JP4128037B2

JP4128037B2 - Semiconductor laser device

Info

Publication number: JP4128037B2
Application number: JP2002198430A
Authority: JP
Inventors: 正幸籾内; 義明後藤
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2002-07-08
Filing date: 2002-07-08
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2022-07-08
Also published as: JP2004040021A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体レーザ装置、特に半導体レーザ素子のマウント構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、半導体レーザ装置に使用される発光素子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。又、半導体レーザ素子自体は微小なものであり、高出力のレーザ光線を射出することから発熱量も大きい。半導体レーザ素子は温度が高くなると出力が低下し、寿命も短くなる為、各半導体レーザ素子を適切に冷却することも要求されている。
【０００３】
図１０に於いて、従来の半導体レーザ装置１について説明する。
【０００４】
半導体レーザ素子２は通常、放熱板（以下ヒートシンク）３にハンダ、ペースト等により固着される。前記半導体レーザ素子２は上下両面が電極となっており、前記ヒートシンク３は前記半導体レーザ素子２の放熱器として機能すると共に電極として使用され、他方の電極としては前記半導体レーザ素子２の上面にワイヤ（図示せず）がボンディングされる。
【０００５】
前記ヒートシンク３、ワイヤを介して前記半導体レーザ素子２に電力が供給され、該半導体レーザ素子２が発光される。該半導体レーザ素子２の発光と共に該半導体レーザ素子２は発熱し、発熱は前記ヒートシンク３を介して放熱される。
【０００６】
上記した様に、近年益々高出力のレーザ光線が要求されており、１つの半導体レーザ素子２では出力に限界がある為、出力の増大に対して前記半導体レーザ素子２を複数用いることで高出力化の要求に対応している。
【０００７】
図１１は複数の半導体レーザ素子２を具備する半導体レーザ装置４の概略を示している。
【０００８】
図１１中では３個の半導体レーザ素子２が横に並べられてヒートシンク３に固着された半導体レーザ装置４を示している。
【０００９】
該半導体レーザ装置４では前記ヒートシンク３が共通の電極となり、個々の半導体レーザ素子２にはそれぞれ電極としてのワイヤ（図示せず）がボンディングされている。複数の前記半導体レーザ素子２にヒートシンク３、ワイヤを介して個々に電力が供給され、前記個々の半導体レーザ素子２からレーザ光線が発せられる。輝度の高い高出力のレーザ光線とするには、前記個々の半導体レーザ素子２から発せられるレーザ光線をまとめる必要があり、従来では複数のレーザ光線をまとめる為の光学系が設けられている。斯かる光学系の一例としては、前記各半導体レーザ素子２から発せられるレーザ光線をそれぞれ光ファイバにより導き、更に光ファイバを束ねる等し、一本のレーザ光線として出力するものがあった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来の半導体レーザ装置では、複数の半導体レーザ素子２が横に並べられて設けられる為高出力化に対応して半導体レーザ素子２の数が増えると半導体レーザ素子２の両端間の幅が大きくなり、又各半導体レーザ素子２から発せられるレーザ光線の間隔も大きくなる。これらレーザ光線を束ねる有効な手段として光ファイバがあり、各半導体レーザ素子２から発せられるレーザ光線をそれぞれ光ファイバに入射させ、光ファイバを束ねるものである。光ファイバでレーザ光線を束ねる場合、光ファイバの取回しの為の占有空間が大きくなり、又束ねた光ファイバの径が大きくなる。この為、複数の半導体レーザ素子２を具備する半導体レーザ装置では設置上の制約が大きくなると共に束ねた光ファイバの径が大きくなり、束ねられたレーザ光線の光束断面も大きくなるという不具合があった。
【００１１】
又、複数の半導体レーザ素子と光ファイバとの光軸合わせの調整に細かい作業が必要となる問題もあった。
【００１２】
更に、上記した様に、従来の半導体レーザ装置では複数の半導体レーザ素子２から発せられるレーザ光線を細く束ねる為に複雑な光学系が必要であり、又複雑な光学系と半導体レーザ素子２が平面的に配設されることで、半導体レーザ装置の小型化が難しいという問題があり、又光学系に光ファイバを用いた場合、レーザ光線が光ファイバを通過する際に本来レーザ光線が持っている偏向方向が崩れてしまうという問題があった。
【００１３】
本発明は斯かる実情に鑑み、複数の半導体レーザ素子からの集光及び調整も容易にし、而も半導体レーザ装置の小型化が図れる半導体レーザ装置を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の段差面が形成されたヒートシンクと、前記段差面毎に設けられた複数の半導体レーザ素子と該半導体レーザ素子の個々に対峙させて複数の第１のロッドレンズを設け、該第１のロッドレンズを透過したレーザ光線を前記第１のロッドレンズとは直交する方向に集光する第２のロッドレンズを設けた半導体レーザ装置に係り、又前記第２のロッドレンズが前記第１のロッドレンズと同数設けられ、前記第１のロッドレンズ個々に対応させて設けられた半導体レーザ装置に係り、又前記複数の半導体レーザ素子からの複数のレーザ光線を個別に反射し、反射された複数のレーザ光線は同一面内にある様に反射する複数の反射面を有する反射部材を具備する半導体レーザ装置に係り、又前記第２のロッドレンズは前記反射部材の反射光軸上に設けられた半導体レーザ装置に係り、又前記段差面を横切り前記ヒートシンクに設けられた上ヒートシンクと、前記半導体レーザ素子の上面に設けられ前記上ヒートシンクを貫通する端子棒を設け、該端子棒は前記半導体レーザ素子の電極と前記上ヒートシンクへの熱伝達部材を兼ねる半導体レーザ装置に係り、又前記反射部材は結晶材料であり、反射面は研磨面又はへき界面である半導体レーザ装置に係り、又前記反射面には誘電体薄膜が形成されている半導体レーザ装置に係り、又前記反射面には特定の波長帯のみを反射する反射膜を備える半導体レーザ装置に係り、更に又前記複数の半導体レーザ素子は、それぞれ異なる波長を発し、前記第１のロッドレンズと第２のロッドレンズにより同一方向に平行光束とされる半導体レーザ装置に係るものである。
【００１５】
【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。
【００１６】
先ず、図１〜図５は本発明の第１の実施の形態を示している。
【００１７】
本実施の形態では複数（図示では３個）の半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃが用いられる場合について説明する。
【００１８】
図５に示される様にヒートシンク６に段差面５ａ，５ｂ，５ｃが階段状に凹設され、前記ヒートシンク６の各段差面５ａ，５ｂ，５ｃに前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃが固着されている。該半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃの前端面（発光面）は同一面（図示では前記ヒートシンク６の前端面）に位置している。
【００１９】
前記ヒートシンク６の前記段差面５ａ，５ｂ，５ｃの両側方に上面から前端面に掛渡って倒立Ｌ字形状のレンズ保持具７，７が固着されている。コリメートレンズである第１ロッドレンズ８ａ，８ｂ，８ｃを前記レンズ保持具７，７に掛渡して設ける。前記第１ロッドレンズ８ａ，８ｂ，８ｃはそれぞれ前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃと対向しており、又前記第１ロッドレンズ８ａ，８ｂ，８ｃは互いに平行であると共に前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃの光軸に対して直交している。
【００２０】
前記ヒートシンク６の前端面に上面と平行にレンズ保持台９が突設され、該レンズ保持台９にコリメートレンズである３本の第２ロッドレンズ１１ａ，１１ｂ，１１ｃが立設されている。該第２ロッドレンズ１１ａ，１１ｂ，１１ｃは互いに平行であると共に前記第１ロッドレンズ８ａ，８ｂ，８ｃとそれぞれ直交している。
【００２１】
前記ヒートシンク６と対向する位置にミラー保持台１２が配設され、該ミラー保持台１２の上面に反射部材１３が固着される。該反射部材１３は前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃと対応する様に、３段の反射面１３ａ，１３ｂ，１３ｃを有し、各反射面１３ａ，１３ｂ，１３ｃは前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃの光軸に対して所要の角度（図示では４５°の角度）で傾斜し、相互に平行となっている。
【００２２】
前記反射部材１３としては光学部材又はシリコンウェーハ等の結晶材料が用いられ、前記反射面１３ａ，１３ｂ，１３ｃは研磨面又はへき界面が使われる。該反射面１３ａ，１３ｂ，１３ｃには高反射率を得る為誘電体薄膜を形成しても良い。
【００２３】
尚、前記ヒートシンク６の裏面には図示しない電子冷凍素子（ＴＥＣ）が取付けられている。
【００２４】
前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃは発光エミッタが扁平であることから、射出されるレーザ光線の光束断面は楕円形状となり、又楕円形状は縦方向が短径で、横方向が長径となり、広がり角については縦方向が大きく、横方向が小さい。図示では前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃから発せられるレーザ光線の光束断面は横方向が長径の断面となっているので、前記第１ロッドレンズ８ａ，８ｂ，８ｃが前記第２ロッドレンズ１１ａ，１１ｂ，１１ｃより屈折力が大きくなっている。
【００２５】
前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃが駆動され、レーザ光線１４ａ，１４ｂ，１４ｃが発せられる。該レーザ光線１４ａ，１４ｂ，１４ｃは先ず前記第１ロッドレンズ８ａ，８ｂ，８ｃにより短軸方向について平行光束とされ、次に前記第２ロッドレンズ１１ａ，１１ｂ，１１ｃにより長軸方向が平行光束とされる。
【００２６】
該第２ロッドレンズ１１ａ，１１ｂ，１１ｃを透過した前記レーザ光線１４ａ，１４ｂ，１４ｃは前記反射部材１３の各反射面１３ａ，１３ｂ，１３ｃにより直角方向に反射され、反射されたレーザ光線１４ａ，１４ｂ，１４ｃは同一面内にあり、本実施の形態では縦一列となる。
【００２７】
而して、反射されたレーザ光線１４ａ，１４ｂ，１４ｃは縦一列となり、前記段差面５ａ，５ｂ，５ｃの段差量を前記第２ロッドレンズ１１ａ，１１ｂ，１１ｃを通過したレーザ光線１４ａ，１４ｂ，１４ｃの光束の短軸径と略等しくすれば、該レーザ光線１４ａ，１４ｂ，１４ｃ全体の光束の径は小さくなり、更に集光させる場合の光学系、或は所要位置にレーザ光線を導く場合の光学系は小型のものでよくなる。
【００２８】
図６は第２の実施の形態を示すものである。
【００２９】
本第２の実施の形態では、１本の第２ロッドレンズ１１をミラー保持台１２に設け、レーザ光線１４ａ，１４ｂ，１４ｃの光束断面の長軸方向については前記第２ロッドレンズ１１により１本の平行光束としたものである。
【００３０】
第１ロッドレンズ８ａ，８ｂ，８ｃを介在させ、且つ前記ミラー保持台１２をヒートシンク６に接近して設け、前記ミラー保持台１２の上面には前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃと対向する反射面１３ａ，１３ｂ，１３ｃを具備する反射部材１３が設けられている。該反射部材１３の反射光軸上に配置した前記第２ロッドレンズ１１を前記ミラー保持台１２に固着する。前記第２ロッドレンズ１１の光軸は前記レーザ光線１４ａ，１４ｂ，１４ｃの光軸とそれぞれ直交する。
【００３１】
前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃより発せられたレーザ光線１４ａ，１４ｂ，１４ｃの光束は前記第１ロッドレンズ８ａ，８ｂ，８ｃにより短軸方向が平行光束とされ、前記反射面１３ａ，１３ｂ，１３ｃで反射された後、前記第２ロッドレンズ１１により長軸方向が平行光束とされる。
【００３２】
本第２の実施の形態では全体形状が小さくなると共に前記第２ロッドレンズ１１が１本でよくなり、構成も簡単になる。
【００３３】
図７に示す第３の実施の形態では、半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃの冷却効果を高めたものである。
【００３４】
ヒートシンク６の上面に熱伝導率の高く且つ電気絶縁材料のシート、或は膜である絶縁材１５を介して上ヒートシンク１６を設ける。該上ヒートシンク１６は前記段差面５ａ，５ｂ，５ｃを横切る様に配置され、前記ヒートシンク６に対する熱的連続性が確保されている。前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃの上面に高熱伝導性で且つ電導性を有する端子棒１７ａ，１７ｂ，１７ｃを立設し、該端子棒１７ａ，１７ｂ，１７ｃの上端部は前記上ヒートシンク１６を貫通して突出している。前記端子棒１７ａ，１７ｂ，１７ｃの上端部と前記上ヒートシンク１６とはハンダ付け等の手段により電導性、熱伝導性が保証された手段で前記上ヒートシンク１６に固着される。
【００３５】
而して、前記端子棒１７ａ，１７ｂ，１７ｃは前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃの電力供給端子となると共に前記上ヒートシンク１６への熱伝達部材となる。
【００３６】
該上ヒートシンク１６は前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃの共通した電極となり、前記ヒートシンク６と上ヒートシンク１６間に電力を供給することで前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃを発光させることができる。又、前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃの下面からの熱は、直接前記ヒートシンク６へ伝達され、前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃの上面からの熱は前記端子棒１７ａ，１７ｂ，１７ｃ、上ヒートシンク１６及び絶縁材１５を介して前記ヒートシンク６に伝達され、前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃは上下両面から冷却される。
【００３７】
図８に示す第４の実施の形態では、前記上ヒートシンク１６の代りに熱伝導率の高く且つ電気絶縁材料である上ヒートシンク１８を固着し、該上ヒートシンク１８の上面に熱伝導率の高く且つ導電材料である接点板１９を固着したものである。該接点板１９と前記端子棒１７ａ，１７ｂ，１７ｃとをハンダ付け等の手段により電導性、熱伝導性が保証された手段で固着する。
【００３８】
前記ヒートシンク６と前記接点板１９とが前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃの電力供給端子となり、前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃの下面からの発熱は直接前記ヒートシンク６に伝達され、前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃの上面からの熱は、前記端子棒１７ａ，１７ｂ，１７ｃを介して前記上ヒートシンク１８に伝達され、又前記端子棒１７ａ，１７ｂ，１７ｃを介して前記接点板１９に伝達され、更に該接点板１９、上ヒートシンク１８を介して前記ヒートシンク６に伝達され、前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃは上下両面から冷却される。
【００３９】
尚、上記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃは同一波長のレーザ光線を発するものを用いてもよく、或はそれぞれ赤色、緑色、青色の各色を発するものを用いてもよい。
【００４０】
更に、半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃの波長が異なる場合は、図９に示す様な反射部材２１を更に用いることで、レーザ光線１４ａ，１４ｂ，１４ｃを同一光軸上に束ねることができる。
【００４１】
前記反射部材２１は前記レーザ光線１４ａ，１４ｂ，１４ｃに対応する反射面２１ａ，２１ｂ，２１ｃをそれぞれ具備し、前記反射面２１ａはレーザ光線１４ａの波長帯の光線のみを反射し、前記反射面２１ｂはレーザ光線１４ｂの波長帯の光線のみを反射し、前記反射面２１ｃはレーザ光線１４ｃの波長帯の光線、或は全ての波長帯の光線を反射する様に、各反射面２１ａ，２１ｂ，２１ｃの反射特性が設定されている。
【００４２】
前記反射面２１ｃで反射されたレーザ光線１４ｃは前記反射面２１ａ，２１ｂを透過し、前記反射面２１ｂで反射されたレーザ光線１４ｂは前記反射面２１ａを透過し、それぞれ前記反射面２１ａで反射されたレーザ光線１４ａと重合する。
【００４３】
而して、前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃを同一光軸とするレーザ光線に束ねることができると共に前記半導体レーザ素子２ａ，２ｂ，２ｃを光源とした白色光が得られる。
【００４４】
尚、上記段差面は２又は４以上とし、半導体レーザ素子も２又は４以上設けてもよい。又、前記ヒートシンク６とミラー保持台１２は一体ものであってもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、複数の段差面が形成されたヒートシンクと、前記段差面毎に設けられた複数の半導体レーザ素子と該半導体レーザ素子の個々に対峙させて複数の第１のロッドレンズを設け、該第１のロッドレンズを透過したレーザ光線を前記第１のロッドレンズとは直交する方向に集光する第２のロッドレンズを設けたので、レーザ光線を平行光束とする光学系が簡略化でき、複数の半導体レーザ素子からの集光を容易にし、而も半導体レーザ装置の小型化が図れる。
【００４６】
又、前記複数の半導体レーザ素子からの複数のレーザ光線を個別に反射し、反射された複数のレーザ光線は同一面内にある様に反射する複数の反射面を有する反射部材を具備するので、複数の半導体レーザ素子からの複数のレーザ光線を簡潔な構造で束ねることができる。
【００４７】
又、前記段差面を横切り前記ヒートシンクに設けられた上ヒートシンクと、前記半導体レーザ素子の上面に設けられ前記上ヒートシンクを貫通する端子棒を設け、該端子棒は前記半導体レーザ素子の電極と前記上ヒートシンクへの熱伝達部材を兼ねたので、複数の半導体レーザ素子を個々に効率よく冷却することができ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平面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態を示す右側面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態を示す正面図である。
【図４】図１のＡ−Ａ矢視図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に於けるヒートシンクを示す斜視図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態を示す平面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態を示し、半導体レーザ素子とヒートシンクとの関係を示す正面図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態を示し、半導体レーザ素子とヒートシンクとの関係を示す正面図である。
【図９】本発明の応用例を示し、図３と同方向から見た図である。
【図１０】従来例を示す概略斜視図である。
【図１１】他の従来例を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
１半導体レーザ装置
２半導体レーザ素子
５段差面
６ヒートシンク
８第１ロッドレンズ
９レンズ保持台
１１第２ロッドレンズ
１３反射部材
１４レーザ光線
１６上ヒートシンク
１７端子棒
２１反射部材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor laser device, and more particularly to a mount structure of a semiconductor laser element.
[0002]
[Prior art]
Currently, a semiconductor laser element (semiconductor laser diode (LD)) as a light emitting element used in a semiconductor laser device is widely used as one that emits a low-power and high-power laser beam. Furthermore, in recent years, there has been an increasing demand for higher-power laser beams, and in order to meet such demands, a plurality of semiconductor laser elements are used to bundle the laser beams emitted from each semiconductor laser element, thereby responding to higher laser beam output. ing. Further, the semiconductor laser element itself is minute, and generates a large amount of heat because it emits a high-power laser beam. As the temperature of the semiconductor laser element increases, the output decreases and the lifetime becomes shorter. Therefore, it is also required to cool each semiconductor laser element appropriately.
[0003]
A conventional semiconductor laser device 1 will be described with reference to FIG.
[0004]
The semiconductor laser element 2 is usually fixed to a heat radiating plate (hereinafter referred to as a heat sink) 3 with solder, paste or the like. The upper and lower surfaces of the semiconductor laser element 2 are electrodes. The heat sink 3 functions as a radiator of the semiconductor laser element 2 and is used as an electrode. The other electrode is a wire on the upper surface of the semiconductor laser element 2. (Not shown) is bonded.
[0005]
Electric power is supplied to the semiconductor laser element 2 through the heat sink 3 and wires, and the semiconductor laser element 2 emits light. The semiconductor laser element 2 generates heat as the semiconductor laser element 2 emits light, and the generated heat is dissipated through the heat sink 3.
[0006]
As described above, in recent years, a laser beam with higher output has been demanded, and the output of one semiconductor laser element 2 is limited. Therefore, by using a plurality of semiconductor laser elements 2 to increase the output, high output can be achieved. It responds to the request of the
[0007]
FIG. 11 schematically shows a semiconductor laser device 4 having a plurality of semiconductor laser elements 2.
[0008]
FIG. 11 shows a semiconductor laser device 4 in which three semiconductor laser elements 2 are arranged side by side and fixed to a heat sink 3.
[0009]
In the semiconductor laser device 4, the heat sink 3 serves as a common electrode, and wires (not shown) as electrodes are bonded to the individual semiconductor laser elements 2. Electric power is individually supplied to the plurality of semiconductor laser elements 2 through heat sinks 3 and wires, and laser beams are emitted from the individual semiconductor laser elements 2. In order to obtain a high-power laser beam with high brightness, it is necessary to combine the laser beams emitted from the individual semiconductor laser elements 2, and conventionally, an optical system for combining a plurality of laser beams is provided. As an example of such an optical system, there is an optical system in which laser beams emitted from the respective semiconductor laser elements 2 are guided by optical fibers and further bundled, and output as a single laser beam.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional semiconductor laser device, since a plurality of semiconductor laser elements 2 are provided side by side, the width between both ends of the semiconductor laser element 2 increases as the number of semiconductor laser elements 2 increases in response to higher output. In addition, the interval between the laser beams emitted from the respective semiconductor laser elements 2 is increased. There is an optical fiber as an effective means for bundling these laser beams, and the laser beams emitted from the respective semiconductor laser elements 2 are respectively incident on the optical fibers to bundle the optical fibers. When a laser beam is bundled with an optical fiber, an occupied space for handling the optical fiber becomes large, and the diameter of the bundled optical fiber becomes large. For this reason, in the semiconductor laser device having a plurality of semiconductor laser elements 2, there is a problem that the installation restrictions are increased, the diameter of the bundled optical fiber is increased, and the beam cross section of the bundled laser beam is also increased. .
[0011]
There is also a problem that fine work is required for adjusting the optical axis alignment of the plurality of semiconductor laser elements and the optical fiber.
[0012]
Further, as described above, in the conventional semiconductor laser device, a complicated optical system is necessary to bundle the laser beams emitted from the plurality of semiconductor laser elements 2, and the complicated optical system and the semiconductor laser element 2 are planar. Therefore, there is a problem that it is difficult to downsize the semiconductor laser device, and when an optical fiber is used in the optical system, the laser beam originally has when passing through the optical fiber. There was a problem that the deflection direction collapsed.
[0013]
In view of such circumstances, the present invention provides a semiconductor laser device that facilitates condensing and adjusting light from a plurality of semiconductor laser elements, and can reduce the size of the semiconductor laser device.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a heat sink having a plurality of step surfaces, a plurality of semiconductor laser elements provided for each of the step surfaces, and a plurality of first rod lenses facing each of the semiconductor laser elements, The present invention relates to a semiconductor laser device provided with a second rod lens that condenses a laser beam transmitted through a first rod lens in a direction orthogonal to the first rod lens, and the second rod lens includes the first rod lens. The number of the first rod lenses is the same as that of the first rod lens, and the plurality of laser beams from the plurality of semiconductor laser elements are individually reflected and reflected. In addition, the present invention relates to a semiconductor laser device having a reflecting member having a plurality of reflecting surfaces that reflect the plurality of laser beams so that they are in the same plane, and the second rod lens is opposite to the reflecting member. The present invention relates to a semiconductor laser device provided on an optical axis, and an upper heat sink provided on the heat sink across the step surface, and a terminal rod provided on the upper surface of the semiconductor laser element and penetrating the upper heat sink, The terminal rod relates to a semiconductor laser device that also serves as an electrode of the semiconductor laser element and a heat transfer member to the upper heat sink, and the reflective member is made of a crystal material, and the reflective surface is a polished surface or a pebble interface. In addition, the present invention relates to a semiconductor laser device in which a dielectric thin film is formed on the reflection surface, and relates to a semiconductor laser device having a reflection film that reflects only a specific wavelength band on the reflection surface. Each of the semiconductor laser elements emits a different wavelength, and is a parallel light beam in the same direction by the first rod lens and the second rod lens. It relates to over laser device.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0016]
1 to 5 show a first embodiment of the present invention.
[0017]
In the present embodiment, a case where a plurality (three in the drawing) of semiconductor laser elements 2a, 2b, and 2c are used will be described.
[0018]
As shown in FIG. 5, step surfaces 5a, 5b, 5c are steppedly recessed in the heat sink 6, and the semiconductor laser elements 2a, 2b, 2c are fixed to the step surfaces 5a, 5b, 5c of the heat sink 6. ing. The front end surfaces (light emitting surfaces) of the semiconductor laser elements 2a, 2b, 2c are located on the same surface (the front end surface of the heat sink 6 in the drawing).
[0019]
Inverted L-shaped lens holders 7 and 7 are fixed to both sides of the stepped surfaces 5a, 5b and 5c of the heat sink 6 from the upper surface to the front end surface. The first rod lenses 8a, 8b, 8c, which are collimating lenses, are provided so as to span the lens holders 7, 7. The first rod lenses 8a, 8b, 8c face the semiconductor laser elements 2a, 2b, 2c, respectively, and the first rod lenses 8a, 8b, 8c are parallel to each other and the semiconductor laser elements 2a, 2c, It is orthogonal to the optical axes 2b and 2c.
[0020]
A lens holding base 9 projects from the front end face of the heat sink 6 in parallel with the upper surface, and three second rod lenses 11a, 11b, 11c, which are collimating lenses, are erected on the lens holding base 9. The second rod lenses 11a, 11b, and 11c are parallel to each other and orthogonal to the first rod lenses 8a, 8b, and 8c.
[0021]
A mirror holding table 12 is disposed at a position facing the heat sink 6, and a reflecting member 13 is fixed to the upper surface of the mirror holding table 12. The reflecting member 13 has three stages of reflecting surfaces 13a, 13b, 13c so as to correspond to the semiconductor laser elements 2a, 2b, 2c, and the reflecting surfaces 13a, 13b, 13c are the semiconductor laser elements 2a, 2b. , 2c are inclined at a required angle (45 ° in the figure) and are parallel to each other.
[0022]
As the reflecting member 13, a crystal material such as an optical member or a silicon wafer is used, and the reflecting surfaces 13a, 13b, and 13c are polished surfaces or an interface. A dielectric thin film may be formed on the reflecting surfaces 13a, 13b and 13c in order to obtain a high reflectance.
[0023]
An electronic refrigeration element (TEC) (not shown) is attached to the back surface of the heat sink 6.
[0024]
Since the semiconductor laser elements 2a, 2b, and 2c have flat emission emitters, the light beam cross section of the emitted laser beam has an elliptical shape, and the elliptical shape has a short axis in the vertical direction and a long diameter in the horizontal direction. As for corners, the vertical direction is large and the horizontal direction is small. In the drawing, since the cross section of the laser beam emitted from the semiconductor laser elements 2a, 2b, 2c is a cross section having a major axis in the lateral direction, the first rod lenses 8a, 8b, 8c are connected to the second rod lenses 11a, The refractive power is larger than 11b and 11c.
[0025]
The semiconductor laser elements 2a, 2b, and 2c are driven to emit laser beams 14a, 14b, and 14c. The laser beams 14a, 14b, and 14c are first converted into a parallel beam in the short axis direction by the first rod lenses 8a, 8b, and 8c, and then the long axis direction is converted into a parallel beam in the second rod lenses 11a, 11b, and 11c. Is done.
[0026]
The laser beams 14a, 14b, and 14c transmitted through the second rod lenses 11a, 11b, and 11c are reflected by the reflecting surfaces 13a, 13b, and 13c of the reflecting member 13 in a right angle direction and reflected. , 14c are in the same plane, and are in a vertical line in this embodiment.
[0027]
Thus, the reflected laser beams 14a, 14b, and 14c are arranged in a vertical line, and the laser beams 14a, 14b, If the minor axis diameter of the light beam 14c is made approximately equal to the diameter of the laser beam 14a, 14b, 14c, the diameter of the light beam as a whole will be reduced. The optical system can be small.
[0028]
FIG. 6 shows a second embodiment.
[0029]
In the second embodiment, one second rod lens 11 is provided on the mirror holding base 12, and one long rod direction of the beam cross sections of the laser beams 14 a, 14 b, 14 c is provided by the second rod lens 11. This is a parallel light flux.
[0030]
The first rod lenses 8a, 8b and 8c are interposed, and the mirror holding base 12 is provided close to the heat sink 6, and the upper surface of the mirror holding base 12 is a reflection facing the semiconductor laser elements 2a, 2b and 2c. A reflecting member 13 having surfaces 13a, 13b, and 13c is provided. The second rod lens 11 disposed on the reflection optical axis of the reflecting member 13 is fixed to the mirror holding base 12. The optical axis of the second rod lens 11 is orthogonal to the optical axes of the laser beams 14a, 14b, and 14c.
[0031]
The light beams of the laser beams 14a, 14b, 14c emitted from the semiconductor laser elements 2a, 2b, 2c are collimated in the short axis direction by the first rod lenses 8a, 8b, 8c, and the reflecting surfaces 13a, 13b, After being reflected by 13c, the second rod lens 11 makes the long axis direction a parallel light beam.
[0032]
In the second embodiment, the overall shape is reduced, and only one second rod lens 11 is required, and the configuration is simplified.
[0033]
In the third embodiment shown in FIG. 7, the cooling effect of the semiconductor laser elements 2a, 2b, 2c is enhanced.
[0034]
An upper heat sink 16 is provided on the upper surface of the heat sink 6 through an insulating material 15 having a high thermal conductivity and a sheet of electrically insulating material or a film. The upper heat sink 16 is disposed so as to cross the step surfaces 5a, 5b, 5c, and thermal continuity with respect to the heat sink 6 is ensured. Highly conductive and conductive terminal rods 17a, 17b, 17c are erected on the upper surfaces of the semiconductor laser elements 2a, 2b, 2c, and the upper heat sink 16 is connected to the upper ends of the terminal rods 17a, 17b, 17c. It protrudes through. The upper ends of the terminal rods 17a, 17b, and 17c and the upper heat sink 16 are fixed to the upper heat sink 16 by means such as soldering that guarantees electrical conductivity and thermal conductivity.
[0035]
Thus, the terminal rods 17a, 17b, and 17c serve as power supply terminals for the semiconductor laser elements 2a, 2b, and 2c and serve as heat transfer members to the upper heat sink 16.
[0036]
The upper heat sink 16 serves as a common electrode for the semiconductor laser elements 2a, 2b, and 2c. By supplying power between the heat sink 6 and the upper heat sink 16, the semiconductor laser elements 2a, 2b, and 2c can emit light. . The heat from the lower surface of the semiconductor laser elements 2a, 2b, 2c is directly transmitted to the heat sink 6, and the heat from the upper surface of the semiconductor laser elements 2a, 2b, 2c is transmitted to the terminal rods 17a, 17b, 17c, It is transmitted to the heat sink 6 through the upper heat sink 16 and the insulating material 15, and the semiconductor laser elements 2a, 2b, 2c are cooled from both the upper and lower surfaces.
[0037]
In the fourth embodiment shown in FIG. 8, instead of the upper heat sink 16, an upper heat sink 18 having high thermal conductivity and an electrically insulating material is fixed, and the upper heat sink 18 has high thermal conductivity and The contact plate 19 which is a conductive material is fixed. The contact plate 19 and the terminal rods 17a, 17b, and 17c are fixed by means such as soldering that guarantees electrical conductivity and thermal conductivity.
[0038]
The heat sink 6 and the contact plate 19 serve as power supply terminals of the semiconductor laser elements 2a, 2b, 2c, and heat generated from the lower surfaces of the semiconductor laser elements 2a, 2b, 2c is directly transmitted to the heat sink 6, and the semiconductor Heat from the upper surface of the laser elements 2a, 2b, 2c is transmitted to the upper heat sink 18 via the terminal bars 17a, 17b, 17c, and to the contact plate 19 via the terminal bars 17a, 17b, 17c. Then, it is further transmitted to the heat sink 6 through the contact plate 19 and the upper heat sink 18, and the semiconductor laser elements 2a, 2b, 2c are cooled from both the upper and lower surfaces.
[0039]
The semiconductor laser elements 2a, 2b, and 2c may be those that emit laser beams having the same wavelength, or those that emit red, green, and blue colors, respectively.
[0040]
Further, when the wavelengths of the semiconductor laser elements 2a, 2b, and 2c are different, the laser beams 14a, 14b, and 14c can be bundled on the same optical axis by further using the reflecting member 21 as shown in FIG.
[0041]
The reflection member 21 includes reflection surfaces 21a, 21b, and 21c corresponding to the laser beams 14a, 14b, and 14c, respectively, and the reflection surface 21a reflects only light beams in the wavelength band of the laser beam 14a, and the reflection surface 21b. Reflects only the light beam in the wavelength band of the laser beam 14b, and the reflection surface 21c reflects the light beam in the wavelength band of the laser beam 14c, or the light beams in all the wavelength bands, so that each of the reflection surfaces 21a, 21b, 21c. The reflection characteristics are set.
[0042]
The laser beam 14c reflected by the reflecting surface 21c passes through the reflecting surfaces 21a and 21b, and the laser beam 14b reflected by the reflecting surface 21b passes through the reflecting surface 21a and is reflected by the reflecting surface 21a. Polymerized with the laser beam 14a.
[0043]
Thus, the semiconductor laser elements 2a, 2b and 2c can be bundled with a laser beam having the same optical axis, and white light using the semiconductor laser elements 2a, 2b and 2c as a light source can be obtained.
[0044]
The level difference surface may be 2 or 4 or more, and 2 or 4 or more semiconductor laser elements may be provided. Further, the heat sink 6 and the mirror holding base 12 may be integrated.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the heat sink in which a plurality of step surfaces are formed, the plurality of semiconductor laser elements provided for each of the step surfaces, and the plurality of first laser diodes facing each other. Since the rod lens is provided and the second rod lens that condenses the laser beam transmitted through the first rod lens in a direction orthogonal to the first rod lens is provided, the optical system that converts the laser beam into a parallel light beam The system can be simplified, condensing from a plurality of semiconductor laser elements can be facilitated, and the semiconductor laser device can be miniaturized.
[0046]
In addition, since the plurality of laser beams from the plurality of semiconductor laser elements are individually reflected, and the plurality of reflected laser beams include a reflecting member having a plurality of reflecting surfaces that are reflected in the same plane, A plurality of laser beams from a plurality of semiconductor laser elements can be bundled with a simple structure.
[0047]
An upper heat sink provided on the heat sink across the step surface, and a terminal bar provided on the upper surface of the semiconductor laser element and penetrating the upper heat sink are provided. The terminal bar is connected to the electrode of the semiconductor laser element and the upper surface. Since it also serves as a heat transfer member to the heat sink, it exhibits excellent effects such as the ability to efficiently cool a plurality of semiconductor laser elements individually.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a right side view showing the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a front view showing the first embodiment of the present invention.
4 is an AA arrow view of FIG. 1;
FIG. 5 is a perspective view showing a heat sink according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a plan view showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a front view showing a relationship between a semiconductor laser element and a heat sink according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a front view showing a relationship between a semiconductor laser element and a heat sink according to a fourth embodiment of the present invention.
9 shows an application example of the present invention and is a view seen from the same direction as FIG. 3. FIG.
FIG. 10 is a schematic perspective view showing a conventional example.
FIG. 11 is a schematic perspective view showing another conventional example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor laser apparatus 2 Semiconductor laser element 5 Step surface 6 Heat sink 8 First rod lens 9 Lens holding base 11 Second rod lens 13 Reflective member 14 Laser beam 16 Upper heat sink 17 Terminal rod 21 Reflective member

Claims

複数の段差面が形成されたヒートシンクと、前記段差面毎に設けられた複数の半導体レーザ素子と、該半導体レーザ素子の個々に対峙させた複数の第１のロッドレンズと、該第１のロッドレンズを透過したレーザ光線を前記第１のロッドレンズとは直交する方向に集光する第２のロッドレンズと、前記段差面を横切り前記ヒートシンクに設けられた上ヒートシンクと、前記半導体レーザ素子の上面に設けられ前記上ヒートシンクを貫通する端子棒を設け、該端子棒は前記半導体レーザ素子の電極と前記上ヒートシンクへの熱伝達部材を兼ねることを特徴とする半導体レーザ装置。A heat sink having a plurality of step surfaces, a plurality of semiconductor laser elements provided for each of the step surfaces, a plurality of first rod lenses facing each of the semiconductor laser elements, and the first rod A second rod lens that condenses the laser beam transmitted through the lens in a direction perpendicular to the first rod lens, an upper heat sink provided across the step surface and provided on the heat sink, and an upper surface of the semiconductor laser element And a terminal rod penetrating the upper heat sink. The terminal rod serves as an electrode of the semiconductor laser element and a heat transfer member to the upper heat sink .

前記第２のロッドレンズが前記第１のロッドレンズと同数設けられ、前記第１のロッドレンズ個々に対応させて設けられた請求項１の半導体レーザ装置。 2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the same number of the second rod lenses as the first rod lenses are provided so as to correspond to each of the first rod lenses.

前記複数の半導体レーザ素子からの複数のレーザ光線を個別に反射し、反射された複数のレーザ光線は同一面内にある様に反射する複数の反射面を有する反射部材を具備する請求項１の半導体レーザ装置。 2. The reflecting member according to claim 1, further comprising: a reflecting member having a plurality of reflecting surfaces that individually reflect a plurality of laser beams from the plurality of semiconductor laser elements and reflect the reflected plurality of laser beams so that they are in the same plane. Semiconductor laser device.

前記第２のロッドレンズは前記反射部材の反射光軸上に設けられた請求項３の半導体レーザ装置。 The semiconductor laser device according to claim 3, wherein the second rod lens is provided on a reflection optical axis of the reflection member.

前記反射部材は結晶材料であり、反射面は研磨面又はへき界面である請求項３の半導体レーザ装置。 4. The semiconductor laser device according to claim 3, wherein the reflecting member is made of a crystal material, and the reflecting surface is a polished surface or a claw interface.

前記反射面には誘電体薄膜が形成されている請求項３の半導体レーザ装置。 4. The semiconductor laser device according to claim 3, wherein a dielectric thin film is formed on the reflecting surface.

前記反射面には特定の波長帯のみを反射する反射膜を備える請求項３の半導体レーザ装置。 4. The semiconductor laser device according to claim 3, wherein the reflective surface includes a reflective film that reflects only a specific wavelength band.

前記複数の半導体レーザ素子は、それぞれ異なる波長を発し、前記第１のロッドレンズと第２のロッドレンズにより同一方向に平行光束とされる請求項１の半導体レーザ装置。 2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the plurality of semiconductor laser elements emit different wavelengths, and are converted into parallel light beams in the same direction by the first rod lens and the second rod lens.