(57)【要約】【課題】半導体レーザモジュールにおいて、半導体レーザ素子の実装を容易化する。【解決手段】半導体レーザモジュール１は、底面９３ｂを有する筐体９０と、底面９３ｂに配置され、第１上面６１ｔを有する第１ベース６１と、第１上面６１ｔに配置され、第１発光点１１ｒを有する第１半導体レーザ素子１１と、第１上面６１ｔに配置され、第２発光点１２ｒを有する第２半導体レーザ素子１２と、第１発光点１１ｒから出射される第１レーザ光Ｌ１１を偏向する第１偏向素子５１と、第２発光点１２ｒから出射される第２レーザ光Ｌ１２を偏向する第２偏向素子５２とを備え、第１上面６１ｔは、底面９３ｂに対して第１角度θ１だけ傾斜しており、第１発光点１１ｒの底面９３ｂからの距離は、第２発光点１２ｒの底面９３ｂからの距離よりも大きく、第１発光点１１ｒ及び第２発光点１２ｒのニアフィールドパターンの長手方向は、第１上面６１ｔと平行である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
底面を有する筐体と、
前記底面に配置され、第１上面を有する第１ベースと、
前記第１上面に配置され、第１発光点を有する第１半導体レーザ素子と、
前記第１上面に配置され、第２発光点を有する第２半導体レーザ素子と、
前記第１発光点から出射される第１レーザ光を偏向する第１偏向素子と、
前記第２発光点から出射される第２レーザ光を偏向する第２偏向素子とを備え、
前記第１上面は、前記底面に対して０より大きい第１角度だけ傾斜しており、
前記第１発光点の前記底面からの距離は、前記第２発光点の前記底面からの距離よりも大きく、
前記第１発光点及び前記第２発光点の各々のニアフィールドパターンの長手方向は、前記第１上面と平行である
半導体レーザモジュール。
【請求項２】
底面を有する筐体と、
前記底面に配置され、第１上面を有する第１ベースと、
前記第１上面に配置され、第１発光点及び第２発光点を有する半導体レーザ素子と、
前記第１発光点から出射される第１レーザ光を偏向する第１偏向素子と、
前記第２発光点から出射される第２レーザ光を偏向する第２偏向素子とを備え、
前記第１上面は、前記底面に対して０より大きい第１角度で傾斜しており、
前記第１発光点の前記底面からの距離は、前記第２発光点の前記底面からの距離よりも大きく、
前記第１発光点及び前記第２発光点の各々のニアフィールドパターンの長手方向は、前記第１上面と平行である
半導体レーザモジュール。
【請求項３】
前記第１角度は、５７度より小さい
請求項１又は２に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項４】
前記第１発光点及び前記第２発光点は、前記第１上面と平行な同一平面上に位置する
請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項５】
前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光は、前記底面と平行に伝搬する
請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項６】
前記第１偏向素子で偏向された第１偏向光及び前記第２偏向素子で偏向された第２偏向光は、前記底面と平行に伝搬する
請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項７】
前記第１偏向光は、前記第２偏向素子の上方を前記底面と平行に伝搬する
請求項６に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項８】
前記第１偏向光及び前記第２偏向光を集光する第１集光素子をさらに備える
請求項６又は７に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項９】
前記第１偏向光及び前記第２偏向光は、前記第１集光素子によって細長い形状に集光され、
前記細長い形状の長手方向は、前記底面に対して、前記第１角度で傾斜する
請求項８に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項１０】
前記筐体に接続された光ファイバをさらに備え、
前記第１偏向光及び前記第２偏向光は、前記筐体内部に配置された前記光ファイバの一方の端面に集光される
請求項８又は９に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項１１】
前記第１発光点と前記第１偏向素子との間に配置される第２集光素子を有する
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項１２】
前記第２集光素子は、前記第１レーザ光をコリメートする
請求項１１に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項１３】
前記第２集光素子は、
前記第１レーザ光の前記第１上面と垂直な方向の発散を減少させるファスト軸コリメータレンズと、
前記第１レーザ光の前記第１上面と平行な方向の発散を減少させるスロー軸コリメータレンズとを含み、
前記スロー軸コリメータレンズは、前記ファスト軸コリメータレンズと前記第１偏向素子との間に配置される
請求項１２に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項１４】
前記底面に配置され、第２上面を有する第２ベースをさらに備え、
前記第２上面に、前記第１偏向素子及び前記第２偏向素子が配置される
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項１５】
前記第２上面は、前記底面に対して傾斜している
請求項１４に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項１６】
前記第２上面は、前記底面に対して前記第１角度で傾斜している
請求項１５に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項１７】
前記第１ベースと前記第２ベースとは一体に形成されている
請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項１８】
前記第１偏向素子が配置される前記第２上面上の位置における前記底面からの距離は、前記第２偏向素子が配置される前記第２上面上の位置における前記底面からの距離よりも大きい
請求項１４〜１７のいずれか１項に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項１９】
前記第１偏向素子の前記第２上面と対向する面及び前記第２偏向素子の前記第２上面と対向する面は、前記底面に対して傾斜している
請求項１８に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項２０】
前記第１偏向素子及び前記第２偏向素子は、一体に形成されている
請求項１〜１９のいずれか１項に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項２１】
前記第１偏向素子及び前記第２偏向素子の各々は、ミラーである
請求項１〜２０のいずれか１項に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項２２】
前記第１偏向素子及び前記第２偏向素子の各々は、プリズムである
請求項１〜２０のいずれか１項に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項２３】
前記筐体は、天面部を有する
請求項１〜２２のいずれか１項に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項２４】
前記筐体の内部は、気密空間である
請求項２３に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項２５】
請求項１０に記載の半導体レーザモジュールを有し、
前記第１偏向光及び前記第２偏向光が前記光ファイバの他方の端面から出射される
レーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体レーザモジュール及びレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、光出力が１ワットを超えるような非常に高いパワーの光を出射する光源ユニットの開発が進んでいる。特に指向性の優れた光を効率よく出射させる光源ユニットは様々な用途への適用が検討されている。このような指向性の優れた光を出射する光源ユニットに用いる光源として、半導体発光装置が挙げられる。半導体発光装置は、半導体レーザ素子に代表される、光導波路を有する半導体発光素子と、半導体発光素子が搭載されるパッケージなどとを備える。例えば、ＩｎＡｌＧａＰ系、ＩｎＡｌＧａＡｓ系などの化合物半導体を用いた半導体発光装置は、溶接装置、加工装置、レーザスクライビング装置、薄膜のアニール装置などの産業用加工装置の光源や、ディスプレイの長波長光源、ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｒａｎｇｉｎｇ）用赤外光源として開発が進められている。またＩｎＡｌＧａＮ系などの窒化物半導体を用いた半導体発光装置は、レーザディスプレイやプロジェクションマッピング用のプロジェクタなどの画像表示装置の光源や、白色固体光源の励起光源として開発が進められている。例えば、励起光源としての半導体発光装置と、蛍光体とを組み合わせた光源ユニットは、高い輝度の白色光を出射させることができる。このため、このような光源ユニットは、プロジェクタや車両前照灯などの光源として開発が進められている。
【０００３】
これらの光源ユニットは、例えば、合計数ワットを超えるような非常に高いパワーの光を小さな発光部から出射させる必要がある。このような高いパワーの光を得るために、複数の光源を用いる構成が採用され得る。この場合、光源ユニットに配置された複数の光源から出射される光を効率よく結合させる構造についてもさまざまな工夫が必要となる。
【０００４】
上記のような課題に対し、例えば、特許文献１には複数の半導体レーザ素子を組み合わせたレーザ光源の構造について提案がなされている。
【０００５】
特許文献１に記載されたレーザ光源においては、複数の半導体レーザ素子を複数の階段状支持部に配置している。これにより、複数の半導体レーザ素子からの複数のレーザ光の各々と、他のレーザ光の光路に配置された光学素子とが干渉することを抑制しながら、複数のレーザ光をファスト軸方向に互いに隣接させて、つまり、複数のレーザ光をファスト軸方向に束ねて伝搬させようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９―１７０８８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載されたレーザ光源においては、複数の半導体レーザ素子を、高さの異なる階段状の支持部に配置するため、半導体レーザ素子の実装が困難である。
【０００８】
本開示は、このような課題を解決するものであり、複数のレーザ光を束ねて出射する半導体レーザモジュールにおいて、半導体レーザ素子の実装を容易化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本開示に係る半導体レーザモジュールの一態様は、底面を有する筐体と、前記底面に配置され、第１上面を有する第１ベースと、前記第１上面に配置され、第１発光点を有する第１半導体レーザ素子と、前記第１上面に配置され、第２発光点を有する第２半導体レーザ素子と、前記第１発光点から出射される第１レーザ光を偏向する第１偏向素子と、前記第２発光点から出射される第２レーザ光を偏向する第２偏向素子とを備え、前記第１上面は、前記底面に対して０より大きい第１角度だけ傾斜しており、前記第１発光点の前記底面からの距離は、前記第２発光点の前記底面からの距離よりも大きく、前記第１発光点及び前記第２発光点の各々のニアフィールドパターンの長手方向は、前記第１上面と平行である。
【００１０】
このように、第１半導体レーザ素子と第２半導体レーザ素子とを同一面上に実装するため、実装を容易化できる。また、各発光点の底面からの距離を異ならせることで、二つのレーザ光を底面に平行な方向に伝搬させる場合に、二つのレーザ光が重なることを抑制できる。
【００１１】
また、第１発光点及び第２発光点の各々のニアフィールドパターンの長手方向は、各半導体レーザ素子の半導体層の積層方向と垂直であり、一般に、積層方向は、半導体レーザ素子の基板の主面に垂直である。このため、第１発光点及び第２発光点の各々のニアフィールドパターンの長手方向を第１上面と平行とすることで、半導体レーザ素子の基板の主面と第１上面とが平行になるように、各半導体レーザ素子を実装できる。したがって、各半導体レーザ素子の第１上面への実装を容易化できる。
【００１２】
また、本開示に係る半導体レーザモジュールの一態様は、底面を有する筐体と、前記底面に配置され、第１上面を有する第１ベースと、前記第１上面に配置され、第１発光点及び第２発光点を有する半導体レーザ素子と、前記第１発光点から出射される第１レーザ光を偏向する第１偏向素子と、前記第２発光点から出射される第２レーザ光を偏向する第２偏向素子とを備え、前記第１上面は、前記底面に対して０より大きい第１角度で傾斜しており、前記第１発光点の前記底面からの距離は、前記第２発光点の前記底面からの距離よりも大きく、前記第１発光点及び前記第２発光点の各々のニアフィールドパターンの長手方向は、前記第１上面と平行である。
【００１３】
このように、複数の発光点を有する半導体レーザ素子を第１上面に実装するため、複数の半導体レーザ素子を実装する場合より実装を容易化できる。また、各発光点の底面からの距離を異ならせることで、二つのレーザ光を底面に平行な方向に伝搬させる場合に、二つのレーザ光が重なることを抑制できる。
【００１４】
また、一般に、第１発光点及び第２発光点の各々のニアフィールドパターンの長手方向は、半導体レーザ素子の半導体層の積層方向と垂直であり、積層方向は、半導体レーザ素子の基板の主面に垂直である。このため、第１発光点及び第２発光点の各々のニアフィールドパターンの長手方向を第１上面と平行とすることで、半導体レーザ素子の基板の主面と第１上面とが平行になるように、半導体レーザ素子を実装できる。したがって、半導体レーザ素子の第１上面への実装を容易化できる。
【００１５】
また、半導体レーザ素子が各発光点を有することにより、発光点間の距離を低減できるため、半導体レーザモジュールの小型化が可能となる。また、半導体レーザ素子が各発光点を有することにより、発光点間の相対的な位置ずれを低減できる。
【００１６】
また、本開示に係る半導体レーザモジュールの一態様において、前記第１角度は、５７度より小さくてもよい。
【００１７】
これにより、半導体レーザモジュールの底面からの高さが大きくなり過ぎることを抑制できる。
【００１８】
また、本開示に係る半導体レーザモジュールの一態様において、前記第１発光点及び前記第２発光点は、前記第１上面と平行な同一平面上に位置してもよい。
【００１９】
また、本開示に係る半導体レーザモジュールの一態様において、前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光は、前記底面と平行に伝搬してもよい。
【００２０】
これにより、第１レーザ光及び第２レーザ光の各々の底面からの距離を一定に維持できる。ここで、第１発光点及び第２発光点の底面からの距離が異なることから、各レーザ光が底面と平行に伝搬することで、各レーザ光が互いに重なること、及び、各レーザ光が底面と干渉することを抑制できる。また、各レーザ光のニアフィールドパターンの長手方向の傾斜が第１角度である場合には、各レーザ光が底面と平行に伝搬することで、各レーザ光が、第１上面から一定の距離を保ったまま伝搬できる。
【００２１】
また、本開示に係る半導体レーザモジュールの一態様において、前記第１偏向素子で偏向された第１偏向光及び前記第２偏向素子で偏向された第２偏向光は、前記底面と平行に伝搬してもよい。
【００２２】
各偏向光が底面と平行に伝搬することで、各偏向光が底面と干渉することを抑制できる。各偏向光の底面からの距離が異なる場合には、各偏向光が互いに重なることを抑制できる。
【００２３】
また、本開示に係る半導体レーザモジュールの一態様において、前記第１偏向光は、前記第２偏向素子の上方を前記底面と平行に伝搬してもよい。
【００２４】
これにより、二つの偏向光を高さ方向に配列させることが可能となる。
【００２５】
また、本開示に係る半導体レーザモジュールの一態様において、前記第１偏向光及び前記第２偏向光を集光する第１集光素子をさらに備えてもよい。
【００２６】
これにより、第１偏向光と第２偏向光とをより狭い領域に収束させることができる。
【００２７】
また、本開示に係る半導体レーザモジュールの一態様において、前記第１偏向光及び前記第２偏向光は、前記第１集光素子によって細長い形状に集光され、前記細長い形状の長手方向は、前記底面に対して、前記第１角度で傾斜してもよい。
【００２８】
また、本開示に係る半導体レーザモジュールの一態様において、前記筐体に接続された光ファイバをさらに備え、前記第１偏向光及び前記第２偏向光は、前記筐体内部に配置された前記光ファイバの一方の端面に集光されてもよい。
【００２９】
これにより、第１偏向光及び第２偏向光を一つの光ファイバで筐体の外部に伝搬できる。
【００３０】
また、本開示に係る半導体レーザモジュールの一態様において、前記第１発光点と前記第１偏向素子との間に配置される第２集光素子を有してもよい。
【００３１】
これにより、第１レーザ光の発散を抑制できる。
【００３２】
また、本開示に係る半導体レーザモジュールの一態様において、前記第２集光素子は、前記第１レーザ光をコリメートしてもよい。
【００３３】
これにより、第１レーザ光のビーム径を所定の値に維持できるため、第１レーザ光が第１上面などと干渉することを抑制できる。また、第１偏向素子の寸法をビーム径に合わせる必要があるため、ビーム径を維持することで、第１偏向素子の大型化を抑制できる。
【００３４】
また、本開示に係る半導体レーザモジュールの一態様において、前記第２集光素子は、前記第１レーザ光の前記第１上面と垂直な方向の発散を減少させるファスト軸コリメータレンズと、前記第１レーザ光の前記第１上面と平行な方向の発散を減少させるスロー軸コリメータレンズとを含み、前記スロー軸コリメータレンズは、前記ファスト軸コリメータレンズと前記第１偏向素子との間に配置されてもよい。
【００３５】
このようにファスト軸コリメータレンズとスロー軸コリメータレンズとを備えることで、第１レーザ光をファスト軸方向及びスロー軸方向の両方向においてコリメートできる。また、ファスト軸コリメータレンズをスロー軸コリメータレンズよりも発光点に近い位置に配置することで、発散角度が大きいファスト軸方向のビーム径を低減できる。
【００３６】
また、本開示に係る半導体レーザモジュールの一態様において、前記底面に配置され、第２上面を有する第２ベースをさらに備え、前記第２上面に、前記第１偏向素子及び前記第２偏向素子が配置されてもよい。
【００３７】
このように、第１ベースと第２ベースとを備えることで、各ベースを小型化でき、かつ、各ベースの構成の自由度を高めることができる。
【００３８】
また、本開示に係る半導体レーザモジュールの一態様において、前記第２上面は、前記底面に対して傾斜していてもよい。
【００３９】
また、本開示に係る半導体レーザモジュールの一態様において、前記第２上面は、前記底面に対して前記第１角度で傾斜していてもよい。
【００４０】
これにより、第１上面及び第２上面の傾斜角を揃えることができるため、各素子の設計及び位置決めを容易化できる。
【００４１】
また、本開示に係る半導体レーザモジュールの一態様において、前記第１ベースと前記第２ベースとは一体に形成されていてもよい。
【００４２】
これにより、半導体レーザ素子と偏向素子との位置ずれを抑制できる。
【００４３】
また、本開示に係る半導体レーザモジュールの一態様において、前記第１偏向素子が配置される前記第２上面上の位置における前記底面からの距離は、前記第２偏向素子が配置される前記第２上面上の位置における前記底面からの距離よりも大きくてもよい。
【００４４】
これにより、各偏向素子を底面に直接配置する場合より、各偏向素子を小型化でき、かつ、各偏向素子の寸法の差を低減できる。
【００４５】
また、本開示に係る半導体レーザモジュールの一態様において、前記第１偏向素子の前記第２上面と対向する面及び前記第２偏向素子の前記第２上面と対向する面は、前記底面に対して傾斜していてもよい。
【００４６】
また、本開示に係る半導体レーザモジュールの一態様において、前記第１偏向素子及び前記第２偏向素子は、一体に形成されていてもよい。
【００４７】
また、本開示に係る半導体レーザモジュールの一態様において、前記第１偏向素子及び前記第２偏向素子の各々は、ミラーであってもよい。
【００４８】
また、本開示に係る半導体レーザモジュールの一態様において、前記第１偏向素子及び前記第２偏向素子の各々は、プリズムであってもよい。
【００４９】
また、本開示に係る半導体レーザモジュールの一態様において、前記筐体は、天面部を有してもよい。
【００５０】
また、本開示に係る半導体レーザモジュールの一態様において、前記筐体の内部は、気密空間であってもよい。
【００５１】
これにより、筐体内に埃などが進入することを低減できる。また、筐体内の雰囲気を安定化できるため、各素子の劣化を抑制できる。
【００５２】
また、本開示に係るレーザ加工装置の一態様は、上記半導体レーザモジュールを有し、前記第１偏向光及び前記第２偏向光が前記光ファイバの他方の端面から出射される。
【００５３】
これにより、複数のレーザ光を集光して一つの光ファイバから出射できる高出力のレーザ加工装置を実現できる。
【発明の効果】
【００５４】
本開示によれば、複数のレーザ光を束ねて出射する半導体レーザモジュールにおいて、半導体レーザ素子の実装を容易化できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は、実施の形態１に係る半導体レーザモジュールの全体構成を示す模式的な斜視図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係る半導体レーザモジュールの第１上面の平面視における平面図である。
【図３】図３は、実施の形態１に係る第１半導体レーザ素子の構成を示す斜視図である。
【図４】図４は、実施の形態１に係る第１半導体レーザ素子の構成及び実装態様を示す模式的な側面図である。
【図５】図５は、実施の形態１に係るファスト軸コリメータレンズの構成を示す模式的な側面図である。
【図６】図６は、実施の形態１に係るスロー軸コリメータレンズの構成を示す模式的な平面図である。
【図７】図７は、比較例に係る半導体レーザモジュールの構成を示す模式的な側面図である。
【図８】図８は、実施の形態１に係る半導体レーザモジュールの構成の特徴を示す模式図である。
【図９】図９は、実施の形態１に係る半導体レーザモジュールの各偏向素子付近における各レーザ光の光路などを示す図である。
【図１０】図１０は、実施の形態１に係る光ファイバの一方の端面に入射される各偏向光の断面形状を示す図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、実施の形態１の変形例１に係る半導体レーザモジュールの各偏向素子の形状を示す第１の側面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、実施の形態１の変形例１に係る半導体レーザモジュールの各偏向素子の形状を示す第１上面の平面視における平面図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、実施の形態１の変形例１に係る半導体レーザモジュールの各偏向素子の形状を示す第２の側面図である。
【図１２】図１２は、実施の形態１の変形例１に係る第１偏向素子の形状を示す図である。
【図１３】図１３は、実施の形態１の変形例２に係る半導体レーザモジュールの各偏向素子が配置される第２ベースの構成を示す側面図である。
【図１４】図１４は、実施の形態１の変形例３に係る半導体レーザモジュールの各偏向素子及び第２ベースの構成を示す側面図である。
【図１５】図１５は、実施の形態２に係る半導体レーザモジュールの第１上面の平面視における平面図である。
【図１６】図１６は、実施の形態２に係る半導体レーザモジュールの各偏向素子付近における各レーザ光の光路などを示す図である。
【図１７】図１７は、実施の形態２に係る光ファイバの一方の端面に入射される各偏向光の断面形状を示す図である。
【図１８Ａ】図１８Ａは、実施の形態３係る半導体レーザモジュールの第１上面の平面視における平面図である。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、実施の形態３係る半導体レーザモジュールの各偏向素子の形状を示す第１の側面図である。
【図１８Ｃ】図１８Ｃは、実施の形態３係る半導体レーザモジュールの各偏向素子の形状を示す第２の側面図である。
【図１９】図１９は、実施の形態３に係る各発光点の位置を示す側面図である。
【図２０Ａ】図２０Ａは、実施の形態４に係る半導体レーザモジュールの第１上面の平面視における平面図である。
【図２０Ｂ】図２０Ｂは、実施の形態４に係る偏向素子アレイの形状を示す第１の側面図である。
【図２０Ｃ】図２０Ｃは、実施の形態４に係る偏向素子アレイの形状を示す第２の側面図である。
【図２１】図２１は、実施の形態４に係る各発光点の位置を示す側面図である。
【図２２】図２２は、実施の形態５に係る半導体レーザモジュールの構成を示す斜視図である。
【図２３】図２３は、実施の形態５に係る半導体レーザモジュールの構成を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に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。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、及び、構成要素の配置位置や接続形態などは、一例であって本開示を限定する主旨ではない。
【００５７】
また、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、各図において縮尺等は必ずしも一致していない。なお、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、重複する説明は省略又は簡略化する。
【００５８】
（実施の形態１）
実施の形態１に係る半導体レーザモジュール及びレーザ加工装置について説明する。
【００５９】
［１−１．全体構成］
まず、本実施の形態に係る半導体レーザモジュールの全体構成について図面を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る半導体レーザモジュール１の全体構成を示す模式的な斜視図である。図１においては、半導体レーザモジュール１の筐体９０の天面部９５を分解した状態の斜視図が示されている。なお、図１においては、半導体レーザモジュール１の筐体９０の底面９３ｂに垂直な方向をＹ軸方向とし、Ｙ軸方向に垂直な方向のうち、第１半導体レーザ素子から出射される第１レーザ光の出射方向に平行な方向をＺ軸方向とし、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に垂直な方向をＸ軸方向としている。また、各図において、Ｘ軸の正の方向、Ｙ軸の正の方向と、Ｚ軸の正の方向は、右手系座標系となるように描かれている。以下に示す図についても同様である。
【００６０】
本実施の形態に係る半導体レーザモジュール１は、複数のレーザ光を束ねて出射するモジュールである。半導体レーザモジュール１は、筐体９０と、第１ベース６１と、第１半導体レーザ素子１１と、第２半導体レーザ素子１２と、第１偏向素子５１と、第２偏向素子５２とを備える。本実施の形態では、半導体レーザモジュール１は、第３半導体レーザ素子１３と、第３偏向素子５３と、サブマウント２１〜２３と、ファスト軸コリメータレンズ３１〜３３と、スロー軸コリメータレンズ４１〜４３と、第１集光素子７１と、光ファイバ８０と、光ファイバ保持部８４とをさらに備える。
【００６１】
筐体９０は、底面９３ｂを有し、底面９３ｂに配置される各光学素子を収容するケースである。本実施の形態では、筐体９０の内部は気密空間である。これにより、筐体９０内に埃などが進入することを低減できる。また、筐体９０内の雰囲気を安定化できるため、各素子の劣化を抑制できる。筐体９０内の雰囲気は例えば、ドライエアであってもよい。筐体９０は、例えば、Ｃｕ又はＣｕ系合金などで形成される。筐体９０は、本体９１と、天面部９５とを有する。本体９１は、開口を有する有底筒状の部材であり、側壁部９２と、底部９３とを有する。
【００６２】
底部９３は、筐体９０の底に位置する板状の部分である。底部９３は、筐体９０の内側に位置する面が底面９３ｂを有する。本実施の形態では、底面９３ｂは、長方形状の平面である。
【００６３】
側壁部９２は、底面９３ｂの周縁において、底面９３ｂに対して垂直に立設された壁状の部分である。本実施の形態では、断面が長方形状の筒状部材である。側壁部９２には、光ファイバ保持部８４によって保持された、光ファイバ８０が接続されている。より具体的には、側壁部９２には、光ファイバ保持部８４の直径と同程度の直径の孔が設けられており、当該孔に光ファイバ保持部８４が固定され、光ファイバ保持部８４の長手方向に垂直な断面の中心に光ファイバ８０が挿入されている。光ファイバ８０の一方の端面は筐体９０内に配置されている。
【００６４】
天面部９５は、本体９１の開口を覆う板状の部分である。本実施の形態では、天面部９５は、長方形状の板状部材である。
【００６５】
第１ベース６１は、筐体９０の底面９３ｂに配置され、第１上面６１ｔを有する部材である。第１ベース６１は、筐体９０の底面９３ｂに対向して配置される第１底面６１ｂをさらに有する。第１上面６１ｔは、筐体９０の底面９３ｂに対して０より大きい第１角度θ１だけ傾斜している。本実施の形態では、第１ベース６１は、平面状の第１底面６１ｂと、第１底面６１ｂに対して第１角度θ１だけ傾斜している平面状の第１上面６１ｔとを有する楔型（三角柱）の部材である。ここで、第１角度θ１は、０度より大きく、９０度未満であれば特に限定されないが、５７度より小さくてもよい。これにより、半導体レーザモジュール１の底面９３ｂからの高さが大きくなり過ぎることを抑制できる。また、第１角度θ１は、２度以上であってもよい。このように第１上面６１ｔの傾斜を大きくすることにより、第１半導体レーザ素子１１及び第２半導体レーザ素子１２の底面９３ｂからの距離の差を所定の値以上とするために必要な第１上面６１ｔの寸法を低減できる。
【００６６】
なお、本実施の形態では、第１上面６１ｔは、平面形状を有するが、完全な平面でなくてもよく、一部に凹部、凸部などが形成されていてもよい。例えば、第１上面６１ｔに、各素子の配置位置を示すアライメントマークなどが形成されていてもよい。
【００６７】
第１ベース６１を形成する材料は、特に限定されないが、例えば、アルミウムや銅などの熱伝導率が高い材料であってもよい。
【００６８】
以下、半導体レーザモジュール１が備える各光学素子の構成について、図１に加えて図２を用いて説明する。図２は、本実施の形態に係る半導体レーザモジュール１の第１上面６１ｔの平面視における平面図である。図２において、Ｚ軸に垂直で第１上面６１ｔと平行な方向をＸ１軸方向とし、Ｚ軸及びＸ１軸と垂直な方向をＹ１軸方向としている。つまり、Ｘ軸とＸ１軸とがなす角、及び、Ｙ軸とＹ１軸とがなす角は、第１角度θ１である。以下の図においても同様である。
【００６９】
図２に示されるように、第１半導体レーザ素子１１、第２半導体レーザ素子１２及び第３半導体レーザ素子１３は、第１上面６１ｔに配置され、それぞれ、第１発光点１１ｒ、第２発光点１２ｒ及び第３発光点１３ｒを有する半導体レーザ素子である。第１発光点１１ｒ、第２発光点１２ｒ及び第３発光点１３ｒからは、それぞれ、第１レーザ光Ｌ１１、第２レーザ光Ｌ１２、及び、第３レーザ光Ｌ１３が底面９３ｂに平行な方向（図１及び図２のＺ軸方向）に出射される。
【００７０】
なお、本明細書内において、「平行」との記載が表す状態には、完全に平行な状態だけでなく、実質的に平行な状態も含まれる。例えば、完全に平行な状態から５度以下程度だけ角度がずれている状態も「平行」との記載が表す状態に含まれる。「垂直」との記載についても、同様であり、「垂直」との記載が表す状態には、完全に垂直な状態だけでなく、実質的に垂直な状態も含まれる。例えば、完全に垂直な状態から５度以下程度だけ角度がずれている状態も「垂直」との記載が表す状態に含まれる。
【００７１】
本実施の形態では、第１半導体レーザ素子１１、第２半導体レーザ素子１２及び第３半導体レーザ素子１３は、それぞれ、サブマウント２１、２２及び２３を介して第１上面６１ｔに配置される。このとき、第１発光点１１ｒ、第２発光点１２ｒ及び第３発光点１３ｒは、Ｘ１軸方向に等間隔に配置される。図２に示されるように、第１上面６１ｔにアライメントマークＡｍが形成され、アライメントマークＡｍに合わせて、各半導体レーザ素子が位置決めされてもよい。
【００７２】
以下、第１半導体レーザ素子１１について、図３及び図４を用いて説明する。図３は、本実施の形態に係る第１半導体レーザ素子１１の構成を示す斜視図である。図４は、本実施の形態に係る第１半導体レーザ素子１１の構成及び実装態様を示す模式的な側面図である。図４には、サブマウント２１を介して第１上面６１ｔ上に配置された第１半導体レーザ素子１１の出射面１１ｅ側の面が示されている。
【００７３】
図３及び図４に示されるように、第１半導体レーザ素子１１は、直方体状の形状を有し、サブマウント２１に実装される。図４に示されるように、第１半導体レーザ素子１１は、ｎ側電極１１ｅｎと、ｎ側半導体層１１ｎと、活性層１１ａと、ｐ側半導体層１１ｐと、ｐ側電極１１ｅｐと、電流ブロック層１１ｉとを有する。
【００７４】
ｎ側電極１１ｅｎは、ｎ側半導体層１１ｎに接続される電極である。ｎ側半導体層１１ｎは、ｎ型の半導体層を主に含む層である。図４に示される例では、ｎ側半導体層１１ｎは、ｎ型半導体からなる基板を含む。活性層１１ａは、第１半導体レーザ素子１１の発光層である。ｐ側半導体層１１ｐは、ｐ型の半導体層を主に含む層である。ｐ側電極１１ｅｐは、ｐ側半導体層１１ｐに接続される電極である。電流ブロック層１１ｉは、電流狭窄のための絶縁層である。
【００７５】
本実施の形態では、第１半導体レーザ素子１１は、サブマウント２１にジャンクションダウン実装される。つまり、ｎ型基板から遠い側のｐ側電極１１ｅｐが、サブマウント２１上に形成された電極２１ｐに接続される。一方、ｎ側電極１１ｅｎは、図３に示されるように、サブマウント２１上に形成された電極２１ｎとボンディングワイヤ２１ｗを介して接続される。サブマウント２１上に形成され、互いに絶縁された電極２１ｐ及び２１ｎには、それぞれ高電位及び低電位が印加される。これにより、第１半導体レーザ素子１１に電圧が印加され、第１発光点１１ｒから第１レーザ光Ｌ１１が出射される。ここで、第１レーザ光Ｌ１１のファスト軸方向及びスロー軸方向は、それぞれＹ１軸及びＸ１軸に平行な方向となる。
【００７６】
なお、第２半導体レーザ素子１２及び第３半導体レーザ素子１３についても、第１半導体レーザ素子１１と同様に、それぞれ、サブマウント２２及び２３に実装される。
【００７７】
第１半導体レーザ素子１１、第２半導体レーザ素子１２及び第３半導体レーザ素子１３は、それぞれ、同一の構成を有していてもよいし、異なる構成を有していてもよい。例えば、各半導体レーザ素子は、互いに異なる材料で形成された半導体層を有し、互いに異なる波長のレーザ光を出射してもよい。本実施の形態では、各半導体レーザ素子は、いずれも紫外又は青色の波長帯域のレーザ光を出射する窒化物系半導体レーザ素子である。図２に示されるように、各半導体レーザ素子の共振器長Ｌ１は、例えば、４．０ｍｍ程度であり、各半導体レーザ素子の幅（図２のＸ１軸方向の寸法）Ｗ１は、例えば、０．４ｍｍ程度である。また、隣り合う発光点間の距離Ｄ１は、例えば、３．５ｍｍ程度である。このように、距離Ｄ１が比較的大きい場合には、第１ベース６１の第１角度θ１が小さくても発光点間の高さの差を大きくできる。本実施の形態のように、距離Ｄ１が３．５ｍｍ以上である場合には、第１角度θ１は、３度以上１２度以下であってもよい。
【００７８】
サブマウント２１〜２３は、半導体レーザ素子が実装される部材である。本実施の形態では、サブマウント２１は、図３及び図４に示されるように、板状の形状を有し、上面に電極２１ｐ及び２１ｎが形成される。サブマウント２１は、例えば、ダイヤモンド基板やＳｉＣ基板やＡｌＮ基板などの熱伝導率が高く、絶縁性の材料で形成される。図示しないが、サブマウント２２及び２３についても、サブマウント２１と同様の構成を有する。各サブマウントの長さ（各半導体レーザ素子の共振器長方向の長さ）Ｌ２、及び、幅（図２のＸ１軸方向の寸法）Ｗ２は、例えば、それぞれ、４．５ｍｍ程度、及び、２．０ｍｍ程度である。
【００７９】
図４に示すように、サブマウント２１の幅方向、第１半導体レーザ素子１１の幅方向、及び、第１半導体レーザ素子１１の第１発光点１１ｒの長手方向は、底面９３ｂに対して、第１角度θ１で傾いている。
【００８０】
第１偏向素子５１は、第１発光点１１ｒから出射される第１レーザ光Ｌ１１を偏向する素子である。本実施の形態では、第１偏向素子５１は、ミラーであり、図２に示されるように、第１レーザ光Ｌ１１を底面９３ｂに平行な面内において約９０度偏向して、第１偏向光Ｌ２１とする。より具体的には、第１偏向素子５１は、底面９３ｂに垂直な平面状の反射面５１ｒを有する平面ミラーであり、反射面５１ｒは、第１レーザ光Ｌ１１に対して４５度傾けられている。
【００８１】
第２偏向素子５２は、第２発光点１２ｒから出射される第２レーザ光Ｌ１２を偏向する素子である。本実施の形態では、第２偏向素子５２は、ミラーであり、図２に示されるように、第２レーザ光Ｌ１２を底面９３ｂに平行な面内において約９０度偏向して、第２偏向光Ｌ２２とする。より具体的には、第２偏向素子５２は、底面９３ｂに垂直な平面状の反射面５２ｒを有する平面ミラーであり、反射面５２ｒは、第２レーザ光Ｌ１２に対して４５度傾けられている。
【００８２】
第３偏向素子５３は、第３発光点１３ｒから出射される第３レーザ光Ｌ１３を偏向する素子である。本実施の形態では、第３偏向素子５３は、ミラーであり、図２に示されるように、第３レーザ光Ｌ１３を底面９３ｂに平行な面内において約９０度偏向して、第３偏向光Ｌ２３とする。より具体的には、第３偏向素子５３は、底面９３ｂに垂直な平面状の反射面５３ｒを有する平面ミラーであり、反射面５３ｒは、第３レーザ光Ｌ１３に対して４５度傾けられている。
【００８３】
本実施の形態では、各偏向素子は、反射面５１ｒと反射面５２ｒとのＸ１軸方向の間隔が、反射面５２ｒと反射面５３ｒとのＸ１軸方向の間隔に等しくなるように、第１上面６１ｔ上に配置される。例えば、第１上面６１ｔと接する各反射面の辺が、平行に等間隔に配置されることをいう。この場合、各偏向素子の第１上面６１ｔと対向する面は、底面９３ｂに対して傾斜している。各偏向素子の形状は、直方体の下方を第１上面６１ｔで切り取った切頭四角柱である。また、第１偏向素子５１が配置される第１上面６１ｔ上の位置における底面９３ｂからの距離は、第２偏向素子５２が配置される第１上面６１ｔ上の位置における底面９３ｂからの距離よりも大きい。また、第２偏向素子５２が配置される第１上面６１ｔ上の位置における底面９３ｂからの距離は、第３偏向素子５３が配置される第１上面６１ｔ上の位置における底面９３ｂからの距離よりも大きい。
【００８４】
各偏向素子の構成については、後で詳述する。
【００８５】
第１集光素子７１は、第１偏向光Ｌ２１及び第２偏向光Ｌ２２の光路上に配置され、第１偏向光Ｌ２１及び第２偏向光Ｌ２２を集光する素子である。本実施の形態では、第１集光素子７１は、第３偏向光Ｌ２３も集光する。第１集光素子７１は、例えば、球面レンズである。第１集光素子７１によって第１偏向光Ｌ２１、第２偏向光Ｌ２２及び第３偏向光Ｌ２３をより狭い領域に収束させることができる。本実施の形態では、第１集光素子７１は、光ファイバ８０の一方の端面８１と各偏向素子との間の底面９３ｂ上に設置され、第１集光素子７１により、これらの偏向光を光ファイバ８０の一方の端面８１に収束させることができる。
【００８６】
ファスト軸コリメータレンズ３１、３２及び３３は、それぞれ、第１レーザ光Ｌ１１、第２レーザ光Ｌ１２及び第３レーザ光Ｌ１３の第１上面６１ｔと垂直な方向（図２のＹ１軸方向）の発散を減少させるレンズであり、Ｘ１軸方向に等間隔で配置される。ファスト軸コリメータレンズ３１、３２及び３３が同一形状の場合、例えば、それぞれ第１レーザ光Ｌ１１、第２レーザ光Ｌ１２及び第３レーザ光Ｌ１３を入射する平面の第１集光素子７１側の第１上面６１ｔ側の角部が等間隔で配置されてもよい。また、例えば、ファスト軸コリメータレンズ３１、３２のスペースとファスト軸コリメータレンズ３２、３３のスペースとが同じ大きさであってもよい。ファスト軸コリメータレンズ３１、３２及び３３として、各レーザ光の光軸方向に平行で、かつ、第１上面６１ｔに垂直な断面において曲率を有するコリメータレンズを用いることができる。ファスト軸コリメータレンズ３１、３２及び３３として、例えば、シリンドリカルレンズなどの非球面レンズを用いることができる。
【００８７】
ファスト軸コリメータレンズ３１は、第１発光点１１ｒと、第１偏向素子５１との間に配置され、かつ、第１レーザ光Ｌ１１をコリメートする第２集光素子に含まれる素子の一例である。ファスト軸コリメータレンズ３２は、第２発光点１２ｒと、第２偏向素子５２との間に配置され、かつ、第２レーザ光Ｌ１２をコリメートする第２集光素子に含まれる素子の一例である。ファスト軸コリメータレンズ３３は、第３発光点１３ｒと、第３偏向素子５３との間に配置され、かつ、第３レーザ光Ｌ１３をコリメートする第２集光素子に含まれる素子の一例である。
【００８８】
以下、本実施の形態に係るファスト軸コリメータレンズ３１〜３３の詳細な構成について、図５を用いて説明する。図５は、本実施の形態に係るファスト軸コリメータレンズ３１の構成を示す模式的な側面図である。図５には、第１上面６１ｔ、第１半導体レーザ素子１１及びサブマウント２１も併せて示されている。図５に示されるように、ファスト軸コリメータレンズ３１は、第１レーザ光Ｌ１１の光軸方向（図５のＺ軸方向）に平行で、かつ、第１上面６１ｔに垂直な断面において曲率を有するシリンドリカル平凸レンズである。ファスト軸コリメータレンズ３１と第１上面６１ｔの間に、スペーサー３０Ｓが配置される。スペーサー３０Ｓにより、ファスト軸コリメータレンズ３１の高さ調整を容易に行うことができる。
【００８９】
なお、ファスト軸コリメータレンズ３２及び３３についても、ファスト軸コリメータレンズ３１と同様の構成を有する。
【００９０】
ここで、図５に示される例における第１レーザ光Ｌ１１のビーム径の一例について説明する。例えば、第１レーザ光Ｌ１１のファスト軸方向（図５のＹ１軸方向）におけるニアフィールドパターンのビーム径が２μｍであり、広がり角が５５度である場合について説明する。ファスト軸コリメータレンズ３１の中心厚さＬｔが０．３０ｍｍであって、第１半導体レーザ素子１１の出射面１１ｅからファスト軸コリメータレンズ３１の平面までの距離Ｌｇを０．１ｍｍとすると、ファスト軸コリメータレンズ３１によってコリメートされた第１レーザ光Ｌ１１のＹ１軸方向におけるビーム径Ｄｆは、０．２９ｍｍ程度となる。なお、ファスト軸コリメータレンズ３１の曲面は、第１レーザ光Ｌ１１をコリメートし得る非球面の形状を有すると仮定している。
【００９１】
スロー軸コリメータレンズ４１、４２及び４３は、それぞれ、第１レーザ光Ｌ１１、第２レーザ光Ｌ１２及び第３レーザ光Ｌ１３の第１上面６１ｔと平行な方向（図２のＸ１軸方向）の発散を減少させるレンズであり、Ｘ１軸方向に等間隔で配置される。スロー軸コリメータレンズ４１、４２及び４３が同一形状の場合、例えば、それぞれ第１レーザ光Ｌ１１、第２レーザ光Ｌ１２及び第３レーザ光Ｌ１３を入射する平面の第１集光素子７１側の第１上面６１ｔ側の角部が等間隔で配置されてもよい。また、例えば、スロー軸コリメータレンズ４１及び４２の間隔と、スロー軸コリメータレンズ４２及び４３の間隔とが同じであってもよい。スロー軸コリメータレンズ４１、４２及び４３として、各レーザ光の光軸方向に平行で、かつ、第１上面６１ｔに平行な断面において曲率を有するコリメータレンズを用いることができる。スロー軸コリメータレンズ４１、４２及び４３として、例えば、シリンドリカルレンズなどの非球面レンズを用いることができる。スロー軸コリメータレンズ４１、４２及び４３の各々は、第２集光素子に含まれる素子の一例である。
【００９２】
以下、本実施の形態に係るスロー軸コリメータレンズ４１〜４３の詳細な構成について、図６を用いて説明する。図６は、本実施の形態に係るスロー軸コリメータレンズ４１の構成を示す模式的な平面図である。図６には、第１上面６１ｔの平面視における平面図が示されている。また、図６には、第１半導体レーザ素子１１、サブマウント２１及びファスト軸コリメータレンズ３１も併せて示されている。図６に示されるように、スロー軸コリメータレンズ４１は、第１レーザ光Ｌ１１の光軸方向（図６のＺ軸方向）に平行で、かつ、第１上面６１ｔに平行（つまり、ＺＸ１平面に平行）な断面において曲率を有するシリンドリカル平凸レンズである。なお、スロー軸コリメータレンズ４２及び４３についても、スロー軸コリメータレンズ４１と同様の構成を有する。
【００９３】
ここで、図６に示される例における第１レーザ光Ｌ１１のビーム径の一例について説明する。例えば、第１レーザ光Ｌ１１のスロー軸方向（図６のＸ１軸方向）におけるニアフィールドパターンのビーム径が３０μｍであり、広がり角が２５度である場合について説明する。スロー軸コリメータレンズ４１の中心厚さが１．５ｍｍであって、第１レーザ光Ｌ１１の光軸方向（Ｚ軸方向）における第１半導体レーザ素子１１の出射面１１ｅからスロー軸コリメータレンズ４１の曲面までの距離Ｌｓを６．０ｍｍとすると、スロー軸コリメータレンズ４１によってコリメートされた第１レーザ光Ｌ１１のＸ１軸方向におけるビーム径Ｄｓは、２．３ｍｍ程度となる。なお、スロー軸コリメータレンズ４１の曲面は、第１レーザ光Ｌ１１をコリメートし得る非球面の形状を有すると仮定している。
【００９４】
以上のように、本実施の形態では、第２集光素子が、各ファスト軸コリメータレンズと各スロー軸コリメータレンズとを含む。これにより、各レーザ光をファスト軸方向及びスロー軸方向の両方向においてコリメートできる。
【００９５】
本実施の形態では、コリメートされた各レーザ光の断面形状も、ニアフィールドパターンと同様に、細長い形状を有し、長手方向は、ニアフィールドパターンの長手方向と同一の方向となる。
【００９６】
また、本実施の形態では、第２集光素子は、ファスト軸コリメータレンズ３１〜３３及びスロー軸コリメータレンズ４１〜４３を有し、各レーザ光をコリメートする。これにより、各レーザ光のビーム径を所定の値に維持できるため、各レーザ光が第１上面などと干渉することを抑制できる。また、各偏向素子の寸法をビーム径に合わせる必要があるため、ビーム径を維持することで、各偏向素子の大型化を抑制できる。
【００９７】
また、本実施の形態においては、図１及び図２に示されるように、スロー軸コリメータレンズ４１は、ファスト軸コリメータレンズ３１と第１偏向素子５１との間に配置される。また、スロー軸コリメータレンズ４２は、ファスト軸コリメータレンズ３２と第２偏向素子５２との間に配置される。また、スロー軸コリメータレンズ４３は、ファスト軸コリメータレンズ３３と第３偏向素子５３との間に配置される。このように、各ファスト軸コリメータレンズを各スロー軸コリメータレンズよりも発光点に近い位置に配置することで、発散角度が大きいファスト軸方向のビーム径を低減できる。
【００９８】
光ファイバ８０は、筐体９０に接続された導光部材である。図１に示されるように、光ファイバ８０の一方の端面８１が筐体９０の内部に配置される。本実施の形態では、第１集光素子７１によって、端面８１に第１偏向光Ｌ２１、第２偏向光Ｌ２２及び第３偏向光Ｌ２３が集光される。光ファイバ８０の端面８１に集光された第１偏向光Ｌ２１、第２偏向光Ｌ２２及び第３偏向光Ｌ２３は、光ファイバ８０内を伝搬し、光ファイバ８０の他方の端面８２から出射される。このように、本実施の形態においては、第１偏向光Ｌ２１、第２偏向光Ｌ２２及び第３偏向光Ｌ２３を一つの光ファイバ８０で筐体の外部に伝搬できる。本実施の形態に係る半導体レーザモジュール１は、以上のような構成を有することから、レーザ加工装置として利用できる。これにより、複数のレーザ光を集光して一つの光ファイバから出射できる高出力のレーザ加工装置を実現できる。
【００９９】
［１−２．作用及び効果］
次に、本実施の形態に係る半導体レーザモジュール１の主な作用及び効果について比較例と比較しながら図７〜図１０を用いて説明する。図７は、比較例に係る半導体レーザモジュールの構成を示す模式的な側面図である。図７には、比較例に係る半導体レーザモジュールのベース１０６１、半導体レーザ素子１０１１〜１０１３、サブマウント１０２１〜１０２３及び底面１０９３ｂが示されている。
【０１００】
比較例に係る半導体レーザモジュールにおいては、図７に示されるように、底面１０９３ｂ上に配置された階段状の支持部１０６１ｔを有するベース１０６１にサブマウント１０２１〜１０２３を介して半導体レーザ素子１０１１〜１０１３が実装されている。このような構成においては、各半導体レーザ素子の実装面の高さが異なるため、実装がむずかしい。また、階段状の支持部１０６１ｔの高さの製造誤差が発生し得るため、当該製造誤差を考慮して光学系などの設計を行う必要がある。加えて、ベース１０６１の形状が複雑なため、ベース１０６１の製造も困難である。
【０１０１】
一方、本実施の形態では、図１及び図２に示されるように、第１半導体レーザ素子１１、第２半導体レーザ素子１２及び第３半導体レーザ素子１３を平面状の第１上面６１ｔに実装することができる。また、第１発光点１１ｒ、第２発光点１２ｒ及び第３発光点１３ｒの各々のニアフィールドパターンの長手方向は、第１ベース６１の第１上面６１ｔと平行である。ここで、各発光点のニアフィールドパターンについて図８を用いて説明する。図８は、本実施の形態に係る半導体レーザモジュール１の構成の特徴を示す模式図である。図８においては、第１レーザ光Ｌ１１、第２レーザ光Ｌ１２及び第３レーザ光Ｌ１３のそれぞれのニアフィールドパターンＮＦＰ１、ＮＦＰ２及びＮＦＰ３の形状、位置及び傾斜の概要が示されている。
【０１０２】
図８に示されるように、第１発光点１１ｒ、第２発光点１２ｒ及び第３発光点１３ｒのそれぞれのニアフィールドパターンＮＦＰ１、ＮＦＰ２及びＮＦＰ３の長手方向は、第１ベース６１の第１上面６１ｔと平行である。ここで、一般に、各発光点のニアフィールドパターンの長手方向は、各半導体レーザ素子の半導体層の積層方向と垂直であり、積層方向は、半導体レーザ素子の基板の主面に垂直である。このため、各発光点のニアフィールドパターンの長手方向を第１上面６１ｔと平行とすることで、各半導体レーザ素子の基板の主面と第１上面６１ｔとが平行になるように、各半導体レーザ素子を実装できる。したがって、各半導体レーザ素子の第１上面への実装を容易化できる。
【０１０３】
また、図８に示されるように、第１発光点１１ｒ、第２発光点１２ｒ及び第３発光点１３ｒは、第１上面６１ｔと平行な同一の平面Ｐ０上に位置する。これにより、各発光点の第１上面６１ｔからの高さを同一に揃えることができる。
【０１０４】
このように、各半導体レーザ素子を同一面上に実装でき、かつ、各半導体レーザ素子の基板と実装面である第１上面６１ｔとを平行に実装することができるため、本実施の形態における半導体レーザモジュールでは、比較例に係る半導体レーザモジュールより実装を容易化できる。本実施の形態では、例えば、実装の際に第１ベース６１の第１上面６１ｔが水平となるように、第１ベース６１を支持した状態に維持することで、平板状の実装基板に実装する際と同様に、容易に実装を行うことができる。
【０１０５】
続いて、本実施の形態に係る半導体レーザモジュール１における各レーザ光の光路などについて図８〜図１０を用いて説明する。図９は、本実施の形態に係る半導体レーザモジュール１の各偏向素子付近における各レーザ光の光路などを示す図である。図９においては、各偏向光の下流側から各偏向素子などを見た図が示されている。言い換えると、図９には、第１集光素子７１から各偏向光の光路に平行な方向に各偏向素子を見た図が示されている。図１０は、本実施の形態に係る光ファイバ８０の一方の端面８１に入射される各偏向光の断面形状を示す図である。図１０においては、光ファイバ８０の他方の端面８２側から一方の端面８１を見た場合の各偏向光の断面形状が示されている。また、図１０には、各偏向光の断面形状の長手方向に平行なＡＳ軸と、ＡＳ軸に垂直なＡＦ軸とが併せて示されている。
【０１０６】
本実施の形態に係る半導体レーザモジュール１においては、図８に示されるように、第１発光点１１ｒの底面９３ｂからの距離Ｈ１は、第２発光点１２ｒの底面９３ｂからの距離Ｈ２よりも大きい。また、第２発光点１２ｒの底面９３ｂからの距離Ｈ２は、第３発光点１３ｒの底面９３ｂからの距離Ｈ３よりも大きい。このように、各発光点の底面９３ｂからの距離を異ならせることで、各レーザ光を底面９３ｂに平行な方向に伝搬させる場合に、各レーザ光が重なることを抑制できる。また、各偏向素子によって、各レーザ光を底面９３ｂと平行な方向に偏向することにより、各レーザ光を底面９３ｂに垂直な方向に束ねることが可能となる。
【０１０７】
また、図８に示されるように、各ニアフィールドパターンの長手方向は、第１ベース６１の第１上面６１ｔと平行である。また、図５及び図６を用いて説明したように、コリメートされた各レーザ光も各ニアフィールドパターンと同様に第１上面６１ｔに平行な方向に長手方向を有する細長い断面形状を有する。このため、各偏向素子において、各レーザ光の断面形状の長手方向も第１上面６１ｔと平行である。したがって、各偏向素子で偏向された各偏向光の断面形状の長手方向は、図９に示されるように、底面９３ｂに対して第１角度θ１で傾斜している。
【０１０８】
このような状態で各偏向素子で偏向された各偏向光は、図１０に示されるように、第１集光素子７１によって細長い形状に集光され、細長い形状の長手方向（図１０のＡＳ軸方向）は、底面９３ｂに対して第１角度θ１で傾斜する。
【０１０９】
また、上述したとおり、各半導体レーザ素子から出射されたレーザ光は、底面９３ｂと平行に伝搬する。これにより、各レーザ光の底面９３ｂからの距離を一定に維持できる。ここで、各発光点の底面９３ｂからの距離が異なることから、各レーザ光が底面９３ｂと平行に伝搬することで、各レーザ光が互いに重なること、及び、各レーザ光が底面９３ｂと干渉することを抑制できる。また、各レーザ光のニアフィールドパターンの長手方向の傾斜が第１角度θ１である場合には、各レーザ光が底面９３ｂと平行に伝搬することで、各レーザ光が、第１上面６１ｔから一定の距離を保ったまま伝搬できる。
【０１１０】
また、図８に示されるように、本実施の形態においては、各偏向光は、底面９３ｂと平行に伝搬する。このように、各偏向光が底面９３ｂと平行に伝搬することで、各偏向光が底面９３ｂと干渉することを抑制できる。また、本実施の形態では、各偏向光の底面９３ｂからの距離が異なるため、各偏向光が互いに重なることを抑制できる。また、図８及び図９に示されるように、第１偏向光Ｌ２１は、第２偏向光Ｌ２２の上方を底面９３ｂと平行に伝搬し、第２偏向光Ｌ２２は、第３偏向光Ｌ２３の上方を底面９３ｂと平行に伝搬する。これにより、各偏向光を高さ方向に配列させることが可能となる。
【０１１１】
［１−３．変形例１］
次に、本実施の形態の変形例１に係る半導体レーザモジュールについて説明する。本変形例に係る半導体レーザモジュールは、各偏向素子の形状において、実施の形態１に係る半導体レーザモジュール１と相違し、その他の点において一致する。以下、本変形例に係る半導体レーザモジュールについて、実施の形態１に係る半導体レーザモジュール１との相違点を中心に図１１Ａ〜図１２を用いて説明する。
【０１１２】
図１１Ａ、図１１Ｂ及び図１１Ｃは、それぞれ、本変形例に係る半導体レーザモジュールの各偏向素子の形状を示す第１の側面図、平面図及び第２の側面図である。図１１Ａにおいては、各偏向光の下流側からＸ軸方向に各偏向素子などを見た図が示されている。図１１Ｂにおいては、第１上面６１ｔの平面視における各偏向素子などの平面図が示されている。図１１Ｃにおいては、各レーザ光の上流側からＺ軸方向に各偏向素子などを見た図が示されている。なお、図１１Ｃにおいては、各偏向素子と、第１ベース６１と底面９３ｂだけが示されており、各半導体レーザ素子、各スロー軸コリメータレンズなどの図示は省略されている。
【０１１３】
図１１Ｂに示されるように、本変形例に係る第１偏向素子５１ａ、第２偏向素子５２ａ及び第３偏向素子５３ａの配置位置は、それぞれ、図２に示される実施の形態１に係る第１偏向素子５１、第２偏向素子５２及び第３偏向素子５３の配置位置と同様である。図１１Ａ及び図１１Ｃに示されるように、本変形例に係る第１偏向素子５１ａ、第２偏向素子５２ａ及び第３偏向素子５３ａは、それぞれの上面５１ａｔ、５２ａｔ及び５３ａｔ付近の形状において、図９に示される実施の形態１に係る各偏向素子と相違する。ここで、各上面は、各偏向素子の表面のうち、第１上面６１ｔと接しない面である。言い換えると、各偏向素子の上面は、各偏向素子の表面のうち、底面９３ｂからの距離が最も大きい面である。本変形例においては、各偏向素子の上面と反射面とが接する辺が、偏向光の断面形状の傾斜に沿って、つまり、第１上面６１ｔの傾斜に平行に形成されており、また、各偏向素子の底面と反射面の接する辺と平行に形成されている。これにより、各偏向素子の上方を伝搬する偏向光が、各偏向素子と干渉することをより一層確実に抑制できる。言い換えると、各偏向光の底面９３ｂからの距離の差が小さい場合にも、各偏向光と各偏向素子との干渉を抑制できる。
【０１１４】
ここで、本変形例に係る第１偏向素子５１ａの形状について、図１２を用いて説明する。図１２は、本変形例に係る第１偏向素子５１ａの形状を示す図である。図１２には、第１偏向素子５１ａの上面図（ａ）と、側面図（ｂ）〜（ｄ）と、底面図（ｅ）とが示されている。図１２の側面図（ｃ）は、第１偏向素子５１ａを、その反射面５１ａｒに垂直な方向から見た図である。ここで、側面図（ｃ）のＸ軸方向とＺ軸方向は紙面の奥に４５度斜め方向に向かう方向である。側面図（ｂ）のＸ軸方向は紙面の奥に４５度斜め方向に向かう方向で、Ｚ軸方向は紙面の手前に４５度斜め方向に向かう方向である。側面図（ｄ）のＸ軸方向は紙面の手前に４５度斜め方向に向かう方向で、Ｚ軸方向は紙面の奥に４５度斜め方向に向かう方向である。第１偏向素子５１ａの底面５１ａｂは、水平方向（底面９３ｂと平行な方向）に対して、最大傾斜の方向（Ｘ軸方向）に向かって角θ１で上方に傾斜するように形成されている。側面図（ｂ）に示されるように、反射面５１ａｒから反射面５１ａｒと反対側の面に向かって、第１偏向素子５１ａの底面５１ａｂは、水平方向（底面９３ｂと平行な方向）に対して、反射面５１ａｒと垂直な方向において、角θ３で上方に傾斜するように形成されている。また、側面図（ｃ）に示されるように、反射面５１ａｒと底面５１ａｂの接する辺は、水平方向に対して角θ３で上方に傾斜するように形成されている。これにより、第１上面６１ｔの最大傾斜方向に対して反射面５１ａｒを４５°回転させて、第１上面６１ｔに第１偏向素子５１ａを設置した場合に、底面９３ｂに対して垂直になるように、反射面５１ａｒを設置することができる。また、反射面５１ａｒから反射面５１ａｒと反対側の面に向かって、第１偏向素子５１ａの上面５１ａｔは、水平方向に対して角θ３で下方に傾斜するように形成されている。これによって、第２偏向素子５２ａで偏向された偏向光と上面５１ａｔとの干渉を抑制できる。ここで角θ３は、本変形例において、以下の式（１）で表される。
【０１１５】
【数１】
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【０１１６】
第２偏向素子５２ａの上面５２ａｔ及び底面５２ａｂ、並びに、第３偏向素子５３ａの上面５３ａｔ及び底面５３ａｂについても、第１偏向素子５１ａと同様の構成であればよい。これにより、各偏向光と各偏向素子との干渉を抑制できる。
【０１１７】
［１−４．変形例２］
次に、本実施の形態の変形例２に係る半導体レーザモジュールについて説明する。本変形例に係る半導体レーザモジュールは、各偏向素子が配置されるベースの構成において変形例１に係る半導体レーザモジュールと相違し、その他の点において一致する。以下、本変形例に係る半導体レーザモジュールについて、変形例１に係る半導体レーザモジュールとの相違点を中心に図１３を用いて説明する。
【０１１８】
図１３は、本変形例に係る半導体レーザモジュールの各偏向素子が配置される第２ベース６２の構成を示す側面図である。図１３においては、各偏向光の下流側から第２ベース６２を見た図が示されている。
【０１１９】
本変形例に係る半導体レーザモジュールは、図１３に示されるように、底面９３ｂに配置され、第２上面６２ｔを有する第２ベース６２を備える。本実施の形態では、第２上面６２ｔは、底面９３ｂに対して傾斜している。第２上面６２ｔの傾斜角度は特に限定されないが、本実施の形態では、第２上面６２ｔは、底面９３ｂに対して、第１上面６１ｔと同様に、第１角度θ１で傾斜している。これにより、第１上面６１ｔ及び第２上面６２ｔの傾斜角を揃えることができるため、各素子の設計及び位置決めを容易化できる。また、第２上面６２ｔが底面９３ｂに対して傾斜しているため、各偏向素子の第２上面６２ｔと対向する面は、底面９３ｂに対して傾斜している。
【０１２０】
第２ベース６２を形成する材料は、特に限定されないが、例えば、アルミウムや銅などの熱伝導率が高い材料であってもよい。
【０１２１】
第２ベース６２の第２上面６２ｔには、第１偏向素子５１ａ、第２偏向素子５２ａ及び第３偏向素子５３ａが配置される。第２ベース６２の第２上面６２ｔが上述のとおり傾斜していることから、第１偏向素子５１ａが配置される第２上面６２ｔ上の位置における底面９３ｂからの距離は、第２偏向素子５２ａが配置される第２上面６２ｔ上の位置における底面９３ｂからの距離よりも大きい。また、第２偏向素子５２ａが配置される第２上面６２ｔ上の位置における底面９３ｂからの距離は、第３偏向素子５３ａが配置される第２上面６２ｔ上の位置における底面９３ｂからの距離よりも大きい。これにより、各偏向素子を底面９３ｂに直接配置する場合より、各偏向素子を小型化でき、かつ、各偏向素子の寸法の差を低減できる。なお、各偏向素子の形状は、変形例１と同じである。
【０１２２】
以上のように、本変形例に係る半導体レーザモジュールにおいては、第１ベース６１と第２ベース６２とを備えることで、各ベースを小型化でき、かつ、各ベースの構成の自由度を高めることができる。なお、第１ベース６１と第２ベース６２とは一体に形成されていてもよい。これにより、各半導体レーザ素子と各偏向素子との位置ずれを抑制できる。
【０１２３】
［１−５．変形例３］
次に、本実施の形態の変形例３に係る半導体レーザモジュールについて説明する。本変形例に係る半導体レーザモジュールは、第２ベース及び各偏向素子の形状において、変形例２に係る半導体レーザモジュールと相違し、その他の点において一致する。以下、本変形例に係る半導体レーザモジュールについて、変形例２に係る半導体レーザモジュールとの相違点を中心に図１４を用いて説明する。
【０１２４】
図１４は、本変形例に係る半導体レーザモジュールの各偏向素子及び第２ベース６２ｂの構成を示す側面図である。図１４においては、各偏向光の下流側から第２ベース６２ｂを見た図が示されている。
【０１２５】
図１４に示されるように、本変形例に係る半導体レーザモジュールは、底面９３ｂに配置された第２ベース６２ｂを備える。第２ベース６２ｂは、階段状の形状を有する。第２ベース６２ｂは、底面９３ｂと平行で、底面９３ｂからの距離が互いに異なる三つの支持面６２ｔ１、６２ｔ２及び６２ｔ３を有する。底面９３ｂから各支持面までの距離は、支持面６２ｔ１、６２ｔ２及び６２ｔ３の順に小さくなる。支持面６２ｔ１、６２ｔ２及び６２ｔ３には、それぞれ、第１偏向素子５１ａ１、第２偏向素子５２ａ１及び第３偏向素子５３ａ１が配置される。図１４において、第１ベース６１と第２ベース６２ｂとは離間して配置されているが、第１偏向素子５１ａ、第２偏向素子５２ａ及び第３偏向素子５３ａが所望の位置に配置されるのであれば、離間せずに接合していてもよい。
【０１２６】
本実施の形態に係る第１偏向素子５１ａ１、第２偏向素子５２ａ１及び第３偏向素子５３ａ１は、第２ベース６２ｂの各支持面と対向する面の形状において変形例１に係る第１偏向素子５１ａ、第２偏向素子５２ａ及び第３偏向素子５３ａとそれぞれ相違する。本変形例に係る各偏向素子の各支持面と対向する面は、底面９３ｂと平行な平面である。
【０１２７】
以上のように、本変形例に係る半導体レーザモジュールにおいては、第１ベース６１と第２ベース６２ｂとを備えることで、各ベースを小型化でき、かつ、各ベースの構成の自由度を高めることができる。なお、第１ベース６１と第２ベース６２ｂとは一体に形成されていてもよい。
【０１２８】
（実施の形態２）
実施の形態２に係る半導体レーザモジュールについて説明する。本実施の形態に係る半導体レーザモジュールは、主に各偏向素子の配置において、実施の形態１に係る半導体レーザモジュール１と相違する。以下、本実施の形態に係る半導体レーザモジュールについて、実施の形態１に係る半導体レーザモジュール１との相違点を中心に図１５〜図１７を用いて説明する。
【０１２９】
図１５は、本実施の形態に係る半導体レーザモジュールの第１上面６１ｔの平面視における平面図である。なお、図１５には示されないが、本実施の形態に係る半導体レーザモジュールも、実施の形態１に係る半導体レーザモジュール１と同様に、筐体９０、光ファイバ８０及び光ファイバ保持部８４を備える。図１６は、本実施の形態に係る半導体レーザモジュールの各偏向素子付近における各レーザ光の光路などを示す図である。図１７は、本実施の形態に係る光ファイバ８０の一方の端面８１に入射される各偏向光の断面形状を示す図である。図１７においては、光ファイバ８０の他方の端面８２側から一方の端面８１を見た場合の各偏向光の断面形状が示されている。また、図１７には、各偏向光の断面形状の長手方向に平行なＡＳ軸と、ＡＳ軸に垂直なＡＦ軸とが併せて示されている。
【０１３０】
図１５及び図１６に示されるように、本実施の形態において、各偏向素子は、Ｘ１軸方向に第１集光素子７１に遠い側から第１偏向素子５１、第２偏向素子５２及び第３偏向素子５３の順に、反射面５１ｒと反射面５２ｒとの間隔が、反射面５２ｒと反射面５３ｒとの間隔と等しくなるように配置される。また、各偏向素子は、Ｘ１軸方向に第１集光素子７１に遠い側から第１偏向素子５１、第２偏向素子５２及び第３偏向素子５３の順に、各レーザ光の光軸方向（つまり、図１５及び図１６におけるＺ軸方向）に、対応する半導体レーザ素子に近づくように配置される。すなわち、Ｚ軸方向における、第１発光点１１ｒと反射面５１ｒの距離は、第２発光点１２ｒと反射面５２ｒの距離よりも大きく、第２発光点１２ｒと反射面５２ｒの距離は、第３発光点１３ｒと反射面５３ｒの距離よりも大きい。したがって、図１７に示されるように、光ファイバ８０の一方の端面８１に入射される隣り合う偏向光のＺ軸方向における間隔が等しくなる。
【０１３１】
本実施の形態に係る半導体レーザモジュールにおいても、実施の形態に係る半導体レーザモジュールと同様の効果が奏される。
【０１３２】
また、本実施の形態に係る半導体レーザモジュールにおいては、例えば、第１偏向光Ｌ２１と、第２偏向光Ｌ２２とのＺ軸方向の位置を異ならせることができるため、第２偏向素子５２の位置を第１偏向光Ｌ２１の光路から、ずらすことが可能となる。したがって、第１偏向光Ｌ２１と第２偏向素子５２との干渉を低減し得る。同様に、第１偏向光Ｌ２１及び第２偏向光Ｌ２２と第３偏向素子５３との干渉を低減し得る。
【０１３３】
また、本実施の形態では、各偏向光のＺ軸方向位置を異ならせることができるため、光ファイバ８０の一方の端面８１における各偏向光のＺ軸方向の位置を調整できる。
【０１３４】
（実施の形態３）
実施の形態３に係る半導体レーザモジュールについて説明する。本実施の形態に係る半導体レーザモジュールは、サブマウントと偏向素子の構成において、実施の形態２に係る半導体レーザモジュールと相違する。以下、本実施の形態に係る半導体レーザモジュールについて、実施の形態２に係る半導体レーザモジュールとの相違点を中心に図１８Ａ〜図１９を用いて説明する。
【０１３５】
図１８Ａは、本実施の形態に係る半導体レーザモジュールの第１上面６１ｔの平面視における平面図である。図１８Ｂ及び図１８Ｃは、それぞれ、本実施の形態に係る半導体レーザモジュールの各偏向素子の形状を示す第１の側面図及び第２の側面図である。図１８Ｂにおいては、各偏向光の下流側からＸ軸方向に各偏向素子などを見た図が示されている。図１８Ｃにおいては、各レーザ光の上流側からＺ軸方向に各偏向素子などを見た図が示されている。なお、図１８Ｃにおいては、各偏向素子と、第１ベース６１と底面９３ｂだけが示されており、各半導体レーザ素子、各スロー軸コリメータレンズなどの図示は省略されている。なお、図１８Ａ〜図１８Ｃには示されないが、本実施の形態に係る半導体レーザモジュールも、実施の形態１に係る半導体レーザモジュール１と同様に、筐体９０、光ファイバ８０及び光ファイバ保持部８４を備える。図１９は、本実施の形態に係る各発光点の位置を示す側面図である。
【０１３６】
図１８Ａ〜図１８Ｃに示されるように、本実施の形態で用いた第１偏向素子５１ａ、第２偏向素子５２ａ及び第３偏向素子５３ａは、それぞれ、実施の形態１の変形例１で用いた第１偏向素子５１ａ、第２偏向素子５２ａ及び第３偏向素子５３ａと同一の形状を有する。本実施の形態で用いた各偏向素子は、実施の形態２と同様に、Ｘ１軸方向に第１集光素子７１に遠い側から第１偏向素子５１ａ、第２偏向素子５２ａ及び第３偏向素子５３ａの順に、反射面５１ａｒと反射面５２ａｒとの間隔が、反射面５２ａｒと反射面５３ａｒとの間隔と等しくなるように配置される。また、各偏向素子は、Ｘ１軸方向に第１集光素子７１に遠い側から第１偏向素子５１ａ、第２偏向素子５２ａ及び第３偏向素子５３ａの順に各レーザ光の光軸方向（つまり、図１８Ａ〜図１８ＣにおけるＺ軸方向）に対応する半導体レーザ素子に近づくように配置される。すなわち、Ｚ軸方向における、第１発光点１１ｒと反射面５１ａｒの距離は、第２発光点１２ｒと反射面５２ａｒの距離よりも大きく、第２発光点１２ｒと反射面５２ａｒの距離は、第３発光点１３ｒと反射面５３ａｒの距離よりも大きい。
【０１３７】
図１８Ａ〜図１９に示されるように、本実施の形態に係る半導体レーザモジュールにおいては、第１半導体レーザ素子１１、第２半導体レーザ素子１２及び第３半導体レーザ素子１３が配置されるサブマウント１２０を備える。つまり、第１半導体レーザ素子１１、第２半導体レーザ素子１２及び第３半導体レーザ素子１３が、一つのサブマウント１２０に実装される。
【０１３８】
サブマウント１２０の形状は、特に限定されないが、直方体状であってもよい。サブマウントの長さＬ２、幅Ｗ２及び厚さは、例えば、それぞれ、４．５ｍｍ程度、１０ｍｍ程度、及び、０．２ｍｍ程度である。
【０１３９】
また、本実施の形態では、隣り合う発光点間の距離Ｄ１は、例えば、１ｍｍ以上３．５ｍｍ未満程度である。このように、距離Ｄ１がこの程度の場合には、第１ベース６１の第１角度θ１がある程度大きい方が発光点間の高さの差を確保できる。本実施の形態のように、距離Ｄ１が１ｍｍ以上３．５ｍｍ未満程度である場合には、第１角度θ１は、４度以上１８度以下であってもよい。
【０１４０】
本実施の形態では、複数の半導体レーザ素子が共通のサブマウント１２０に配置されることにより、半導体レーザ素子間の位置ずれを低減できる。また、サブマウント１２０の実装工程を簡素化できる。このような単純な形状を有するサブマウント１２０に複数の半導体レーザ素子を配置することは、図７に示されるような、階段状の支持部を有するベース１０６１においては、不可能である。本実施の形態では、各半導体レーザ素子を、平面状の第１上面６１ｔに配置することによって、このようなサブマウント１２０の利用を実現できる。
【０１４１】
また、図１９に示されるように、本実施の形態に係る半導体レーザモジュールにおいても、実施の形態１に係る半導体レーザモジュールと同様に、第１発光点１１ｒ、第２発光点１２ｒ及び第３発光点１３ｒは、第１上面６１ｔと平行な同一の平面Ｐ０上に位置する。これにより、各発光点の第１上面６１ｔからの高さを同一に揃えることができる。
【０１４２】
（実施の形態４）
実施の形態４に係る半導体レーザモジュールについて説明する。本実施の形態に係る半導体レーザモジュールは、複数の発光点を有する半導体レーザ素子を備える点などにおいて、実施の形態３に係る半導体レーザモジュールと相違する。以下、本実施の形態に係る半導体レーザモジュールについて、実施の形態３に係る半導体レーザモジュールとの相違点を中心に図２０Ａ〜図２１を用いて説明する。
【０１４３】
図２０Ａは、本実施の形態に係る半導体レーザモジュールの第１上面６１ｔの平面視における平面図である。図２０Ｂ及び図２０Ｃは、本実施の形態に係る偏向素子アレイ１５０の形状を示す第１の側面図及び第２の側面図である。図２０Ｂにおいては、各偏向光の下流側からＸ軸方向に各偏向素子などを見た図が示されている。図１８Ｃにおいては、各レーザ光の上流側からＺ軸方向に各偏向素子などを見た図が示されている。なお、図２０Ａには示されないが、本実施の形態に係る半導体レーザモジュールも、実施の形態１に係る半導体レーザモジュール１と同様に、筐体９０、光ファイバ８０及び光ファイバ保持部８４を備える。図２１は、本実施の形態に係る各発光点の位置を示す側面図である。
【０１４４】
図２０Ａ及び図２１に示されるように、本実施の形態に係る半導体レーザモジュールは、第１ベース６１と、半導体レーザ素子１１０と、サブマウント１２０と、ファスト軸コリメータレンズ１３０及びスロー軸コリメータレンズアレイ１４０と、偏向素子アレイ１５０と、第１集光素子７１とを備える。本実施の形態に係る第１ベース６１の側面（Ｚ軸方向視における側面）は、台形である。また、図２０Ａ〜図２１には示されないが、本実施の形態に係る半導体レーザモジュールは、実施の形態１に係る半導体レーザモジュール１と同様に、筐体９０、光ファイバ８０及び光ファイバ保持部８４をさらに備える。
【０１４５】
本実施の形態に係る半導体レーザ素子１１０は、第１ベース６１の第１上面６１ｔに配置され、第１発光点１１ｒ、第２発光点１２ｒ及び第３発光点１３ｒを有する。つまり、半導体レーザ素子１１０は、マルチエミッタ型の半導体レーザ素子である。半導体レーザ素子１１０の寸法などは特に限定されないが、半導体レーザ素子１１０における隣り合う発光点間の距離Ｄ１は、例えば１ｍｍ程度であり、共振器長Ｌ１は、４ｍｍ程度である。本実施の形態では、半導体レーザ素子１１０は、サブマウント１２０を介して第１上面６１ｔに配置される。
【０１４６】
本実施の形態では、隣り合う発光点間の距離Ｄ１は、１ｍｍ程度であり、比較的小さい。このように、距離Ｄ１が比較的小さい場合には、発光点間の高さの差を確保するために、第１ベース６１の第１角度θ１を大きくする必要がある。本実施の形態のように、距離Ｄ１が１ｍｍ以下程度である場合には、第１角度θ１は、６度以上５７度以下であってもよい。
【０１４７】
図２１に示されるように、本実施の形態においても、実施の形態１に係る半導体レーザモジュールと同様に、第１発光点１１ｒ、第２発光点１２ｒ及び第３発光点１３ｒは、第１上面６１ｔと平行な同一の平面Ｐ０上に位置する。これにより、各発光点の第１上面６１ｔからの高さを同一に揃えることができる。
【０１４８】
また、図示しないが、本実施の形態に係る半導体レーザモジュールにおいても、実施の形態１に係る半導体レーザモジュールと同様に、第１発光点１１ｒ、第２発光点１２ｒ及び第３発光点１３ｒのそれぞれのニアフィールドパターンＮＦＰ１、ＮＦＰ２及びＮＦＰ３の長手方向は、第１ベース６１の第１上面６１ｔと平行である。
【０１４９】
このように、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１１０によれば、一つの半導体レーザ素子だけをサブマウント１２０に実装すればよいため、複数の半導体レーザ素子を個別にサブマウント１２０に実装する場合より、実装工程を簡素化できる。また、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１１０によれば、発光点間の位置ずれを低減できる。
【０１５０】
本実施の形態に係るファスト軸コリメータレンズ１３０は、第１発光点１１ｒ、第２発光点１２ｒ及び第３発光点１３ｒからそれぞれ出射される第１レーザ光Ｌ１１、第２レーザ光Ｌ１２及び第３レーザ光Ｌ１３のファスト軸方向（第１上面６１ｔと垂直な方向）における発散を低減するレンズである。ファスト軸コリメータレンズ１３０として、各レーザ光の光軸方向に平行で、かつ、第１上面６１ｔに垂直な断面において曲率を有するコリメータレンズを用いることができる。ファスト軸コリメータレンズ１３０として、例えば、シリンドリカルレンズなどの非球面レンズを用いることができる。ファスト軸コリメータレンズ１３０は、各レーザ光のファスト軸方向をコリメートする第２集光素子の一例である。本実施の形態では、発光点間の距離Ｄ１が１ｍｍ程度と小さく、かつ、発光点間の相対的な位置ずれが低減されるため、一つのファスト軸コリメータレンズ１３０を用いてコリメートできる。これにより、半導体レーザモジュールの構成を簡素化でき、かつ、光軸調整などの調整工程も簡素化できる。
【０１５１】
スロー軸コリメータレンズアレイ１４０は、第１レーザ光Ｌ１１、第２レーザ光Ｌ１２及び第３レーザ光Ｌ１３の第１上面６１ｔと平行な方向（図２のＸ１軸方向）の発散を減少させるレンズである。スロー軸コリメータレンズアレイ１４０は、三つのスロー軸コリメータレンズ１４１、１４２及び１４３が第１発光点１１ｒ、第２発光点１２ｒ及び第３発光点１３ｒの配列方向に配列されて一体化されたレンズアレイである。スロー軸コリメータレンズ１４１、１４２及び１４３は、それぞれ、第１レーザ光Ｌ１１、第２レーザ光Ｌ１２及び第３レーザ光Ｌ１３をコリメートする第２集光素子の一例である。本実施の形態では、発光点間の位置ずれが低減されるため、三つのスロー軸コリメータレンズ１４１、１４２及び１４３を一体化できる。これにより、半導体レーザモジュールの構成を簡素化でき、かつ、光軸調整などの調整工程も簡素化できる。
【０１５２】
偏向素子アレイ１５０は、図２０Ｂ及び図２０Ｃに示されるように筐体９０の底面９３ｂに直接配置され、図２０Ａに示されるように第１レーザ光Ｌ１１、第２レーザ光Ｌ１２及び第３レーザ光Ｌ１３を偏向する素子である。偏向素子アレイ１５０は、第１偏向素子１５１、第２偏向素子１５２及び第３偏向素子１５３が一体化されたアレイである。本実施の形態では、各偏向素子は、ミラーであり、図２０Ａに示されるように、各レーザ光を底面９３ｂに平行な面内において約９０度偏向して、各偏向光とする。より具体的には、各偏向素子は、底面９３ｂに垂直な平面状の反射面を有する平面ミラーであり、反射面は、第１レーザ光Ｌ１１に対して４５度傾けられている。
【０１５３】
本実施の形態では、偏向素子アレイ１５０は、階段状の形状を有する。偏向素子アレイ１５０の階段状の形状の各段部に各偏向素子が配置されることによって、各偏向素子は一体化されている。なお、第１偏向素子１５１、第２偏向素子１５２及び第３偏向素子１５３を一体化する構成は、特に限定されない。例えば、第１偏向素子１５１、第２偏向素子１５２及び第３偏向素子１５３は、底面９３ｂに対向して配置される板状部材で連結されることで一体化されてもよい。また、第１偏向素子１５１、第２偏向素子１５２及び第３偏向素子１５３は、第１ベース６１の第１上面６１ｔに配置されてもよい。この場合、第１偏向素子１５１、第２偏向素子１５２及び第３偏向素子１５３は、第１上面６１ｔに対向して配置される板状部材で連結されることで一体化されてもよい。
【０１５４】
本実施の形態に係る半導体レーザモジュールは、以上のような構成を有することにより、実施の形態１に係る半導体レーザモジュール１と同様の効果が奏される。さらに、本実施の形態では、半導体レーザ素子１１０が各発光点を有することにより、発光点間の距離Ｄ１を低減できるため、半導体レーザモジュールの小型化が可能となる。具体的には、半導体レーザ素子１１０の出射面からファスト軸コリメータレンズ１３０までの距離は、例えば、０．０３ｍｍ程度とすることができる。また、半導体レーザ素子１１０の出射面からスロー軸コリメータレンズアレイ１４０の出射面までの距離は、例えば、２．０ｍｍ程度とすることができる。
【０１５５】
また、半導体レーザ素子１１０が各発光点を有することにより、発光点間の相対的な位置ずれを低減できる。これにより、例えば、各スロー軸コリメータレンズ間の位置調整が不要となるため、三つのスロー軸コリメータレンズを一体化できる。これにより、半導体レーザモジュールの構成を簡素化でき、かつ、光軸調整などの調整工程も簡素化できる。第１偏向素子１５１、第２偏向素子１５２及び第３偏向素子１５３についても、三つのスロー軸コリメータレンズと同様のことが言える。
【０１５６】
（実施の形態５）
実施の形態５に係る半導体レーザモジュールについて説明する。本実施の形態に係る半導体レーザモジュールは、主に、偏向素子として屈折光学素子を用いる点において、実施の形態１に係る半導体レーザモジュール１と相違する。以下、本実施の形態に係る半導体レーザモジュールについて、実施の形態１に係る半導体レーザモジュール１との相違点を中心に図２２及び図２３を用いて説明する。
【０１５７】
図２２及び図２３は、本実施の形態に係る半導体レーザモジュール２０１の構成を示す斜視図及び上面図である。図２３においては、底面９３ｂの上面視における半導体レーザモジュール２０１の構成が示されている。
【０１５８】
図２２及び図２３に示されるように、本実施の形態に係る半導体レーザモジュール２０１は、第１ベース６１と、第１半導体レーザ素子１１と、第２半導体レーザ素子１２と、第１偏向素子２５１及び２５６と、第２偏向素子２５２及び２５７とを備える。本実施の形態では、半導体レーザモジュール２０１は、第３半導体レーザ素子１３と、第３光学素子２５８と、ファスト軸コリメータレンズ３１〜３３と、スロー軸コリメータレンズ４１〜４３と、第１集光素子７１と、光ファイバ保持部８４と、光ファイバ８０と、筐体９０とを備える。なお、図２２及び図２３においては、筐体９０のうち、底部９３だけが示されており、側壁部９２や天面部９５は省略されている。
【０１５９】
本実施の形態において、第１偏向素子２５１及び２５６と、第２偏向素子２５２及び２５７は、それぞれ、第１レーザ光Ｌ１１及び第２レーザ光Ｌ１２を屈折によって偏向する。第１偏向素子２５１、２５６、第２偏向素子２５２、２５７は、例えば、プリズムである。より具体的には、第１偏向素子２５１、２５６、第２偏向素子２５２、２５７は、例えば、入射面及び出射面を有する三角柱や四角柱などの多角柱のプリズムであり、当該入射面及び当該出射面は、底面９３ｂと垂直である。そして、当該入射面と当該出射面とは鋭角をなし、楔型の形状を有する。
【０１６０】
本実施の形態では、第３半導体レーザ素子１３は、図２３の上面図において、第１集光素子７１の光軸上に配置される。そして、第３半導体レーザ素子１３から出射された第３レーザ光Ｌ１３は、偏向素子には入射しない。一方で、第１集光素子７１の光軸上に配置されない第１半導体レーザ素子１１及び第２半導体レーザ素子１２からそれぞれ出射された第１レーザ光Ｌ１１及び第２レーザ光Ｌ１２は、各偏向素子により屈折され、図２３の上面図において、第３レーザ光Ｌ１３と光軸が重なるように各偏向素子が配置される。
【０１６１】
上記構成において、第１レーザ光Ｌ１１、第２レーザ光Ｌ１２及び第３レーザ光Ｌ１３は、底面９３ｂに垂直な方向に対しては、重ならない。第１半導体レーザ素子１１、第２半導体レーザ素子１２及び第３半導体レーザ素子１３から出射された、断面の長手方向が底面９３ｂに対し所定の角度を有するレーザ光は、第１集光素子７１によって光ファイバ８０の端面８１に細長い形状に集光される。そして、図１０に示されるように、細長い形状の長手方向は、底面９３ｂに対して第１角度θ１で傾斜するとともに、図面上下方向（つまり、底面９３ｂに垂直な方向）に並んだ形状で配置される。
【０１６２】
つまり、本実施の形態の偏向素子のように屈折光学素子を用いても、他の実施の形態と同様の効果を実現することができる。
【０１６３】
より具体的には、第３光学素子２５８は、入射面及び出射面が、第１集光素子７１の光軸に対して垂直なプリズム（例えば直方体状のプリズム）であり、底部９３に固定される。第３半導体レーザ素子１３から出射した第３レーザ光Ｌ１３は、スロー軸コリメータレンズ４３、第３光学素子２５８を通過し、第１集光素子７１にて光ファイバ８０の端面８１に集光される。ここで、第３光学素子２５８は、第３レーザ光Ｌ１３の光路長を調整する機能や、上部に配置する第２偏向素子２５７を固定する機能を有する。なお、第３光学素子２５８は、第３レーザ光Ｌ１３が通過する部分が空隙（つまり開口）である開口形状のものでもよい。
【０１６４】
本実施の形態においては、第１偏向素子２５１は三角柱のプリズムであり、入射面と出射面とのなす鋭角が、第１集光素子７１の光軸に対して遠い側に向くように（つまり、第１集光素子７１の光軸から遠ざかるほど第１偏向素子２５１の入射面と出射面との距離が小さくなるように）、第１偏向素子２５１は底部９３に固定される。第１偏向素子２５６は、三角柱であり、入射面と出射面とのなす鋭角が、第１半導体レーザ素子１１の光軸に対して遠い側に向くように、第２偏向素子２５７上に固定される。第１偏向素子２５１によって、第１レーザ光Ｌ１１は、第１集光素子７１の光軸に近づくように偏向され、第１偏向素子２５６によって、第１レーザ光Ｌ１１は、第１集光素子７１の光軸に並行に伝搬するように偏向され、第１集光素子７１に入射する。
【０１６５】
本実施の形態では、第２偏向素子２５２は四角柱のプリズムであり、底部９３に固定される。第２偏向素子２５７は、例えば、三角柱のプリズムであり、第３光学素子２５８上に固定される。第２偏向素子２５２及び２５７によって、第２レーザ光Ｌ１２は、第１レーザ光Ｌ１１と同様に偏向され、第１集光素子７１に入射する。
【０１６６】
なお、第１偏向素子２５１及び第２偏向素子２５２は、第１上面６１ｔに配置されてもよい。この場合、各偏向素子の第１上面６１ｔと対向する面は、底面９３ｂに対して傾斜するように形成される。
【０１６７】
以上のような構成を有する本実施の形態に係る半導体レーザモジュールにおいても、実施の形態１と同様の効果が奏される。
【０１６８】
（変形例など）
以上、本開示に係る半導体レーザモジュール及びレーザ加工装置について、各実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、上記各実施の形態に限定されるものではない。
【０１６９】
例えば、上記各実施の形態においては、半導体レーザモジュールが三つの発光点を有する例を示したが、発光点の個数は三つに限定されない。発光点の個数は、複数であればよい。
【０１７０】
また、上記各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で上記各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１７１】
本開示の半導体レーザモジュールは、例えば、高出力かつ高効率な光源としてレーザ加工装置などに適用できる。
【符号の説明】
【０１７２】
１、２０１  半導体レーザモジュール
１１  第１半導体レーザ素子
１２  第２半導体レーザ素子
１３  第３半導体レーザ素子
１１ｅ  出射面
１１ｒ  第１発光点
１２ｒ  第２発光点
１３ｒ  第３発光点
２１、２２、  ２３、１２０、１０２１、１０２２、１０２３  サブマウント
２１ｎ、２１ｐ  電極
２１ｗ  ボンディングワイヤ
３０Ｓ  スペーサー
３１、３２、３３、１３０  ファスト軸コリメータレンズ
４１、４２、４３、１４１、１４２、１４３  スロー軸コリメータレンズ
５１、５１ａ、５１ａ１、１５１、２５１、２５６  第１偏向素子
５１ａｂ、５２ａｂ、５３ａｂ  底面
５１ａｔ、５２ａｔ、５３ａｔ  上面
５１ｒ、５２ｒ、５３ｒ、５１ａｒ、５２ａｒ、５３ａｒ  反射面
５２、５２ａ、５２ａ１、１５２、２５２、２５７  第２偏向素子
５３、５３ａ、５３ａ１、１５３  第３偏向素子
６１  第１ベース
６１ｂ  第１底面
６１ｔ  第１上面
６２、６２ｂ  第２ベース
６２ｔ  第２上面
６２ｔ１、６２ｔ２、６２ｔ３  支持面
７１  第１集光素子
８０  光ファイバ
８１、８２  端面
８４  光ファイバ保持部
９０  筐体
９１  本体
９２  側壁部
９３  底部
９３ｂ  底面
９５  天面部
１１０、１０１１、１０１２、１０１３  半導体レーザ素子
１４０  スロー軸コリメータレンズアレイ
１５０  偏向素子アレイ
２５８  第３光学素子
１０６１  ベース
１０６１ｔ  支持部
１０９３ｂ  底面
ＮＦＰ１、ＮＦＰ２、ＮＦＰ３  ニアフィールドパターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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