特許 7431553 半導体レーザ装置

(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】2024-02-06

(45)【発行日】2024-02-15

(54)【発明の名称】半導体レーザ装置

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/02315 20210101AFI20240207BHJP

   H01S 5/02208 20210101ALI20240207BHJP

   H01S 5/02253 20210101ALI20240207BHJP

   H01S 5/0239 20210101ALI20240207BHJP

【ＦＩ】

H01S5/02315

H01S5/02208

H01S5/02253

H01S5/0239

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2019189535

(22)【出願日】2019-10-16

(65)【公開番号】P2021064736

(43)【公開日】2021-04-22

【審査請求日】2022-08-19

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２８年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「高輝度・高効率次世代レーザー技術開発／次々世代加工に向けた新規光源・要素技術開発／高効率加工用ＧａＮ系高出力・高ビーム品質半導体レーザーの開発」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000005821

【氏名又は名称】パナソニックホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109210

【弁理士】

【氏名又は名称】新居 広守

(74)【代理人】

【識別番号】100137235

【弁理士】

【氏名又は名称】寺谷 英作

(74)【代理人】

【識別番号】100131417

【弁理士】

【氏名又は名称】道坂 伸一

(72)【発明者】

【氏名】山口 秀雄

【審査官】佐竹 政彦

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－２２４４９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２６９４３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０１７４５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／００－５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ光を出射する光源と、
前記光源が載置される主面、及び、前記主面と背向する背面を有する基台と、
前記基台に支持され、前記光源が出射したレーザ光が透過する光学系と、を備え、
前記基台における前記光学系を支持する支持位置と前記背面との距離は、前記主面と前記背面との距離よりも大きく、
前記基台は、
第１方向側から前記光源を支持し、かつ、前記第１方向とは反対側の第２方向側のみから前記光学系を支持し、
前記支持位置で前記光学系の上面と接触して前記光学系を支持し、
前記光源が出射したレーザ光の出射方向に延在するアーム部を有し、
前記支持位置は、前記アーム部の端部であり、
前記アーム部は、前記主面を平面視した場合に、前記光源に対して前記光源が出射したレーザ光の出射方向と直交した方向に配置されている
半導体レーザ装置。

【請求項2】

前記アーム部は、前記主面の法線方向に延在し、さらに、前記端部が、前記光源が出射したレーザ光の出射方向に延在し、
前記支持位置は、前記端部の下面である
請求項１に記載の半導体レーザ装置。

【請求項3】

前記光源は、青色光を発する
請求項１又は２に記載の半導体レーザ装置。

【請求項4】

前記光学系は、前記光源が出射したレーザ光の速軸方向をコリメートする速軸コリメータレンズを備える
請求項１～３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。

【請求項5】

前記光学系は、前記光源が出射したレーザ光の速軸方向と遅軸方向とを入れ替える９０°像回転光学系を有する
請求項１～４のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。

【請求項6】

さらに、前記光源が出射したレーザ光の一部を透過し、且つ、他部を反射することで前記光源との間で当該レーザ光を共振させるハーフミラーを備える
請求項１～５のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。

【請求項7】

前記光源は、それぞれがレーザ光を出射する複数の増幅部を有する半導体発光素子アレイである
請求項１～６のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。

【請求項8】

さらに、前記複数の増幅部のそれぞれが出射したレーザ光が入射され、入射された前記複数の増幅部のそれぞれが出射したレーザ光が１つの光路を通過するように出射する波長分散素子を備える
請求項７に記載の半導体レーザ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、半導体レーザ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、レーザ光を出射する半導体レーザ素子とレーザ光の配光等を制御するレンズ等の光学部材とを備える半導体レーザ装置がある（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

特許文献１に開示されている半導体レーザ装置は、レーザ光を出射する半導体レーザアレイと、集光レンズと、ヒートシンクと、を備える。集光レンズとレンズホルダとは、ヒートシンクに接着されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００２－２３２０６４号公報

【文献】特開２０００－１３７１３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

半導体レーザアレイ等の光源から光を出射させると、当該光源は、発熱する。また、光源、及び、当該光源が載置される基台等は、光源が発した熱により膨張する。これにより、光源から光を出射させると、集光レンズ等の光学系を通過する当該光の位置は、所望の位置からずれる。そのため、光源から出射させる光量に応じて、言い換えると、光源から光を出射させるために当該光源に投入する電力量に応じて、半導体レーザ装置から出射される光（例えば、レーザ光）の光軸が所望の位置からずれる問題がある。

【0006】

本開示は、出射するレーザ光の光軸が所望の位置からずれることが抑制された半導体レーザ装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様に係る半導体レーザ装置は、レーザ光を出射する光源と、前記光源が載置される主面、及び、前記主面と背向する背面を有する基台と、前記基台に支持され、前記光源が出射したレーザ光が透過する光学系と、を備え、前記基台における前記光学系を支持する支持位置と前記背面との距離は、前記主面と前記背面との距離よりも大きい。

【発明の効果】

【0008】

本開示の一態様に係る半導体レーザ装置によれば、出射するレーザ光の光軸が所望の位置からずれることが抑制される。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、実施の形態に係る半導体レーザ装置の概略構成を示す図である。

【図2】図２は、実施の形態に係る半導体レーザ装置が備える光源モジュールを示す斜視図である。

【図3】図３は、実施の形態に係る半導体レーザ装置が備える光源モジュールを示す分解斜視図である。

【図4】図４は、実施の形態に係る半導体レーザ装置が備える光源モジュールを示す分解斜視図である。

【図5】図５は、図３のＶ－Ｖ線における、実施の形態に係る半導体レーザ装置が備える光源モジュールの一部を拡大して示す部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して、本開示の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序等は、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。本開示は、特許請求の範囲だけによって限定される。

【0011】

なお、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺等は必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、実質的に同一の構成に対する重複説明は省略又は簡略化する場合がある。

【0012】

また、以下の実施の形態において、「上方」及び「下方」という用語は、絶対的な空間認識における上方向（鉛直上方）及び下方向（鉛直下方）を指すものではない。また、「上方」及び「下方」という用語は、２つの構成要素が互いに間隔をあけて配置されて２つの構成要素の間に別の構成要素が存在する場合のみならず、２つの構成要素が互いに密着して配置されて２つの構成要素が接する場合にも適用される。

【0013】

また、本明細書及び図面において、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、三次元直交座標系の三軸を示している。各実施の形態では、Ｚ軸方向を鉛直方向とし、Ｚ軸に垂直な方向（ＸＹ平面に平行な方向）を水平方向としている。また、以下で説明する実施の形態において、Ｚ軸正方向を上方と記載し、Ｚ軸負方向を下方と記載する場合がある。また、以下で説明する実施の形態において、光源は、Ｙ軸正方向に向けて光を出射するとして説明する。以下で説明する実施の形態において、Ｙ軸正方向側を光出射側と記載する場合がある。

【0014】

また、以下で説明する実施の形態において、「上面視」とは、光源が載置される基台の主面の法線方向から当該面側を見たときのことをいう。

【0015】

（実施の形態）
［概要］
図１は、実施の形態１に係る半導体レーザ装置１００の概略構成を示す図である。

【0016】

半導体レーザ装置１００は、レーザ光を出射するレーザ装置である。半導体レーザ装置１００は、例えば、対象物をレーザ加工する加工機器の光源として利用される。

【0017】

半導体レーザ装置１００は、光源モジュール２００と、遅軸コリメータレンズ１６０と、集光レンズ２１０と、波長分散素子１４０と、ハーフミラー１５０と、集光レンズ２１１と、光ファイバ２２０と、を備える。

【0018】

光源モジュール２００は、光（出射光３００）を出射する光源である。本実施の形態では、光源モジュール２００は、それぞれが出射光３００を出射する複数の増幅部１１１を有する半導体発光素子アレイである光源１１０を備える。出射光３００は、例えば、レーザ光である。

【0019】

また、光源モジュール２００は、光源１１０が出射した出射光３００が透過する光学系１３０を備える。

【0020】

光学系１３０から出射された出射光３００は、遅軸コリメータレンズ（ＳＡＣ／Ｓｌｏｗ Ａｘｉｓ Ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ Ｌｅｎｓ）１６０によって出射光３００の遅軸方向がコリメートされ、集光レンズ２１０に入射される。

【0021】

集光レンズ２１０は、入射された出射光３００の速軸方向をコリメートする速軸コリメータレンズ（ＦＡＣ／Ｆａｓｔ Ａｘｉｓ Ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ Ｌｅｎｓ）である。集光レンズ２１０は、入射された出射光３００の速軸方向をコリメートして波長分散素子１４０に入射させる。本実施の形態では、光源１１０は、Ｚ軸方向を速軸方向とし、Ｘ軸方向を遅軸方向とするように、出射光３００を出射する。

【0022】

波長分散素子１４０は、複数の増幅部１１１のそれぞれが出射した出射光３００が入射され、入射された複数の増幅部１１１のそれぞれが出射した出射光３００が１つの光路を通過するように出射する光学素子である。つまり、波長分散素子１４０は、複数の増幅部１１１のそれぞれが出射した出射光３００を合波する合波器である。波長分散素子１４０には、例えば、出射光３００が入射される表面に回折格子が形成されている。複数の増幅部１１１のそれぞれから出射された出射光３００は、例えば、波長分散素子１４０の表面に形成された回折格子に入射されることで、１つの光路を通過するように波長分散素子１４０から出射される。１つの光路を通過するように波長分散素子１４０から出射された光は、ハーフミラー１５０に入射される。波長分散素子１４０は、複数の出射光３００を透過して合波する透過型の波長分散素子でもよいし、複数の出射光３００を反射して合波する反射型の波長分散素子でもよい。

【0023】

ハーフミラー１５０は、光源１１０が出射した出射光３００の一部を透過し、且つ、他部を反射することで光源１１０との間で出射光３００を共振させるハーフミラーである。ハーフミラー１５０で反射された反射光３１０は、光源１１０に戻り、さらに、光源１１０（具体的には、光源１１０における出射光３００の光出射面に背向する面）で反射され、ハーフミラー１５０に戻る。ハーフミラー１５０に戻った反射光３１０は、さらに、一部が反射されて光源１１０に戻る。これにより、光源１１０とハーフミラー１５０との間で光の共振が発生する。これにより、半導体レーザ装置１００は、レーザ光３２０を出射する。このように、半導体レーザ装置１００は、光源１１０とハーフミラー１５０との間で出射光３００を共振させる外部共振器型の半導体レーザ装置である。ハーフミラー１５０からは、光源１１０とハーフミラー１５０とによる外部共振器によって生成されたレーザ光３２０が出射される。ハーフミラー１５０から出射されたレーザ光３２０は、集光レンズ２１１に入射される。

【0024】

なお、半導体レーザ装置１００は、外部共振器（より具体的には、ハーフミラー１５０）を備えず、単体でレーザ光を出射する光源１１０を備えてもよい。

【0025】

集光レンズ２１１は、レーザ光３２０を光ファイバ２２０に入射するためのカップリングレンズである。集光レンズ２１１から出射されたレーザ光３２０は、光ファイバ２２０の一端に入射され、光ファイバ２２０の他端から出射される。

【0026】

［光源モジュール］
続いて、光源モジュール２００の構成について、詳細に説明する。

【0027】

図２は、実施の形態に係る半導体レーザ装置１００が備える光源モジュール２００を示す斜視図である。図３は、実施の形態に係る半導体レーザ装置１００が備える光源モジュール２００を示す分解斜視図である。図４は、実施の形態に係る半導体レーザ装置１００が備える光源モジュール２００を示す分解斜視図である。

【0028】

なお、図３には、光学系１３０が基台（下部基台）１２２に取り付けられている状態を示している。一方、図４には、光学系１３０が基台に取り付けられていない状態を示している。

【0029】

光源モジュール２００は、出射光３００を出射するモジュールである。

【0030】

光源モジュール２００は、光源１１０と、サブマウント２３０と、基台１２２と、絶縁シート２６０と、上部基台１２１と、ねじ１９０と、ヒートシンク２５０と、光学系１３０と、を備える。

【0031】

光源１１０は、出射光３００を出射する光源である。なお、光源１１０が出射する出射光３００の波長は、任意に設定されてよい。本実施の形態では、光源１１０は、青色光を出射する。青色光は、例えば、中心波長が４３０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の光である。光源１１０は、ハーフミラー１５０とともに外部共振器を構成する。これにより、光源１１０からは、出射光３００としてレーザ光が出射される。

【0032】

本実施の形態では、光源１１０は、３つの増幅部１１１を有し、それぞれの増幅部から出射光３００を出射する半導体発光素子アレイである。

【0033】

なお、光源１１０は、単体でレーザ光を出射する半導体レーザ素子でもよい。この場合、半導体レーザ装置１００は、ハーフミラー１５０等の外部共振器を構成するための構成要素を備えなくてもよい。また、光源モジュール２００は、１箇所から出射光３００を出射する、言い換えると、増幅部１１１を１つ有する光源を１つ備えてもよいし、当該光源を複数備えてもよい。また、光源１１０が備える増幅部１１１の数は、１以上であればよく、３以上でもよいし、２でもよい。

【0034】

なお、光源１１０に採用される材料は、特に限定されない。光源１１０は、例えば、窒化ガリウム系の半導体素子である。

【0035】

光源１１０は、図示しない外部商用電源等から電力が供給されることで、出射光３００が出射される。

【0036】

本実施の形態では、光源１１０は、サブマウント２３０を介して基台１２２に載置されている。

【0037】

サブマウント２３０は、光源１１０が載置され、基台１２２に載置される部材である。サブマウント２３０は、光源１１０の放熱性を高める役割を担う。また、サブマウント２３０は、光源１１０と基台１２２との熱膨張率の差により光源１１０が破壊されることを抑制する。サブマウント２３０に採用される材料は、特に限定されない。サブマウント２３０に採用される材料は、例えば、セラミック材料等である。

【0038】

基台１２２は、主面１２３（上面）に光源１１０が載置される台である。本実施の形態では、基台１２２の主面１２３において、光源１１０が載置される部分は、他部よりも低くなっている、つまり、他部よりも下方に位置している。光源１１０は、上部基台１２１と基台１２２とに挟まれるように、基台１２２に支持されている。

【0039】

なお、光源１１０と上部基台１２１とは、接触していてもよいし、接触していなくてもよい。

【0040】

また、上部基台１２１及び基台１２２に採用される材料は、特に限定されない。上部基台１２１及び基台１２２に採用される材料は、例えば、金属材料でもよいし、樹脂材料でもよいし、セラミック材料でもよい。

【0041】

また、上部基台１２１及び基台１２２の形状は、それぞれ特に限定されない。

【0042】

上部基台１２１と基台１２２とは、例えば、ねじ１９０と、基台１２２に形成された孔１９１とが嵌合すること互いに固定されている。具体的には、基台１２２には、孔１９１が設けられている。また、上部基台１２１には、孔１９１に対応する位置に貫通孔が設けられている。当該貫通孔には、ねじ１９０が配置されている。ねじ１９０は、孔１９１と螺合されている。

【0043】

これにより、上部基台１２１と基台１２２とは、固定されている。

【0044】

基台１２２は、本体部２４３と、アーム部２４０と、を有する。具体的には、基台１２２は、主面１２３、及び、主面１２３と背向する面である背面１２４を有する本体部２４３を備える。また、基台１２２は、光源１１０が出射した出射光３００の出射方向に延在するアーム部２４０を有する。

【0045】

アーム部２４０は、光学系１３０を支持するための基台１２２の一部である。アーム部２４０は、基台１２２（より具体的には、本体部２４３）の主面１２３の法線方向に延在し、さらに、光源１１０の出射光３００の出射方向に延在した、Ｘ軸方向から見てＬ字状となっている。

【0046】

また、アーム部２４０は、上面視で出射光３００の光軸方向（本実施の形態では、Ｙ軸方向）に直交する方向における光源１１０の両側に配置されている。アーム部２４０は、主面１２３と接続されている一端とは反対側の端部２４１で光学系１３０と接続されている。例えば、アーム部２４０は、端部２４１で光学系１３０と樹脂又ははんだ等の接着剤等により接着されている。光学系１３０は、ねじ等によりアーム部２４０に固定されていてもよい。

【0047】

絶縁シート２６０は、上部基台１２１と基台１２２とを電気的に絶縁するシートである。絶縁シート２６０は、電気的な絶縁性を有していればよく、任意の材料が採用されてよい。また、絶縁シート２６０には、孔１９１の位置に応じて貫通孔が形成されている。

【0048】

光学系１３０は、光源１１０が出射した出射光３００が透過する光学部材である。光学系１３０は、例えば、光源１１０が出射した出射光３００の配光を制御する部材である。

【0049】

光学系１３０は、速軸コリメータレンズ１３２と、９０°像回転光学系１３３と、タブ１３１と、を備える。

【0050】

速軸コリメータレンズ１３２は、光源１１０が出射した出射光３００の速軸方向をコリメートするコリメータレンズである。本実施の形態では、速軸コリメータレンズ１３２及び集光レンズ２１０の２つのレンズを用いて、出射光３００の速軸方向をコリメートする。なお、半導体レーザ装置１００は、集光レンズ２１０を備えなくてもよい。

【0051】

９０°像回転光学系１３３は、光源１１０が出射した出射光３００の速軸方向と遅軸方向とを入れ替える光学部材である。具体的には、９０°像回転光学系１３３は、速軸コリメータレンズ１３２によりコリメートされた出射光３００を当該出射光３００の光軸周りに９０°回転させる９０°像回転光学系（ＢＴ／Ｂｅａｍ Ｔｗｉｓｔｅｒ）である。

【0052】

以上のように、光学系１３０は、出射光３００の速軸方向をコリメートする速軸コリメータレンズ１３２と、速軸コリメータレンズ１３２によりコリメートされた出射光３００を出射光３００の光軸周りに９０°回転させる９０°像回転光学系とを有するＢＴＵ（Ｂｅａｍ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｌｅｎｓ Ｕｎｉｔ）を備える。例えば、ＢＴＵとしては、特開２０００－１３７１３９号公報に開示されている光学的光束変換器が例示される。

【0053】

例えば、速軸コリメータレンズ１３２と９０°像回転光学系１３３とは、透光性を有するガラス又は樹脂等により一体的に形成される。

【0054】

なお、本実施の形態では、半導体レーザ装置１００は、光学系１３０として１つのＢＴＵを備えるが、半導体レーザ装置１００が備える光学系１３０の形状又は数等は、特に限定されない。

【0055】

タブ１３１は、ＢＴＵ（速軸コリメータレンズ１３２及び９０°像回転光学系１３３）を基台１２２に支持するために支持部材である。具体的には、タブ１３１と基台１２２が有するアーム部２４０とは、接着剤等により接着されている。

【0056】

タブ１３１に採用される材料は、特に限定されない。タブ１３１に用いられる材料は、例えば、金属でもよいし、樹脂でもよいし、ガラスでもよい。

【0057】

なお、タブ１３１とＢＴＵとは、一体的に形成されていてもよい。

【0058】

ヒートシンク２５０は、基台１２２が載置され、基台１２２の熱を放熱させるための台である。ヒートシンク２５０に採用される材料は、特に限定されない。ヒートシンク２５０に採用される材料は、例えば、金属でもよいし、セラミックでもよい。また、ヒートシンク２５０には、水等の液体を通過させるための流路が設けられていてもよい。当該流路に水等の液体を流すことで、ヒートシンク２５０の放熱性は、向上され得る。

【0059】

［光学系の配置］
続いて、半導体レーザ装置１００における光学系１３０と光源１１０との位置関係について説明する。

【0060】

図５は、図３のＶ－Ｖ線における、実施の形態に係る半導体レーザ装置１００が備える光源モジュール２００の一部を拡大して示す部分断面図である。

【0061】

上記したように、光学系１３０は、基台１２２に支持されている。

【0062】

ここで、基台１２２における光学系１３０を支持する支持位置と、基台１２２における主面１２３と背向する背面１２４との距離Ｌ１は、主面１２３と背面１２４との距離Ｌ２（言い換えると、基台１２２（より具体的には、本体部２４３）の厚さ）よりも大きい。本実施の形態では、支持位置は、アーム部２４０の端部２４１である。より具体的には、支持位置は、アーム部２４０の下面２４２である。光学系１３０は、例えば、アーム部２４０の端部２４１に接着剤によって接着されている。或いは、光学系１３０は、例えば、アーム部２４０の下面２４２に接着剤によって接着されている。

【0063】

このように、本実施の形態では、基台１２２（より具体的には、基台１２２が有するアーム部２４０）は、支持位置で光学系１３０の上面１３４（本実施の形態では、タブ１３１の上面）と接触して光学系１３０を支持する。

【0064】

光源１１０に出射光３００を出射させることで、つまり、光源１１０に電力を供給することで、光源１１０は、熱を発する。これにより、光源１１０及び基台１２２は、光源１１０が発した熱により膨張する。光源１１０及び基台１２２の膨張によって、距離Ｌ１は増大し、且つ、光源１１０における光出射位置１１２は、主面１２３に対してＺ軸方向に移動される。

【0065】

また、基台１２２の膨張によって、距離Ｌ２は増大する。また、光学系１３０は、光源１１０及び基台１２２の膨張率に対しては小さい膨張率でわずかに膨張する。

【0066】

従来の半導体レーザ装置では、例えば、光学系１３０は、基台１２２によって光源１１０よりも下側で支持されている。言い換えると、従来の半導体レーザ装置１００では、距離Ｌ１よりも距離Ｌ２の方が大きい。そのため、基台１２２及び光源１１０が膨張すると、距離Ｌ２の方が距離Ｌ１よりも大きく増大する。さらに、光源１１０の膨張によって、主面１２３に対して光源１１０の光出射位置１１２は、主面１２３から離れる方向に移動する。そのため、光源１１０から出射させる出射光３００の光量に応じて、言い換えると、光源１１０から出射光３００を出射させるために光源１１０に投入する電力量に応じて、半導体レーザ装置１００から出射される光（レーザ光３２０）の光軸が所望の位置からずれる（言い換えると、傾く）問題がある。

【0067】

ここで、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１００は、光学系１３０の支持位置が背面１２４（より具体的には、背面１２４に接触して配置されているヒートシンク２５０）から主面１２３よりも離れている。そのために、基台１２２の膨張によって、距離Ｌ１の方が距離Ｌ２よりも大きく増大する。また、光源１１０の膨張によって、主面１２３に対して光源１１０の光出射位置１１２は、主面１２３から離れる方向（本実施の形態では、Ｚ軸正方向）に移動する。また、光学系１３０は、光源１１０及び基台１２２の膨張率に対しては小さい膨張率でわずかに膨張することで、光出射側から見た場合（言い換えると、出射光３００が入射される側から見た場合、又は、本実施の形態では、ＸＺ平面から見た場合）の中心位置の速軸コリメータレンズ１３２の位置）が支持位置に対してＺ軸負方向側にわずかに移動する。つまり、距離Ｌ３が増大される。

【0068】

以上のように、光源１１０、基台１２２、及び、光学系１３０が膨張する前において距離Ｌ１よりも距離Ｌ２の方が大きいことで、光源１１０、基台１２２、及び、光学系１３０が膨張しても、例えば、基台１２２に熱膨張率等が適切な材料が選択されることで、距離Ｌ２の増大量と主面１２３に対する光源１１０の光出射位置１１２の変化量との和を、距離Ｌ１の増大量と距離Ｌ３の変化量との差と近づけることができる。また、距離Ｌ１は、設計の自由度があるために、現物の動きを確認して、上記の差が０になるような寸法にすることが可能である。

【0069】

そのため、半導体レーザ装置１００によれば、従来の半導体レーザ装置よりも、光源１１０から出射させる光量に応じて、言い換えると、光源１１０から光を出射させるために当該光源１１０に投入する電力量に応じて、半導体レーザ装置１００から出射される光（レーザ光３２０）の光軸が所望の位置からずれる（言い換えると、傾く）ことを抑制できる。

【0070】

［効果等］
以上説明したように、実施の形態に係る半導体レーザ装置１００は、レーザ光（出射光３００）を出射する光源１１０と、光源１１０が載置される主面１２３、及び、主面１２３と背向する背面１２４を有する基台１２２と、基台１２２に支持され、光源１１０が出射した出射光３００が透過する光学系１３０と、を備える。基台１２２における光学系１３０を支持する支持位置と背面１２４との距離Ｌ１は、主面１２３と背面１２４との距離Ｌ２よりも大きい。

【0071】

光源１１０は、出射光３００としてレーザ光又はハーフミラーとの間で外部共振される光を出射する。光源１１０で増幅された光の広がり角は、速軸方向と遅軸方向とで異なる。光源１１０から出射される出射光３００の速軸方向の光の広がり角が遅軸方向よりも大きいため、例えば、光源１１０の近傍に光学系１３０（より具体的には、速軸コリメータレンズ１３２）が配置される。また、光源１１０と光学系１３０とは、互いの位置関係を固定するために、同じ部材（本実施の形態では、基台１２２）に固定される。従来、光源１１０と光学系１３０とは、同じ部材に固定されたとしても、光源１１０が発熱することにより光源１１０、光学系１３０、及び、当該部材が熱膨張することで、相対位置が変化する問題がある。そこで、半導体レーザ装置１００のように、光源１１０、基台１２２、及び、光学系１３０が膨張する前において距離Ｌ１よりも距離Ｌ２の方が大きいことで、光源１１０、基台１２２、及び、光学系１３０が膨張しても、距離Ｌ２の増大量と主面１２３に対する光源１１０の光出射位置１１２の変化量との和と、距離Ｌ１の増大量と距離Ｌ３の変化量との差との差分を小さくすることができる。そのため、半導体レーザ装置１００によれば、従来の半導体レーザ装置よりも、光源１１０から出射させる光量に応じて、言い換えると、光源１１０から光を出射させるために当該光源１１０に投入する電力量に応じて、半導体レーザ装置１００から出射される光（出射光３００及びレーザ光３２０）の光軸が所望の位置からずれることを抑制できる。

【0072】

また、例えば、基台１２２は、支持位置で光学系１３０の上面１３４と接触して光学系１３０を支持する。

【0073】

これによれば、基台１２２の熱膨張による、距離Ｌ２の増大量と主面１２３に対する光源１１０の光出射位置１１２の変化量との和と、距離Ｌ１との差を小さくすることができる。そのため、このような構成によれば、半導体レーザ装置１００が出射する出射光３００の光軸が所望の位置からずれることは、さらに抑制される。

【0074】

また、例えば、基台１２２は、光源１１０が出射した出射光３００の出射方向に延在するアーム部２４０を有する。この場合、基台１２２における光学系１３０の支持位置は、アーム部２４０の端部２４１である。より具体的には、基台１２２における光学系１３０の支持位置は、アーム部２４０の長手方向の端部２４１である。

【0075】

これによれば、光源１１０が載置される基台１２２の部分（本体部２４３）の形状によらず、光学系１３０をアーム部２４０によって基台１２２が支持できる。

【0076】

また、例えば、アーム部２４０は、主面１２３の法線方向に延在し、さらに、端部２４１が、光源１１０が出射した出射光３００の出射方向に延在している。この場合、例えば、支持位置は、端部２４１の下面２４２である。

【0077】

これによれば、基台１２２の熱膨張によって、光学系１３０の中心位置（例えば、出射光３００が入射される側から見た場合の速軸コリメータレンズ１３２の位置）が支持位置である下面２４２に対してＺ軸負方向側にわずかに移動する。そのため、基台１２２の熱膨張による、距離Ｌ２の増大量と主面１２３に対する光源１１０の光出射位置１１２の変化量との和と、距離Ｌ１との差を小さくすることができる。これにより、このような構成によれば、半導体レーザ装置１００が出射する出射光３００の光軸が所望の位置からずれることは、さらに抑制される。

【0078】

また、例えば、光源１１０は、青色光を発する。

【0079】

例えば、青色光を出射する半導体光源は、赤色光又は近赤外光を出射する半導体光源よりも、半導体光源に投入する電力量に対する発熱量が多い。そのため、半導体レーザ装置１００に青色光を出射する光源１１０（半導体光源）が採用されることで、効果的に半導体レーザ装置１００が出射する出射光３００の光軸が所望の位置からずれることを抑制できる。

【0080】

また、例えば、光学系１３０は、光源１１０が出射した出射光３００の速軸方向をコリメートする速軸コリメータレンズ１３２を備える。

【0081】

これによれば、光源１１０が出射する出射光３００の速軸方向の広がりが、抑制される。

【0082】

また、例えば、光学系１３０は、光源１１０が出射した出射光３００の速軸方向と遅軸方向とを入れ替える９０°像回転光学系１３３を有する。

【0083】

これによれば、例えば、光源１１０から出射された出射光３００の速軸方向を主面１２３の法線方向から、当該法線方向及び出射光３００の光軸に直交する方向に変換できる。そのため、半導体レーザ装置１００に配置される速軸コリメータレンズ１３２及び遅軸コリメータレンズ１６０の配置とサイズ等の形状との選択の自由度が向上され得る。

【0084】

また、例えば、半導体レーザ装置１００は、さらに、光源１１０が出射した出射光３００の一部を透過し、且つ、他部を反射することで光源１１０との間で当該光（反射光３１０）を共振させるハーフミラー１５０を備える。

【0085】

これによれば、半導体レーザ装置１００は、光源１１０とハーフミラー１５０とで構成される外部共振器型の半導体レーザ装置として採用され得る。半導体レーザ装置１００が外部共振器型の半導体レーザ装置であることで、例えば、光源１１０から出射された複数の出射光３００を合波して出力できる。そのため、このような構成によれば、半導体レーザ装置１００から出射されるレーザ光３２０の光量を大きくすることができる。

【0086】

また、例えば、光源１１０は、それぞれが出射光３００を出射する複数の増幅部１１１を有する半導体発光素子アレイである。

【0087】

これにより、例えば、それぞれの出射光３００を合波することで、半導体レーザ装置１００から出射されるレーザ光３２０の光量を大きくすることができる。

【0088】

また、例えば、半導体レーザ装置１００は、さらに、複数の増幅部１１１のそれぞれが出射した出射光３００が入射され、入射された複数の増幅部１１１のそれぞれが出射した出射光３００が１つの光路を通過するように出射する波長分散素子１４０を備える。つまり、半導体レーザ装置１００は、複数の出射光３００を合波する合波器である波長分散素子１４０を備える。

【0089】

これによれば、波長分散素子１４０によってそれぞれの出射光３００を合波することで、半導体レーザ装置１００から出射されるレーザ光３２０の光量を大きくすることができる。

【0090】

（その他の実施の形態）
以上、本開示の実施の形態に係る半導体レーザ装置について、実施の形態及び各変形例に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態及び各変形例に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を各実施の形態に施したもの、又は、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。

【0091】

例えば、半導体レーザ装置は、上部基台と下部基台との間に電気的絶縁性を有する絶縁シートを備えてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0092】

本開示の半導体レーザ装置は、例えば、レーザ加工に用いられる加工装置の光源として利用される。

【符号の説明】

【0093】

１００ 半導体レーザ装置
１１０ 光源（半導体発光素子アレイ）
１１１ 増幅部
１１２ 光出射位置
１２１ 上部基台
１２２ 基台（下部基台）
１２３ 主面
１２４ 背面
１３０ 光学系
１３１ タブ
１３２ 速軸コリメータレンズ
１３３ ９０°像回転光学系
１３４ 上面
１４０ 波長分散素子
１５０ ハーフミラー
１６０ 遅軸コリメータレンズ
１９０ ねじ
１９１ 孔
２００ 光源モジュール
２１０、２１１ 集光レンズ
２２０ 光ファイバ
２３０ サブマウント
２４０ アーム部
２４１ 端部
２４２ 下面（支持位置）
２４３ 本体部
２５０ ヒートシンク
２６０ 絶縁シート
３００ 出射光
３１０ 反射光
３２０ レーザ光
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３ 距離

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】