WO2017022142A1 - 半導体レーザ装置 - Google Patents

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WO2017022142A1
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semiconductor laser
beams
laser bar
wavelength dispersion
laser device
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山本　達也
大嗣 森田
正人 河▲崎▼
一樹 久場
西前　順一
小島　哲夫
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor laser device that performs optical amplification by a resonator.
  • the divergence angle of the beam from each light emitting point of the semiconductor laser bar is corrected and then condensed on the wavelength dispersion optical element using a lens.
  • a technique is known in which an external resonator is configured by superimposing a beam from each light emitting point due to the wavelength dispersion of a wavelength dispersion optical element, and installing a partial reflection mirror on the superimposed beam (for example, Patent Documents). 1).
  • Patent Document 1 when the technique described in Patent Document 1 is applied to a broad area type semiconductor laser device that emits a plurality of beams having different wavelengths from a light emitting region that is continuous in the side surface direction of the semiconductor laser bar, the delay of one light emitting point is delayed. Since the divergence angle in the axial direction is large, it is difficult to obtain a laser beam with good beam quality by simply superimposing a plurality of beams on the wavelength.
  • the slow axis direction is the X axis direction. Further, the beam quality can be improved by reducing one light emitting point of the semiconductor laser, but in this case, only a laser device with low efficiency and low output can be achieved.
  • the present invention has been made in view of the above, and it is possible to improve the quality of a plurality of beams having different wavelengths emitted from a light emitting region continuous in the side surface direction of a semiconductor laser bar, and to provide a highly efficient semiconductor laser device.
  • the purpose is to provide.
  • a semiconductor laser device includes a semiconductor laser bar that emits a plurality of beams having different wavelengths from a continuous light emitting region, and a collector that collects the plurality of beams.
  • An optical lens, a wavelength dispersion optical element that is disposed at a position where the plurality of beams are condensed and has a wavelength dispersion function, an optical filter in which wavelengths of transmitted beams are periodically different, and an aperture are provided.
  • a total reflection mirror is formed on the back surface of the semiconductor laser bar, and each wavelength of the plurality of beams reflected by the total reflection mirror and emitted from the semiconductor laser bar is transmitted by the optical filter.
  • the plurality of wavelengths are the same.
  • the present invention it is possible to superimpose while improving the quality of a plurality of beams having different wavelengths emitted from a continuous light emitting region, and the efficiency is further improved.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a semiconductor laser device according to a first embodiment.
  • 1 is a top view showing a configuration of a semiconductor laser device according to a first embodiment;
  • 1 is a perspective view showing a configuration of a semiconductor laser bar according to a first embodiment.
  • emitted from the semiconductor laser bar concerning Embodiment 1 carries out 1 round trip of a resonator.
  • combining each beam profile shown in FIG. The figure which shows each beam profile observed with a partial reflection mirror when the several beam radiate
  • emitted from the semiconductor laser bar concerning Embodiment 1 reciprocates the resonator 20 times.
  • FIG. 7 is a diagram showing a beam profile when the beam radius and the overlapping pitch are the same in the semiconductor laser device according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing a beam profile when the beam radius is half of the overlapping pitch in the semiconductor laser device according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a configuration of a semiconductor laser apparatus according to a fifth embodiment.
  • FIG. 8 A top view showing a configuration of a semiconductor laser device according to an eighth embodiment.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the semiconductor laser apparatus 101 according to the first embodiment.
  • the semiconductor laser device 101 is a semiconductor laser bar 11 having a light emitting region 10 continuous in the side surface direction of the semiconductor laser bar, a beam divergence angle correcting optical system 12 for correcting the divergence angle of the beam, and a condenser lens for condensing the beam.
  • Condensing optical system 13 wavelength dispersion optical element 14 having a wavelength dispersion function, optical filter 15 that transmits only light in a predetermined wavelength range of incident light, and a beam in a predetermined range
  • the side direction is the X-axis direction shown in the figure.
  • the semiconductor laser bar 11 emits a plurality of beams having different wavelengths from a continuous light emitting region.
  • an electrode 18 is formed on the entire surface of the semiconductor laser bar 11 in order to generate a continuous light emitting region.
  • a total reflection mirror 19 is formed on the surface facing the light emitting surface of the semiconductor laser bar 11.
  • the semiconductor laser device 101 forms a resonator between the partial reflection mirror 17 and the total reflection mirror 19.
  • the beam divergence angle correction optical system 12 corrects the divergence angles of a plurality of beams having different wavelengths emitted from the semiconductor laser bar 11.
  • the condensing optical system 13 condenses a plurality of beams.
  • the condensing optical system 13 is a cylindrical lens.
  • the wavelength dispersion optical element 14 is disposed at a position where a plurality of beams are condensed and has a wavelength dispersion function.
  • the wavelength dispersion optical element 14 is a diffraction grating or a prism.
  • the optical filter 15 is arranged on the optical path of a plurality of beams diffracted by the wavelength dispersion optical element 14 and superimposed on the same axis, and the wavelengths of the transmitted beams are periodically different.
  • the optical filter 15 has a periodic transmittance distribution with respect to the wavelength of the light, and the transmittance is increased with respect to light having a plurality of beam wavelengths ( ⁇ 1, ⁇ 2,..., ⁇ n). It is configured.
  • the aperture 16 is arranged on the optical path of a plurality of beams diffracted by the wavelength dispersion optical element 14 and superimposed on the same axis.
  • the aperture 16 is a circular opening, but may be a rectangular opening.
  • the partial reflection mirror 17 is arranged after the aperture 16 and on the optical path of a plurality of beams diffracted by the wavelength dispersion optical element 14 and superimposed on the same axis.
  • a total reflection mirror 19 is formed which reflects a plurality of beams having different wavelengths reflected by the partial reflection mirror 17 and returned to the semiconductor laser bar 11.
  • Each wavelength of the plurality of beams having different wavelengths reflected by the total reflection mirror 19 and emitted from the semiconductor laser bar 11 is the same as the wavelength transmitted by the optical filter 15.
  • FIG. 2 is a top view showing the configuration of the semiconductor laser device 101.
  • the beam emitted from the semiconductor laser bar 11 is condensed on the surface of the wavelength dispersion optical element 14 by the condensing optical system 13.
  • the wavelength dispersion optical element 14 diffracts the collected beam at a diffraction angle corresponding to each wavelength and superimposes it on one optical axis B1.
  • the beam superimposed on one optical axis B 1 is incident on the optical filter 15.
  • the optical filter 15 transmits only beams having a plurality of predetermined wavelengths.
  • the beam that has passed through the optical filter 15 is incident on the partial reflection mirror 17 via the aperture 16.
  • the reflectance of the partial reflection mirror 17 is, for example, 5% to 20%.
  • the beam reflected by the partial reflection mirror 17 follows the optical path in the reverse direction and is incident on the semiconductor laser bar 11 again.
  • the beam incident on the semiconductor laser bar 11 is reflected by the total reflection mirror 19 of the semiconductor laser bar 11 and emitted from the semiconductor laser bar 11.
  • a plurality of beams having different wavelengths reciprocate between the total reflection mirror 19 and the partial reflection mirror 17.
  • a Gaussian profile B2 is formed as a beam profile, which is a beam shape, by mode selection determined by the size of the aperture of the aperture 16. Further, when entering the semiconductor laser bar 11, as shown in FIG. 2, the beam profile B3 has a uniform distribution as a whole.
  • the optical filter 15 uses, for example, an etalon.
  • FIG. 3 shows the transmission intensity spectrum of the etalon.
  • FIG. 3 shows a reflectivity of 90%, a refractive index of 1.5, a thickness of 200 ⁇ m, and an incident angle of 5 deg. This is an example of a solid etalon.
  • ⁇ in FIG. 3 is called FSR (Free Spectral Range), and indicates the wavelength interval at the peak position where the transmittance is high.
  • the transmittance characteristic has peaks at a plurality of wavelengths. Therefore, it has a characteristic that almost 100% of the beam having a plurality of predetermined wavelengths is transmitted, and hardly transmitted to a beam having a wavelength other than the plurality of predetermined wavelengths.
  • the semiconductor laser device 101 can oscillate with 22 different wavelengths and superimpose 22 beams as shown in FIG. Further, since the superimposed beam has a Gaussian profile at each wavelength, the shape of the beam B4 emitted from the partial reflection mirror 17 also has a Gaussian profile, as shown in FIG.
  • the semiconductor laser device 101 can control the diffraction angle of the beam diffracted by the wavelength dispersion optical element 14 by using the etalon for the optical filter 15, and the position of the beam incident on the semiconductor laser bar 11 can be made uniform. Can be placed.
  • a wavelength plate such as a ⁇ / 2 wavelength plate may be inserted into the optical path of the wavelength dispersion optical element 14 so as to be incident on the wavelength dispersion optical element 14 as S-polarized light. According to this configuration, the semiconductor laser device 101 can increase the diffraction efficiency of the wavelength dispersion optical element 14.
  • the diffraction angle of the grating is determined by the position of the light emitting point and the wavelength is automatically determined so as to satisfy the resonance condition between the light emitting point of the semiconductor laser and the output coupler.
  • the semiconductor laser device 101 according to the first embodiment can emit light from the entire light emitting region 10 of the semiconductor laser bar 11, the light emitting point can be located anywhere in the light emitting region 10. The corner is not determined.
  • the semiconductor laser device 101 of the present invention uses the optical filter 15 to select the oscillation wavelength and determine the diffraction angle of the grating.
  • FIG. 4 is a perspective view showing details of the semiconductor laser bar 11.
  • the width of the semiconductor laser bar 11 in the X-axis direction, which is the slow axis direction, is about 10 mm.
  • the surface on which the light emitting region 10 is formed is subjected to AR (Anti Reflection) coating.
  • FIG. 5 shows a front view when the semiconductor laser bar 11 is viewed from the surface of the light emitting region 10 and a temperature distribution in the slow axis direction.
  • FIG. 6 is a diagram showing a refractive index distribution in the slow axis direction of the semiconductor laser bar 11.
  • the applied current is uniform in the slow axis direction, and the gain distribution is uniform.
  • the temperature distribution due to heat generation is uniform as shown in FIG.
  • the refractive index distribution due to the temperature dependence of the refractive index of the material is also uniform in the slow axis direction as shown in FIG.
  • the semiconductor laser bar 11 has no refractive index boundary in the slow axis direction.
  • the beam passing through the semiconductor laser bar 11 will behave almost identically to a beam propagating in free space.
  • the conventional broad area type semiconductor laser has a refractive index boundary in the slow axis direction and propagates in the waveguide mode, so it is difficult to improve the beam quality in the slow axis direction.
  • the semiconductor laser bar 11 according to the present invention is free space. Therefore, the beam quality can be improved.
  • FIGS. 7 to 12 show beam profiles that reciprocate through a resonator formed between the partial reflection mirror 17 and the total reflection mirror 19.
  • FIG. 7 is a diagram showing individual beam profiles observed by the semiconductor laser bar 11 when a plurality of beams emitted from the semiconductor laser bar 11 reciprocate once through the resonator.
  • the semiconductor laser bar 11 emits a beam having a random intensity distribution as an initial value.
  • the beam profile shown in FIG. 7 is a beam profile when the beam reciprocates once through the resonator and is incident on the semiconductor laser bar 11, and the number of beams is 16 as an example.
  • FIG. 8 is a diagram showing a combined beam profile when the individual beam profiles shown in FIG. 7 are combined.
  • FIG. 9 is a diagram showing individual beam profiles observed by the partial reflection mirror 17 when a plurality of beams emitted from the semiconductor laser bar 11 reciprocate once through the resonator.
  • the beam profile shown in FIG. 9 is the result of adding 16 beams.
  • FIG. 10 is a diagram showing individual beam profiles observed by the semiconductor laser bar 11 when a plurality of beams emitted from the semiconductor laser bar 11 reciprocate the resonator 20 times.
  • FIG. 11 is a diagram showing a combined beam profile when the individual beam profiles shown in FIG. 10 are combined.
  • FIG. 12 is a diagram showing individual beam profiles observed by the partial reflection mirror 17 when a plurality of beams emitted from the semiconductor laser bar 11 reciprocate the resonator 20 times.
  • the gain width which is the width in the slow axis direction of the semiconductor laser bar 11 was set to 10 mm as an example. Therefore, the interval between the beams having different wavelengths is 0.6 mm.
  • the individual beam profiles observed by the semiconductor laser bar 11 are substantially Gaussian profiles as shown in FIG. It has become. Further, when 16 beam profiles are combined, the combined profile has a substantially uniform intensity distribution as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 12, the beam profile observed by the partial reflection mirror 17 when a plurality of beams emitted from the semiconductor laser bar 11 reciprocate 20 times in the resonator is a Gaussian profile having no side lobe. .
  • the semiconductor laser device 101 converges the beam profile by reciprocating a beam having a random intensity distribution many times in the resonator, and finally lasers in a single mode of a Gaussian profile in which no side lobe is generated. Oscillation can be performed.
  • the number of beams has been described as 16.
  • the number of beams is not limited to 16, and the same effect can be obtained with any number of beams as long as there are a plurality of beams.
  • the beam mode in the slow axis direction is determined by the width of the light emitting point in the slow axis direction.
  • the laser mode of the semiconductor laser device 101 is limited by the aperture 16 and can be oscillated in almost any mode, and the aperture diameter of the aperture 16 can be reduced to be a single mode.
  • FIG. 38 is an actual measurement value of a beam profile of a conventional broad area type semiconductor laser, and the beam quality can be dramatically improved by the present invention by comparing FIG. 38 with the beam profile diagram 12 according to the present invention. Recognize.
  • the combined profile shown in FIG. 11 has a substantially uniform intensity distribution, which is substantially the same as the gain distribution of the semiconductor laser bar. That is, the beam passes through the gain region without waste, and a semiconductor laser with good oscillation efficiency is obtained.
  • the semiconductor laser device 101 can oscillate in a single mode in the slow axis direction, improve the quality of a plurality of beams having different wavelengths emitted from the continuous light emitting region, and further improve the efficiency.
  • the improvement in beam quality means that the wavelength, phase, and direction of light are aligned, indicating that the light condensing property is good.
  • the optical filter 15 is disposed on the optical path diffracted by the wavelength dispersion optical element 14 and superimposed on the same axis.
  • the optical filter 15 is disposed between the semiconductor laser bar 11 and the condensing optical system 13.
  • positioned may be sufficient.
  • the electrode 18 is formed on the entire surface of the semiconductor laser bar 11, but the active layer may be formed from one end to the other in the side surface direction of the semiconductor laser bar.
  • FIG. 13 is a perspective view of the configuration of the semiconductor laser apparatus 102 according to the second embodiment.
  • the semiconductor laser device 102 according to the second embodiment and the semiconductor laser device 101 according to the first embodiment are different in configuration between the optical filter 15 and the partial reflection mirror 17.
  • symbol is attached
  • the semiconductor laser device 102 includes an aperture 21 having a rectangular opening, and cylindrical lenses 22 and 23 before and after the aperture 21. With this configuration, the semiconductor laser device 102 can focus the beam in the slow axis direction at the place where the aperture 21 is disposed.
  • the semiconductor laser device 102 can form a Fourier transform image at the place where the aperture 21 is arranged, and can clearly limit the beam mode.
  • FIG. 14 is a diagram showing a change in the beam diameter on the optical path of the resonator formed between the partial reflection mirror 17 and the total reflection mirror 19 of the semiconductor laser device 102.
  • An arrow shown in FIG. 14 indicates a place where the light emitting region 10, the condensing optical system 13, the wavelength dispersion optical element 14, the cylindrical lens 22, the aperture 21, the cylindrical lens 23, and the partial reflection mirror 17 are arranged.
  • FIG. 14 also shows an optical axis B5 of the first wavelength beam, an optical axis B6 of the second wavelength beam different from the first wavelength, a beam radius R1 of the first wavelength, And a beam radius R2 of the wavelength.
  • FIG. 14 only two beams are shown for convenience of explanation, but there are actually a plurality of beams.
  • the semiconductor laser device 102 forms a uniform intensity distribution by superimposing beams having different wavelengths in the semiconductor laser bar 11. Therefore, the relationship between the beam overlap interval and the individual beam radii is important.
  • the beam radius and the overlapping pitch are equal.
  • the beam radius is a 1 / e 2 radius and is a diameter at a position where the intensity is 1 / e 2 with respect to the peak value of the beam intensity.
  • e represents the natural logarithm.
  • FIG. 15 is a diagram showing a beam profile when the beam radius and the overlapping pitch are the same. As shown in FIG. 15, it can be seen that the beam profile has a substantially uniform distribution as a whole.
  • FIG. 16 is a diagram showing a beam profile when the beam radius is half of the overlapping pitch. As shown in FIG. 16, the beam profile does not have a uniform distribution. That is, the entire beam intensity distribution in the semiconductor laser bar 11 is not uniform.
  • the gain of the semiconductor laser bar 11 remains, and the portion may oscillate only by the semiconductor laser bar 11 without passing through the resonator, which causes a mixture of laser beams with poor beam quality.
  • FIG. 17 is a diagram showing the overall beam intensity ratio b / a in the semiconductor laser bar 11 in the ratio between the beam radius and the overlapping pitch.
  • b is a portion where the beam intensity is low in FIG. 16, and a indicates the overall beam intensity in FIG. 16.
  • the beam intensity ratio is 0.85 or more, as shown in FIG. 17, the ratio between the beam radius and the superposition pitch needs to be larger than 0.8.
  • a plurality of beams having different wavelengths reflected from the total reflection mirror 19 and emitted from the semiconductor laser bar 11 are emitted from the semiconductor laser bar 11 at each beam radius and each beam.
  • the ratio to the optical axis position interval is greater than 0.8.
  • the semiconductor laser device 102 oscillates in the single mode in the slow axis direction by increasing the ratio of the radius of each beam to the interval between the optical axis positions of each beam at the emission position of the semiconductor laser bar 11. It is possible to improve the quality of a plurality of beams having different wavelengths emitted from a continuous light emitting region.
  • FIG. 18 is a perspective view of the configuration of the semiconductor laser apparatus 103 according to the third embodiment.
  • the semiconductor laser device 103 according to the third embodiment and the semiconductor laser device 101 according to the first embodiment are different in configuration after the wavelength dispersion optical element 14.
  • symbol is attached
  • the semiconductor laser device 103 includes an aperture 25 disposed on the optical path of a plurality of beams that are diffracted by the wavelength dispersion optical element 14 and superimposed on the same axis, and a stage subsequent to the aperture 25, on the optical path of the plurality of beams. And a partially reflecting mirror 26 to be disposed.
  • the partially reflecting mirror 26 has periodically different wavelengths of reflected beams.
  • a total reflection mirror 19 that reflects a plurality of beams having different wavelengths reflected by the partial reflection mirror 26 and returned to the semiconductor laser bar 11 is formed.
  • Each wavelength of the plurality of beams having different wavelengths reflected by the total reflection mirror 19 is the same as the wavelength reflected by the partial reflection mirror 26.
  • the aperture 25 selects the beam mode according to the size of the opening.
  • a dielectric multilayer film having wavelength selectivity is formed on the surface of the partial reflection mirror 26 facing the aperture 25.
  • FIG. 19 is a diagram showing the reflectivity of the dielectric multilayer film formed on the partial reflection mirror 26.
  • FIG. 20 is an enlarged view of the vicinity of 0.95 ⁇ m from the vicinity of 0.91 ⁇ m shown in FIG.
  • the dielectric multilayer film has a region A1 that has a high reflectance and does not depend on a wavelength, and a region A2 in which the reflectance changes periodically.
  • a dielectric multilayer film is used as a total reflection film using a region having a high reflectance and not depending on a wavelength.
  • the region where the reflectance is high and does not depend on the wavelength is from 0.97 ⁇ m to 1 ⁇ m.
  • the reflectance of the dielectric multilayer film periodically changes from 0% to 20% in the wavelength range where the gain of the semiconductor laser bar 11 exists, from 0.9 ⁇ m to 0.95 ⁇ m. ing.
  • the region When the region is used as a partial reflector of the resonator, the feedback rate of a specific plurality of wavelengths is increased, and laser oscillation is selectively performed at the wavelength.
  • the semiconductor laser device 103 only a plurality of wavelengths having a high reflectance of the dielectric multilayer film formed on the partial reflecting mirror 26 are reflected to the aperture 25 side, and a beam of each wavelength is diffracted by the wavelength dispersion optical element 14.
  • the laser beam can be incident on different desired positions of the semiconductor laser bar 11, and a uniform beam intensity distribution can be formed as a whole.
  • the semiconductor laser device 103 can oscillate in a single mode in the slow axis direction, and can emit a plurality of beams having different wavelengths emitted from continuous light emitting regions. It can improve quality and increase efficiency.
  • a plurality of beams having different wavelengths reflected by the total reflection mirror 19 and emitted from the semiconductor laser bar 11 are emitted from the semiconductor laser bar 11 at each beam radius and each beam. It is preferable that the ratio of the distance between the optical axis positions of the beams is larger than 0.8. This is because when the beam intensity ratio is 0.85 or more, as shown in FIG. 17, the ratio between the beam radius and the overlapping pitch needs to be larger than 0.8.
  • the semiconductor laser device 103 oscillates in a single mode in the slow axis direction by increasing the ratio between the radius of each beam and the interval between the optical axis positions of each beam at the emission position of the semiconductor laser bar 11. It is possible to improve the quality and efficiency of a plurality of beams having different wavelengths emitted from a continuous light emitting region.
  • FIG. 21 is a perspective view of the configuration of the semiconductor laser apparatus 104 according to the fourth embodiment.
  • the semiconductor laser device 104 according to the fourth embodiment and the semiconductor laser device 101 according to the first embodiment are different in configuration after the wavelength dispersion optical element 14.
  • symbol is attached
  • the semiconductor laser device 104 is disposed on the optical path of a beam diffracted by the wavelength dispersion optical element 14 and superimposed on the same axis, and a condensing optical system 31 that is a second condensing optical system for condensing the beam. And a fiber Bragg grating 32 on which the beam condensed by the optical optical system 31 is incident.
  • the fiber Bragg grating 32 is configured to have a high reflectance with respect to the wavelengths of a plurality of beams having different wavelengths emitted from the semiconductor laser bar 11.
  • the beam that has arrived from the wavelength dispersion optical element 14 is condensed by the condensing optical system 31 and enters the fiber Bragg grating 32.
  • the fiber Bragg grating 32 is configured to partially reflect a plurality of different wavelengths in the grating portion. For example, a plurality of gratings having different pitches are engraved. Only light of a plurality of wavelengths selectively reflected by the fiber Bragg grating 32 returns to the semiconductor laser bar 11.
  • the semiconductor laser device 104 can oscillate in a single mode in the slow axis direction, and can emit a plurality of beams having different wavelengths emitted from continuous light emitting regions. It can improve quality and increase efficiency.
  • FIG. 22 is a perspective view showing the configuration of the semiconductor laser apparatus 105 according to the fifth embodiment.
  • the semiconductor laser device 105 according to the fifth embodiment and the semiconductor laser device 104 according to the fourth embodiment are different in the configuration of the fiber Bragg grating 32.
  • the same components as those of the semiconductor laser device 104 according to the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the semiconductor laser device 105 includes a fiber Bragg grating 35 on which the beam condensed by the condensing optical system 31 is incident.
  • a partial reflecting mirror 36 is formed at the exit end of the fiber Bragg grating 35.
  • the semiconductor laser device 105 returns only the light of a plurality of wavelengths selectively reflected by the fiber Bragg grating 35 to the semiconductor laser bar 11.
  • the semiconductor laser device 105 can oscillate in a single mode in the slow axis direction, and can emit a plurality of beams having different wavelengths emitted from continuous light emitting regions. It can improve quality and increase efficiency.
  • FIG. 23 is a perspective view showing the configuration of the semiconductor laser apparatus 106 according to the sixth embodiment.
  • the semiconductor laser device 106 according to the sixth embodiment has a configuration in which the aperture 16 is omitted from the semiconductor laser device 104 according to the fourth embodiment.
  • the same components as those of the semiconductor laser device 104 according to the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the fiber Bragg grating 32 is a single mode optical fiber. Therefore, in the semiconductor laser device 106, since the fiber Bragg grating 32 is a single mode optical fiber, the single mode can be selected in the fiber Bragg grating 32, the aperture 16 can be omitted, and the manufacturing cost can be reduced. Can do.
  • FIG. 24 is a perspective view of the configuration of the semiconductor laser apparatus 107 according to the seventh embodiment.
  • the semiconductor laser device 107 according to the seventh embodiment is different from the semiconductor laser device 101 according to the first embodiment in a configuration in which the wavelength dispersion optical element 14 is replaced with a prism 41.
  • symbol is attached
  • the wavelength dispersion optical element 14 of the semiconductor laser device 101 according to the first embodiment is assumed to be a reflection type or transmission type grating.
  • the semiconductor laser device 107 according to the seventh embodiment oscillates in a single mode in the slow axis direction, similarly to the semiconductor laser device 101 according to the first embodiment, even when the wavelength dispersion optical element 14 is replaced with the prism 41. It is possible to improve the quality and efficiency of a plurality of beams having different wavelengths emitted from the continuous light emitting region.
  • FIG. 25 is a top view of the configuration of the semiconductor laser apparatus 108 according to the eighth embodiment.
  • the semiconductor laser device 108 according to the eighth embodiment differs from the semiconductor laser device 101 according to the first embodiment in the configuration of the semiconductor laser bar 11.
  • symbol is attached
  • the semiconductor laser device 108 includes a semiconductor laser bar 45 that has a plurality of light emitting regions and emits a plurality of beams having different wavelengths from each light emitting region.
  • the semiconductor laser bar 45 includes, for example, two electrodes 46 and 47, and the light emitting region is divided into two.
  • the wavelength dispersion optical element 14 diffracts the collected beam at a diffraction angle corresponding to each wavelength and superimposes the beam on one optical axis B7.
  • the beam superimposed on one optical axis B 7 is incident on the optical filter 15.
  • the optical filter 15 transmits only beams having a plurality of predetermined wavelengths.
  • the beam that has passed through the optical filter 15 is incident on the partial reflection mirror 17 via the aperture 16.
  • the position of the beam when incident on the semiconductor laser bar 45 is a beam having a wavelength that has passed through the optical filter 15, so that the positions are determined at substantially equal intervals.
  • a Gaussian profile B8 is formed as the beam profile, which is the shape of the beam, by mode selection determined by the size of the aperture of the aperture 16.
  • two beam profiles B9 and B10 having a uniform distribution as a whole are obtained.
  • the plurality of beams emitted from the semiconductor laser bar 45 are reciprocated a plurality of times by a resonator formed between the partial reflection mirror 17 and the total reflection mirror 19, and then emitted from the partial reflection mirror 17 as a Gaussian profile beam B11. Is done.
  • the semiconductor laser device 108 even if the light emitting region is divided into a plurality of parts in the semiconductor laser bar 45, beams of a plurality of wavelengths are incident on the light emitting region of the semiconductor laser bar 45, and Thus, beam profiles B9 and B10 having a substantially uniform distribution can be obtained.
  • the semiconductor laser device 108 can oscillate in a single mode in the slow axis direction, and can emit a plurality of beams having different wavelengths emitted from continuous light emitting regions. It can improve quality and increase efficiency.
  • the light emitting region is divided into two by dividing the electrode into two, but the light emitting region may be divided into two by dividing the active layer into two.
  • FIG. 26 is a perspective view of the configuration of the semiconductor laser apparatus 109 according to the ninth embodiment.
  • the semiconductor laser device 109 according to the ninth embodiment is different from the semiconductor laser device 101 according to the first embodiment in that the optical filter 51 is arranged at the position of the partial reflection mirror 17 and the partial reflection mirror 17 is not provided.
  • symbol is attached
  • the semiconductor laser device 109 includes an aperture 16 disposed on the optical path of a plurality of beams that are diffracted by the wavelength dispersion optical element 14 and superimposed on the same axis, and a plurality of stages that are arranged behind the aperture 16 and are superimposed on the same axis. And an optical filter 51 that is arranged on the optical path of the beam and periodically reflects the wavelength of the reflected beam.
  • a total reflection mirror 19 is formed that reflects a plurality of beams having different wavelengths reflected by the optical filter 51 and returned to the semiconductor laser bar 11.
  • Each wavelength of a plurality of beams having different wavelengths reflected by the total reflection mirror 19 and emitted from the semiconductor laser bar 11 is the same as the wavelength reflected by the optical filter 51.
  • the optical filter 51 is an etalon.
  • the semiconductor laser device 109 uses an etalon at normal incidence.
  • FIG. 27 is a diagram showing the reflectance of the etalon shown in FIG. The reflectance changes periodically with respect to the wavelength.
  • the portion with high reflectance is 10%, and the portion with low reflectance is 0%, that is, 100% transmission.
  • the semiconductor laser device 109 uses the etalon instead of the partial reflection mirror, so that only a plurality of wavelengths with high reflectivity are fed back, and laser oscillation can be performed with the fed back wavelengths.
  • the semiconductor laser device 109 can oscillate in a single mode in the slow axis direction, like the semiconductor laser device 101 according to the first embodiment, and can emit a plurality of beams having different wavelengths emitted from the continuous light emitting region. It can improve quality and increase efficiency.
  • FIG. 28 is a top view showing the configuration of the semiconductor laser apparatus 110 according to the tenth embodiment.
  • the semiconductor laser device 110 according to the tenth embodiment and the semiconductor laser device 101 according to the first embodiment are different from each other in the configuration including a plurality of laser condensing groups including a semiconductor laser bar and a condensing optical system.
  • symbol is attached
  • the semiconductor laser device 110 includes a laser condensing group 55a including a semiconductor laser bar 11a, a beam divergence angle correcting optical system 12a, and a condensing optical system 13a, a semiconductor laser bar 11b, a beam divergence angle correcting optical system 12b, and a condensing optical system. And a laser condensing group 55c composed of a semiconductor laser bar 11c, a beam divergence angle correcting optical system 12c, and a condensing optical system 13c.
  • the plurality of laser condensing groups 55a, 55b, and 55c are arranged so that the beam is condensed at the same place on the surface of the wavelength dispersion optical element 14.
  • a total reflection mirror 19a is formed on the surface facing the light emitting surface of the semiconductor laser bar 11a.
  • a total reflection mirror 19b is formed on the surface facing the light emitting surface of the semiconductor laser bar 11b.
  • a total reflection mirror 19c is formed on the surface facing the light emitting surface of the semiconductor laser bar 11c.
  • the semiconductor laser device 110 has a configuration in which light is condensed on the wavelength dispersion optical element 14 using a plurality of laser condensing groups 55a, 55b, and 55c, and the wavelengths are superimposed.
  • the semiconductor laser device 110 can superimpose beams having more wavelengths, the output can be increased while maintaining the high quality of the beams.
  • the semiconductor laser device 110 is configured by three laser focusing groups has been described.
  • the semiconductor laser device 110 may be configured by two laser focusing groups or four or more laser focusing groups. .
  • FIG. 29 is a perspective view showing the configuration of the semiconductor laser apparatus 111 according to the eleventh embodiment.
  • the semiconductor laser device 111 according to the eleventh embodiment is different from the semiconductor laser device 101 according to the first embodiment in the configuration after the beam divergence angle correcting optical system 12.
  • symbol is attached
  • the semiconductor laser device 111 includes an optical filter 61 in which the wavelengths of transmitted beams are periodically different, a condensing optical system 13 that collects a plurality of beams that have passed through the optical filter 61, an aperture 62, and an aperture 62.
  • a chromatic dispersion optical element 63 that is disposed in a subsequent stage and is arranged at a position where a plurality of beams are condensed and has a chromatic dispersion function.
  • the wavelength dispersion optical element 63 reflects a part of the incident beam.
  • a total reflection mirror 19 that reflects a plurality of beams having different wavelengths reflected by the wavelength dispersion optical element 63 and returned to the semiconductor laser bar 11 is formed.
  • Each wavelength of the plurality of beams having different wavelengths reflected by the total reflection mirror 19 and emitted from the semiconductor laser bar 11 is the same as the wavelength transmitted by the optical filter 61.
  • the optical filter 61 has a periodic transmittance distribution with respect to the wavelength of light, and the wavelength ( ⁇ 1, ⁇ 2) of the plurality of beams. ,..., ⁇ n) is configured to have high transmittance.
  • the wavelength dispersion optical element 63 may be configured such that the 0th-order reflected light returns on the same axis as the incident optical axis. Further, the reflectance of the wavelength dispersion optical element 63 may be configured to be, for example, 5% to 20%, which is the same as the reflectance of the partial reflection mirror 17 of the semiconductor laser device 101 according to the first embodiment. In the case of this configuration, the diffraction efficiency of the wavelength dispersion optical element 63 is 95% to 80%.
  • the 0th-order reflected light reflected by the wavelength dispersion optical element 63 reciprocates between the wavelength dispersion optical element 63 and the total reflection mirror 19 formed on the back surface of the semiconductor laser bar 11 to cause laser oscillation. That is, in the semiconductor laser device 111 according to the eleventh embodiment, the wavelength dispersion optical element 63 serves as an output coupler, and diffracted light from the wavelength dispersion optical element 63 serves as an output of the output coupler.
  • the beam mode is selected by the aperture 62 disposed immediately before the wavelength dispersion optical element 63.
  • the partial reflecting mirror can be removed from the constituent elements, and the entire device can be reduced in size.
  • FIG. 30 is a perspective view showing the configuration of the semiconductor laser apparatus 112 according to the twelfth embodiment. This is the same as the configuration shown in the first embodiment except for the AR (Anti Reflection) coating 71.
  • the AR coating 71 is applied to the side surface 88 of the semiconductor laser bar 11 which is a total reflection surface of the semiconductor laser bar 11 on which the total reflection mirror 19 is applied and a surface perpendicular to the surface on which the electrode 18 is applied.
  • FIG. 31 is a top view showing a propagation path of unnecessary light inside the semiconductor laser bar 11 in the first to eleventh embodiments.
  • FIG. 31 shows an example of the semiconductor laser bar 11 of the semiconductor laser device 101 according to the first embodiment.
  • a broken line double arrow 72 in FIG. 31 indicates light propagating in the semiconductor laser bar 11.
  • a solid line arrow 73 indicates light that is reflected by the side surface 88, the total reflection surface, and the light emitting surface of the semiconductor laser bar 11 and circulates in the semiconductor laser bar 11. If such light is present, light having a large inclination is emitted from the light emitting surface, and unnecessary light is mixed into the laser light that oscillates in a direction perpendicular to the total reflection surface. This causes a deterioration in the beam quality of the laser light.
  • the AR coating 71 is applied to the side surface 88 of the semiconductor laser bar 11 as shown in FIG. Since it is emitted without being reflected by 88, it hardly exists inside the semiconductor laser bar 11, and it is possible to prevent parasitic oscillation and mixing of unnecessary light. Note that the reflectance of the AR coating 71 at this time is desirably 1% or less.
  • the case where the AR coating 71 is applied to the side surface 88 of the semiconductor laser bar 11 is applied to the configuration of the first embodiment.
  • the present invention can be applied to any configuration of the first to eleventh embodiments. .
  • FIG. 33 is a top view showing the configuration of the semiconductor laser apparatus 113 according to the thirteenth embodiment. This is the same as the configuration shown in the first embodiment except that the side surface 90 of the semiconductor laser bar 75 is inclined. In the thirteenth embodiment, the side surface 90 of the semiconductor laser bar 75 is inclined rather than perpendicular to the surface on which the total reflection film 19 is applied or the surface of the light emitting region 10 as shown in FIG.
  • the angle of the side surface 90 only needs to be slightly inclined from the vertical with respect to the surface on which the total reflection mirror 19 is applied or the surface of the light emitting region 10, and for example, it is sufficient if it is inclined 1 ° from the vertical.
  • FIG. 34 is a top view showing the configuration of the semiconductor laser device 114 according to the fourteenth embodiment
  • FIG. 35 is a front view of the semiconductor laser bar 76 according to the fourteenth embodiment as viewed from the surface of the light emitting region 10. This is the same as the configuration shown in the first embodiment except that the side surface 92 of the semiconductor laser bar 76 is inclined. The side surface 92 is inclined rather than perpendicular to the surface on which the electrode 18 is applied, as shown in FIG.
  • the light reflected by the side surface 92 of the semiconductor laser bar 76 is the active layer in the semiconductor laser bar 76. Therefore, light does not reciprocate between the side surfaces 92 of the semiconductor laser bar 76. This can prevent parasitic oscillation.
  • the angle of the side surface 92 only needs to be slightly tilted from the vertical with respect to the surface of the electrode 18. For example, it is sufficient that the angle is 0.1 ° from the vertical.
  • FIG. 36 is a top view showing the configuration of the semiconductor laser apparatus 115 according to the fifteenth embodiment. This is because the structure shown in the first embodiment and the electrode 18 surface of the semiconductor laser bar 77 are not applied to the entire surface of the semiconductor laser bar 77, and are close to the side surface 94 of the semiconductor laser bar 77 perpendicular to the optical axis of the laser beam. Is the same except that current does not flow.
  • FIG. 37 is a front view of the semiconductor laser bar 77 according to the fifteenth embodiment when viewed from the surface of the light emitting region 10. As shown in FIG. 37, the electrode 18 and the light emitting region 10 do not exist toward the end of the semiconductor laser bar 77, that is, near the side surface 94.
  • the light is absorbed in the semiconductor laser bar 77 before reaching the side surface 94 of the semiconductor laser bar 77.
  • the light does not reach the side surface 94 and does not return to the light emitting region formed by the active layer in the semiconductor laser bar 77. For this reason, light does not reciprocate between the side surfaces 94 of the semiconductor laser bar 77. This can prevent parasitic oscillation. It is sufficient that the region where no current flows is 100 ⁇ m in the side surface direction.
  • the distance between adjacent electrodes is about 100 ⁇ m, and the laser light is sufficiently separated in adjacent active regions. That is, if it is 100 ⁇ m away, light does not propagate and is considered to be sufficiently absorbed.
  • the light emitting region is limited by the electrode 18, but the light emitting region may be limited by the active layer. That is, the light emitting region can be limited by forming no active layer from the side surface 94 to about 100 ⁇ m.
  • the case where the side surface 94 of the semiconductor laser bar 77 is tilted is applied to the configuration of the first embodiment, but it can be applied to any configuration of the first to fourteenth embodiments.
  • the configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.
  • a lens or the like (not shown) may be used in the optical path to adjust the beam diameter.

Abstract

連続した発光領域から波長の異なる複数のビームを出射する半導体レーザバー１１と、複数のビームを集光する集光光学系１３と、波長分散機能を有する波長分散光学素子１４と、透過するビームの波長が周期的に異なっている光学フィルター１５と、同軸上に重畳された複数のビームの光路上に配置されたアパーチャ１６と、部分反射鏡１７とを備え、半導体レーザバー１１の背面には、全反射鏡１９が形成されており、全反射鏡１９で反射されて半導体レーザバー１１から出射される波長の異なる複数のビームの各波長は、光学フィルター１５により透過される波長と同一である。

Description

半導体レーザ装置
　本発明は、共振器による光増幅を行う半導体レーザ装置に関する。
　従来の半導体レーザ装置においては、半導体レーザバーのビーム品質を向上させるために、半導体レーザバーの各発光点からのビームの発散角度を補正してからレンズを用いて波長分散光学素子上に集光するとともに、波長分散光学素子の波長分散性により各発光点からのビームを重畳し、重畳したビームに対して部分反射ミラーを設置して外部共振器を構成する技術が知られている（例えば、特許文献１）。
米国特許出願公開第２０１１／０２１６４１７号
　ところで、特許文献１に記載の技術を半導体レーザバーの側面方向に連続した発光領域から波長の異なる複数のビームを出射するようなブロードエリア型の半導体レーザ装置に適用した場合、一つの発光点の遅軸方向の発散角が大きいため、単に複数のビームを波長重畳させただけではビーム品質のよいレーザ光を得ることは困難である。なお、遅軸方向とは、Ｘ軸方向のことである。また、半導体レーザの一つの発光点を小さくすることによりビーム品質は向上できるが、この場合効率が悪く出力の小さなレーザ装置しかできない。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、半導体レーザバーの側面方向に連続した発光領域から出射された波長の異なる複数のビームの品質を向上することができ、効率も高い半導体レーザ装置を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る半導体レーザ装置は、連続した発光領域から波長の異なる複数のビームを出射する半導体レーザバーと、前記複数のビームを集光する集光レンズと、前記複数のビームが集光される位置に配置され、波長分散機能を有する波長分散光学素子と、透過するビームの波長が周期的に異なっている光学フィルターと、アパーチャと、を備え、前記半導体レーザバーの背面には、全反射鏡が形成されており、前記全反射鏡で反射されて前記半導体レーザバーから出射される波長の異なる複数のビームの各波長は、前記光学フィルターにより透過される複数の波長と同一であることを特徴とする。
　本発明によれば、連続した発光領域から出射された波長の異なる複数のビームの品質を向上させながら重畳することができ、さらに効率もよくなる、という効果を奏する。
実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の構成を示す斜視図 実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の構成を示す上面図 実施の形態１にかかる光学フィルターの波長と透過率との関係を示す図 実施の形態１にかかる半導体レーザバーの構成を示す斜視図 実施の形態１にかかる半導体レーザバーの発光面と遅軸方向の温度分布を示す図 実施の形態１にかかる半導体レーザバーの遅軸方向の屈折率分布を示す図 実施の形態１にかかる半導体レーザバーから出射した複数のビームが共振器を１往復したときに半導体レーザバーで観測される個々のビームプロファイルを示す図 図７に示す個々のビームプロファイルを合成した場合の合成ビームプロファイルを示す図 実施の形態１にかかる半導体レーザバーから出射した複数のビームが共振器を１往復したときに部分反射鏡で観測される個々のビームプロファイルを示す図 実施の形態１にかかる半導体レーザバーから出射した複数のビームが共振器を２０往復したときに半導体レーザバーで観測される個々のビームプロファイルを示す図 図１０に示す個々のビームプロファイルを合成した場合の合成ビームプロファイルを示す図 実施の形態１にかかる半導体レーザバーから出射した複数のビームが共振器を２０往復したときに部分反射鏡で観測される個々のビームプロファイルを示す図 実施の形態２にかかる半導体レーザ装置の構成を示す斜視図 実施の形態２にかかる半導体レーザ装置の共振器の光路上でのビーム径の変化を示す図 実施の形態２にかかる半導体レーザ装置において、ビーム半径と重ね合わせのピッチが同じ場合のビームプロファイルを示す図 実施の形態２にかかる半導体レーザ装置において、ビーム半径が重ね合わせのピッチの半分の場合のビームプロファイルを示す図 実施の形態２にかかる半導体レーザ装置において、ビーム半径と重ね合わせピッチとの比における半導体レーザバー内の全体のビーム強度比を示す図 実施の形態３にかかる半導体レーザ装置の構成を示す斜視図 実施の形態３にかかる半導体レーザ装置の部分反射鏡の反射率を示す図 実施の形態３にかかる半導体レーザ装置の部分反射鏡の反射率を示す図 実施の形態４にかかる半導体レーザ装置の構成を示す斜視図 実施の形態５にかかる半導体レーザ装置の構成を示す斜視図 実施の形態６にかかる半導体レーザ装置の構成を示す斜視図 実施の形態７にかかる半導体レーザ装置の構成を示す斜視図 実施の形態８にかかる半導体レーザ装置の構成を示す上面図 実施の形態９にかかる半導体レーザ装置の構成を示す斜視図 実施の形態９にかかるエタロンの反射率を示す図 実施の形態１０にかかる半導体レーザ装置の構成を示す上面図 実施の形態１１にかかる半導体レーザ装置の構成を示す斜視図 実施の形態１２にかかる半導体レーザ装置の構成を示す斜視図 実施の形態１～１１における半導体レーザバー内部の不要な光の伝搬径路を示す上面図 実施の形態１２にかかる半導体レーザバーを示す上面図 実施の形態１３にかかる半導体レーザ装置の構成を示す上面図 実施の形態１４にかかる半導体レーザ装置の構成を示す上面図 実施の形態１４にかかる半導体レーザバーを示す正面図 実施の形態１５にかかる半導体レーザ装置の構成を示す上面図 実施の形態１５にかかる半導体レーザバーを示す正面図 従来の半導体レーザ装置のビームプロファイルを示す図
　以下に、本発明の実施の形態に係る半導体レーザ装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置１０１の構成を示す斜視図である。半導体レーザ装置１０１は、半導体レーザバーの側面方向に連続した発光領域１０を有する半導体レーザバー１１と、ビームの発散角度を補正するビーム発散角度補正光学系１２と、ビームを集光する集光レンズである集光光学系１３と、波長分散機能を有する波長分散光学素子１４と、入射光のうち、予め定められている波長範囲の光だけを透過する光学フィルター１５と、予め定めた範囲のビームを通過させるアパーチャ１６と、一部のビームを外部に出射し、残りのビームをアパーチャ１６に反射する部分反射鏡１７とを備える。ここで側面方向とは、図に示すＸ軸方向である。
　半導体レーザバー１１は、連続した発光領域から波長の異なる複数のビームを出射する。半導体レーザバー１１は、連続した発光領域を生成するために、例えば、電極１８が半導体レーザバー１１の全面に形成されている。半導体レーザバー１１の発光面に対向する面には、全反射鏡１９が形成されている。また、半導体レーザ装置１０１は、部分反射鏡１７と全反射鏡１９との間で共振器を構成している。
　ビーム発散角度補正光学系１２は、半導体レーザバー１１から出射された波長の異なる複数のビームの発散角度を補正する。
　集光光学系１３は、複数のビームを集光する。また、集光光学系１３は、シリンドリカルレンズである。
　波長分散光学素子１４は、複数のビームが集光される位置に配置され、波長分散機能を有する。また、波長分散光学素子１４は、回折格子またはプリズムである。
　光学フィルター１５は、波長分散光学素子１４により回折されて同軸上に重畳された複数のビームの光路上に配置され、透過するビームの波長が周期的に異なっている。光学フィルター１５は、光の波長に対して周期的な透過率分布を有しており、複数のビームの波長（λ１、λ２、・・・、λｎ）の光に対して透過率が高くなるように構成されている。
　アパーチャ１６は、波長分散光学素子１４により回折されて同軸上に重畳された複数のビームの光路上に配置されている。なお、図１に示す例では、アパーチャ１６は、円形開口となっているが、矩形開口でもよい。
　部分反射鏡１７は、アパーチャ１６の後段であって、波長分散光学素子１４により回折されて同軸上に重畳された複数のビームの光路上に配置されている。
　半導体レーザバー１１の背面には、部分反射鏡１７によって反射されて半導体レーザバー１１に戻ってきた波長の異なる複数のビームを反射する全反射鏡１９が形成されている。
　全反射鏡１９で反射されて半導体レーザバー１１から出射される波長の異なる複数のビームの各波長は、光学フィルター１５により透過される波長と同一である。
　図２は、半導体レーザ装置１０１の構成を示す上面図である。半導体レーザバー１１から出射されたビームは、集光光学系１３によって波長分散光学素子１４の表面に集光される。波長分散光学素子１４は、集光されたビームを各波長に対応した回折角で回折し、一つの光軸Ｂ１上に重畳する。一つの光軸Ｂ１上に重畳されたビームは、光学フィルター１５に入射される。光学フィルター１５は、予め定められた複数の波長のビームのみを透過する。光学フィルター１５を透過したビームは、アパーチャ１６を介して部分反射鏡１７に入射される。
　部分反射鏡１７の反射率は、例えば５％から２０％である。部分反射鏡１７によって反射されたビームは、光路を逆方向にたどって、再び、半導体レーザバー１１に入射される。半導体レーザバー１１に入射されたビームは、半導体レーザバー１１の全反射鏡１９によって反射されて、半導体レーザバー１１から出射される。上述のようにして、波長の異なる複数のビームは、全反射鏡１９と部分反射鏡１７との間を往復する。
　半導体レーザバー１１に入射されるときのビームの位置は、光学フィルター１５を透過した波長のビームとなるため、ほぼ等間隔に決まった位置となる。ビームの形であるビームプロファイルは、アパーチャ１６の開口の大きさで決まるモード選択によって、図２に示すように、ガウシアンプロファイルＢ２が形成される。また、半導体レーザバー１１への入射時には、図２に示すように、全体として均一な分布のビームプロファイルＢ３となる。
　ここで、光学フィルター１５は、例えば、エタロンを用いる。図３は、エタロンの透過強度のスペクトルを示す。図３は、反射率が９０％、屈折率が１．５、厚みが２００μｍ、入射角が５ｄｅｇ．のソリッドエタロンの例である。また、図３中のΔλは、ＦＳＲ（Ｆｒｅｅ　Ｓｐｅｃｔｒａｌ　Ｒａｎｇｅ）と呼ばれており、透過率が高いピーク位置の波長の間隔を示している。
　図３に示すように、ＦＳＲの値を適切に設計すると、複数の波長でピークを有する透過率特性になる。よって、予め定めた複数の波長のビームに対しては、ほぼ１００％透過し、予め定めた複数の波長以外の波長のビームに対しては、ほとんど透過しない特性になる。
　例えば、半導体レーザバー１１の利得幅が９００ｎｍから９３０ｎｍの範囲の場合、半導体レーザ装置１０１は、図３に示すように、２２本の異なる波長によって発振し、２２本のビームを重畳させることができる。また、重畳されたビームは、各波長がガウシアンプロファイルとなっているため、図２に示すように、部分反射鏡１７から出射されるビームＢ４の形状もガウシアンプロファイルになる。
　よって、半導体レーザ装置１０１は、光学フィルター１５にエタロンを用いることにより、波長分散光学素子１４で回折されるビームの回折角を制御することができ、半導体レーザバー１１に入射するビームの位置を均等に配置できる。
　なお、半導体レーザ装置１０１は、波長分散光学素子１４の光路中にλ／２波長板等の波長板を挿入して波長分散光学素子１４にＳ偏光で入射するようにしてもよい。当該構成によれば、半導体レーザ装置１０１は、波長分散光学素子１４の回折効率を高めることができる。
　従来の半導体レーザ装置では、半導体レーザの発光点とアウトプットカップラとの間で共振条件を満たすように、発光点の位置によってグレーティングの回折角が決まり、波長が自動的に決まる。
　一方、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置１０１では、半導体レーザバー１１の発光領域１０の全体から発光できるため、発光点の位置は発光領域１０のどこでも可能となるため、半導体レーザバーのみではグレーティングの回折角は決まらない構成になっている。本発明の半導体レーザ装置１０１は、光学フィルター１５を用いることによって発振波長を選択し、グレーティングの回折角を決めている。
　次に、半導体レーザバー１１内の温度および屈折率分布について説明する。図４は、半導体レーザバー１１の詳細を示す斜視図である。例えば、半導体レーザバー１１の遅軸方向であるＸ軸方向の幅は、１０ｍｍ程度の大きさである。また、発光領域１０が形成されている面は、ＡＲ（Ａｎｔｉ　Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コーティングが施されている。
　図５は、半導体レーザバー１１を発光領域１０の面からみたときの正面図と、遅軸方向の温度分布を示す。図６は、半導体レーザバー１１の遅軸方向の屈折率分布を示す図である。半導体レーザバー１１は、印加する電流が遅軸方向に関して均一であり、ゲイン分布が均一になる。これにより、発熱による温度分布は、図５に示すように、均一な分布になる。材料の屈折率温度依存性による屈折率分布も、図６に示すように、遅軸方向において均一な分布になる。
　よって、半導体レーザバー１１は、遅軸方向に屈折率境界がない。半導体レーザバー１１を通過するビームは、ほとんど自由空間を伝搬するビームに等しい挙動を示すことになる。従来のブロードエリア型の半導体レーザでは遅軸方向に屈折率境界があり導波路モードで伝搬するため遅軸方向のビーム品質を向上させることが困難であるが、本発明による半導体レーザバー１１は自由空間を伝搬するのに等しいためビーム品質を向上させることできる。
　ここで、半導体レーザ装置１０１のレーザ発振をシミュレーションした結果について、図７から図１２を用いて説明する。図７から図１２は、部分反射鏡１７と全反射鏡１９との間で構成される共振器を往復するビームプロファイルを示す。
　図７は、半導体レーザバー１１から出射した複数のビームが共振器を１往復したときに半導体レーザバー１１で観測される個々のビームプロファイルを示す図である。半導体レーザバー１１は、初期値としてランダムな強度分布のビームを出射する。図７に示すビームプロファイルは、ビームが共振器を１往復し、半導体レーザバー１１に入射する時のビームプロファイルであり、一例として、ビームの数を１６本としている。
　図８は、図７に示す個々のビームプロファイルを合成した場合の合成ビームプロファイルを示す図である。
　図９は、半導体レーザバー１１から出射した複数のビームが共振器を１往復したときに部分反射鏡１７で観測される個々のビームプロファイルを示す図である。図９に示すビームプロファイルは、１６本のビームを足し合わせた結果になっている。
　図１０は、半導体レーザバー１１から出射した複数のビームが共振器を２０往復したときに半導体レーザバー１１で観測される個々のビームプロファイルを示す図である。
　図１１は、図１０に示す個々のビームプロファイルを合成した場合の合成ビームプロファイルを示す図である。
　図１２は、半導体レーザバー１１から出射した複数のビームが共振器を２０往復したときに部分反射鏡１７で観測される個々のビームプロファイルを示す図である。
　半導体レーザバー１１の遅軸方向の幅である利得の幅は、例として１０ｍｍとした。よって、波長の異なる各ビームの間隔は、０．６ｍｍである。
　半導体レーザバー１１から出射した複数のビームが共振器を１往復した場合には、図７に示すように、１６本の各ビームは、強度分布がばらばらである。また、１６本のビームプロファイルを合成した場合、図８に示すように、合成ビームプロファイルは、強度分布の変化が大きい。また、半導体レーザバー１１から出射した複数のビームが共振器を１往復したときの部分反射鏡１７で観測されるビームプロファイルには、図９に示すように、サイドローブが発生している。
　一方、半導体レーザ装置１０１の半導体レーザバー１１から出射した複数のビームが共振器を２０往復した場合には、半導体レーザバー１１で観測される個々のビームプロファイルは、図１０に示すように、ほぼガウシアンプロファイルになっている。また、１６本のビームプロファイルを合成した場合、図１１に示すように、合成プロファイルは、ほぼ均一な強度分布になっている。また、半導体レーザバー１１から出射した複数のビームが共振器を２０往復したときの部分反射鏡１７で観測されるビームプロファイルは、図１２に示すように、サイドローブを有しないガウシアンプロファイルになっている。
　よって、半導体レーザ装置１０１は、ランダムな強度分布のビームを共振器内で何度も往復させることにより、ビームプロファイルを収束させ、最終的にサイドローブが発生していないガウシアンプロファイルのシングルモードでレーザ発振を行うことができる。
　なお、実施の形態１では、ビームの数を１６本で説明したが、ビームの本数は１６本に限られず、複数本であれば何本であっても同様の効果が得られる。
　また、従来の半導体レーザ装置では、遅軸方向のビームモードが発光点の遅軸方向の幅によって決まってしまう。一方、半導体レーザ装置１０１は、アパーチャ１６によってビームモードを制限しており、ほぼ任意のモードで発振させることができ、アパーチャ１６の開口径を小さくすることにより、シングルモードにすることもできる。例えば、図３８は従来のブロードエリア型の半導体レーザのビームプロファイルの実測値であり、図３８と本発明によるビームプロファイル図１２とを比較すれば本発明によって劇的にビーム品質が向上することがわかる。さらに、図１１に示した合成プロファイルはほぼ均一な強度分布となっており、半導体レーザバーのゲイン分布とほぼ同じ分布になる。つまりゲイン領域をビームが無駄なく通過することになり、発振効率が良い半導体レーザとなる。
　よって、半導体レーザ装置１０１は、遅軸方向においてシングルモードで発振することができ、連続した発光領域から出射された波長の異なる複数のビームの品質を向上させ、さらに効率も向上させることができる。なお、ビームの品質が向上するとは、光の波長、位相および方向が揃っているということであり、集光性がよいことを示す。なお、実施の形態１では、光学フィルター１５が波長分散光学素子１４により回折されて同軸上に重畳された光路上に配置されているが、例えば、半導体レーザバー１１と集光光学系１３との間に配置される構成でもよい。また、ここでは連続した発光領域を生成するために、電極１８を半導体レーザバー１１の全面に形成しているが、活性層を半導体レーザバー側面方向の端から端まで形成してもよい。
実施の形態２．
　つぎに、実施の形態２について説明する。図１３は、実施の形態２にかかる半導体レーザ装置１０２の構成を示す斜視図である。実施の形態２にかかる半導体レーザ装置１０２と、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置１０１とは、光学フィルター１５と部分反射鏡１７との間の構成が異なる。以下では、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置１０１の構成と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
　半導体レーザ装置１０２は、矩形形状の開口を有するアパーチャ２１と、アパーチャ２１の前後にシリンドリカルレンズ２２，２３を有する。半導体レーザ装置１０２は、当該構成により、遅軸方向のビームに対して、アパーチャ２１が配置されている場所で集光することができる。
　よって、半導体レーザ装置１０２は、アパーチャ２１が配置されている場所でフーリエ変換像ができ、明確にビームモードを制限することができる。
　図１４は、半導体レーザ装置１０２の部分反射鏡１７と全反射鏡１９との間で構成される共振器の光路上におけるビーム径の変化を示す図である。図１４中に示す矢印は、発光領域１０、集光光学系１３、波長分散光学素子１４、シリンドリカルレンズ２２、アパーチャ２１、シリンドリカルレンズ２３および部分反射鏡１７が配置されている場所を示すものである。また、図１４には、第１の波長のビームの光軸Ｂ５と、第１の波長とは異なる第２の波長のビームの光軸Ｂ６と、第１の波長のビーム半径Ｒ１と、第２の波長のビーム半径Ｒ２とを示す。なお、図１４では、説明の便宜上、２つのビームのみを示したが、実際には複数のビームが存在する。
　半導体レーザ装置１０２は、波長の異なるビームを半導体レーザバー１１内で重ね合わせることにより均一な強度分布を形成している。よって、ビームの重ね合わせ間隔と個々のビーム半径との関係が重要である。
　図１４に示す例では、ビーム半径と重ね合わせのピッチが等しくなっている。なお、ビーム半径とは、１／ｅ２半径のことであり、ビーム強度のピーク値に対して強度が１／ｅ２の値となる位置の径のことである。ｅは、自然対数を示している。
　図１５は、ビーム半径と重ね合わせのピッチが同じ場合のビームプロファイルを示す図である。図１５に示すように、ビームプロファイルは、全体としてほぼ均一な分布となっていることが分かる。
　また、図１６は、ビーム半径が重ね合わせのピッチの半分の場合のビームプロファイルを示す図である。図１６に示すように、ビームプロファイルは、均一な分布になっていない。つまり、半導体レーザバー１１内の全体のビーム強度分布が均一になっていないことを示している。
　ビーム強度の低い部分は、半導体レーザバー１１の利得が残り、当該部分で共振器を介さず半導体レーザバー１１のみで発振する可能性があり、ビーム品質の悪いレーザ光が混じりこむ原因になる。
　図１７は、ビーム半径と重ね合わせピッチとの比における半導体レーザバー１１内の全体のビーム強度比ｂ／ａを示す図である。ｂは、図１６中のビーム強度の低い部分であり、ａは、図１６中の全体のビーム強度を示している。ビーム強度比を０．８５以上とする場合には、図１７に示すように、ビーム半径と重ね合わせピッチの比は、０．８よりも大きい必要がある。
　実施の形態２にかかる半導体レーザ装置１０２では、全反射鏡１９で反射されて半導体レーザバー１１から出射される波長の異なる複数のビームは、半導体レーザバー１１の出射位置において、各ビーム半径と各ビームの光軸位置の間隔との比が０．８よりも大きい関係にある。
　よって、半導体レーザ装置１０２は、半導体レーザバー１１の出射位置において、各ビーム半径と各ビームの光軸位置の間隔との比を０．８よりも大きくすることにより、遅軸方向においてシングルモードで発振することができ、連続した発光領域から出射された波長の異なる複数のビームの品質を向上することができる。
実施の形態３．
　つぎに、実施の形態３について説明する。図１８は、実施の形態３にかかる半導体レーザ装置１０３の構成を示す斜視図である。実施の形態３にかかる半導体レーザ装置１０３と、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置１０１とは、波長分散光学素子１４以降の構成が異なる。以下では、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置１０１の構成と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
　半導体レーザ装置１０３は、波長分散光学素子１４で回折されて同軸上に重畳された複数のビームの光路上に配置されるアパーチャ２５と、アパーチャ２５の後段であって、複数のビームの光路上に配置される部分反射鏡２６とを備える。
　部分反射鏡２６は、反射するビームの波長が周期的に異なっている。半導体レーザバー１１の背面には、部分反射鏡２６によって反射されて半導体レーザバー１１に戻ってきた波長の異なる複数のビームを反射する全反射鏡１９が形成されている。
　全反射鏡１９により反射された波長の異なる複数のビームの各波長は、部分反射鏡２６により反射される波長と同一である。
　アパーチャ２５は、開口の大きさによってビームモードを選択する。また、部分反射鏡２６のアパーチャ２５に向き合っている面には、波長選択性を有する誘電体多層膜が形成されている。
　図１９は、部分反射鏡２６に形成されている誘電体多層膜の反射率を示す図である。図２０は、図１９に示されている０．９１μｍ付近から０．９５μｍ付近を拡大した図である。
　誘電体多層膜は、図１９に示すように、反射率が高く波長に依存しない領域Ａ１と、反射率が周期的に変化する領域Ａ２が存在する。一般的に、誘電体多層膜では、反射率が高く波長に依存しない領域を用いて全反射膜として利用される。図１９に示す例では、反射率が高く波長に依存しない領域は、波長域が０．９７μｍから１μｍ付近である。
　誘電体多層膜の反射率は、図２０に示すように、半導体レーザバー１１の利得が存在する波長域である０．９μｍから０．９５μｍの間において、０％から２０％で周期的に変化している。
　当該領域を共振器の部分反射鏡として使用すると、特定の複数の波長の帰還率が高くなり、当該波長において選択的にレーザ発振する。
　半導体レーザ装置１０３は、部分反射鏡２６に形成されている誘電体多層膜の反射率が高い複数の波長のみがアパーチャ２５側に反射され、各波長のビームが波長分散光学素子１４によって回折され、半導体レーザバー１１の所望の異なる位置に入射させることができ、全体として均一なビーム強度分布を形成することができる。
　よって、半導体レーザ装置１０３は、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置１０１と同様に、遅軸方向においてシングルモードで発振することができ、連続した発光領域から出射された波長の異なる複数のビームの品質を向上し、効率も高めることができる。
　また、実施の形態３にかかる半導体レーザ装置１０３では、全反射鏡１９で反射され、半導体レーザバー１１から出射される波長の異なる複数のビームは、半導体レーザバー１１の出射位置において、各ビーム半径と各ビームの光軸位置の間隔との比が０．８よりも大きいことが好ましい。ビーム強度比を０．８５以上とする場合には、図１７に示すように、ビーム半径と重ね合わせピッチの比は、０．８よりも大きい必要があるからである。
　よって、半導体レーザ装置１０３は、半導体レーザバー１１の出射位置において、各ビーム半径と各ビームの光軸位置の間隔との比を０．８よりも大きくすることにより、遅軸方向においてシングルモードで発振することができ、連続した発光領域から出射された波長の異なる複数のビームの品質を向上し、効率も高めることができる。
実施の形態４．
　つぎに、実施の形態４について説明する。図２１は、実施の形態４にかかる半導体レーザ装置１０４の構成を示す斜視図である。実施の形態４にかかる半導体レーザ装置１０４と、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置１０１とは、波長分散光学素子１４以降の構成が異なる。以下では、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置１０１の構成と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
　半導体レーザ装置１０４は、波長分散光学素子１４で回折されて同軸上に重畳されたビームの光路上に配置され、ビームを集光する第２集光光学系である集光光学系３１と、集光光学系３１により集光されたビームが入射されるファイバーブラッググレーティング３２とを備える。
　ファイバーブラッググレーティング３２は、半導体レーザバー１１から出射される波長の異なる複数のビームの波長に対して反射率が高くなるように構成されている。
　波長分散光学素子１４から到来したビームは、集光光学系３１により集光されて、ファイバーブラッググレーティング３２に入射する。
　ファイバーブラッググレーティング３２は、グレーティング部において複数の異なる波長を部分反射するように構成されており、例えば、異なるピッチのグレーティングが複数刻みこまれている。ファイバーブラッググレーティング３２によって選択的に反射された複数の波長の光のみが半導体レーザバー１１に帰還する。
　よって、半導体レーザ装置１０４は、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置１０１と同様に、遅軸方向においてシングルモードで発振することができ、連続した発光領域から出射された波長の異なる複数のビームの品質を向上し、効率も高めることができる。
実施の形態５．
　つぎに、実施の形態５について説明する。図２２は、実施の形態５にかかる半導体レーザ装置１０５の構成を示す斜視図である。実施の形態５にかかる半導体レーザ装置１０５と、実施の形態４にかかる半導体レーザ装置１０４とは、ファイバーブラッググレーティング３２の構成が異なる。以下では、実施の形態４にかかる半導体レーザ装置１０４の構成と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
　半導体レーザ装置１０５は、集光光学系３１により集光されたビームが入射されるファイバーブラッググレーティング３５を備える。ファイバーブラッググレーティング３５の出射端には、部分反射鏡３６が形成されている。
　当該構成によれば、半導体レーザ装置１０５は、ファイバーブラッググレーティング３５によって選択的に反射された複数の波長の光のみが半導体レーザバー１１に帰還する。
　よって、半導体レーザ装置１０５は、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置１０１と同様に、遅軸方向においてシングルモードで発振することができ、連続した発光領域から出射された波長の異なる複数のビームの品質を向上し、効率も高めることができる。
実施の形態６．
　つぎに、実施の形態６について説明する。図２３は、実施の形態６にかかる半導体レーザ装置１０６の構成を示す斜視図である。実施の形態６にかかる半導体レーザ装置１０６は、実施の形態４にかかる半導体レーザ装置１０４からアパーチャ１６を省略した構成である。以下では、実施の形態４にかかる半導体レーザ装置１０４の構成と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
　ファイバーブラッググレーティング３２は、シングルモード光ファイバーである。よって、半導体レーザ装置１０６は、ファイバーブラッググレーティング３２がシングルモード光ファイバーであるので、ファイバーブラッググレーティング３２内でシングルモードを選択することができ、アパーチャ１６を省略することができ、製造コストを低減することができる。
実施の形態７．
　つぎに、実施の形態７について説明する。図２４は、実施の形態７にかかる半導体レーザ装置１０７の構成を示す斜視図である。実施の形態７にかかる半導体レーザ装置１０７と、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置１０１とは、波長分散光光学素子１４がプリズム４１に置換されている構成が異なる。以下では、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置１０１の構成と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
　実施の形態１にかかる半導体レーザ装置１０１の波長分散光学素子１４は、反射型または透過型のグレーティングを想定した。実施の形態７にかかる半導体レーザ装置１０７は、波長分散光学素子１４をプリズム４１に置換した構成でも、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置１０１と同様に、遅軸方向においてシングルモードで発振することができ、連続した発光領域から出射された波長の異なる複数のビームの品質を向上し、効率も高めることができる。
実施の形態８．
　つぎに、実施の形態８について説明する。図２５は、実施の形態８にかかる半導体レーザ装置１０８の構成を示す上面図である。実施の形態８にかかる半導体レーザ装置１０８と、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置１０１とは、半導体レーザバー１１の構成が異なる。以下では、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置１０１の構成と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
　半導体レーザ装置１０８は、複数の発光領域を有し、各発光領域から波長の異なる複数のビームを出射する半導体レーザバー４５を備える。
　半導体レーザバー４５は、例えば、２つの電極４６，４７により構成され、発光領域が２つに分かれている。
　波長分散光学素子１４は、集光されたビームを各波長に応じた回折角で回折し、一つの光軸Ｂ７上に重畳する。一つの光軸Ｂ７上に重畳されたビームは、光学フィルター１５に入射される。光学フィルター１５は、予め定められた複数の波長のビームのみを透過する。光学フィルター１５を透過したビームは、アパーチャ１６を介して部分反射鏡１７に入射される。
　半導体レーザバー４５に入射されるときのビームの位置は、光学フィルター１５を透過した波長のビームとなるため、ほぼ等間隔に決まった位置となる。ビームの形であるビームプロファイルは、アパーチャ１６の開口の大きさで決まるモード選択によって、図２５に示すように、ガウシアンプロファイルＢ８が形成される。また、半導体レーザバー４５への入射時には、図２５に示すように、全体として均一な分布の二つのビームプロファイルＢ９、Ｂ１０となる。
　また、半導体レーザバー４５から出射した複数のビームは、部分反射鏡１７と全反射鏡１９との間で構成される共振器で複数回往復した後、部分反射鏡１７からガウシアンプロファイルのビームＢ１１として出射される。
　よって、実施の形態８にかかる半導体レーザ装置１０８は、半導体レーザバー４５の中で発光領域が複数に分かれていても、半導体レーザバー４５の発光領域内に複数の波長のビームが入射し、発光領域内でほぼ均一な分布のビームプロファイルＢ９、Ｂ１０を得ることができる。
　よって、半導体レーザ装置１０８は、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置１０１と同様に、遅軸方向においてシングルモードで発振することができ、連続した発光領域から出射された波長の異なる複数のビームの品質を向上し、効率も高めることができる。ここで発光領域は電極を２つにわけることによって２つに分けているが、活性層を２つにわけることによって発光領域を２つにわけてもよい。
実施の形態９．
　つぎに、実施の形態９について説明する。図２６は、実施の形態９にかかる半導体レーザ装置１０９の構成を示す斜視図である。実施の形態９にかかる半導体レーザ装置１０９と、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置１０１とは、部分反射鏡１７の位置に光学フィルター５１を配置し、部分反射鏡１７を備えない構成が異なる。以下では、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置１０１の構成と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
　半導体レーザ装置１０９は、波長分散光学素子１４で回折されて同軸上に重畳された複数のビームの光路上に配置されたアパーチャ１６と、アパーチャ１６の後段であって、同軸上に重畳された複数のビームの光路上に配置され、反射するビームの波長が周期的に異なっている光学フィルター５１とを備える。
　半導体レーザバー１１の背面には、光学フィルター５１によって反射されて半導体レーザバー１１に戻ってきた波長の異なる複数のビームを反射する全反射鏡１９が形成されている。
　全反射鏡１９で反射されて半導体レーザバー１１から出射される波長の異なる複数のビームの各波長は、光学フィルター５１により反射される波長と同一である。
　光学フィルター５１は、エタロンである。半導体レーザ装置１０９は、エタロンを垂直入射で使用する。
　また、図２７は、図２６に示すエタロンの反射率を示す図である。反射率は、波長に対して周期的に変化している。反射率が高い部分は、１０％であり、反射率が低い部分は、０％、つまり１００％の透過になっている。
　半導体レーザ装置１０９は、部分反射鏡の代わりにエタロンを用いることにより、反射率が高い複数の波長のみが帰還し、帰還した波長によってレーザ発振することができる。
　よって、半導体レーザ装置１０９は、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置１０１と同様に、遅軸方向においてシングルモードで発振することができ、連続した発光領域から出射された波長の異なる複数のビームの品質を向上し、効率も高めることができる。
実施の形態１０．
　つぎに、実施の形態１０について説明する。図２８は、実施の形態１０にかかる半導体レーザ装置１１０の構成を示す上面図である。実施の形態１０にかかる半導体レーザ装置１１０と実施の形態１にかかる半導体レーザ装置１０１とは、半導体レーザバーおよび集光光学系から構成されるレーザ集光群を複数備える構成が異なる。以下では、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置１０１の構成と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
　半導体レーザ装置１１０は、半導体レーザバー１１ａ、ビーム発散角度補正光学系１２ａおよび集光光学系１３ａから構成されるレーザ集光群５５ａと、半導体レーザバー１１ｂ、ビーム発散角度補正光学系１２ｂおよび集光光学系１３ｂから構成されるレーザ集光群５５ｂと、半導体レーザバー１１ｃ、ビーム発散角度補正光学系１２ｃおよび集光光学系１３ｃから構成されるレーザ集光群５５ｃとを備える。
　複数のレーザ集光群５５ａ，５５ｂ，５５ｃは、波長分散光学素子１４の表面上の同一の場所でビームが集光されるように配置される。
　半導体レーザバー１１ａの発光面に対向する面には、全反射鏡１９ａが形成されている。半導体レーザバー１１ｂの発光面に対向する面には、全反射鏡１９ｂが形成されている。半導体レーザバー１１ｃの発光面に対向する面には、全反射鏡１９ｃが形成されている。
　半導体レーザ装置１１０は、複数のレーザ集光群５５ａ，５５ｂ，５５ｃを用いて波長分散光学素子１４上に集光し、波長重畳させた構成である。
　半導体レーザ装置１１０は、より多くの波長のビームを重畳させることができるのでビームの高品質を保ったまま高出力化ができる。なお、実施の形態１０では、半導体レーザ装置１１０が３つのレーザ集光群により構成される例を示したが、２つのレーザ集光群または４つ以上のレーザ集光群で構成されてもよい。
実施の形態１１．
　つぎに、実施の形態１１について説明する。図２９は、実施の形態１１にかかる半導体レーザ装置１１１の構成を示す斜視図である。実施の形態１１にかかる半導体レーザ装置１１１と実施の形態１にかかる半導体レーザ装置１０１とは、ビーム発散角度補正光学系１２以降の構成が異なる。以下では、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置１０１の構成と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
　半導体レーザ装置１１１は、透過するビームの波長が周期的に異なっている光学フィルター６１と、光学フィルター６１を透過した複数のビームを集光する集光光学系１３と、アパーチャ６２と、アパーチャ６２の後段であって、複数のビームが集光される位置に配置され、波長分散機能を有する波長分散光学素子６３とを備える。
　波長分散光学素子６３は、入射されたビームの一部を反射する。半導体レーザバー１１の背面には、波長分散光学素子６３によって反射されて半導体レーザバー１１に戻ってきた波長の異なる複数のビームを反射する全反射鏡１９が形成されている。
　全反射鏡１９で反射されて半導体レーザバー１１から出射される波長の異なる複数のビームの各波長は、光学フィルター６１により透過される波長と同一である。
　光学フィルター６１は、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置１０１の光学フィルター１５と同様に、光の波長に対して周期的な透過率分布を有しており、複数のビームの波長（λ１、λ２、・・・、λｎ）の光に対して透過率が高くなるように構成されている。
　波長分散光学素子６３は、０次の反射光が入射光軸と同じ軸上に戻るように構成されてもよい。また、波長分散光学素子６３の反射率は、例えば、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置１０１の部分反射鏡１７の反射率と同じ５％から２０％に構成されてもよい。当該構成の場合、波長分散光学素子６３の回折効率は、９５％から８０％である。
　波長分散光学素子６３によって反射された０次の反射光は、波長分散光学素子６３と半導体レーザバー１１の背面に形成されている全反射鏡１９との間を往復し、レーザ発振する。つまり、実施の形態１１にかかる半導体レーザ装置１１１は、波長分散光学素子６３がアウトプットカップラとなり、波長分散光学素子６３による回折光がアウトプットカップラの出力となる。ビームモードは、波長分散光学素子６３の直前に配置されているアパーチャ６２によって選択する。
　よって、半導体レーザ装置１１１は、部分反射鏡を構成要素から除くことができ、装置全体を小型化することができる。
実施の形態１２．
　つぎに、実施の形態１２について説明する。図３０は、実施の形態１２にかかる半導体レーザ装置１１２の構成を示す斜視図である。これは、実施の形態１に示した構成とＡＲ（Ａｎｔｉ　Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コーティング７１を除いて同じものである。ＡＲコーティング７１は、半導体レーザバー１１の全反射鏡１９が施されている全反射面および電極１８が施されている面と垂直な面である半導体レーザバー１１の側面８８に施されている。
　次にこのＡＲコーティング７１の効果について説明する。図３１は、実施の形態１～１１における半導体レーザバー１１の内部の不要な光の伝搬径路を示す上面図である。図３１では、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置１０１の半導体レーザバー１１の場合を一例として示している。ここで図３1における破線両矢印７２は、半導体レーザバー１１内を伝搬する光を示している。
　つまり実施の形態１では、場合によっては、破線両矢印７２に示したように半導体レーザバー１１の側面方向に光が伝搬し、半導体レーザバー１１の側面８８で反射され、半導体レーザバー１１の側面８８間で光が往復することにより寄生発振が生じる恐れがある。また実線片矢印７３は、半導体レーザバー１１の側面８８および全反射面および発光面で反射し、半導体レーザバー１１内を巡回する光を示している。このような光が存在すると発光面から傾きの大きな光が出射することになり、全反射面と垂直方向に発振するレーザ光に不要な光が混じり込むことになる。これはレーザ光のビーム品質を悪化させる原因となる。
　一方、実施の形態１２では、図３２に示すように半導体レーザバー１１の側面８８にＡＲコーティング７１を施すことにより、上記の破線両矢印７２および実線片矢印７３のような光は半導体レーザバー１１の側面８８で反射せずに、出射されるため半導体レーザバー１１の内部ではほとんど存在せず、寄生発振が起こること、および不要な光が混じり込むことを防ぐことができる。なお、このときのＡＲコーティング７１の反射率は、１％以下が望ましい。
　上記の説明では、半導体レーザバー１１の側面８８にＡＲコーティング７１を施すことを実施の形態１の構成に適用した場合を例示したが、実施の形態１～１１の何れの構成にも適用可能である。
実施の形態１３．
　つぎに、実施の形態１３について説明する。図３３は、実施の形態１３にかかる半導体レーザ装置１１３の構成を示す上面図である。これは、実施の形態１に示した構成と半導体レーザバー７５の側面９０が傾いていることを除いて同じものである。実施の形態１３では、半導体レーザバー７５の側面９０が図３３に示されているように全反射膜１９が施されている面あるいは発光領域１０の面に対して垂直ではなく傾いている。
　上記のように構成すると、実施の形態１２で示したように半導体レーザバー１１の側面方向に伝搬する光が存在しても半導体レーザバー７５の側面間で光が往復することはなく、寄生発振を防ぐことができる。側面９０の角度は全反射鏡１９が施されている面あるいは発光領域１０の面に対して垂直から僅かに傾いていれば良く、例えば垂直から１°傾いていれば十分である。
　上記の説明では、半導体レーザバー７５の側面９０に傾きを施すことを実施の形態１の構成に適用した場合を例示したが、実施の形態１～１２の何れの構成にも適用可能である。
実施の形態１４．
　つぎに、実施の形態１４について説明する。図３４は、実施の形態１４にかかる半導体レーザ装置１１４の構成を示す上面図であり、図３５は実施の形態１４にかかる半導体レーザバー７６の発光領域１０の面からみたときの正面図である。これは、実施の形態１に示した構成と半導体レーザバー７６の側面９２が傾いていることを除いて同じものである。側面９２が図３５に示されているように電極１８が施されている面に対して垂直ではなく傾いている。
　上記のように構成すると、実施の形態１２で示したように半導体レーザバー１１の側面方向に伝搬する光が存在しても半導体レーザバー７６の側面９２で反射した光は、半導体レーザバー７６内の活性層で形成される発光領域には戻らないため半導体レーザバー７６の側面９２間で光が往復することはない。このことにより、寄生発振を防ぐことができる。側面９２の角度は、電極１８面に対して垂直から僅かに傾いていれば良く、例えば垂直から０．１°傾いていれば十分である。
　上記の説明では、半導体レーザバー側面に傾きを施すことを実施の形態１の構成に適用した場合を例示したが、実施の形態１～１２の何れの構成にも適用可能である。
実施の形態１５．
　つぎに、実施の形態１５について説明する。図３６は、実施の形態１５にかかる半導体レーザ装置１１５の構成を示す上面図である。これは、実施の形態１に示した構成と半導体レーザバー７７の電極１８面が半導体レーザバー７７の全面に施されておらず、レーザ光の光軸と直角方向の半導体レーザバー７７の側面９４に近い領域には電流が流れないようにしていることを除いて同じものである。図３７は、実施の形態１５にかかる半導体レーザバー７７の発光領域１０の面からみたときの正面図である。図３７に示されているように電極１８および発光領域１０は、半導体レーザバー７７の端の方、すなわち側面９４の近くには存在しない。
　上記のように構成すると、実施の形態１２で示したように半導体レーザバー１１の側面方向に伝搬する光が存在しても、半導体レーザバー７７の側面９４に到達する前に半導体レーザバー７７内で吸収され、側面９４まで到達せず光は半導体レーザバー７７内の活性層で形成される発光領域には戻らない。このため、半導体レーザバー７７の側面９４間で光が往復することはない。このことにより、寄生発振を防ぐことができる。電流が流れない領域は、側面方向に１００μｍあれば十分である。一般のストライプ電極型のＬＤバーでは、隣り合う電極間距離は１００μｍ程度であり、隣り合う活性領域でレーザ光は十分に分離されている。つまり、１００μｍ離れていれば光が伝搬することはなく、十分吸収されると考えられる。
　また、上記では、電極１８によって発光領域を制限していたが、活性層によって発光領域を制限してもよい。つまり側面９４から１００μｍ程度は活性層を形成しないことによっても発光領域を制限できる。
　上記では、半導体レーザバー７７の側面９４に傾きを施すことを実施の形態１の構成に適用した場合を例示したが、実施の形態１～１４の何れの構成にも適用可能である。
　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。例えば、ビーム径を調整するために図示していないレンズ等を光路中に用いてもよい。
　１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８，１０９，１１０，１１１，１１２，１１３，１１４，１１５　半導体レーザ装置、１０　発光領域、１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，４５　半導体レーザバー、１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ　ビーム発散角度補正光学系、１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ　集光光学系、１４，６３　波長分散光学素子、１５，５１，６１　光学フィルター、１６，２１，２５，６２　アパーチャ、１７，２６，３６　部分反射鏡、１８，４６，４７　電極、１９，１９ａ，１９ｂ，１９ｃ　全反射鏡、２２，２３　シリンドリカルレンズ、３１　集光光学系、３２，３５　ファイバーブラッググレーティング、４１　プリズム、５５ａ，５５ｂ，５５ｃ　レーザ集光群、７１　ＡＲ（Ａｎｔｉ　Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コーティング、７２　半導体レーザバーの側面方向を往復する光、７３　半導体レーザバー内を周回する光、７５　側面が傾いた半導体レーザバー、７６　側面が傾いた半導体レーザバー、７７　側面の近くに電極および発光領域がない半導体レーザバー、８８，９０，９２，９４　側面。

Claims (13)

  1. 　連続した発光領域から波長の異なる複数のビームを出射する半導体レーザバーと、
    　前記複数のビームを集光する集光レンズと、
    　前記複数のビームが集光される位置に配置され、波長分散機能を有する波長分散光学素子と、
    　透過するビームの波長が周期的に異なっている光学フィルターと、
    　アパーチャと、を備え、
    　前記半導体レーザバーの背面には、全反射鏡が形成されており、
    　前記全反射鏡で反射されて前記半導体レーザバーから出射される波長の異なる複数のビームの各波長は、前記光学フィルターにより透過される複数の波長と同一であることを特徴とする半導体レーザ装置。
  2. 　前記アパーチャの後段であって、前記波長分散光学素子により回折されて同軸上に重畳された前記複数の波長のビームの光路上に部分反射鏡を配置したことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
  3. 　前記波長分散光学素子は、半導体レーザバーから入射された前記複数のビームの一部を入射されたビームそれぞれに対して同軸上に反射し、他のビームは回折されて同軸上に重畳されたビームを形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
  4. 　前記アパーチャは前記波長分散光学素子により回折されて同軸上に重畳された前記複数の波長のビームの光路上に配置され、
    　前記光学フィルターは、前記波長分散光学素子により回折されて同軸上に重畳された前記複数の波長のビームの光路上に配置、または、前記半導体レーザバーと前記集光光学系との間に配置されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
  5. 　前記光学フィルターは、エタロンであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
  6. 　連続した発光領域から波長の異なる複数のビームを出射する半導体レーザバーと、
    　前記複数のビームを集光する集光レンズと、
    　前記複数のビームが集光される位置に配置され、波長分散機能を有する波長分散光学素子と、
    　前記波長分散光学素子で回折されて同軸上に重畳された前記複数の波長のビームの光路上に配置されたアパーチャと、
    　前記アパーチャの後段であって、前記同軸上に重畳された前記複数の波長のビームの光路上に配置され、反射するビームの波長が周期的に異なっている部分反射鏡と、を備え、
    　前記半導体レーザバーの背面には、前記部分反射鏡によって反射されて前記半導体レーザバーに戻ってきた波長の異なる複数のビームを反射する全反射鏡が形成されており、
    　前記全反射鏡で反射されて前記半導体レーザバーから出射される波長の異なる複数のビームの各波長は、前記部分反射鏡により反射される波長と同一であることを特徴とする半導体レーザ装置。
  7. 　連続した発光領域から波長の異なる複数のビームを出射する半導体レーザバーと、
    　前記複数のビームを集光する第１集光レンズと、
    　前記複数のビームが集光される位置に配置され、波長分散機能を有する波長分散光学素子と、
    　前記波長分散光学素子で回折されて同軸上に重畳されたビームの光路上に配置され、ビームを集光する第２集光レンズと、
    　前記第２集光レンズにより集光されたビームが入射されるファイバーブラッググレーティングと、を備え、
    　前記ファイバーブラッググレーティングは、前記半導体レーザバーから出射される波長の異なる複数のビームの波長に対して反射率が高いことを特徴とする半導体レーザ装置。
  8. 　前記半導体レーザバーは、複数の発光領域を有し、各発光領域それぞれから波長の異なる複数のビームを出射することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
  9. 　前記半導体レーザバーおよび前記集光レンズから構成されるレーザ集光群を複数備え、
    　前記複数のレーザ集光群は、前記波長分散光学素子の表面上の同一の場所でビームが集光されるように配置されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
  10. 　前記半導体レーザバーの発光面と全反射膜面と電極面とはいずれも異なる側面に反射率１％以下の無反射膜を施したことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
  11. 　前記半導体レーザバーの発光面と全反射膜面と電極面とはいずれも異なる側面は発光面との角度が垂直から１°以上傾いていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
  12. 　前記半導体レーザバーの発光面と全反射膜面と電極面とはいずれも異なる側面は電極面との角度が垂直から０．１°以上傾いていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
  13. 　波長の異なる複数のビームを出射する半導体レーザバーと、
    　前記複数のビームを集光する集光レンズと、
    　前記複数のビームが集光される位置に配置され、波長分散機能を有する波長分散光学素子と、
    　透過するビームの波長が周期的に異なっている光学フィルターと、
    　アパーチャと、
    　前記アパーチャの後段であって、前記波長分散光学素子により回折されて同軸上に重畳された前記複数の波長のビームの光路上に配置される部分反射鏡と、を備え、
    　前記半導体レーザバーの背面には、前記部分反射鏡によって反射されて前記半導体レーザバーに戻ってきた波長の異なる複数のビームを反射する全反射鏡が形成されており、
    　前記全反射鏡で反射されて前記半導体レーザバーから出射される波長の異なる複数のビームの各波長は、前記光学フィルターにより透過される波長と同一であることを特徴とする半導体レーザ装置。
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