(57)【要約】【課題】複数の半導体レーザアレイからの光において、集光レンズ入射光路長が異なる場合であっても、これらの複数の半導体レーザアレイからの光を高い効率で光ファイバに入射させることができ、従って高い光の出力が得られる半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】半導体レーザ装置は、複数の半導体レーザアレイからの光がコリメート部材を介して入射される集光レンズと、集光レンズからの光が略円形状の端面よりなる光入射面から入射される光ファイバとが設けられており、集光レンズの光入射面には、複数の半導体レーザアレイからの光の各々によって光入射列が形成され、複数の半導体レーザアレイのうちの少なくとも１個は、半導体レーザアレイからの光が集光レンズに至るまでの光路の長さである集光レンズ入射光路長が相対的に異なり、最も長い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイからの光が、光入射列の最外側以外の位置に入射される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線状に並ぶ複数の発光部を有する半導体レーザアレイを複数備え、当該複数の半導体レーザアレイからの光がコリメート部材を介して入射される集光レンズと、当該集光レンズからの光が略円形状の端面よりなる光入射面から入射される光ファイバとが設けられてなる半導体レーザ装置において、
前記集光レンズには、当該集光レンズの光入射面に、前記複数の半導体レーザアレイからの光の各々が並列に並んで投影されて光入射列が形成され、
前記複数の半導体レーザアレイのうちの少なくとも１個の半導体レーザアレイは、当該半導体レーザアレイからの光が前記集光レンズに至るまでの光路の長さである集光レンズ入射光路長が相対的に異なり、最も長い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイからの光が、前記集光レンズの光入射面における光入射列の最外側以外の位置に入射されることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記集光レンズ入射光路長が互いに異なる半導体レーザアレイのうちの、長い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイからの光が、短い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイからの光に比して、前記集光レンズの光入射面における光入射列の中央側に入射されることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記半導体レーザアレイを３個以上備えており、これらの３個以上の半導体レーザアレイからの光の集光レンズ入射光路長が異なり、最も長い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイからの光が、他の半導体レーザアレイのうちの少なくとも１個の半導体レーザアレイからの光に比して、前記集光レンズの光入射面における光入射列の中央側に入射されることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記複数の半導体レーザアレイが、複数の素子設置面を階段状に有する階段状設置面における当該複数の素子設置面の各々に設置されることにより、前記集光レンズ入射光路長が互いに異なる状態とされていることを特徴とする請求項１〜請求項３に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記階段状設置面は、ヒートシンクの表面により形成されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
対向配置された２つの階段状設置面における複数の素子設置面の各々に前記半導体レーザアレイが設置され、この２つの階段状設置面の間に折り返しミラーが配置されており、当該折り返しミラーによって折り返された複数の半導体レーザアレイからの光が前記集光レンズに入射されることを特徴とする請求項４または請求項５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】
本発明は、半導体レーザ装置に関し、更に詳しくは、例えば、複数の半導体レーザアレイからのレーザ光が光ファイバに入射される構成の半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体レーザ装置の或る種のものとしては、直線状に並ぶ複数の発光部を有する半導体レーザアレイをレーザ光源とし、この半導体レーザアレイからのレーザ光が光ファイバによって導光されて外部に出射される構成のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
このような半導体レーザ装置においては、高出力化の要請に応じて、光ファイバ１本当たりの光出力を大きくするため、１本の光ファイバに対して複数の半導体レーザアレイを用い、これらの複数の半導体レーザアレイからのレーザ光をできるだけ密にし、集光レンズを介して光ファイバに入射させることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
具体的には、例えば図７に示すように、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆが、当該複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆの速軸方向に直線状に並ぶように積層配置されてなる半導体レーザ装置が知られている。
この半導体レーザ装置において、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆの各々には、集光レンズ１９との間における当該半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆに接近した位置に、遅軸用コリメートレンズアレイ１７ａおよび速軸用コリメートレンズアレイ１７ｂよりなるコリメート部材が配置されている。また、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆの光出射方向前方（図７における右方）には、集光レンズ１９が設けられている。
図７において、８０は、ヒートシンクであり、１５は、光ファイバ１４を保持するための光ファイバ保持部材である。
【０００４】
このような半導体レーザ装置においては、半導体レーザアレイ間の間隔が狭くなることから、十分な排熱性が得られず、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆの各々が高温となってしまう。そして、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆは、一般に温度が高くなるに従って出力が低下すると共に信頼性が低下するものである。そのため、半導体レーザ装置に十分な出力および信頼性が得られない、という問題がある。
【０００５】
而して、半導体レーザ装置としては、図８に示すように、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆが、ヒートシンク５０の表面において、速軸方向に階段状に並ぶよう積層配置されてなる構成のものが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
このような半導体レーザ装置においては、互いに隣接する半導体レーザアレイを大きく離間した状態とすることができることから、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆの各々が高温となることを抑制できる。
【０００６】
しかしながら、このような半導体レーザ装置においては、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆからのレーザ光を有効に利用することができない、という問題が顕著となる。この問題は、レーザ光源として、発光部が１つのシングルエミッタ半導体素子ではなく、半導体レーザアレイを用いたことに起因して生じるものである。
具体的に説明すると、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆは、複数の発光部が直線状に並んだものであり、発光部間の間隔が一般に数十μｍ〜百数十μｍ程度と狭いことから、コリメートによって遅軸方向に十分な平行状態を得ることが難しい。このため、コリメート部材によるコリメート光は一般に遅軸方向に数ｍｒａｄ〜数十ｍｒａｄの広がりを有するものとなる。なお、シングルエミッタ半導体素子においては、コリメート光は略平行光と見なせるものとなる。そのため、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆと集光レンズ１９との間の距離が長くなるに従って、集光レンズ１９の配置位置におけるレーザ光の遅軸方向の光線幅（以下、「遅軸方向光線幅」ともいう。）が大きくなる。ここに、集光レンズ１９に入射するレーザ光（コリメート光）の遅軸方向光線幅ｗ１は、下記の数式（１）で示されるように、コリメート部材から出射したコリメート光の遅軸方向光線幅ｗ０に、コリメート光の発散角θと、コリメート光の集光レンズ１９までの伝播距離Ｌとの積を加えることによって求められる値である。そして、遅軸方向光線幅の大きなレーザ光は、その一部が集光レンズ１９あるいは光ファイバ１４に入射されず、いわゆる蹴られ現象が生じて損失となり、光ファイバ１４から外部に出射されることがない。従って、半導体レーザ装置においては、ファイバ結合効率が小さくなってしまう。ここに、「ファイバ結合効率」とは、レーザ光源を構成する複数の半導体レーザアレイからのレーザ光のうちの光ファイバに入射されるレーザ光の割合（強度）を示す値である。
【０００７】
数式（１）：
ｗ１＝ｗ０＋θ・Ｌ
【０００８】
而して、集光レンズ１９との離間距離が最も長くなる半導体レーザアレイ１１ａからのレーザ光（以下、「最長レーザ光」ともいう。）は、その他の半導体レーザアレイ１１ｂ〜１１ｆからのレーザ光に比して、集光レンズ１９の配置位置における遅軸方向光線幅が大きくなる。また、最長レーザ光は、集光レンズ１９の光入射面１９ａにおける周縁側を通過することになる。すなわち、図９に示すように、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆからのレーザ光は集光レンズ１９の光入射面１９ａにおいて並列に並んで入射されることから、この複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆからのレーザ光の光入射列３１において、最長レーザ光が最外側に入射されることとなる。ここに、光入射列３１とは、集光レンズ１９の光入射面１９ａにおいて、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆからのレーザ光の各々が並列に並んで投影されて形成されるものである。この光入射列３１においては、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆからのレーザ光による略矩形状の光入射領域３１ａ〜３１ｆが並列に並んでいる。このように、最も遅軸方向光線幅の大きい最長レーザ光が、光ファイバ１４の円形状の一端面１４ａよりなる光入射面の最も周縁側に入射されることとなるため、その一部が光ファイバ１４に入射されずに損失となりやすい。
図８において、Ｌａ〜Ｌｆは、各々、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆからのレーザ光の光路を示す。
また、図９において、矢印Ｆは、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆの速軸方向を示し、また矢印Ｓは、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆの遅軸方向を示す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第５６１７４９２号明細書
【特許文献２】特開２００７−１４２４３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、複数の半導体レーザアレイからの光において、集光レンズ入射光路長が異なる場合であっても、これらの複数の半導体レーザアレイからの光を高い効率で光ファイバに入射させることができ、従って高い光の出力が得られる半導体レーザ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の半導体レーザ装置は、直線状に並ぶ複数の発光部を有する半導体レーザアレイを複数備え、当該複数の半導体レーザアレイからの光がコリメート部材を介して入射される集光レンズと、当該集光レンズからの光が略円形状の端面よりなる光入射面から入射される光ファイバとが設けられてなる半導体レーザ装置において、
前記集光レンズには、当該集光レンズの光入射面に、前記複数の半導体レーザアレイからの光の各々が並列に並んで投影されて光入射列が形成され、
前記複数の半導体レーザアレイのうちの少なくとも１個の半導体レーザアレイは、当該半導体レーザアレイからの光が前記集光レンズに至るまでの光路の長さである集光レンズ入射光路長が相対的に異なり、最も長い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイからの光が、前記集光レンズの光入射面における光入射列の最外側以外の位置に入射されることを特徴とする。
【００１２】
本発明の半導体レーザ装置においては、前記集光レンズ入射光路長が互いに異なる半導体レーザアレイのうちの、長い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイからの光が、短い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイからの光に比して、前記集光レンズの光入射面における光入射列の中央側に入射されることが好ましい。
【００１３】
本発明の半導体レーザ装置においては、前記半導体レーザアレイを３個以上備えており、これらの３個以上の半導体レーザアレイからの光の集光レンズ入射光路長が異なり、最も長い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイからの光が、他の半導体レーザアレイのうちの少なくとも１個の半導体レーザアレイからの光に比して、前記集光レンズの光入射面における光入射列の中央側に入射されることが好ましい。
【００１４】
本発明の半導体レーザ装置においては、前記複数の半導体レーザアレイが、複数の素子設置面を階段状に有する階段状設置面における当該複数の素子設置面の各々に設置されることにより、前記集光レンズ入射光路長が互いに異なる状態とされていることが好ましい。
このような本発明の半導体レーザ装置においては、前記階段状設置面は、ヒートシンクの表面により形成されていることが好ましい。
また、このような本発明の半導体レーザ装置においては、対向配置された２つの階段状設置面における複数の素子設置面の各々に前記半導体レーザアレイが設置され、この２つの階段状設置面の間に折り返しミラーが配置されており、当該折り返しミラーによって折り返された複数の半導体レーザアレイからの光が前記集光レンズに入射されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の半導体レーザ装置においては、複数の半導体レーザアレイからの光において、集光レンズ入射光路長が異なる場合であっても、集光レンズ入射光路長が最も長い光について、集光レンズの光入射面における入射位置が制御されている。そのため、集光レンズ入射光路長が最も長い光、すなわち遅軸方向の光線幅が最も大きい光を、集光レンズの光入射面の中央側に入射させ、更に光ファイバの略円形状の光入射面の中心側に入射させることができる。これにより、集光レンズおよび光ファイバの各々において蹴られ現象の発生が抑制され、よってファイバ結合効率が大きくなる。
従って、本発明の半導体レーザ装置によれば、複数の半導体レーザアレイからの光を高い効率で光ファイバに入射させることができ、よって高い光の出力が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の半導体レーザ装置の構成の一例の概要を示す説明図である。
【図２】本発明の半導体レーザ装置において、半導体レーザアレイの発光部からコリメート部材に向かってレーザ光が出射された状態を、複数の発光部の並ぶ方向に垂直な方向から示す説明用投影図であり、（ａ）はコリメート部材が半導体レーザアレイに接近した接近位置に配置された場合を示す説明用模式図であり、（ｂ）はコリメート部材が半導体レーザアレイ１１から大きく離間した遠方位置に配置された場合を示す説明用模式図である。
【図３】図１の半導体レーザ装置における集光レンズの光入射面に形成される光入射列を示す説明図である。
【図４】本発明の半導体レーザ装置の構成の他の例の概要を示す説明図である。
【図５】図４の半導体レーザ装置を、当該図４における上方から示す説明用投影図である。
【図６】本発明の半導体レーザ装置の構成の更に他の例の概要を示す説明図である。
【図７】従来の半導体レーザ装置の構成の一例の概要を示す説明図である。
【図８】従来の半導体レーザ装置の構成の他の例の概要を示す説明図である。
【図９】図８の半導体レーザ装置における集光レンズの光入射面に形成される光入射列を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の半導体レーザ装置の構成の一例の概要を示す説明図である。
この半導体レーザ装置１０は、レーザ光源として、直線状に並ぶ複数の発光部を有する、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆを備えており、これらの複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆからのレーザ光が光ファイバ１４を介して外部に出射される構成を有するものである。
半導体レーザ装置１０において、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆは、例えば銅およびアルミニウムなどの金属よりなるヒートシンク２０の上面（図１における上面）において、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｃと半導体レーザアレイ１１ｄ〜１１ｆとが、それぞれ対向するように配設されている。この複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆの各々と、ヒートシンク２０との間には、例えば銅タングステン（ＣｕＷ）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などからなるサブマウント部材（図示省略）が介在している。また、半導体レーザ装置１０には、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆからのレーザ光を同一方向に進むように屈曲する、例えば三角プリズムよりなる折り返しミラー１８と、この折り返しミラー１８によって屈曲されたレーザ光を集光する集光レンズ１９とが設けられている。また、光ファイバ１４は、円形状の一端面１４ａが光入射面とされ、円形状の他端面１４ｂが光出射面とされており、集光レンズ１９によって集光されたレーザ光が光入射面に入射されるように配置されている。
この図の例において、集光レンズ１９は、略円板形状の外観形状を有している。
また、図１において、Ｌａ〜Ｌｆは、各々、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆからのレーザ光の光路を示す。
【００１９】
また、半導体レーザ装置１０において、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆからのレーザ光が折り返しミラー１８に至るまでの光路上には、各半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆに対応して、当該半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆからのレーザ光をコリメートするためのコリメート部材が設けられている。このコリメート部材は、遅軸用コリメートレンズアレイ１７ａと、速軸用コリメートレンズアレイ１７ｂとよりなる。
コリメート部材を構成する遅軸用コリメートレンズアレイ１７ａおよび速軸用コリメートレンズアレイ１７ｂは、各々、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆにおける複数の発光部の各々に対応するレンズセルを有するものである。すなわち、遅軸用コリメートレンズアレイ１７ａおよび速軸用コリメートレンズアレイ１７ｂは、各々、直線状に並んだ複数のレンズセルを有するものである。
【００２０】
また、コリメート部材は、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆに接近した位置に配置される。
コリメート部材を半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆに接近した位置に配置することにより、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆからのレーザ光を高い効率でコリメート部材に入射させることができる。しかしながら、その一方でコリメート部材によってコリメートされたレーザ光（コリメート光）が遅軸方向に数十ｍｒａｄの広がりを有するものとなる。
【００２１】
ここに、コリメート部材を半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆに接近した位置に配置することにより、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆからのレーザ光を高い効率でコリメート部材に入射させることができる理由、およびコリメート部材によるコリメート光が広がりを有するものとなる理由について、図２を用いて具体的に説明する。
図２は、半導体レーザアレイ１１の発光部１３からコリメート部材に向かってレーザ光が出射された状態を、複数の発光部１３の並ぶ方向に垂直な方向から示す説明用投影図であり、（ａ）はコリメート部材が半導体レーザアレイ１１に接近した接近位置に配置された場合を示す説明用模式図であり、（ｂ）はコリメート部材が半導体レーザアレイ１１から大きく離間した遠方位置に配置された場合を示す説明用模式図である。
レーザ光源としてシングルエミッタ半導体レーザ素子を用いた場合には、当該シングルエミッタ半導体レーザ素子の発光部が１つであることから、コリメート部材（コリメートレンズ）によるコリメート光は略平行光となる。
一方、半導体レーザアレイ１１においては、複数の発光部１３の間隔が一般に数十μｍ〜百数十μｍ程度（具体的には、複数の発光部１３の間隔が０．５ｍｍ程度、あるいはそれ以下）である。そのため、コリメート部材、具体的にはコリメートレンズアレイ１６においては、当該コリメートレンズアレイ１６を構成する各レンズセル１６ａの大きさ（半導体レーザアレイ１１における複数の発光部１３の並ぶ方向の長さ）が制約される。それゆえ、コリメートレンズアレイ１６によるコリメートによって遅軸方向に十分な平行状態を得ることが難しく、よってコリメート光は一般に遅軸方向に数ｍｒａｄ〜数十ｍｒａｄの広がりを有するものとなる。しかも、各レンズセル１６ａの大きさが制限され、また得られるコリメート光が広がりを有することに起因して、半導体レーザアレイ１１とコリメートレンズアレイ１６との離間距離が、コリメートレンズアレイ１６におけるレーザ光の入射効率の観点から制約されることとなる。
具体的に説明すると、図２（ａ）に示されているように、コリメートレンズアレイ１６を半導体レーザアレイ１１の接近位置に配置した場合には、レンズセル１６ａの焦点距離が、発光部１３の幅（複数の発光部１３の並ぶ方向の長さ）と近似した値となり、よって発光部１３は点光源と見なせなくなる。そのため、発光部１３において、端部１３ｂからのレーザ光Ｌ２と、中心部１３ａからのレーザ光Ｌ１とのなす角（発散角）θ１は数十ｍｒａｄの大きさとなる。
一方、図２（ｂ）に示されているように、コリメートレンズアレイ１６を半導体レーザアレイ１１の遠方位置に配置した場合には、接近位置に配置した場合に比して、レンズセル１６ａの焦点距離が長くなる。そのため、端部１３ｂからのレーザ光Ｌ２と、中心部１３ａからのレーザ光Ｌ１とのなす角（発散角）θ２は、接近位置に配置した場合に係る発散角θ１よりも小さくなる。しかしながら、発光部１３からのレーザ光は、その一部Ｌ１１が当該発光部１３に対応するレンズセル１６ａの光入射面から食み出し、入射されずに損失となる。
このように、コリメートレンズアレイ１６を半導体レーザアレイ１１の接近位置に配置することによれば、半導体レーザアレイ１１からのレーザ光を高い効率でコリメートレンズアレイ１６に入射させることができ、その一方でコリメートレンズアレイ１６によるコリメート光が遅軸方向に数十ｍｒａｄの広がりを有するものとなる。
図２においては、発光部１３の中心部１３ａからのレーザ光を実線で示し、端部１３ｂからのレーザ光を破線で示す。
【００２２】
複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆは、各々、矩形平板状の外観形状を有しており、直線状に並ぶ複数の発光部を有する一面１２が光出射面とされたものである。この光出射面を構成する一面１２において、複数の発光部は、長手方向（図１における紙面に垂直な方向）に特定の間隔（例えば０．５ｍｍ程度、あるいはそれ以下の等間隔）で配列されている。
また、これらの複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆは、複数の発光部が並ぶ方向の長さが同一のものであることが好ましい。
この図の例において、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆは、同一の規格を有するものである。
【００２３】
半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆは、アレイ型半導体レーザ素子であってもよく、また複数のシングルエミッタ半導体素子が、０．５ｍｍ程度、あるいはそれ以下の間隔で直線状に並ぶように配置されてなる構成のものであってもよい。
【００２４】
ヒートシンク２０は、長方体状の外観形状を有しており、上面には溝２１が形成されている。この溝２１は、ヒートシンク２０の上面における短手方向（図１の紙面に垂直な方向）に直線状に伸び、断面形状が略台形状のものである。この溝２１において、互いに対向する側面２３，２４は、底面２６に向かうに従って互いに接近する方向に、階段状に傾斜している。そして、ヒートシンク２０の上面における溝２１の一方側の周縁面２１ａおよび当該周縁面２１ａに連続する溝２１の側面２３により、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｃを配置するための階段状設置面（以下、「第１階段状設置面」ともいう。）２７が構成されている。また、ヒートシンク２０の上面における溝２１の他方側の周縁面２１ｂおよび当該周縁面２１ｂに連続する溝２１の側面２４により、半導体レーザアレイ１１ｄ〜１１ｆを配置するための階段状設置面（以下、「第２階段状設置面」ともいう。）２８が構成されている。
この図の例において、側面２３は、２つのステップ面２３ａ，２３ｂを有する２段の階段形状を有しており、これらの２つのステップ面２３ａ，２３ｂは、矩形状であって周縁面２１ａおよび底面２６に平行である。また、側面２４は、側面２３と同様の構成を有している。すなわち、側面２４は、２つのステップ面２４ａ，２４ｂを有する２段の階段形状を有しており、これらの２つのステップ面２４ａ，２４ｂは、矩形状であって周縁面２１ｂおよび底面２６に平行である。また、対向配置された第１階段状設置面２７および第２階段状設置面２８は、集光レンズ１９の光軸に関して鏡面対称である。
【００２５】
階段状設置面２７，２８の各々において、一段の高さは、レーザ光利用性の観点から、半導レーザアレイ１１ａ〜１１ｆからのレーザ光あるいはコリメート部材によってコリメートされたレーザ光（コリメート光）の速軸方向の光線幅に応じて適宜に定められる。ここに、階段状設置面２７，２８の各々における一段の高さとは、第１階段状設置面２７においては、周縁面２１ａとステップ面２３ａとの位置レベルの差、およびステップ面２３ａとステップ面２３ｂとの位置レベルの差である。また、第２階段状設置面２８においては、周縁面２１ｂとステップ面２４ａとの位置レベルの差、およびステップ面２４ａとステップ面２４ｂとの位置レベルの差である。
また、階段状設置面２７，２８を構成する周縁面２１ａ，２１ｂおよびステップ面２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂは、排熱性の観点から、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆの下面（図１における下面）の全域を接触させることのできるような大きさであることが好ましい。
【００２６】
ヒートシンク２０においては、第１階段状設置面２７および第２階段状設置面２８を構成する周縁面２１ａ，２１ｂおよびステップ面２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂの各々によって素子設置面が構成されている。これらの複数の素子設置面には、各々、１個の半導体レーザアレイが配置されている。具体的には、第１階段状設置面２７における素子設置面においては、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆが、速軸方向に階段状に並ぶように積層配置されている。また、第２階段状設置面２８における素子設置面においては、半導体レーザアレイ１１ｄ〜１１ｆが、速軸方向に階段状に並ぶように積層配置されている。
そして、第１階段状設置面２７に配置された半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｃと、第２階段設置面２８に配置された半導体レーザアレイ１１ｄ〜１１ｆとは、各々、光出射面が対向するように配置されている。
また、溝２１の底面２６には、折り返しミラー１８が配置されている。この折り返しミラー１８は、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆからのレーザ光（コリメート光）が入射されると共に、この折り返しミラー１８で反射されることによって直角に屈曲したレーザ光が集光レンズ１９に入射されるように位置されている。
この図の例において、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆは、各々、光出射面を構成する一面１２が、周縁面２１ａ，２１ｂの外縁２２ａ，２２ｂ上またはステップ面２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂの外縁２５ａ〜２５ｄ上に位置するように配置されている。また、各半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆに対応するコリメート部材は、対応する半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆが配置されている周縁面またはステップ面よりも１段下のステップ面または底面２６の上方に配置されている。
また、折り返しミラー１８は、溝２１の中央部分に位置されており、この折り返しミラー１８の光出射方向（図１における上方）の近傍には、集光ミラー１９が配置され、またこの集光ミラー１９の焦点位置には、光ファイバ１４の光入射面が位置されている。
【００２７】
以上のように、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆを第１階段状設置面２７および第２階段状設置面２８における素子設置面の各々に配置することにより、当該複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｃからのレーザ光が集光レンズ１９に至るまでの光路の長さである集光レンズ入射光路長が制御されている。すなわち、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｃを第１階段状設置面２７における素子設置面の各々に配置することにより、これらの半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｃからのレーザ光の集光レンズ入射光路長が相対的に異なる状態とされている。また、半導体レーザアレイ１１ｄ〜１１ｆを第２階段状設置面２８における素子設置面の各々に配置することにより、これらの半導体レーザアレイ１１ｄ〜１１ｆからのレーザ光の集光レンズ入射光路長が相対的に異なる状態とされている。
【００２８】
具体的には、半導体レーザアレイ１１ａからのレーザ光、半導体レーザアレイ１１ｂからのレーザ光および半導体レーザアレイ１１ｃからのレーザ光は、この順に集光レンズ入射光路長が長くなっている。また、半導体レーザアレイ１１ｄからのレーザ光、半導体レーザアレイ１１ｅからのレーザ光および半導体レーザアレイ１１ｆからのレーザ光は、この順に集光レンズ入射光路長がより長くなっている。
この図の例において、対向配置された半導体レーザアレイからのレーザ光は、集光レンズ入射光路長が同一である。すなわち、半導体レーザアレイ１１ａに係る集光レンズ入射光路長と半導体レーザアレイ１１ｄに係る集光レンズ入射光路長とは同一であり、半導体レーザアレイ１１ｂに係る集光レンズ入射光路長と半導体レーザアレイ１１ｅに係る集光レンズ入射光路長とは同一である。また、半導体レーザアレイ１１ｃに係る集光レンズ入射光路長と半導体レーザアレイ１１ｆに係る集光レンズ入射光路長とは同一である。
【００２９】
また、第１階段状設置面２７と第２階段状設置面２８との間に折り返しミラー１８を配置することにより、集光レンズ１９の光入射面１９ａに並列に並んで入射される複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆからのレーザ光の入射位置が制御される。すなわち、図３に示すように、集光レンズ１９の光入射面１９ａに形成される光入射列３１において、最も長い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイ１１ａ，１１ｄからのレーザ光が、最外側以外の位置に入射する状態とされている。
ここに、光入射列３１は、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆからのレーザ光の各々が、集光レンズ１９の光入射面１９ａに、並列に並んで投影されることによって形成されるものである。この光入射列３１においては、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆからのレーザ光による略矩形状の光入射領域３１ａ〜３１ｆが並列に並んでいる。この光入射列３１を構成する複数の光入射領域３１ａ〜３１ｆは、これらの光入射領域３１ａ〜３１ｆが並ぶ方向（図３における上下方向であって、以下、「光入射列並列方向」ともいう。）の寸法は同一であるが、光入射列並列方向に垂直な方向（図３における左右方向）の寸法（以下、「入射領域幅」ともいう。）は異なるものである。この光入射領域幅は、レーザ光の遅軸方向の光線幅（遅軸方向光線幅）によるものであることから、集光レンズ入射光路長が長くなるに従って大きくなる。
【００３０】
具体的には、第１階段状設置面２７に配置されている半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｃからのレーザ光は、光入射列３１において、半導体レーザアレイ１１ａからのレーザ光、半導体レーザアレイ１１ｂからのレーザ光および半導体レーザアレイ１１ｃからのレーザ光の順により中心側に入射している。すなわち、最も長い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイ１１ａからのレーザ光は、集光レンズ１９の光入射面１９ａの中心部に最も接近した中心近傍位置に入射し、一方、最も短い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイ１１ｃからのレーザ光は、集光レンズ１９の光入射面１９ａの中心部から最も離間した周縁側位置に入射している。また、第２階段状設置面２８に配置されている半導体レーザアレイ１１ｄ〜１１ｆからのレーザ光は、光入射列３１おいて、半導体レーザアレイ１１ｄからのレーザ光、半導体レーザアレイ１１ｅからのレーザ光および半導体レーザアレイ１１ｆからのレーザ光の順により中心側に入射している。すなわち、最も長い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイ１１ｄからのレーザ光は、集光レンズ１９の光入射面１９ａの中心部に最も接近した中心近傍位置に入射し、一方、最も短い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイ１１ｆからのレーザ光は、集光レンズ１９の光入射面１９ａの中心部から最も離間した周縁側位置に入射している。
この図の例において、対向配置された半導体レーザアレイからのレーザ光は、集光レンズ１９の光入射面１９ａにおける入射位置が、当該光入射面１９ａの中心に関して対称となっている。そして、光入射列３１は、その中心が集光レンズ１９の光入射面１９ａの中心部上に位置しており、当該光入射列３１の中心に関して、光入射列並列方向および光入射列並列方向に垂直な方向に対称な形状である。
【００３１】
光ファイバ１４は、円筒状のコア部分と、当該コア部分の周面に設けられたクラッド部分とを有するものであり、光入射面を構成する一端面１４ａにおいては、コア部分によって円形状の有効取り込み領域が形成されている。
光ファイバ１４としては、例えば石英ファイバなどが用いられる。
図の例においては、光ファイバ１４の光入射面とされる一端面側の端部には、光ファイバ１４の外径に適合した内径を有する円筒状の光ファイバ保持部材１５が装着されている。
【００３２】
以上の半導体レーザ装置１０においては、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆからのレーザ光は、コリメート部材（遅軸用コリメートレンズ１７ａおよび速軸用コリメートレンズ１７ｂ）によってコリメートされる。その後、このコリメート部材によってコリメートされたレーザ光は、折り返しミラー１８によって集光レンズ１９に向かって反射される。そして、折り返しミラー１８によって反射されたレーザ光が集光レンズ１９によって集光されて、光ファイバ１４における光入射面を構成する一端面１４ａに入射する。このようにして、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆからのレーザ光が、光ファイバ１４の光入射面における有効取り込み領域に入射し、この光ファイバ１４によって導光されて光出射面を構成する他端面１４ｂから外部に出射され、例えばプロジェクター装置の光源光として利用される。
【００３３】
而して、半導体レーザ装置１０においては、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆが、ヒートシンク２０の階段状設置面２７，２８において、速軸方向に階段状に積層配置されている。そのため、互いに隣接する半導体レーザアレイが大きく離間した状態とされていることから、高い排熱性が得られる。その結果、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆの各々に高い信頼性および高い出力が得られる。
また、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆからのレーザ光は、集光レンズ１９の円形状の光入射面１９ａにおいて、集光レンズ入射光路長が長いものほど光入射面１９ａの中心部に接近した位置に入射して光入射列３１を形成する。すなわち、より遅軸方向光線幅の大きいレーザ光が、集光レンズ１９の光入射面１９ａの中心部に接近し、より遅軸方向光線幅の小さいレーザ光が集光レンズ１９の光入射面１９ａの周縁部に接近するように並列に並んで投影されて光入射列３１を形成している。そして、光入射列３１は、その全体形状が、光入射面１９ａより小径の円形状に近似したものとなる。そのため、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆからのレーザ光をコリメート部材を介して集光レンズ１９の円形状の光入射面１９ａに高い効率で入射させることができる。また、この集光レンズ１９から出射されたレーザ光を高い効率で光ファイバ１４における円形状の有効取り込み領域に高い効率で入射させることができる。その結果、集光レンズ１９および光ファイバ１４の各々において蹴られ現象の発生が抑制され、よってファイバ結合効率が大きくなる。
従って、半導体レーザ装置１０によれば、高い光の出力が得られる。
【００３４】
また、半導体レーザ装置１０においては、光入射列３１が、集光レンズ１９の光入射面１９ａの中心部に関して、光入射並列方向および光入射列並列方向に垂直な方向に対称な形状であることから、光入射列３１の全体がより円形状に近似した形状となる。そのため、集光レンズ１９から出射されて光ファイバ１４における有効取り込み領域に入射するレーザ光が均一性を有するものとなる。その結果、光ファイバ１４の光出射面から出射されるレーザ光に高い均一性が得られる。
【００３５】
また、半導体レーザ装置１０においては、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆに共通のヒートシンク２０が用いられていることから、これらの複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆを冷却するための冷却機構を簡易な構成のものとすることができる。従って、半導体レーザ装置１０を簡易な構成のものとすることができる。
【００３６】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の半導体レーザ装置の構成の他の例の概要を示す説明図であり、図５は、図４の半導体レーザ装置を、当該図４における上方から示す説明用投影図である。
この半導体レーザ装置４０は、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆからのレーザ光が光ファイバ１４を介して外部に出射される構成を有するものである。
この半導体レーザ装置４０において、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆは、ヒートシンク５０の表面に、光出射面を構成する一面１２が同一方向（図４および図５における右方）を向くように配置されている。これらの複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆの各々と、ヒートシンク５０との間には、サブマウント部材（図示省略）が介在している。
また、半導体レーザ装置４０には、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆの各々に対応してコリメート部材（具体的には、遅軸用コリメートレンズアレイ１７ａおよび速軸用コリメートレンズアレイ１７ｂ）が設けられている。また、これらのコリメート部材によってコリメートされたレーザ光を集光するための集光レンズ１９が、半導体レーザアレイ１１ｄ〜１１ｆの光出射面に対向するように設けられている。また、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｃのコリメート部材の光出射前方（図４および図５における右方）には、これらの半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｃからのレーザ光（コリメート光）を屈曲させるための光屈曲機構が設けられている。この光屈曲機構は、第１の折り返しミラー４２と第２の折り返しミラー４３とよりなり、これらの第１の折り返しミラー４２および第２の折り返しミラー４３は、例えば三角プリズムよりなる。
また、この半導体レーザ装置４０において、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆ、コリメート部材（遅軸用コリメートレンズアレイ１７ａおよび速軸用コリメートレンズアレイ１７ｂ）、光ファイバ１４および集光レンズ１９は、図１の半導体レーザ装置１０と同様である。
また、ヒートシンク５０は、１つの階段状設置面５６を有しており、この階段状設置面５６における素子設置面の各々が２個の半導体レーザアレイを配置することのできる大きさとされていること以外は、図１の半導体レーザ装置１０のヒートシンク２０と同様の構成を有するものである。
図４および図５において、Ｌａ〜Ｌｆは、各々、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆからのレーザ光の光路を示す。また、図５においては、半導体レーザアレイ１１ｃからのレーザ光の光路のみを示す。
【００３７】
このヒートシンク５０は、外観形状が略四角錐台状であって、４つの側面のうちの１つの側面５２が、上面５１ａから下面５１ｂに向かって対向する側面５７から離間する方向に、階段状に傾斜しており、他の４つの側面が上面５１ａおよび下面５１ｂに垂直なものである。そして、ヒートシンク５０の上面５１ａおよび側面５２により、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆを配置するための階段状設置面５６が構成されている。
この図の例において、側面５２は、３つのステップ面５２ａ〜５２ｃを有する３段の階段形状を有しており、これらの３つのステップ面５２ａ〜５２ｃは、各々、矩形状であって上面５１ａおよび下面５１ｂに平行である。
【００３８】
階段状設置面５６を構成する上面５１ａおよびステップ面５２ａ，５２ｂは、２個の半導体レーザアレイを配置することのできる大きさである。また、排熱性の観点からは、２個の半導体レーザアレイの下面（図１における下面）の全域を接触させることができると共に、当該２個の半導体レーザアレイを十分に離間した状態とすることのできるような大きさであることが好ましい。ここに、２個の半導体レーザアレイの間の離間距離は、例えば２ｍｍである。
【００３９】
ヒートシンク５０においては、階段状設置面５６を構成する上面５１ａおよびステップ面５２ａ，５２ｂの各々によって素子設置面が構成されている。これらの複数の素子設置面には、各々、２個の半導体レーザアレイが配置されている。そして、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｃは、ヒートシンク５０の一方側（図５における下方側）において、速軸方向に階段状に並ぶように積層配置されている。また、半導体レーザアレイ１１ｄ〜１１ｆは、ヒートシンク５０の他方側（図５における上方側）において、速軸方向に階段状に並ぶように積層配置されている。
また、各素子設置面において、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆは、光出射面を構成する一面１２が、上面５１ａにおける側面５２との境界に係る外縁５３、またはステップ面における一段下のステップ面との境界に係る外縁５４ａ，５４ｂに沿って伸びるように位置されている。
この図の例において、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆは、各々、光出射面を構成する一面１２が、上面５１ａの外縁５３またはステップ面５２ａ，５２ｂの外縁５４ａ，５４ｂ上に位置するように配置されている。また、各半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆに対応するコリメート部材は、対応する半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆが配置されている上面５１ａまたはステップ面よりも１段下のステップ面の上方に配置されている。
【００４０】
光屈曲機構は、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｃからのレーザ光がコリメート部材を介して入射されると共に、当該光屈曲機構から出射されたレーザ光が集光レンズ１９に入射され、かつ半導体レーザアレイ１１ｄ〜１１ｆからのレーザ光が入射されることのないように位置されている。
この光屈曲機構において、第１の折り返しミラー４２と第２の折り返しミラー４３とは、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｃからのレーザ光が、第１の折り返しミラー４２および第２の折り返しミラー４３をこの順に経ることによって集光レンズ１９に入射されるように配置されている。すなわち、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｃからのレーザ光は、先ず、第１の折り返しミラー４２に入射して屈曲されて出射された後、第２の折り返しミラー４３に入射し、この第２の折り返しミラー４３によって屈曲されて出射されて集光レンズ１９に入射することとなる。
【００４１】
このように、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｃおよび半導体レーザアレイ１１ｄ〜１１ｆを階段状に積層配置すると共に、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｃからのレーザ光の光路を光屈曲機構によって屈曲したものとすることにより、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆからのレーザ光の集光レンズ入射光路長、および集光レンズ１９の光入射面１９ａにおける入射位置が制御されている。
【００４２】
具体的には、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｃをヒートシンク５０の階段状設置面５６における素子設置面の各々に配置すると共に、レーザ光の光路を光屈曲機構によって屈曲することにより、半導体レーザアレイ１１ａからのレーザ光、半導体レーザアレイ１１ｂからのレーザ光および半導体レーザアレイ１１ｃからのレーザ光は、この順に集光レンズ入射光路長が長くなっている。また、半導体レーザアレイ１１ｄ〜１１ｆをヒートシンク５０の階段状設置面５６における素子設置面の各々に配置することにより、半導体レーザアレイ１１ｄからのレーザ光、半導体レーザアレイ１１ｅからのレーザ光および半導体レーザアレイ１１ｆからのレーザ光は、この順に集光レンズ入射光路長がより長くなっている。而して、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆからのレーザ光は、集光レンズ入射光路長が相対的に異なる状態とされており、半導体レーザアレイ１１ａからのレーザ光が最も長い集光レンズ入射光路長を有している。
そして、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｃからのレーザ光は、集光レンズ１９の光入射面１９ａに形成される光入射列おいて、半導体レーザアレイ１１ａからのレーザ光、半導体レーザアレイ１１ｂからのレーザ光および半導体レーザアレイ１１ｃからのレーザ光の順により中心側に入射している。すなわち、最も長い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイ１１ａからのレーザ光は、集光レンズ１９の光入射面１９ａの中心部に最も接近した中心近傍位置に入射し、一方、最も短い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイ１１ｃからのレーザ光は、集光レンズ１９の光入射面１９ａの中心部から最も離間した周縁側位置に入射している。また、半導体レーザアレイ１１ｄ〜１１ｆからのレーザ光は、集光レンズ１９の光入射面１９ａに形成される光入射列において、半導体レーザアレイ１１ｄからのレーザ光、半導体レーザアレイ１１ｅからのレーザ光および半導体レーザアレイ１１ｆからのレーザ光の順により中心側に入射している。すなわち、最も長い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイ１１ｄからのレーザ光は、集光レンズ１９の光入射面１９ａの中心部に最も接近した中心近傍位置に入射し、一方、最も短い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイ１１ｆからのレーザ光は、集光レンズ１９の光入射面１９ａの中心部から最も離間した周縁側位置に入射している。而して、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆからのレーザ光のうちの、最も長い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイ１１ａからのレーザ光は、半導体レーザアレイ１１ｂ，１１ｃ，１１ｅ，１１ｆからのレーザ光に比して、集光レンズ１９における光入射列の中心側に入射している。
この図の例において、同一の素子設置面に配置されたレーザアレイからのレーザ光は、集光レンズ１９の光入射面１９ａにおける入射位置が、当該光入射面の中心に関して対称となっている。そして、光入射面１９ａに形成される光入射列は、その中心が集光レンズ１９の光入射面１９ａの中心部上に位置しており、当該光入射列の中心に関して、光入射列並列方向に垂直な方向に対称な形状である。
【００４３】
以上の半導体レーザ装置４０においては、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆからのレーザ光は、コリメート部材（遅軸用コリメートレンズ１７ａおよび速軸用コリメートレンズ１７ｂ）によってコリメートされる。その後、このコリメート部材によってコリメートされた半導体レーザアレイ１１ｄ〜１１ｆからのレーザ光は、集光レンズ１９に向かう。一方、コリメート部材によってコリメートされた半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｃからのレーザ光は、光屈曲機構によって集光レンズ１９に向かうように屈曲される。そして、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆからのレーザ光（コリメート光）が集光レンズ１９によって集光されて、光ファイバ１４における光入射面を構成する一端面１４ａに入射する。このようにして、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆからのレーザ光が、光ファイバ１４の光入射面における有効取り込み領域に入射し、この光ファイバ１４によって導光されて光出射面を構成する他端面１４ｂから外部に出射され、例えばプロジェクター装置の光源光として利用される。
【００４４】
而して、この半導体レーザ装置４０においては、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｃおよび半導体レーザアレイ１１ｄ〜１１ｆが、ヒートシンク５０の階段状設置面５６において、それぞれ速軸方向に階段状に積層配置されている。そのため、互いに隣接する半導体レーザアレイが大きく離間した状態とされていることから、高い排熱性が得られる。その結果、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆの各々に高い信頼性および高い出力が得られる。
また、集光レンズ１９の円形状の光入射面１９ａにおいては、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｃからのレーザ光が集光レンズ入射光路長が長いものほど光入射面１９ａの中心部に接近した位置に入射している。また、半導体レーザアレイ１１ｄ〜１１ｆからのレーザ光が集光レンズ入射光路長が長いものほど光入射面１９ａの中心部に接近した位置に入射することによって光入射列を形成している。すなわち、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｃからのレーザ光、および半導体レーザアレイ１１ｄ〜１１ｆにおいて、各々、より遅軸方向光線幅の大きいレーザ光が、集光レンズ１９の光入射面１９ａの中心部に接近し、より遅軸方向光線幅の小さいレーザ光が集光レンズ１９の光入射面１９ａの周縁部に接近するように並列に並んで投影されて光入射列を形成している。そして、光入射列は、その全体形状が、光入射面１９ａより小径の円形状に近似したものとなる。そのため、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆからのレーザ光をコリメート部材を介して集光レンズ１９の円形状の光入射面１９ａに高い効率で入射させることができる。また、この集光レンズから出射されたレーザ光を高い効率で光ファイバ１４における円形状の有効取り込み領域に高い効率で入射させることができる。その結果、集光レンズ１９および光ファイバ１４の各々において蹴られ現象の発生が抑制され、よってファイバ結合効率が大きくなる。
従って、半導体レーザ装置４０によれば、高い光の出力が得られる。
【００４５】
また、半導体レーザ装置４０においては、集光レンズ１９の光入射面１９ａに形成される光入射列が、当該光入射列の中心に関して、光入射並列方向に対称であって光入射列並列方向に垂直な方向に略対称な形状であることから、光入射列の全体がより円形状に近似した形状となる。そのため、集光レンズ１９から出射されて光ファイバ１４における有効取り込み領域に入射するレーザ光が均一性を有するものとなる。その結果、光ファイバ１４の光出射面から出射されるレーザ光に高い均一性が得られる。
【００４６】
また、半導体レーザ装置４０においては、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆに共通のヒートシンク５０が用いられていることから、これらの複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆを冷却するための冷却機構を簡易な構成のものとすることができる。従って、半導体レーザ装置４０を簡易な構成のものとすることができる。
【００４７】
（第３の実施形態）
図６は、本発明の半導体レーザ装置の構成の更に他の例の概要を示す説明図である。
この半導体レーザ装置６０は、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆからのレーザ光が光ファイバ１４を介して外部に出射される構成を有するものである。
この半導体レーザ装置６０において、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆは、光出射面を構成する一面１２が同一方向（図６における右方）を向くように配置されている。また、これらの複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆは、２つのヒートシンク５０，５０の表面上において、当該ヒートシンク５０，５０との間にサブマウント部材を介在した状態で配置されており、この２つのヒートシンク５０，５０は、階段状設置面５６，５６を構成する素子設置面が対向するように配置されている。
また、半導体レーザ装置６０には、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆの各々に対応してコリメート部材（具体的には、遅軸用コリメートレンズアレイ１７ａおよび速軸用コリメートレンズアレイ１７ｂ）が設けられている。また、これらのコリメート部材によってコリメートされたレーザ光を集光するための集光レンズ１９が、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆの光出射面に対向するように設けられている。
また、この半導体レーザ装置６０において、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆ、コリメート部材（遅軸用コリメートレンズアレイ１７ａおよび速軸用コリメートレンズアレイ１７ｂ）、光ファイバ１４および集光レンズ１９は、図１の半導体レーザ装置１０と、図４および図５の半導体レーザ装置４０と同様である。
【００４８】
２つのヒートシンク５０，５０は、各々、階段状設置面５６における素子設置面の各々が１個の半導体レーザアレイを配置することのできる大きさとされていること以外は、図４および図５の半導体レーザ装置４０のヒートシンク５０と同様の構成を有するものである。
この２つのヒートシンク５０，５０は、同一構造を有しており、階段状設置面５６，５６が互いに対向すると共に、この階段状設置面５６，５６を構成する各素子設置面が対向するよう、集光レンズ１９の光軸に関して鏡面対称に配置されている。
【００４９】
２つのヒートシンク５０，５０においては、各々、階段状設置面５６を構成する素子設置面の各々に、１個の半導体レーザアレイが配置されている。そして、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｃは、一方（図６において下方）のヒートシンク５０において、速軸方向に階段状に並ぶように積層配置されている。また、半導体レーザアレイ１１ｄ〜１１ｆは、他方（図６における上方）のヒートシンク５０において、速軸方向に階段状に並ぶように積層配置されている。このようにして、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆは、集光レンズ１９の光軸に関して鏡面対称となるように速軸方向にＶ字状に積層配置されている。
また、各素子設置面において、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆは、光出射面を構成する一面１２が、上面５１ａにおける側面５２との境界に係る外縁５３、またはステップ面における一段下のステップ面との境界に係る外縁５４ａ，５４ｂに沿って伸びるように位置されている。
この図の例において、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆは、各々、光出射面を構成する一面１２が、上面５１ａの外縁５３上、またはステップ面５２ａ，５２ｂの外縁５４ａ，５４ｂ上に位置するように配置されている。また、各半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆに対応するコリメート部材は、対応する半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆが配置されている上面５１ａまたはステップ面よりも１段下のステップ面の上方に配置されている。
【００５０】
２つのヒートシンク５０，５０においては、各々、階段状設置面５６を構成する上面５１ａおよびステップ面５２ａ，５２ｂは、図１の半導体レーザ装置１０における素子設置面と同様に、排熱性の観点から、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆの下面（図１における下面）の全域を接触させることのできるような大きさであることが好ましい。
【００５１】
このように、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆを集光レンズ１９の光軸に関して鏡面対称となるように速軸方向にＶ字状に積層配置することにより、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆからのレーザ光の集光レンズ入射光路長、および集光レンズ１９の光入射面１９ａにおける光入射位置が制御されている。
具体的には、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｃが一方のヒートシンク５０の階段状設置面５６における素子設置面の各々に配置されることにより、半導体レーザアレイ１１ａからのレーザ光、半導体レーザアレイ１１ｂからのレーザ光および半導体レーザアレイ１１ｃからのレーザ光の順に集光レンズ入射光路長が長くなっている。また、半導体レーザアレイ１１ｄ〜１１ｆが他方のヒートシンク５０の階段状設置面５６における素子設置面の各々に配置されることにより、半導体レーザアレイ１１ｄからのレーザ光、半導体レーザアレイ１１ｅからのレーザ光および半導体レーザアレイ１１ｆからのレーザ光の順に集光レンズ入射光路長が長くなっている。而して、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｃからのレーザ光、および半導体レーザアレイ１１ｄ〜１１ｆからのレーザ光は、各々、集光レンズ入射光路長が相対的に異なる状態とされている。
そして、半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｃからのレーザ光は、集光レンズ１９の光入射面１９ａにおいて、半導体レーザアレイ１１ａ、半導体レーザアレイ１１ｂおよび半導体レーザアレイ１１ｃの順により中心側に入射している。すなわち、集光レンズ入射光路長の最も長い半導体レーザアレイ１１ａからのレーザ光は、集光レンズ１９の光入射面１９ａにおける最も中心部の近傍位置に入射し、一方、集光レンズ入射光路長の最も短い半導体レーザアレイ１１ｃからのレーザ光は、最も中心部から離間した周縁側位置に入射している。また、半導体レーザアレイ１１ｄ〜１１ｆからのレーザ光は、集光レンズ１９の光入射面１９ａにおいて、半導体レーザアレイ１１ｄ、半導体レーザアレイ１１ｅおよび半導体レーザアレイ１１ｆの順により中心側に入射している。すなわち、集光レンズ入射光路長の最も長い半導体レーザアレイ１１ｄからのレーザ光は、集光レンズ１９の光入射面１９ａにおける最も中心部の近傍位置に入射し、一方、集光レンズ入射光路長の最も短い半導体レーザアレイ１１ｆからのレーザ光は、最も中心部から離間した周縁側位置に入射している。
この図の例において、対向配置された半導体レーザアレイからのレーザ光は、集光レンズ入射光路長が同一である。すなわち、半導体レーザアレイ１１ａに係る集光レンズ入射光路長と半導体レーザアレイ１１ｄに係る集光レンズ入射光路長とは同一であり、半導体レーザアレイ１１ｂに係る集光レンズ入射光路長と半導体レーザアレイ１１ｅに係る集光レンズ入射光路長とは同一である。また、半導体レーザアレイ１１ｃに係る集光レンズ入射光路長と半導体レーザアレイ１１ｆに係る集光レンズ入射光路長とは同一である。
また、対向配置された半導体レーザアレイからのレーザ光は、集光レンズ１９の光入射面１９ａにおける入射位置が、当該光入射面１９ａの中心に関して対称となっている。そして、光入射面１９ａに形成される光入射列は、その中心が集光レンズ１９の光入射面１９ａの中心部上に位置しており、当該光入射列の中心に関して、光入射列並列方向および光入射列並列方向に垂直な方向に対称な形状である。
【００５２】
以上の半導体レーザ装置６０においては、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆからのレーザ光は、コリメート部材（遅軸用コリメートレンズ１７ａおよび速軸用コリメートレンズ１７ｂ）によってコリメートされる。その後、このコリメート部材によってコリメートされたレーザ光は、集光レンズ１９によって集光されて、光ファイバ１４における光入射面を構成する一端面１４ａに入射する。このようにして、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆからのレーザ光が、光ファイバ１４の光入射面における有効取り込み領域に入射し、この光ファイバ１４によって導光されて光出射面を構成する他端面１４ｂから外部に出射され、例えばプロジェクター装置の光源光として利用される。
【００５３】
而して、この半導体レーザ装置６０においては、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆが、２つのヒートシンク５０，５０の階段状設置面５６，５６において、速軸方向にＶ字状に積層配置されており、よって互いに隣接する半導体レーザアレイが大きく離間した状態とされているため、高い排熱性が得られる。その結果、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆの各々に高い信頼性および高い出力が得られる。
また、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆからのレーザ光は、集光レンズ１９の円形状の光入射面１９ａにおいて、集光レンズ入射光路長が長いものほど光入射面１９ａの中心部に接近した位置に入射して光入射列を形成する。すなわち、より遅軸方向光線幅の大きいレーザ光が、集光レンズ１９の光入射面１９ａの中心部に接近し、より遅軸方向光線幅の小さいレーザ光が集光レンズ１９の光入射面１９ａの周縁部に接近するように並列に並んで投影されて光入射列を形成している。そして、光入射列は、その全体形状が、光入射面１９ａより小径の円形状に近似したものとなる。そのため、複数の半導体レーザアレイ１１ａ〜１１ｆからのレーザ光をコリメート部材を介して集光レンズ１９の円形状の光入射面１９ａに高い効率で入射させることができる。また、この集光レンズ１９から出射されたレーザ光を高い効率で光ファイバ１４における円形状の有効取り込み領域に高い効率で入射させることができる。その結果、集光レンズ１９および光ファイバ１４の各々において蹴られ現象の発生が抑制され、よってファイバ結合効率が大きくなる。
従って、半導体レーザ装置６０によれば、高い光の出力が得られる。
【００５４】
また、半導体レーザ装置６０においては、集光レンズ１９の光入射面１９ａに形成される光入射列が、当該光入射列の中心に関して光入射領域が並ぶ方向および光入射領域が並ぶ方向に垂直な方向に対称な形状であることから、光入射列の全体がより円形状に近似した形状となる。そのため、集光レンズ１９から出射されて光ファイバ１４における有効取り込み領域に入射するレーザ光が均一性を有するものとなる。その結果、光ファイバ１４の光出射面から出射されるレーザ光に高い均一性が得られる。
【００５５】
本発明の半導体レーザ装置は、上記の実施の形態に限定されず、複数の半導体レーザアレイは、そのうちの少なくとも１個の半導体レーザアレイからのレーザ光の集光レンズ入射光路長が相対的に異なっており、最も長い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイからのレーザ光が、集光レンズの光入射面において形成される光入射列の最外側以外の位置に入射される構成のものであればよい。
例えば、第１の実施形態および第３の実施形態においては、最も長い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイからのレーザ光が、集光レンズにおける光入射列の最外側以外の位置に入射されていればよい。よって、その他の半導体レーザアレイからのレーザ光が当該光入射列のいずれの位置に入射されていてもよい。
また、第２の実施形態においては、最も長い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイからのレーザ光が、他の半導体レーザアレイのうちの少なくとも１個の半導体レーザアレイからのレーザ光に比して、集光レンズにおける光入射列の中央側の位置に入射されていればよい。よって、最も長い集光レンズ入射光路長に係る半導体レーザアレイからのレーザ光に比して、集光レンズにおける光入射列の中央側の位置に入射されるレーザ光があってもよい。
更に、半導体レーザ装置は、第１の実施形態、第２の実施形態および第３の実施形態に限定されず、集光レンズの光入射面に形成される光入射列、あるいは複数の半導体レーザアレイからのレーザ光の集光レンズ入射光路長が、従来公知の種々光学部材によって制御されてなる構成を有するものであってもよい。
【００５６】
以下、本発明の作用効果を確認するために行った実験例について説明する。
【００５７】
〔実験例１〕
先ず、図１の構成に基づいて、ヒートシンクの表面に対向するように形成された２つの階段状設置面における素子設置面の各々に、同一の規格を有する８個の半導体レーザアレイが配置されてなる構成の半導体レーザ装置（以下、「半導体レーザ装置（１）」ともいう。）を作製した。
半導体レーザ装置（１）において、２つの階段状設置面の各々には４個の半導体レーザアレイを等間隔で配置した。これらの４個の半導体レーザアレイの配置間隔は、半導体レーザアレイの光軸方向の間隔が１５ｍｍであって、当該光軸に垂直な方向の間隔が１ｍｍである。また、最も短い集光レンズ入射光路長は１５０ｍｍである。
８個の半導体レーザアレイは、半導体レーザアレイ長さ（複数の発光部が並ぶ方向の長さ）が４ｍｍのものである。集光レンズは、焦点距離が２０ｍｍのものである。光ファイバは、コア径が０．８ｍｍであって開口数（ＮＡ）が０．２２のものである。
また、この半導体レーザ装置（１）において、コリメート部材から出射されるレーザ光は、波長６４０ｎｍであり、またその光線サイズは、速軸方向の長さ（速軸方向の光線幅）が０．８ｍｍであって遅軸方向の長さ（遅軸方向の光線幅）が４ｍｍであり、速軸方向の発散角半値幅が２ｍｒａｄであって遅軸方向の発散角半値幅が５０ｍｒａｄである。
【００５８】
この半導体レーザ装置（１）について、ファイバ結合効率を確認したところ、９８％であった。
【００５９】
次いで、図８の構成に基づいて、同一の規格を有する８個の半導体レーザアレイが、ヒートシンクの表面に形成された階段状設置面における素子設置面の各々に配置されてなる構成の半導体レーザ装置（以下、「比較用半導体レーザ装置（１）」ともいう。）を作製した。
比較用半導体レーザ装置（１）は、ヒートシンクが１つの階段状設置面を有するものであり、この１つの階段状設置面における素子設置面の各々に８個の半導体レーザアレイが積層配置されていること以外は、半導体レーザ装置（１）と同様の構成を有するものである。
この比較用半導体レーザ装置（１）について、ファイバ結合効率を確認したところ、９２％であった。
【符号の説明】
【００６０】
１０    半導体レーザ装置
１１，１１ａ〜１１ｆ    半導体レーザアレイ
１２    一面
１３    発光部
１３ａ    中心部
１３ｂ    端部
１４    光ファイバ
１４ａ    一端面
１４ｂ    他端面
１５    光ファイバ保持部材
１６    コリメートレンズアレイ
１６ａ    レンズセル
１７ａ    遅軸用コリメートレンズアレイ
１７ｂ    速軸用コリメートレンズアレイ
１８    折り返しミラー
１９    集光レンズ
１９ａ    光入射面
２０    ヒートシンク
２１    溝
２１ａ，２１ｂ    周縁面
２２ａ，２２ｂ    外縁
２３    側面
２３ａ，２３ｂ    ステップ面
２４    側面
２４ａ，２４ｂ    ステップ面
２５ａ〜２５ｃ    外縁
２６    底面
２７    第１階段状設置面
２８    第２階段状設置面
３１    光入射列
３１ａ〜３１ｆ    光入射領域
４０    半導体レーザ装置
４２    第１の折り返しミラー
４３    第２の折り返しミラー
５０    ヒートシンク
５１ａ    上面
５１ｂ    下面
５２    側面
５２ａ〜５２ｃ    ステップ面
５３，５４ａ，５４ｂ    外縁
５６    階段状設置面
５７    側面
６０    半導体レーザ装置
８０    ヒートシンク
【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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