(57)【要約】【課題】  十分なスペックルノイズの軽減を期待できる光源装置提供する。【解決手段】  基板１２と、基板１２上に載置されたサブマウント４０Ａ、Ｂ及びサブマウント４０Ａ、Ｂ上に載置された半導体レーザ素子３０を含むレーザ光源１００Ａ、Ｂと、を備え、複数のレーザ光源１００Ａ、Ｂが個々に独立して基板１２上に配置され、隣接して配置された同一波長帯の光を出射するレーザ光源１００Ａ、Ｂにおいて、個々のレーザ光源１００Ａ、Ｂの半導体レーザ素子３０及び基板１２の間の熱抵抗が異なる光源装置１を提供する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に載置されたサブマウント及び前記サブマウント上に載置された半導体レーザ素子を含むレーザ光源と、
を備え、
複数の前記レーザ光源が個々に独立して前記基板上に配置され、
隣接して配置された同一波長帯の光を出射する前記レーザ光源において、個々の前記レーザ光源の前記半導体レーザ素子及び前記基板の間の熱抵抗が異なることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
熱抵抗が異なる２種類以上の前記サブマウントが隣接して配置されたパターンが複数配置されたことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
熱抵抗が異なる２種類の前記サブマウントが交互に配置されたことを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
熱抵抗が異なる前記サブマウントにおいて、前記サブマウントの材質が異なることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の光源装置。
【請求項５】
熱抵抗が異なる前記サブマウントにおいて、前記サブマウントの厚さが異なることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の光源装置。
【請求項６】
熱抵抗が異なる前記サブマウントにおいて、前記サブマウントの平面視における面積が異なることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の光源装置。
【請求項７】
各々の前記レーザ光源に対応したコリメートレンズを備えることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の光源装置。
【請求項８】
青色光を出射する複数の前記レーザ光源、緑色光を出射する複数の前記レーザ光源、及び赤色光を出射する複数の前記レーザ光源を備えることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザを備えた光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザを備えた光源装置が、様々な産業分野で用いられている。その中には、同一波長帯の光を出射する半導体レーザ素子を複数備えた光源装置がある。その中でも、複数の半導体レーザ素子が横に並んで一体的に形成された半導体レーザアレイ及びこの半導体レーザアレイの下面に接したヒートシンクを備え、ヒートシンクの材質を、半導体レーザアレイの横方向における中央領域及び端部領域で異ならせた光源装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＷＯ２０１５／０６３９７３公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の光源装置では、半導体レーザアレイの横方向で放熱効率が不均一になるので、半導体レーザ素子の波長幅が広がり、スペックルノイズが軽減できる。しかし、半導体レーザアレイの中央領域と端部領域でヒートシンクの材質を異ならせるだけなので、材質が変わる箇所を除いて、隣接する半導体レーザ素子は同じ材質のヒートシンクに接している。よって、隣接する多くの半導体レーザ素子の放熱効率はさほど変わらず、出射する光の波長もさほど変化しないので、十分なスペックルノイズの軽減は実現することができない。
【０００５】
本開示は、上記問題に鑑みてなされたものであり、十分なスペックルノイズの軽減を期待できる光源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る光源装置では、
基板と、
前記基板上に載置されたサブマウント及び前記サブマウント上に載置された半導体レーザ素子を含むレーザ光源と、
を備え、
複数の前記レーザ光源が個々に独立して前記基板上に配置され、
隣接して配置された同一波長帯の光を出射する前記レーザ光源において、個々の前記レーザ光源の前記半導体レーザ素子及び前記基板の間の熱抵抗が異なる。
【発明の効果】
【０００７】
以上のように本開示では、十分なスペックルノイズの軽減を期待できる光源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光源装置の一部を模式的に示す側面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る光源装置の一部を模式的に示す側面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る光源装置の一部を模式的に示す側面図である。
【図４Ａ】熱抵抗が異なる２種類のレーザ光源による配置パターンの一例を模式的に示す側面図である。
【図４Ｂ】熱抵抗が異なる３種類のレーザ光源による配置パターンの一例を模式的に示す側面図である。
【図４Ｃ】熱抵抗が異なる３種類のレーザ光源による配置パターンのその他の例を模式的に示す側面図である。
【図５Ａ】各々のレーザ光源に対応したコリメートレンズを備える光源装置の一例を模式的に示す平面図である。
【図５Ｂ】図５Ａ中のＡ−Ａ断面図である。
【図５Ｃ】図５Ａ中のＢ−Ｂ断面図である。
【図５Ｄ】図５Ａ中のＣ−Ｃ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための実施形態や実施例を説明する。なお、以下に説明する光源装置は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本発明を以下のものに限定しない。
各図面中、同一の機能を有する部材には、同一符号を付している場合がある。要点の説明または理解の容易性を考慮して、便宜上実施形態や実施例に分けて示す場合があるが、異なる実施形態や実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせは可能である。後述の実施形態や実施例では、前述と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については、実施形態や実施例ごとには逐次言及しないものとする。各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張して示している場合もある。
【００１０】
（第1の実施形態に係る光源装置）
はじめに、図１を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る光源装置について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る光源装置の一部を模式的に示す側面図である。
【００１１】
本実施形態に係る光源装置１は、基板１２と、基板１２上に載置されたサブマウント４０（具体的には、４０Ａ、４０Ｂ）及びサブマウント４０（４０Ａ、Ｂ）上に載置された半導体レーザ素子３０を含むレーザ光源１００（具体的には、１００Ａ、１００Ｂ）と、を備え、複数のレーザ光源１００（１００Ａ、Ｂ）が個々に独立して基板１２上に配置されている。特に、隣接して配置された同一波長帯の光を出射する半導体レーザ素子３０を備えたレーザ光源１００Ａ、１００Ｂにおいて、個々のレーザ光源１００Ａ、１００Ｂの半導体レーザ素子３０及び基板１２の間の熱抵抗が異なるようになっている。
図１は、光源装置１のうち、同一波長帯の光を出射し、半導体レーザ素子３０及び基板１２の間の熱抵抗が異なる２つのレーザ光源１００Ａ及び１００Ｂが隣接して配置されている領域を示している。なお、図１では、個々の半導体レーザ素子３０が、同一波長帯のレーザ光を紙面垂直方向に出射するようになっている。
【００１２】
レーザ光源１００Ａ、１００Ｂの構造を更に詳細に述べれば、半導体レーザ素子３０及びサブマウント４０Ａ、４０Ｂの間が金属接合層３２で接合され、サブマウント４０Ａ、４０Ｂ及び基板１２の間が金属接合層４２で接合されている。金属接合層３２、４２の材料として、金スズ（ＡｕＳｎ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ハンダ、金属ナノ材料等を例示することができる。
【００１３】
半導体レーザ素子３０及び基板１２の間の熱抵抗は、サブマウント４０Ａ、４０Ｂの熱抵抗だけでなく、金属接合層３２や金属接合層４２の熱抵抗も含まれる。ただし、金属接合層３２、４２の熱抵抗を各レーザ光源１００Ａ、１００Ｂで大きく異ならせることは難しく、半導体レーザ素子３０及び基板１２の間の熱抵抗を変更するには、サブマウント４０Ａ、４０Ｂの熱抵抗を変更させるのが有効である。
【００１４】
サブマウント４０Ａ、４０Ｂの熱抵抗を変更させるため、第１の実施形態では、レーザ光源１００Ａのサブマウント４０Ａ及びレーザ光源１００Ｂのサブマウント４０Ｂについて、異なる材質で形成している。具体的には、サブマウント４０Ａ及び４０Ｂの材料としてセラミックを用いており、特に、サブマウント４０Ａの材料として窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を用い、サブマウント４０Ｂの材料として炭化ケイ素（ＳｉＣ）を用いている。
【００１５】
炭化ケイ素（ＳｉＣ）及び窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の熱伝導率はともに高く、半導体レーザ素子３０から基板１２側へ効率的に放熱することができる。その中でも、炭化ケイ素（ＳｉＣ）の熱伝導率の方が、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の熱伝導率より高くなっている。よって、サブマウント４０Ａを有するレーザ光源１００Ａにおける半導体レーザ素子３０及び基板１２の間の熱抵抗が、サブマウント４０Ｂを有するレーザ光源１００Ｂにおける熱抵抗より大きくなっている。
【００１６】
このように、隣接して配置された同一波長帯の光を出射するレーザ光源１００Ａ、１００Ｂにおいて、半導体レーザ素子３０及び基板１２の間の熱抵抗を異ならせることができるので、これにより放熱状態が変わり、隣接する半導体レーザ素子３０のジャンクション温度を異ならせることができる。よって、隣接するレーザ光源１００Ａ、１００Ｂの発光波長を異ならせて、スペックルノイズを効果的に抑制することができる。
【００１７】
以上のように、本発明の第１実施形態では、同一波長帯の光を出射する隣接するレーザ光源１００Ａ及び１００Ｂにおいて、サブマウントの材質を変更することにより、同形状のサブマウント４０Ａ、４０Ｂを用いて、半導体レーザ素子３０及び基板１２の間の熱抵抗を変えることができる。よって、光源装置１の光学的な設計や製造が容易であり、低い製造コストで効果的に熱抵抗を変更できる。
【００１８】
本実施形態では、紫外線域から赤外線域までの任意の波長の光を出射する半導体レーザ素子３０を用いることができる。少なくとも同一波長帯の光を出射し熱抵抗が異なる２つのレーザ光源が隣接して配置されていれば、１つの波長帯の光を出射する光源装置も、複数の波長帯の光を出射する光源装置もあり得る。
【００１９】
サブマウント４０を形成する材料として、上記の材料に限られるものではなく、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）や窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）をはじめとするその他のセラミック材料や、シリコン、樹脂等の材料を採用することもできる。
本実施形態では、基板１２の材料として窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が用いられている。ただし、これに限られるものではなく、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）等のその他のセラミック材料や、樹脂材料、シリコン等の単結晶、絶縁層を備えた金属材料等を用いることもできる。
【００２０】
（第２の実施形態に係る光源装置）
次に、図２を参照しながら、本発明の第２の実施形態に係る光源装置について説明する。図２は、本発明の第２の実施形態に係る光源装置の一部を模式的に示す側面図である。
【００２１】
図２は、光源装置１のうち、同一波長帯の光を出射し、半導体レーザ素子３０及び基板１２の間の熱抵抗が異なるレーザ光源１００Ｃ及び１００Ｄが隣接して配置されている領域を示している。図２でも、個々の半導体レーザ素子３０が、同一波長帯のレーザ光を紙面垂直方向に出射するようになっている。
第２の実施形態では、隣接して配置された同一波長帯の光を出射するレーザ光源１００Ｃ及び１００Ｄにおいて、厚さ（高さ寸法）が異なるサブマウント４０Ｃ及び４０Ｄを用いることにより、半導体レーザ素子３０及び基板１２の間の熱抵抗を変更している点で、上記の第１の実施形態と異なる。なお、サブマウント４０Ｃ及び４０Ｄは、同じ材料で形成されている。
【００２２】
更に詳細に述べれば、本実施形態では、厚みＴ１のサブマウント４０Ｃ及び厚みＴ２のサブマウント４０Ｄを用いている。厚みＴ１の方が厚みＴ２より厚くなっており、これにより、サブマウント４０Ｃを有するレーザ光源１００Ｃにおける半導体レーザ素子３０及び基板１２の間の熱抵抗が、サブマウント４０Ｄを有するレーザ光源１００Ｄにおける熱抵抗より大きくなっている。
【００２３】
本実施形態では、サブマウント４０Ｃ、４０Ｄの厚さを調整することにより、同一波長帯の光を出射する隣接するレーザ光源１００Ｃ及び１００Ｄにおいて、半導体レーザ素子３０及び基板１２の間の熱抵抗の差を容易に確実に調整することができる。
その他の点については、基本的に上記の第1の実施形態と同一なので、更なる説明は省略する。
【００２４】
（第３の実施形態に係る光源装置）
次に、図３を参照しながら、本発明の第３の実施形態に係る光源装置について説明する。図３は、本発明の第３の実施形態に係る光源装置の一部を模式的に示す側面図である。
【００２５】
図３は、光源装置１のうち、同一波長帯の光を出射し、半導体レーザ素子３０及び基板１２の間の熱抵抗が異なるレーザ光源１００Ｅ及び１００Ｆが隣接して配置されている領域を示している。図３でも、個々の半導体レーザ素子３０が、同一波長帯のレーザ光を紙面垂直方向に出射するようになっている。
第３の実施形態では、隣接して配置された同一波長帯の光を出射するレーザ光源１００Ｅ及び１００Ｆにおいて、平面視における面積が異なるサブマウント４０Ｅ及び４０Ｆを用いることにより、半導体レーザ素子３０及び基板１２の間の熱抵抗を変更している点で、上記の第１、第２の実施形態と異なる。なお、サブマウント４０Ｅ及び４０Ｆともに、同じ材料で形成されている。
【００２６】
更に詳細に述べれば、本実施形態では、幅寸法がＷ１のサブマウント４０Ｅ及び幅寸法がＷ２のサブマウント４０Ｆを用いている。幅寸法Ｗ１が、幅寸法Ｗ２より小さくなっている。幅方向に垂直な方向の寸法は、サブマウント４０Ｅ及び４０Ｆで同一であり、サブマウント４０Ｅの放熱面積は、サブマウント４０Ｆの放熱面積より小さくなっている。よって、サブマウント４０Ｅを有するレーザ光源１００Ｅにおける半導体レーザ素子３０及び基板１２の間の熱抵抗が、サブマウント４０Ｆを有するレーザ光源１００Ｄにおける熱抵抗より大きくなっている。
【００２７】
本実施形態では、サブマウント４０Ｅ、４０Ｆの平面視における面積を調整することにより、同一波長帯の光を出射する隣接するレーザ光源１００Ｅ及び１００Ｆにおいて、半導体レーザ素子３０及び基板１２の間の熱抵抗の差を容易に確実に調整することができる。
その他の点については、基本的に上記の第1、第２の実施形態と同一なので、更なる説明は省略する。
【００２８】
以上のように、上記の実施形態に係る光源装置１によれば、隣接して配置された同一波長のレーザ光源１００において、半導体レーザ素子３０及び基板１２の間の熱抵抗を異ならせることにより、特別な部材を付加することなく、放熱状態を変えて、半導体レーザ素子３０のジャンクション温度を異ならせることができる。これにより、隣接するレーザ光源１００の発光波長を異ならせて、スペックルノイズを効果的に抑制することができる。よって、十分なスペックルノイズの軽減を期待できる光源装置１を提供することができる。
【００２９】
半導体レーザ素子３０及び基板１２の間の熱抵抗を異ならせる数値範囲として、０．５℃／Ｗ以上異ならせることが好ましいといえる。これにより、確実にスペックルノイズの発生を抑制することができる。
なお、隣接して配置されたレーザ光源１００の出射光の波長が異なる場合には、スペックルノイズ発生を考慮する必要性が低いので、半導体レーザ素子３０及び基板１２の間の熱抵抗が同一なサブマウント４０を用いることができる。
【００３０】
図１から図３では、熱抵抗の異なる２種類のサブマウント４０を用いた例を示すが、同一波長の光を出射するレーザ光源が更に多く隣接して配置されている場合には、熱抵抗が異なる任意の数のサブマウント４０を用いることができる。その場合、上記の第１から第３の実施形態を組み合わせて、熱抵抗の異なる多くの種類のサブマウント４０を用いることもできる。更に、サブマウント４０に加えて、金属接合層３２、４２における熱抵抗を異ならせることもできる。
【００３１】
（熱抵抗が異なるレーザ光源の配置パターン）
次に、図４Ａから４Ｃを参照しながら、半導体レーザ素子及び基板の間の熱抵抗が異なる複数種類のレーザ光源の配置パターンの説明を行う。図４Ａは、熱抵抗が異なる２種類のレーザ光源による配置パターンの一例を模式的に示す側面図である。図４Ｂは、熱抵抗が異なる３種類のレーザ光源による配置パターンの一例を模式的に示す側面図である。図４Ｃは、熱抵抗が異なる３種類のレーザ光源による配置パターンのその他の例を模式的に示す側面図である。何れの配置パターンも、基板１２上に同一波長帯の光を出射する１２個のレーザ光源が隣接して配置された場合を示す。なお、図４Ａ〜４Ｃでは、半導体レーザ素子やサブマウントを個別には示さず、レーザ光源を矩形で模式的に示してある。
【００３２】
図４Ａに示す例では、半導体レーザ素子及び基板１２の間の熱抵抗が異なる、つまりサブマウントの熱抵抗が異なる２種類のレーザ光源１００Ｐ及び１００Ｑが交互に配置されている場合を示す。このような配置により、より少ないサブマウントの種類で効率的にスペックルノイズの抑制が実現できる。
【００３３】
図４Ｂに示す例では、熱抵抗が異なる３種類のレーザ光源１００Ｐ、１００Ｑ及び１００Ｒを用いて、図面左側から右側にかけて、レーザ光源１００Ｐ、１００Ｑ、１００Ｒの順の配置パターンを繰り返すようになっている。
図４Ｃに示す例では、熱抵抗が異なる３種類のレーザ光源１００Ｐ、１００Ｑ及び１００Ｒを用いて、図面左側から右側にかけて、レーザ光源１００Ｐ、１００Ｑ、１００Ｒの順の配置パターン、及びレーザ光源１００Ｑ、１００Ｐ、１００Ｒの順の配置パターンを、交互に繰り返すようになっている。
【００３４】
何れの例においても、半導体レーザ素子及び基板の間の熱抵抗が異なる、つまりサブマウントの熱抵抗が異なる２種類以上のレーザ光源が隣接して配置された配置パターンを有し、この配置パターンが繰り返すことにより、少ないサブマウントの種類で効率的にスペックルノイズの抑制が実現できる。
さらに、熱抵抗の異なる２種類以上のレーザ光源の配置パターンが繰り返すことにより、２種類以上の光源発光波長による色分布の偏りを効果的に抑制することができる。
熱抵抗が異なる２種類以上のレーザ光源が隣接して配置された配置パターンが繰り返される態様については、上記の例に限られるものではなく、その他の任意の配置パターンを採用することができる。
【００３５】
（コリメートレンズを備える光源装置）
次に、図５Ａから図５Ｄを参照しながら、上記の実施形態に係る各々のレーザ光源に対応したコリメートレンズを備える光源装置の一例を説明する。図５Ａは、各々のレーザ光源に対応したコリメートレンズを備える光源装置の一例を模式的に示す平面図である。図５Ｂは、図５Ａ中のＡ−Ａ断面図であり、図５Ｃは、図５Ａ中のＢ−Ｂ断面図であり、図５Ｄは、図５Ａ中のＣ−Ｃ断面図である。
【００３６】
図５Ａから図５Ｄに示すように、この光源装置１は、基板１２及び側壁１４から構成されるパッケージ１０と、行列状に複数のレンズ部２２を有するレンズアレイ２０とを有する。レンズアレイ２０は、複数のレンズ部２２が接続部２４で接続された一体成形の透明なガラス部材である。レンズアレイ２０の下部には、パッケージ１０の内部を封止する本体部８２及び透光性部材８４が配置されている。
【００３７】
基板１２上には、半導体レーザ素子３０及びサブマウント４０を含むレーザ光源１００と、各々のレーザ光源１００に対応したミラー５０が複数取り付けられている。パッケージ１０の外部から、リード９０、配線６０及び中継部材７０を介して、各レーザ光源１００へ電力が供給される。
図５Ａにおいては、理解を容易にするため、レンズアレイ２０の最も左上のレンズ部２２下方に配置される半導体レーザ素子３０、サブマウント４０を含むレーザ光源１００等を透過的に示している。
【００３８】
光源装置１では、青色光を出射する複数のレーザ光源１００、緑色光を出射する複数のレーザ光源１００、及び赤色光を出射する複数のレーザ光源１００を備えている。隣接して配置された青色光、緑色光または赤色光の同一波長帯の光を出射するレーザ光源１００において、個々のレーザ光源１００の半導体レーザ素子３０及び基板１２の間の熱抵抗が異なるようになっている。熱抵抗が異ならせるには、上記の任意の実施形態を採用することもできる。
【００３９】
各レーザ光源１００の半導体レーザ素子３０が水平方向にレーザ光を出射し、対応するミラー５０により、略垂直方向に反射される。反射光は、透光性部材８４を透過して、レンズアレイ２０の光入射面ＬＡに達し、各レンズ部２２を透過して、レンズアレイ２０の光出射面ＬＢから平行光が出射される。レンズアレイ２０の各レンズ部２２から出射された平行光は、例えば、集光レンズにより集光され、各波長の光が合波される。これにより、スペックルノイズの少ない白色光を出射することができる。また本実施形態では、レーザ光源１００が個々に独立して配置されているので、各々のレーザ光源１００に対応したコリメートレンズ（レンズ部）２２を容易に配置することができる。
【００４０】
上記では、レーザ光源１００からの光がミラー５０で略垂直方向に反射される光源装置１が示されているが、これに限られるものではなく、各レーザ光源１００から水平方向に出射された光が、ミラーを介さずに、光源装置から外側へそのまま水平方向に出射される場合もあり得る。上記では、白色光源となる場合を示したが、これに限られるものではなく、任意の波長域の単波長の光を出射する光源装置もあり得るし、任意の複数の波長域の光を出射する光源装置もあり得る
【００４１】
本発明の実施の形態、実施の態様を説明したが、開示内容は構成の細部において変化してもよく、実施の形態、実施の態様における要素の組合せや順序の変化等は請求された本発明の範囲および思想を逸脱することなく実現し得るものである。
【符号の説明】
【００４２】
１      光源装置
１０    パッケージ
１２    基板
１４    側壁
２０    レンズアレイ
２２    レンズ部
２４    接続部
３０    半導体レーザ素子
４０Ａ〜Ｆ  サブマウント
５０    ミラー
６０    ワイヤ
７０    中継部材
８２    本体部
８４    透光性部材
９０    リード
１００  レーザ光源
ＬＡ    光入射面
ＬＢ    光出射面
【図１】
2019216191.tif 000003
【図２】
2019216191.tif 000004
【図３】
2019216191.tif 000005
【図４Ａ】
2019216191.tif 000006
【図４Ｂ】
2019216191.tif 000007
【図４Ｃ】
2019216191.tif 000008
【図５Ａ】
2019216191.tif 000009
【図５Ｂ】
2019216191.tif 000010
【図５Ｃ】
2019216191.tif 000011
【図５Ｄ】
2019216191.tif 000012