ミラー部材の一端または両端を支持する、請求項１から３のいずれか１項に記載の発光装置。
8. 前記支持体は、前記半導体レーザ素子から出射された前記レーザ光の光路の両側に位置する２つの壁部を有しており、
   前記第２支持面は、前記壁部の上面の少なくとも一部である、請求項１から３のいずれか１項に記載の発光装置。
9. 前記第１および第２支持面は平面であり、互いに平行である、請求項１から５のいずれか１項に記載の発光装置。
10. 前記第１反射面および前記第２反射面は互いに離れて位置しており、前記第１反射面と前記第２反射面との間には、気体が存在している、請求項１から５のいずれか１項に記載の発光装置。
11. 前記光学部材は第３ミラー部材を有し、前記第３ミラー部材は第３反射面を有し、
    前記支持体は、前記第３反射面が前記第２反射面で反射された前記レーザ光を反射して前記レーザ光の前記進行方向を変化させるように前記第３ミラー部材を支持する第３支持面を有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の発光装置。
12. 前記光学部材は遅軸コリメートレンズを有し、
    前記遅軸コリメートレンズは、前記第２ミラー部材と前記第３ミラー部材との間に位置し、かつ、前記レーザ光の光路上に位置する、請求項１１に記載の発光装置。
13. 前記半導体レーザ素子と前記第１ミラー部材との間に位置し、かつ、前記レーザ光の光路上に位置する速軸コリメートレンズを備える、請求項１から５のいずれか１項に記載の発光装置。
14. 第１反射面を有する第１ミラー部材と、
    第２反射面を有する第２ミラー部材と、
    前記第１ミラー部材および前記第２ミラー部材を支持する支持体と、
    を備え、
    前記支持体は、
    前記第１反射面が半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を反射して前記レーザ光の進行方向を変化させるように前記第１ミラー部材を支持する第１支持面と、
    前記第２反射面の少なくとも一部が前記第１反射面の少なくとも一部の上方または下方に位置するように前記第２ミラー部材を支持し、かつ、前記第２反射面が前記第１反射面で反射された前記レーザ光を反射して前記レーザ光の前記進行方向を変化させるように前記第２ミラー部材を支持する第２支持面と、
    を有する、光学装置。
15. 前記支持体から見て前記第１ミラー部材および前記第２ミラー部材が実装された面とは反対側に位置する平面を高さの基準平面として、前記第２支持面の高さは前記第１支持面の高さよりも大きく、
    前記第２支持面は、前記第２ミラー部材の一端または両端を支持する、請求項１４に記載の光学装置。
16. 第１方向に並ぶ複数の載置面を有する支持基体であって、前記第１方向に対して平行な基準平面からの前記複数の載置面の高さが前記第１方向に沿って段階的に減少する、支持基体と、
    前記複数の載置面の各々に、対応する発光装置が配置された、複数の発光装置であって、各々が請求項１から５のいずれか１項に記載の発光装置である、複数の発光装置と、
    集光レンズと、
    を備え、
    前記複数の発光装置の各々に含まれる前記光学部材は第３ミラー部材を有し、前記第３ミラー部材は第３反射面を有し、
    前記複数の発光装置の各々に含まれる前記支持体は、前記第３反射面が前記第２反射面で反射された前記レーザ光を反射して前記レーザ光の前記進行方向を変化させるように前記第３ミラー部材を支持する第３支持面を有し、
    前記複数の発光装置の各々は、前記半導体レーザ素子から出射された前記レーザ光を前記第１反射面および前記第２反射面でこの順に反射して前記レーザ光の前記進行方向を前記第１方向に交差する第２方向に変化させ、前記第２反射面で反射された前記レーザ光を前記第３反射面で反射して前記レーザ光の前記進行方向を前記第１方向に変化させることにより、前記レーザ光を前記第１方向に出射し、
    前記集光レンズは、前記複数の発光装置の各々から前記レーザ光が前記第１方向に出射されて得られる複数のレーザ光を結合する、発光モジュール。
17. レーザ光を出射する半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子から出射された前記レーザ光の進行方向を変化させる光学部材であって、第１反射面を有する第１ミラー部材および第２反射面を有する第２ミラー部材を有する光学部材と、前記半導体レーザ素子および前記光学部材を支持する支持体であって、前記第１ミラー部材を支持する第１支持面および前記第２ミラー部材を支持する第２支持面を有する支持体とを用意する工程と、
    前記半導体レーザ素子を前記支持体に配置する工程と、
    前記第１反射面が前記レーザ光を反射して前記レーザ光の前記進行方向を変化させるように、前記第１ミラー部材を前記第１支持面に接合する工程と、
    前記第２反射面が前記第１反射面で反射された前記レーザ光を反射して前記レーザ光の前記進行方向を変化させるように、前記第２ミラー部材を前記第２支持面に接合する工程と、
    を含む、発光装置の製造方法。
18. 前記支持体から見て前記光学部材とは反対側に位置する平面を高さの基準平面として、前記第２支持面の高さは前記第１支持面の高さよりも大きく、
    前記第２ミラー部材を前記第２支持面に接合する工程は、
    前記第２ミラー部材の下面を前記第２支持面に硬化前の樹脂を介して接触させることと、
    前記半導体レーザ素子に前記レーザ光を出射させた状態で、前記第２反射面が前記第１反射面で反射された前記レーザ光を反射して前記レーザ光の前記進行方向を変化させるように、前記第２ミラー部材の位置および向きを調整することと、
    前記樹脂を硬化することと、
    を含む、請求項１７に記載の発光装置の製造方法。