(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を放射する窓構造を具備した収納容器に半導体レーザを収納した半導体レーザ装置において、前記収納容器の前記窓構造とは反対側の半導体レーザ素子端面から放射するレーザ光を反射する反射部材を、前記半導体レーザに対して前記窓構造とは反対側に設け、前記反射部材で反射したレーザ光が前記窓構造を透過して前記収納容器の外部に出射する構成にすると共に、前記半導体レーザの発振波長を１．４μｍないし１．６μｍで構成したことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記反射部材は、レーザ光が反射する際に、前記レーザ光の空間的コヒーレンシーが低下する構造であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は半導体レーザ装置に関し、更に詳しくはレーザ光の空間的コヒーレンシーを低下させる手段を有する半導体レーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体レーザ装置について図４を参照して、また、レーザの空間的コヒーレンシーと眼に対する影響について図５ないし図７を参照して説明する。
【０００３】
まず、従来の半導体レーザ装置２００の構成は図４に示すように半導体レーザ素子１が装着台２に電極の片面を接して固着され、また装着台２はケース基台５に、半導体レーザ素子１がケースの略中央部に位置するように固定されている。電極８Ａは絶縁体９を介して、また電極８Ｂは直接ケース基台５に挿着されていて半導体レーザ素子１にリード線１０Ａ、１０Ｂを介して電気を供給している。また、キャップ６が半導体レーザ素子１等を封入する為、ケース基台５に固着されている。更に、キャップ６の中心にはレーザ光Ｌの出射窓としてレーザ光Ｌを透過する封止部材３が設けられている。
【０００４】
上述した半導体レーザ装置２００のリード線１０Ａ、１０Ｂに電圧を印加することにより半導体レーザ素子１の活性層端面から空間的コヒーレンシーの高いレーザ光Ｌを放射することになる。
【０００５】
つぎに、本発明に係わる、レーザの空間的コヒーレンシーについて図５および図６を参照して説明する。空間的コヒーレンシーは時間的なコヒーレンシーと共に可干渉性を決めており、光源から等距離にある２つの光線の重ね合わせにより干渉縞の現れる程度を示す量として定義されている。この量は光の指向性、つまりレンズを用いたときの放射光の広がりと集光性に関連している。
【０００６】
まず、図５を参照して光の指向性と空間的コヒーレンシーについて説明する。図５（ａ）は空間的コヒーレンシーの悪い、広がりを持つ光源について示していて、光源の大きさをｄ、レンズ４０の焦点距離をｆとすると、レンズ４０から出る光線は幾何学的に半角でθｇ＝ｄ／ｆとなり、θｇで示される広がりを持つことになる。例えばｄ＝１ｍｍ、ｆ＝１０ｍｍとしたときθｇ＝０．１ｒａｄとなる。この他にレンズ口径が有限である為、回折効果による広がりを生じるが、この量は一般的にθｇに較べて極めて小さい値である。従って、図５（ａ）に示す広がりを持った光源の指向性を良くするためにはｄを小さくする必要があり、ｄが大きい場合には集束性の悪い光束しか得られないことになる。
【０００７】
また、図５（ｂ）は光源をレーザ光とした場合であって、そのスポットサイズをω０  、発振波長をλとしたとき、放射光の広がりはθＬ  ＝ｄ／ｆ＝ω０  ／ｆより、例えばω０  ＝１０μｍ、ｆ＝１０ｍｍのときθＬ  ＝１０−３ｒａｄ程度となり、前述した一般の光源に較べてその広がり角は極めて小さい。即ちレーザ光の空間的コヒーレンシーは一般の光源に比較して極めて高いと言うことができる。
【０００８】
つぎに、図６を参照して光の集光性と空間的コヒーレンシーについて説明する。図６（ａ）は空間的コヒーレンシーの悪い、広がりを持つ光源の場合であって、点Ｐ１に光源を置き、レンズ４０で点Ｑ１に結像した場合、像も広がりを持った大きなものとなる。このとき、空間を伝播する光の波面は様々な曲率の球面波で構成されていて、空間的コヒーレンシーと波面を構成する球面波の純粋性とは強い相関がある。
【０００９】
また、図６（ｂ）は半導体レーザの様に空間的コヒーレンシーの高い光源を用いた場合であって、点Ｐ１の微小な点から高出力で光が放射されている。この光をレンズ４０で点Ｑ１に結像した場合、像の大きさは小さく、光パワー密度は極めて高い光点となる。このとき、空間を伝播する光の波面は略同一の球面波で構成されていて、広がりを持つ光源とは逆に点光源からの光の空間的コヒーレンシーは高いと言うことができる。
【００１０】
以上説明したように半導体レーザは、その発光面積は非常に小さく、空間的コヒーレンシーが高いので、遠距離への光空間伝送を行う場合の光源として本質的に必要な要素を有するものである。しかし一方ではそのコヒーレンシーの高さの故に人体に対する影響、即ち眼に対する安全性から、レーザの単位面積当たりのパワー密度が制限されていて、特に可視光帯域では眼球の透過性と吸収性の高さから、その値は極めて小さい値となっている。
【００１１】
つぎに図７を参照して光の波長と眼に対する影響について説明する。
同図は角膜から入った光の眼底までの透過率と眼底での吸収率の波長との関係を示していて、両者とも角膜上を１００％としている。図７より紫外線または１４００ｎｍよりも長波超の遠赤外線では、光は眼底に到達するまでに吸収されて殆ど眼底まで到達しない。一方、可視光および近赤外線の略４００ｎｍ〜１２００ｎｍに対して角膜および水晶体は透明であり、水晶体の集光作用によって眼底では単位面積当たりの光強度は、極めて大きなものとなる。また、眼底での光の吸収率は青色光では大きいが、波長が長くなるに従って減少し、長い波長の光が眼底に達してもエネルギーの絶対吸収量は極めて小さくなることが分かる。
【００１２】
従って、このような観点から眼に対する安全性を考慮して、レーザの波長に対する許容パワー密度が規定されている。例えば、波長１４００ｎｍ〜１６００ｎｍの半導体レーザの最大許容露光量は、長時間の露光状態において１００ｍＷ／ｃｍ２  であり、従来一般に用いられている波長７８０ｎｍ〜８３０ｎｍの０．３２ｍＷ／ｃｍ２  に比して極めて大きな値となっている。
【００１３】
他方、比較的距離の短い屋内での光空間伝送では、光源に要求される性質上、レーザの替わりに発光面積の大きな発光ダイオードが広く用いられてきた。しかしながら、発光ダイオードはその特性上、大出力と高速応答が両立しないという問題があった。例えば、高精細度の画像伝送においては、送信情報量が多くなり、変調周波数も高くなる為、発光ダイオードによる送信は困難であった。
【００１４】
従って、現状においては、眼に光が触れる可能性のある状況においては発光ダイオードを使わざるをえないにも係わらず、発光ダイオードの低い変調可能周波数、および低い出力の為、光空間伝送に用いる光源の選択範囲が極めて限定されていた。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は半導体レーザが有する超高速変調特性を備え、眼に対して悪影響を与える程の高い空間的コヒーレンシーは持たず、比較的距離が短く高速、大容量の空間伝送に用いて最適である光源を提供しようとするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明はこれらの問題点を解決する為に案出されたものであって、半導体レーザの発振波長を１．４μｍないし１．６μｍにすると共に、前記半導体レーザを収納する容器に、レーザ光の空間的コヒーレンシーを低下させる封止部材を設け、この封止部材にレーザ光を透過、または反射させることにより任意に設計された低い値の空間的コヒーレンシーを有する光を発生する光源を形成する。
【００１７】
前記封止部材をシリコン板、或いはホログラムで構成する。
【００１８】
また、収納容器の窓構造とは反対側の半導体レーザ端面から放射するレーザ光を反射する反射部材を、前記半導体レーザを介して前記窓構造とは反対側に設け、前記反射部材で反射したレーザ光と直接光とが前記収納容器の外部に出射する構成にする。
【００２０】
【作用】
レーザ光とレーザ光の空間的コヒーレンシーを低下させる封止部材との相互作用により、超高速変調特性を有し、一方では眼に対して害を与えることはないが近距離の光空間伝送装置の光源としては十分な空間的コヒーレンシーを有する光を発生することができる。
【００２１】
【実施例】
本発明による空間的コヒーレンシーを低下させた光を生成する半導体レーザ装置について図１ないし図３を参照して説明する。
【００２２】
実施例１
まず、第一の実施例である半導体レーザ装置１００について図１を参照して説明する。尚、半導体レーザは前述したように、その発振波長が１．４μｍないし１．６μｍであって眼に対して安全性の高いものを用いることとする。
【００２３】
前記半導体レーザ装置１００の構成は図１に示すように半導体レーザ素子１が装着台２Ａに電極の片面を接して固着され、更に前記装着台２Ａはケース基台５に半導体レーザ素子１がケースの略中央部に位置するように固定されている。電極８Ａは絶縁体９を介して、また電極８Ｂは直接ケース基台５に挿着されていて半導体レーザ素子１にリード線１０Ａ、１０Ｂを介して電気を供給している。更に、キャップ６がケース基台５に固着されていて半導体レーザ素子１等を封入している。また、キャップ６の中心にはレーザ光Ｌの出射窓として赤外光に透明な封止部材３Ａが設けられている。
【００２４】
ここで本発明の特徴を形成する前記封止部材３Ａについて述べる。封止部材３Ａは少なくとも前記発振波長が１．４μｍないし１．６μｍの赤外線を透過する部材で構成され、その片面または両面は光を散乱する散乱面４が形成されていて、前記封止部材３Ａを透過するレーザ光は空間的コヒーレンシーの低い光に変換されるものである。
【００２５】
前記封止部材３Ａとして、シリコン板は好適な材料の一つである。前記シリコン板は１μｍ以上の長波長の光を透過させると共に、エッチング技術を用いることで容易に最適な散乱面４を形成することができる。尚、空間的コヒーレンシーの低下の度合いは、光源の使用環境、眼に対する安全性等を勘案して決定され、それに応じて散乱面４を形成する。
【００２６】
また、前記封止部材３Ａをホログラム板で形成する方法もある。予めホログラム板には前記半導体レーザ素子１が発する赤外帯域のレーザ光が照射すると空間的コヒーレンシーの低下した赤外光が生成するパターンを作成しておくものである。前記ホログラム板の作成も空間的コヒーレンシーの低下の度合いを勘案して行われる。
【００２７】
実施例２
つぎに、第二の実施例である半導体レーザ装置１１０について図２を参照して説明する。
本実施例は封止部材３Ａとは反対側の半導体レーザ素子１の端面から放射するレーザ光も利用する点においてのみ実施例１とは異なるものであって、その他の構成と働きについては同一であり、その説明は省略する。
【００２８】
半導体レーザ素子１は収納容器の略中央部に封止部材３Ａとは反対側の面からの光も利用できるように空間を有して装着台２Ｂにより保持されている。正面から放射した光は実施例１で説明したように散乱面４を有する封止部材３Ａを通過して空間的コヒーレーンシーの低下したレーザ光Ｌとなって半導体レーザ装置１１０から射出する。更に、反対側の面からの光は、所定の位置に設けられた反射部材７によって反射し、この光も前記封止部材３Ａを通過して空間的コヒーレーンシーの低下したレーザ光Ｌとなって半導体レーザ装置１１０の外部に射出する。また、前記反射部材７の反射面には散乱面４を形成してもよい。
【００２９】
上述した構成により、レーザ光の空間的コヒーレーンシーの低下を図ることができると共に、発光の為のエネルギーが有効に利用することができる。
【００３０】
実施例３
つぎに、第三の実施例である半導体レーザ装置１２０について図３を参照して説明する。
本実施例は光源として発振波長が１．４μｍないし１．６μｍである小さな半導体レーザ素子１Ａを複数個用いたものであり、その他の構成と働きについては従来例と同一でありその説明は省略する。
【００３１】
図３に示すように装着基台２Ｃは複数個の半導体レーザ素子１Ａを固着する櫛歯状の部位を有していて、その部位に前記半導体レーザ素子１Ａのレーザ光放射方向を、封止部材３を透過して外部に射出するように揃えて固着する。
【００３２】
半導体レーザ素子１Ａは発光部が小さく、単体では空間的コヒーレンシーは高い。しかし、これらを複数個組合わせるとにより、ある広がりを有した面から放射しているレーザ素子として捕らえることができる。従って、これら複数の小さなレーザ素子を総合して単一のレーザ素子として見たときには、発光部が広く分散している為、空間的コヒーレンシーは低下したものと等価になる。また、各半導体レーザ素子１Ａの発振波長も全く同一にならない為、時間的なコヒーレンシーも低下し干渉縞の明暗比が低下することになる。
【００３３】
また、図３では全てのレーザ素子を電極８Ａを介して一緒に駆動しているが、レーザ素子単体での寄生容量は小さいので、各レーザ素子毎に駆動回路を設けて発光させることにより、より高い周波数までの変調が可能な光源とすることができる。
【００３４】
更に、封止部材３を実施例１で説明した光散乱機能を持たせたシリコン板、或いはホログラム板で構成しても良い。
【００３５】
尚、半導体レーザ素子１Ａの配置としては線状と平面状とが考えられるが、より好ましくは平面状に配置するほうが良い。また、個別のレーザ素子に替わって、一つのチップに複数個のレーザ素子を完全に分離して作成したものであっても良い。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば半導体レーザの超高速変調特性を有し、一方では眼に対して悪影響を与える程の集光性はないが、比較的距離が短い光空間伝送に用いて十分な空間的コヒーレンシーを有する光を発生する光源を提供するものであり、距離が短く大容量で周波数の高い光空間伝送に用いて効果が大きい。
【００３７】
波長１．４μｍ〜１．６μｍの光は、屋内で使われる蛍光灯の発光スペクトルから外れており簡単なフィルターで信号光と妨害光とを分離することができ、光でのＳ／Ｎの悪化を防止することができる。
【００３８】
半導体レーザと空間的コヒーレンシーを下げる手段が同一の収納容器に相対的位置関係が定められて固着されており、更に、収納容器から空間的コヒーレンシーの高いレーザ光が放出されることのない構造であるから、本発明による半導体レーザ装置を空間的コヒーレンシーの低い光源として単体で扱うことができると共に、眼に対する危険性を考慮する必要はない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による半導体レーザ装置の第一の実施例を示す概略断面図である。
【図２】本発明による半導体レーザ装置の第二の実施例を示す概略断面図である。
【図３】本発明による半導体レーザ装置の第三の実施例を示す概略断面図である。
【図４】従来の半導体レーザ装置を示す概略断面図である。
【図５】光源の空間的コヒーレンシーと指向性について説明するための図であって、（ａ）は空間的コヒーレンシーの低い光源の場合、（ｂ）は空間的コヒーレンシーの高い光源の場合を示す。
【図６】光源の空間的コヒーレンシーと集光性について説明するための図であって、（ａ）は空間的コヒーレンシーの低い光源の場合、（ｂ）は空間的コヒーレンシーの高い光源の場合を示す。
【図７】眼の角膜から入った光の眼底までの透過率と眼底での吸収率を示す図である。
【符号の説明】
１、１Ａ  半導体レーザ素子
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ  装着台
３、３Ａ  封止部材
４  散乱面
５  ケース基台
６  キャップ
７  反射部材
８Ａ、８Ｂ  電極
９  絶縁体
１０Ａ、１０Ｂ  リード線
【図１】
0003577773.tif 000002
【図２】
0003577773.tif 000003
【図３】
0003577773.tif 000004
【図４】
0003577773.tif 000005
【図５】
0003577773.tif 000006
【図６】
0003577773.tif 000007
【図７】
0003577773.tif 000008