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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024018651
(43)【公開日】2024-02-08
(54)【発明の名称】発光モジュール
(51)【国際特許分類】
H01S 5/02255 20210101AFI20240201BHJP
H01S 5/02251 20210101ALI20240201BHJP
H01S 5/02253 20210101ALI20240201BHJP
【ＦＩ】
H01S5/02255
H01S5/02251
H01S5/02253
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022122103
(22)【出願日】2022-07-29
(71)【出願人】
【識別番号】000226057
【氏名又は名称】日亜化学工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100101683
【弁理士】
【氏名又は名称】奥田 誠司
(74)【代理人】
【識別番号】100155000
【弁理士】
【氏名又は名称】喜多 修市
(74)【代理人】
【識別番号】100184985
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 悠
(74)【代理人】
【識別番号】100202197
【弁理士】
【氏名又は名称】村瀬 成康
(74)【代理人】
【識別番号】100218981
【弁理士】
【氏名又は名称】武田 寛之
(72)【発明者】
【氏名】畠山 和也
(72)【発明者】
【氏名】▲高▼鶴 一真
(72)【発明者】
【氏名】田中 政信
(72)【発明者】
【氏名】杉山 卓史
【テーマコード（参考）】
5F173
【Ｆターム（参考）】
5F173MA08
5F173MB03
5F173MC15
5F173ME23
5F173ME32
5F173ME33
5F173ME44
5F173MF03
5F173MF23
5F173MF27
5F173MF28
5F173MF33
5F173MF34
5F173MF39
(57)【要約】
【課題】半導体レーザ素子から出射されたレーザ光の進行方向と、設計上の進行方向とのずれを低減することが可能な発光モジュールを提供する。
【解決手段】発光モジュールは、第１方向に並ぶ複数の載置面を有する支持基体と、複数の載置面の各々に、対応する半導体レーザ素子が配置され、各々がレーザ光を出射する複数の半導体レーザ素子と、各々がレーザ光の進行方向を変化させる第１反射面を有する複数の第１ミラー部材と、各々が第１反射面で反射されるレーザ光を第２方向に反射する第２反射面を有する複数の第２ミラー部材と、を備え、複数の第２ミラー部材の第２反射面の第２方向における位置は互いに異なる。
【選択図】図２Ｇ
【解決手段】発光モジュールは、第１方向に並ぶ複数の載置面を有する支持基体と、複数の載置面の各々に、対応する半導体レーザ素子が配置され、各々がレーザ光を出射する複数の半導体レーザ素子と、各々がレーザ光の進行方向を変化させる第１反射面を有する複数の第１ミラー部材と、各々が第１反射面で反射されるレーザ光を第２方向に反射する第２反射面を有する複数の第２ミラー部材と、を備え、複数の第２ミラー部材の第２反射面の第２方向における位置は互いに異なる。
【選択図】図２Ｇ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１方向に並ぶ複数の載置面を有する支持基体と、
前記複数の載置面の各々に、対応する半導体レーザ素子が配置される、複数の半導体レーザ素子であって、各々がレーザ光を出射する複数の半導体レーザ素子と、
各々が第１反射面を有し、前記第１反射面は前記レーザ光を反射して前記レーザ光の進行方向を変化させる、複数の第１ミラー部材と、
各々が第２反射面を有し、前記第２反射面の少なくとも一部は前記第１反射面の少なくとも一部の上方に位置する、複数の第２ミラー部材であって、前記第２反射面は、前記第１反射面で反射される前記レーザ光を前記第１方向に交差する第２方向に反射する、複数の第２ミラー部材と、
を備え、
前記複数の第２ミラー部材の前記第２反射面の前記第２方向における位置は互いに異なる、発光モジュール。
前記複数の載置面の各々に、対応する半導体レーザ素子が配置される、複数の半導体レーザ素子であって、各々がレーザ光を出射する複数の半導体レーザ素子と、
各々が第１反射面を有し、前記第１反射面は前記レーザ光を反射して前記レーザ光の進行方向を変化させる、複数の第１ミラー部材と、
各々が第２反射面を有し、前記第２反射面の少なくとも一部は前記第１反射面の少なくとも一部の上方に位置する、複数の第２ミラー部材であって、前記第２反射面は、前記第１反射面で反射される前記レーザ光を前記第１方向に交差する第２方向に反射する、複数の第２ミラー部材と、
を備え、
前記複数の第２ミラー部材の前記第２反射面の前記第２方向における位置は互いに異なる、発光モジュール。
【請求項2】
各々が第３反射面を有し、前記第３反射面は、前記第２反射面で反射される前記レーザ光を前記第１方向に反射する、複数の第３ミラー部材と、
前記複数の第３ミラー部材の各々の前記第３反射面で前記レーザ光が反射されて得られる複数のレーザ光を光ファイバに結合する集光レンズと、をさらに備える請求項１に記載の発光モジュール。
前記複数の第３ミラー部材の各々の前記第３反射面で前記レーザ光が反射されて得られる複数のレーザ光を光ファイバに結合する集光レンズと、をさらに備える請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項3】
前記複数の第２ミラー部材の前記第２反射面の前記第２方向における前記位置は、前記第１方向に沿って、前記第２方向に段階的に異なる、請求項１または２に記載の発光モジュール。
【請求項4】
前記第１反射面は、前記レーザ光を反射して、前記レーザ光の前記進行方向を前記載置面から離れる方向に変化させる、請求項１または２に記載の発光モジュール。
【請求項5】
前記複数の載置面は同一平面上に位置する、請求項１または２に記載の発光モジュール。
【請求項6】
前記第２方向は、前記同一平面に対して平行である、請求項５に記載の発光モジュール。
【請求項7】
前記同一平面を基準として、前記第２反射面と前記レーザ光の光軸との交点の高さは、前記複数の第２ミラー部材の前記第２反射面の前記第２方向における前記位置に応じて異なる、請求項５に記載の発光モジュール。
【請求項8】
各半導体レーザ素子は封止されており、
対応する第１ミラー部材は、各半導体レーザ素子が封止される空間の内側に位置し、
対応する第２ミラー部材は、前記空間の外側に位置する、請求項１または２に記載の発光モジュール。
対応する第１ミラー部材は、各半導体レーザ素子が封止される空間の内側に位置し、
対応する第２ミラー部材は、前記空間の外側に位置する、請求項１または２に記載の発光モジュール。
【請求項9】
各半導体レーザ素子は封止されており、
対応する第１ミラー部材は、各半導体レーザ素子が封止される空間の外側に位置し、
対応する第２ミラー部材は、前記空間の外側に位置する、
請求項１または２に記載の発光モジュール。
対応する第１ミラー部材は、各半導体レーザ素子が封止される空間の外側に位置し、
対応する第２ミラー部材は、前記空間の外側に位置する、
請求項１または２に記載の発光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、発光モジュールに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、半導体レーザ素子の高出力化に伴い、半導体レーザ素子を励起光源としてではなく、材料を直接に照射して加工するレーザ光の光源として用いる技術が開発されつつある。そのような技術は、ダイレクトダイオードレーザ（ＤＤＬ：Direct Diode Laser）技術と称されている。
【0003】
ＤＤＬ技術には、複数の半導体レーザ素子を備える発光モジュールが用いられる。発光モジュールは、複数の半導体レーザ素子の各々からレーザ光が出射されて得られる複数のレーザ光を結合して高出力のレーザ光を出射する。複数のレーザ光の進行方向が設計通りに同じ方向に揃う場合、複数のレーザ光を効果的に結合することができる。特許文献１は、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光の進行方向と設計上の進行方向とのずれを低減することが可能な光部品の例を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】国際公開第２０１６／０５１８３６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
複数の半導体レーザ素子の各々からレーザ光が出射されて得られる複数のレーザ光を効果的に結合することが可能な発光モジュールを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の発光モジュールは、ある実施形態において、第１方向に並ぶ複数の載置面を有する支持基体と、前記複数の載置面の各々に、対応する半導体レーザ素子が配置される、複数の半導体レーザ素子であって、各々がレーザ光を出射する複数の半導体レーザ素子と、各々が第１反射面を有し、前記第１反射面は前記レーザ光を反射して前記レーザ光の進行方向を変化させる、複数の第１ミラー部材と、各々が第２反射面を有し、前記第２反射面の少なくとも一部は前記第１反射面の少なくとも一部の上方に位置する、複数の第２ミラー部材であって、前記第２反射面は、前記第１反射面で反射される前記レーザ光を前記第１方向に交差する第２方向に反射する、複数の第２ミラー部材と、を備え、前記複数の第２ミラー部材の前記第２反射面の前記第２方向における位置は互いに異なる。
【発明の効果】
【0007】
本開示の実施形態によれば、複数の半導体レーザ素子の各々からレーザ光が出射されて得られる複数のレーザ光を効果的に結合することが可能な発光モジュールを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態による発光モジュール、および発光モジュールに含まれる発光装置を説明する。複数の図面に表れる同一符号の部分は同一または同等の部分を示す。
【0010】
さらに、以下に説明する実施形態は、本発明の技術思想を具体化するために例示しているのであって、本発明を以下に限定しない。また、構成要素のサイズ、材質、形状、その相対的配置などの記載は、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図している。各図面が示す部材の大きさおよび位置関係は、理解を容易にするために誇張している場合がある。
【0011】
本明細書または特許請求の範囲において、三角形または四角形などの多角形に関しては、多角形の隅に角丸め、面取り、角取り、丸取りなどの加工が施された形状も含めて、多角形と呼ぶ。また、隅（辺の端）に限らず、辺の中間部分に加工が施された形状も同様に、多角形と呼ぶ。つまり、多角形をベースに残しつつ、部分的な加工が施された形状は、本明細書および特許請求の範囲で記載される“多角形”の解釈に含まれる。
【0012】
（実施形態１）
［発光モジュール］
まず、図１Ａから図１Ｃを参照して、本開示の実施形態１による発光モジュールの構成例を説明する。図１Ａは、本開示の例示的な実施形態１による発光モジュールの構成を模式的に示す上面図である。図１Ｂは、本開示の例示的な実施形態１による発光モジュールの構成を模式的に示す側面図である。図１Ｃは、本開示の例示的な実施形態１による発光モジュールの構成を模式的に示す他の側面図である。これらの図では、参考のために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸が模式的に示されている。Ｘ軸の矢印の方向を＋Ｘ方向と称し、その反対方向を－Ｘ方向と称する。±Ｘ方向を区別しない場合、単にＸ方向と称する。Ｙ方向およびＺ方向についても同様である。本明細書では、説明のわかりやすさのために、＋Ｙ方向を「上方」と称し、－Ｙ方向を「下方」と称する。このことは、発光モジュールの使用時における向きを制限するわけではなく、発光モジュールの向きは任意である。
［発光モジュール］
まず、図１Ａから図１Ｃを参照して、本開示の実施形態１による発光モジュールの構成例を説明する。図１Ａは、本開示の例示的な実施形態１による発光モジュールの構成を模式的に示す上面図である。図１Ｂは、本開示の例示的な実施形態１による発光モジュールの構成を模式的に示す側面図である。図１Ｃは、本開示の例示的な実施形態１による発光モジュールの構成を模式的に示す他の側面図である。これらの図では、参考のために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸が模式的に示されている。Ｘ軸の矢印の方向を＋Ｘ方向と称し、その反対方向を－Ｘ方向と称する。±Ｘ方向を区別しない場合、単にＸ方向と称する。Ｙ方向およびＺ方向についても同様である。本明細書では、説明のわかりやすさのために、＋Ｙ方向を「上方」と称し、－Ｙ方向を「下方」と称する。このことは、発光モジュールの使用時における向きを制限するわけではなく、発光モジュールの向きは任意である。
【0013】
図１Ａから図１Ｃに示す発光モジュール２００は、支持基体６０Ａと、集光レンズ７０と、光ファイバ８０と、光ファイバ８０を支持する支持部材８２と、複数の遅軸コリメートレンズ９２と、複数のミラー部材９４と、複数の発光装置１００Ａと、を備える。各ミラー部材９４は、反射面９４ｓを有する。
【0014】
支持基体６０Ａは、図１Ｂに示すように、ＸＺ平面に対して平行な基準平面Ｒｅｆ上に配置されている。基準平面Ｒｅｆは、発光モジュール２００における高さの基準平面である。以下に説明する「高さ」は、当該基準平面からの高さである。支持基体６０Ａは、図１Ａに示すように、複数の発光装置１００Ａを支持する第１部分６０Ａ１を備える。支持基体６０Ａは、さらに、第１部分６０Ａ１によって支持された複数の第２部分６０Ａ２を備える。各第２部分６０Ａ２は、対応する遅軸コリメートレンズ９２およびミラー部材９４を支持する。支持基体６０Ａは、さらに、第１部分６０Ａ１に接続される第３部分６０Ａ３を備える。第３部分６０Ａ３は、集光レンズ７０および光ファイバ８０を支持する。
【0015】
第１部分６０Ａ１は、Ｘ方向に並ぶ複数の第１載置面６０ｓ１を有する。各第１載置面６０ｓ１には、対応する第２部分６０Ａ２が配置されている。各第２部分６０Ａ２は、第２載置面６０ｓ２を有する。第３部分６０Ａ３は、第３載置面６０ｓ３を有する。
【0016】
各第１載置面６０ｓ１には、図１Ａに示すように、対応する発光装置１００Ａが配置されている。各第２載置面６０ｓ２には、対応する遅軸コリメートレンズ９２およびミラー部材９４が配置されている。遅軸コリメートレンズ９２および／またはミラー部材９４がＹ方向において十分に大きい寸法を有する場合、第２部分６０Ａ２を介さずに、遅軸コリメートレンズ９２および／またはミラー部材９４を第１載置面６０ｓ１に配置してもよい。第３載置面６０ｓ３には、集光レンズ７０が配置されており、かつ光ファイバ８０が支持部材８２を介して配置されている。
【0017】
上記の配置関係から以下のことが言える。各発光装置１００Ａは、対応する第１載置面６０ｓ１によって直接支持されている。各遅軸コリメートレンズ９２および各ミラー部材９４は、対応する第２載置面６０ｓ２によって直接支持されている。各遅軸コリメートレンズ９２および各ミラー部材９４は、さらに、対応する第２部分６０Ａ２を介して、対応する第１載置面６０ｓ１によって間接的に支持されている。集光レンズ７０は、第３載置面６０ｓ３によって直接支持されており、光ファイバ８０は、支持部材８２を介して第３載置面６０ｓ３によって間接的に支持されている。
【0018】
複数の第１載置面６０ｓ１は、ＸＺ平面に対して平行な同一平面上に位置する。したがって、複数の第１載置面６０ｓ１の高さは互いに等しい。これに対して、複数の第２載置面６０ｓ２の高さは、＋Ｘ方向に沿って段階的に減少する。第３載置面６０ｓ３の高さは、第１載置面６０ｓ１の高さよりも大きい。第３載置面６０ｓ３の高さは、さらに、複数の第２載置面６０ｓ２の最小の高さよりも小さい。集光レンズ７０のＹ方向における寸法によっては、第３載置面６０ｓ３の高さは、第１載置面６０ｓ１の高さに等しい、またはそれよりも小さくてもよい。
【0019】
図１Ａから図１Ｃに示す例において、発光装置１００Ａの数は４個であり、第１載置面６０ｓ１の数は４個であるが、これらの数に限定されない。発光装置１００Ａの数は２個、３個、または５個以上であってもよい。発光装置１００Ａの数が増加するほど、高い出力のレーザ光を得ることが可能になる。第１載置面６０ｓ１の数は２個、３個、または５個以上であってもよいし、発光装置１００Ａの数に等しい、またはそれよりも多くてもよい。
【0020】
支持基体６０Ａは、例えば、ＡｌＮ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、およびアルミナからなる群から選択されるセラミックスから形成され得る。あるいは、支持基体６０Ａは、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、およびＡｇからなる群から選択される少なくとも１つの金属材料から形成され得る。支持基体６０Ａは、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、およびＡｇからなる群から選択される少なくとも１つの金属材料中にダイヤモンド粒子が分散した金属マトリクス複合材料から形成され得る。支持基体６０Ａは一体的に形成されていてもよいし、複数のパーツの組立体であってもよい。当該複数のパーツは互いに同じ材料から形成されていてもよいし、互いに異なる材料から形成されていてもよい。例えば、第１部分６０Ａ１、複数の第２部分６０Ａ２、および第３部分６０Ａ３は一体的に形成されていてもよいし、互いに独立して形成されていてもよい。あるいは、第１部分６０Ａ１および第３部分６０Ａ３は一体的に形成されており、複数の第２部分６０Ａ２は、第１部分６０Ａ１および第３部分６０Ａ３とは独立して形成されていてもよい。
【0021】
支持基体６０Ａは、Ｃｕ、Ａｌ、およびＡｇからなる群から選択される金属材料から形成され、かつ、単一の部材からなることが好ましい。金属材料はセラミックスよりも放熱性に優れており、また柔らかいので加工しやすい。
【0022】
支持基体６０Ａは、複数の発光装置１００Ａが配置される支持台として機能する。支持基体６０Ａは、さらに、複数の発光装置１００Ａから発せられる熱を外部に伝えて発光装置１００Ａの過度な温度上昇を低減するヒートシンクとしても機能し得る。その場合、支持基体６０Ａの内部に液冷のための１または複数の流路を設けてもよい。液冷に用いる液体としては、例えば水を用いることができる。また、支持基体６０Ａの表面に空冷のためのフィン構造を設けてもよい。あるいは、別途用意したヒートシンク上に支持基体６０Ａを配置する場合、支持基体６０Ａは、複数の発光装置１００Ａから発せられる熱を当該ヒートシンクに伝えるヒートスプレッダとしても機能し得る。
【0023】
各発光装置１００Ａは、レーザ光Ｌを＋Ｚ方向に出射する。レーザ光Ｌの進行方向は、複数の発光装置１００Ａが配置される同一平面に対して平行である。複数の発光装置１００Ａは同一平面上に配置される一方、複数の発光装置１００Ａから出射されたレーザ光Ｌの光軸の高さは、図１Ｂおよび図１Ｃに示すように、＋Ｘ方向に沿って段階的に小さくなる。このようにレーザ光Ｌの光軸の高さを異ならせることが可能な発光装置１００Ａの具体的な構成については後述する。本明細書において、「レーザ光の光軸」は、レーザ光のファーフィールドパターンの中心を通過する軸を意味する。光軸上を進むレーザ光は、ファーフィールドパターンの光強度分布においてピーク強度を示す。
【0024】
複数の第１載置面６０ｓ１の高さは互いに等しいので、複数の第１載置面６０ｓ１の当該高さが互いに異なる構成と比較して、複数の発光装置１００Ａから発せられ、基準平面Ｒｅｆに伝わる熱の量のばらつきを低減することができる。第１部分６０Ａ１が、複数の第１載置面６０ｓ１の下方に、Ｘ方向に沿って延びる流路を内部に備える場合、当該流路に液体を流すことによって複数の発光装置１００Ａの冷却の程度のばらつきを低減することができる。したがって、発光モジュール２００では、複数の発光装置１００Ａからの放熱効率を向上させることができる。
【0025】
各遅軸コリメートレンズ９２は、図１Ａに示すように、対応する発光装置１００Ａから出射され、＋Ｚ方向に進行するレーザ光をＸＺ平面においてコリメートする。各ミラー部材９４の反射面９４ｓは、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、対応する発光装置１００Ａから出射され、コリメートされたレーザ光Ｌを反射してレーザ光Ｌの進行方向を集光レンズ７０に向けて＋Ｘ方向に変化させる。各発光装置１００Ａから出射されたレーザ光Ｌは、図１Ａに示す例において３本の矢印付きの太線によって表されており、図１Ｂおよび図１Ｃに示す例において１本の矢印付きの太線によって表されている。図１Ａに示す例においてレーザ光Ｌが３本の矢印付きの太線によって表されているのは、レーザ光Ｌが広がりを有することを強調するためである。
【0026】
集光レンズ７０は、速軸集光レンズ７０ａおよび遅軸集光レンズ７０ｂを有する。速軸集光レンズ７０ａは、例えば、Ｚ方向に一様な断面形状を有するシリンドリカルレンズであり、遅軸集光レンズ７０ｂは、例えば、Ｙ方向に一様な断面形状を有するシリンドリカルレンズであり得る。速軸集光レンズ７０ａおよび遅軸集光レンズ７０ｂの各々の光軸はＸ方向に対して平行である。集光レンズ７０は、例えば、ガラス、シリコン、石英、合成石英、サファイア、透明セラミックス、シリコーン樹脂、およびプラスチックからなる群から選択される少なくとも１つの透光性材料から形成され得る。
【0027】
速軸集光レンズ７０ａはその焦点が光ファイバ８０の光入射端８０ａにほぼ一致するように配置されている。同様に、遅軸集光レンズ７０ｂはその焦点が光ファイバ８０の光入射端８０ａにほぼ一致するように配置されている。速軸集光レンズ７０ａの焦点距離は、遅軸集光レンズ７０ｂの焦点距離よりも長い。速軸集光レンズ７０ａは、図１Ｂに示すように、ＸＹ平面において、複数の発光装置１００Ａの各々からレーザ光Ｌが出射されて得られる複数のレーザ光Ｌを、光ファイバ８０の光入射端８０ａに収束させる。遅軸集光レンズ７０ｂは、図１Ａに示すように、ＸＺ平面において、複数の発光装置１００Ａの各々から出射された広がりを有するレーザ光Ｌを光入射端８０ａに収束させる。
【0028】
上記のように、複数の発光装置１００Ａの各々から＋Ｚ方向に出射されたレーザ光Ｌは、対応する反射面９４ｓで＋Ｘ方向に反射される。集光レンズ７０により、そのようにして得られる複数のレーザ光Ｌを結合して光ファイバ８０に入射させることができる。
【0029】
その結果、発光モジュール２００は、光ファイバ８０の光出射端８０ｂから、複数のレーザ光Ｌが結合された結合光を出射する。結合光の出力は、概略的に、各発光装置１００Ａから出射されたレーザ光Ｌの出力に発光装置１００Ａの数を乗算した値に等しい。したがって、発光装置１００Ａの数を増加させれば、結合光の出力を高めることができる。
【0030】
次に、図１Ｄを参照して、本開示の実施形態１による発光モジュール２００の変形例を説明する。図１Ｄは、本開示の実施形態１による発光モジュールの変形例の構成を模式的に示す上面図である。図１Ｄに示す発光モジュール２１０は、以下の３点において、図１Ａから図１Ｃに示す発光モジュール２００とは異なる。
【0031】
第１の点は、発光モジュール２１０が、支持基体６０Ａの代わりに支持基体６２Ａを備えることである。支持基体６２Ａの形状は、支持基体６０Ａの形状とは異なる。第２の点は、発光モジュール２１０が、複数の発光装置１００Ａ１、複数の遅軸コリメートレンズ９２ａ、および複数のミラー部材９４ａに加えて、複数の発光装置１００Ａ２、複数の遅軸コリメートレンズ９２ｂ、および複数のミラー部材９４ｂをさらに備えることである。各ミラー部材９４ａは反射面９４ａｓを有し、各ミラー部材９４ｂは反射面９４ｂｓを有する。第３の点は、発光モジュール２１０が、ミラー部材９４ｃと、１／２波長板９６と、偏光ビームスプリッタ９８とをさらに備えることである。ミラー部材９４ｃは反射面９４ｃｓを有する。
【0032】
支持基体６２Ａは、複数の発光装置１００Ａ１および複数の発光装置１００Ａ２を支持する第１部分６２Ａ１を備える。支持基体６２Ａは、さらに、第１部分６２Ａ１によって支持された複数の第２部分６２Ａ２を備える。各第２部分６２Ａ２は、対応する遅軸コリメートレンズ９２ａ、遅軸コリメートレンズ９２ｂ、ミラー部材９４ａ、およびミラー部材９４ｂを支持する。支持基体６２Ａは、さらに、第１部分６２Ａ１に接続される第３部分６２Ａ３を備える。第３部分６２Ａ３は、集光レンズ７０、光ファイバ８０、ミラー部材９４ｃ、１／２波長板９６、および偏光ビームスプリッタ９８を支持する。
【0033】
第１部分６２Ａ１は、Ｘ方向に並ぶ複数の第１載置面６０ｓ１を有する。各第１載置面６０ｓ１には、対応する第２部分６２Ａ２が配置されている。各第２部分６２Ａ２は、第２載置面６０ｓ２を有する。第３部分６２Ａ３は、第３載置面６０ｓ３を有する。載置面６０ｓ１～６０ｓ３については前述した通りである。
【0034】
発光装置１００Ａ１、遅軸コリメートレンズ９２ａ、およびミラー部材９４ａは、それぞれ、図１Ａに示す発光装置１００Ａ、遅軸コリメートレンズ９２、およびミラー部材９４と同じ構造を有する。発光装置１００Ａ２、遅軸コリメートレンズ９２ｂ、およびミラー部材９４ｂについても同様である。発光装置１００Ａ１、遅軸コリメートレンズ９２ａ、およびミラー部材９４ａは、＋Ｚ方向に沿ってこの順に配置されており、発光装置１００Ａ２、遅軸コリメートレンズ９２ｂ、およびミラー部材９４ｂは、－Ｚ方向に沿ってこの順に配置されている。発光装置１００Ａ１および発光装置１００Ａ２の配置は、Ｚ方向において互いに反転した関係にある。遅軸コリメートレンズ９２ａおよび遅軸コリメートレンズ９２ｂの配置、ならびにミラー部材９４ａおよびミラー部材９４ｂの配置についても同様である。
【0035】
各発光装置１００Ａ１および各発光装置１００Ａ２は、対応する第１載置面６０ｓ１に配置されている。各発光装置１００Ａ１はレーザ光Ｌａを＋Ｚ方向に出射し、各発光装置１００Ａ２はレーザ光Ｌｂを－Ｚ方向に出射する。レーザ光Ｌａ、Ｌｂの偏光方向はＸ方向に対して平行である。各遅軸コリメートレンズ９２ａ、各遅軸コリメートレンズ９２ｂ、各ミラー部材９４ａ、および各ミラー部材９４ｂは、対応する第２載置面６０ｓ２に配置されている。各遅軸コリメートレンズ９２ａは、対応する発光装置１００Ａ１から＋Ｚ方向に出射されたレーザ光ＬａをＸＺ平面においてコリメートする。各遅軸コリメートレンズ９２ｂは、対応する発光装置１００Ａ２から－Ｚ方向に出射されたレーザ光ＬｂをＸＺ平面においてコリメートする。各ミラー部材９４ａの反射面９４ａｓは、コリメートされたレーザ光Ｌａを反射してレーザ光Ｌａの進行方向を＋Ｘ方向に変化させる。各ミラー部材９４ｂの反射面９４ｂｓは、コリメートされたレーザ光Ｌｂを反射してレーザ光Ｌｂの進行方向を＋Ｘ方向に変化させる。
【0036】
ミラー部材９４ｃ、１／２波長板９６、および偏光ビームスプリッタ９８は、第３載置面６０ｓ３に配置されている。ミラー部材９４ｃの反射面９４ｃｓは＋Ｘ方向に進行するレーザ光Ｌｂを反射してレーザ光Ｌｂの進行方向を－Ｚ方向に変化させる。１／２波長板９６は、－Ｚ方向に進行するレーザ光Ｌｂの偏光方向を、Ｘ方向からＹ方向に変化させる。偏光ビームスプリッタ９８は、＋Ｘ方向に進行し、偏光方向がＺ方向であるレーザ光Ｌａを透過させ、－Ｚ方向に進行し、偏光方向がＹ方向であるレーザ光Ｌｂを反射する。偏光ビームスプリッタ９８を透過したレーザ光Ｌａは、集光レンズ７０によって光ファイバ８０の光入射端８０ａに収束される。同様に、偏光ビームスプリッタ９８で反射されたレーザ光Ｌｂは、集光レンズ７０によって光ファイバ８０の光入射端８０ａに収束される。
【0037】
その結果、発光モジュール２１０は、光ファイバ８０の光出射端８０ｂから、複数のレーザ光Ｌａおよび複数のレーザ光Ｌｂが結合された結合光を出射する。図１Ｄに例示する発光モジュール２１０では、図１Ａに例示する発光モジュール２００と比較して、発光装置１００Ａ１の数および発光装置１００Ａ２の数の合計が、発光装置１００Ａの数の２倍である。したがって、結合光の出力をさらに高めることができる。
【0038】
発光モジュール２００において、複数のレーザ光Ｌの進行方向が設計通りに＋Ｘ方向に揃っている場合、集光レンズ７０によって複数のレーザ光Ｌを効果的に結合して光ファイバ８０に入射することができる。発光モジュール２１０において、複数のレーザ光Ｌａおよび複数のレーザ光Ｌｂの進行方向が設計通りに＋Ｘ方向に揃っている場合についても同様である。
【0039】
なお、複数の発光装置１００Ａを、実施形態１による発光モジュール２００、およびその変形例の発光モジュール２１０ではなく、より一般的な空間結合型の発光モジュールに採用してもよい。
【0040】
［発光装置］
以下に、図２Ａから図２Ｇを参照して、本開示の実施形態１による発光装置の構成例を説明する。本開示の実施形態１による発光装置によれば、レーザ光Ｌの進行方向と、設計上の進行方向とのずれを低減することが可能になる。本明細書において、「レーザ光の進行方向」のように単に「進行方向」と記載する場合、当該「進行方向」は実際の進行方向を意味する。
以下に、図２Ａから図２Ｇを参照して、本開示の実施形態１による発光装置の構成例を説明する。本開示の実施形態１による発光装置によれば、レーザ光Ｌの進行方向と、設計上の進行方向とのずれを低減することが可能になる。本明細書において、「レーザ光の進行方向」のように単に「進行方向」と記載する場合、当該「進行方向」は実際の進行方向を意味する。
【0041】
図２Ａは、本開示の例示的な実施形態１による発光装置の構成の一例を模式的に示す斜視図である。図２Ｂは、本開示の例示的な実施形態１による発光装置の構成の他の例を模式的に示す斜視図である。図２Ａに示す発光装置１００Ａは、図１Ａに示す複数の発光装置１００Ａのうち、Ｘ方向において集光レンズ７０から最も離れた発光装置１００Ａに相当する。図２Ｂに示す発光装置１００Ａは、図１Ａに示す複数の発光装置１００Ａのうち、Ｘ方向において集光レンズ７０に最も近い発光装置１００Ａに相当する。図２Ｃは、図２Ｂに示す発光装置の分解斜視図である。図２Ｃに示す発光装置１００Ａは、基板１０と、レーザ光源２０と、第１ミラー部材３０ａと、第２ミラー部材３０ｂと、枠体４０と、複数のワイヤ４０ｗと、カバー５０とを備える。基板１０は実装面１０ｕｓを有する。第１ミラー部材３０ａは第１反射面３０ａｓを有し、第２ミラー部材３０ｂは第２反射面３０ｂｓを有する。レーザ光源２０は、半導体レーザ素子２２を有するチップオンサブマウント(Chip on Submount)型の半導体レーザ光源である。発光装置１００Ａは、ツェナーダイオードのような保護素子および／またはサーミスタのような内部温度を測定するための温度測定素子をさらに備えてもよい。図２Ｄは、図２Ｂに示す発光装置１００Ａの他の分解斜視図である。図２Ｄにおいて、図２Ｃに示す複数のワイヤ４０ｗは省略されている。図２Ｅは、図２Ｄに示す発光装置１００Ａに含まれる枠体４０を下方から見た斜視図である。図２Ｆは、図２Ｂに示す発光装置１００Ａから第２ミラー部材３０ｂおよびカバー５０を省略した構成の上面図である。図２Ｇは、図２Ｂに示す発光装置１００Ａの、ＹＺ平面に対して平行な断面図である。
【0042】
後で詳しく説明するが、実施形態１による発光装置１００Ａでは、図２Ｇに示すように、レーザ光源２０から出射されたレーザ光Ｌが、第１反射面３０ａｓおよび第２反射面３０ｂｓでこの順に反射される。そのような構成により、レーザ光源２０から出射されたレーザ光Ｌの進行方向が設計上の進行方向である＋Ｚ方向からずれているか否かに関係なく、第１反射面３０ａｓおよび第２反射面３０ｂｓでこの順に反射されたレーザ光Ｌの進行方向を＋Ｚ方向に向けることができる。第１反射面３０ａｓは、レーザ光源２０から出射されたレーザ光Ｌを反射してレーザ光Ｌの進行方向を、基板１０の実装面１０ｕｓから離れる方向に変化させる。第２反射面３０ｂｓは、第１反射面３０ａｓで反射されたレーザ光Ｌを反射してレーザ光Ｌの進行方向を＋Ｚ方向にさらに変化させる。
【0043】
さらに、実施形態１による発光装置１００Ａでは、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、第２ミラー部材３０ｂの第２反射面３０ｂｓを＋Ｚ方向に沿ってシフトさせるほど、第２反射面３０ｂｓで反射されたレーザ光Ｌの光軸の高さを小さくすることができる。したがって、複数の発光装置１００Ａを同一平面上に配置しても、複数の発光装置１００Ａから出射されたレーザ光Ｌの光軸の高さを互いに異ならせることができる。図１Ａから図１Ｃに示す発光モジュール２００では、複数の第２ミラー部材３０ｂの第２反射面３０ｂｓの＋Ｚ方向における位置が、＋Ｘ方向に沿って、＋Ｚ方向に段階的に異なる。その結果、複数の発光装置１００Ａから出射されたレーザ光Ｌの光軸の高さは、＋Ｘ方向に沿って段階的に異なる。
【0044】
第２ミラー部材３０ｂの位置および向きは、第２反射面３０ｂｓで反射されたレーザ光Ｌが適切な光軸の高さで＋Ｚ方向に進行するように調整可能である。第２反射面３０ｂｓで反射されたレーザ光Ｌを、図１Ａに示すように反射面９４ｓで反射することにより、レーザ光Ｌの進行方向を設計上の進行方向である＋Ｘ方向に変化させることができる。その結果、＋Ｘ方向に進行する複数のレーザ光Ｌを効果的に結合させて発光モジュール２００から高出力の結合光を出力することができる。
【0045】
反射面９４ｓに入射するレーザ光Ｌの進行方向が設計上の＋Ｚ方向に対して平行ではない構成では、反射面９４ｓで反射されたレーザ光Ｌの進行方向が設計上の＋Ｘ方向からずれる。そのような進行方向のずれが生じた複数のレーザ光Ｌは、たとえずれの角度が数度程度であっても効果的に結合せず、結合光の出力が低下する可能性がある。
【0046】
これに対して、実施形態１では、第１反射面３０ａｓおよび第２反射面３０ｂｓでこの順に反射されたレーザ光Ｌの進行方向と、設計上の進行方向である＋Ｚ方向とのずれを低減することができる。その結果、反射面９４ｓで反射されたレーザ光Ｌの進行方向と、設計上の進行方向である＋Ｘ方向とのずれを低減することができる。レーザ光Ｌの進行方向と、設計上の進行方向とがなす角度は、例えば１°以下であることが好ましく、０．１°以下であることがより好ましい。本明細書において、２つの方向のなす角度は正の値を有し、負の値を有しない。
【0047】
実施形態１において、第１反射面３０ａｓおよび第２反射面３０ｂｓでこの順に反射されたレーザ光Ｌの設計上の進行方向は＋Ｚ方向に対して平行であり、反射面９４ｓで反射されたレーザ光Ｌの設計上の進行方向は＋Ｘ方向に対して平行である。ただし、設計上の進行方向はこれらの方向に限定されない。
【0048】
本明細書において、複数の第１載置面６０ｓ１が並ぶ方向を「第１方向」と称し、第１反射面３０ａｓおよび第２反射面３０ｂｓでこの順に反射されたレーザ光Ｌの進行方向を「第２方向」と称する。基準平面Ｒｅｆは第１方向に対して平行である。実施形態１において、第１方向は＋Ｘ方向であり、第２方向は＋Ｚ方向であるが、これらの方向に限定されない。第２方向は第１方向に交差していれば、第１方向に直交する必要はない。このことは、後述する実施形態２においても同様である。
【0049】
【0050】
以下に、発光装置１００Ａの各構成要素を説明する。
【0051】
＜基板１０＞
基板１０は、図２Ｄに示すように、実装面１０ｕｓおよび下面１０Ｌｓを有する。実装面１０ｕｓの法線方向は＋Ｙ方向である。本明細書において、面の法線方向とは、面の垂直方向であって、当該面を有する物体から離れる方向を意味する。図２Ｄに示す例において、基板１０は矩形の平板形状を有するが、この形状に限定されない。基板１０は、例えば、円形または楕円形の平板形状を有してもよい。基板１０の下面１０Ｌｓは、支持基体６０Ａの第１載置面６０ｓ１に、はんだ材のような無機接合部材を介して接合される。
基板１０は、図２Ｄに示すように、実装面１０ｕｓおよび下面１０Ｌｓを有する。実装面１０ｕｓの法線方向は＋Ｙ方向である。本明細書において、面の法線方向とは、面の垂直方向であって、当該面を有する物体から離れる方向を意味する。図２Ｄに示す例において、基板１０は矩形の平板形状を有するが、この形状に限定されない。基板１０は、例えば、円形または楕円形の平板形状を有してもよい。基板１０の下面１０Ｌｓは、支持基体６０Ａの第１載置面６０ｓ１に、はんだ材のような無機接合部材を介して接合される。
【0052】
基板１０は、例えば、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上２０００Ｗ／ｍ・Ｋ以下である材料から形成され得る。そのような高い熱伝導率を有する基板１０により、駆動時にレーザ光源２０から発せられる熱を、基板１０を介して図１Ａから図１Ｃに示す支持基体６０Ａに効果的に伝えることができる。基板１０は、例えば、支持基体６０Ａと同じ材料から形成され得る。基板１０のＸ方向における寸法は、例えば１０００μｍ以上１００００μｍ以下であり、Ｙ方向における寸法は、例えば１００μｍ以上５０００μｍ以下であり、Ｚ方向における寸法は、例えば１０００μｍ以上２００００μｍ以下であり得る。
【0053】
＜レーザ光源２０＞
レーザ光源２０は、図２Ｄに示すように、基板１０の実装面１０ｕｓによって支持されている。レーザ光源２０は、サブマウント２１と、サブマウント２１によって支持された端面出射型の半導体レーザ素子２２と、レンズ支持部材２３と、速軸コリメートレンズ２４とを備える。半導体レーザ素子２２は、サブマウント２１を介して、基板１０の実装面１０ｕｓによって支持されている。半導体レーザ素子２２は、第１反射面３０ａｓに向けてレーザ光Ｌを出射するように配置されている。レンズ支持部材２３は、半導体レーザ素子２２を跨ぐ形状を有する。レンズ支持部材２３は、端面によって速軸コリメートレンズ２４を支持する。レーザ光源２０の構成要素を発光装置１００Ａの構成要素として扱ってもよい。
レーザ光源２０は、図２Ｄに示すように、基板１０の実装面１０ｕｓによって支持されている。レーザ光源２０は、サブマウント２１と、サブマウント２１によって支持された端面出射型の半導体レーザ素子２２と、レンズ支持部材２３と、速軸コリメートレンズ２４とを備える。半導体レーザ素子２２は、サブマウント２１を介して、基板１０の実装面１０ｕｓによって支持されている。半導体レーザ素子２２は、第１反射面３０ａｓに向けてレーザ光Ｌを出射するように配置されている。レンズ支持部材２３は、半導体レーザ素子２２を跨ぐ形状を有する。レンズ支持部材２３は、端面によって速軸コリメートレンズ２４を支持する。レーザ光源２０の構成要素を発光装置１００Ａの構成要素として扱ってもよい。
【0054】
半導体レーザ素子２２は、矩形形状の端面からレーザ光Ｌを出射する。当該端面がＸ方向に延び、ＸＹ平面に対して平行な平面である場合、半導体レーザ素子２２から＋Ｚ方向に出射されたレーザ光Ｌは、ＹＺ平面において相対的に速く広がり、ＸＺ平面において相対的に遅く広がる。レーザ光Ｌの速軸方向はＹ方向に対して平行であり、遅軸方向はＸ方向に対して平行である。
【0055】
レーザ光源２０は、半導体レーザ素子２２から出射され、速軸コリメートレンズ２４を透過したレーザ光を出射する。レーザ光源２０から出射されたレーザ光ＬはＹＺ平面においてコリメートされているが、ＸＺ平面においてコリメートされていない。本明細書において、「コリメートする」とは、レーザ光Ｌを平行光にすることだけではなく、レーザ光Ｌの広がり角を低減することも意味する。レーザ光源２０の具体的な構成について後述する。
【0056】
レーザ光源２０に含まれる半導体レーザ素子２２は、図２Ｇに示すように、基板１０、枠体４０、およびカバー５０によって封止されている。この封止は気密封止であることが好ましい。気密封止による効果は、半導体レーザ素子２２から出射されたレーザ光の波長が短くなるほど高くなる。気密封止されず、半導体レーザ素子２２の出射面が外気に接している構成では、レーザ光の波長が短くなるほど、集塵によって動作中に出射面の劣化が進行していく可能性が高くなるからである。
【0057】
なお、端面出射型の半導体レーザ素子２２の代わりに、ＶＣＳＥＬ（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser）素子のような面発光型の半導体レーザ素子を用いてもよい。面発光型の半導体レーザ素子は、当該半導体レーザ素子から出射されたレーザ光が＋Ｚ方向に進行するように配置される。
【0058】
＜第１ミラー部材３０ａおよび第２ミラー部材３０ｂ＞
第１ミラー部材３０ａは、図２Ｄに示すように、基板１０の実装面１０ｕｓによって支持されている。第１ミラー部材３０ａは、Ｘ方向に一様な断面形状を有する。当該断面形状は概略的に三角形である。第１ミラー部材３０ａは、下面と、背面と、下面および背面を繋ぐ斜面とを有する。下面はＸＺ平面に対して平行であり、背面はＸＹ平面に対して平行である。当該斜面の法線方向は、ＹＺ平面に対して平行な方向であって、＋Ｙ方向と鋭角をなし、かつ－Ｚ方向と鋭角をなす方向である。第１ミラー部材３０ａの下面と斜面とがなす角度は４５°であるが、この角度に限定されず例えば３０°以上６０°以下であってもよい。
第１ミラー部材３０ａは、図２Ｄに示すように、基板１０の実装面１０ｕｓによって支持されている。第１ミラー部材３０ａは、Ｘ方向に一様な断面形状を有する。当該断面形状は概略的に三角形である。第１ミラー部材３０ａは、下面と、背面と、下面および背面を繋ぐ斜面とを有する。下面はＸＺ平面に対して平行であり、背面はＸＹ平面に対して平行である。当該斜面の法線方向は、ＹＺ平面に対して平行な方向であって、＋Ｙ方向と鋭角をなし、かつ－Ｚ方向と鋭角をなす方向である。第１ミラー部材３０ａの下面と斜面とがなす角度は４５°であるが、この角度に限定されず例えば３０°以上６０°以下であってもよい。
【0059】
第１ミラー部材３０ａは、上記の斜面に第１反射面３０ａｓを有する。第１反射面３０ａｓは、基板１０の実装面１０ｕｓに対して傾斜し、斜め上方を向く。本明細書において、斜め上方とは、＋Ｙ方向と３０°以上６０°以下の角度をなす方向を意味する。第１反射面３０ａｓがレーザ光源２０から出射されたレーザ光Ｌを受けることができ、かつ、第１反射面３０ａｓの法線方向が＋Ｙ方向と３０°以上６０°以下の角度をなす方向であれば、第１反射面３０ａｓの法線方向は、ＹＺ平面に対して平行であってもよいし、平行でなくてもよい。
【0060】
第１反射面３０ａｓは、図２Ｇに示すように、レーザ光源２０から出射されたレーザ光Ｌを反射してレーザ光Ｌの進行方向を、基板１０の実装面１０ｕｓから離れる方向に変化させる。第１反射面３０ａｓは、レーザ光Ｌを反射して、レーザ光Ｌの進行方向を図１Ａから図１Ｃに示す第１載置面６０ｓ１から離れる方向に変化させると言うこともできる。レーザ光Ｌが基板１０の実装面１０ｕｓまたは第１載置面６０ｓ１から離れる方向と、実装面１０ｕｓの法線方向とがなす角度は、例えば、０°以上５°以下であり得る。当該角度には５°の許容範囲があるので、第１ミラー部材３０ａの位置および向きを第２ミラー部材３０ｂの位置および向きほど厳密に調整する必要はない。
【0061】
第２ミラー部材３０ｂは、図２Ｄに示すように、カバー５０の上面５０ｕｓによって支持されている。第２ミラー部材３０ｂは、Ｘ方向に一様な断面形状を有する。当該断面形状は概略的に台形である。第２ミラー部材３０ｂは、上面と、下面と、上面および下面を繋ぐ斜面とを有する。上面および下面の各々は、ＸＺ平面に対して平行である。下面のＸ方向における寸法は、上面のＸ方向における寸法に等しい。一方で、下面のＺ方向における寸法は、上面のＺ方向における寸法よりも小さい。斜面の法線方向は、ＹＺ平面に対して平行な方向であって、－Ｙ方向と鋭角をなし、かつ＋Ｚ方向と鋭角をなす方向である。第２ミラー部材３０ｂの上面と斜面とがなす角度は４５°であるが、この角度に限定されず例えば３０°以上６０°以下であってもよい。第２ミラー部材３０ｂの上面と斜面とがなす角度は、第１ミラー部材３０ａの下面と斜面とがなす角度に等しくてもよいし、異なっていてもよい。
【0062】
第２ミラー部材３０ｂは、上記の斜面に第２反射面３０ｂｓを有する。第２反射面３０ｂｓの少なくとも一部は、第１反射面３０ａｓの少なくとも一部の上方に位置する。第２反射面３０ｂｓは、図２Ｇに示すように、第１反射面３０ａｓで反射されたレーザ光Ｌを反射してレーザ光Ｌの進行方向を＋Ｚ方向に変化させる。
【0063】
第２ミラー部材３０ｂの下面と、カバー５０の上面５０ｕｓとの間には、図２Ｇに示すように、樹脂層３２が存在している。第２ミラー部材３０ｂの下面をカバー５０の上面５０ｕｓに硬化前の樹脂を介して接触させた状態で、樹脂を硬化して樹脂層３２が形成される。樹脂は、例えば、加熱することによって硬化される熱硬化性樹脂、または紫外線もしくは可視光の照射によって硬化される光硬化性樹脂であり得る。樹脂を硬化する前には以下のアクティブアライメントが行われる。すなわち、レーザ光源２０にレーザ光Ｌを出射させた状態で、第２反射面３０ｂｓがレーザ光Ｌの進行方向を＋Ｚ方向に変化させるように、第２ミラー部材３０ｂの位置および向きが適切に調整される。そのような調整は、発光装置１００Ａを、図１Ａから図１Ｃに示す支持基体６０Ａの第１載置面６０ｓ１に配置した後、第２ミラー部材３０ｂを保持装置によって保持しながら行われ得る。
【0064】
Ｘ軸またはＹ軸を回転軸として第２ミラー部材３０ｂを回転させてその向きを変化させることにより、レーザ光Ｌの進行方向を調整することができる。Ｘ軸を回転軸として第２ミラー部材３０ｂを回転させることにより、レーザ光Ｌの進行方向を上下に変化させることができる。Ｙ軸を回転軸として第２ミラー部材３０ｂを回転させることにより、レーザ光Ｌの進行方向を正面方向として、レーザ光Ｌの進行方向を左右に変化させることができる。
【0065】
さらに、第２ミラー部材３０ｂの第２反射面３０ｂｓのＺ方向における位置を変化させることにより、レーザ光Ｌの光軸の高さを調整することができる。第２ミラー部材３０ｂの第２反射面３０ｂｓを＋Ｚ方向に沿ってシフトさせることにより、レーザ光Ｌの光軸の高さを小さくし、第２ミラー部材３０ｂを－Ｚ方向に沿ってシフトさせることにより、レーザ光Ｌの光軸の高さを大きくすることができる。
【0066】
第２反射面３０ｂｓの上辺から下辺までの寸法が大きいほど、第２反射面３０ｂｓで反射されたレーザ光Ｌの光軸の高さをより広範囲に調整できる。図１Ｂに示す例において、第２反射面３０ｂｓの上辺は、Ｘ方向において集光レンズ７０から最も離れたミラー部材９４の反射面９４ｓにおいてレーザ光Ｌの光軸が当たる箇所よりも上方に位置する。第２反射面３０ｂｓの下辺は、Ｘ方向において集光レンズ７０に最も近いミラー部材９４の反射面９４ｓにおいてレーザ光Ｌの光軸が当たる箇所よりも下方に位置する。
【0067】
第２反射面３０ｂｓの上辺から下辺までの寸法が大きい場合、それに伴って、第２ミラー部材３０ｂの下面を広くした方が、第２ミラー部材３０ｂをカバー５０の上面５０ｕｓに安定的に配置することができる。第２ミラー部材３０ｂの下面のＸ方向における寸法は、例えば、カバー５０の上面５０ｕｓのＸ方向における寸法の０．８倍以上１．２倍以下であり得る。第２ミラー部材３０ｂの下面のＺ方向における寸法は、例えば、カバー５０の上面５０ｕｓのＺ方向における寸法の０．３倍以上０．８倍以下であり得る。そのようなサイズの大きい第２ミラー部材３０ｂは保持装置によって保持しやすいので、第２ミラー部材３０ｂを適切な位置および向きに配置しやすい。
【0068】
なお、複数の第２ミラー部材３０ｂは外観上互いに同じ形状を有する一方、互いに異なる位置に複数の第２反射面３０ｂｓを有していてもよい。その場合、第２反射面３０ｂｓは、第２ミラー部材３０ｂの内部に位置し、第２ミラー部材３０ｂのうち、第２反射面３０ｂｓよりも前方に位置する部分は、レーザ光Ｌに対して透光性を有し得る。そのような複数の第２ミラー部材３０ｂであれば、複数の第２ミラー部材３０ｂを、＋Ｘ方向に沿って、＋Ｚ方向における同じ位置に配置しても、複数の第２反射面３０ｂｓを、＋Ｘ方向に沿って段階的に、＋Ｚ方向にシフトさせることができる。
【0069】
ここで、実施形態１とは異なり、第２ミラー部材３０ｂの位置および向きを調整せずにカバー５０の上面５０ｕｓに固定した構成を例に挙げる。そのような構成であっても、図１Ａから図１Ｃに示す発光モジュール２００において、第２ミラー部材３０ｂと遅軸コリメートレンズ９２との間にウェッジを配置することにより、第２反射面３０ｂｓで反射されたレーザ光Ｌの進行方向を＋Ｚ方向に向けることができる。当該ウェッジは、互いに反対側に位置する光入射面および光反射面を有する。当該光入射面の法線方向は－Ｚ方向に対して平行であり、当該光出射面の法線方向は、ＹＺ平面に対して平行な方向であって、＋Ｙ方向または－Ｙ方向と鋭角をなし、かつ＋Ｚ方向と鋭角をなす方向である。互いに平行ではない光入射面および光入射面での屈折に起因して、ウェッジは、自身を透過するレーザ光Ｌの進行方向を変化させることができる。しかしながら、ウェッジを用いる場合、レーザ光Ｌの進行方向を＋Ｚ方向に向けるために、光出射面の法線方向が互いに異なる複数のウェッジを用意し、当該複数のウェッジから、光出射面の法線方向が適切な方向であるウェッジを選択する必要がある。
【0070】
これに対して、実施形態１では、第２ミラー部材３０ｂを適切な位置および向きに配置することにより、レーザ光源２０から出射されたレーザ光Ｌの進行方向が＋Ｚ方向からずれているか否かに関係なく、第２反射面３０ｂｓで反射されたレーザ光Ｌの進行方向を＋Ｚ方向に向けることができる。実施形態１では、上面と斜面とがなす角度が互いに異なる複数の第２ミラー部材３０ｂを用意し、当該複数の第２ミラー部材３０ｂから適切な角度の第２ミラー部材３０ｂを選択する必要はない。
【0071】
なお、本明細書において、図１Ａから図１Ｃに示すミラー部材９４を「第３ミラー部材」とも称し、図１Ａから図１Ｃに示す反射面９４ｓを「第３反射面」とも称する。第３反射面９４ｓは、第２反射面３０ｂｓで反射されたレーザ光を＋Ｘ方向に反射する。
【0072】
図２Ｃおよび図２Ｄに示すミラー部材３０ａ、３０ｂ、図１Ａから図１Ｃに示すミラー部材９４、および図１Ｄに示すミラー部材９４ａ～９４ｃは、例えば、斜面を有する台と、当該斜面上に別途形成される反射面とを備え得る。台は、例えば、ガラス、石英、合成石英、サファイア、セラミックス、プラスチック、シリコン、金属、シリコーン樹脂、および誘電体材料からなる群から選択される少なくとも１つから形成され得る。反射面は、例えば、誘電体多層膜および金属材料などの反射性材料から形成され得る。この反射面が、図２Ｃに示す反射面３０ａｓ、３０ｂｓ、図１Ａに示す反射面９４ｓ、ならびに図１Ｄに示す反射面９４ａｓ～９４ｃｓに相当する。
【0073】
あるいは、第１ミラー部材３０ａ、第２ミラー部材３０ｂ、ミラー部材９４、９４ａ～９４ｃは、例えば、斜面を有する台を備え、当該台は上記の反射性材料から形成されていてもよい。この場合、当該台の斜面が、第１反射面３０ａｓ、第２反射面３０ｂｓ、反射面９４ｓ、９４ａｓ～９４ｃｓに相当する。
【0074】
＜枠体４０＞
枠体４０は、図２Ｃに示すように基板１０の実装面１０ｕｓの周囲に位置し、図２Ｂに示すようにカバー５０を支持する。枠体４０は、図２Ｃに示すように、＋Ｙ方向から見て、すなわち上面視でレーザ光源２０および第１ミラー部材３０ａを囲む。枠体４０は、図２Ｄに示すように、内側面から内側に突出した突出部４０ｐを有する。図２Ｆに示す例において、突出部４０ｐは、サブマウント２１の両側面および背面に向けて突出している。突出部４０ｐは、さらに、サブマウント２１の正面に向けて突出していてもよい。また、突出部４０ｐは、両側面にのみ突出していてもよい。サブマウント２１の正面は、半導体レーザ素子２２の出射面と同じ側に位置し、サブマウント２１の背面は、半導体レーザ素子２２の出射面とは反対側に位置する。サブマウント２１の両側面は、サブマウント２１の正面および背面を繋ぐ。
枠体４０は、図２Ｃに示すように基板１０の実装面１０ｕｓの周囲に位置し、図２Ｂに示すようにカバー５０を支持する。枠体４０は、図２Ｃに示すように、＋Ｙ方向から見て、すなわち上面視でレーザ光源２０および第１ミラー部材３０ａを囲む。枠体４０は、図２Ｄに示すように、内側面から内側に突出した突出部４０ｐを有する。図２Ｆに示す例において、突出部４０ｐは、サブマウント２１の両側面および背面に向けて突出している。突出部４０ｐは、さらに、サブマウント２１の正面に向けて突出していてもよい。また、突出部４０ｐは、両側面にのみ突出していてもよい。サブマウント２１の正面は、半導体レーザ素子２２の出射面と同じ側に位置し、サブマウント２１の背面は、半導体レーザ素子２２の出射面とは反対側に位置する。サブマウント２１の両側面は、サブマウント２１の正面および背面を繋ぐ。
【0075】
枠体４０は、図２Ｄに示すように、第１上面４０ｕｓ１と、第２上面４０ｕｓ２とを有する。第２上面４０ｕｓ２は突出部４０ｐの上面であり、第１上面４０ｕｓ１よりも下方に位置し、上面視で第１上面４０ｕｓ１によって囲まれる。図２Ｆに示すように、第２上面４０ｕｓ２は概略的にＵ字形状を有する。
【0076】
第１上面４０ｕｓ１には、第１接合領域４４ａ、および第１接合領域４４ａを囲む外側領域４６が設けられている。第１接合領域４４ａおよび外側領域４６の各々は概略的に矩形環状の形状を有する。第１接合領域４４ａは、カバー５０および枠体４０を、はんだ材のような無機接合部材を介して接合する際に、接合強度を向上させる。外側領域４６は、カバー５０を接合する無機接合部材が外側領域４６を越えて流れ出ることを低減する。第１接合領域４４ａおよび外側領域４６は、図２Ｆに示すように、上面視で、レーザ光源２０および第１ミラー部材３０ａを囲む。第１上面４０ｕｓ１には、さらに、第１接合領域４４ａおよび外側領域４６よりも－Ｚ方向において、互いに電気的に絶縁された第１導電領域４２ａおよび第２導電領域４２ｂが設けられている。
【0077】
第２上面４０ｕｓ２には、互いに電気的に絶縁された第３導電領域４２ｃおよび第４導電領域４２ｄが設けられている。第３導電領域４２ｃは、内部配線を介して第１導電領域４２ａに電気的に接続されており、第４導電領域４２ｄは、内部配線を介して第２導電領域４２ｂに電気的に接続されている。図２Ｆに示すように、上面視で、レーザ光源２０および第１ミラー部材３０ａは、第３導電領域４２ｃのＺ方向に延びる部分と、第４導電領域４２ｄのＺ方向に延びる部分との間に位置する。第３導電領域４２ｃは、サブマウント２１の上面および図２Ｃに示す一部のワイヤ４０ｗを介して、半導体レーザ素子２２に電気的に接続されている。第４導電領域４２ｄは、図２Ｃに示す残りのワイヤ４０ｗを介して、半導体レーザ素子２２に電気的に接続されている。したがって、第１導電領域４２ａと第２導電領域４２ｂとの間に電圧を印加することにより、レーザ光源２０に給電することができる。
【0078】
枠体４０は、さらに、図２Ｅに示すように、第１下面４０Ｌｓ１と、第２下面４０Ｌｓ２とを有する。第２下面４０Ｌｓ２は突出部４０ｐの下面を部分的に有し、第１下面４０Ｌｓ１よりも上方に位置し、－Ｙ方向から見て、すなわち下面視で第１下面４０Ｌｓ１によって囲まれる。第２下面４０Ｌｓ２は、概略的に矩形環状の形状を有する。図２Ｄに示す基板１０の一部または全部は、第１下面４０Ｌｓ１と第２下面４０Ｌｓ２との段差によって囲まれた空間に収容される。枠体４０を透過して見たとき、第２下面４０Ｌｓ２の外周は、上面視で、基板１０の実装面１０ｕｓの外周を囲み、第２下面４０Ｌｓ２の内周は、上面視で、基板１０の実装面１０ｕｓの外周によって囲まれる。
【0079】
第１下面４０Ｌｓ１の全体には、第２接合領域４４ｂが設けられている。第２接合領域４４ｂは、図１Ａから図１Ｃに示す支持基体６０Ａおよび枠体４０を、はんだ材のような無機接合部材を介して接合する際に、接合強度を向上させる。第２下面４０Ｌｓ２の全体には、第３接合領域４４ｃが設けられている。第３接合領域４４ｃは、基板１０の実装面１０ｕｓの周縁領域に、ろう材のような無機接合部材を介して接合される。第３接合領域４４ｃは、基板１０および枠体４０を、無機接合部材を介して接合する際に、接合強度を向上させる。ろう材の融点は、はんだ材の融点よりも高い。したがって、ろう材を加熱して基板１０および枠体４０を接合し、次に、はんだ材を加熱して基板１０およびレーザ光源２０を接合する場合、はんだ材に加えられる熱が原因で基板１０および枠体４０の接合が外れる可能性を低減できる。
【0080】
図２Ｅに示す例において、第１下面４０Ｌｓ１の全体に第２接合領域４４ｂが設けられているが、第１下面４０Ｌｓ１の一部に第２接合領域４４ｂが設けられていてもよい。同様に、図２Ｅに示す例において、第２下面４０Ｌｓ２の全体に第３接合領域４４ｃが設けられているが、第２下面４０Ｌｓ２の一部に第３接合領域４４ｃが設けられていてもよい。また、第１下面４０Ｌｓ１に第２接合領域４４ｂが設けられていなくてもよいし、第２下面４０Ｌｓ２に第３接合領域４４ｃが設けられていなくてもよい。第１下面４０Ｌｓ１に第２接合領域４４ｂが設けられていない場合、枠体４０および支持基体６０Ａは接合されず、基板１０の下面１０Ｌｓのみで、基板１０および支持基体６０Ａが接合される。
【0081】
図２Ｇに示す例において、枠体４０の第１下面４０Ｌｓ１は、基板１０の下面１０Ｌｓと同一平面上に位置する。枠体４０の第１下面４０Ｌｓ１は、基板１０の下面１０Ｌｓよりも上方に位置していてもよい。あるいは、基板１０および支持基体６０Ａを、無機接合部材を介して接合する際に妨げにならないのであれば、枠体４０の第１下面４０Ｌｓ１は、基板１０の下面１０Ｌｓよりも下方に位置していてもよい。
【0082】
枠体４０は、例えば、図１Ａから図１Ｃに示す支持基体６０Ａと同様に、前述のセラミックスから形成され得る。枠体４０のＸ方向における寸法は、例えば３ｍｍ以上１５ｍｍ以下であり、Ｙ方向における最大の寸法は、例えば１ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、Ｚ方向における寸法は、例えば３ｍｍ以上３０ｍｍ以下であり得る。
【0083】
導電領域４２ａ～４２ｄ、接合領域４４ａ～４４ｃ、および外側領域４６は、例えば、Ａｇ、Ｃｕ、Ｗ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、およびＰｄからなる群から選択される少なくとも１つの金属材料から形成され得る。導電領域４２ａ～４２ｄ、接合領域４４ａ、および外側領域４６は、例えば、上面４０ｕｓ１、４０ｕｓ２の全体に金属膜を設け、当該金属膜をエッチングによってパターニングすることにより、形成され得る。
【0084】
＜カバー５０＞
カバー５０は、図２Ｃに示すように、上面５０ｕｓおよび下面５０Ｌｓを有する。カバー５０の下面５０Ｌｓは基板１０の実装面１０ｕｓに対向し、カバー５０の上面５０ｕｓはカバー５０の下面５０Ｌｓの反対側に位置する。本明細書において、カバー５０の下面５０Ｌｓを「対向面」とも称する。カバー５０は、半導体レーザ素子２２および第１ミラー部材３０ａの上方に位置する。カバー５０は、第１反射面３０ａｓで反射されたレーザ光Ｌを透過させる。
カバー５０は、図２Ｃに示すように、上面５０ｕｓおよび下面５０Ｌｓを有する。カバー５０の下面５０Ｌｓは基板１０の実装面１０ｕｓに対向し、カバー５０の上面５０ｕｓはカバー５０の下面５０Ｌｓの反対側に位置する。本明細書において、カバー５０の下面５０Ｌｓを「対向面」とも称する。カバー５０は、半導体レーザ素子２２および第１ミラー部材３０ａの上方に位置する。カバー５０は、第１反射面３０ａｓで反射されたレーザ光Ｌを透過させる。
【0085】
カバー５０は、下面５０Ｌｓのうち、レーザ光Ｌを透過させる透光領域５０ｔの少なくとも周囲に遮光膜５２を有する。図２Ｄに示す例において、透光領域５０ｔは、矩形形状を有するが、この形状に限定されない。透光領域５０ｔの形状は、例えば、円形であってもよいし、楕円形であってもよい。あるいは、カバー５０は、下面５０Ｌｓのうち、透光領域５０ｔの少なくとも周囲の一部に遮光膜５２を有していてもよい。例えば、透光領域５０ｔの端の一部が下面５０Ｌｓの端の一部に一致する場合、遮光膜５２は、下面５０Ｌｓのうち、以下の領域の少なくとも一部に設けられ得る。当該領域は、下面５０Ｌｓにおいて、透光領域５０ｔの端のうち、上記の一部以外の残りの部分に隣接する領域である。
【0086】
遮光膜５２は、発光装置１００Ａの内部で生じるレーザ光Ｌ以外の迷光が発光装置１００Ａの外部に漏れる可能性を低減する。遮光膜５２は、さらに、図２Ｇに示す樹脂層３２を紫外線または可視光の照射によって形成する際に、紫外線または可視光がレーザ光源２０に到達する可能性を低減する。遮光膜５２は、さらに、発光装置１００Ａの外部に出射されたレーザ光Ｌの戻り光がレーザ光源２０に到達する可能性を低減する。紫外線もしくは可視光または戻り光による照射を低減できれば、レーザ光源２０は損傷しにくくなる。
【0087】
図２Ｄに示す例において、遮光膜５２は、下面５０Ｌｓのうち、透光領域５０ｔ以外の領域の全体に設けられている。そのように設けられた遮光膜５２は、上記の迷光が発光装置１００Ａの外部に漏れる可能性、および上記の紫外線もしくは可視光または上記の戻り光がレーザ光源２０に到達する可能性をさらに低減する。
【0088】
カバー５０のうち、透光領域５０ｔだけでなく、上面視で透光領域５０ｔに重なる部分も、レーザ光Ｌを透過させる。カバー５０のうち、レーザ光Ｌを透過させる部分は、レーザ光Ｌに対して、例えば６０％以上の透過率を有し、好ましくは８０％以上の透過率を有し得る。カバー５０のうち、残りの部分はそのような透光性を有してもよいし、有していなくてもよい。
【0089】
カバー５０は、例えば、図１Ａおよび図１Ｂに示す集光レンズ７０と同様に、前述の透光性材料から形成され得る。カバー５０のＸ方向における寸法は、例えば３ｍｍ以上１５ｍｍ以下であり、Ｙ方向における寸法は、例えば０．１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であり、Ｚ方向における寸法は、例えば１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり得る。
【0090】
遮光膜５２は、例えば、導電領域４２ａ～４２ｄ、接合領域４４ａ～４４ｃ、外側領域４６と同様に、前述の金属材料から形成され得る。遮光膜５２は、例えば、導電領域４２ａ～４２ｄ、接合領域４４ａ、および外側領域４６と同様に、カバー５０の下面５０Ｌｓの全体に金属膜を設け、当該金属膜をエッチングによってパターニングすることにより、形成され得る。
【0091】
遮光膜５２の周縁領域は、枠体４０の第１上面４０ｕｓ１に設けられた第１接合領域４４ａに、はんだ材のような無機接合部材を介して接合される。遮光膜５２が上記の金属材料から形成される場合、遮光膜５２は、カバー５０および枠体４０を、無機接合部材を介して接合する際に、接合強度を向上させる。
【0092】
なお、図２Ａから図２Ｇに示す例において、カバー５０は平板形状を有するが、この形状に限定されない。基板１０が枠体４０を設けない平板形状を有する構成において、カバー５０は、平板形状ではなく、下部が開放された箱形状を有していてもよい。そのような形状を有するカバー５０は、基板１０の実装面１０ｕｓによって支持され、レーザ光源２０および第１ミラー部材３０ａを収容する。また、下部が開放された箱形状を有するカバー５０と枠体４０を接合する構成とし、カバー５０および枠体４０によって、レーザ光源２０および第１ミラー部材３０ａが囲まれていてもよい。
【0093】
以上のことから、実施形態１によれば、レーザ光Ｌの進行方向と、設計上の進行方向とのずれを低減することが可能な発光装置１００Ａを実現できる。さらに、複数の発光装置１００Ａを同一平面上に配置しても、複数の第２ミラー部材３０ｂの第２反射面３０ｂｓのＺ方向における位置を互いに異ならせることにより、複数の発光装置１００Ａから出射されたレーザ光Ｌの光軸の高さを互いに異ならせることができる。上記の同一平面を基準として、第２反射面３０ｂｓとレーザ光Ｌの光軸との交点の高さは、複数の第２ミラー部材３０ｂの第２反射面３０ｂｓの＋Ｚ方向における位置に応じて異なる。そのような発光装置１００Ａを図１Ａから図１Ｃに示す発光モジュール２００に採用することにより、複数の発光装置１００Ａの各々からレーザ光Ｌが出射されて得られる複数のレーザ光Ｌを効果的に結合して光ファイバ８０に入射させることができる。
【0094】
発光モジュール２００では、同一平面上に２つ以上の発光装置１００ＡがＸ方向に沿って配置されている。一方で、高さが互いに異なり、Ｘ方向に沿って並ぶ複数の平面の各々に、２つ以上の発光装置１００Ａを配置することにより、発光装置１００Ａの数を増加させてもよい。
【0095】
発光装置１００Ａは、例えば、以下のようにして製造され得る。最初の工程において、基板１０、レーザ光源２０、第１ミラー部材３０ａ、第２ミラー部材３０ｂ、枠体４０、複数のワイヤ４０ｗ、およびカバー５０が用意される。次の工程において、枠体４０が基板１０に接合される。次の工程において、レーザ光源２０および第１ミラー部材３０ａが、基板１０の実装面１０ｕｓに設けられる。次の工程において、レーザ光源２０に給電するための複数のワイヤ４０ｗが設けられる。次の工程において、カバー５０が枠体４０に接合される。次の工程において、第２ミラー部材３０ｂの下面をカバー５０の上面５０ｕｓに硬化前の樹脂を介して接触させた状態で、アクティブアライメントが行われる。次の工程において、樹脂を硬化して第２ミラー部材３０ｂとカバー５０との間に樹脂層３２が形成される。
【0096】
（実施形態２）
実施形態１による発光装置１００Ａにおいて、半導体レーザ素子２２は、基板１０、枠体４０、およびカバー５０によって封止されており、第１ミラー部材３０ａは半導体レーザ素子２２が封止される空間の内側に位置し、第２ミラー部材３０ｂは当該空間の外側に位置する。ただし、第１ミラー部材３０ａは当該空間の内部に位置する必要はない。
実施形態１による発光装置１００Ａにおいて、半導体レーザ素子２２は、基板１０、枠体４０、およびカバー５０によって封止されており、第１ミラー部材３０ａは半導体レーザ素子２２が封止される空間の内側に位置し、第２ミラー部材３０ｂは当該空間の外側に位置する。ただし、第１ミラー部材３０ａは当該空間の内部に位置する必要はない。
【0097】
以下に、図３Ａから図３Ｄを参照して、本開示の実施形態２による発光装置の構成例を説明する。図１Ａから図１Ｃに示す発光モジュール２００において、実施形態２による発光装置を、実施形態１による発光装置１００Ａの代わりに用いてもよい。実施形態２による発光装置において、半導体レーザ素子２２はパッケージによって封止されており、第１ミラー部材３０ａは半導体レーザ素子２２が封止される空間の外側に位置し、第２ミラー部材３０ｂは当該空間の外側に位置する。
【0098】
図３Ａは、本開示の例示的な実施形態２による発光装置の構成の一例を模式的に示す斜視図である。図３Ｂは、本開示の例示的な実施形態２による発光装置の構成の他の例を模式的に示す斜視図である。図３Ａおよび図３Ｂに示す発光装置１００Ｂは、レーザ光源２０Ｐと、第１ミラー部材３０ａと、第２ミラー部材３０ｂと、これらの構成要素を支持する支持体４０Ｓとを備える。図３Ｃは、図３Ｂに示す発光装置１００Ｂの、ＹＺ平面に対して平行な断面図である。図３Ｄは、図３Ａおよび図３Ｂに示す発光装置１００Ｂに含まれる支持体４０Ｓの構成を模式的に示す斜視図である。支持体４０Ｓは、第１ミラー部材３０ａを支持する第１支持面４０Ｓｓ１と、第２ミラー部材３０ｂを支持する第２支持面４０Ｓｓ２と、レーザ光源２０Ｐを支持する第３支持面４０Ｓｓ３とを有する。
【0099】
レーザ光源２０Ｐは、レーザ光Ｌを概略的に＋Ｚ方向に出射する。レーザ光源２０Ｐから出射されたレーザ光Ｌの進行方向は、レーザ光Ｌの進行方向は設計上の進行方向である＋Ｚ方向に対して完全に平行ではない場合がある。後で詳しく説明するが、実施形態２による発光装置１００Ｂでは、レーザ光源２０Ｐから出射されたレーザ光Ｌの進行方向が＋Ｚ方向からずれているか否かに関係なく、図３Ｃに示すように、レーザ光源２０Ｐから出射されたレーザ光Ｌを第１反射面３０ａｓおよび第２反射面３０ｂｓでこの順に反射することにより、レーザ光Ｌの進行方向を設計上の進行方向である＋Ｚ方向に向けることができる。
【0100】
さらに、実施形態２による発光装置１００Ｂでは、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、第２ミラー部材３０ｂの第２反射面３０ｂｓを＋Ｚ方向に沿ってシフトさせるほど、第２反射面３０ｂｓで反射されたレーザ光Ｌの光軸の高さは小さくなる。したがって、複数の発光装置１００Ｂを同一平面上に配置しても、複数の発光装置１００Ｂから出射されたレーザ光の光軸の高さを互いに異ならせることができる。
【0101】
以下に、発光装置１００Ｂの各構成要素を説明する。
【0102】
＜レーザ光源２０Ｐ＞
レーザ光源２０Ｐは、図３Ｃに示すように、サブマウント２１、半導体レーザ素子２２、レンズ支持部材２３、および速軸コリメートレンズ２４と、これらの構成要素を封止するパッケージとを備える。サブマウント２１、半導体レーザ素子２２、レンズ支持部材２３、および速軸コリメートレンズ２４を備える構成については、実施形態１において説明した通りである。レーザ光源２０Ｐは、半導体レーザ素子２２から出射され、速軸コリメートレンズ２４によってＹＺ平面においてコリメートされたレーザ光Ｌを概略的に＋Ｚ方向に出射する。レーザ光源２０Ｐの具体的な構成について後述する。
レーザ光源２０Ｐは、図３Ｃに示すように、サブマウント２１、半導体レーザ素子２２、レンズ支持部材２３、および速軸コリメートレンズ２４と、これらの構成要素を封止するパッケージとを備える。サブマウント２１、半導体レーザ素子２２、レンズ支持部材２３、および速軸コリメートレンズ２４を備える構成については、実施形態１において説明した通りである。レーザ光源２０Ｐは、半導体レーザ素子２２から出射され、速軸コリメートレンズ２４によってＹＺ平面においてコリメートされたレーザ光Ｌを概略的に＋Ｚ方向に出射する。レーザ光源２０Ｐの具体的な構成について後述する。
【0103】
実際には、レーザ光源２０Ｐから出射されたレーザ光Ｌの進行方向は＋Ｚ方向からずれている可能性がある。レーザ光源２０Ｐから出射されたレーザ光Ｌの進行方向と＋Ｚ方向とがなす角度は、例えば１０°以下であり得る。
【0104】
＜第１ミラー部材３０ａおよび第２ミラー部材３０ｂ＞
第１ミラー部材３０ａおよび第２ミラー部材３０ｂについては、実施形態１による発光装置１００Ａにおいて説明した通りである。ただし、実施形態２による発光装置１００Ｂにおいて、第１ミラー部材３０ａの断面形状は、概略的に三角形ではなく概略的に台形である。
第１ミラー部材３０ａおよび第２ミラー部材３０ｂについては、実施形態１による発光装置１００Ａにおいて説明した通りである。ただし、実施形態２による発光装置１００Ｂにおいて、第１ミラー部材３０ａの断面形状は、概略的に三角形ではなく概略的に台形である。
【0105】
第１反射面３０ａｓは、図３Ｃに示すように、レーザ光源２０Ｐから出射されたレーザ光Ｌを反射してレーザ光Ｌの進行方向を、支持体４０Ｓの第１支持面４０Ｓｓ１から離れる方向に変化させる。第１反射面３０ａｓは、レーザ光Ｌを反射して、レーザ光Ｌの進行方向を図１Ａから図１Ｃに示す第１載置面６０ｓ１から離れる方向に変化させると言うこともできる。レーザ光Ｌが支持体４０Ｓの第１支持面４０Ｓｓ１または第１載置面６０ｓ１から離れる方向と、実装面１０ｕｓの法線方向とがなす角度は、例えば、０°以上５°以下であり得る。当該角度には５°の許容範囲があるので、第１ミラー部材３０ａの位置および向きを第２ミラー部材３０ｂの位置および向きほど厳密に調整する必要はない。
【0106】
第２ミラー部材３０ｂは、上記の斜面に第２反射面３０ｂｓを有する。第２反射面３０ｂｓの少なくとも一部は、第１反射面３０ａｓの少なくとも一部の上方に位置する。第２反射面３０ｂｓは、図３Ｃに示すように、第１反射面３０ａｓで反射されたレーザ光Ｌを反射してレーザ光Ｌの進行方向を＋Ｚ方向に変化させる。第２ミラー部材３０ｂの位置および向きの調整については後述する。
【0107】
図３Ａおよび図３Ｂに示すように、第２ミラー部材３０ｂが＋Ｚ方向にシフトして第１ミラー部材３０ａに近づくほど、第２反射面３０ｂｓで反射されたレーザ光Ｌの光軸の高さは小さくなる。実施形態１において説明したように、第２反射面３０ｂｓの上辺から下辺までの寸法が大きいほど、第２反射面３０ｂｓで反射されたレーザ光Ｌの光軸の高さをより広範囲に調整できる。
【0108】
ここで、実施形態２とは異なり、第１ミラー部材３０ａおよび第２ミラー部材３０ｂの代わりに、実施形態１において説明したウェッジを配置することによっても、レーザ光源２０Ｐから出射されたレーザ光Ｌの進行方向を＋Ｚ方向に向けることができる。しかしながら、ウェッジを用いる場合、レーザ光Ｌの進行方向を＋Ｚ方向に向けるために、光出射面の法線方向が互いに異なる複数のウェッジを用意し、当該複数のウェッジから、光出射面の法線方向が適切な方向であるウェッジを選択する必要がある。
【0109】
これに対して、実施形態２では、第２ミラー部材３０ｂを適切な位置および向きに配置することにより、レーザ光源２０から出射されたレーザ光Ｌの進行方向を＋Ｚ方向に向けることができる。したがって、上面と斜面とがなす角度が互いに異なる複数の第２ミラー部材３０ｂを用意し、当該複数の第２ミラー部材３０ｂから適切な角度の第２ミラー部材３０ｂを選択する必要はない。
【0110】
＜支持体４０Ｓ＞
支持体４０Ｓは、図３Ｃおよび図３Ｄに示すように、凹凸を有する上面４０Ｓｕｓと、ＸＺ平面に対して平行な平面である下面４０ＳＬｓとを有する。支持体４０Ｓは、上面４０Ｓｕｓに凹部４０Ｓｃを有する。支持体４０Ｓは、凹部４０Ｓｃにおいて、レーザ光源２０Ｐから出射されたレーザ光Ｌが通過する切り欠き部４０Ｓｎを有する。支持体４０Ｓは、さらに、凹部４０Ｓｃにおいて、レーザ光源２０Ｐから出射されたレーザ光Ｌの光路の両側に位置する２つの壁部４０Ｓｗを有する。
支持体４０Ｓは、図３Ｃおよび図３Ｄに示すように、凹凸を有する上面４０Ｓｕｓと、ＸＺ平面に対して平行な平面である下面４０ＳＬｓとを有する。支持体４０Ｓは、上面４０Ｓｕｓに凹部４０Ｓｃを有する。支持体４０Ｓは、凹部４０Ｓｃにおいて、レーザ光源２０Ｐから出射されたレーザ光Ｌが通過する切り欠き部４０Ｓｎを有する。支持体４０Ｓは、さらに、凹部４０Ｓｃにおいて、レーザ光源２０Ｐから出射されたレーザ光Ｌの光路の両側に位置する２つの壁部４０Ｓｗを有する。
【0111】
支持体４０Ｓは、上面４０Ｓｕｓにおいて、凹部４０Ｓｃの底面の少なくとも一部である第１支持面４０Ｓｓ１を有する。第１支持面４０Ｓｓ１はＸＺ平面に対して平行である。第１支持面４０Ｓｓ１は、第１反射面３０ａｓがレーザ光Ｌを反射してレーザ光Ｌの進行方向を支持体４０Ｓから離れる方向に変化させるように第１ミラー部材３０ａを支持する。第１ミラー部材３０ａの一部は２つの壁部４０Ｓｗの間に位置する。第１ミラー部材３０ａの下面は第１支持面４０Ｓｓ１に接合されている。第１支持面４０Ｓｓ１と第１ミラー部材３０ａの下面との間には、接合用の樹脂層が存在している。樹脂層の厚さ（Ｙ方向における寸法）は、例えば０．００５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であり得る。駆動時にレーザ光Ｌの照射によって第１ミラー部材３０ａで生じる熱は、第１ミラー部材３０ａを支持する第１支持面４０Ｓｓ１を介して支持体４０Ｓに効果的に伝えることができる。樹脂層の厚さ（Ｙ方向における寸法）が上記の範囲であれば、樹脂層は、当該熱が支持体４０Ｓに伝わることを大きく妨げることはない。以下に説明する樹脂層についても同様である。
【0112】
支持体４０Ｓは、上面４０Ｓｕｓにおいて、２つの壁部４０Ｓｗの上面の少なくとも一部である第２支持面４０Ｓｓ２を有する。第２支持面４０Ｓｓ２はＸＺ平面に対して平行である。第２支持面４０Ｓｓ２は、第２反射面３０ｂｓの少なくとも一部が、第１反射面３０ａｓの少なくとも一部の上方に位置するように第２ミラー部材３０ｂを支持する。第２支持面４０Ｓｓ２は、さらに、第２反射面３０ｂｓが第１反射面３０ａｓで反射されたレーザ光Ｌを反射してレーザ光Ｌの進行方向を＋Ｚ方向に変化させるように第２ミラー部材３０ｂを支持する。図３Ｃに示す例において、第２支持面４０Ｓｓ２は第２ミラー部材３０ｂの両端を支持する。凹部４０Ｓｃが２つの壁部４０Ｓｗではなく１つの壁部４０Ｓｗだけを備える場合、第２支持面４０Ｓｓ２は第２ミラー部材３０ｂの一端を支持する。第２ミラー部材３０ｂの下面の一部、具体的には第２ミラー部材３０ｂの一端または両端の下面は第２支持面４０Ｓｓ２に接合されている。第２支持面４０Ｓｓ２と第２ミラー部材３０ｂの下面の一部との間には、接合用の樹脂層３２が存在している。第２ミラー部材３０ｂの下面の一部を第２支持面４０Ｓｓ２に硬化前の樹脂を介して接触させ、第２反射面３０ｂｓがレーザ光Ｌの進行方向を＋Ｚ方向に変化させるように第２ミラー部材３０ｂは適切な位置および向きに調整される。第２ミラー部材３０ｂの位置および向きの調整において、実施形態１において説明したアクティブアライメントが行われる。その後、樹脂を硬化して樹脂層３２が形成される。第２ミラー部材３０ｂの位置および向きの調整は、発光装置１００Ｂを、図１Ａから図１Ｃに示す支持基体６０Ａの第１載置面６０ｓ１に配置した後、第２ミラー部材３０ｂを保持装置によって保持しながら行われ得る。駆動時にレーザ光Ｌの照射によって第２ミラー部材３０ｂで生じる熱は、第２ミラー部材３０ｂを支持する第２支持面４０Ｓｓ２を介して支持体４０Ｓに効果的に伝えることができる。
【0113】
支持体４０Ｓから見て第１ミラー部材３０ａおよび第２ミラー部材３０ｂが実装された面とは反対側に位置するＸＺ平面に対して平行な平面を、発光装置１００Ｂにおける高さの基準平面とする。当該基準平面は、例えば、図３Ｃおよび図３Ｄに示す支持体４０Ｓの下面４０ＳＬｓであり得る。以下に説明する「高さ」は、当該基準平面からの高さである。第２支持面４０Ｓｓ２の高さは第１支持面４０Ｓｓ１の高さよりも大きい。第２支持面４０Ｓｓ２によって支持された第２ミラー部材３０ｂは、レーザ光源２０Ｐから出射されたレーザ光Ｌの光路の上方に位置し、レーザ光Ｌの進行を妨げない。
【0114】
実施形態２による発光装置１００Ｂとは異なり、第２支持面４０Ｓｓ２の高さが第１支持面４０Ｓｓ１の高さに等しい構成では、レーザ光源２０Ｐから出射されたレーザ光Ｌの進行を妨げないように、第２ミラー部材３０ｂはレーザ光Ｌの光路を跨ぐ複雑な形状を有することが求められる。これに対して、実施形態２による発光装置１００Ｂでは、第２支持面４０Ｓｓ２の高さが第１支持面４０Ｓｓ１の高さよりも大きいので、第２ミラー部材３０ｂはそのような複雑な形状を有する必要はない。第２ミラー部材３０ｂは、下面が平面である単純な形状を有していてもよい。
【0115】
第１支持面４０Ｓｓ１および第２支持面４０Ｓｓ２は互いに平行な平面である。したがって、第２ミラー部材３０ｂの上面と斜面とがなす角度が第１ミラー部材３０ａの下面と斜面とがなす角度に等しい場合、第２ミラー部材３０ｂの下面の一部を第２支持面４０Ｓｓ２に硬化前の樹脂を介して接触させると、第２反射面３０ｂｓは第１反射面３０ａｓに対してほぼ平行になる。その状態から第２ミラー部材３０ｂの位置および向きを微調整できるので、第２ミラー部材３０ｂを適切な位置および向きに配置しやすくなる。
【0116】
第１反射面３０ａｓおよび第２反射面３０ｂｓは互いに離れて位置しており、第１反射面３０ａｓと第２反射面３０ｂｓとの間には、空気等の気体が存在している。レーザ光Ｌは、第１反射面３０ａｓから第２反射面３０ｂｓまで進行する間に、第２ミラー部材３０ｂと第２支持面４０Ｓｓ２との間に存在する樹脂層３２には入射しないので、樹脂層３２の劣化を低減することができる。第１反射面３０ａｓから第２反射面３０ｂｓまでのＺ方向における距離は、例えば０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下であり得る。
【0117】
第２反射面３０ｂｓのＸ方向における寸法は、２つの壁部４０Ｓｗの間の最大の間隔よりも大きく、第１反射面３０ａｓのＸ方向における寸法は、当該最大の間隔よりも小さい。したがって、第２反射面３０ｂｓのＸ方向における寸法は、第１反射面３０ａｓのＸ方向における寸法よりも大きい。第２反射面３０ｂｓのＸ方向における寸法は、例えば、第１反射面３０ａｓのＸ方向における寸法の１．１倍以上４倍以下であり得る。第２反射面３０ｂｓはそのような寸法を有するので、第２反射面３０ｂｓは、第１反射面３０ａｓから第２反射面３０ｂｓまで進行する間にＸ方向における幅が広くなるレーザ光Ｌを受けやすい。
【0118】
第１反射面３０ａｓおよび／または第２反射面３０ｂｓで反射されたレーザ光Ｌの一部は迷光になる場合があり、当該迷光は進行するにつれて広がり得る。その場合でも、２つの壁部４０ＳｗのＸ方向における間隔が狭ければ、迷光が戻り光としてレーザ光源２０Ｐに入射することを低減できる。２つの壁部４０ＳｗのＸ方向における間隔は、例えば０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下であり得る。当該間隔がこの範囲であれば、迷光が戻り光としてレーザ光源２０Ｐに入射することを適切に低減できる。さらに、壁部４０Ｓｗの高さ（Ｙ方向における寸法）が大きければ、第１反射面３０ａｓで生じた迷光が第２ミラー部材３０ｂと第２支持面４０Ｓｓ２との間に存在する樹脂層３２に入射することを妨げて樹脂層３２の劣化を低減することができる。壁部４０Ｓｗの高さは、例えば０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下であり得る。当該高さがこの範囲であれば、そのような迷光が当該樹脂層に入射することを効果的に妨げることができる。なお、第２反射面３０ｂｓで生じた迷光は樹脂層から離れる方向に進行する場合が多いので、そのような迷光が樹脂層３２に入射する可能性は低い。
【0119】
支持体４０Ｓは、さらに、上面４０Ｓｕｓにおいて、凹部４０Ｓｃの外側に位置する第３支持面４０Ｓｓ３を有する。第３支持面４０Ｓｓ３はＸＺ平面に対して平行である。第３支持面４０Ｓｓ３はレーザ光源２０Ｐを支持する。第３支持面４０Ｓｓ３とレーザ光源２０Ｐの下面との間には、接合用の無機接合層が存在している。駆動時にレーザ光源２０Ｐで生じる熱は、第３支持面４０Ｓｓ３を介して支持体４０Ｓに効果的に伝えることができる。第３支持面４０Ｓｓ３の高さは第１支持面４０Ｓｓ１の高さよりも小さいので、第３支持面４０Ｓｓ３によって支持されたレーザ光源２０Ｐは、レーザ光Ｌを第１反射面３０ａｓに入射させやすい。
【0120】
支持体４０Ｓは、例えば、図１Ａから図１Ｃに示す支持基体６０Ａと同じ材料から形成され得る。その場合、支持体４０Ｓは、駆動時にレーザ光源２０Ｐから発せられる熱、およびレーザ光Ｌの照射によって第１ミラー部材３０ａおよび第２ミラー部材３０ｂで生じる熱を支持基体６０Ａに効果的に伝えることができる。支持体４０Ｓは、支持基体６０Ａと一体的に形成されてもよい。その場合、支持体４０Ｓは、支持基体６０Ａの一部に相当する。
【0121】
以上のことから、実施形態２によれば、レーザ光Ｌの進行方向と、設計上の進行方向とのずれを低減することが可能な発光装置１００Ｂを実現できる。さらに、複数の発光装置１００Ａを同一平面上に配置しても、複数の第２ミラー部材３０ｂの第２反射面３０ｂｓのＺ方向における位置を互いに異ならせることにより、複数の発光装置１００Ｂから出射されたレーザ光Ｌの光軸の高さを互いに異ならせることができる。上記の同一平面を基準として、第２反射面３０ｂｓとレーザ光Ｌの光軸との交点の高さは、複数の第２ミラー部材３０ｂの第２反射面３０ｂｓの＋Ｚ方向における位置に応じて異なる。そのような発光装置１００Ｂを図１Ａから図１Ｃに示す発光モジュール２００に採用することにより、複数の発光装置１００Ｂの各々からレーザ光Ｌが出射されて得られる複数のレーザ光Ｌを効果的に結合して光ファイバ８０に入射させることができる。
【0122】
発光装置１００Ｂは、例えば、以下のようにして製造され得る。最初の工程において、レーザ光源２０Ｐ、第１ミラー部材３０ａ、第２ミラー部材３０ｂ、および支持体４０Ｓが用意される。次の工程において、レーザ光源２０Ｐが支持体４０Ｓの第３支持面４０Ｓｓ３に接合される。次の工程において、第１ミラー部材３０ａが支持体４０Ｓの第１支持面４０Ｓｓ１に接合される。次の工程において、第２ミラー部材３０ｂの下面を支持体４０Ｓの第２支持面４０Ｓｓ２に硬化前の樹脂を介して接触させた状態で、アクティブアライメントが行われる。次の工程において、樹脂を硬化して第２ミラー部材３０ｂと支持体４０Ｓとの間に樹脂層３２が形成される。
【0123】
（実施形態３）
次に、図４を参照して、本開示の実施形態３によるＤＤＬ装置の構成例を説明する。図４は、本開示の例示的な実施形態３によるＤＤＬ装置の構成を模式的に示す図である。図４に示すＤＤＬ装置１０００は、実施形態１による複数の発光モジュール２００と、加工ヘッド３００と、発光モジュール２００を加工ヘッド３００に接続する光伝送ファイバ２５０とを備える。図４に示す例において、発光モジュール２００の数は４個であるが、この数に限定されない。発光モジュール２００の数は１個であってもよいし、２個もしくは３個、または５個以上の複数個であってもよい。
次に、図４を参照して、本開示の実施形態３によるＤＤＬ装置の構成例を説明する。図４は、本開示の例示的な実施形態３によるＤＤＬ装置の構成を模式的に示す図である。図４に示すＤＤＬ装置１０００は、実施形態１による複数の発光モジュール２００と、加工ヘッド３００と、発光モジュール２００を加工ヘッド３００に接続する光伝送ファイバ２５０とを備える。図４に示す例において、発光モジュール２００の数は４個であるが、この数に限定されない。発光モジュール２００の数は１個であってもよいし、２個もしくは３個、または５個以上の複数個であってもよい。
【0124】
各発光モジュール２００に含まれる発光装置１００Ａの数は、必要な光出力または放射照度に応じて決定される。発光装置１００Ａから出射されたレーザ光の波長も、加工対象の材料に応じて選択され得る。例えば、銅、真鍮、アルミニウムなどの金属を加工する場合、中心波長が３５０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲に属する半導体レーザ素子が好適に採用され得る。各発光装置１００Ａから出射されたレーザ光の波長は同一である必要はなく、中心波長が異なるレーザ光が重畳されてもよい。また、中心波長が３５０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲外にあるレーザ光を用いる場合にも、本発明による効果を得ることは可能である。
【0125】
図４に示す例において、複数の発光モジュール２００の各々から光ファイバ８０が延びている。そのようにして得られる複数の光ファイバ８０が光合波器２３０によって光伝送ファイバ２５０に結合されている。光合波器２３０は、例えば、ＴＦＢ（Tapered Fiber Bundle）であり得る。加工ヘッド３００は、光ファイバ８０の光出射端から出射されたレーザ光を対象物４００に収束して照射する。１台のＤＤＬ装置１０００がＭ個の発光モジュール２００を備え、各発光モジュール２００がＮ個の発光装置１００Ａを備える場合において、１個の発光装置１００Ａの光出力がＰワットであれば、最大でＰ×Ｎ×Ｍワットの光出力を持ったレーザビームを対象物４００上に収束させることができる。ここで、Ｎは２以上の整数、Ｍは正の整数である。例えばＰ＝２０ワット、Ｎ＝２２、Ｍ＝１２であれば、５キロワットを超える光出力を実現できる。
【0126】
（レーザ光源２０の構成）
次に、図５Ａおよび図５Ｂを参照して、実施形態１による発光装置１００Ａに含まれるレーザ光源２０の構成の例を説明する。図５Ａは、実施形態１による発光装置１００Ａに含まれるレーザ光源２０の構成例を模式的に示す分解斜視図である。図５Ｂは、図５Ａに示すレーザ光源２０の、ＹＺ平面に対して平行な断面図である。以下に、レーザ光源２０の各構成要素を説明する。
次に、図５Ａおよび図５Ｂを参照して、実施形態１による発光装置１００Ａに含まれるレーザ光源２０の構成の例を説明する。図５Ａは、実施形態１による発光装置１００Ａに含まれるレーザ光源２０の構成例を模式的に示す分解斜視図である。図５Ｂは、図５Ａに示すレーザ光源２０の、ＹＺ平面に対して平行な断面図である。以下に、レーザ光源２０の各構成要素を説明する。
【0127】
サブマウント２１は、図５Ａに示すように、ＸＺ平面に対して平行である上面２１ｕｓおよび下面２１Ｌｓを有する。上面２１ｕｓおよび下面２１Ｌｓの各々には金属膜が設けられている。上面２１ｕｓに設けられた金属膜は、半導体レーザ素子２２およびレンズ支持部材２３をサブマウント２１に無機接合部材で接合する際に、接合強度を向上させる。上面２１ｕｓに設けられた金属膜は、さらに、半導体レーザ素子２２に電力を供給することに用いてもよい。下面２１Ｌｓに設けられた金属膜は、図２Ｃに示す基板１０およびレーザ光源２０を、無機接合部材を介して接合する際に、接合強度を向上させる。上面２１ｕｓおよび下面２１Ｌｓの各々に設けられた金属膜は、駆動時に半導体レーザ素子２２で発せられる熱を、サブマウント２１を介して基板１０に伝えることにも役立つ。サブマウント２１は、例えば、図１Ａから図１Ｃに示す支持基体６０Ａと同様に、前述のセラミックス、金属材料、または金属マトリクス複合材料から形成され得る。
【0128】
半導体レーザ素子２２は、図５Ａに示すように、サブマウント２１の上面２１ｕｓによって支持されている。半導体レーザ素子２２はＺ方向に交差する２つの端面の一方に出射面２２ｅを有し、出射面２２ｅからレーザ光を＋Ｚ方向に出射する。レーザ光は、＋Ｚ方向に進行するにつれてＹＺ平面およびＸＺ平面において異なる速さで広がる。レーザ光は、ＹＺ平面において相対的に速く広がり、ＸＺ平面において相対的に遅く広がる。レーザ光のスポットは、コリメートしない場合、ファーフィールドで、ＸＹ平面においてＹ方向が長軸でありＸ方向が短軸である楕円形状を有する。
【0129】
半導体レーザ素子２２は、可視領域における紫色、青色、緑色もしくは赤色のレーザ光、または不可視領域における赤外もしくは紫外のレーザ光を出射し得る。紫色光の発光ピーク波長は、４００ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましく、４００ｎｍ以上４１５ｎｍ以下の範囲内にあることがより好ましい。青色光の発光ピーク波長は、４２０ｎｍより大きく４９５ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましく、４４０ｎｍ以上４７５ｎｍ以下の範囲内にあることがより好ましい。緑色光の発光ピーク波長は、４９５ｎｍより大きく５７０ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましく、５１０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲内にあることがより好ましい。赤色光の発光ピーク波長は、６０５ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましく、６１０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲内にあることがより好ましい。
【0130】
紫色、青色および緑色のレーザ光を出射する半導体レーザ素子２２としては、窒化物半導体材料を含むレーザダイオードが挙げられる。窒化物半導体材料としては、例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、およびＡｌＧａＮを用いることができる。赤色のレーザ光を出射する半導体レーザ素子２２としては、例えば、ＩｎＡｌＧａＰ系、ＧａＩｎＰ系、ＧａＡｓ系、およびＡｌＧａＡｓ系の半導体材料を含むレーザダイオードが挙げられる。
【0131】
レンズ支持部材２３は、図５Ａに示すように、サブマウント２１の上面２１ｕｓによって支持されている。レンズ支持部材２３は、２つの柱状部分２３ａと、２つの柱状部分２３ａの間に位置し、２つの柱状部分２３ａを連結する連結部分２３ｂとを有する。２つの柱状部分２３ａは半導体レーザ素子２２の両側に位置し、連結部分２３ｂは半導体レーザ素子２２の出射面２２ｅ側の上方に位置する。レンズ支持部材２３は、２つの柱状部分２３ａの端面２３ａｓによって速軸コリメートレンズ２４を支持する。レンズ支持部材２３は、半導体レーザ素子２２を跨ぐように位置し、半導体レーザ素子２２から出射されたレーザ光が速軸コリメートレンズ２４に入射することを妨げない。
【0132】
レンズ支持部材２３は、例えば、図１Ａから図１Ｃに示す支持基体６０Ａと同様に、前述のセラミックスから形成され得る。レンズ支持部材２３は、例えば、図１Ａから図１Ｃに示す集光レンズ７０と同様に、前述の透光性材料から形成され得る。レンズ支持部材２３は、例えば、コバール（Ｋｏｖａｒ）およびＣｕＷからなる群から選択される少なくとも１つの合金から形成され得る。コバールは、主成分である鉄にニッケルおよびコバルトを加えた合金である。レンズ支持部材２３は、例えばＳｉから形成され得る。
【0133】
速軸コリメートレンズ２４は、図５Ａに示すように、例えば、Ｘ方向に一様な断面形状を有するシリンドリカルレンズであり得る。速軸コリメートレンズ２４は、光入射側に平面を有し、光出射側に凸曲面を有する。当該凸曲面は、ＹＺ平面において曲率を有する。速軸コリメートレンズ２４の焦点は、半導体レーザ素子２２の出射面２２ｅの発光点の中心にほぼ一致する。図５Ｂに示すように、速軸コリメートレンズ２４は、半導体レーザ素子２２の出射面２２ｅから＋Ｚ方向に出射されたレーザ光をＹＺ平面においてコリメートする。図５Ｂに示す破線によって囲まれた領域は、レーザ光の強度がそのピーク強度の１／ｅ２倍以上である領域を表す。ｅは自然対数の底である。速軸コリメートレンズ２４は、例えば、図１Ａから図１Ｃに示す集光レンズ７０と同様に、前述の透光性材料から形成され得る。
【0134】
速軸コリメートレンズ２４は、図２Ｇに示すように、基板１０の実装面１０ｕｓとカバー５０の下面５０Ｌｓとの間に位置し、かつレーザ光Ｌの光路上に位置する。速軸コリメートレンズ２４は、基板１０、枠体４０、およびカバー５０によって形成される封止空間の内部に配置されているので、レーザ光Ｌが大きく広がる前にレーザ光Ｌをコリメートすることができる。したがって、速軸コリメートレンズ２４を小型にすることが可能になる。
【0135】
速軸コリメートレンズ２４の代わりに、半導体レーザ素子２２から出射されたレーザ光Ｌを、ＹＺ平面だけでなくＸＺ平面においてもコリメートするコリメートレンズを用いてもよい。その場合、図１Ａから図１Ｃに示す発光モジュール２００および図１Ｄに示す発光モジュール２１０において、遅軸コリメートレンズ９２、９２ａ、９２ｂを設ける必要はない。
【0136】
（レーザ光源２０Ｐの構成）
次に、図６Ａおよび図６Ｂを参照して、実施形態２による発光装置１００Ｂに含まれるレーザ光源２０Ｐの構成の例を説明する。図６Ａは、実施形態２による発光装置１００Ｂに含まれるレーザ光源２０Ｐの構成例を模式的に示す斜視図である。図６Ａに示すレーザ光源２０Ｐは、図５Ａに示すサブマウント２１、半導体レーザ素子２２、レンズ支持部材２３、および速軸コリメートレンズ２４と、これらの構成要素を収容する基部２０ｂとを備える。基部２０ｂは、半導体レーザ素子２２から出射されたレーザ光Ｌを透過させる透光窓２０ｔを備える。レーザ光源２０Ｐは、さらに、レーザ光源２０に電力を供給する２つのリード端子２５と、２つのリード端子２５を保持するリード保持部材２０ｈと、基部２０ｂに固定された蓋体２０Ｌとを備える。蓋体２０Ｌは、基部２０ｂ、リード保持部材２０ｈ、および２つのリード端子２５と共に、半導体レーザ素子２２を封止する封止空間を形成する。実施形態１において説明したように、この封止は気密封止であることが好ましい。本明細書において、基部２０ｂ、リード保持部材２０ｈ、２つのリード端子２５、および蓋体２０Ｌを備える構成を、「パッケージ」とも称する。
次に、図６Ａおよび図６Ｂを参照して、実施形態２による発光装置１００Ｂに含まれるレーザ光源２０Ｐの構成の例を説明する。図６Ａは、実施形態２による発光装置１００Ｂに含まれるレーザ光源２０Ｐの構成例を模式的に示す斜視図である。図６Ａに示すレーザ光源２０Ｐは、図５Ａに示すサブマウント２１、半導体レーザ素子２２、レンズ支持部材２３、および速軸コリメートレンズ２４と、これらの構成要素を収容する基部２０ｂとを備える。基部２０ｂは、半導体レーザ素子２２から出射されたレーザ光Ｌを透過させる透光窓２０ｔを備える。レーザ光源２０Ｐは、さらに、レーザ光源２０に電力を供給する２つのリード端子２５と、２つのリード端子２５を保持するリード保持部材２０ｈと、基部２０ｂに固定された蓋体２０Ｌとを備える。蓋体２０Ｌは、基部２０ｂ、リード保持部材２０ｈ、および２つのリード端子２５と共に、半導体レーザ素子２２を封止する封止空間を形成する。実施形態１において説明したように、この封止は気密封止であることが好ましい。本明細書において、基部２０ｂ、リード保持部材２０ｈ、２つのリード端子２５、および蓋体２０Ｌを備える構成を、「パッケージ」とも称する。
【0137】
図６Ｂは、図６Ａに示すレーザ光源２０Ｐの内部の平面構成を模式的に示す図である。図６Ｂにおいて、図６Ａに示す蓋体２０Ｌが省略されている。基部２０ｂは、底板２０ｂ１と、底板２０ｂ１に設けられたステージ２０ｂ２と、ステージ２０ｂ２を囲む側壁２０ｂ３とを含む。側壁２０ｂ３に、図６Ａに示す透光窓２０ｔが設けられている。側壁２０ｂ３は図６Ａに示す透光窓２０ｔを備えると言うこともできる。レーザ光源２０Ｐは、基部２０ｂの内部に、ステージ２０ｂ２によって支持されるサブマウント２１と、サブマウント２１によって支持される半導体レーザ素子２２およびレンズ支持部材２３と、レンズ支持部材２３によって支持される速軸コリメートレンズ２４とを備える。半導体レーザ素子２２は、底板２０ｂ１、ステージ２０ｂ２、およびサブマウント２１を介して図３Ａおよび図３Ｂに示す支持体４０Ｓによって支持されている。サブマウント２１と、半導体レーザ素子２２と、レンズ支持部材２３と、速軸コリメートレンズ２４とを備える構成については、図５Ａおよび図５Ｂを参照して説明した通りである。
【0138】
基部２０ｂのうち、底板２０ｂ１およびステージ２０ｂ２は、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、およびＷからなる群から選択される少なくとも１つを含む金属材料から形成され得る。金属材料の他の例としては、ＣｕＭｏのような合金が挙げられる。合金を含むそのような金属材料から形成される底板２０ｂ１およびステージ２０ｂ２は高い熱伝導率を有するので、駆動時に半導体レーザ素子２２から発せられる熱を外部に効果的に伝えることができる。基部２０ｂのうち、側壁２０ｂ３は、例えばコバールから形成され得る。
【0139】
レーザ光源２０Ｐは、さらに、基部２０ｂの内部に複数のワイヤ２５ｗを備える。複数のワイヤ２５ｗのうち、一部のワイヤ２５ｗは、サブマウント２１を介して半導体レーザ素子２２に電気的に接続され、かつ一方のリード端子２５に電気的に接続されている。残りのワイヤ２５ｗは、直接半導体レーザ素子２２に電気的に接続され、かつ他方のリード端子２５に電気的に接続されている。複数のワイヤ２５ｗは、２つのリード端子２５から半導体レーザ素子２２に電力を供給するために用いられる。２つのリード端子２５は、半導体レーザ素子２２から出射されるレーザ光の出射タイミングおよび出力を調整する外部回路に電気的に接続されている。
【0140】
レーザ光源２０Ｐのより詳細については、例えば特開２０２１－１０６２４７号公報に開示されている。特開２０２１－１０６２４７号公報の開示内容のすべてを参照によって本明細書に援用する。
【0141】
本開示は、以下の項目に記載の発光モジュールを含む。
［項目１］
第１方向に並ぶ複数の載置面を有する支持基体と、
前記複数の載置面の各々に、対応する半導体レーザ素子が配置される、複数の半導体レーザ素子であって、各々がレーザ光を出射する複数の半導体レーザ素子と、
各々が第１反射面を有し、前記第１反射面は前記レーザ光を反射して前記レーザ光の進行方向を変化させる、複数の第１ミラー部材と、
各々が第２反射面を有し、前記第２反射面の少なくとも一部は前記第１反射面の少なくとも一部の上方に位置する、複数の第２ミラー部材であって、前記第２反射面は、前記第１反射面で反射される前記レーザ光を前記第１方向に交差する第２方向に反射する、複数の第２ミラー部材と、
を備え、
前記複数の第２ミラー部材の前記第２反射面の前記第２方向における位置は互いに異なる、発光モジュール。
［項目２］
各々が第３反射面を有し、前記第３反射面は、前記第２反射面で反射される前記レーザ光を前記第１方向に反射する、複数の第３ミラー部材と、
前記複数の第３ミラー部材の各々の前記第３反射面で前記レーザ光が反射されて得られる複数のレーザ光を光ファイバに結合する集光レンズと、をさらに備える項目１に記載の発光モジュール。
［項目３］
前記複数の第２ミラー部材の前記第２反射面の前記第２方向における前記位置は、前記第１方向に沿って、前記第２方向に段階的に異なる、項目１または２に記載の発光モジュール。
［項目４］
前記第１反射面は、前記レーザ光を反射して、前記レーザ光の前記進行方向を前記載置面から離れる方向に変化させる、項目１から３のいずれか１項に記載の発光モジュール。
［項目５］
前記複数の載置面は、同一平面上に位置する、項目１から４のいずれか１項に記載の発光モジュール装置。
［項目６］
前記第２方向は、前記同一平面に対して平行である、項目５に記載の発光モジュール。
［項目７］
前記同一平面を基準として、前記第２反射面と前記レーザ光の光軸との交点の高さは、前記複数の第２ミラー部材の前記第２反射面の前記第２方向における前記位置に応じて異なる、項目５または６に記載の発光モジュール。
［項目８］
各半導体レーザ素子は封止されており、
対応する第１ミラー部材は、各半導体レーザ素子が封止される空間の内側に位置し、
対応する第２ミラー部材は、前記空間の外側に位置する、項目１から７のいずれか１項に記載の発光モジュール。
［項目９］
各半導体レーザ素子は封止されており、
対応する第１ミラー部材は、各半導体レーザ素子が封止される空間の外側に位置し、
対応する第２ミラー部材は、前記空間の外側に位置する、項目１から７のいずれか１項に記載の発光モジュール。
［項目１］
第１方向に並ぶ複数の載置面を有する支持基体と、
前記複数の載置面の各々に、対応する半導体レーザ素子が配置される、複数の半導体レーザ素子であって、各々がレーザ光を出射する複数の半導体レーザ素子と、
各々が第１反射面を有し、前記第１反射面は前記レーザ光を反射して前記レーザ光の進行方向を変化させる、複数の第１ミラー部材と、
各々が第２反射面を有し、前記第２反射面の少なくとも一部は前記第１反射面の少なくとも一部の上方に位置する、複数の第２ミラー部材であって、前記第２反射面は、前記第１反射面で反射される前記レーザ光を前記第１方向に交差する第２方向に反射する、複数の第２ミラー部材と、
を備え、
前記複数の第２ミラー部材の前記第２反射面の前記第２方向における位置は互いに異なる、発光モジュール。
［項目２］
各々が第３反射面を有し、前記第３反射面は、前記第２反射面で反射される前記レーザ光を前記第１方向に反射する、複数の第３ミラー部材と、
前記複数の第３ミラー部材の各々の前記第３反射面で前記レーザ光が反射されて得られる複数のレーザ光を光ファイバに結合する集光レンズと、をさらに備える項目１に記載の発光モジュール。
［項目３］
前記複数の第２ミラー部材の前記第２反射面の前記第２方向における前記位置は、前記第１方向に沿って、前記第２方向に段階的に異なる、項目１または２に記載の発光モジュール。
［項目４］
前記第１反射面は、前記レーザ光を反射して、前記レーザ光の前記進行方向を前記載置面から離れる方向に変化させる、項目１から３のいずれか１項に記載の発光モジュール。
［項目５］
前記複数の載置面は、同一平面上に位置する、項目１から４のいずれか１項に記載の発光モジュール装置。
［項目６］
前記第２方向は、前記同一平面に対して平行である、項目５に記載の発光モジュール。
［項目７］
前記同一平面を基準として、前記第２反射面と前記レーザ光の光軸との交点の高さは、前記複数の第２ミラー部材の前記第２反射面の前記第２方向における前記位置に応じて異なる、項目５または６に記載の発光モジュール。
［項目８］
各半導体レーザ素子は封止されており、
対応する第１ミラー部材は、各半導体レーザ素子が封止される空間の内側に位置し、
対応する第２ミラー部材は、前記空間の外側に位置する、項目１から７のいずれか１項に記載の発光モジュール。
［項目９］
各半導体レーザ素子は封止されており、
対応する第１ミラー部材は、各半導体レーザ素子が封止される空間の外側に位置し、
対応する第２ミラー部材は、前記空間の外側に位置する、項目１から７のいずれか１項に記載の発光モジュール。
【産業上の利用可能性】
【0142】
本開示の発光装置は、特に複数のレーザ光を結合して高出力のレーザ光を実現するために用いられ得る。また、本開示の発光装置は、例えば、高出力のレーザ光源が必要とされる産業用分野、例えば各種材料の切断、穴あけ、局所的熱処理、表面処理、金属の溶接、３Ｄプリンティングに利用され得る。
【符号の説明】
【0143】
１０：基板 １０ｕｓ：実装面 １０Ｌｓ：下面 ２０、２０Ｐ：レーザ光源 ２０ｂ：基部 ２０ｂ１：底板 ２０ｂ２：ステージ ２０ｂ３：側壁 ２０ｈ：リード保持部材 ２０ｔ：透光窓 ２１：サブマウント ２１Ｌｓ：下面 ２１ｕｓ：上面 ２２：半導体レーザ素子 ２２ｅ：出射面 ２３：レンズ支持部材 ２３ａ：柱状部分 ２３ａｓ：端面 ２３ｂ：連結部分 ２４：速軸コリメートレンズ ２５：リード端子 ２５ｗ：ワイヤ ３０ａ：第１ミラー部材 ３０ａｓ：第１反射面 ３０ｂ：第２ミラー部材 ３０ｂｓ：第２反射面 ３２：樹脂層 ４０：枠体 ４０ｕｓ１：第１上面 ４０ｕｓ２：第２上面 ４０Ｌｓ１：第１下面 ４０Ｌｓ２：第２下面 ４０ｐ：突出部 ４０ｗ：ワイヤ ４２ａ：第１導電領域 ４２ｂ：第２導電領域 ４２ｃ：第３導電領域 ４２ｄ：第４導電領域 ４４ａ：第１接合領域 ４４ｂ：第２接合領域 ４４ｃ：第３接合領域 ４６：外側領域 ４０Ｓ：支持体 ４０Ｓｃ：凹部 ４０Ｓｎ：切り欠き部 ４０Ｓｓ１：第１支持面 ４０Ｓｓ２：第２支持面 ４０Ｓｓ３：第３支持面 ４０Ｓｕｓ：上面 ４０ＳＬｓ：下面 ４０Ｓｗ：壁部 ５０：カバー ５０ｕｓ：上面 ５０Ｌｓ：下面 ５０ｔ：透光領域 ５２：遮光膜 ６０Ａ、６２Ａ：支持基体 ６０Ａ１、６２Ａ１：第１部分 ６０Ａ２、６２Ａ２：第２部分 ６０Ａ３、６２Ａ３：第３部分 ６０ｓ１：第１載置面 ６０ｓ２：第２載置面 ６０ｓ３：第３載置面 ７０：集光レンズ ７０ａ：速軸集光レンズ ７０ｂ：遅軸集光レンズ ８０：光ファイバ ８０ａ：光入射端 ８０ｂ：光出射端 ８２：支持部材 ９２：遅軸コリメートレンズ ９２ａ：遅軸コリメートレンズ ９２ｂ：遅軸コリメートレンズ ９４、９４ａ、９４ｂ、９４ｃ：ミラー部材 ９４ｓ、９４ａｓ、９４ｂｓ、９４ｃｓ：反射面 ９６：１／２波長板 ９８：偏光ビームスプリッタ １００Ａ、１００Ａ１、１００Ａ２、１００Ｂ：発光装置 ２００、２１０：発光モジュール ２３０：光合波器 ２５０：光伝送ファイバ ３００：加工ヘッド ４００：対象物 １０００：ＤＤＬ装置
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図2E】
【図2F】
【図2G】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
