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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-28
(45)【発行日】2024-01-12
(54)【発明の名称】波長ビーム結合システム
(51)【国際特許分類】
H01S 5/14 20060101AFI20240104BHJP
H01S 5/22 20060101ALI20240104BHJP
H01S 5/40 20060101ALI20240104BHJP
【ＦＩ】
H01S5/14
H01S5/22 610
H01S5/40
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2020012036
(22)【出願日】2020-01-28
(65)【公開番号】P2021118306
(43)【公開日】2021-08-10
【審査請求日】2022-11-11
(73)【特許権者】
【識別番号】314012076
【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002952
【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】大野 啓
【審査官】百瀬 正之
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１６－０５４２９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１９／０２１８０２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１２－１５６４６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１１１３３９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１９－５０５０９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１０２４９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１０６７０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／００４８０２８（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｓ ５／００－５／５０
Ｈ０１Ｓ ３／００－３／３０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
波長の異なった複数のビームを一点に結合する波長ビーム結合システムであって、複数のエミッターを有する少なくとも１つのレーザーダイオードバーが配置されたレーザーダイオードバーアレイと、
前記レーザーダイオードバーアレイから出射された複数のビームを回折する回折格子と、
前記回折格子によって回折されたビームの一部を前記レーザーダイオードバーアレイにフィードバックしてビームの一部を外部共振させる外部共振ミラーと、
を備え、
ロック波長が、前記複数のエミッターの全てにおいて、
λ ＡＳＥ ± ＢＷ ＡＳＥ＿ｂａｒ ／２
の範囲内にある、
ただし、λ ＡＳＥ はＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）ピーク波長であり、ＢＷ ＡＳＥ＿ｂａｒ はレーザーダイオードバー内の各エミッターのＡＳＥバンド幅の平均値もしくは中央値である、
波長ビーム結合システム。
【請求項2】
前記レーザーダイオードバー内でのエミッター配列方向におけるロック波長の増減の傾きの正負と、前記レーザーダイオードバー内でのエミッター配列方向におけるＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）波長の増減の傾きの正負とが同じであり、前記ＡＳＥ波長の増減の傾きの絶対値が前記ロック波長の増減の傾きの絶対値よりも小さく、かつ、次式が成り立つ、｜ΔλＥＣ＿ｂａｒ｜－｜ΔλＡＳＥ＿ｂａｒ｜ ≦ ＢＷＡＳＥ＿ｂａｒ
ただし、ΔλＥＣ＿ｂａｒはレーザーダイオードバー内のロック波長の変化量であり、ΔλＡＳＥ＿ｂａｒはレーザーダイオードバー内のＡＳＥピーク波長の変化量である、
請求項１に記載の波長ビーム結合システム。
【請求項3】
前記レーザーダイオードバー内でのエミッター配列方向におけるロック波長の増減の傾きの正負と、前記レーザーダイオードバー内でのエミッター配列方向におけるＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）波長の増減の傾きの正負とが同じであり、前記ロック波長の増減の傾きの絶対値が前記ＡＳＥ波長の増減の傾きの絶対値よりも小さく、かつ、次式が成り立つ、｜ΔλＡＳＥ＿ｂａｒ｜－｜ΔλＥＣ＿ｂａｒ｜ ≦ ＢＷＡＳＥ＿ｂａｒ
ただし、ΔλＡＳＥ＿ｂａｒはレーザーダイオードバー内のＡＳＥピーク波長の変化量であり、ΔλＥＣ＿ｂａｒはレーザーダイオードバー内のロック波長の変化量である、
請求項１に記載の波長ビーム結合システム。
【請求項4】
前記レーザーダイオードバー内でのエミッター配列方向におけるロック波長の増減の傾きの正負と、前記レーザーダイオードバー内でのエミッター配列方向におけるＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）波長の増減の傾きの正負が逆であり、かつ、次式が成り立つ、｜ΔλＥＣ＿ｂａｒ｜＋｜ΔλＡＳＥ＿ｂａｒ｜ ≦ ＢＷＡＳＥ＿ｂａｒ
ただし、ΔλＥＣ＿ｂａｒはレーザーダイオードバー内のロック波長の変化量であり、ΔλＡＳＥ＿ｂａｒはレーザーダイオードバー内のＡＳＥピーク波長の変化量である、
請求項１に記載の波長ビーム結合システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、波長ビーム結合システム、及びそれに用いられるレーザーダイオードバーアレイの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
波長の異なった複数のビームを一点に結合することで、高パワーのレーザービームを得るシステムとして、波長ビーム結合システム（ＷＢＣ（Wavelength Beam Combining）システム）が知られている。ＷＢＣシステムは、例えば特許文献１等に記載されている。
【0003】
ＷＢＣシステムは、レーザーダイオードバー（ＬＤ（Laser Diode）バー）、ビームツイスターユニット（ＢＴＵ（Beam Twister Lens Unit））、回折格子及び外部共振ミラー等を有する。
【0004】
ＬＤバーは、複数のエミッターからビームを出射する。ＬＤバーから出射された複数のビームは、ＢＴＵによって個々に９０度回転される。これにより、個々のスポットが相互干渉することを防ぐことができる。ＢＴＵから出たビームは透過型もしくは反射型の回折格子に入射される。回折格子は、入射したビームをその波長で決定される回折角で回折し出射する。回折格子から出射されたビームは、外部共振ミラーに入射される。外部共振ミラーは部分透過ミラーであり、入射されるビームの一部を回折格子の方向に垂直反射する。これにより、ＬＤバーの個々のエミッターと回折格子と外部共振ミラーの位置関係で一意に決定される波長（ロック波長と呼ぶ）だけが、ＬＤバーのリアミラーと外部共振ミラーとの間でフィードバックし、外部共振発振することでレーザービームが出力される。
【0005】
ＬＤバーの個々のエミッターはそれぞれ回折格子からの相対位置が異なるため、少しずつ異なる波長で外部共振発振することとなるが、外部共振ミラーにて一点に結合されるので、高いパワーのレーザービームを出力することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２０１５－１０６７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ところで、ＷＢＣシステムでは、ＬＤバーのゲインピーク波長（つまりＬＤバー自身の構成に起因するＬＤバーの発振波長であり、ＡＳＥ(Amplified Spontaneous Emission)波長と呼ぶこともできる）と、外部共振によるロック波長との差が大きくなると、ビームが発振できなくなる。
【0008】
ＬＤバー内の複数のエミッターのうち一部のエミッターでしか外部共振発振ができないと、ＷＢＣシステムが非効率なシステムとなる。
【0009】
本開示は、以上の点を考慮してなされたものであり、発振性能の向上した波長ビーム結合システム、及び、波長ビーム結合システムの発振性能を向上させることができるレーザーダイオードバーアレイの製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本開示の波長ビーム結合システムの一つの態様は、
複数のエミッターを持つレーザーダイオードバーが複数配置されたレーザーダイオードバーアレイと、前記レーザーダイオードバーアレイから出射された複数のビームを回折する回折格子と、前記回折格子によって回折されたビームの一部を前記レーザーダイオードバーアレイにフィードバックして外部共振させる外部共振ミラーと、を有する波長の異なった複数のビームを一点に結合する波長ビーム結合システムであって、
前記レーザーダイオードバーアレイは、少なくとも１つのレーザーダイオードバーのオフ角の主軸方向が、他のレーザーダイオードバーのオフ角の主軸方向に対して反転している、ように構成されている。
複数のエミッターを持つレーザーダイオードバーが複数配置されたレーザーダイオードバーアレイと、前記レーザーダイオードバーアレイから出射された複数のビームを回折する回折格子と、前記回折格子によって回折されたビームの一部を前記レーザーダイオードバーアレイにフィードバックして外部共振させる外部共振ミラーと、を有する波長の異なった複数のビームを一点に結合する波長ビーム結合システムであって、
前記レーザーダイオードバーアレイは、少なくとも１つのレーザーダイオードバーのオフ角の主軸方向が、他のレーザーダイオードバーのオフ角の主軸方向に対して反転している、ように構成されている。
【0011】
本開示のレーザーダイオードバーアレイの製造方法の一つの態様は、 波長ビーム結合システムに用いられるレーザーダイオードバーアレイの製造方法であって、
１つのウェハ上に発光層を含む半導体レーザー積層構造を形成する工程と、
前記ウェハ上にエミッター部と、Ｐ側電極及びＮ側電極とを形成する工程と、
前記ウェハから複数のマルチエミッターレーザーダイオードバーを切り出す工程と、
前記複数のマルチエミッターレーザーダイオードバーを組みわせてレーザーダイオードバーアレイを作成する工程であり、少なくとも１つ以上のマルチエミッターレーザーダイオードバーのオフ角の主軸を反転させて前記レーザーダイオードバーアレイを作成する工程と、
を含む。
１つのウェハ上に発光層を含む半導体レーザー積層構造を形成する工程と、
前記ウェハ上にエミッター部と、Ｐ側電極及びＮ側電極とを形成する工程と、
前記ウェハから複数のマルチエミッターレーザーダイオードバーを切り出す工程と、
前記複数のマルチエミッターレーザーダイオードバーを組みわせてレーザーダイオードバーアレイを作成する工程であり、少なくとも１つ以上のマルチエミッターレーザーダイオードバーのオフ角の主軸を反転させて前記レーザーダイオードバーアレイを作成する工程と、
を含む。
【発明の効果】
【0012】
本開示によれば、波長ビーム結合システムの発振性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】ＷＢＣシステムの概略図
【図2】ＷＢＣシステムの概略図（反射型回折格子の場合）
【図3】１つのＬＤバーの構成を示す斜視図
【図4】１つのＬＤバーと回折格子との関係を示す図
【図5】１つのＬＤバー内の各エミッターに対する、ＷＢＣシステムのロック長の例を示した図
【図6】ＬＤバーが発振できる波長の範囲を示す図
【図7】ＬＤバーの各エミッターのゲインピーク波長と、ＷＢＣシステムによるロック波長との関係を示した図
【図8】ＬＤバーの各エミッターのゲインピーク波長と、ＷＢＣシステムによるロック波長との関係を示した図
【図9】実施の形態１の説明に供する図であり、図９Ａはｍ軸方向オフ基板とａ軸方向オフ基板のオフ方向の様子を示した図、図９Ｂは基板内でのＬＤバーの波長分布を示した図、図９ＣはＬＤバーの反転とその効果の説明に供する図
【図10】実施の形態２の条件１を説明するためのグラフ
【図11】実施の形態２の条件２を説明するためのグラフ
【図12】実施の形態２の条件３を説明するためのグラフ
【図13】比較例を説明するためのグラフ
【図14】ＡＳＥスペクトルの例を示す図
【図15】ＰＬスペクトルの例を示す図
【図16】ロック波長とＡＳＥバンド幅の関係を示した図
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【0015】
＜１＞波長ビーム結合システムにおける発振の原理
先ず、本発明の実施の形態を説明する前に、本発明に至った経緯について説明する。
先ず、本発明の実施の形態を説明する前に、本発明に至った経緯について説明する。
【0016】
【0017】
ＷＢＣシステム１０は、複数のＬＤバー１００からなるレーザーダイオードバーアレイ（ＬＤバーアレイ）１００Ａと、透過型の回折格子２００と、外部共振ミラー３００と、を有する。なお、実際には、ＬＤバー１００と、回折格子２００との間には、図示しないＢＴＵ等の光学系が設けられている。複数のＬＤバー１００により、レーザーダイオードバーアレイが構成されている。
【0018】
本実施の形態では透過型の回折格子２００を用いているが、本開示の技術は、図２のような反射型の回折格子２００’を用いたＷＢＣシステム１０’に適用することも可能である。
【0019】
図３に、１つのＬＤバー１００の構成を示す。ＬＤバー１００は、互いに間隔をおいて形成された複数のエミッターの注入領域（電極と言ってもよい）１０１を有する。注入領域１０１は、ＬＤバー１００の長手方向に亘ってストライプ状に配列されている。図示しない電源供給部からＬＤバー１００内の全ての注入領域１０１に並列に電圧が供給されることで、各注入領域１０１に対応するレーザーエレメントから外部共振方向に同時にレーザービームが出射される。
【0020】
図３では、リッジストライプと呼ばれる凸部ストライプ状の電流注入領域を持つレーザー構造としているが、他のレーザー構造でも構わない。
【0021】
図１に戻って説明する。ＷＢＣシステム１０は、次のような特徴がある。
【0022】
・ＬＤバー１００の各エミッターから出射されるビームのうち、回折格子２００の回折条件を満たし、かつ、外部共振ミラー３００により垂直反射される波長のみが元のエミッター部に帰還することで、外部共振が発生しレーザー発振できる。
【0023】
・各ＬＤバー１００、及び、注入領域１０１に対応する各エミッターの発振波長は、回折格子２００とＬＤバー１００の配置によって一意に決まる。この波長をロック波長と呼ぶ。
【0024】
・ＬＤバー１００のゲインピーク波長（つまりＬＤバー１００自身の構成に起因するＬＤバー１００の発振波長）と、外部共振によるロック波長との差が大きくなると、ビームが発振できなくなる。
【0025】
ここで、回折格子２００において、回折格子の周期をｄ、入射角をα、出射角をβ、波長をλ、次数をｍとすると、回折格子２００の回折条件は、次式で表すことができる。
ｄ（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）＝ｍλ ………式（１）
ｄ（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）＝ｍλ ………式（１）
【0026】
なお、ここで実際に有効な次数はｍ＝１だけである回折格子配置を選択するのが一般的である。
【0027】
図４は１つのＬＤバー１００と回折格子２００との関係を示す図である。図５は、１つのＬＤバー１００内の各エミッターに対する、ＷＢＣシステム１０のロック長の例を示した図である。図の例は、１つのＬＤバー１００に５０個のエミッターが形成され、１番目のエミッターから５０番目のエミッターまでの長さ（図４のＬＤバー１００の長さＷ）が１０［ｍｍ］の例である。
【0028】
３０００本/ｍｍの溝周期の回折格子（ｄ＝０．３３３［μｍ］）の回折格子を用いて、４００～５００ｎｍ程度の波長の光を出射角βが４５［°］となるように設定した場合、ＬＤバー１００の長さＷが１０［ｍｍ］、ＬＤバー１００から回折格子までの距離Ｌが２．６［ｍ］のとき、ＬＤバー１００の両端のエミッターのロック波長の差ΔλＥＣ＿ｂａｒは計算上で約１．０［ｎｍ］である。また、同じようにＬＤバー１００の長さＷが１０［ｍｍ］、ＬＤバー１００から回折格子までの距離Ｌが１．３［ｍ］のとき、ＬＤバー１００の両端のエミッターのロック波長の差ΔλＥＣ＿ｂａｒは約２．０［ｎｍ］となる。
【0029】
このようにＷＢＣシステム１０の配置や部品の設計によってロック波長の変化量に差はあるが、ＬＤバー１００内の各エミッターのロック波長は、原理的に必ず少しずつ変化しており、１０［ｍｍ］のバー内では１～２［ｎｍ］の変化量となる。
【0030】
図６は、ＬＤバー１００が発振できる波長の範囲を示す図である。図中の曲線は、ＬＤバー１００のゲインの波長依存性（ゲインスペクトルまたはＡＳＥスペクトルと呼ぶ）を示す。ＬＤバー１００が発振できるのはゲインが所定値以上の波長に限られる。換言すれば、ＬＤバー１００のゲインピーク波長から所定範囲内のロック波長は発振し、所定範囲外のロック波長は発振しない。図の例では、ロック波長１は発振できる波長の範囲内なので発振するが、ロック波長２は発振できる波長の範囲外なので発振しない。
【0031】
図７及び図８は、ＬＤバー１００の各エミッターのゲインピーク波長（ＡＳＥ波長といってもよい）と、ＷＢＣシステム１０によるロック波長との関係を示したものである。上述したように、ロック波長は回折格子２００への入射角の変化に対応した傾きをもつ。
【0032】
図７の例のように、ＬＤバー１００内のエミッターのゲインピーク波長の分布が、ロック波長の傾きの正負と同じ向きの場合で、全てのエミッターにおいて、ゲインピーク波長とロック波長との差が所定範囲内に収まっているので、全てのエミッターを発振させることができる。
【0033】
これに対して、図８の例のように、ＬＤバー１００内のエミッターのゲインピーク波長の分布が、ロック波長の傾きの正負と異なる向きの場合で、一部のエミッターにおいて、ゲインピーク波長とロック波長との差が所定範囲外となるので、一部のエミッターを発振させることができない。
【0034】
本開示では、このような発振できないエミッターを低減し得る構成及び方法を提示する。
【0035】
＜２＞実施の形態１
ＬＤバー１００の製造では、先ず、１つのウェハ上に発光層を含む半導体レーザー積層構造をエピタキシャル成長により形成し、その後、ウェハ上にエミッター部としてリッジストライプ構造を形成し、Ｐ側電極及びＮ側電極を形成する。次いで、複数のマルチエミッターレーザーダイオードバー（すなわちＬＤバー１００）を切り出し、ＬＤバーのリア端面に高反射コート膜を、フロント端面に反射防止コート膜を形成する。さらに、切り出した複数のＬＤバー１００を組み合わせることで、ＷＢＣシステム１０で用いられるレーザーダイオードバーアレイが作製される。
ＬＤバー１００の製造では、先ず、１つのウェハ上に発光層を含む半導体レーザー積層構造をエピタキシャル成長により形成し、その後、ウェハ上にエミッター部としてリッジストライプ構造を形成し、Ｐ側電極及びＮ側電極を形成する。次いで、複数のマルチエミッターレーザーダイオードバー（すなわちＬＤバー１００）を切り出し、ＬＤバーのリア端面に高反射コート膜を、フロント端面に反射防止コート膜を形成する。さらに、切り出した複数のＬＤバー１００を組み合わせることで、ＷＢＣシステム１０で用いられるレーザーダイオードバーアレイが作製される。
【0036】
ところで、ウェハ内の波長分布は設備条件やエピタキシャル成長条件により様々な特徴的な分布となる（例えば同心円状など）。ＬＤバーアレイ１００Ａを作成する際に、ウェハ内の波長分布を考慮すれば、波長分布の傾きの似たＬＤバーを組み合わせることができる。この際、波長分布に合わせてＬＤバーのフロントとリアを反転配置することで、ＬＤバー内の波長分布をＬＤバー間で揃えることができる。
【0037】
本実施の形態では、ウェハとしてＧａＮ基板を用いる。波長３５０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の波長帯の半導体レーザーを作製する場合には、一般的にＧａＮ基板が母材ウェハとして用いられる。
【0038】
通常、ＧａＮ基板は面内にオフ角の分布を持つが、ある軸に対して一定のオフ角（０．３～０．７°）を傾けることが一般的なため、基板面内のオフ方向の主軸は一意に定まっており、オフ角の主軸方向は±ｍ軸方向もしくは、±ａ軸方向であることが一般的である。また、同じ性能のＬＤバーを作製する場合は、同じ仕様のＧａＮ基板を用いることが一般的である。よって、波長分布を揃えるために一部のＬＤバーの配置を上述のように反転配置すると、ＬＤバーアレイ１００Ａの中にオフ軸の主軸方向が反転したＬＤバーが含まれることになる。
【0039】
図９を用いて、詳しく説明する。
【0040】
図９Ａは、ｍ軸方向オフ基板とａ軸方向オフ基板のオフ方向の様子を示した図である。ｍ軸方向オフ基板のオフ方向の主軸は＋ｍ軸方向であり、ａ軸方向オフ基板のオフ方向の主軸は＋ａ軸方向であることが分かる。
【0041】
図９Ｂは、基板（ウェハ）内でのＬＤバーの波長分布を示した図である。図中の上矢印（↑）で示されたＬＤバーはＬＤバー内でのゲインピーク波長が左端から右端に向かって減少する（つまり傾きが負）のＬＤバーであり、図中の下矢印（↓）で示されたＬＤバーはＬＤバー内でのゲインピーク波長が左端から右端に向かって増加する（つまり傾きが正）のＬＤバーである。
【0042】
１つのＬＤバーアレイ１００Ａの中に、このような傾きの正負が反対のＬＤバーが混在すると、発振しないエミッターが生じる可能性が高まる。
【0043】
そこで、本実施の形態では、図９Ｃに示したように、一部のＬＤバーをウェハ面内に１８０°反転させることにより、ＬＤバーアレイ１００Ａを構成する複数のＬＤバー１００のゲインピーク波長の増減の傾きの正負を合わせるようにする（図９Ｃの中段のグラフを参照）。このとき、ｍ軸方向オフ基板から切り出されたＬＤバーについては、図９Ｃの上段に示されているようにオフ角の主軸の上下方向を反転させることとなり、ａ軸方向オフ基板から切り出されたＬＤバーについては、図９Ｃの下段に示されているようにオフ角の主軸の左右方向を反転させることになる。
【0044】
つまり、本実施の形態のＷＢＣシステム１０においては、複数のＬＤバー１００からなるＬＤバーアレイ１００Ａは、少なくとも１つのＬＤバー１００のオフ角の主軸方向が、他のＬＤバー１００のオフ角の主軸方向に対して反転している、ように構成されている。
【0045】
このようにすることで、ウェハ内の波長分布が存在するＬＤバーにおいても設計ロック波長とゲインピーク波長の差分を、ＬＤバー内の全てのエミッターにおいて外部共振によるＬＤ発振が可能な範囲に収めることができ、ＷＢＣシステムでの出力を最大化できる。
【0046】
＜３＞実施の形態２
ＬＤバー１００の長さがシステム内で一定であれば、ＬＤバー１００の長さに関わらず、ＬＤバー１００内での波長（ロック波長、ＡＳＥ波長）の変化の大小関係から、ＬＤバー全体で外部共振発振が可能か否かを定義できる。
ＬＤバー１００の長さがシステム内で一定であれば、ＬＤバー１００の長さに関わらず、ＬＤバー１００内での波長（ロック波長、ＡＳＥ波長）の変化の大小関係から、ＬＤバー全体で外部共振発振が可能か否かを定義できる。
【0047】
また、ＬＤバー内での、ロック波長の増減の傾きと、ＡＳＥピーク波長の増減の傾きの向きの関係から、ＬＤバー内全てのエミッターで外部共振発振が可能な条件を規定できる。本実施の形態では、このような条件を提案する。本実施の形態では、３パターンの条件を提案する。
【0048】
＜３－１＞条件１
図１０は、条件１を説明するためのグラフである。
図１０は、条件１を説明するためのグラフである。
【0049】
ＬＤバー１００内でのエミッター配列方向における、ロック波長の増減の傾きの正負とＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）波長の増減の傾きの正負が同じ向きで、ＡＳＥ波長の増減の傾きの絶対値がロック波長の増減の傾きの絶対値よりも小さく、かつ、次式が成り立つようにする。
｜ΔλＥＣ＿ｂａｒ｜－｜ΔλＡＳＥ＿ｂａｒ｜ ≦ ＢＷＡＳＥ＿ｂａｒ ………式（２）
｜ΔλＥＣ＿ｂａｒ｜－｜ΔλＡＳＥ＿ｂａｒ｜ ≦ ＢＷＡＳＥ＿ｂａｒ ………式（２）
【0050】
ただし、ΔλＥＣ＿ｂａｒはＬＤバー１００内のロック波長の変化量であり、ΔλＡＳＥ＿ｂａｒはＬＤバー１００内のＡＳＥピーク波長の変化量であり、ＢＷＡＳＥ＿ｂａｒはＬＤバー１００内の各エミッターのＡＳＥバンド幅の平均値もしくは中央値である。なお、ここで用いているパラメーターについては後で詳しく説明する。
【0051】
このようにすることで、ＬＤバー内全てのエミッターで外部共振発振が可能となる。
【0052】
＜３－２＞条件２
図１１は、条件２を説明するためのグラフである。
図１１は、条件２を説明するためのグラフである。
【0053】
ＬＤバー１００内でのエミッター配列方向における、ロック波長の増減の傾きの正負とＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）波長の増減の傾きの正負が同じ向きで、ロック波長の増減の傾きの絶対値がＡＳＥ波長の増減の傾きの絶対値よりも小さく、かつ、次式が成り立つようにする。
｜ΔλＡＳＥ＿ｂａｒ｜－｜ΔλＥＣ＿ｂａｒ｜ ≦ ＢＷＡＳＥ＿ｂａｒ ………式（３）
｜ΔλＡＳＥ＿ｂａｒ｜－｜ΔλＥＣ＿ｂａｒ｜ ≦ ＢＷＡＳＥ＿ｂａｒ ………式（３）
【0054】
ただし、ΔλＡＳＥ＿ｂａｒはＬＤバー１００内のＡＳＥピーク波長の変化量であり、ΔλＥＣ＿ｂａｒはＬＤバー１００内のロック波長の変化量であり、ＢＷＡＳＥ＿ｂａｒはＬＤバー１００内の各エミッターのＡＳＥバンド幅の平均値もしくは中央値である。
【0055】
このようにすることで、ＬＤバー内全てのエミッターで外部共振発振が可能となる。
【0056】
＜３－３＞条件３
図１２は、条件３を説明するためのグラフである。
図１２は、条件３を説明するためのグラフである。
【0057】
ＬＤバー１００内でのエミッター配列方向における、ロック波長の増減の傾きの正負とＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）波長の増減の傾きの正負が反対向きであり、かつ、次式が成り立つようにする。
｜ΔλＥＣ＿ｂａｒ｜＋｜ΔλＡＳＥ＿ｂａｒ｜ ≦ ＢＷＡＳＥ＿ｂａｒ ………式（４）
｜ΔλＥＣ＿ｂａｒ｜＋｜ΔλＡＳＥ＿ｂａｒ｜ ≦ ＢＷＡＳＥ＿ｂａｒ ………式（４）
【0058】
ただし、ΔλＥＣ＿ｂａｒはＬＤバー１００内のロック波長の変化量であり、ΔλＡＳＥ＿ｂａｒはＬＤバー１００内のＡＳＥピーク波長の変化量であり、ＢＷＡＳＥ＿ｂａｒはＬＤバー１００内の各エミッターのＡＳＥバンド幅の平均値もしくは中央値である。
【0059】
＜３－４＞比較例
図１３は、本実施の形態に対する比較例として、一部のエミッターの発振効率が低下する（つまり発振できない）例を示したグラフである。
図１３は、本実施の形態に対する比較例として、一部のエミッターの発振効率が低下する（つまり発振できない）例を示したグラフである。
【0060】
【0061】
図１４は、ＡＳＥスペクトルの例を示す。ＡＳＥスペクトルはＬＤバーの発振前のＥＬスペクトル（Electro-luminescence、電流注入発光スペクトル）と定義され、本開示においては、注入電流値Ｉ＝０．１×Ｉｔｈの時のＥＬスペクトルと定義する。ＩｔｈはＬＤバーの内部共振発振の閾値電流である。λＡＳＥはＡＳＥスペクトルのピーク波長である。ΔλＡＳＥ＿ｂａｒはＬＤバー内のＡＳＥピーク波長の変化量（右端－左端）である。ＢＷＡＳＥはＡＳＥスペクトルのピーク強度を基準にスライスレベルＳＬ＝０．９で定義したバンド幅である。ＢＷＡＳＥ＿ｂａｒはＬＤバー内の各エミッターのＡＳＥバンド幅の平均値（もしくは中央値）である。ＫＡＳＥ＿ｂａｒはΔλＡＳＥ＿ｂａｒ／Ｗｂａｒであり、ＬＤバー内のＡＳＥピーク波長の傾き（ＷｂａｒはＬＤバー長）である。
【0062】
図１５は、ＰＬスペクトルの例を示す。ＰＬスペクトルはＬＤバーのＰＬスペクトル（Photoluminescence、光励起発光スペクトル）と定義できる。λＰＬはＰＬスペクトルのピーク波長である。ΔλＰＬ＿ｂａｒはＬＤバー内のＰＬピーク波長の変化量（右端－左端）である。ＢＷＰＬはＰＬスペクトルのピーク強度を基準にスライスレベル０．９で定義したバンド幅である。ＢＷＰＬ＿ｂａｒはＬＤバー内の各エミッターのＰＬバンド幅の平均値（もしくは中央値）である。ＫＰＬ＿ｂａｒはΔλＰＬ＿ｂａｒ／Ｗｂａｒであり、ＬＤバー内のＰＬピーク波長の傾き（ＷｂａｒはＬＤバー長）である。なお、弱励起条件でのＰＬスペクトルのＢＷでＡＳＥスペクトルのＢＷを代用できる（ピーク波長は変化するが、ＢＷはほぼ同じである）。
【0063】
図１６は、ロック波長のチューニングレンジとＡＳＥバンド幅の関係を示した図である。ロック波長は同じエミッターにおいて、回折格子の角度を少しずつ変化させてロック波長を変化させたときの外部共振発振の規格化強度を図示したものである。ＡＳＥスペクトルとロック波長のチューニングレンジはピークの波長が多少ずれることが一般的であるが、図１６では便宜上、波長帯を揃えて図示している。図中のＴＲは、実用的に外部共振でＬＤバーが発振可能な範囲であり、規格化強度９０％以上が望ましく、９５％以上がより好ましい。ここでいう実用的とは、電流値の変化による出力の変化や、長時間の使用による特性の変化を鑑みて、初期に満たしておくことが望ましい外部共振状態を指す。図中のＢＷＡＳＥは、ＡＳＥスペクトルのスライスレベルＳＬ＝０．９のバンド幅であり、外部共振可能なロック波長のチューニングレンジと概ね一致することが分かっている。
【0064】
本実施の形態では、上述の条件１、条件２又は条件３に従って、ＬＤバー１００及びＷＢＣシステム１０の構成を規定することを提案する。これにより、ＬＤバー１００内全てのエミッターで外部共振発振が可能となる。
【0065】
なお、実施の形態１の構成及び方法を採用すると、条件１、条件２又は条件３を満たすことが容易となる。つまり、実施の形態１と実施の形態２とを組み合わせると、発振性能の向上したＷＢＣシステム１０をより容易に実現できるようになる。
【0066】
ただし、本実施の形態は、実施の形態１と組み合わせずに実施してもよい。
【0067】
上述の実施の形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することの無い範囲で、様々な形で実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【0068】
本発明の波長ビーム結合システム、及びレーザーダイオードバーアレイの製造方法は、波長ビーム結合システムの発振性能を向上させる技術として好適である。
【符号の説明】
【0069】
１０、１０’ 波長ビーム結合システム（ＷＢＣシステム）
１００ レーザーダイオードバー（ＬＤバー）
１００Ａ レーザーダイオードバーアレイ（ＬＤバーアレイ）
１０１ 注入領域
２００、２００’ 回折格子
３００ 外部共振ミラー
１００ レーザーダイオードバー（ＬＤバー）
１００Ａ レーザーダイオードバーアレイ（ＬＤバーアレイ）
１０１ 注入領域
２００、２００’ 回折格子
３００ 外部共振ミラー
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】