(57)【要約】この発明は、出射光の拡がり角を小さくし、更にはスペクトル幅を狭くするための構造を備えた半導体レーザ装置に関する。当該半導体レーザ装置は、半導体レーザアレイ、コリメータレンズ、光路変換素子、及び反射機能を有する光学素子を少なくとも備える。コリメータレンズは、半導体レーザアレイからの複数レーザ光束を、所定方向に関してコリメートする。光路変換素子は、所定方向に関してコリメートされた各光束を、その横断面をほぼ９０°回転させた状態で該所定方向に関して所定の拡がり角で出射する。そして、光学素子は、光路変換素子からの各光束の少なくとも一部が到達する位置に配置され、外部共振器の少なくとも一部を構成する。この光学素子は、光路変換素子からの各光束の一部を反射させることにより、該反射された各光束の一部を半導体レーザアレイにおける活性層に帰還させる。
2004100331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定平面上の第１方向に沿ってそれぞれ伸びかつ該第１方向と直交する第２方向に沿って該所定平面上に並列に配置された複数の活性層を有する半導体レーザアレイと、
前記活性層からそれぞれ出射された複数の光束を、前記所定平面に直交する第３方向に関してコリメートする第１コリメータレンズと、
前記第１コリメータレンズから到達した光束であって前記第３方向に関してコリメートされた各光束を、その横断面をほぼ９０°回転させた状態で該第３方向に関して所定の拡がり角で出射する光路変換素子と、そして、
前記光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の少なくとも一部が到達する位置に配置され、前記活性層とともに外部共振器の少なくとも一部を構成する光学素子であって、前記光路変換素子から到達した各光束の一部を反射させることにより、該反射された各光束の一部を前記活性層に帰還させる光学素子とを備えた半導体レーザ装置。
【請求項２】
所定平面上の第１方向に沿ってそれぞれ伸びかつ該第１方向と直交する第２方向に沿って該所定平面上に並列に配置された複数の活性層をそれぞれが有する複数の半導体レーザアレイが該所定平面に直交する第３方向に積層された半導体レーザアレイスタックと、
前記活性層からそれぞれ出射された複数の光束を、前記第３方向に関してコリメートする第１コリメータレンズと、
前記第１コリメータレンズから到達した光束であって前記第３方向に関してコリメートされた各光束を、その横断面をほぼ９０°回転させた状態で該第３方向に関して所定の拡がり角で出射する光路変換素子と、そして、
前記光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の少なくとも一部が到達する位置に配置され、前記活性層とともに外部共振器の少なくとも一部を構成する光学素子であって、前記光路変換素子から到達した各光束の一部を反射させることにより、該反射された各光束の一部を前記活性層に帰還させる光学素子とを備えた半導体レーザ装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の半導体レーザ装置において、
前記光学素子は、前記光路変換素子から出射された所定の拡がり角を持つ光束を反射する反射面を含み、
前記反射面は、前記光路変換素子からの前記光束の光軸から離れた該光束の一部を前記活性層へ帰還させるよう該光軸に垂直な面に対して傾けられている。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項記載の半導体レーザ装置は、さらに、
前記光路変換素子と前記光学素子との間の共振光路上に配置され、該光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束を、該第３方向に関してコリメートする第２コリメータレンズを備える。
【請求項５】
請求項１又は２記載の半導体レーザ装置において、
前記光学素子は、前記光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の一部を横切る一方残りを通過させる位置に配置されるとともに、前記活性層から出射される各光束の光軸からずれた共振光路を有する軸ずれ外部共振器を前記活性層とともに構成しており、そして、
前記反射面は、到達した前記各光束の一部を全反射することにより該全反射された各光束の一部を前記活性層に帰還させるよう、前記光路変換素子から出射される各光束の光軸に直交する面に対して所定角度傾けられている。
【請求項６】
請求項２記載の半導体レーザ装置において、
前記光学素子は、前記光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の少なくとも一部が到達する位置に配置されるとともに、前記活性層から出射される各光束の光軸からずれた共振光路を有する軸ずれ外部共振器を前記活性層とともに構成しており、そして、
前記光学素子の前記光路変換素子に対面する面には、該光路変換素子から到達した各光束の一部を前記活性層に帰還させるよう反射させる反射部と、該到達した各光束の残りを外部へ導く透過部とが、前記第３方向に沿って交互に配置されている。
【請求項７】
請求項１又は２記載の半導体レーザ装置は、さらに、
前記光路変換素子と前記活性層との間の共振光路上に配置され、前記活性層から出射される各光束の光軸からずれた共振光路を有する軸ずれ外部共振器を前記光学素子とともに構成する波長変換素子であって、該光路変換素子から到達した光のうち特定波長の光を選択的に該光路変換素子へ出射する波長選択素子を備え、そして、
前記光学素子は、前記光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の少なくとも一部が到達する位置に配置されるとともに、前記光学素子は、前記光路変換素子に対面する面上に、該光路変換素子から到達した各光束の一部を前記活性層に帰還させるよう反射させる反射部と、該到達した各光束の残りを外部へ導く透過部とを有する。
【請求項８】
請求項１又は２記載の半導体レーザ装置は、さらに、
前記光路変換素子から出射された前記第３方向に拡がり角を持つ各光束の一部が垂直方向から到達するよう配置されるとともに、前記活性層から出射される各光束の光軸からずれた共振光路を有する軸ずれ外部共振器を前記光学素子とともに構成する波長選択素子であって、該垂直方向から到達した光のうち特定波長の光の一部を前記活性層へ帰還させるようブラッグ反射させる一方、該特定波長の光の残りを透過させる波長選択素子を備え、そして、
前記光学素子は、前記光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の少なくとも一部が到達する位置に配置されるとともに、前記光学素子は、前記光路変換素子に対面する面上に、該光路変換素子から到達した各光束の少なくとも一部を前記活性層に帰還させるよう反射させる反射部と、該到達した各光束の残りを外部へ導く透過部とを有する。
【請求項９】
請求項１又は２記載の半導体レーザ装置は、さらに、
前記光路変換素子から出射された前記第３方向に拡がり角を持つ各光束の一部を回折により反射させるよう配置されるとともに、前記活性層から出射される各光束の光軸からずれた共振光路を有する軸ずれ外部共振器を前記光学素子とともに構成する波長選択素子であって、該回折された光のうち特定波長を有する特定次数の回折光を前記活性層へ帰還させるよう回折反射させる一方、該特定波長を有する該特定次数以外の回折光を外部へ導く波長選択素子を備え、そして、
前記光学素子は、前記光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の少なくとも一部が到達する位置に配置されるとともに、前記光学素子は、前記光路変換素子に対面する面上に、該光路変換素子から到達した各光束の少なくとも一部を前記活性層に帰還させるよう反射させる反射部と、該到達した各光束の残りを外部へ導く透過部とを有する。
【請求項１０】
請求項１又は２記載の半導体レーザ装置において、
前記光学素子は、前記光路変換素子から到達する光のうち特定波長の光を選択的に該光路変換素子へ出射する波長選択素子を含む。
【請求項１１】
所定平面上の第１方向に沿ってそれぞれ伸びかつ該第１方向と直交する第２方向に沿って該所定平面上に並列に配置された複数の活性層を有する半導体レーザアレイと、
前記活性層からそれぞれ出射された複数の光束を、前記所定平面に直交する第３方向に関してコリメートする第１コリメータレンズと、
前記第１コリメータレンズから到達した光束であって前記第３方向に関してコリメートされた各光束を、その横断面をほぼ９０°回転させた状態で該第３方向に関して所定の拡散角で出射する光路変換素子と、そして、
前記光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の一部を横切る一方残りを通過させる位置に配置され、前記活性層とともに外部共振器の少なくとも一部を構成する反射面を有する光学素子とを備え、
前記反射面は、到達した前記各光束の一部を全反射することにより該全反射された各光束の一部を前記活性層に帰還させるよう、前記光路変換素子から出射される各光束の光軸に直交する面に対して所定角度傾けられている半導体レーザ装置。
【請求項１２】
所定平面上の第１方向に沿ってそれぞれ伸びかつ該第１方向と直交する第２方向に沿って該所定平面上に並列に配置された複数の活性層をそれぞれが有する複数の半導体レーザアレイが該所定平面に直交する第３方向に積層された半導体レーザアレイスタックと、
前記活性層からそれぞれ出射された複数の光束を、前記所定平面に直交する第３方向に関してコリメートする第１コリメータレンズと、
前記第１コリメータレンズから到達した光束であって前記第３方向に関してコリメートされた各光束を、その横断面をほぼ９０°回転させた状態で該第３方向に関して所定の拡散角で出射する光路変換素子と、そして、
前記光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の少なくとも一部を横切る一方残りを通過させる位置に配置され、前記活性層とともに外部共振器の少なくとも一部を構成する反射面を有する光学素子とを備え、
前記反射面は、到達した前記各光束の一部を全反射することにより該全反射された各光束の一部を前記活性層に帰還させるよう、前記光路変換素子から出射される各光束の光軸に直交する面に対して所定角度傾けられている半導体レーザ装置。
【請求項１３】
請求項１１又は１２記載の半導体レーザ装置において、
前記光学素子における反射面の設置角度は、前記光路変換素子から出射される各光束の拡散角の２分の１よりも小さい。
【請求項１４】
請求項１１〜１３のいずれか一項記載の半導体レーザ装置において、
前記反射面は、前記光路変換素子から出射される各光束の光軸を横切るように配置されている。
【請求項１５】
請求項１１〜１４のいずれか一項記載の半導体レーザ装置は、さらに、
前記光路変換素子と前記光学素子との間の共振光路上に配置され、該光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束を、該第３方向に関してコリメートする第２コリメータレンズを備える。
【請求項１６】
所定平面上の第１方向に沿ってそれぞれ伸びかつ該第１方向と直交する第２方向に沿って該所定平面上に並列に配置された複数の活性層をそれぞれが有する複数の半導体レーザアレイが該所定平面に直交する第３方向に積層された半導体レーザアレイスタックと、
前記活性層からそれぞれ出射された複数の光束を、前記所定平面に直交する第３方向に関してコリメートする第１コリメータレンズと、
前記第１コリメータレンズから到達した光束であって前記第３方向に関してコリメートされた各光束を、その横断面をほぼ９０°回転させた状態で該第３方向に関して所定の拡がり角で出射する光路変換素子と、そして、
前記光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の少なくとも一部が到達する位置に配置され、前記活性層とともに外部共振器の少なくとも一部を構成する光学素子とを備え、
前記光学素子の前記光路変換素子に対面する面には、該光路変換素子から到達した各光束の一部を前記活性層に帰還させるよう反射させる反射部と、該到達した各光束の残りを外部へ導く透過部とが、前記第３方向に沿って交互に配置されている半導体レーザ装置。
【請求項１７】
請求項１６記載の半導体レーザ装置において、
前記光学素子は、前記反射部と前記透過部がその表面に交互に形成された透光性材料からなる平板状基材を備える。
【請求項１８】
請求項１７記載の半導体レーザ装置において、
前記光学素子における前記平板状基材は、前記反射部に到達する各光束の少なくとも一部を該反射部に垂直入射させるよう、前記光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の光軸に垂直な面に対して傾けられた状態で配置されている。
【請求項１９】
請求項１７記載の半導体レーザ装置において、
前記反射部は、前記平板状基材の表面に形成された全反射膜を含む。
【請求項２０】
請求項１７記載の半導体レーザ装置において、
前記反射部は、前記平板状基材の表面に形成された回折格子を含む。
【請求項２１】
請求項１７記載の半導体レーザ装置において、
前記反射部は、前記平板状基材の表面に形成されたエタロンを含む。
【請求項２２】
請求項１７記載の半導体レーザ装置において、
前記透過部は、前記平板状基材の表面に形成された反射低減膜を含む。
【請求項２３】
請求項１６記載の半導体レーザ装置は、さらに、
前記光路変換素子と前記光学素子との間の共振光路上に配置され、前記光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束を、該第３方向に関してコリメートする第２コリメータレンズを備える。
【請求項２４】
所定平面上の第１方向に沿ってそれぞれ伸びかつ該第１方向と直交する第２方向に沿って該所定平面上に並列に配置された複数の活性層を有する半導体レーザアレイと、
前記活性層からそれぞれ出射された複数の光束を、前記所定平面に直交する第３方向に関してコリメートする第１コリメータレンズと、
前記第１コリメータレンズから到達した光束であって前記第３方向に関してコリメートされた各光束を、その横断面をほぼ９０°回転させた状態で該第３方向に関して所定の拡がり角で出射する光路変換素子と、
前記光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の少なくとも一部が到達する位置に配置され、前記活性層とともに外部共振器の少なくとも一部を構成する光学素子であって、前記光学素子の前記光路変換素子に対面する面に、該光路変換素子から到達した各光束の一部を前記活性層に帰還させるよう反射させる反射部と、該到達した各光束の残りを外部へ導く透過部とを有する光学素子と、そして、
前記光路変換素子と前記活性層との間の共振光路上に配置され、該光路変換素子から到達した光のうち特定波長の光を選択的に該光路変換素子へ出射する波長選択素子とを備えた半導体レーザ装置。
【請求項２５】
所定平面上の第１方向に沿ってそれぞれ伸びかつ該第１方向と直交する第２方向に沿って該所定平面上に並列に配置された複数の活性層をそれぞれが有する複数の半導体レーザアレイが該所定平面に直交する第３方向に積層された半導体レーザアレイスタックと、
前記活性層からそれぞれ出射された複数の光束を、前記所定平面に直交する第３方向に関してコリメートする第１コリメータレンズと、
前記第１コリメータレンズから到達した光束であって前記第３方向に関してコリメートされた各光束を、その横断面をほぼ９０°回転させた状態で該第３方向に関して所定の拡がり角で出射する光路変換素子と、
前記光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の少なくとも一部が到達する位置に配置され、前記活性層とともに外部共振器の少なくとも一部を構成する光学素子であって、前記光学素子の前記光路変換素子に対面する面に、該光路変換素子から到達した各光束の一部を前記活性層に帰還させるよう反射させる反射部と、該到達した各光束の残りを外部へ導く透過部とを有する光学素子と、そして、
前記光路変換素子と前記活性層との間の共振光路上に配置され、該光路変換素子から到達した光のうち特定波長の光を選択的に該光路変換素子へ出射する波長選択素子とを備えた半導体レーザ装置。
【請求項２６】
請求項２４又は２５記載の半導体レーザ装置は、さらに、
前記光路変換素子と前記光学素子との間の共振光路上に配置され、前記光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束を、該第３方向に関してコリメートする第２コリメータレンズを備える。
【請求項２７】
請求項２４又は２５記載の半導体レーザ装置において、
前記波長選択素子は、回折格子素子、エタロンフィルタ及び誘電体多層膜フィルタのいずれかを含む。
【請求項２８】
請求項２４又は２５記載の半導体レーザ装置において、
前記波長選択素子は、前記光学素子の前記反射部とは別個に設けられた透過型素子を含む。
【請求項２９】
請求項２４又は２５記載の半導体レーザ装置において、
前記波長選択素子は、前記光学素子の前記反射部に設けられた反射型素子を含む。
【請求項３０】
請求項２４又は２５記載の半導体レーザ装置において、
前記光学素子は、前記反射部と前記透過部がその表面に形成された透光性材料からなる平板状基材を備える。
【請求項３１】
請求項２５記載の半導体レーザ装置において、
前記光学素子における前記反射部及び前記透過部は、前記第３方向に沿って交互に配置された複数の反射要素及び複数の透過要素から構成されている。
【請求項３２】
請求項２４又は２５記載の半導体レーザ装置において、
前記光学素子の前記反射部は、前記光路変換素子から出射された各光束の光軸に垂直な面に対して傾けられており、該反射部は到達した光の少なくとも一部を入射方向と同じ方向に反射させる。
【請求項３３】
所定平面上の第１方向に沿ってそれぞれ伸びかつ該第１方向と直交する第２方向に沿って該所定平面上に並列に配置された複数の活性層を有する半導体レーザアレイと、
前記活性層からそれぞれ出射された複数の光束を、前記所定平面に直交する第３方向に関してコリメートする第１コリメータレンズと、
前記第１コリメータレンズから到達した光束であって前記第３方向に関してコリメートされた各光束を、その横断面をほぼ９０°回転させた状態で該第３方向に関して所定の拡がり角で出射する光路変換素子と、
前記光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の少なくとも一部が到達する位置に配置され、前記光学素子の前記光路変換素子に対面する面に、該光路変換素子から到達した各光束の少なくとも一部を前記活性層に帰還させるよう反射させる反射部と、該到達した各光束の残りを外部へ導く透過部とを有する光学素子と、そして、
前記光路変換素子から出射された前記第３方向に拡がり角を持つ各光束の一部が垂直方向から到達するよう配置され、前記光学素子とともに外部共振器を構成する波長選択素子であって、該垂直方向から到達した光のうち特定波長の光の一部を前記活性層へ帰還させるようブラッグ反射させる一方、該特定波長の光の残りを透過させる波長選択素子とを備えた半導体レーザ装置。
【請求項３４】
所定平面上の第１方向に沿ってそれぞれ伸びかつ該第１方向と直交する第２方向に沿って該所定平面上に並列に配置された複数の活性層をそれぞれが有する複数の半導体レーザアレイが該所定平面に直交する第３方向に積層された半導体レーザアレイスタックと、
前記活性層からそれぞれ出射された複数の光束を、前記所定平面に直交する第３方向に関してコリメートする第１コリメータレンズと、
前記第１コリメータレンズから到達した光束であって前記第３方向に関してコリメートされた各光束を、その横断面をほぼ９０°回転させた状態で該第３方向に関して所定の拡がり角で出射する光路変換素子と、
前記光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の少なくとも一部が到達する位置に配置され、前記光学素子の前記光路変換素子に対面する面に、該光路変換素子から到達した各光束の少なくとも一部を前記活性層に帰還させるよう反射させる反射部と、該到達した各光束の残りを外部へ導く透過部とを有する光学素子と、そして、
前記光路変換素子から出射された前記第３方向に拡がり角を持つ各光束の一部が垂直方向から到達するよう配置され、前記光学素子とともに外部共振器を構成する波長選択素子であって、該垂直方向から到達した光のうち特定波長の光の一部を前記活性層へ帰還させるようブラッグ反射させる一方、該特定波長の光の残りを透過させる波長選択素子とを備えた半導体レーザ装置。
【請求項３５】
所定平面上の第１方向に沿ってそれぞれ伸びかつ該第１方向と直交する第２方向に沿って該所定平面上に並列に配置された複数の活性層を有する半導体レーザアレイと、
前記活性層からそれぞれ出射された複数の光束を、前記所定平面に直交する第３方向に関してコリメートする第１コリメータレンズと、
前記第１コリメータレンズから到達した光束であって前記第３方向に関してコリメートされた各光束を、その横断面をほぼ９０°回転させた状態で該第３方向に関して所定の拡がり角で出射する光路変換素子と、
前記光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の少なくとも一部が到達する位置に配置され、前記光学素子の前記光路変換素子に対面する面に、該光路変換素子から到達した各光束の少なくとも一部を前記活性層に帰還させるよう反射させる反射部と、該到達した各光束の残りを外部へ導く透過部とを有する光学素子と、そして、
前記光路変換素子から出射された前記第３方向に拡がり角を持つ各光束の一部を回折により反射させるよう配置され、前記光学素子とともに外部共振器を構成する波長選択素子であって、該回折された光のうち特定波長を有する特定次数の回折光を前記活性層へ帰還させるよう回折反射させる一方、該特定波長を有する該特定次数以外の回折光を外部へ導く波長選択素子とを備えた半導体レーザ装置。
【請求項３６】
所定平面上の第１方向に沿ってそれぞれ伸びかつ該第１方向と直交する第２方向に沿って該所定平面上に並列に配置された複数の活性層をそれぞれが有する複数の半導体レーザアレイが該所定平面に直交する第３方向に積層された半導体レーザアレイスタックと、
前記活性層からそれぞれ出射された複数の光束を、前記所定平面に直交する第３方向に関してコリメートする第１コリメータレンズと、
前記第１コリメータレンズから到達した光束であって前記第３方向に関してコリメートされた各光束を、その横断面をほぼ９０°回転させた状態で該第３方向に関して所定の拡がり角で出射する光路変換素子と、
前記光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の少なくとも一部が到達する位置に配置され、前記光学素子の前記光路変換素子に対面する面に、該光路変換素子から到達した各光束の少なくとも一部を前記活性層に帰還させるよう反射させる反射部と、該到達した各光束の残りを外部へ導く透過部とを有する光学素子と、そして、
前記光路変換素子から出射された前記第３方向に拡がり角を持つ各光束の一部を回折により反射させるよう配置され、前記光学素子とともに外部共振器を構成する波長選択素子であって、該回折された光のうち特定波長を有する特定次数の回折光を前記活性層へ帰還させるよう回折反射させる一方、該特定波長を有する該特定次数以外の回折光を外部へ導く波長選択素子とを備えた半導体レーザ装置。
【請求項３７】
請求項３３〜３６のいずれか一項記載の半導体レーザ装置は、さらに、
前記光学素子と前記光路変換素子との間の共振光路、及び、前記波長選択素子と前記光路変換素子との間の共振光路それぞれをともに横切るように配置され、前記光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束を、該第３方向に関してコリメートする第２コリメータレンズを備える。
【請求項３８】
請求項３３〜３６のいずれか一項記載の半導体レーザ装置は、さらに、
前記光学素子は、前記反射部及び前記透過部がその表面に形成された透光性材料からなる平板状基材を備える。
【請求項３９】
請求項３４又は３６記載の半導体レーザ装置において、
前記光学素子における前記反射部及び前記透過部は、前記第３方向に沿って交互に配置された複数の反射要素及び複数の透過要素から構成されている。
【請求項４０】
請求項３３〜３６のいずれか一項記載の半導体レーザ装置は、さらに、
前記光学素子における前記反射部は、前記光路変換素子から出射された前記第３方向に拡がり角を持つ各光束の光軸に垂直な面に対して傾けられており、該反射部に到達する各光束の少なくとも一部は、該反射部に対して垂直方向から入射する。
【請求項４１】
請求項３３又は３５記載の半導体レーザ装置において、
前記波長選択素子は、前記光学素子における前記透過部と一致する位置に配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、複数のレーザ光源を有する半導体レーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来、所定方向に沿って並列に配列された複数の活性層を有する半導体レーザアレイと、該複数の活性層から出射された複数の光束を活性層の配列方向と垂直な方向に関してコリメートするコリメータレンズと、該コリメータレンズによってコリメートされた光束を受光し、その光束の横断面をほぼ９０°回転させる光路変換素子とを備えた半導体レーザ装置が知られている（例えば、文献１：特許第３０７１３６０号公報参照）。【０００３】  図１Ａ及び１Ｂは、この文献１に記載された半導体レーザ装置における半導体レーザアレイ１０１の各活性層１０３から出射する光束の拡がり角を説明するための図である。ここで、図１Ａは、光束の拡がり角を示す側面図であり、図１Ｂは、光束の拡がり角を示す平面図である。なお、半導体レーザアレイのレーザ光出射方向をｘ軸方向とし、活性層の配列方向をｙ軸方向とし、ｘ軸方向及びｙ軸方向双方に垂直な方向をｚ軸方向として座標軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）が設定されている。各活性層から出射された光束のｚ軸方向の拡がり角は光軸１０５を中心として３０°〜４０°であり（図１Ａ）、ｙ軸方向の拡がり角は８〜１０°である（図１Ｂ）。上記文献１に記載された半導体レーザ装置は、コリメータレンズにより光束が垂直方向に関してコリメートされた後、光路変換素子によって光束断面が９０°回転させられることにより、隣り合う光束が交差しにくい構造になっている。
【発明の開示】
【０００４】  発明者らは、従来の半導体レーザ装置について検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、一般に、レーザ装置から出射されるレーザ光は、各種応用を考慮すると、拡がり角が小さいことが要求され、また、スペクトル幅が狭いことが要求される。
【０００５】  しかしながら、上記文献１の半導体レーザ装置は、光路変換素子で光束断面を９０°回転させるだけなので、ｙ軸方向の拡がり角はそのままｚ軸方向の拡がり角となっている。最終的に半導体レーザ装置から出射されるレーザ光は、ｚ軸方向へ８〜１０°の拡がり角を有したままである。また、上記文献１の半導体レーザ装置は、半導体レーザアレイ１０１における各活性層１０３からの出射光のスペクトル幅が広いので、最終的に半導体レーザ装置から出射されるレーザ光のスペクトル幅も広い。
【０００６】  この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、小さい拡がり角を有するレーザ光を出射させ、さらには該レーザ光のスペクトル幅を狭くすることが可能な構造を有する半導体レーザ装置を提供することを目的としている。
【０００７】  上記課題を解決するため、この発明の半導体レーザ装置は、少なくとも、半導体レーザアレイと、第１コリメータレンズと、光路変換素子（ｒｏｔａｔｏｒ）と、光学素子を備える。また、当該半導体レーザ装置は、半導体レーザアレイスタックと、第１コリメータレンズと、光路変換素子と、光学素子を備えてもよい。
【０００８】  上記半導体レーザアレイは、所定平面上の第１方向に沿ってそれぞれ伸びかつ該第１方向と直交する第２方向に沿って該所定平面上に並列に配置された複数の活性層を有する。上記第１コリメータレンズは、活性層からそれぞれ出射された複数の光束を、所定平面に直交する第３方向に関してコリメートする。上記光路変換素子は、第１コリメータレンズから到達した光束であって第３方向に関してコリメートされた各光束を、その横断面をほぼ９０°回転させた状態で該第３方向に関して所定の拡がり角で出射する。上記光学素子は、光路変換素子から出射された第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の少なくとも一部が到達する位置に配置され、活性層とともに外部共振器の少なくとも一部を構成する。この光学素子は、光路変換素子から到達した各光束の一部を反射させることにより、該反射された各光束の一部を活性層に帰還させるよう機能する。
【０００９】  なお、上記半導体レーザアレイスタックは、所定平面上の第１方向に沿ってそれぞれ伸びかつ該第１方向と直交する第２方向に沿って該所定平面上に並列に配置された複数の活性層をそれぞれが有する複数の半導体レーザアレイが該所定平面に直交する第３方向に積層されることにより構成されている。
【００１０】  この発明に係る半導体レーザ装置において、上記光路変換素子を通過した各光束は第３方向（垂直方向）への拡がりを有するが、各光束のなかで一定条件の光路を有する一部の光束成分が、上記光学素子によって半導体レーザアレイの活性層にそれぞれ帰還する。活性層へ帰還した光束成分は半導体レーザアレイの出射面に対向する端面まで戻り、反射されるので、半導体レーザアレイの出射面に対向する端面と光学素子との間（以下、外部共振器という）で共振することとなる。つまり、一定条件の光路を有する光束成分が選択的に出射面に対向する端面へ戻り、外部共振器で共振し、増幅することになる（以下、このような増幅が起こる光束の条件を「増幅条件」という）。よって、上記光学素子を透過し最終的に半導体レーザ装置から出射されるレーザ光の光強度分布は、増幅条件を満たす光束成分に対応する方向のピークがより顕著になる。すなわち、当該半導体レーザ装置から出射されるレーザ光の拡がり角を小さくすることができる。
【００１１】  この発明に係る半導体レーザ装置においては、上記光学素子は、上記光路変換素子からの光束を反射する反射面を有してもよい。この場合、反射面は、上記光路変換素子からの光束の光軸からはなれた位置の光束を上記活性層へ帰還させるように、光軸に直交する面に対し傾けられるのが好ましい。当該半導体レーザアレイから出射されたレーザ光は、第１方向（活性層が伸びる方向と一致した出射方向）と光強度との関係を示す光強度分布が、第２方向（活性層の配列方向）ついては光軸方向をピークとするガウス分布とならず、光軸からずれた位置にピークを有する場合が多い。このような場合であっても、当該半導体レーザ装置によれば、光学素子の反射面の角度を適宜調整することにより、上記ピークを有する方向が増幅条件を満たすように合わせることができる。このように光強度がピークとなっている出射方向のレーザ光を選択して共振させることができるので、さらに光密度を高めることができる。
【００１２】  また、この発明に係る半導体レーザ装置は、上記光路変換素子と上記光学素子との間の共振光路上に配置され、該光路変換素子から出射された第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束を、該第３方向に関してコリメートする第２コリメータレンズを、さらに備えてもよい。このような構造を有する半導体レーザ装置によれば、上記光路変換素子を透過したレーザ光を、垂直方法（第３方向）に関してより平行に近くなるようにコリメータレンズで屈折させることができる。これにより、上記光路変換素子と光学素子との間の距離を大きくすることも可能になり、当該半導体レーザ装置の設計自由度を向上させることができる。
【００１３】  なお、上記光学素子は、特定波長の光束を反射する機能を有する素子であり、ミラーの他、波長選択素子であってもよい。
【００１４】  この発明に係る半導体レーザ装置は、少なくとも、半導体レーザアレイ及び半導体アレイスタックのいずれかと、第１コリメータレンズと、光路変換素子と、光学素子とを備え、特に上記光学素子は、光路変換素子から出射された第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の一部を横切る一方残りを通過させる位置に配置されるとともに、活性層から出射される各光束の光軸からずれた共振光路を有する軸ずれ外部共振器を活性層とともに構成するのが好ましい。この場合、反射面は、到達した各光束の一部を全反射することにより該全反射された各光束の一部を活性層に帰還させるよう、光路変換素子から出射される各光束の光軸に直交する面に対して所定角度傾けられている。なお、この明細書において「全反射」とは、入射光の９５％以上の反射を意味する（反射率９５％以上）。
【００１５】  この発明に係る半導体レーザ装置において、上記光路変換素子を通過した各光束は第３方向へ拡がって放射される。上記光学素子は光路変換素子を通過した各光束の光路の一部を横切るように配置されているので、拡がった各光束の一部は光学素子の反射面に入射し、残りは反射面に入射しない。反射面に入射した光束は反射面によって全反射される。また、上記光学素子は、光学変換素子から出射された光束の光軸に対して傾いているので、該光学素子において反射された光束のうちの少なくとも一部は入射経路を逆向きに半導体レーザアレイまで帰還し、半導体レーザアレイの出射面に対向する端面まで戻る。さらに、この光束は出射面に対向する端面で反射され、再び発光領域（活性層）から出射される。このように活性層で発生したレーザ光の一部は反射面と半導体レーザアレイの出射面に対向する端面との間を往復し、共振することとなる。すなわち、反射面と半導体レーザアレイの出射面に対向する端面との間でレーザ光の外部共振器が形成される。半導体レーザアレイから出射されるレーザ光は上記外部共振器で共振することにより空間横モードが単一モードに近づき、拡散角が小さくなる。
【００１６】  一方、上記光路変換素子から放射される光束のうち反射面に入射しない光束は、光学素子から見て半導体レーザアレイの反対側、すなわち半導体レーザ装置の外部へ出射される。よって、外部共振器によって拡散角が小さくなったレーザ光が最終的に出力光として半導体レーザ装置から出射されることとなる。このように、当該半導体レーザ装置によれば、出射されるレーザ光の拡散角を小さくすることができる。また、当該半導体レーザ装置によれば、外部共振器の共振光の光路（以下、共振光路という）と出力光の光路（以下、出力光路という）とを反射面の物理的な設置位置によって分割しているので、反射面として全反射の反射面を用いることができる。したがって、共振光を強くすることができ、強い出力光を得ることができる。
【００１７】  また、この発明に係る半導体レーザ装置において、上記反射面の設置角度は、光路変換素子から出射される各光束の拡散角の２分の１よりも小さいのが好ましい。上記光学素子の反射面が光軸に垂直な面に対してなす角度が、光学素子から出射される光束の拡散角の２分の１よりも小さければ、光学素子から反射面へ入射する光束のなかに、反射面に垂直に入射し活性層へ帰還する光束が必ず存在することとなり、上述した外部共振器が必ず形成されることとなる。
【００１８】  この発明に係る半導体レーザ装置において、上記光学素子の反射面は、光路変換素子から出射される各光束の光軸を横切るように設置される。反射面が光軸を横切るように配置されることにより、光路変換素子から出射される各光束の断面積の半分以上を反射面で反射し、残り半分以下の断面積の出力光を外部へ出射するように設定することが可能になる。この場合、各光束の半分以上を反射させるので、強い共振光を得ることができ、強い出力光を得ることができる。
【００１９】  この発明に係る半導体レーザ装置は、上記光路変換素子と光学素子との間の共振光路上に配置され、該光路変換素子から出射された第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束を、該第３方向に関してコリメートする第２コリメータレンズを備えてもよい。この場合、光路変換素子を透過したレーザ光を第２方向（活性層の配列方向）と垂直な面内においてより平行に近くなるようにコリメータレンズで屈折させることができる。これにより、光路変換素子と光学素子との間の距離を大きくすることも可能となり、当該半導体レーザ装置の設計自由度を向上させることができる。
【００２０】  この発明に係る半導体レーザ装置は、少なくとも、半導体レーザアレイスタックと、第１コリメータレンズと、光路変換素子と、光学素子とを備え、特に上記光学素子は、上記光路変換素子から出射された第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の少なくとも一部が到達する位置に配置されるとともに、活性層から出射される各光束の光軸からずれた共振光路を有する軸ずれ外部共振器を活性層とともに構成してもよい。この場合、光学素子の光路変換素子に対面する面には、該光路変換素子から到達した各光束の一部を活性層に帰還させるよう反射させる反射部と、該到達した各光束の残りを外部へ導く透過部とが、第３方向に沿って交互に配置されているのが好ましい。
【００２１】  この発明に係る半導体レーザ装置において、上記半導体レーザアレイスタックとして第３方向に積層された複数個の半導体レーザアレイの各活性層から出射される光束は、第１コリメータレンズにより屈折されることで第３方向については略平行となり、その後に光路変換素子により横断面が略９０°回転させられる。この光路変換素子を通過した各光束は、第３方向へ拡がって放射され、上記光学素子に入射する。光学素子では、受光した各光束に対する反射部と透過部とが第２方向（活性層の配列方向）に沿って交互に設けられている。そして、光学素子の反射部で反射した光の少なくとも一部は、該光を出射した活性層に帰還されるので、これにより外部共振器が形成されて、活性層において誘導放出が起こり、レーザ発振する。一方、光学素子の透過部を透過した光は、光学素子から外部へ出射される。
【００２２】  また、この発明に係る半導体レーザ装置において、上記光学素子は、その表面に反射部と透過部とが所定方向に沿って交互に形成された透光性材料からなる平板状基材で構成されてもよい。この場合、光束ごとの反射部と透過部とが所定方向に沿って交互に基材に形成されて光学素子が一体化されているので、光学素子の扱いが容易となり、当該半導体レーザ装置の組立てや光軸調整が容易になる。
【００２３】  この発明に係る半導体レーザ装置において、上記光学素子の平板状基材は、反射部に入射する光の少なくとも一部を該反射部に垂直入射させるため、光路変換素子から出射される各光束の光軸に垂直な面に対して傾けられた状態で配置されるのが好ましい。この場合、光路変換素子から第３方向へ拡がって放射される光束のうち一部は、反射部に垂直入射して、入射経路とは逆の経路を辿って活性層に帰還される。これにより外部共振器が形成されて、高効率にレーザ発振を得ることができる。
【００２４】  上記光学素子の各反射部は、平板状基材の表面に形成された全反射膜、回折格子、あるいはエタロンであってもよい。また、各透過部は、平板状基材の表面に形成された反射低減膜であってもよい。
【００２５】  この発明に係る半導体レーザ装置は、光路変換素子と光学素子との間の共振光路上に配置され、該光路変換素子から出射された第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束を、該第３方向に関してコリメートする第２コリメータレンズをさらに備えてもよい。この場合、光路変換素子と光学素子との間の距離を大きくすることも可能となり、当該半導体レーザ装置の設計自由度を向上させることができる。
【００２６】  この発明に係る半導体レーザ装置は、半導体レーザアレイ及び半導体アレイスタックのいずれかと、第１コリメータレンズと、光路変換素子と、光学素子を備えるとともに、さらに波長選択素子を備えてもよい。上記波長選択素子は、光路変換素子と活性層との間の共振光路上に配置され、該活性層から出射される各光束の光軸からずれた共振光路を有する軸ずれ外部共振器を光学素子とともに構成し、該光路変換素子から到達した光のうち特定波長の光を選択的に該光路変換素子へ出射する。このとき、上記光学素子は、光路変換素子から出射された第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の少なくとも一部が到達する位置に配置され、また、上記光学素子は、光路変換素子に対面する面上に、該光路変換素子から到達した各光束の一部を活性層に帰還させるよう反射させる反射部と、該到達した各光束の残りを外部へ導く透過部とを有する。
【００２７】  この発明に係る半導体レーザ装置において、半導体レーザアレイの各活性層から出射される光束は、第３方向に拡がっているが、第１コリメータレンズにより屈折されることで該第３方向については略平行とされ、その後に光路変換素子により横断面が略９０°回転させられる。この光路変換素子を通過した各光束は、第３方向へ拡がって放射され、光学素子に入射する。光学素子では、受光した各光束に対して反射部と透過部とが設けられている。光学素子の反射部で反射された光の少なくとも一部は、該光を出射した活性層に帰還されるので、これにより外部共振器が形成されて、活性層において誘導放出が起こり、レーザ発振が得られる。一方、光学素子の透過部を透過した光は、当該光学素子から外部へ出射される。
【００２８】  また、この発明に係る半導体レーザ装置では、光学素子の反射部と活性層との間の共振光路上に波長選択素子が設けられており、その光路を経て波長選択素子に入射する光のうち特定波長の光が選択的に波長選択素子から該光路へ出射される。したがって、波長選択素子により選択された特定波長の光が共振して、その特定波長の光が光学素子の透過部を透過して外部へ出射させるので、この出射光のスペクトル幅が十分に狭くなる。
【００２９】  この発明に係る半導体レーザ装置も、光路変換素子と光学素子との間の共振光路上に配置され、該光路変換素子から出射された第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束を、該第３方向に関してコリメートする第２コリメータレンズをさらに備えてもよい。この場合、光路変換素子と光学素子との間の距離を大きくすることも可能となり、当該半導体レーザ装置の設計自由度を向上させることができる。
【００３０】  なお、上記波長選択素子は、回折格子素子、エタロンフィルタ又は誘電体多層膜フィルタであるのが好ましい。波長選択素子は、光学素子の反射部とは別個に設けられた透過型素子あってもよく、また、光学素子の反射部に設けられた反射型素子であってもよい。波長選択素子が反射型素子である場合、該波長選択素子は光学素子と一体化されるのが好ましい。いずれの場合にも、当該半導体レーザ装置から出射されるレーザ光のスペクトル幅を充分に狭くすることができる。また、波長選択素子として回折格子素子が適用される場合、回折格子素子の傾斜角を調整することで、当該半導体レーザ装置から出射されるレーザ光の波長を変更することができる。
【００３１】  上記光学素子は、単に反射ミラーが反射部となり、透過部として何ら媒質が設けられていなくてもよい。この場合、光路変換素子から到達する光束の一部を反射するように該反射ミラーが配置され、該光束の残部が当該半導体レーザ装置の出射光となる。
【００３２】  また、上記光学素子は、その表面に反射部と透過部とが形成された透光性材料からなる平板状基材であるのが好ましい。この場合、平板状基板に反射部と透過部とが形成されているので、光学素子の取り扱いが容易となり、半導体レーザ装置の組立てや光軸調整が容易になる。
【００３３】  上記光学素子は、反射部と透過部とが第３方向（半導体レーザアレイスタックにおけて複数個の半導体レーザアレイが積層されている方向）に沿って交互に設けられるのが好ましく、また、反射部と透過部とが所定方向（半導体レーザアレイスタックにおいて複数個の半導体レーザアレイが積層されている第３方向）に沿って交互に形成されてもよい。
【００３４】  さらに、上記光学素子は、光路変換素子から出射される各光束の光軸に垂直な面に対して反射部が傾斜した状態で配置され、該反射部に入射する光の少なくとも一部は入射方向と同じ出射方向に反射させるのが好ましい。この場合、光路変換素子から出射される光束の光軸に垂直な面に対して、上記平板状基材が傾けられ、また、該光路変換素子から光学素子に入射する光束の一部はその入射方向と同じ出射方向に反射されるので、入射経路とは逆の経路を辿って活性層に帰還される。これにより外部共振器が形成されて、高効率にレーザ発振を得ることができる。
【００３５】  なお、上記光学素子の反射部が単に反射ミラーである場合や、該反射部にエタロンフィルタや誘電体多層膜フィルタが一体化されている場合には、反射部に入射する光の少なくとも一部を該反射部に垂直入射させればよい。また、上記光学素子の反射部に反射型回折格子素子が一体化されている場合には、最終的に当該半導体レーザ装置の出射光とすべき光の波長に応じて、その波長の光の入射方向及び出射方向が互いに同じになるよう、反射部が傾けられた状態で配置される。
【００３６】  この発明に係る半導体レーザ装置は、半導体レーザアレイ及び半導体アレイスタックのいずれかと、第１コリメータレンズと、光路変換素子と、光学素子を備えとともに、さらに波長選択素子を備えてもよい。上記波長選択素子は、光路変換素子から出射された第３方向に拡がり角を持つ各光束の一部が垂直方向から到達するよう配置されるとともに、活性層から出射される各光束の光軸からずれた共振光路を有する軸ずれ外部共振器を光学素子とともに構成する。また、この波長選択素子は、該垂直方向から到達した光のうち特定波長の光の一部を活性層へ帰還させるようブラッグ反射させる一方、該特定波長の光の残りを透過させる。上記光学素子は、光路変換素子から出射された第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の少なくとも一部が到達する位置に配置される。また、上記光学素子は、光路変換素子に対面する面上に、該光路変換素子から到達した各光束の少なくとも一部を活性層に帰還させるよう反射させる反射部と、該到達した各光束の残りを外部へ導く透過部とを有する。
【００３７】  この発明に係る半導体レーザ装置において、半導体レーザアレイの各活性層から出射される光束は、各活性層からは第３方向に拡がって出射されるが、第１コリメータレンズにより屈折されることで該第３方向については略平行とされ、その後に光路変換素子により横断面が略９０°回転させられる。この光路変換素子を通過した各光束は、第３方向へ拡がって放射され、光学素子の反射部又は波長選択素子に入射する。そして、光学素子の反射部で反射された光の少なくとも一部は、該光を出射した活性層に帰還される。また、波長選択素子に入射した光のうち特定波長の光の一部は該波長選択素子によりブラッグ反射され、その反射した光の少なくとも一部は、該光を出射した活性層に帰還される。この構成により、光学素子の反射部と波長選択素子との間で外部共振器が形成されて、その共振器の内部に位置する活性層において誘導放出が起こり、レーザ発振が得られる。一方、光学素子の透過部を透過した光は、当該半導体レーザ装置の出力光として外部へ出射される。
【００３８】  また、この発明に係る半導体レーザ装置は、ブラッグ反射させる上記波長選択素子に替えて、回折により光を回折・反射させる波長選択素子を備えてもよい。すなわち、この構成における波長選択素子は、光路変換素子によって横断面が回転された各光束（第３方向に関して所定の拡がり角を有する）を回折により反射させ、該回折光のうち特定波長を有する特定回折次数の光を、該光を出射した活性層に帰還させる一方、該特定波長を有する特定回折次数の光以外の光を外部へ出力する。
【００３９】  このような半導体レーザ装置において、半導体レーザアレイの各活性層から出射される光束は、各活性層からは第３方向に拡がって出射されるが、コリメータレンズにより屈折されることで該第３方向については略平行とされ、その後に光路変換素子により横断面が略９０°回転させられる。この光路変換素子を通過した各光束は、第３方向へ拡がって放射され、光学素子の反射部又は波長選択素子に入射する。そして、光学素子の反射部で反射した光の少なくとも一部は、該光を出射した活性層に帰還される。また、波長選択素子に入射した光のうち特定波長を有する特定回折次数の光は、該光を出射した活性層に帰還される。この構成により、光学素子の反射部と波長選択素子との間で外部共振器が形成されて、その共振器の内部に位置する活性層において誘導放出が起こり、レーザ発振が得られる。一方、波長選択素子に入射した光のうち特定波長を有する特定回折次数の光以外は、当該半導体レーザ装置の出力光として外部へ出射される。
【００４０】  この発明に係る半導体レーザ装置は、上記光学素子と光路変換素子との間の共振光路、及び、上記波長選択素子と光路変換素子との間の共振光路それぞれをともに横切るように配置され、該光路変換素子から出射された第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束を、該第３方向に関してコリメートする第２コリメータレンズをさらに備えてもよい。この場合、光学素子と光路変換素子との間又は波長選択素子と光路変換素子との間の距離を大きくすることも可能になり、当該半導体レーザ装置の設計自由度を向上させることができる。
【００４１】  なお、上記光学素子は、単に反射ミラーが反射部となり、透過部として何ら媒質が設けられていなくてもよい。この場合、光路変換素子から到達する光束の一部を反射するように該反射ミラーが配置され、該光束の残りが波長選択素子に入射する。
【００４２】  上記光学素子は、その表面に反射部と透過部とが形成された透光性材料からなる平板状基材により構成されるのが好ましい。この場合、光束ごとの反射部と透過部とが第２方向に沿って交互に基材表面に形成され、光学素子が一体化されるので、この光学素子の扱いが容易となり、当該半導体レーザ装置の組立てや光軸調整が容易になる。
【００４３】  上記光学素子において、反射部と透過部は、第３方向（半導体レーザアレイスタックにおいて複数の半導体レーザアレイが積層されている方向）に沿って交互に設けられるのが好ましい。
【００４４】  さらに、上記光学素子において、反射部は、該反射部に入射する光の少なくとも一部を垂直入射させるよう、光路変換素子から出射される各光束の光軸に垂直な面に対して傾いた状態で配置されるのが好ましい。この場合、光路変換素子から第３方向へ拡がって放射される光束のうち一部は、該反射部に垂直入射して、入射経路とは逆の経路を辿って活性層に帰還される。これにより外部共振器が形成されて、高効率にレーザ発振を得ることができる。
【００４５】  ブラッグ反射させる波長選択素子は、上記光学素子における透過部の位置に設けられるのが好ましい。また、上記光学素子が、その表面に反射部と透過部が形成された透光性材料からなる平板状基材で構成された場合、その透過部として波長選択素子が基材上に設けられるのが好ましい。この構成により、当該半導体レーザ装置の部品数が少なくなり、組立てが容易になる。
【００４６】  なお、この発明に係る各実施例は、以下の詳細な説明及び添付図面によりさらに十分に理解可能となる。これら実施例は単に例示のために示されるものであって、この発明を限定するものと考えるべきではない。
【００４７】  また、この発明のさらなる応用範囲は、以下の詳細な説明から明らかになる。しかしながら、詳細な説明及び特定の事例はこの発明の好適な実施例を示すものではあるが、例示のためにのみ示されているものであって、この発明の思想及び範囲における様々な変形および改良はこの詳細な説明から当業者には自明であることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】  図１Ａは、半導体レーザから出射される光束の垂直方向（ｚ軸方向）の拡がり角を示す側面図であり、図１Ｂは、その光束の水平方向（ｙ軸方向）の拡がり角を示す平面図である。【００４９】  図２Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第１実施例の構成を示す平面図であり、図２Ｂは、その側面図である。【００５０】  図３は、半導体レーザアレイ及び該半導体レーザアレイから出射される光束を示す斜視図である。【００５１】  図４Ａは、半導体レーザアレイの前端面（光出射面）を示す図であり、図４Ｂは、活性層の前端面を示す図である。【００５２】  図５は、第１実施例に係る半導体レーザ装置に適用される半導体レーザアレイからの出射光の水平方向（ｙ軸方向）における光強度分布である。【００５３】  図６は、第１実施例に係る半導体レーザ装置に適用される第１コリメータレンズの構成を示す斜視図である。【００５４】  図７は、第１実施例に係る半導体レーザ装置に適用される光路変換素子の構成を示す斜視図である。【００５５】  図８は、第１実施例に係る半導体レーザ装置に適用される光学素子の構成を示す斜視図である。【００５６】  図９Ａは、活性層で発生した光の出射時の横断面（出射パターン）を示し、図９Ｂは、第１コリメータレンズを通過した後の光束の横断面を示し、そして、図９Ｃは、光路変換素子を通過した後の当該光束の横断面を示している。【００５７】  図１０は、第１実施例に係る半導体レーザ装置から出射される光束の水平方向（ｙ軸方向）における光強度分布である。【００５８】  図１１Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第２実施例の構成を示す平面図であり、図１１Ｂは、その側面図である。【００５９】  図１２は、第２実施例に係る半導体レーザ装置に適用される半導体レーザアレイからの出射光の水平方向（ｙ軸方向）における光強度分布である。【００６０】  図１３Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第３実施例の構成を示す平面図であり、図１３Ｂは、その側面図である。【００６１】  図１４は、第２コリメータレンズの構成を示す斜視図である。【００６２】  図１５Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第４実施例の構成を示す平面図であり、図１５Ｂは、その側面図である。【００６３】  図１６Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第５実施例の構成を示す平面図であり、図１６Ｂは、その側面図である。【００６４】  図１７は、半導体レーザアレイスタックの構造を示す斜視図である。【００６５】  図１８Ａ〜１８Ｃは、第４実施例に係る半導体レーザ装置の変形例を示す側面図である。【００６６】  図１９Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第６実施例の構成を示す平面図であり、図１９Ｂは、その側面図である。【００６７】  図２０は、第６実施例に係る半導体レーザ装置に適用される半導体レーザアレイからの出射光の水平方向（ｙ軸方向）における光強度分布である。【００６８】  図２１は、第６実施例に係る半導体レーザ装置に適用される反射ミラーの構成を示す斜視図である。【００６９】  図２２は、第６実施例に係る半導体レーザ装置からの出射光の垂直方向（ｚ軸方向）における光強度分布グラフである。【００７０】  図２３Ａは、この発明に係る半導体レ��ザ装置の第７実施例の構成を示す平面図であり、図２３Ｂは、その側面図である。【００７１】  図２４Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第８実施例の構成を示す平面図であり、図２４Ｂは、その側面図である。【００７２】  図２５は、第８実施例に係る半導体レーザ装置の変形例を示す側面図である。【００７３】  図２６Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第９実施例の構成を示す平面図であり、図２６Ｂは、その側面図である。【００７４】  図２７は、第９実施例に係る半導体レーザ装置に適用される半導体レーザアレイからの出射光の水平方向（ｙ軸方向）における光強度分布である。【００７５】  図２８は、第９実施例に係る半導体レーザ装置に適用される光学素子の構成を示す斜視図である。【００７６】  図２９Ａは、活性層で発生した光束が第１コリメータレンズに入射する前の横断面（出射パターン）を示し、図２９Ｂは、第１コリメータレンズを通過した後の光束の横断面を示し、そして、図２９Ｃは、光路変換素子７を通過した後の当該光束の横断面を示す図である。【００７７】  図３０は、第９実施例に係る半導体レーザ装置からの出射光の垂直方向（ｚ軸方向）における光強度分布である。【００７８】  図３１は、この発明に係る半導体レーザ装置の第１０実施例の構成を示す側面図である。【００７９】  図３２Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第１１実施例の構成を示す平面図であり、図３２Ｂは、その側面図である。【００８０】  図３３は、第１１実施例に係る半導体レーザ装置に適用される半導体レーザアレイからの出射光の水平方向（ｙ軸方向）における光強度分布である。【００８１】  図３４は、第１１実施例に係る半導体レーザ装置に適用される半導体レーザアレイからの出射光のスペクトルである。【００８２】  図３５Ａは、活性層で発生した光束が第１コリメータレンズに入射する前の横断面（出射パターン）を示し、図３５Ｂは、第１コリメータレンズを通過した後の光束の横断面を示し、そして、図３５Ｃは、光路変換素子７を通過した後の当該光束の横断面を示す図である。【００８３】  図３６は、第１１実施例に係る半導体レーザ装置からの出射光の垂直方向（ｚ軸方向）における光強度分布である。【００８４】  図３７は、第１１実施例に係る半導体レーザ装置１からの出射光のスペクトルである。【００８５】  図３８Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第１２実施例の構成を示す平面図であり、図３８Ｂは、その側面図である。【００８６】  図３９Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第１３実施例の構成を示す平面図であり、図３９Ｂは、その側面図である。【００８７】  図４０Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第１４実施例の構成を示す平面図であり、図４０Ｂは、その側面図である。【００８８】  図４１Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第１５実施例の構成を示す平面図であり、図４１Ｂは、その側面図である。【００８９】  図４２は、第１５実施例に係る半導体レーザ装置に適用される波長選択素子の構成を示す斜視図である。【００９０】  図４３Ａは、活性層で発生した光束が第１コリメータレンズに入射する前の横断面（出射パターン）を示し、図４３Ｂは、活性層から出射した光束���第１コリメータレンズを通過した後の当該光束の横断面を示し、そして、図４３Ｃは、第１コリメータレンズを通過した光束が光路変換素子を通過した後の当該光束の横断面を示す図である。【００９１】  図４４は、第１５実施例に係る半導体レーザ装置に適用された半導体レーザアレイの活性層で発生する光のスペクトルである。【００９２】  図４５は、第１５実施例に係る半導体レーザ装置に適用された波長選択素子を透過した光のスペクトルである。【００９３】  図４６Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第１６実施例の構成を示す平面図であり、図４６Ｂは、その側面図である。【００９４】  図４７Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第１７実施例の構成を示す平面図であり、図４７Ｂは、その側面図である。【００９５】  図４８Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第１８実施例の構成を示す平面図であり、図４８Ｂは、その側面図である。【００９６】  図４９は、第１８実施例に係る半導体レーザ装置に適用される光学素子の構成を示す斜視図である。【００９７】  図５０Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第１９実施例の構成を示す平面図であり、図５０Ｂは、その側面図である。【００９８】  図５１Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第２０実施例の構成を示す平面図であり、図５１Ｂは、その側面図である。【００９９】  図５２Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第２１実施例の構成を示す平面図であり、図５２Ｂは、その側面図である。【０１００】  図５３Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第２２実施例の構成を示す平面図であり、図５３Ｂは、その側面図である。【０１０１】  図５４Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第２３実施例の構成を示す平面図であり、図５４Ｂは、その側面図である。【０１０２】  図５５は、第２３実施例に係る半導体レーザ装置に適用された半導体レーザアレイからの出射光のスペクトルと、当該第２３実施例に係る半導体レーザ装置における外部共振器からの出射光のスペクトルである。【０１０３】  図５６Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第２４実施例の構成を示す平面図であり、図５６Ｂは、その側面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１０４】  以下、この発明に係る半導体レーザ装置の各実施例を、図２Ａ〜２Ｂ、３、４Ａ〜４Ｂ、５〜８、９Ａ〜９Ｃ、１０、１１Ａ〜１１Ｂ、１２、１３Ａ〜１３Ｂ、１４、１５Ａ〜１６Ｂ、１７、１８Ａ〜１９Ｂ、２０〜２２、２３Ａ〜２４Ｂ、２５、２６Ａ〜２６Ｂ、２７〜２８、２９Ａ〜２９Ｃ、３０〜３１、３２Ａ〜３２Ｂ、３３〜３４、３５Ａ〜３５Ｃ、３６〜３７、３８Ａ〜４１Ｂ、４２、４３Ａ〜４３Ｃ、４４〜４５、４６Ａ〜４８Ｂ、４９、５０Ａ〜５４Ｂ、５５、５６Ａ及び５６Ｂを用いて詳細に説明する。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。【０１０５】  （第１実施例）【０１０６】  図２Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第１実施例の構成を示す平面図であり、図２Ｂは、その側面図である。この第１実施例に係る半導体レーザ装置１００は、半導体レーザアレイ３、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７、光学素子としての反射ミラー９を備える。これら図２Ａ及び２Ｂに示されたように、半導体レーザアレイ３の活性層３ａが配列された方向をｙ軸方向（第２方向）、活性層３ａは伸びる方向、すなわちレーザ光が出射される方向をｘ軸方向（第１方向）、その双方に垂直な方向をｚ軸方向（第３方向）として座標軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）を設定し、以下の説明に用いる。【０１０７】  図３は、この第１実施例に係る半導体レーザ装置１００に適用される半導体レーザアレイ３の構成を示す斜視図である。半導体レーザアレイ３はｙ軸方向（長手方向）に沿って並列に配列された複数の活性層３ａを備える。それぞれの活性層３ａからは光軸Ａに沿ってレーザ光の光束が出射される。ここで、光軸Ａは活性層３ａの中心を通りｘ軸に平行な軸である。図４Ａは、半導体レーザアレイ３の前端面（光出射面）を示す図であり、図４Ｂは、活性層３ａの前端面を示す図である。半導体レーザアレイ３は、幅１ｃｍの間に活性層３ａが、５００μｍの間隔でｙ軸方向に一列に配列された構造を有する。その活性層３ａの断面は、１００μｍの幅、１μｍの厚さを有する。【０１０８】  １つの活性層３ａから出射されたレーザ光の光束Ｌ１は、光軸Ａを中心としてｚ軸方向へ約３０°、ｙ軸方向へ約８°の拡がり角を有する。図５は、活性層３ａから出射された光束Ｌ１のｙ軸方向における光強度分布である。グラフの横軸は、光軸Ａからの角度、縦軸はレーザ光束の光強度を表している。この図５から分かるように、強度分布はガウス分布とはならず、角度αにピークを有する。すなわち、各活性層３ａから出射される光束のうち、角度α方向へ出射される光束成分が最も強い光強度を有している。【０１０９】  図６は、この第１実施例に係る半導体レーザ装置１００に適用される第１コリメータレンズ５の構成を示す斜視図である。この第１コリメータレンズ５は、ｘ軸方向の長さが０．４ｍｍであり、ｙ軸方向の長さが１２ｍｍであり、ｚ軸方向の長さが０．６ｍｍである。第１コリメータレンズ５は、ｙ軸方向に沿って細長い形状をしている。第１コリメータレンズ５の前後のレンズ面は、ｙ軸方向に沿った母線をもつ円柱面である。【０１１０】  第１コリメータレンズ５は、母線方向を含む面内では屈折作用を有しないが、母線に垂直な面内では屈折��用を有している。上述のように、活性層３ａから出射される光束は、垂直方向（ｚ軸方向）の拡がり角が大きいので、該光束の集光効率を高めるためには、第１コリメータレンズ５の屈折作用を利用して光束の拡がりを抑える必要がある。第１コリメータレンズ５と半導体レーザアレイ３は、第１コリメータレンズ５の母線と半導体レーザアレイ３の垂直方向（ｚ軸方向）とが直交するような位置関係に設置されている。このように設置されると、活性層３ａから出射された光束を第１コリメータレンズ５の母線に垂直な面内で屈折させ、平行化することができる。すなわち、第１コリメータレンズ５は、各活性層３ａから出射された光束の垂直方向（ｚ軸方向）の成分を屈折させ、平行化する。また、この平行化を効率良く行うために、第１コリメータレンズ５は活性層３ａと近接して配置される。半導体レーザアレイ３の活性層３ａから出射される光束は、すべて一つの第１コリメータレンズ５に入射する。【０１１１】  図７は、この第１実施例に係る半導体レーザ装置１００に適用される光路変換素子７の構成を示す斜視図である。光路変換素子７は、ガラス、石英等の透光性材料からなる。ｘ軸方向の長さは１．５ｍｍ、ｙ軸方向の長さは１２ｍｍ、ｚ軸方向の長さは１．５ｍｍである。このように、光路変換素子７は、ｙ軸方向に沿って細長い形状をしている。【０１１２】  光路変換素子７は、第１コリメータレンズ５で平行化された光束の横断面をほぼ９０°回転させる。第１コリメータレンズ５から出射されるすべての光束は、光路変換素子７に入射する。光路変換素子７は、互いに対向する入射面７ａと出射面７ｂとを有している。この入射面７ａは、並列に配置された幅０．５ｍｍの複数の円柱面を有している。これらの円柱面は、ｙ軸方向に対して４５°の角度で延びている。これらの円柱面の数は、半導体レーザアレイ３の活性層３ａの数に等しい。すなわち、これらの円柱面は活性層３ａと１対１に対応している。出射面７ｂも同様に、並列に配置された幅０．５ｍｍの複数の円柱面を有している。これらの円柱面も、ｙ軸方向に対して４５°の角度で延びている。これらの円柱面も、活性層３ａと１対１に対応している。したがって、半導体レーザアレイ３の各活性層３ａから出射される光束は、すべて対応する一つの光路変換素子７に入射する。【０１１３】  なお、光路変換素子の他の例は、上記文献１に記載されている。【０１１４】  図８は、この第１実施例に係る半導体レーザ装置に適用される光学素子である反射ミラー９の構成を示す斜視図である。反射ミラー９はガラス、石英等の透光性材料からなる直方体形状の基材９ｓを有し、互いに対向する反射面９ａ及び出射面９ｃを有している。反射面９ａには反射膜９ｂが設けられており、反射面９ａは光路変換素子７からの光束を一部反射する。反射膜９ｂの反射率は数〜数１０％となっている。反射面９ａで反射されず透過した光束は基材９ｓを透過し出射面９ｃより出射する。出射面９ｃにはＡＲコート９ｄが設けられており基材９ｓを透過した光束を出射面で反射することなく透過させるようになっている。反射ミラー９は、反射面９ａがｘ軸方向に垂直になるように設置されている。反射ミラー９の寸法は、ｘ軸方向の長さ１〜２ｍｍ、ｙ軸方向の長さ１２〜１５ｍｍ、ｚ軸方向の長さ１〜５ｍｍである。【０１１５】  続いて、図２Ａ〜２Ｂ及び図９Ａ〜９Ｃを用いて、半導体レーザ装置１００の動作について説明する。図９Ａは、活性層３ａで発生した光の出射時の横断面（出射パターン）を示し、図９Ｂは、活性層３ａから出射した光束が第１コリメータレンズ５を通過した後の当該光束の横断面を示し、そして、図９Ｃは、第１コリメータレンズ５を通過した光束が光路変換素子７を通過した後の当該光束の横断面を示している。【０１１６】  まず、半導体レーザアレイ３の活性層３ａからそれぞれ光束Ｌ１がｘ軸方向へ出射される。光束Ｌ１は光軸Ａを中心にしてｙ軸方向において８°、ｚ軸方向へ３０°の拡がり角を有している（図９Ａ）。活性層３ａの横断面の垂直方向の長さは、水平方向の長さの１００分の１である（図４Ａ及び４Ｂ）。したがって、活性層３ａから出射する際、光束の横断面は水平方向に細長い。活性層３ａから出射された光束が第１コリメータレンズ５に到達するまでに多少拡散しても、その光束の横断面の垂直方向の長さは水平方向の長さの２倍以下に抑えることができる。すなわち、第１コリメータレンズ５に入射する光束の横断面も、水平方向に細長い形状を有している。【０１１７】  次に、光束Ｌ１は第１コリメータレンズ５へ入射する。第１コリメータレンズ５はｙ軸に垂直な面（ｘｚ平面に平行な面）内で光束Ｌ１を屈折させ光束Ｌ２としてｘ軸方向へ出射する。光束Ｌ２はｚ軸方向の拡がり角はほぼ０°となり、ｚ軸方向については屈折作用を受けないため、ほぼ平行光束となっている（図９Ｂ）。第１コリメータレンズ５はｙ軸を含む面内においての屈折作用は有しないので、ｙ軸方向の拡がり角は８°光束Ｌ１と同様に８°である。【０１１８】  次に、光束Ｌ２は隣接する光束同士が交差する前に光路変換素子７へ入射する。光路変換素子７は光束Ｌ２の横断面をほぼ９０°回転させ光束Ｌ３としてｘ軸方向へ出射する。垂直方向で平行化された光束は、ここで水平方向で平行化された光束へ変換される。これにより、光束の横断面は、垂直方向に長く水平方向に短い形状となる（図９Ｃ）。光束Ｌ３は光束Ｌ２の横断面をほぼ９０°回転させたことによって光束Ｌ２における拡がり角の方向もほぼ９０°回転することとなる。すなわち、光束Ｌ３はｙ軸方向についてはほぼ平行光となり、ｚ軸方向には８°の拡がり角を有している。ｙ軸方向についてほぼ平行光となるので隣接するＬ３同士が交差することを防止することができる。【０１１９】  次に、光束Ｌ３は反射ミラー９へ入射する。光束Ｌ３は反射面９ａで数〜数１０％が光束Ｌ５として反射され、残りは反射ミラー９を透過する。光束Ｌ３のうち光軸Ａと反射面９ａとの交点９ｘの近傍に入射した一部の光束Ｌ３１は、反射面９ａに反射され光束Ｌ５１となる。光束Ｌ３１は反射面９ａにほぼ垂直に入射した光束であるので、反射面９ａでほぼ正反対向きに光束Ｌ５１として反射される。光束Ｌ５１は活性層３ａから反射面９ａへ至った光路とまったく逆向きに帰還し、半導体レーザアレイ３の活性層３ａまで戻り、さらに、半導体レーザアレイ３のレーザ光が出射される端面に対向する端面３ｂへ達する。端面３ｂに達した光束は端面３ｂで��射され、再び活性層３ａからｘ軸方向へ出射される。出射された光束は再び上記光路で反射面９ａまで達し、反射面９ａまで達した光束のうち交点９ｘの近傍に入射した一部のみが再び光路を逆向きに帰還し端面３ｂへ戻る。以上のように一部の光束が反射面９ａと端面３ｂとの間（外部共振器）を往復するに従って光強度が増幅される。増幅された光束の一部が反射面９ａを透過して最終的に光束Ｌ４として出射される。【０１２０】  上述のように、第１実施例に係る半導体レーザ装置１００によれば、各活性層３ａから出射される光束のうち光強度が増幅される光束は、反射面９ａに入射する光束Ｌ３のうち反射面９ａに垂直に近い角度で入射した（交点９ｘ近傍に入射した）光束Ｌ３１のみであり、それ以外の光束については上記のような増幅がおこらない。すなわち、光束Ｌ３１のように光軸Ａとのなす角が小さい光束のみが増幅条件を満たし、外部共振器によって選択的に増幅されることとなる。よって、出射される光束Ｌ４は光軸Ａとのなす角が小さい成分が選択的に増幅された光束となっている。【０１２１】  このため、光束Ｌ４（すなわち最終的に半導体レーザ装置１００から出射されるレーザ光）は拡がり角が極めて小さい光束の成分が多くなっており、光束Ｌ４の光強度分布は図１０に示されたような分布となる。なお、図１０の横軸は、光軸Ａからの角度、縦軸はレーザ光束の光強度を表している。活性層３ａから出射される光束の光強度分布（図５参照）と比較して、ピークは１つとなり、かつ、ピークがより鋭くなっている。換言すると、半導体レーザ装置１００から出射されるレーザ光は拡がり角が小さくなっている。この拡がり角は、活性層のサイズ等の諸条件によって異なるが、上記半導体レーザ装置１００の場合には２°程度となり、活性層３ａから出射される光束の拡がり角８°に比較して小さくなっている。【０１２２】  （第２実施例）【０１２３】  図１１Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第２実施例の構成を示す平面図（ｚ軸方向から見た図）であり、図１１Ｂは、その側面図（ｙ軸方向から見た図）である。【０１２４】  第１実施例に係る半導体レーザ装置１００では反射ミラー９が、反射面９ａがｘ軸方向に垂直になるように設置されているが、当該半導体レーザ装置１１０においては、反射面９ａが光軸Ａに垂直な面（ｙｚ平面に平行な面）に対して傾くように設置されている。反射面９ａは図に示されたように、反射面９ａの法線がｙｚ平面と平行を保つように傾けられており、傾きの角度はθである。この相違点以外は当該第２実施例に係る半導体レーザ装置１１０の構成は、上述の第１実施例に係る半導体レーザ装置１００の構成とまったく同じであるので説明を省略する。【０１２５】  図１１Ａ、１１Ｂ及び１２を用いて、設定された角度θについて説明する。図１２において、グラフの横軸は、光軸Ａからの角度、縦軸はレーザ光束の光強度を表している。破線は、活性層３ａから出射された光束の光強度分布である。半導体レーザアレイ３の活性層３ａから出射される光束のｙ軸方向についての光強度分布は前述のとおり角度αの方向にピークを有する。すなわち、角度α方向付近に出射された光束Ｌｍが最も大きい光強度を有する。光束Ｌｍは活性層３��から出射された後、図１１Ａ及び１１Ｂ中に太線で示したＬｍの光路で反射面９ａへ入射する。ここで角度θはθ＝αに設定されているので、光束Ｌｍは反射面９ａへ垂直に入射することとなり、正反対向きへ反射され、光軸Ａから離れた位置の光束Ｌｍを半導体レーザアレイ３の活性層３ａへ帰還させることができる。このため、光束Ｌｍが増幅条件を満たしていることとなる。【０１２６】  半導体レーザアレイ３から出射される光束は光軸Ａ方向以外の角度αの方向に光強度のピークを有しているが、当該半導体レーザ装置１１０によれば、活性層３ａから角度αで出射された光束Ｌｍが増幅条件を満たすように反射面９ａの傾き角度θを設定することができる。よって、当該半導体レーザ装置１１０によれば、光強度がピークとなるような光束を選択して共振させ、増幅することができるので、さらに大きい光強度のレーザ光を出射することができる。なお、図１２中の実線は、半導体レーザ装置１１０から出射された光束の光強度分布である。【０１２７】  （第３実施例）【０１２８】  図１３Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第３実施例の構成を示す平面図（ｚ軸方向から見た図）であり、図１３Ｂは、その側面図（ｙ軸方向から見た図）である。【０１２９】  この第３実施例に係る半導体レーザ装置１２０では、光路変換素子７と反射ミラー９との間に第２コリメータレンズ８が設置されている。この相違点を除き、当該第３実施例に係る半導体レーザ装置１２０の構成は、上述の第１実施例に係る半導体レーザ装置１００の構成とまったく同じであるので説明を省略する。【０１３０】  図１４は、この第３実施例に係る半導体レーザ装置１２０に適用される第２コリメータレンズ８の構成を示す斜視図である。第２コリメータレンズ８の前後のレンズ面は、ｙ軸方向に沿った母線をもつ円柱面である。第２コリメータレンズ８は、母線方向を含む面内では屈折作用を有しないが、母線に垂直な面内では屈折作用を有している。図１４に示されたように、母線方向、すなわちｙ軸方向の長さが１２ｍｍであり、ｘ軸方向の長さが０．５〜３ｍｍ、ｚ軸方向の長さが１．５〜１０ｍｍである。光路変換素子７から出射した光束は、すべて第２コリメータレンズ８に入射する。第２コリメータレンズ８は、その母線とｚ軸方向とが直交するように設置されている。このように設置されているので、光路変換素子７から出射した光束を第２コリメータレンズ８の母線に垂直な面内で屈折させ、平行に近づけることができる。【０１３１】  この第３実施例に係る半導体レーザ装置１２０によれば、光路変換素子７を透過したレーザ光を長手方向と垂直な面内においてより平行に近くなるように第２コリメータレンズ８で屈折させることができる。それにより、光路変換素子７と反射ミラー９との間の距離を大きくすることも可能となり、当該半導体レーザ装置１２０の設計自由度を向上させることができる。【０１３２】  また、この第３実施例に係る半導体レーザ装置１２０において、反射ミラー９は反射面９ａが光軸Ａに垂直な面に対し傾くように設置されてもよい。この傾き角度を適当に設定することによって、光強度がピークとなるような光束を選択して共振させ、増幅することができるので、さらに大きい光強度の光束を出射ることができる。【０１３３】  （第４実施例）【０１３４】  図１５Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第４実施例の構成を示す平面図（ｚ軸方向から見た図）であり、図１５Ｂは、その側面図（ｙ軸方向から見た図）である。【０１３５】  この第４実施例に係る半導体レーザ装置１３０では、第１実施例に係る半導体レーザ装置１００と異なり、光学素子である反射ミラー９は、半導体レーザアレイ３の活性層３ａから出射される光束の光軸からずれた位置であって、該光束がその反射面に垂直入射するよう配置されている。なお、この相違点以外は半導体レーザ装置１３０の構成は半導体レーザ装置１００の構成とまったく同じであるので説明を省略する。【０１３６】  （第５実施例）【０１３７】  図１６Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第５実施例の構成を示す平面図（ｚ軸方向から見た図）であり、図１６Ｂは、その側面図（ｙ軸方向から見た図）である。【０１３８】  この第５実施例に係る半導体レーザ装置１４０は、半導体レーザアレイスタック４、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７、光学素子としての反射ミラー９を備える。【０１３９】  図１７は、この第５実施例に係る半導体レーザ装置１４０に適用される半導体レーザアレイスタック４の構成を示す斜視図である。半導体レーザアレイスタック４は、図１７に示されたように、複数の半導体レーザアレイ３と複数のヒートシンク４ｈとがｚ軸方向に沿って交互に配置された構造を有している。【０１４０】  ヒートシンク４ｈは、半導体レーザアレイ３を冷却する。ヒートシンク４ｈは、銅製の平板状部材を組み合わせて形成した冷却水路を有している。冷却水は、この冷却水路内を循環する。【０１４１】  この第５実施例において、各第１コリメータレンズ５は、上述の第１実施例に係る半導体レーザ装置１００の第１コリメータレンズ５と同じ構成（図６）を有している。第１コリメータレンズ５は、当該第１コリメータレンズ５の母線と対向する半導体レーザアレイ３の垂直方向（ｚ軸方向）とが直交するように設置される。このように設置されると、活性層３ａから出射された光束を第１コリメータレンズ５の母線に垂直な面内で屈折させ、平行化することができる。すなわち、第１コリメータレンズ５は、各活性層３ａから出射された光束の垂直方向（ｚ軸方向）の成分を屈折させ、平行化する。また、この平行化を効率良く行うために、第１コリメータレンズ５は活性層３ａと近接させて配置される。このため、第１コリメータレンズ５は、半導体レーザアレイ３と１対１に対応している。すなわち、第１コリメータレンズ５の設置数は、半導体レーザアレイ３の数に等しい。各第１コリメータレンズ５は、それぞれ一つの半導体レーザアレイ３と対向するように配置されている。したがって、一つの半導体レーザアレイ３の活性層３ａから出射する光束は、すべて一つの第１コリメータレンズ５に入射する。【０１４２】  同様に、各光路変換素子７は、上述の第１実施例に係る半導体レーザ装置１００の光路変換素子７と同じ構成（図７）を有している。光路変換素子７は、第１コリメータレンズ５で平行化された光束の横断面をほぼ９０°回転させる。このため、光路変換素子７は、第１コリ��ータレンズ５と１対１に対応させて配置される。すなわち、各光路変換素子７は、それぞれ一つの第１コリメータレンズ５と対向するよう配置される。したがって、一つの第１コリメータレンズ５から出射されるすべての光束は、対応する一つの光路変換素子７に入射する。各光路変換素子７の各円柱面は、活性層３ａと１対１に対応している。したがって、一つの半導体レーザアレイ３の各活性層３ａから出射される光束は、すべて対応する一つの光路変換素子７に入射する。【０１４３】  反射ミラー９も、上述の第１実施例に係る半導体レーザ装置１００の反射ミラー９と同じ構成（図８）を有している。反射ミラー９は、反射面９ａがｘ軸方向に垂直になるように設置されている。反射ミラー９の寸法はｘ軸方向の長さ１〜２ｍｍ、ｙ軸方向の長さ１２〜１５ｍｍとなっており、ｚ軸方向の長さは半導体レーザアレイスタック４のｚ軸方向の長さよりも１〜５ｍｍ長くなっている。反射ミラー９は各半導体レーザアレイ３から出射された光束はすべて反射ミラー９に入射するようになっている。【０１４４】  この第５実施例に係る半導体レーザ装置１４０によれば、各活性層３ａから出射される光束のうち光強度が増幅される光束は、反射面９ａに入射する光束Ｌ３のうち反射面９ａに垂直に近い角度で入射した光束Ｌ３１のみであり、それ以外の光束については上述のような増幅は起こらない。すなわち、光束Ｌ３１のように光軸Ａとのなす角が小さい光束のみが増幅条件を満たし、外部共振器によって選択的に増幅されることとなる。よって、出射される光束Ｌ４は光軸Ａとのなす角が小さい成分が選択的に増幅された光束となっている。【０１４５】  このため、光束Ｌ４（すなわち最終的に当該半導体レーザ装置１４０から出射されるレーザ光）は拡がり角が極めて小さい光束の成分が多くなっており、光束Ｌ４の光強度分布は、図１０と同様の分布となる。活性層３ａから出射される光束の光強度分布（図５参照）と比較して、ピークは１つとなり、かつ、ピークがより鋭くなっている。換言すると、当該半導体レーザ装置１４０から出射されるレーザ光は拡がり角が小さくなっている。この拡がり角は、活性層のサイズ等の諸条件によって異なるが、当該半導体レーザ装置１４０の場合には２°程度となり、活性層３ａから出射される光束の拡がり角８°に比較して小さくなっている。【０１４６】  なお、この発明は上述の実施例に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、図１８Ａ〜１８Ｃは、上述の第５実施例に係る半導体レーザ装置１４０の変形例の構成を示す側面図である。当該半導体レーザ装置１４０は、図１８Ａに示されたように、各光路変換素子７と各反射ミラー９との間に第２コリメータレンズ８が設置されてもよい。この第２コリメータレンズ８は、上述の第３実施形態に係る半導体レーザ装置１２０の第２コリメータレンズ８と同じ構成（図１４）を有している。このように第２コリメータレンズ８が設置されれば、光路変換素子７を透過したレーザ光を長手方向と垂直な面内においてより平行に近くなるように第２コリメータレンズ８で屈折させることができる。そうすれば、光路変換素子７と反射ミラー９との間の距離を大きくすることも可能になり、当該半導体レーザ��置１４０の設計自由度を向上させることができる。【０１４７】  また、当該半導体レーザ装置１４０は、図１８Ｂに示されたように、反射面９ａがｘ軸に垂直な面に対し傾くように反射ミラー９が設置されてもよい。この傾き角度が適当に設定されることによって、光強度がピークとなるような光束を選択して共振させ、増幅することができるので、さらに大きい光強度の光束を出射させることができる。【０１４８】  さらに、当該半導体レーザ装置１４０は、図１８Ｃに示されたように、各光路変換素子７と各反射ミラー９との間に第２コリメータレンズ８が設置され、かつ、反射面９ａがｘ軸に垂直な面に対し傾くように反射ミラー９が設置されてもよい。この構成によって、当該半導体レーザ装置１４０の設計自由度を向上させることができるとともに、大きい光強度の光束を出射させることができる【０１４９】  （第６実施例）【０１５０】  図１９Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第６実施例の構成を示す平面図であり、図１９Ｂは、その側面図である。この第６実施例に係る半導体レーザ装置１５０は、半導体レーザアレイ３、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７、反射ミラー（光学素子）９を備えている。【０１５１】  半導体レーザアレイ３は、第１実施例と同様の構造（図３）を有する。半導体レーザアレイ３はｙ軸方向（長手方向）に沿って並列に配列された複数の活性層３ａを有している。それぞれの活性層３ａからは光軸Ａに沿ってレーザ光の光束が出射される。ここで、光軸Ａは活性層３ａの中心を通りｘ軸に平行な軸である。また、半導体レーザアレイ３の前端面（光出射面）は、図４Ａと同様の構造を有するとともに、活性層３ａの前端面は、図４Ｂと同様の構造を有する。半導体レーザアレイ３は、幅１ｃｍの間に活性層３ａが、５００μｍの間隔でｙ軸方向に一列に配列された構造を有している。その活性層３ａの断面は、１００μｍの幅、１μｍの厚さを有している。また、半導体レーザアレイ３の前端面には反射率数％以下の反射膜がコーティングされている。【０１５２】  １つの活性層域３ａから出射されたレーザ光の光束Ｌ１は、光軸Ａを中心としてｚ軸方向へ約３０°、ｙ軸方向へ約８°の拡散角を有している。図２０は、活性層３ａから出射された光束Ｌ１のｙ軸方向における光強度分布である。グラフの横軸は、光軸Ａからの角度、縦軸はレーザ光束の光強度を表している。この図２０に示されたように、強度分布はガウス分布とはならず、不規則な分布となっている。【０１５３】  第１コリメータレンズ５の構造は第１実施例と同様の構造（図６）を有する。第１コリメータレンズ５の寸法は、ｘ軸方向の長さが０．４ｍｍであり、ｙ軸方向の長さが１２ｍｍであり、ｚ軸方向の長さが０．６ｍｍである。第１コリメータレンズ５は、ｙ軸方向に沿って細長い形状をしている。第１コリメータレンズ５の前後のレンズ面は、ｙ軸方向に沿った母線をもつ円柱面である。【０１５４】  第１コリメータレンズ５は、母線方向（ｙ軸方向）を含む面内では屈折作用を有しないが、母線に垂直な面内では屈折作用を有している。上述のように、活性層３ａから出射される光束の垂直方向の拡散角が大きいので、該光束の集光効率を高めるためには、屈折作用を利用して光束の拡がりを抑える必要がある。第１コリメータレンズ５と半導体レーザアレイ３は、第１コリメータレンズ５の母線と半導体レーザアレイ３の垂直方向（ｚ軸方向）とが直交するような位置関係に設置されている。このように設置されると、活性層３ａから出射された光束を第１コリメータレンズ５の母線に垂直な面内で屈折させ、平行化することができる。すなわち、第１コリメータレンズ５は、各活性層３ａから出射された光束の垂直方向（ｚ軸方向）の成分を屈折させ、平行化する。また、この平行化を効率良く行うために、第１コリメータレンズ５は活性層３ａと近接させて配置される。半導体レーザアレイ３の活性層３ａから出射される光束は、すべて一つの第１コリメータレンズ５に入射する。【０１５５】  光路変換素子７の第１実施例と同様の構造（図７）を有する。光路変換素子７は、ガラス、石英等の透光性材料からなる。ｘ軸方向の長さは１．５ｍｍ、ｙ軸方向の長さは１２ｍｍ、ｚ軸方向の長さは１．５ｍｍである。このように、光路変換素子７は、ｙ軸方向に沿って細長い形状をしている。【０１５６】  光路変換素子７は、第１コリメータレンズ５で平行化された光束の横断面をほぼ９０°回転させる。第１コリメータレンズ５から出射されるすべての光束は、光路変換素子７に入射する。光路変換素子７は、互いに対向する入射面７ａと出射面７ｂとを有している。この入射面７ａは、並列に配置された幅０．５ｍｍの複数の円柱面を有している。これらの円柱面は、ｙ軸方向に対して４５°の角度で延びている。これらの円柱面の数は、半導体レーザアレイ３の活性層３ａの数に等しい。すなわち、これらの円柱面は活性層３ａと１対１に対応している。出射面７ｂも同様に、並列に配置された幅０．５ｍｍの複数の円柱面を有している。これらの円柱面も、ｙ軸方向に対して４５°の角度で延びている。これらの円柱面も、活性層３ａと１対１に対応している。したがって、半導体レーザアレイ３の各活性層３ａから出射される光束は、すべて対応する一つの光路変換素子７に入射する。【０１５７】  なお、光路変換素子の他の例は、上記文献１に記載されている。【０１５８】  図２１は、この第６実施例に係る半導体レーザ装置１５０に適用される光学素子としての反射ミラー９の構造を示す斜視図である。反射ミラー９はガラス、石英等の透光性材料からなる直方体形状の基材９ｓを備え、反射面９ａを有している。反射面９ａには反射膜９ｂが設けられており、反射面９ａは光路変換素子７からの光束を全反射する。反射膜９ｂの反射率は９９．５％以上となっている。反射ミラー９は光路変換素子７から出射される光束の光路の一部を横切っている。反射ミラー９は反射膜９ａの縁部９ｄがｙ軸と平行になるように設けられており、縁部９ｄよりも−ｚ側（図１９Ｂにおいて下側）の光束は反射面９ａに入射し、縁部９ｄよりも＋ｚ側（図１９Ｂにおいて上側）の光束は反射面９ａに入射せず外部へと出射される。反射面９ａは光路変換素子７から出射される光束の光軸Ａを横切るように設けられているため、反射面９ａに入射しない光束よりも入射する光束の断面積のほうが大きくなる。【０１５９】  また、反射ミラー９は、反射面９ａの法線がｘｚ平面上にあるように、かつ、��射面９ａとｙｚ平面とのなす角が角度θとなるように、傾けて設置されている。反射面９ａの傾きは、光路変換素子７の側へ伸びた反射面９ａの法線が＋ｚ側に向くように、すなわち、光路変換素子７の側へ伸びた反射面９ａの法線が光路変換素子７の側で光軸Ａに近づくような向きに設定されている。角度θは光路変換素子７から出射される光束のｚ軸方向の拡散角αの２分の１（α／２）よりも小さい角度に設定されており、光路変換素子７から出射される光束の少なくとも一部が反射面９ａに垂直に入射するようになっている。反射面９ａに垂直に入射した光束は、反射面９ａに反射され、入射経路を逆向きに帰還し、前記活性層３ａまで戻る。反射ミラー９の寸法は、ｘ軸方向の長さ１〜２ｍｍ、ｙ軸方向の長さ１２〜１５ｍｍ、ｚ軸方向の長さ０．８〜１．４ｍｍである。【０１６０】  続いて、図１９Ａ〜１９Ｂ及び第１実施例で説明された図９Ａ〜９Ｃを参照し、当該半導体レーザ装置１５０の動作について説明する。【０１６１】  まず、半導体レーザアレイ３の活性層３ａからそれぞれ光束Ｌ１がｘ軸方向へ出射される。光束Ｌ１は光軸Ａを中心にしてｙ軸方向において８°、ｚ軸方向へ３０°の拡散角を有している（図９Ａ）。活性層３ａの横断面の垂直方向の長さは、水平方向の長さの１００分の１である（図４Ａ）。したがって、活性層３ａから出射する際、光束の横断面は水平方向に細長い。活性層３ａから出射した光束が第１コリメータレンズ５に到達するまでに多少拡散しても、その光束の横断面の垂直方向の長さは水平方向の長さの２倍以下に抑えることができる。すなわち、第１コリメータレンズ５に入射する光束の横断面も、水平方向に細長い形状を有している。【０１６２】  次に、光束Ｌ１は第１コリメータレンズ５へ入射する。第１コリメータレンズ５はｙ軸に垂直な面（ｘｚ平面に平行な面）内で光束Ｌ１を屈折させ光束Ｌ２としてｘ軸方向へ出射する。光束Ｌ２はｚ軸方向の拡散角はほぼ０°となり、ｙ軸方向については屈折作用を受けない（図９Ｂ）。第１コリメータレンズ５はｙ軸を含む面内においての屈折作用は有しないので、ｙ軸方向の拡散角は光束Ｌ１と同様の角度である。【０１６３】  次に、光束Ｌ２は隣接する光束同士が交差する前に光路変換素子７へ入射する。光路変換素子７は光束Ｌ２の横断面をほぼ９０°回転させ光束Ｌ３としてｘ軸方向へ出射する。ｚ軸方向で平行化された光束は、ここでｙ軸方向で平行化された光束へ変換される。これにより、光束の横断面は、ｚ軸方向に長く水平方向に短い形状となる（図９Ｃ）。光束Ｌ３は光束Ｌ２の横断面をほぼ９０°回転させたことによって光束Ｌ２が有していた拡散角の方向もほぼ９０°回転することとなる。すなわち、光束Ｌ３はｙ軸方向についてはほぼ平行光となり、ｚ軸方向には拡散角を有している。ｙ軸方向についてほぼ平行光となるので隣接するＬ３同士が交差することを防止することができる。【０１６４】  光路変換素子７から見て光束Ｌ３の進行方向側には反射ミラー９が設けられており、反射ミラー９は反射面９ａが光束Ｌ３の光路を一部のみ横切るように設置されているので、光路変換素子７から出射された光束Ｌ３は一部が反射面９ａに入射し、残りの一部が反射面９ａには入射しない。ここ��、光束Ｌ３をｚ軸方向に２分し、光束Ｌ３のうち反射面９ａに入射する光束Ｌ３ｒとし、反射面９ａに入射しない光束Ｌ３ｔとして説明する。【０１６５】  光束Ｌ３ｒは光路変換素子７から出射され、反射ミラー９の反射面９ａに入射する。反射面９ａ入射した光は全反射されるので、光束Ｌ３ｒは反射面９ａで９９．５％以上（ほぼ全部）が光束Ｌ５として反射される。前述のとおり、反射面９ａは光軸Ａに対して垂直ではなく角度θ傾けて設けられており、角度θは光路変換素子７から出射された光束Ｌ３の拡散角αの２分の１（α／２）よりも小さく設定されている。このため、光束Ｌ３ｒのうち反射面９ａにほぼ垂直に入射する光束が存在し、垂直に入射した光束は、反射面９ａでほぼ正反対向きに反射される。反射された光束は活性層３ａから反射面９ａへ至った光路をまったく逆向きに辿り帰還する。活性層３ａへ帰還した光束は、一旦半導体レーザアレイ３の後方端面３ｂまで戻り、さらに、半導体レーザアレイ３のレーザ光が出射される出射端面（前方端面）へ達する。出射端面に達した光束の一部は後方端面３ｂに向かって反射され、再び該後方端面３ｂを経由して活性層３ａからｘ軸方向へ出射される。出射された光束の一部は再び上記光路で反射面９ａまで達し、反射面９ａまで達した光束のうち反射面９ａにほぼ垂直に入射した一部のみが再び光路を逆向きに帰還する。以上のように、光束の一部は、後方端面３ｂを経由する反射面９ａと出射端面との間の共振光路（すなわち、反射面９ａで反射された光が後方端面３ｂを経由して出射端面に向かう経路と、該出射端面から活性層３ａ内に向かって反射された光が後方端面３ｂを経由して反射面９ａに向かう経路により構成されている）を往復するに従ってレーザ光の空間横モードが単一モードに近づく。一方、光束Ｌ３ｔは光路変換素子７から出射され、反射ミラー９の反射面９ａに入射することなく半導体レーザ装置１５０の外部へ出射され、光束Ｌ３ｔが半導体レーザ装置１５０からの最終的な出力光となる。【０１６６】  上述のように、この第６実施例に係る半導体レーザ装置１５０は光束Ｌ３ｒの光路をふくむ共振光路を、光束Ｌ３ｔの光路を含む出力光路とを備えることとなる。よって、当該半導体レーザ装置１５０では、半導体レーザアレイ３で発生したレーザ光が共振光路で共振することで空間横モードが単一モードに近づき、空間横モードが単一モードに近ついたことで拡散角が小さくなったレーザ光を、出力光路から外部へ出力することができる。したがって、当該半導体レーザ装置１５０によれば、最終的な出力光の拡散角を小さくすることができる。また、共振光路及び出力光路は反射面９ａの位置によって分割されているので、両光路を分割するためにハーフミラー等を用いる必要がなく、全反射の反射面９ａを用いている。よって、ハーフミラー等を用いて共振光の光路と出力光の光路を形成する場合よりも強い共振光が得られ、強い出力光が得られる。【０１６７】  光束Ｌ３ｔのｚ軸方向に関する光強度分布は、図２２に示されたような分布となる。光束Ｌ３ｔの光強度分布は、活性層３ａから出射される光束の光強度分布（図２０参照）と比較して、ピークは１つとなり、かつ、ピークがより鋭くなっている。換言すると、当該半導体レーザ装置１５０から出射されるレーザ光は拡散角が小さくなっている。この拡散角は、活性層のサイズ等の諸条件によって異なるが、当該半導体レーザ装置１５０の場合には１°程度となり、活性層３ａから出射される光束の拡散角８°に比較して小さくなっている。【０１６８】  反射ミラー９の傾き角度θを変化させると、上記強度分布のピーク位置及びピーク強度が変化する。半導体レーザ装置１５０において、より高い強度の出力光を得るために、ピーク強度が最大となるような反射ミラー９の傾き角度を予め求め、求めた角度が角度θとして設定されてもよい。【０１６９】  また、この第６実施例に係る半導体レーザ装置１５０では、反射面９ａとして平面の反射面を用いて光路変換素子７から出射された光束の一部を活性層３ａへ帰還させているが、光路変換素子７から入射された光束の全部を垂直に全反射させるような凹面の反射面を用い、反射された光束の全部を活性層３ａへ帰還させるようにしてもよい。【０１７０】  （第７実施例）【０１７１】  図２３Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第７実施例の構成を示す平面図（ｚ軸方向から見た図）であり、図２３Ｂは、その側面図（ｙ軸方向から見た図）である。【０１７２】  この第７実施例に係る半導体レーザ装置１６０では、光路変換素子７と反射ミラー９との間に第２コリメータレンズ８が設置されている。この相違点を除き、当該半導体レーザ装置１６０の構成は上述の第１及び第６実施例に係る半導体レーザ装置１００、１５０の構成とまったく同じであるので説明を省略する。【０１７３】  設置された第２コリメータレンズ８は、第３実施例と同様の構成（図１４）を有する。第２コリメータレンズ８の前後のレンズ面は、ｙ軸方向に沿った母線をもつ円柱面である。第２コリメータレンズ８は、母線方向を含む面内では屈折作用を有しないが、母線に垂直な面内では屈折作用を有している。図１４に示されたように、母線方向、すなわちｙ軸方向の長さが１２ｍｍであり、ｘ軸方向の長さが０．５〜３ｍｍ、ｚ軸方向の長さが１．５〜１０ｍｍである。光路変換素子７から出射された光束は、すべて第２コリメータレンズ８に入射する。第２コリメータレンズ８は、その母線とｚ軸方向とが直交するように設置されている。このように設置されているので、光路変換素子７から出射された光束を第２コリメータレンズ８の母線に垂直な面内で屈折させ、平行に近づけることができる。【０１７４】  この第７実施例に係る半導体レーザ装置１６０によれば、光路変換素子７を透過したレーザ光をｙ軸方向と垂直な面内においてより平行に近くなるように第２コリメータレンズ８で屈折させることができる。そうすれば、光路変換素子７と反射ミラー９との間の距離を大きくすることも可能となり、当該半導体レーザ装置１６０の設計自由度を向上させることができる。【０１７５】  （第８実施例）【０１７６】  図２４Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第８実施例の構成を示す平面図（ｚ軸方向から見た図）であり、図２４Ｂは、その側面図（ｙ軸方向から見た図）である。この第８実施例に係る半導体レーザ装置１７０は、半導体レーザアレイスタック４、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７、反射ミラ���（光学素子）９を備える。【０１７７】  半導体レーザアレイスタック４は、第５実施例と同様の構成（図１７）を有する。半導体レーザアレイスタック４は、図１７に示されたように、複数の半導体レーザアレイ３と複数のヒートシンク４ｈとがｚ軸方向に沿って交互に配置された構造を有している。【０１７８】  ヒートシンク４ｈは、半導体レーザアレイ３を冷却する。ヒートシンク４ｈは、銅製の平板状部材を組み合わせて形成した冷却水路を有している。冷却水は、この冷却水路内を循環する。【０１７９】  各第１コリメータレンズ５は、第１実施例や第６実施例と同様の構成（図６）を有している。第１コリメータレンズ５は、第１コリメータレンズ５の母線と対向する半導体レーザアレイ３の垂直方向（ｚ軸方向）とが直交するように設置する。このように設置されると、活性層３ａから出射された光束を第１コリメータレンズ５の母線に垂直な面内で屈折させ、平行化することができる。すなわち、第１コリメータレンズ５は、各活性層３ａから出射された光束の垂直方向（ｚ軸方向）の成分を屈折させ、平行化する。また、この平行化を効率良く行うために、第１コリメータレンズ５は活性層３ａと近接させて配置される。このため、第１コリメータレンズ５は、半導体レーザアレイ３と１対１に対応している。すなわち、第１コリメータレンズ５の設置数は、半導体レーザアレイ３の数に等しい。各第１コリメータレンズ５は、それぞれ一つの半導体レーザアレイ３と対向するように配置されている。したがって、一つの半導体レーザアレイ３の活性層３ａから出射する光束は、すべて一つの第１コリメータレンズ５に入射する。【０１８０】  各光路変換素子７は、第１実施例や第６実施例と同様の構成（図７）を有している。光路変換素子７は、第１コリメータレンズ５で平行化された光束の横断面をほぼ９０°回転させる。このため、光路変換素子７は、第１コリメータレンズ５と１対１に対応させて配置される。すなわち、各光路変換素子７は、それぞれ一つの第１コリメータレンズ５と対向するよう配置される。したがって、一つの第１コリメータレンズ５から出射されるすべての光束は、対応する一つの光路変換素子７に入射する。各光路変換素子７の各円柱面は、活性層３ａと１対１に対応している。したがって、一つの半導体レーザアレイ３の各活性層３ａから出射される光束は、すべて対応する一つの光路変換素子７に入射する。【０１８１】  光学素子としての各反射ミラー９は、第６実施例と同様の構成（図２１）を有している。各反射ミラー９は、各光路変換素子７から出射された各光束の一部を反射し、反射した各光束の一部は活性層３へ戻るようになっている。このため、反射ミラー９は、光路変換素子７と１対１に対応させて配置される。すなわち、各反射ミラー９は、それぞれ一つの光路変換素子７と対向するよう配置される。【０１８２】  この第８実施例に係る半導体レーザ装置１７０では、半導体レーザアレイ３で発生したレーザ光が外部共振器光路で共振することで空間横モードが単一モードに近づき、空間横モードが単一モードに近ついたことで拡散角が小さくなったレーザ光を、外部へ出力することができる。したがって、当該半導体レーザ装置１７０によれば、��終的な出力光の拡散角を小さくすることができる。【０１８３】  なお、この発明は上述の実施例に限定されることなく種々の変形が可能である。図２５は、第８実施例に係る半導体レーザ装置１７０の変形例の構成を示す側面図である。この図２５に示されたように、半導体レーザ装置１７０は、各光路変換素子７と各反射ミラー９との間に第２コリメータレンズ８が設置されている。この第２コリメータレンズ８は、第３実施例と同様の構成（図１４）を有している。このように第２コリメータレンズ８が設置されれば、光路変換素子７を透過したレーザ光をｙ軸方向と垂直な面内においてより平行に近くなるように第２コリメータレンズ８で屈折させることができる。これにより、光路変換素子７と反射ミラー９との間の距離を大きくすることも可能となり、当該半導体レーザ装置１７０の設計自由度を向上させることができる。【０１８４】  （第９実施例）【０１８５】  図２６Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第９実施例の構成を示す平面図であり、図２６Ｂは、その側面図である。この第９実施例に係る半導体レーザ装置１８０は、半導体レーザアレイスタック４、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７および光学素子９を備える。【０１８６】  半導体レーザアレイスタック４は、第５実施例と同様の構成（図１７）有する。半導体レーザアレイスタック４は、図１７に示されたように、複数の半導体レーザアレイ３と複数のヒートシンク４ｈとがｚ軸方向に沿って交互に配置された構造を有している。ヒートジンク４ｈは、半導体レーザアレイ３を冷却する。ヒートシンク４ｈは、銅製の平板状部材を組み合わせて形成した冷却水路を有している。冷却水は、この冷却水路内を循環する。【０１８７】  上記半導体レーザアレイスタック４における半導体レーザアレイ３は、図３に示された構成を有する。各半導体レーザアレイ３は、ｙ軸方向（長手方向）に沿って並列に配列された複数の活性層３ａを有している。それぞれの活性層３ａからは光軸Ａに沿ってレーザ光の光束が出射される。ここで、光軸Ａは活性層３ａの中心を通りｘ軸に平行な軸である。また、半導体レーザアレイ３の前端面（光出射面）は図４Ａと同様の個性を有し、活性層３ａの前端面は図４Ｂと同様の構成を有する。半導体レーザアレイ３は、幅１ｃｍの間に活性層３ａが、５００μｍの間隔でｙ軸方向に一列に配列された構造を有している。その活性層３ａの断面は、１００μｍの幅、１μｍの厚さを有している。また、半導体レーザアレイ３の前端面には反射率十数％以下の反射膜がコーティングされている。【０１８８】  １つの活性層３ａから出射されたレーザ光の光束Ｌ１は、光軸Ａを中心として、ｚ軸方向へ３０°〜４０°の拡がり角を有し、ｙ軸方向へ８°〜１０°の拡がり角を有している。図２７は、活性層３ａから出射された光束Ｌ１のｙ軸方向における光強度分布である。グラフの横軸は光軸Ａからの角度を表し、縦軸はレーザ光束の光強度を表している。この図２７に示されたように、強度分布は、ガウス分布とはならず、不規則な分布となっている。【０１８９】  第１コリメータレンズ５は、第１実施例と同様の構成（図６）を有する。第１コリメータレンズ５の前後のレンズ面は、ｙ軸方向に沿った母���をもつ円柱面である。第１コリメータレンズ５の寸法は、ｘ軸方向の長さが０．４ｍｍであり、ｙ軸方向の長さが１２ｍｍであり、ｚ軸方向の長さが０．６ｍｍである。第１コリメータレンズ５は、ｙ軸方向に沿って細長い形状をしている。【０１９０】  第１コリメータレンズ５は、母線方向（ｙ軸方向）を含む面内では屈折作用を有しないが、母線に垂直な面内では屈折作用を有している。上述のように、活性層３ａから出射される光束の垂直方向の拡がり角が大きいので、該光束の集光効率を高めるためには、屈折作用を利用して光束の拡がりを抑える必要がある。第１コリメータレンズ５と半導体レーザアレイ３とは、第１コリメータレンズ５の母線と半導体レーザアレイ３の垂直方向（ｚ軸方向）とが直交するような位置関係に設置されている。このように設置されると、活性層３ａから出射された光束を、第１コリメータレンズ５の母線に垂直な面内で屈折させ、平行化することができる。すなわち、第１コリメータレンズ５は、各活性層３ａから出射された光束の垂直方向（ｚ軸方向）の成分を屈折させ、平行化する。また、この平行化を効率良く行うために、第１コリメータレンズ５は活性層３ａと近接させて配置される。半導体レーザアレイ３の活性層３ａから出射される光束は、すべて一つの第１コリメータレンズ５に入射する。【０１９１】  光路変換素子７も、第１実施例と同様の構成（図７）を有する。光路変換素子７は、ガラスや石英等の透光性材料からなる。ｘ軸方向の長さは１．５ｍｍであり、ｙ軸方向の長さは１２ｍｍであり、ｚ軸方向の長さは１．５ｍｍである。このように、光路変換素子７は、ｙ軸方向に沿って細長い形状をしている。【０１９２】  光路変換素子７は、第１コリメータレンズ５によりｚ軸方向について平行化された光束の横断面をほぼ９０°回転させる。第１コリメータレンズ５から出射されるすべての光束は、光路変換素子７に入射する。光路変換素子７は、互いに対向する入射面７ａと出射面７ｂとを有している。この入射面７ａは、並列に配置された幅０．５ｍｍの複数の円柱面を有している。これらの円柱面は、ｙ軸方向に対して４５°の角度で延びている。これらの円柱面の数は、半導体レーザアレイ３の活性層３ａの数に等しい。すなわち、これらの円柱面は活性層３ａと１対１に対応している。出射面７ｂも同様に、並列に配置された幅０．５ｍｍの複数の円柱面を有している。これらの円柱面も、ｙ軸方向に対して４５°の角度で延びている。これらの円柱面も、活性層３ａと１対１に対応している。したがって、半導体レーザアレイ３の各活性層３ａから出射される光束は、すべて対応する一つの光路変換素子７に入射する。【０１９３】  なお、光路変換素子の他の例は、上記文献１に記載されている。【０１９４】  図２８は、この第９実施例に係る半導体レーザ装置１８０に適用される光学素子９の構成を示す斜視図である。この図は、光路変換素子７の側から光学素子９を見たときの斜視図である。光学素子９は、光路変換素子７によって横断面が回転された各光束を受光し、その受光した各光束に対する反射部９ａと透過部９ｂとがｙ軸方向に垂直な所定方向に沿って交互に設けられている。そして、光学素子９は、反射部９ａで反射された光の少なくとも一部を、該光を出射した活性層３ａに帰還させる。また、光学素子９は、透過部９ｂを透過した光を外部へ出射する。【０１９５】  光学素子９は、ガラスや石英等の透光性材料からなる平板状基材９ｓの一方の面（光路変換素子７側の面）に、反射部９ａと透過部９ｂとがｙ軸方向に垂直な所定方向に沿って交互に形成されている。反射部９ａ及び透過部９ｂそれぞれは、上記所定方向についての幅が一定でｚ軸方向に延びている。すなわち、光学素子９は、ストライプ状に複数の反射部９ａを有している。【０１９６】  反射部９ａは、光路変換素子７から入射した光を高反射率（例えば９９．５％以上の反射率）で反射するのが好ましく、例えば、全反射膜、回折格子、又はエタロンにより構成される。透過部９ｂは、光路変換素子７から入射した光を高透過率（例えば９９．５％以上の透過率）で透過させるのが好ましく、例えば反射低減膜により構成される。また、基材９ｓの他方の面（光路変換素子７側とは反対側の面）には、反射低減膜が形成されているのが好ましい。【０１９７】  互いに隣接する１対の反射部９ａ及び透過部９ｂは、１つの半導体レーザアレイ３と対応しており、それら反射部９ａと透過部９ｂとの境界は、ｙ軸方向に平行であって、光路変換素子７から光学素子９に到達する各光束の横断面内にある。したがって、反射部９ａは、光路変換素子７から光学素子９に到達する各光束のうち一部の断面部分を、光路変換素子７側へ反射する。一方、透過部９ｂは、光路変換素子７から光学素子９に到達する各光束のうち残りの断面部分を透過させる。【０１９８】  光学素子９は、光路変換素子７から出射される各光束の光軸に対して基材９ｓが垂直であってもよいが、光路変換素子７から出射される各光束の光軸に垂直な面に対して基材９ｓが角度αだけ傾けられて配置され、また、光路変換素子７から出射される光束のｚ軸方向の拡がり角の２分の１より傾斜角αが小さいのが好ましい。このような構成により、反射部９ａに入射する光の少なくとも一部を反射部９ａに垂直入射させて、その反射された光を、入射経路とは逆の経路を辿って活性層３ａに帰還させることができる。【０１９９】  光学素子９の寸法の一例として、ｙ軸方向の長さが１２ｍｍであり、ｘ軸方向の厚みが１ｍｍ〜３ｍｍである。反射部９ａのｚ軸方向の幅ＷＲと透過部９ｂのｚ軸方向の幅ＷＴとの比（ＷＲ／ＷＴ）が１〜７であり、幅ＷＲと幅ＷＴとの和（ＷＲ＋ＷＴ）である積層周期ＷＬは１．５ｍｍ〜２．０ｍｍ程度である。半導体レーザアレイ３のｚ軸方向の積層周期をＷＬとすると、幅ＷＲと幅ＷＴとの和（ＷＲ＋ＷＴ）はＷＬ／ｃｏｓαと一致している。【０２００】  続いて、図２６Ａ〜２６Ｂ及び図２９Ａ〜２９Ｃを用いて、第９実施例に係る半導体レーザ装置１８０の動作について説明する。図２９Ａは、活性層３ａで発生した光束が第１コリメータレンズ５に入射する前の横断面（出射パターン）を示し、図２９Ｂは、活性層３ａから出射した光束が第１コリメータレンズ５を通過した後の当該光束の横断面を示し、そして、図２９Ｃは、第１コリメータレンズ５を通過した光束が光路変換素子７を通過した後の当該光束の横断面を示す図である。【０２０１】  半導体レーザアレイスタッ���４に含まれる各半導体レーザアレイ３の各活性層３ａから光束Ｌ１がｘ軸方向へ出射される。この光束Ｌ１は、光軸（図２６Ｂ中の一点鎖線）を中心にして、ｙ軸方向において８°の拡がり角を有し、ｚ軸方向へ３０°の拡がり角を有している。活性層３ａの横断面の垂直方向（ｚ軸方向）の長さは、水平方向（ｙ軸方向）の長さの１００分の１である。したがって、活性層３ａから出射する際は、光束Ｌ１の横断面は水平方向に細長い。活性層３ａから出射した光束は、第１コリメータレンズ５に到達するまで拡がる（図２９Ａ）。なお、第１コリメータレンズ５に入射する光束の横断面の垂直方向の長さは、第１コリメータレンズ５の焦点距離により決まる。【０２０２】  活性層３ａから出射された光束Ｌ１は、第１コリメータレンズ５へ入射する。第１コリメータレンズ５は、ｙ軸に垂直な面（ｘｚ平面に平行な面）内で光束Ｌ１を屈折させ、その屈折させたものを光束Ｌ２としてｘ軸方向へ出射する。光束Ｌ２は、ｚ軸方向の拡がり角がほぼ０°となり、ｙ軸方向については屈折作用を受けない（図２９Ｂ）。第１コリメータレンズ５はｙ軸を含む面内においての屈折作用は有しないので、ｙ軸方向の拡がり角は光束Ｌ１と同様の角度である。【０２０３】  第１コリメータレンズ５により屈折されて出射された光束Ｌ２は、隣接する光束同士が交差する前に光路変換素子７へ入射する。光路変換素子７は、光束Ｌ２の横断面をほぼ９０°回転させ、その回転させたものを光束Ｌ３としてｘ軸方向へ出射する。ｚ軸方向で平行化された光束Ｌ２は、ここでｙ軸方向で平行化された光束Ｌ３へ変換される。これにより、光束の横断面は、ｚ軸方向に長く水平方向に短い形状となる（図２９Ｃ）。光束Ｌ３は、光束Ｌ２の横断面をほぼ９０°回転させたことによって、光束Ｌ２が有していた拡がり角の方向もほぼ９０°回転することとなる。すなわち、光束Ｌ３は、ｙ軸方向についてはほぼ平行光となり、ｚ軸方向には拡がり角を有している。ｙ軸方向についてほぼ平行光となるので隣接するＬ３同士が交差することを防止することができる。【０２０４】  光路変換素子７から見て光束Ｌ３の進行方向側には光学素子９が設けられている。この光学素子９では、互いに隣接する反射部９ａと透過部９ｂとの間のｙ軸方向に延びる境界が光束Ｌ３の光路の横断面内にあるので、光路変換素子７から出射された光束Ｌ３のうち一部が反射部９ａに入射し、残りが透過部９ｂに入射する。また、反射部９ａに入射する光のうち少なくとも一部は、反射部９ａに垂直に入射する。【０２０５】  光束Ｌ３のうち反射部９ａで反射された光は、活性層３ａから反射部９ａへ至った光路とは逆の向きを辿って活性層３ａへ帰還する。帰還した光束は、半導体レーザアレイ３の活性層３ａまで戻り、活性層３ａ内で増幅され、さらに、半導体レーザアレイ３の後方端面（反射面）を経由してレーザ光が出射される端面（出射面）に達する。この出射面に達した光のうち後方端面に向かって反射された光は、該後方端面を経由して再び活性層３ａからｘ軸方向へ出射される。出射された光束の一部は再び上記光路で光学素子９まで達し、反射部９ａで反射された一部のみが再び光路を逆向きに帰還し活性層３ａへ戻る。【０２０６】  以上のように、反射部９ａと活性層３ａの反射面との間に外部共振器が形成され、一部の光束が外部共振器で共振されて活性層３ａで誘導放出が起こる。これにより、誘導放出されるレーザ光の空間横モードは単一モードに近づく。一方、光路変換素子７から光学素子９の透過部９ｂに入射した光は、透過部９ｂを透過して、当該半導体レーザ装置１８０の外部へ出射される。これが半導体レーザ装置１８０からの最終的な出力光となる。【０２０７】  上述のように、この第９実施例に係る半導体レーザ装置１８０は、反射部９ａにより反射される光束の光路を含む共振光路と、透過部９ｂを透過する光束の光路を含む出力光路とを備えることになる。よって、当該半導体レーザ装置１８０では、半導体レーザアレイ３の活性層３ａで発生した光が共振光路で共振することで空間横モードが単一モードに近づき、空間横モードが単一モードに近ついたことで拡がり角が小さくなったレーザ光を出力光路から外部へ出力することができる。したがって、当該半導体レーザ装置１８０によれば、最終的な出力光の拡がり角を小さくすることができる。また、共振光路及び出力光路は反射部９ａ及び透過部９ｂの配置によって分割されているので、両光路を分割するためにハーフミラー等を用いることがなく、全反射の反射部９ａが設けられている。よって、ハーフミラー等を用いて共振光の光路と出力光の光路を形成する場合よりも強い共振光が得られ、強い出力光が得られる。【０２０８】  透過部９ｂを透過して得られる光（当該半導体レーザ装置１８０からの最終的な出力光）のｚ軸方向に関する光強度分布は、図３０に示されたのような分布となる。この第９実施例に係る半導体レーザ装置１８０からの最終的な出力光の光強度分布は、活性層３ａから出射される光束の光強度分布（図２７参照）と比較して、ピークが１つとなり、かつ、ピークがより鋭くなっている。換言すると、当該半導体レーザ装置１８０から出射されるレーザ光は拡がり角が小さくなっている。この拡がり角は、活性層３ａのサイズ等の諸条件によって異なるが、当該半導体レーザ装置１８０の場合には１°程度となり、活性層３ａから出射される光束の拡がり角８°に比較して小さくなっている。【０２０９】  光学素子９の傾き角度αを変化させると、上記強度分布のピーク位置及びピーク強度が変化する。当該半導体、レーザ装置１８０においては、より高い強度の出力光を得るために、ピーク強度が最大となるような光学素子９の傾き角度を予め求め、求めた角度が角度αとして設定されてもよい。また、図２６Ｂに示されたように、光学素子９の傾き角度を＋αとして、光学素子９に到達する光束のうち下部分（−ｚ側部分）を反射部９ａで反射させてもよいし、逆に、光学素子９の傾き角度を−αとして、光学素子９に到達する光束のうち上部分（＋ｚ側部分）を反射部９ａで反射させてもよい。【０２１０】  また、この第９実施例に係る半導体レーザ装置１８０では、反射部９ａとして平面の反射面を用い、光路変換素子７から出射した光束の一部を活性層３ａへ帰還させているが、光路変換素子７から入射した光束の全部を垂直に全反射させるような凹面の反射面を用い、反射された光束の全部を活性層３ａへ帰還させるようにしてもよい。【０２１１】  また、光学素子９における反射部９ａとして、基材９ｓに回折格子又はエタロンが形成されたものが用いられる場合、回折格子又はエタロンの反射波長選択機能により、当該半導体レーザ光源１８０から出力されるレーザ光は、拡がり角が小さいだけでなく、波長帯域幅が狭いものとなる。【０２１２】  （第１０実施形態）【０２１３】  次に、図３１は、この発明に係る半導体レーザ装置の第１０実施例の構成を示す側面図（ｙ輪方向から見た図）である。この第１０実施例に係る半導体レーザ装置１９０では、光路変換素子７と反射ミラー９との間に第２コリメータレンズ８が設置されている。この相違点を除き、第１０実施例に係る半導体レーザ装置１９０の構成は、上述の第１実施例や第９実施例に係る半導体レーザ装置１００、１８０の構成とまったく同じであるので説明を省略する。【０２１４】  第２コリメータレンズ８は、図６に示された第１コリメータレンズ５の形状と略同様の形状を有する。第２コリメータレンズ８の前後のレンズ面は、ｙ軸方向に沿った母線をもつ円柱面である。第２コリメータレンズ８は、母線方向を含む面内では屈折作用を有しないが、母線に垂直な面内では屈折作用を有している。ｙ軸方向の長さが１２ｍｍであり、ｘ軸方向の長さが０．５〜３ｍｍであり、ｚ軸方向の長さが１．５〜１０ｍｍである。光路変換素子７から出射された光束は、すべて第２コリメータレンズ８に入射する。第２コリメータレンズ８は、その母線とｚ軸方向とが直交するように設置されている。このように設置されているので、光路変換素子７から出射された光束を第２コリメータレンズ８の母線に垂直な面内で屈折させ、平行に近づけることができる。【０２１５】  この第１０実施例に係る上記半導体レーザ装置１９０によれば、光路変換素子７を透過した光束を、長手方向と垂直な面内においてより平行に近くなるように、第２コリメータレンズ８で屈折させることができる。それにより、光路変換素子７と反射ミラー９との間の距離を大きくすることも可能となり、当該半導体レーザ装置１９０の設計自由度を向上させることができる。【０２１６】  （第１１実施例）【０２１７】  図３２Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第１１実施例の構成を示す平面図であり、図３２Ｂは、その側面図である。この第１１実施例に係る半導体レーザ装置２００は、半導体レーザアレイ３、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７、波長選択素子１０、及び光学素子９を備える。【０２１８】  半導体レーザアレイ３は、第１実施例と同様の構成（図３）を有する。半導体レーザアレイ３は、ｙ軸方向に沿って並列に配列された複数の活性層３ａを有している。それぞれの活性層３ａからは光軸Ａに沿ってレーザ光の光束が出射される。ここで、光軸Ａは活性層３ａの中心を通りｘ軸に平行な軸である。半導体レーザアレイ３の前端面（光出射面）は、図４Ａに示され、活性層３ａの前端面は図４Ｂに示されている。半導体レーザアレイ３は、幅１ｃｍの間に活性層３ａが、３００μｍ〜５００μｍの間隔でｙ軸方向に一列に配列された構造を有している。その活性層３ａの断面は、１００μｍ〜２００μｍの幅、１μｍの厚さを有している。また、半導体レーザアレイ３の前端面には反射率十数％以��の反射低減膜がコーティングされている。【０２１９】  １つの活性層３ａから出射されたレーザ光の光束Ｌ１は、光軸Ａを中心として、ｚ軸方向へ３０°〜４０°程度の拡がり角を有し、ｙ軸方向へ８°〜１０°程度の拡がり角を有している。図３３は、活性層３ａから出射された光束Ｌ１のｙ軸方向における光強度分布である。グラフの横軸は光軸Ａからの角度を表し、縦軸はレーザ光束の光強度を表している。この図３３に示されたように、強度分布は、ガウス分布とはならず、不規則な分布となっている。なお、図３４は、活性層３ａから出射された光束Ｌ１のスペクトルである。この図３４から分かるように、活性層３ａから出射された光束Ｌ１のスペクトル幅は広い。【０２２０】  第１コリメータレンズ５は、第１実施例と同様の構成（図６）を有する。第１コリメータレンズ５の前後のレンズ面は、ｙ軸方向に沿った母線をもつ円柱面である。第１コリメータレンズ５の寸法は、ｘ軸方向の長さが０．４ｍｍ〜１ｍｍであり、ｙ軸方向の長さが１２ｍｍであり、ｚ軸方向の長さが０．６ｍｍ〜１ｍｍである。第１コリメータレンズ５は、ｙ軸方向に沿って細長い形状をしている。【０２２１】  第１コリメータレンズ５は、母線方向（ｙ軸方向）を含む面内では屈折作用を有しないが、母線に垂直な面内では屈折作用を有している。上述のように、活性層３ａから出射される光束の垂直方向の拡がり角が大きいので、該光束の集光効率を高めるためには、屈折作用を利用して光束の拡がりを抑える必要がある。第１コリメータレンズ５と半導体レーザアレイ３とは、第１コリメータレンズ５の母線と半導体レーザアレイ３の垂直方向（ｚ軸方向）とが直交するような位置関係に設置されている。このように設置されると、活性層３ａから出射された光束を、第１コリメータレンズ５の母線に垂直な面内で屈折させ、平行化することができる。すなわち、第１コリメータレンズ５は、各活性層３ａから出射された光束の垂直方向（ｚ軸方向）の成分を屈折させ、平行化する。また、この平行化を効率良く行うために、大きなＮＡ（例えばＮＡ≧０．５）で短焦点（例えばｆ≦１．５ｍｍ）の第１コリメータレンズ５は、そのの主点が活性層３ａからのその焦点距離となるように配置される。半導体レーザアレイ３の活性層３ａから出射される光束は、すべて一つの第１コリメータレンズ５に入射する。【０２２２】  光路変換素子７は、第１実施例と同様の構成（図７）を有する。光路変換素子７は、ガラスや石英等の透光性材料からなる。ｘ軸方向の長さは１．５ｍｍであり、ｙ軸方向の長さは１２ｍｍであり、ｚ軸方向の長さは１．５ｍｍである。このように、光路変換素子７は、ｙ軸方向に沿って細長い形状をしている。【０２２３】  光路変換素子７は、第１コリメータレンズ５によりｚ軸方向について平行化された光束の横断面をほぼ９０°回転させる。第１コリメータレンズ５から出射されるすべての光束は、光路変換素子７に入射する。光路変換素子７は、互いに対向する入射面７ａと出射面７ｂとを有している。この入射面７ａは、並列に配置された幅０．５ｍｍの複数の円柱面を有している。これらの円柱面は、ｙ軸方向に対して４５°の角度で延びている。これらの円柱面の数は、半導体レーザアレイ３���活性層３ａの数に等しい。すなわち、これらの円柱面は活性層３ａと１対１に対応している。出射面７ｂも同様に、並列に配置された幅０．５ｍｍの複数の円柱面を有している。これらの円柱面も、ｙ軸方向に対して４５°の角度で延びている。これらの円柱面も、活性層３ａと１対１に対応している。したがって、半導体レーザアレイ３の各活性層３ａから出射される光束は、すべて対応する一つの光路変換素子７に入射する。【０２２４】  なお、光路変換素子の他の例は、上記文献１に記載されている。【０２２５】  図３２Ｂ中の光学素子９は、光路変換素子７によって横断面が回転された各光束を受光し、その受光した各光束に対する反射部と透過部とを有し、反射部で反射した光の少なくとも一部を、該光を出射した活性層３ａに帰還させ、透過部を透過した光を外部へ出射する。ここで、図３２Ｂに示されたように、透過部として何ら媒質が設けられていなくてもよく、光学素子９としての反射ミラーが、光路変換素子７から入射する各光束の横断面のうちｚ軸方向についての下半分（または上半分）を反射するよう配置されていてもよい。この場合の光学素子９としての反射ミラーは、例えば、直方体形状であって、ｘ軸方向の厚みが２ｍｍ〜３ｍｍであり、ｙ軸方向の幅が１２ｍｍであり、ｚ軸方向の高さが０．５ｍｍ〜０．８ｍｍであって、光路変換素子７に対向する面に高反射膜が形成されている。【０２２６】  光学素子９は、表面に反射部と透過部とが形成された透光性材料からなる平板状基材で構成されるのが好ましく、この場合、その反射部として該基材に反射膜が形成され、透過部として該基板に反射低減膜が形成される。また、光学素子９は、透光性材料からなる平板状基材に反射部と透過部とがｚ軸方向に沿って交互に設けられた構造であってもよく、光路変換素子７から入射する各光束の横断面のうちｚ軸方向についての半分を反射するよう配置されていてもよい。【０２２７】  光学素子９は、光路変換素子７から出射される各光束の光軸に対して反射部の面が垂直であってもよいが、光路変換素子７から出射される各光束の光軸に垂直な面に対して反射部の面が傾けられて設けられ、反射部に入射する光の少なくとも一部を入射方向と同じ出射方向に反射させるのが好ましい。また、光路変換素子７から出射される光束のｚ軸方向の拡がり角の２分の１より、光学素子９の反射部の面の傾斜角が小さいのが好ましい。このようにすることより、反射部に入射する光の少なくとも一部を反射部に垂直入射させて、その反射させた光を、入射経路とは逆の経路を辿って活性層３ａに帰還させることができる。【０２２８】  波長選択素子１０は、光学素子９の反射部と活性層３ａとの間の共振光路上に設けられ、その光路を経て入射する光のうち特定波長の光を選択的に該光路へ出射する。この波長選択素子１０は、光学素子９の反射部とは別個に設けられた透過型素子であり、好ましくは、回折格子素子、エタロンフィルタ又は誘電体多層膜フィルタである。このような波長選択素子１０が設けられることにより、光学素子９の反射部と活性層３ａとの間の共振光路により共振する光のスペクトルが狭くなる。波長選択素子１０としてのエタロンフィルタは、例えば、直方体形状であって、ｘ���方向の厚みが数ｍｍであり、ｙ軸方向の幅が１２ｍｍであり、ｚ軸方向の高さが０．５ｍｍ〜０．８ｍｍである。【０２２９】  続いて、図３２Ａ〜３２Ｂ及び図３５Ａ〜３５Ｃを用いて、この第１１実施例に係る半導体レーザ装置２００の動作について説明する。図３５Ａは、活性層３ａで発生した光束が第１コリメータレンズ５に入射する前の横断面（出射パターン）を示し、図３５Ｂは、活性層３ａから出射した光束が第１コリメータレンズ５を通過した後の当該光束の横断面を示し、そして、図３５Ｃは、第１コリメータレンズ５を通過した光束が光路変換素子７を通過した後の当該光束の横断面を示す図である。【０２３０】  半導体レーザアレイ３の各活性層３ａから光束Ｌ１がｘ軸方向へ出射される。この光束Ｌ１は、光軸（図３２Ｂ中の一点鎖線）を中心にして、ｙ軸方向において８°の拡がり角を有し、ｚ軸方向へ３０°の拡がり角を有している。活性層３ａの横断面の垂直方向（ｚ軸方向）の長さは、水平方向（ｙ軸方向）の長さの１００分の１〜２００分の１である。したがって、活性層３ａから出射する際は、光束Ｌ１の横断面は水平方向に細長い。活性層３ａから出射した光束は、第１コリメータレンズ５に到達するまでに拡がる（図３５Ａ）。なお、第１コリメータレンズ５に入射する光束の横断面の垂直方向の長さは、第１コリメータレンズ５の焦点距離により決まる。【０２３１】  活性層３ａから出射された光束Ｌ１は、第１コリメータレンズ５へ入射する。第１コリメータレンズ５は、ｙ軸に垂直な面（ｘｚ平面に平行な面）内で光束Ｌ１を屈折させ、その屈折させたものを光束Ｌ２としてｘ軸方向へ出射する。光束Ｌ２は、ｚ軸方向の拡がり角がほぼ０．２°となり、ｙ軸方向については屈折作用を受けない。すなわち、第１コリメータレンズ５から出射した後では水平方向の拡がり角が垂直方向の拡がり角より大きくなっているので、第１コリメータレンズ５から離れた位置での光束の横断面は、水平方向に細長い形状を有している（図３５Ｂ）。第１コリメータレンズ５はｙ軸を含む面内においての屈折作用は有しないので、ｙ軸方向の拡がり角は光束Ｌ１と同様の角度である。【０２３２】  第１コリメータレンズ５により屈折されて出射された光束Ｌ２は、隣接する光束同士が交差する前に光路変換素子７へ入射する。光路変換素子７は、光束Ｌ２の横断面をほぼ９０°回転させ、その回転させたものを光束Ｌ３としてｘ軸方向へ出射する。ｚ軸方向で平行化された光束Ｌ２は、ここでｙ軸方向で平行化された光束Ｌ３へ変換される。これにより、光束の横断面は、ｚ軸方向に長く水平方向に短い形状となる（図３５Ｃ）。光束Ｌ３は、光束Ｌ２の横断面をほぼ９０°回転させたことによって、光束Ｌ２が有していた拡がり角の方向もほぼ９０°回転することとなる。すなわち、光束Ｌ３は、ｙ軸方向についてはほぼ平行光となり、ｚ軸方向には拡がり角を有している。ｙ軸方向についてほぼ平行光となるので隣接するＬ３同士が交差することを防止することができる。【０２３３】  光路変換素子７から見て光束Ｌ３の進行方向側には波長選択素子１０及び光学素子９が設けられている。光路変換素子７から出射された光束Ｌ３のうち一部は波長選択素子１０を経て光学素子９の反射部で反射され、残りが当該半導体レーザ装置２００の出力光となる。【０２３４】  光束Ｌ３のうち光学素子９で反射された光は、活性層３ａから光学素子９の反射部へ至った光路とは逆の向きを辿って活性層３ａへ帰還する。帰還した光束は、半導体レーザアレイ３の活性層３ａまで戻り、活性層３ａ内で増幅され、さらに、半導体レーザアレイ３の後方端面（反射面）を経由してレーザ４光が出射される端面（出射面）に達する。出射面に達した光のうち反射面に向かって反射された光は、該反射面を経由して再び活性層３ａからｘ軸方向へ出射される。出射された光束の一部は再び上記光路で光学素子９まで達し、反射部９ａに入射して反射された一部のみが再び光路を逆向きに帰還し活性層３ａへ戻る。【０２３５】  以上のように、光学素子９の反射部と活性層３ａの反射面との間に外部共振器が形成され、一部の光束が外部共振器で共振されて活性層３ａで誘導放出が起こる。これにより、誘導放出されるレーザ光の空間横モードは単一モードに近づく。一方、光路変換素子７から光学素子９の透過部に入射した光は、透過部を透過して、当該半導体レーザ装置２００の外部へ出射される。これが半導体レーザ装置２００からの最終的な出力光となる。【０２３６】  上述のように、この第１１実施例に係る半導体レーザ装置２００は、光学素子９の反射部により反射される光束の光路を含む共振光路と、透過部を透過する光束の光路を含む出力光路とを備えることになる。よって、当該半導体レーザ装置２００では、半導体レーザアレイ３の活性層３ａで発生した光が共振光路で共振することで空間横モードが単一モードに近づき、空間横モードが単一モードに近ついたことで拡がり角が小さくなったレーザ光を出力光路から外部へ出力することができる。したがって、当該半導体レーザ装置２００によれば、最終的な出力光の拡がり角を小さくすることができる。【０２３７】  また、共振光路及び出力光路は光学素子９における反射部及び透過部の配置によって分割されているので、両光路を分割するためにハーフミラー等を用いることがなく、全反射の反射部が設けられている。よって、ハーフミラー等を用いて共振光の光路と出力光の光路を形成する場合よりも強い共振光が得られ、強い出力光が得られる。【０２３８】  さらに、この第１１実施例に係る半導体レーザ装置２００は共振光路に波長選択素子１０を備えているので、この波長選択素子１０により選択される特定波長の光が外部共振器により選択的に共振して、この特定波長の光が出力光路を経て外部へ出力することができる。したがって、当該半導体レーザ装置２００によれば、最終的な出力光のスペクトル幅を狭くすることができる。【０２３９】  図３６は、この第１１実施例に係る半導体レーザ装置２００から出射される光束のｚ軸方向における光強度分布である。図３３は、当該半導体レーザ装置２００から出射される光束のスペクトルである。これら図３６及び３７に示される光強度分布及びスペクトルを、図３３及び３４に示された光強度分布及びスペクトルと比較すると分かるように、この第１１実施例に係る半導体レーザ装置２００から得られる最終的な出力光は、拡がり角が狭く、スペクトル幅が狭い。【０２４０】  （第１２実施���）【０２４１】  次に、図３８Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第１２実施例の構成を示す平面図であり、図３８Ｂは、その側面図である。この第１２実施例に係る半導体レーザ装置２１０は、半導体レーザアレイ３、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７、第２コリメータレンズ８、波長選択素子１０、及び光学素子９を備える。【０２４２】  上述の第１１実施例に係る半導体レーザ装置２００（図３２Ａ及び３２Ｂ）と比較すると、この第１２実施例に係る半導体レーザ装置２１０は、光路変換素子７と波長選択素子１０との間に第２コリメータレンズ８が設置されている点で相違する。この相違点を除き、当該半導体レーザ装置２１０の構成は、上述の第１１実施例に係る半導体レーザ装置２００の構成と同じであるので説明を省略する。【０２４３】  第２コリメータレンズ８は、第３実施例と同様の構成（図１４）を有する。第２コリメータレンズ８の前後のレンズ面は、ｙ軸方向に沿った母線をもつ円柱面である。第２コリメータレンズ８は、母線方向を含む面内では屈折作用を有しないが、母線に垂直な面内では屈折作用を有している。ｙ軸方向の長さが１２ｍｍであり、ｘ軸方向の長さが０．５〜３ｍｍであり、ｚ軸方向の長さが１．５〜１０ｍｍである。光路変換素子７から出射した光束は、すべて第２コリメータレンズ８に入射する。第２コリメータレンズ８は、その母線とｚ軸方向とが直交するように設置されている。このように設置されているので、光路変換素子７から出射された光束を第２コリメータレンズ８の母線に垂直な面内で屈折させ、平行に近づけることができる。【０２４４】  この第１２実施例に係る半導体レーザ装置２１０によれば、光路変換素子７を透過した光束を、長手方向と垂直な面内においてより平行に近くなるように、第２コリメータレンズ８で屈折させることができる。それにより、光路変換素子７と反射ミラー９との間の距離を大きくすることも可能となり、当該半導体レーザ装置２１０の設計自由度を向上させることができる。【０２４５】  （第１３実施例）【０２４６】  図３９Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第１３実施例の構成を示す平面図であり、図３９Ｂは、その側面図である。この第１３実施例に係る半導体レーザ装置２２０は、半導体レーザアレイ３、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７、第２コリメータレンズ８、波長選択素子１０、及び光学素子９を備える。【０２４７】  上述の第１２実施形態に係る半導体レーザ装置２１０（図３８Ａ及び３８Ｂ）と比較すると、この第１３実施例に係る半導体レーザ装置２２０は、波長選択素子１０が光学素子９の反射部に設けられた反射型のものである点で相違する。この相違点を除き、当該半導体レーザ装置２２０の構成は、上述の第１２実施例に係る半導体レーザ装置２１０の構成と同じであるので説明を省略する。【０２４８】  この第１３実施例に係る半導体レーザ装置２２０においても、波長選択素子１０は、回折格子素子、エタロンフィルタ又は誘電体多層膜フィルタであるのが好ましい。また、波長選択素子１０は、光学素子９の反射部と一体になっていてもよい。例えば、波長選択素子１０としての回折格子は、光学素子９の反射部の表面に形成される。また、波長選択素子１０としてのエタロンフィルタは、透光性材料からなる平板状の基材のうち光路変換素子７に対向する面と反対側の面に高反射膜が形成されていて、この基材でエタロンを構成することで、光学素子９の反射部と一体化される。また、波長選択素子１０としての誘電体多層膜フィルタは、透光性材料からなる平板状基材のうち光路変換素子７に対向する面に誘電体多層膜が形成されることで、光学素子９の反射部と一体化される。【０２４９】  また、波長選択素子１０としての回折格子が光学素子９の反射部の表面に形成される場合、最終的に当該半導体レーザ装置２２０の出射光となるべき光の波長に応じて、光学素子９の方位が調整される。すなわち、この光学素子９の方位を調整することで、外部共振器において共振する光の波長を選択することができる。光学素子９の方位を調整は、回折格子において各格子が延びる方向や格子間隔に応じて行われる。【０２５０】  （第１４実施例）【０２５１】  次に、図４０Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第１４実施例の構成を示す平面図であり、図４０Ｂは、側面図である。この第１４実施例に係る半導体レーザ装置２３０は、半導体レーザアレイスタック４、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７、第２コリメータレンズ８、波長選択素子１０、及び光学素子９を備える。【０２５２】  第１２実施例に係る半導体レーザ装置２１０（図３８Ａ及び３８Ｂ）と比較すると、この第１４実施例に係る半導体レーザ装置２３０は、複数の半導体レーザアレイ３を含む半導体レーザアレイスタック４を備える点、及び、複数の半導体レーザアレイ３を含むことに伴って他の構成要素を複数組備える点で相違する。この相違点を除き、当該半導体レーザ装置２３０の構成は、上述の第１２実施例に係る半導体レーザ装置２１０の構成と同じであるので説明を省略する。【０２５３】  半導体レーザアレイスタック４は、第５実施例と同様の構成（図１７）を有する。半導体レーザアレイスタック４は、この図１７に示されたように、複数の半導体レーザアレイ３と複数のヒートシンク４ｈとがｚ軸方向に沿って交互に配置された構造を有している。ヒートシンク４ｈは、半導体レーザアレイ３を冷却する。ヒートシンク４ｈは、銅製の平板状部材を組み合わせて形成した冷却水路を有している。冷却水は、この冷却水路内を循環する。【０２５４】  各半導体レーザアレイ３は、第１実施例と同様の構成（図３、４Ａ及び４Ｂ）を有している。各第１コリメータレンズ５も、第１実施例と同様の構成（図６）を有している。各光路変換素子７は、第１実施例と同様の構成（図７）を有している。各第２コリメータレンズ８は、図１４に示された構成を同様の構成を有している。各波長選択素子１０は、第１１実施例と同様の構成を有している。また、各光学素子９も、第１１実施例と同様の構成を有している。【０２５５】  そして、半導体レーザアレイ３、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７、第２コリメータレンズ８、波長選択素子１０、及び光学素子９それぞれの個数は同数であり、第１コリメータレンズ５は半導体レーザアレイ３と１対１に対応して設けられ、光路変換素子７は第１コリメータレンズ５と１対１に対応して設けられ、第２コリメータ���ンズ８は光路変換素子７と１対１に対応して設けられ、波長選択素子１０は第２コリメータレンズ８と１対１に対応して設けられ、光学素子９は波長選択素子１０と１対１に対応して設けられている。各組の半導体レーザアレイ３、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７、第２コリメータレンズ８、波長選択素子１０及び光学素子９は、第１２実施例と同じように配置されている。【０２５６】  この第１４実施例に係る半導体レーザ装置２３０では、半導体レーザアレイ３の活性層３ａで発生した光が共振光路で共振することで空間横モードが単一モードに近づき、空間横モードが単一モードに近ついたことで拡がり角が小さくなったレーザ光を出力光路から外部へ出力することができる。したがって、当該半導体レーザ装置２３０によれば、最終的な出力光の拡がり角を小さくすることができる。また、この半導体レーザ装置２３０によれば、波長選択素子１０が設けられていることにより、最終的な出力光のスペクトル幅を小さくすることができる。【０２５７】  なお、この発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、第１１〜第１４の各実施例において、波長選択素子１０は、光学素子９の反射部とは別個に設けられた透過型素子であってもよいし、光学素子９の反射部に設けられた反射型素子であってもよい。これら実施例において、第２コリメータレンズ８は、設けられていてもよし、設けられていなくてもよい。また、第１４実施例において、光学素子９は、複数の半導体レーザアレイ３それぞれに対応して１対１に設けられていてもよいが、共通の透光性基板にｚ軸方向に沿ってストライプ状に反射部と透過部とが設けられたものであってもよい。【０２５８】  （第１５実施例）【０２５９】  図４１Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第１５実施例の構成を示す平面図であり、図４１Ｂは、その側面図である。この第１５実施例に係る半導体レーザ装置２４０は、半導体レーザアレイ３、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７、波長選択素子１０、及び光学素子９を備える。【０２６０】  半導体レーザアレイ３は、第１実施例と同様の構成（図３）を有する。半導体レーザアレイ３は、ｙ軸方向に沿って並列に配列された複数の活性層３ａを有している。それぞれの活性層３ａからは光軸Ａに沿ってレーザ光の光束が出射される。ここで、光軸Ａは活性層３ａの中心を通りｘ軸に平行な軸である。半導体レーザアレイ３の前端面（光出射面）は図４Ａに示され、活性層３ａの前端面が図４Ｂに示されている。半導体レーザアレイ３は、幅１ｃｍの間に活性層３ａが、３００μｍ〜５００μｍの間隔でｙ軸方向に一列に配列された構造を有している。その活性層３ａの断面は、１００μｍ〜２００μｍの幅、１μｍの厚さを有している。また、半導体レーザアレイ３の前端面には反射率十数％以下の反射低減膜がコーティングされている。【０２６１】  第１コリメータレンズ５は、第１実施例と同様の構成（図６）を有する。第１コリメータレンズ５の前後のレンズ面は、ｙ軸方向に沿った母線をもつ円柱面である。第１コリメータレンズ５の寸法は、ｘ軸方向の長さが０．４ｍｍ〜１ｍｍであり、ｙ軸方向の長さが１２ｍｍであり、ｚ軸方向の長さが０．６ｍｍ〜１ｍｍである。第１コリメータレンズ５は、ｙ軸方向に沿って細長い形状をしている。【０２６２】  第１コリメータレンズ５は、母線方向（ｙ軸方向）を含む面内では屈折作用を有しないが、母線に垂直な面内では屈折作用を有している。上述のように、活性層３ａから出射される光束の垂直方向の拡がり角が大きいので、該光束の集光効率を高めるためには、屈折作用を利用して光束の拡がりを抑える必要がある。第１コリメータレンズ５と半導体レーザアレイ３とは、第１コリメータレンズ５の母線と半導体レーザアレイ３の垂直方向（ｚ軸方向）とが直交するような位置関係に設置されている。このように設置されると、活性層３ａから出射された光束を、第１コリメータレンズ５の母線に垂直な面内で屈折させ、平行化することができる。すなわち、第１コリメータレンズ５は、各活性層３ａから出射された光束の垂直方向（ｚ軸方向）の成分を屈折させ、平行化する。また、この平行化を効率良く行うために、大きなＮＡ（例えばＮＡ≧０．５）で短焦点（例えばｆ≦１．５ｍｍ）の第１コリメータレンズ５は、その主点が活性層３ａからのその焦点距離となるように配置される。半導体レーザアレイ３の活性層３ａから出射される光束は、すべて一つの第１コリメータレンズ５に入射する。【０２６３】  光路変換素子７は、第１実施例と同様の構造（図７）を有する。光路変換素子７は、ガラスや石英等の透光性材料からなる。ｘ軸方向の長さは１．５ｍｍであり、ｙ軸方向の長さは１２ｍｍであり、ｚ軸方向の長さは１．５ｍｍである。このように、光路変換素子７は、ｙ軸方向に沿って細長い形状をしている。【０２６４】  光路変換素子７は、第１コリメータレンズ５によりｚ軸方向について平行化された光束の横断面をほぼ９０°回転させる。第１コリメータレンズ５から出射されるすべての光束は、光路変換素子７に入射する。光路変換素子７は、互いに対向する入射面７ａと出射面７ｂとを有している。この入射面７ａは、並列に配置された幅０．５ｍｍの複数の円柱面を有している。これらの円柱面は、ｙ軸方向に対して４５°の角度で延びている。これらの円柱面の数は、半導体レーザアレイ３の活性層３ａの数に等しい。すなわち、これらの円柱面は活性層３ａと１対１に対応している。出射面７ｂも同様に、並列に配置された幅０．５ｍｍの複数の円柱面を有している。これらの円柱面も、ｙ軸方向に対して４５°の角度で延びている。これらの円柱面も、活性層３ａと１対１に対応している。したがって、半導体レーザアレイ３の各活性層３ａから出射される光束は、すべて対応する一つの光路変換素子７に入射する。【０２６５】  なお、光路変換素子の他の例は、上記文献１に記載されている。【０２６６】  図４２は、波長選択素子１０の構成を示す斜視図である。波長選択素子１０は、厚み方向（略ｘ軸方向）に屈折率が周期的に分布しており、入射光の一部をブラッグ反射させることができる。波長選択素子１０は、光路変換素子７から出力された各光束を受光して垂直入射させ、その垂直入射した光のうちブラッグ条件を満たす特定波長の光の一部を反射させて、その反射した光の少なくとも一部を、該光を出射した活性層３ａに帰還させ、該特定波長の光の残りを透過させ��。なお、このような波長選択素子１０として、例えば、ＰＤ−ＬＤ  Ｉｎｃ．製の製品ＬｕｘｘＭａｓｔｅｒＴＭが知られている。【０２６７】  光学素子９は、透光性材料からなる平板状基材の一方の面（光路変換素子７に対向する面）に全反射膜が形成されることで構成されており、この全反射膜が形成された反射部により、光路変換素子７から入射した光を高反射率（例えば９９．５％以上の反射率）で反射する。光学素子９は、光路変換素子７から出射される各光束の光軸に垂直な面に対して反射部が或る傾斜角で傾けられて配置されていて、また、光路変換素子７から出射される光束のｚ軸方向の拡がり角の２分の１より傾斜角が小さいのが好ましい。これにより、光学素子９の反射部に入射する光の少なくとも一部を該反射部に垂直入射させて、その反射された光を、入射経路とは逆の経路を辿って活性層３ａに帰還させることができる。光学素子９の反射部と波長選択素子１０とは、ｚ軸方向について異なる位置に配置されている。そして、光学素子９の反射部と波長選択素子１０との間でレーザ共振器が構成されている。【０２６８】  続いて、図４１Ａ〜４１Ｂ及び４３Ａ〜４３Ｃを用いて、この第１５実施例に係る半導体レーザ装置２４０の動作について説明する。図４３Ａは、活性層３ａで発生した光束が第１コリメータレンズ５に入射する前の横断面（出射パターン）を示し、図４３Ｂは、活性層３ａから出射した光束が第１コリメータレンズ５を通過した後の当該光束の横断面を示し、そして、図４３Ｃは、第１コリメータレンズ５を通過した光束が光路変換素子７を通過した後の当該光束の横断面を示す図である。【０２６９】  半導体レーザアレイ３の各活性層３ａから光束Ｌ１がｘ軸方向へ出射される。この光束Ｌ１は、光軸（図４１Ａ及び４１Ｂ中の一点鎖線）を中心にして、ｙ軸方向において８°の拡がり角を有し、ｚ軸方向へ３０°の拡がり角を有している。活性層３ａの横断面の垂直方向（ｚ軸方向）の長さは、水平方向（ｙ軸方向）の長さの１００分の１〜２００分の１である。したがって、活性層３ａから出射する際は、光束Ｌ１の横断面は水平方向に細長い。活性層３ａから出射した光束は、第１コリメータレンズ５に到達するまでに拡がる（図４３Ａ）。なお、第１コリメータレンズ５に入射する光束の横断面の垂直方向の長さは、第１コリメータレンズ５の焦点距離により決まる。【０２７０】  活性層３ａから出射された光束Ｌ１は、第１コリメータレンズ５へ入射する。第１コリメータレンズ５は、ｙ軸に垂直な面（ｘｚ平面に平行な面）内で光束Ｌ１を屈折させ、その屈折させたものを光束Ｌ２としてｘ軸方向へ出射する。光束Ｌ２は、ｚ軸方向の拡がり角がほぼ０．２°となり、ｙ軸方向については屈折作用を受けない。すなわち、第１コリメータレンズ５から出射した後では水平方向の拡がり角が垂直方向の拡がり角より大きくなっているので、第１コリメータレンズ５から離れた位置での光束の横断面は、水平方向に細長い形状を有している（図４３Ｂ）。第１コリメータレンズ５は、ｙ軸を含む面内においての屈折作用は有しないので、ｙ軸方向の拡がり角は光束Ｌ１と同様の角度である。【０２７１】  第１コリメータレンズ５により屈折されて出射された光束Ｌ２��、隣接する光束同士が交差する前に光路変換素子７へ入射する。光路変換素子７は、光束Ｌ２の横断面をほぼ９０°回転させ、その回転させたものを光束Ｌ３としてｘ軸方向へ出射する。ｚ軸方向で平行化された光束Ｌ２は、ここで、ｙ軸方向で平行化された光束Ｌ３へ変換される。これにより、光束の横断面は、ｚ軸方向に長く水平方向に短い形状となる（図４３Ｃ）。光束Ｌ３は、光束Ｌ２の横断面をほぼ９０°回転させたことによって、光束Ｌ２が有していた拡がり角の方向もほぼ９０°回転することとなる。すなわち、光束Ｌ３は、ｙ軸方向についてはほぼ平行光となり、ｚ軸方向には拡がり角を有している。ｙ軸方向についてほぼ平行光となるので隣接するＬ３同士が交差することを防止することができる。光路変換素子７により横断面が回転されて出射された光束Ｌ３は、光学素子９の反射部または波長選択素子１０に入射する。【０２７２】  光路変換素子７から光学素子９の反射部に入射して反射された光の少なくとも一部は、活性層３ａから光学素子９の反射部へ至った光路とは逆の向きを辿って活性層３ａへ帰還する。帰還した光束は、半導体レーザアレイ３の活性層３ａまで戻り、活性層３ａ内で増幅され、さらに、半導体レーザアレイ３のレーザ光が出射される端面（出射面）に対向する端面（反射面）へ達する。反射面に達した光束は、該反射面で反射され、再び活性層３ａからｘ軸方向へ出射される。出射された光束の一部は再び上記光路で光学素子９の反射部又は波長選択素子１０まで達する。【０２７３】  一方、光路変換素子７から波長選択素子１０に入射した光のうち特定波長の光の一部は波長選択素子１０によりブラッグ反射され、残りは波長選択素子１０を透過する。この反射された光の少なくとも一部は、活性層３ａから波長選択素子１０へ至った光路とは逆の向きを辿って活性層３ａへ帰還する。帰還した光束は、半導体レーザアレイ３の活性層３ａまで戻り、活性層３ａ内で増幅され、さらに、半導体レーザアレイ３のレーザ光が出射される端面（出射面）に対向する端面（反射面）へ達する。反射面に達した光束は、該反射面で反射され、再び活性層３ａからｘ軸方向へ出射される。出射された光束の一部は再び上記光路で光学素子９の反射部または波長選択素子１０まで達する。【０２７４】  以上のように、光学素子９の反射部と波長選択素子１０との間に外部レーザ共振器が構成されて、その共振器の内部に活性層３ａが位置しており、一部の光束が外部共振器で共振されて活性層３ａで誘導放出が起こる。これにより、誘導放出されるレーザ光の空間横モードは単一モードに近づく。一方、波長選択素子１０を透過した光は、当該半導体レーザ装置２４０の外部へ出射される。これが当該半導体レーザ装置２４０からの最終的な出力光となる。【０２７５】  上述のように、第１５実施例に係る半導体レーザ装置２４０は、光学素子９の反射部により反射される光束の光路を含む共振光路と、透過部を透過する光束の光路を含む出力光路とを備えることになる。よって、当該半導体レーザ装置２４０では、半導体レーザアレイ３の活性層３ａで発生した光が共振光路で共振することで空間横モードが単一モードに近づき、空間横モードが単一モードに近ついたことで拡がり角が小さくなったレーザ光を出力光路から外部へ出力することができる。したがって、当該半導体レーザ装置２４０によれば、最終的な出力光の拡がり角を小さくすることができる。【０２７６】  また、共振光路及び出力光路は光学素子９における反射部及び波長選択素子１０の配置によって分割されるので、両光路を分割するためにハーフミラー等を用いることがなく、全反射の反射部が設けられている。よって、ハーフミラー等を用いて共振光の光路と出力光の光路を形成する場合よりも強い共振光が得られ、強い出力光が得られる。【０２７７】  さらに、この第１５実施例に係る半導体レーザ装置２４０は共振器の一方側に波長選択素子１０を備えているので、この波長選択素子１０により選択される特定波長の光が外部共振器により選択的に共振して、この特定波長の光が外部へ出力することができる。したがって、当該半導体レーザ装置２４０によれば、最終的な出力光のスペクトル幅を狭くすることができる。【０２７８】  図４４は、半導体レーザアレイ３の活性層３ａで発生する光のスペクトルであり、図４５は、この第１５実施例に係る半導体レーザ装置２４０の波長選択素子１０を透過して出射する光のスペクトルである。両図を対比して分かるように、当該半導体レーザ装置２４０から出力されるレーザ光は、波長選択素子１０においてブラッグ条件を満たす波長８０９ｎｍをピークとして、スペクトル幅が狭くなった。【０２７９】  （第１６実施例）【０２８０】  図４６Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第１６実施例の構成を示す平面図であり、図４６Ｂは、その側面図である。この第１６実施例に係る半導体レーザ装置２５０は、半導体レーザアレイ３、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７、第２コリメータレンズ８、波長選択素子１０、及び光学素子９を備える。【０２８１】  第１５実施例に係る半導体レーザ装置２４０（図４１Ａ及び４１Ｂ）と比較すると、この第１６実施例に係る半導体レーザ装置２５０は、波長選択素子１０及び光学素子９と光路変換素子７との間に第２コリメータレンズ８が設けられている点で相違する。この相違点を除き、当該半導体レーザ装置２５０の構成は、上述の第１５実施例に係る半導体レーザ装置２４０の構成と略同じである。【０２８２】  第２コリメータレンズ８は、図６に示された第１コリメータレンズ５の形状と略同様の形状を有する。この第２コリメータレンズ８の前後のレンズ面は、ｙ軸方向に沿った母線をもつ円柱面である。第２コリメータレンズ８は、母線方向を含む面内では屈折作用を有しないが、母線に垂直な面内では屈折作用を有している。ｙ軸方向の長さが１２ｍｍであり、ｘ軸方向の長さが０．５〜３ｍｍであり、ｚ軸方向の長さが１．５〜１０ｍｍである。光路変換素子７から出射した光束は、すべて第２コリメータレンズ８に入射する。第２コリメータレンズ８は、その母線とｚ軸方向とが直交するように設置されている。このように設置されているので、光路変換素子７から出射した光束を第２コリメータレンズ８の母線に垂直な面内で屈折させ、平行に近づけることができる。【０２８３】  この第１６実施例に係る半導体レーザ装置２５０によれば、光路変換素子７を透過した光束を、長手方向と垂直な面��においてより平行に近くなるように、第２コリメータレンズ８で屈折させることができる。そうすれば、光路変換素子７と波長選択素子１０との間の距離を大きくすることも可能となり、また、光学素子９又は波長選択素子１０と光路変換素子７との間の距離を大きくすることも可能となって、当該半導体レーザ装置２５０の設計自由度を向上させることができる。また、第２コリメータレンズ８から波長選択素子１０及び光学素子９へ向かう光束は平行光束に近くなるので、波長選択素子１０及び光学素子９それぞれはｙｚ平面に略平行に配置される。【０２８４】  また、この第１６実施例に係る半導体レーザ装置２５０において、光学素子９と波長選択素子１０とは、互いに別個の素子であってもよいが、共通の平板状基材に形成された素子であってもよい。すなわち、平板状基材の一部領域に光を反射させるための反射部が設けられるとともに、他の領域に特定波長の光の一部をブラッグ反射させる波長選択素子が設けられる。この構成により、当該半導体レーザ装置を構成する部品の数が少なくなり、組み立てが容易となる。【０２８５】  （第１７実施例）【０２８６】  図４７Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第１７実施例の構成を示す平面図であり、図４７Ｂは、その側面図である。この第１７実施例に係る半導体レーザ装置２６０は、半導体レーザアレイスタック４、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７、第２コリメータレンズ８、波長選択素子１０、及び光学素子９を備える。【０２８７】  第１６実施例に係る半導体レーザ装置２５０（図４６Ａ及び４６Ｂ）と比較すると、この第１７実施例に係る半導体レーザ装置２６０は、複数の半導体レーザアレイ３を含む半導体レーザアレイスタック４を備える点、及び、複数の半導体レーザアレイ３を含むことに伴って他の構成要素を複数組備える点で相違する。この相違点を除き、当該半導体レーザ装置２６０の構成は、上述の第１６実施例に係る半導体レーザ装置２５０の構成と同じである。【０２８８】  半導体レーザアレイスタック４は、第５実施例と同様の構成（図１７）を有する。半導体レーザアレイスタック４は、この図１７に示されたように、複数の半導体レーザアレイ３と複数のヒートシンク４ｈとがｚ軸方向に沿って交互に配置された構造を有している。ヒートシンク４ｈは、半導体レーザアレイ３を冷却する。ヒートシンク４ｈは、銅製の平板状部材を組み合わせて形成した冷却水路を有している。冷却水は、この冷却水路内を循環する。【０２８９】  各半導体レーザアレイ３は、第１実施例と同様の構成（図３）を有している。各第１コリメータレンズ５は、第１実施例と同様の構成（図６）を有している。また、各光路変換素子７も、第１実施と同様の構成（図７）を有している。各第２コリメータレンズ８は、図１４に示された構造を有している。各波長選択素子１０は、第１５実施例と同様の構成（図４２）を有している。各光学素子９は、第１実施例と同様の構成を有している。半導体レーザアレイ３、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７、第２コリメータレンズ８、波長選択素子１０、及び光学素子９は、上述の第１６実施例と同様に配置されている。【０２９０】  この第１７実施例に係る半導体レーザ装置２６０では、半導体レーザアレイ３の活性層３ａで発生した光が共振光路で共振すること（空間横モードが単一モードに近づき、空間横モードが単一モードに近ついたことで拡がり角が小さくなったレーザ光を出力光路から外部へ出力することができる。したがって、当該半導体レーザ装置２６０によれば、最終的な出力光の拡がり角を小さくすることができる。また、当該半導体レーザ装置２６０によれば、波長選択素子１０が設けられていることにより、最終的な出力光のスペクトル幅を小さくすることができる。【０２９１】  また、この第１７実施例に係る半導体レーザ装置２６０において、光学素子９と波長選択素子１０とは、互いに別個の素子であってもよいが、共通の平板状基材に形成された素子であってもよい。すなわち、平板状基材の一部領域に光を反射させるための反射部が設けられ、他の領域に特定波長の光の一部をブラッグ反射させる波長選択素子が設けられ、また、反射部と波長選択素子とをｚ軸方向に交互に設けられる。これにより、当該半導体レーザ装置を構成する部品の数が少なくなり、組立てが容易となる。【０２９２】  （第１８実施例）【０２９３】  次に、図４８Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第１８実施例の構成を示す平面図であり、図４８Ｂは、その側面図である。この第１８実施例に係る半導体レーザ装置２７０は、半導体レーザアレイスタック４、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７、第２コリメータレンズ８、波長選択素子１０、及び光学素子９を備える。【０２９４】  第１７実施例に係る半導体レーザ装置２６０（図４７Ａ及び４７Ｂ）と比較すると、この第１８実施例に係る半導体レーザ装置２７０は、波長選択素子１０が一体化されている点で相違し、また、光学素子９が一体化されている点で相違する。この相違点を除き、当該半導体レーザ装置２７０の構成は、上述の第１実施例や第１５実施例に係る半導体レーザ装置１００、２４０の構成と同じである。【０２９５】  図４９は、この第１８実施例に係る半導体レーザ装置２７０に適用される光学素子９の構成を示す斜視図である。この図４９は、第２コリメータレンズ８の側から光学素子９を見たときの斜視図である。光学素子９は、第２コリメータレンズ８から出射された各光束を受光し、受光された各光束に対する反射部９ａと透過部９ｂとがｚ軸方向に沿って交互に設けられている。そして、光学素子９は、反射部９ａで反射された光の少なくとも一部を、該光を出射した活性層３ａに帰還させる。また、光学素子９は、透過部９ｂに入射した光を透過させて、波長選択素子１０へ入射させる。【０２９６】  光学素子９は、ガラスや石英等の透光性材料からなる平板状基材９ｓの一方の面（第２コリメータレンズ８側の面）に、反射部９ａと透過部９ｂとがｚ軸方向に沿って交互に形成されている。反射部９ａ及び透過部９ｂそれぞれは、上記所定方向についての幅が一定でｚ軸方向に延びている。すなわち、光学素子９は、ストライプ状に複数の反射部９ａを有している。【０２９７】  反射部９ａは、第２コリメータレンズ８から入射した光を高反射率（例えば９９．５％以上の反射率）で反射するのが好ましく、例えば、全反射膜で構成されるのが好ましい。透過部９ｂは、光路���換素子７から入射した光を高透過率（例えば９９．５％以上の透過率）で透過させるのが好ましく、例えば、反射低減膜で構成されるのが好ましい。また、基材９ｓの他方の面（第２コリメータレンズ８側とは反対側の面）には、反射低減膜が形成されるのが好ましい。【０２９８】  互いに隣接する１対の反射部９ａ及び透過部９ｂは、１つの半導体レーザアレイ３と対応しており、それら反射部９ａと透過部９ｂとの境界は、ｙ軸方向に平行であって、第２コリメータレンズ８から光学素子９に到達する各光束の横断面内にある。したがって、反射部９ａは、第２コリメータレンズ８から光学素子９に到達する各光束のうち一部の断面部分を、第２コリメータレンズ８側へ反射する。一方、透過部９ｂは、第２コリメータレンズ８から光学素子９に到達する各光束のうち残りの断面部分を透過させる。【０２９９】  この第１８実施例に係る半導体レーザ装置２７０でも、半導体レーザアレイ３の活性層３ａで発生した光が共振光路で共振することで空間横モードが単一モードに近づき、空間横モードが単一モードに近ついたことで拡がり角が小さくなったレーザ光を出力光路から外部へ出力することができる。したがって、当該半導体レーザ装置２７０によれば、最終的な出力光の拡がり角を小さくすることができる。また、当該半導体レーザ装置２７０によれば、波長選択素子１０が設けられていることにより、最終的な出力光のスペクトル幅を小さくすることができる。また、波長選択素子１０及び光学素子９が１組のみでもよいので、当該半導体レーザ装置２７０の組立てや光軸調整が容易になる。【０３００】  （第１９実施例）【０３０１】  図５０Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第１９実施例の構成を示す平面図であり、図５０Ｂは、その側面図である。この第１９実施例に係る半導体レーザ装置２８０は、半導体レーザアレイ３、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７、波長選択素子１０、及び光学素子９を備える。【０３０２】  第１５実施例に係る半導体レーザ装置２４０（図４１Ａ及び４１Ｂ）と比較すると、この第１９実施例に係る半導体レーザ装置２８０は、波長選択素子１０が反射型のラマンナス回折格子素子である点で相違する。この相違点を除き、当該半導体レーザ装置２８０の構成は、上述の第１５実施例に係る半導体レーザ装置２４０の構成と同じであるので説明を省略する。【０３０３】  この第１９実施例において、波長選択素子１０は、光路変換素子７によって横断面が回転された各光束を受光して入射させ、その入射した光をラマンナス回折により反射させて、その回折光のうち特定波長の特定回折次数（例えば１次）の光を、該光を出射した活性層に帰還させ、特定波長の特定回折次数光以外の光（例えば０次光）を外部へ出力させる。【０３０４】  このような半導体レーザ装置２８０において、半導体レーザアレイ３の各活性層３ａから出射する光束は、各活性層３ａからはｚ軸方向に拡がって出射するが、第１コリメータレンズ５により屈折されることでｚ軸方向については略平行光とされて、その後に光路変換素子７により横断面が略９０°回転させられる。この光路変換素子７を通過した各光束は、ｚ軸方向へ拡がって放射され、光学素子９または波長選択素子１０に入射する。【０３０５】  そして、光学素子９で反射された光の少なくとも一部は、該光を出射した活性層３ａに帰還される。また、波長選択素子１０に入射した光のうち特定波長の特定回折次数光は、該光を出射した活性層３ａに帰還される。これにより、光学素子９と波長選択素子１０との間で外部共振器が形成されて、その共振器の内部に位置する活性層３ａにおいて誘導放出が起こり、レーザ発振が得られる。一方、波長選択素子１０に入射した光のうち特定波長の特定回折次数光以外は、当該半導体レーザ装置２８０の出力光として外部へ出射される。この半導体レーザ装置２８０でも、最終的な出力光は、拡がり角が小さく、スペクトル幅が狭い。【０３０６】  （第２０実施例）【０３０７】  図５１Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第２０実施例の構成を示す平面図であり、図５１Ｂは、その側面図である。この第２０実施例に係る半導体レーザ装置２９０は、半導体レーザアレイ３、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７、第２コリメータレンズ８、波長選択素子１０、及び光学素子９を備える。【０３０８】  第１６実施例に係る半導体レーザ装置２５０（図４６Ａ及び４６Ｂ）と比較すると、この第２０実施例に係る半導体レーザ装置２９０は、波長選択素子１０が反射型のラマンナス回折格子素子である点で相違する。この相違点を除き、当該半導体レーザ装置２９０の構成は、上述の第１６実施例に係る半導体レーザ装置２５０の構成と同じであるので説明を省略する。【０３０９】  この第２０実施例において、波長選択素子１０は、光路変換素子７によって横断面が回転された各光束を受光して入射させ、その入射した光をラマンナス回折により反射させて、その回折光のうち特定波長の特定回折次数（例えば１次）の光を、該光を出射した活性層に帰還させ、特定波長の特定回折次数光以外の光（例えば０次光）を外部へ出力させる。【０３１０】  このような半導体レーザ装置２９０において、半導体レーザアレイ３の各活性層３ａから出射する光束は、各活性層３ａからはｚ軸方向に拡がって出射するが、第１コリメータレンズ５により屈折されることでｚ軸方向については略平行光とされて、その後に光路変換素子７により横断面が略９０°回転させられる。この光路変換素子７を通過した各光束は、ｚ軸方向へ拡がって放射され、更に第２コリメータレンズ８により屈折されることで略平行光とされて、光学素子９又は波長選択素子１０に入射する。【０３１１】  そして、光学素子９で反射された光の少なくとも一部は、該光を出射した活性層３ａに帰還される。また、波長選択素子１０に入射した光のうち特定波長の特定回折次数光は、該光を出射した活性層３ａに帰還される。これにより、光学素子９と波長選択素子１０との間で外部共振器が形成されて、その共振器の内部に位置する活性層３ａにおいて誘導放出が起こり、レーザ発振が得られる。一方、波長選択素子１０に入射した光のうち特定波長の特定回折次数光以外は、当該半導体レーザ装置２９０の出力光として外部へ出射する。この半導体レーザ装置２９０でも、最終的な出力光は、拡がり角が小さく、スペクトル幅が狭い。【０３１２】  （第２１実施例）【０３１３】  図５２Ａは、この発明に係���半導体レーザ装置の第２１実施例の構成を示す平面図であり、図５２Ｂは、その側面図である。この第２１実施例に係る半導体レーザ装置３００は、半導体レーザアレイスタック４、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７、第２コリメータレンズ８、波長選択素子１０、及び光学素子９を備える。【０３１４】  第１７実施例に係る半導体レーザ装置２６０（図４７Ａ及び４７Ｂ）と比較すると、この第２１実施例に係る半導体レーザ装置３００は、波長選択素子１０が反射型のラマンナス回折格子素子である点で相違する。この相違点を除き、当該半導体レーザ装置３００の構成は、上述の第１７実施例に係る半導体レーザ装置２６０の構成と同じであるので説明を省略する。【０３１５】  この第２１実施例において、波長選択素子１０は、光路変換素子７によって横断面が回転された各光束を受光して入射させ、その入射した光をラマンナス回折により反射させて、その回折光のうち特定波長の特定回折次数（例えば１次）の光を、該光を出射した活性層に帰還させ、特定波長の特定回折次数光以外の光（例えば０次光）を外部へ出力させる。【０３１６】  この半導体レーザ装置３００は、半導体レーザアレイスタック４に含まれる複数の半導体レーザアレイ３それぞれについて、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７、第２コリメータレンズ８、波長選択素子１０及び光学素子９が１組設けられていて、この各組において上述の第２０実施例の場合と同様に動作する。この第２１実施例に係る半導体レーザ装置３００でも、最終的な出力光は、拡がり角が小さく、スペクトル幅が狭い。【０３１７】  （第２２実施例）【０３１８】  図５３Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第２２実施例の構成を示す平面図であり、図５３Ｂは、その側面図である。この第２２実施例に係る半導体レーザ装置３１０は、半導体レーザアレイスタック４、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７、第２コリメータレンズ８、波長選択素子１０、及び光学素子９を備える。【０３１９】  第２１実施例に係る半導体レーザ装置３００（図５２Ａ及び５２Ｂ）と比較すると、この第２２実施例に係る半導体レーザ装置３１０は、波長選択素子１０が一体化されている点で相違し、また、光学素子９が一体化されている点で相違する。この相違点を除き、当該半導体レーザ装置３１０の構成は、上述の第２１実施例に係る半導体レーザ装置３１０の構成と同じである。【０３２０】  この第２２実施例に係る半導体レーザ装置３１０は、第２１実施例の場合と同様に動作する。この半導体レーザ装置３１０でも、最終的な出力光は、拡がり角が小さく、スペクトル幅が狭い。また、波長選択素子１０及び光学素子９が１組のみでもよいので、当該半導体レーザ装置３１０の組立てや光軸調整が容易である。【０３２１】  なお、この発明は上述の実施例に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、第１５及び第１６実施例それぞれにおいても、図１４９に示されたような反射部と透過部とがｚ軸方向に沿って交互に基材上に設けられた光学素子が適用されてもよい。また、第１７及び第１８実施例それぞれにおいて、第２コリメータレンズを除いた構成としてもよく、この場合には光学素子及び波長選択素子それぞれは傾けて設けられるのが好ましい。【０３２２】  （第２３実施例）【０３２３】  図５４Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第２３実施例の構成を示す平面図（ｚ軸方向から見た図）であり、図５４Ｂは、その側面図（ｙ軸方向から見た図）である。また、図５５は、この第２３実施例に係る半導体レーザ装置３２０に適用された半導体レーザアレイからの出射光のスペクトル（グラフＧ５５０）と、当該第２３実施例に係る半導体レーザ装置３２０からの出射光（当該半導体レーザ装置３２０における外部共振器を介して出射された光）のスペクトルである。【０３２４】  この第２３実施例に係る半導体レーザ装置３２０は、第１実施例に係る半導体レーザ装置１００と同様に、半導体レーザアレイ３、第１コリメータレンズ５、及び光路変換素子７を備えるが、光学素子として第１実施例に係る半導体レーザ装置１００が反射ミラー９を備えるのに対し、当該半導体レーザ装置３２０が波長選択素子１０（反射率５０％のＰＤ−ＬＤ  Ｉｎｃ．製の製品ＬｕｘｘＭａｓｔｅｒＴＭ）を備える点で相異する。【０３２５】  以上のような構造を有する第２３実施例に係る半導体レーザ装置３２０によっても、図５５に示されたように、当該半導体レーザ装置３２０から出力されるレーザ光（装置３２０内の外部共振器を経た光）は、波長選択素子１０においてブラッグ条件を満たす波長８０９ｎｍをピークとして、スペクトル幅が狭くなった。【０３２６】  （第２４実施例）【０３２７】  図５６Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第２４実施例の構成を示す平面図（ｚ軸方向から見た図）であり、図５６Ｂは、その側面図（ｙ軸方向から見た図）である。この第２４実施例に係る半導体レーザ装置３３０は、上述の第２３実施例に係る半導体レーザ装置３２０は、ｚ軸方向に積層された構造を有する。すなわち、この第２４実施例に係る半導体レーザ装置３３０は、半導体レーザアレイスタック４、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７、光学素子としての波長選択素子１０を備える。【０３２８】  半導体レーザアレイスタック４は、第５実施例と同様の構成（図１７）を有する。半導体レーザアレイスタック４は、図１７に示されたように、複数の半導体レーザアレイ３と複数のヒートシンク４ｈとがｚ軸方向に沿って交互に配置された構造を有している。【０３２９】  ヒートシンク４ｈは、半導体レーザアレイ３を冷却する。ヒートシンク４ｈは、銅製の平板状部材を組み合わせて形成した冷却水路を有している。冷却水は、この冷却水路内を循環する。【０３３０】  各第１コリメータレンズ５は、第１実施例や第２３実施例と同様の構成（図６）を有している。第１コリメータレンズ５は、第１コリメータレンズ５の母線と対向する半導体レーザアレイ３の垂直方向（ｚ軸方向）とが直交するように設置する。このように設置されると、活性層３ａから出射された光束を第１コリメータレンズ５の母線に垂直な面内で屈折させ、平行化することができる。すなわち、第１コリメータレンズ５は、各活性層３ａから出射された光束の垂直方向（ｚ軸方向）の成分を屈折させ、平行化する。また、この平行化を効率良く行うために、第１コリメータレンズ５は活性層３ａと近接させて配置される。こ���ため、第１コリメータレンズ５は、半導体レーザアレイ３と１対１に対応している。すなわち、第１コリメータレンズ５の設置数は、半導体レーザアレイ３の数に等しい。各第１コリメータレンズ５は、それぞれ一つの半導体レーザアレイ３と対向するように配置されている。したがって、一つの半導体レーザアレイ３の活性層３ａから出射する光束は、すべて一つの第１コリメータレンズ５に入射する。【０３３１】  各光路変換素子７も、第１実施例や第２３実施例と同様の構成（図７）を有している。光路変換素子７は、第１コリメータレンズ５で平行化された光束の横断面をほぼ９０°回転させる。このため、光路変換素子７は、第１コリメータレンズ５と１対１に対応させて配置される。すなわち、各光路変換素子７は、それぞれ一つの第１コリメータレンズ５と対向するよう配置される。したがって、一つの第１コリメータレンズ５から出射されるすべての光束は、対応する一つの光路変換素子７に入射する。各光路変換素子７の各円柱面は、活性層３ａと１対１に対応している。したがって、一つの半導体レーザアレイ３の各活性層３ａから出射される光束は、すべて対応する一つの光路変換素子７に入射する。【０３３２】  光学素子としての波長変換素子１０は、第１５実施例と同様の構成（図４２）を有しており、上記第２３実施例と同様に、反射率５０％のＰＤ−ＬＤ  Ｉｎｃ．製の製品ＬｕｘｘＭａｓｔｅｒＴＭが適用される。したがって、各波長選択素子１０は、光路変換素子７と１対１に対応させて配置され、半導体レーザアレイスタック４における各活性層３ａとともに外部共振器を構成している。【０３３３】  以上のように、第２４実施例に係る半導体レーザ装置３３０では、半導体レーザアレイ３で発生したレーザ光が外部共振器光路で共振することで空間横モードが単一モードに近づき、空間横モードが単一モードに近ついたことで拡散角が小さくなったレーザ光を、外部へ出力することができる。このように、当該半導体レーザ装置３３０は、最終的な出力光の拡散角を小さくすることができる。【０３３４】  以上の本発明の説明から、本発明を様々に変形しうることは明らかである。そのような変形は、本発明の思想および範囲から逸脱するものとは認めることはできず、すべての当業者にとって自明である改良は、以下の請求の範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【０３３５】  この発明は、拡がり角の小さなレーザ光、更には拡がり角が小さくかつスペクトル幅の小さいレーザ光を出射させる半導体レーザ装置に適している。
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【図３】
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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１０】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１７】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２５】
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【図２７】
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【図２８】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３６】
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【図３７】
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【図４２】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４９】
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【図５５】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年11月9日(2005.11.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定平面上の第１方向に沿ってそれぞれ伸びかつ該第１方向と直交する第２方向に沿って該所定平面上に並列に配置された複数の活性層を有する半導体レーザアレイと、
前記活性層からそれぞれ出射された複数の光束を、前記所定平面に直交する第３方向に関してコリメートする第１コリメータレンズと、
前記第１コリメータレンズから到達した光束であって前記第３方向に関してコリメートされた各光束を、その横断面をほぼ９０°回転させた状態で該第３方向に関して所定の拡がり角で出射する光路変換素子と、そして、
前記光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の少なくとも一部が到達する位置に配置され、前記活性層とともに外部共振器の少なくとも一部を構成する光学素子であって、前記光路変換素子から到達した各光束の一部を反射させることにより、該反射された各光束の一部を前記活性層に帰還させる光学素子とを備えた半導体レーザ装置。
【請求項２】
所定平面上の第１方向に沿ってそれぞれ伸びかつ該第１方向と直交する第２方向に沿って該所定平面上に並列に配置された複数の活性層をそれぞれが有する複数の半導体レーザアレイが該所定平面に直交する第３方向に積層された半導体レーザアレイスタックと、
前記活性層からそれぞれ出射された複数の光束を、前記第３方向に関してコリメートする第１コリメータレンズと、
前記第１コリメータレンズから到達した光束であって前記第３方向に関してコリメートされた各光束を、その横断面をほぼ９０°回転させた状態で該第３方向に関して所定の拡がり角で出射する光路変換素子と、そして、
前記光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の少なくとも一部が到達する位置に配置され、前記活性層とともに外部共振器の少なくとも一部を構成する光学素子であって、前記光路変換素子から到達した各光束の一部を反射させることにより、該反射された各光束の一部を前記活性層に帰還させる光学素子とを備えた半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記光学素子は、前記光路変換素子から出射された所定の拡がり角を持つ光束を反射する反射面を含み、
前記反射面は、前記光路変換素子からの前記光束の光軸から離れた該光束の一部を前記活性層へ帰還させるよう該光軸に垂直な面に対して傾けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記光路変換素子と前記光学素子との間の共振光路上に配置され、該光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束を、該第３方向に関してコリメートする第２コリメータレンズをさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記光学素子は、前記光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の一部を横切る一方残りを通過させる位置に配置されるとともに、前記活性層から出射される各光束の光軸からずれた共振光路を有する軸ずれ外部共振器を前記活性層とともに構成しており、そして、
前記反射面は、到達した前記各光束の一部を全反射することにより該全反射された各光束の一部を前記活性層に帰還させるよう、前記光路変換素子から出射される各光束の光軸に直交する面に対して所定角度傾けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記光学素子は、前記光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の少なくとも一部が到達する位置に配置されるとともに、前記活性層から出射される各光束の光軸からずれた共振光路を有する軸ずれ外部共振器を前記活性層とともに構成しており、そして、
前記光学素子の前記光路変換素子に対面する面には、該光路変換素子から到達した各光束の一部を前記活性層に帰還させるよう反射させる反射部と、該到達した各光束の残りを外部へ導く透過部とが、前記第３方向に沿って交互に配置されていることを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
前記光路変換素子と前記活性層との間の共振光路上に配置され、前記活性層から出射される各光束の光軸からずれた共振光路を有する軸ずれ外部共振器を前記光学素子とともに構成する波長変換素子であって、該光路変換素子から到達した光のうち特定波長の光を選択的に該光路変換素子へ出射する波長選択素子をさらに備え、そして、
前記光学素子は、前記光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の少なくとも一部が到達する位置に配置されるとともに、前記光学素子は、前記光路変換素子に対面する面上に、該光路変換素子から到達した各光束の一部を前記活性層に帰還させるよう反射させる反射部と、該到達した各光束の残りを外部へ導く透過部とを有することを特徴とする請求項１又は２記載の半導体レーザ装置。
【請求項８】
前記光路変換素子から出射された前記第３方向に拡がり角を持つ各光束の一部が垂直方向から到達するよう配置されるとともに、前記活性層から出射される各光束の光軸からずれた共振光路を有する軸ずれ外部共振器を前記光学素子とともに構成する波長選択素子であって、該垂直方向から到達した光のうち特定波長の光の一部を前記活性層へ帰還させるようブラッグ反射させる一方、該特定波長の光の残りを透過させる波長選択素子をさらに備え、そして、
前記光学素子は、前記光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の少なくとも一部が到達する位置に配置されるとともに、前記光学素子は、前記光路変換素子に対面する面上に、該光路変換素子から到達した各光束の少なくとも一部を前記活性層に帰還させるよう反射させる反射部と、該到達した各光束の残りを外部へ導く透過部とを有することを特徴とする請求項１又は２記載の半導体レーザ装置。
【請求項９】
前記光路変換素子から出射された前記第３方向に拡がり角を持つ各光束の一部を回折により反射させるよう配置されるとともに、前記活性層から出射される各光束の光軸からずれた共振光路を有する軸ずれ外部共振器を前記光学素子とともに構成する波長選択素子であって、該回折された光のうち特定波長を有する特定次数の回折光を前記活性層へ帰還させるよう回折反射させる一方、該特定波長を有する該特定次数以外の回折光を外部へ導く波長選択素子をさらに備え、そして、
前記光学素子は、前記光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の少なくとも一部が到達する位置に配置されるとともに、前記光学素子は、前記光路変換素子に対面する面上に、該光路変換素子から到達した各光束の少なくとも一部を前記活性層に帰還させるよう反射させる反射部と、該到達した各光束の残りを外部へ導く透過部とを有することを特徴とする請求項１又は２記載の半導体レーザ装置。
【請求項１０】
前記光学素子は、前記光路変換素子から到達する光のうち特定波長の光を選択的に該光路変換素子へ出射する波長選択素子を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の半導体レーザ装置。
【請求項１１】
所定平面上の第１方向に沿ってそれぞれ伸びかつ該第１方向と直交する第２方向に沿って該所定平面上に並列に配置された複数の活性層を有する半導体レーザアレイと、
前記活性層からそれぞれ出射された複数の光束を、前記所定平面に直交する第３方向に関してコリメートする第１コリメータレンズと、
前記第１コリメータレンズから到達した光束であって前記第３方向に関してコリメートされた各光束を、その横断面をほぼ９０°回転させた状態で該第３方向に関して所定の拡散角で出射する光路変換素子と、そして、
前記光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の一部を横切る一方残りを通過させる位置に配置され、前記活性層とともに外部共振器の少なくとも一部を構成する反射面を有する光学素子とを備え、
前記反射面は、到達した前記各光束の一部を全反射することにより該全反射された各光束の一部を前記活性層に帰還させるよう、前記光路変換素子から出射される各光束の光軸に直交する面に対して所定角度傾けられている半導体レーザ装置。
【請求項１２】
所定平面上の第１方向に沿ってそれぞれ伸びかつ該第１方向と直交する第２方向に沿って該所定平面上に並列に配置された複数の活性層をそれぞれが有する複数の半導体レーザアレイが該所定平面に直交する第３方向に積層された半導体レーザアレイスタックと、
前記活性層からそれぞれ出射された複数の光束を、前記所定平面に直交する第３方向に関してコリメートする第１コリメータレンズと、
前記第１コリメータレンズから到達した光束であって前記第３方向に関してコリメートされた各光束を、その横断面をほぼ９０°回転させた状態で該第３方向に関して所定の拡散角で出射する光路変換素子と、そして、
前記光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の少なくとも一部を横切る一方残りを通過させる位置に配置され、前記活性層とともに外部共振器の少なくとも一部を構成する反射面を有する光学素子とを備え、
前記反射面は、到達した前記各光束の一部を全反射することにより該全反射された各光束の一部を前記活性層に帰還させるよう、前記光路変換素子から出射される各光束の光軸に直交する面に対して所定角度傾けられている半導体レーザ装置。
【請求項１３】
前記光学素子における反射面の設置角度は、前記光路変換素子から出射される各光束の拡散角の２分の１よりも小さいことを特徴とする請求項１１又は１２記載の半導体レーザ装置。
【請求項１４】
前記反射面は、前記光路変換素子から出射される各光束の光軸を横切るように配置されていることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか一項記載の半導体レーザ装置。
【請求項１５】
前記光路変換素子と前記光学素子との間の共振光路上に配置され、該光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束を、該第３方向に関してコリメートする第２コリメータレンズをさらに備えたことを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか一項記載の半導体レーザ装置。
【請求項１６】
所定平面上の第１方向に沿ってそれぞれ伸びかつ該第１方向と直交する第２方向に沿って該所定平面上に並列に配置された複数の活性層をそれぞれが有する複数の半導体レーザアレイが該所定平面に直交する第３方向に積層された半導体レーザアレイスタックと、
前記活性層からそれぞれ出射された複数の光束を、前記所定平面に直交する第３方向に関してコリメートする第１コリメータレンズと、
前記第１コリメータレンズから到達した光束であって前記第３方向に関してコリメートされた各光束を、その横断面をほぼ９０°回転させた状態で該第３方向に関して所定の拡がり角で出射する光路変換素子と、そして、
前記光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の少なくとも一部が到達する位置に配置され、前記活性層とともに外部共振器の少なくとも一部を構成する光学素子とを備え、
前記光学素子の前記光路変換素子に対面する面には、該光路変換素子から到達した各光束の一部を前記活性層に帰還させるよう反射させる反射部と、該到達した各光束の残りを外部へ導く透過部とが、前記第３方向に沿って交互に配置されている半導体レーザ装置。
【請求項１７】
前記光学素子は、前記反射部と前記透過部がその表面に交互に形成された透光性材料からなる平板状基材を備えたことを特徴とする請求項１６記載の半導体レーザ装置。
【請求項１８】
前記光学素子における前記平板状基材は、前記反射部に到達する各光束の少なくとも一部を該反射部に垂直入射させるよう、前記光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の光軸に垂直な面に対して傾けられた状態で配置されていることを特徴とする請求項１７記載の半導体レーザ装置。
【請求項１９】
前記反射部は、前記平板状基材の表面に形成された全反射膜を含むことを特徴とする請求項１７記載の半導体レーザ装置。
【請求項２０】
前記反射部は、前記平板状基材の表面に形成された回折格子を含むことを特徴とする請求項１７記載の半導体レーザ装置。
【請求項２１】
前記反射部は、前記平板状基材の表面に形成されたエタロンを含むことを特徴とする請求項１７記載の半導体レーザ装置。
【請求項２２】
前記透過部は、前記平板状基材の表面に形成された反射低減膜を含むことを特徴とする請求項１７記載の半導体レーザ装置。
【請求項２３】
前記光路変換素子と前記光学素子との間の共振光路上に配置され、前記光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束を、該第３方向に関してコリメートする第２コリメータレンズをさらに備えたことを特徴とする請求項１６記載の半導体レーザ装置。
【請求項２４】
所定平面上の第１方向に沿ってそれぞれ伸びかつ該第１方向と直交する第２方向に沿って該所定平面上に並列に配置された複数の活性層を有する半導体レーザアレイと、
前記活性層からそれぞれ出射された複数の光束を、前記所定平面に直交する第３方向に関してコリメートする第１コリメータレンズと、
前記第１コリメータレンズから到達した光束であって前記第３方向に関してコリメートされた各光束を、その横断面をほぼ９０°回転させた状態で該第３方向に関して所定の拡がり角で出射する光路変換素子と、
前記光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の少なくとも一部が到達する位置に配置され、前記活性層とともに外部共振器の少なくとも一部を構成する光学素子であって、前記光学素子の前記光路変換素子に対面する面に、該光路変換素子から到達した各光束の一部を前記活性層に帰還させるよう反射させる反射部と、該到達した各光束の残りを外部へ導く透過部とを有する光学素子と、そして、
前記光路変換素子と前記活性層との間の共振光路上に配置され、該光路変換素子から到達した光のうち特定波長の光を選択的に該光路変換素子へ出射する波長選択素子とを備えた半導体レーザ装置。
【請求項２５】
所定平面上の第１方向に沿ってそれぞれ伸びかつ該第１方向と直交する第２方向に沿って該所定平面上に並列に配置された複数の活性層をそれぞれが有する複数の半導体レーザアレイが該所定平面に直交する第３方向に積層された半導体レーザアレイスタックと、
前記活性層からそれぞれ出射された複数の光束を、前記所定平面に直交する第３方向に関してコリメートする第１コリメータレンズと、
前記第１コリメータレンズから到達した光束であって前記第３方向に関してコリメートされた各光束を、その横断面をほぼ９０°回転させた状態で該第３方向に関して所定の拡がり角で出射する光路変換素子と、
前記光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の少なくとも一部が到達する位置に配置され、前記活性層とともに外部共振器の少なくとも一部を構成する光学素子であって、前記光学素子の前記光路変換素子に対面する面に、該光路変換素子から到達した各光束の一部を前記活性層に帰還させるよう反射させる反射部と、該到達した各光束の残りを外部へ導く透過部とを有する光学素子と、そして、
前記光路変換素子と前記活性層との間の共振光路上に配置され、該光路変換素子から到達した光のうち特定波長の光を選択的に該光路変換素子へ出射する波長選択素子とを備えた半導体レーザ装置。
【請求項２６】
前記光路変換素子と前記光学素子との間の共振光路上に配置され、前記光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束を、該第３方向に関してコリメートする第２コリメータレンズをさらに備えたことを特徴とする請求項２４又は２５記載の半導体レーザ装置。
【請求項２７】
前記波長選択素子は、回折格子素子、エタロンフィルタ及び誘電体多層膜フィルタのいずれかを含むことを特徴とする請求項２４又は２５記載の半導体レーザ装置。
【請求項２８】
前記波長選択素子は、前記光学素子の前記反射部とは別個に設けられた透過型素子を含むことを特徴とする請求項２４又は２５記載の半導体レーザ装置。
【請求項２９】
前記波長選択素子は、前記光学素子の前記反射部に設けられた反射型素子を含むことを特徴とする請求項２４又は２５記載の半導体レーザ装置。
【請求項３０】
前記光学素子は、前記反射部と前記透過部がその表面に形成された透光性材料からなる平板状基材を備えたことを特徴とする請求項２４又は２５記載の半導体レーザ装置。
【請求項３１】
前記光学素子における前記反射部及び前記透過部は、前記第３方向に沿って交互に配置された複数の反射要素及び複数の透過要素から構成されていることを特徴とする請求項２５記載の半導体レーザ装置。
【請求項３２】
前記光学素子の前記反射部は、前記光路変換素子から出射された各光束の光軸に垂直な面に対して傾けられており、該反射部は到達した光の少なくとも一部を入射方向と同じ方向に反射させることを特徴とする請求項２４又は２５記載の半導体レーザ装置。
【請求項３３】
所定平面上の第１方向に沿ってそれぞれ伸びかつ該第１方向と直交する第２方向に沿って該所定平面上に並列に配置された複数の活性層を有する半導体レーザアレイと、
前記活性層からそれぞれ出射された複数の光束を、前記所定平面に直交する第３方向に関してコリメートする第１コリメータレンズと、
前記第１コリメータレンズから到達した光束であって前記第３方向に関してコリメートされた各光束を、その横断面をほぼ９０°回転させた状態で該第３方向に関して所定の拡がり角で出射する光路変換素子と、
前記光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の少なくとも一部が到達する位置に配置され、前記光学素子の前記光路変換素子に対面する面に、該光路変換素子から到達した各光束の少なくとも一部を前記活性層に帰還させるよう反射させる反射部と、該到達した各光束の残りを外部へ導く透過部とを有する光学素子と、そして、
前記光路変換素子から出射された前記第３方向に拡がり角を持つ各光束の一部が垂直方向から到達するよう配置され、前記光学素子とともに外部共振器を構成する波長選択素子であって、該垂直方向から到達した光のうち特定波長の光の一部を前記活性層へ帰還させるようブラッグ反射させる一方、該特定波長の光の残りを透過させる波長選択素子とを備えた半導体レーザ装置。
【請求項３４】
所定平面上の第１方向に沿ってそれぞれ伸びかつ該第１方向と直交する第２方向に沿って該所定平面上に並列に配置された複数の活性層をそれぞれが有する複数の半導体レーザアレイが該所定平面に直交する第３方向に積層された半導体レーザアレイスタックと、
前記活性層からそれぞれ出射された複数の光束を、前記所定平面に直交する第３方向に関してコリメートする第１コリメータレンズと、
前記第１コリメータレンズから到達した光束であって前記第３方向に関してコリメートされた各光束を、その横断面をほぼ９０°回転させた状態で該第３方向に関して所定の拡がり角で出射する光路変換素子と、
前記光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の少なくとも一部が到達する位置に配置され、前記光学素子の前記光路変換素子に対面する面に、該光路変換素子から到達した各光束の少なくとも一部を前記活性層に帰還させるよう反射させる反射部と、該到達した各光束の残りを外部へ導く透過部とを有する光学素子と、そして、
前記光路変換素子から出射された前記第３方向に拡がり角を持つ各光束の一部が垂直方向から到達するよう配置され、前記光学素子とともに外部共振器を構成する波長選択素子であって、該垂直方向から到達した光のうち特定波長の光の一部を前記活性層へ帰還させるようブラッグ反射させる一方、該特定波長の光の残りを透過させる波長選択素子とを備えた半導体レーザ装置。
【請求項３５】
所定平面上の第１方向に沿ってそれぞれ伸びかつ該第１方向と直交する第２方向に沿って該所定平面上に並列に配置された複数の活性層を有する半導体レーザアレイと、
前記活性層からそれぞれ出射された複数の光束を、前記所定平面に直交する第３方向に関してコリメートする第１コリメータレンズと、
前記第１コリメータレンズから到達した光束であって前記第３方向に関してコリメートされた各光束を、その横断面をほぼ９０°回転させた状態で該第３方向に関して所定の拡がり角で出射する光路変換素子と、
前記光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の少なくとも一部が到達する位置に配置され、前記光学素子の前記光路変換素子に対面する面に、該光路変換素子から到達した各光束の少なくとも一部を前記活性層に帰還させるよう反射させる反射部と、該到達した各光束の残りを外部へ導く透過部とを有する光学素子と、そして、
前記光路変換素子から出射された前記第３方向に拡がり角を持つ各光束の一部を回折により反射させるよう配置され、前記光学素子とともに外部共振器を構成する波長選択素子であって、該回折された光のうち特定波長を有する特定次数の回折光を前記活性層へ帰還させるよう回折反射させる一方、該特定波長を有する該特定次数以外の回折光を外部へ導く波長選択素子とを備えた半導体レーザ装置。
【請求項３６】
所定平面上の第１方向に沿ってそれぞれ伸びかつ該第１方向と直交する第２方向に沿って該所定平面上に並列に配置された複数の活性層をそれぞれが有する複数の半導体レーザアレイが該所定平面に直交する第３方向に積層された半導体レーザアレイスタックと、
前記活性層からそれぞれ出射された複数の光束を、前記所定平面に直交する第３方向に関してコリメートする第１コリメータレンズと、
前記第１コリメータレンズから到達した光束であって前記第３方向に関してコリメートされた各光束を、その横断面をほぼ９０°回転させた状態で該第３方向に関して所定の拡がり角で出射する光路変換素子と、
前記光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の少なくとも一部が到達する位置に配置され、前記光学素子の前記光路変換素子に対面する面に、該光路変換素子から到達した各光束の少なくとも一部を前記活性層に帰還させるよう反射させる反射部と、該到達した各光束の残りを外部へ導く透過部とを有する光学素子と、そして、
前記光路変換素子から出射された前記第３方向に拡がり角を持つ各光束の一部を回折により反射させるよう配置され、前記光学素子とともに外部共振器を構成する波長選択素子であって、該回折された光のうち特定波長を有する特定次数の回折光を前記活性層へ帰還させるよう回折反射させる一方、該特定波長を有する該特定次数以外の回折光を外部へ導く波長選択素子とを備えた半導体レーザ装置。
【請求項３７】
前記光学素子と前記光路変換素子との間の共振光路、及び、前記波長選択素子と前記光路変換素子との間の共振光路それぞれをともに横切るように配置され、前記光路変換素子から出射された前記第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束を、該第３方向に関してコリメートする第２コリメータレンズをさらに備えたことを特徴とする請求項３３〜３６のいずれか一項記載の半導体レーザ装置。
【請求項３８】
前記光学素子は、前記反射部及び前記透過部がその表面に形成された透光性材料からなる平板状基材をさらに備えたことを特徴とする請求項３３〜３６のいずれか一項記載の半導体レーザ装置。
【請求項３９】
前記光学素子における前記反射部及び前記透過部は、前記第３方向に沿って交互に配置された複数の反射要素及び複数の透過要素から構成されていることを特徴とする請求項３４又は３６記載の半導体レーザ装置。
【請求項４０】
前記光学素子における前記反射部は、前記光路変換素子から出射された前記第３方向に拡がり角を持つ各光束の光軸に垂直な面に対して傾けられており、該反射部に到達する各光束の少なくとも一部は、該反射部に対して垂直方向から入射することを特徴とする請求項３３〜３６のいずれか一項記載の半導体レーザ装置。
【請求項４１】
前記波長選択素子は、前記光学素子における前記透過部と一致する位置に配置されていることを特徴とする請求項３３又は３５記載の半導体レーザ装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数のレーザ光源を有する半導体レーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、所定方向に沿って並列に配列された複数の活性層を有する半導体レーザアレイと、該複数の活性層から出射された複数の光束を活性層の配列方向と垂直な方向に関してコリメートするコリメータレンズと、該コリメータレンズによってコリメートされた光束を受光し、その光束の横断面をほぼ９０°回転させる光路変換素子とを備えた半導体レーザ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１Ａ及び１Ｂは、この文献１に記載された半導体レーザ装置における半導体レーザアレイ１０１の各活性層１０３から出射する光束の拡がり角を説明するための図である。ここで、図１Ａは、光束の拡がり角を示す側面図であり、図１Ｂは、光束の拡がり角を示す平面図である。なお、半導体レーザアレイのレーザ光出射方向をｘ軸方向とし、活性層の配列方向をｙ軸方向とし、ｘ軸方向及びｙ軸方向双方に垂直な方向をｚ軸方向として座標軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）が設定されている。各活性層から出射された光束のｚ軸方向の拡がり角は光軸１０５を中心として３０°〜４０°であり（図１Ａ）、ｙ軸方向の拡がり角は８〜１０°である（図１Ｂ）。上記文献１に記載された半導体レーザ装置は、コリメータレンズにより光束が垂直方向に関してコリメートされた後、光路変換素子によって光束断面が９０°回転させられることにより、隣り合う光束が交差しにくい構造になっている。
【特許文献１】特許第３０７１３６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発明者らは、従来の半導体レーザ装置について検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、一般に、レーザ装置から出射されるレーザ光は、各種応用を考慮すると、拡がり角が小さいことが要求され、また、スペクトル幅が狭いことが要求される。
【０００５】
しかしながら、上記文献１の半導体レーザ装置は、光路変換素子で光束断面を９０°回転させるだけなので、ｙ軸方向の拡がり角はそのままｚ軸方向の拡がり角となっている。最終的に半導体レーザ装置から出射されるレーザ光は、ｚ軸方向へ８〜１０°の拡がり角を有したままである。また、上記文献１の半導体レーザ装置は、半導体レーザアレイ１０１における各活性層１０３からの出射光のスペクトル幅が広いので、最終的に半導体レーザ装置から出射されるレーザ光のスペクトル幅も広い。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、小さい拡がり角を有するレーザ光を出射させ、さらには該レーザ光のスペクトル幅を狭くすることが可能な構造を有する半導体レーザ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、この発明の半導体レーザ装置は、少なくとも、半導体レーザアレイと、第１コリメータレンズと、光路変換素子（rotator）と、光学素子を備える。また、当該半導体レーザ装置は、半導体レーザアレイスタックと、第１コリメータレンズと、光路変換素子と、光学素子を備えてもよい。
【０００８】
上記半導体レーザアレイは、所定平面上の第１方向に沿ってそれぞれ伸びかつ該第１方向と直交する第２方向に沿って該所定平面上に並列に配置された複数の活性層を有する。上記第１コリメータレンズは、活性層からそれぞれ出射された複数の光束を、所定平面に直交する第３方向に関してコリメートする。上記光路変換素子は、第１コリメータレンズから到達した光束であって第３方向に関してコリメートされた各光束を、その横断面をほぼ９０°回転させた状態で該第３方向に関して所定の拡がり角で出射する。上記光学素子は、光路変換素子から出射された第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の少なくとも一部が到達する位置に配置され、活性層とともに外部共振器の少なくとも一部を構成する。この光学素子は、光路変換素子から到達した各光束の一部を反射させることにより、該反射された各光束の一部を活性層に帰還させるよう機能する。
【０００９】
なお、上記半導体レーザアレイスタックは、所定平面上の第１方向に沿ってそれぞれ伸びかつ該第１方向と直交する第２方向に沿って該所定平面上に並列に配置された複数の活性層をそれぞれが有する複数の半導体レーザアレイが該所定平面に直交する第３方向に積層されることにより構成されている。
【００１０】
この発明に係る半導体レーザ装置において、上記光路変換素子を通過した各光束は第３方向（垂直方向）への拡がりを有するが、各光束のなかで一定条件の光路を有する一部の光束成分が、上記光学素子によって半導体レーザアレイの活性層にそれぞれ帰還する。活性層へ帰還した光束成分は半導体レーザアレイの出射面に対向する端面まで戻り、反射されるので、半導体レーザアレイの出射面に対向する端面と光学素子との間（以下、外部共振器という）で共振することとなる。つまり、一定条件の光路を有する光束成分が選択的に出射面に対向する端面へ戻り、外部共振器で共振し、増幅することになる（以下、このような増幅が起こる光束の条件を「増幅条件」という）。よって、上記光学素子を透過し最終的に半導体レーザ装置から出射されるレーザ光の光強度分布は、増幅条件を満たす光束成分に対応する方向のピークがより顕著になる。すなわち、当該半導体レーザ装置から出射されるレーザ光の拡がり角を小さくすることができる。
【００１１】
この発明に係る半導体レーザ装置においては、上記光学素子は、上記光路変換素子からの光束を反射する反射面を有してもよい。この場合、反射面は、上記光路変換素子からの光束の光軸からはなれた位置の光束を上記活性層へ帰還させるように、光軸に直交する面に対し傾けられるのが好ましい。当該半導体レーザアレイから出射されたレーザ光は、第１方向（活性層が伸びる方向と一致した出射方向）と光強度との関係を示す光強度分布が、第２方向（活性層の配列方向）ついては光軸方向をピークとするガウス分布とならず、光軸からずれた位置にピークを有する場合が多い。このような場合であっても、当該半導体レーザ装置によれば、光学素子の反射面の角度を適宜調整することにより、上記ピークを有する方向が増幅条件を満たすように合わせることができる。このように光強度がピークとなっている出射方向のレーザ光を選択して共振させることができるので、さらに光密度を高めることができる。
【００１２】
また、この発明に係る半導体レーザ装置は、上記光路変換素子と上記光学素子との間の共振光路上に配置され、該光路変換素子から出射された第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束を、該第３方向に関してコリメートする第２コリメータレンズを、さらに備えてもよい。このような構造を有する半導体レーザ装置によれば、上記光路変換素子を透過したレーザ光を、垂直方法（第３方向）に関してより平行に近くなるようにコリメータレンズで屈折させることができる。これにより、上記光路変換素子と光学素子との間の距離を大きくすることも可能になり、当該半導体レーザ装置の設計自由度を向上させることができる。
【００１３】
なお、上記光学素子は、特定波長の光束を反射する機能を有する素子であり、ミラーの他、波長選択素子であってもよい。
【００１４】
この発明に係る半導体レーザ装置は、少なくとも、半導体レーザアレイ及び半導体アレイスタックのいずれかと、第１コリメータレンズと、光路変換素子と、光学素子とを備え、特に上記光学素子は、光路変換素子から出射された第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の一部を横切る一方残りを通過させる位置に配置されるとともに、活性層から出射される各光束の光軸からずれた共振光路を有する軸ずれ外部共振器を活性層とともに構成するのが好ましい。この場合、反射面は、到達した各光束の一部を全反射することにより該全反射された各光束の一部を活性層に帰還させるよう、光路変換素子から出射される各光束の光軸に直交する面に対して所定角度傾けられている。なお、この明細書において「全反射」とは、入射光の９５％以上の反射を意味する（反射率９５％以上）。
【００１５】
この発明に係る半導体レーザ装置において、上記光路変換素子を通過した各光束は第３方向へ拡がって放射される。上記光学素子は光路変換素子を通過した各光束の光路の一部を横切るように配置されているので、拡がった各光束の一部は光学素子の反射面に入射し、残りは反射面に入射しない。反射面に入射した光束は反射面によって全反射される。また、上記光学素子は、光学変換素子から出射された光束の光軸に対して傾いているので、該光学素子において反射された光束のうちの少なくとも一部は入射経路を逆向きに半導体レーザアレイまで帰還し、半導体レーザアレイの出射面に対向する端面まで戻る。さらに、この光束は出射面に対向する端面で反射され、再び発光領域（活性層）から出射される。このように活性層で発生したレーザ光の一部は反射面と半導体レーザアレイの出射面に対向する端面との間を往復し、共振することとなる。すなわち、反射面と半導体レーザアレイの出射面に対向する端面との間でレーザ光の外部共振器が形成される。半導体レーザアレイから出射されるレーザ光は上記外部共振器で共振することにより空間横モードが単一モードに近づき、拡散角が小さくなる。
【００１６】
一方、上記光路変換素子から放射される光束のうち反射面に入射しない光束は、光学素子から見て半導体レーザアレイの反対側、すなわち半導体レーザ装置の外部へ出射される。よって、外部共振器によって拡散角が小さくなったレーザ光が最終的に出力光として半導体レーザ装置から出射されることとなる。このように、当該半導体レーザ装置によれば、出射されるレーザ光の拡散角を小さくすることができる。また、当該半導体レーザ装置によれば、外部共振器の共振光の光路（以下、共振光路という）と出力光の光路（以下、出力光路という）とを反射面の物理的な設置位置によって分割しているので、反射面として全反射の反射面を用いることができる。したがって、共振光を強くすることができ、強い出力光を得ることができる。
【００１７】
また、この発明に係る半導体レーザ装置において、上記反射面の設置角度は、光路変換素子から出射される各光束の拡散角の２分の１よりも小さいのが好ましい。上記光学素子の反射面が光軸に垂直な面に対してなす角度が、光学素子から出射される光束の拡散角の２分の１よりも小さければ、光学素子から反射面へ入射する光束のなかに、反射面に垂直に入射し活性層へ帰還する光束が必ず存在することとなり、上述した外部共振器が必ず形成されることとなる。
【００１８】
この発明に係る半導体レーザ装置において、上記光学素子の反射面は、光路変換素子から出射される各光束の光軸を横切るように設置される。反射面が光軸を横切るように配置されることにより、光路変換素子から出射される各光束の断面積の半分以上を反射面で反射し、残り半分以下の断面積の出力光を外部へ出射するように設定することが可能になる。この場合、各光束の半分以上を反射させるので、強い共振光を得ることができ、強い出力光を得ることができる。
【００１９】
この発明に係る半導体レーザ装置は、上記光路変換素子と光学素子との間の共振光路上に配置され、該光路変換素子から出射された第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束を、該第３方向に関してコリメートする第２コリメータレンズを備えてもよい。この場合、光路変換素子を透過したレーザ光を第２方向（活性層の配列方向）と垂直な面内においてより平行に近くなるようにコリメータレンズで屈折させることができる。これにより、光路変換素子と光学素子との間の距離を大きくすることも可能となり、当該半導体レーザ装置の設計自由度を向上させることができる。
【００２０】
この発明に係る半導体レーザ装置は、少なくとも、半導体レーザアレイスタックと、第１コリメータレンズと、光路変換素子と、光学素子とを備え、特に上記光学素子は、上記光路変換素子から出射された第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の少なくとも一部が到達する位置に配置されるとともに、活性層から出射される各光束の光軸からずれた共振光路を有する軸ずれ外部共振器を活性層とともに構成してもよい。この場合、光学素子の光路変換素子に対面する面には、該光路変換素子から到達した各光束の一部を活性層に帰還させるよう反射させる反射部と、該到達した各光束の残りを外部へ導く透過部とが、第３方向に沿って交互に配置されているのが好ましい。
【００２１】
この発明に係る半導体レーザ装置において、上記半導体レーザアレイスタックとして第３方向に積層された複数個の半導体レーザアレイの各活性層から出射される光束は、第1コリメータレンズにより屈折されることで第３方向については略平行となり、その後に光路変換素子により横断面が略９０°回転させられる。この光路変換素子を通過した各光束は、第３方向へ拡がって放射され、上記光学素子に入射する。光学素子では、受光した各光束に対する反射部と透過部とが第３方向（半導体レーザアレイの積層方向）に沿って交互に設けられている。そして、光学素子の反射部で反射した光の少なくとも一部は、該光を出射した活性層に帰還されるので、これにより外部共振器が形成されて、活性層において誘導放出が起こり、レーザ発振する。一方、光学素子の透過部を透過した光は、光学素子から外部へ出射される。
【００２２】
また、この発明に係る半導体レーザ装置において、上記光学素子は、その表面に反射部と透過部とが所定方向に沿って交互に形成された透光性材料からなる平板状基材で構成されてもよい。この場合、光束ごとの反射部と透過部とが所定方向に沿って交互に基材に形成されて光学素子が一体化されているので、光学素子の扱いが容易となり、当該半導体レーザ装置の組立てや光軸調整が容易になる。
【００２３】
この発明に係る半導体レーザ装置において、上記光学素子の平板状基材は、反射部に入射する光の少なくとも一部を該反射部に垂直入射させるため、光路変換素子から出射される各光束の光軸に垂直な面に対して傾けられた状態で配置されるのが好ましい。この場合、光路変換素子から第３方向へ拡がって放射される光束のうち一部は、反射部に垂直入射して、入射経路とは逆の経路を辿って活性層に帰還される。これにより外部共振器が形成されて、高効率にレーザ発振を得ることができる。
【００２４】
上記光学素子の各反射部は、平板状基材の表面に形成された全反射膜、回折格子、あるいはエタロンであってもよい。また、各透過部は、平板状基材の表面に形成された反射低減膜であってもよい。
【００２５】
この発明に係る半導体レーザ装置は、光路変換素子と光学素子との間の共振光路上に配置され、該光路変換素子から出射された第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束を、該第３方向に関してコリメートする第２コリメータレンズをさらに備えてもよい。この場合、光路変換素子と光学素子との間の距離を大きくすることも可能となり、当該半導体レーザ装置の設計自由度を向上させることができる。
【００２６】
この発明に係る半導体レーザ装置は、半導体レーザアレイ及び半導体アレイスタックのいずれかと、第１コリメータレンズと、光路変換素子と、光学素子を備えるとともに、さらに波長選択素子を備えてもよい。上記波長選択素子は、光路変換素子と活性層との間の共振光路上に配置され、該活性層から出射される各光束の光軸からずれた共振光路を有する軸ずれ外部共振器を光学素子とともに構成し、該光路変換素子から到達した光のうち特定波長の光を選択的に該光路変換素子へ出射する。このとき、上記光学素子は、光路変換素子から出射された第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の少なくとも一部が到達する位置に配置され、また、上記光学素子は、光路変換素子に対面する面上に、該光路変換素子から到達した各光束の一部を活性層に帰還させるよう反射させる反射部と、該到達した各光束の残りを外部へ導く透過部とを有する。
【００２７】
この発明に係る半導体レーザ装置において、半導体レーザアレイの各活性層から出射される光束は、第３方向に拡がっているが、第1コリメータレンズにより屈折されることで該第３方向については略平行とされ、その後に光路変換素子により横断面が略９０°回転させられる。この光路変換素子を通過した各光束は、第３方向へ拡がって放射され、光学素子に入射する。光学素子では、受光した各光束に対して反射部と透過部とが設けられている。光学素子の反射部で反射された光の少なくとも一部は、該光を出射した活性層に帰還されるので、これにより外部共振器が形成されて、活性層において誘導放出が起こり、レーザ発振が得られる。一方、光学素子の透過部を透過した光は、当該光学素子から外部へ出射される。
【００２８】
また、この発明に係る半導体レーザ装置では、光学素子の反射部と活性層との間の共振光路上に波長選択素子が設けられており、その光路を経て波長選択素子に入射する光のうち特定波長の光が選択的に波長選択素子から該光路へ出射される。したがって、波長選択素子により選択された特定波長の光が共振して、その特定波長の光が光学素子の透過部を透過して外部へ出射させるので、この出射光のスペクトル幅が十分に狭くなる。
【００２９】
この発明に係る半導体レーザ装置も、光路変換素子と光学素子との間の共振光路上に配置され、該光路変換素子から出射された第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束を、該第３方向に関してコリメートする第２コリメータレンズをさらに備えてもよい。この場合、光路変換素子と光学素子との間の距離を大きくすることも可能となり、当該半導体レーザ装置の設計自由度を向上させることができる。
【００３０】
なお、上記波長選択素子は、回折格子素子、エタロンフィルタ又は誘電体多層膜フィルタであるのが好ましい。波長選択素子は、光学素子の反射部とは別個に設けられた透過型素子あってもよく、また、光学素子の反射部に設けられた反射型素子であってもよい。波長選択素子が反射型素子である場合、該波長選択素子は光学素子と一体化されるのが好ましい。いずれの場合にも、当該半導体レーザ装置から出射されるレーザ光のスペクトル幅を充分に狭くすることができる。また、波長選択素子として回折格子素子が適用される場合、回折格子素子の傾斜角を調整することで、当該半導体レーザ装置から出射されるレーザ光の波長を変更することができる。
【００３１】
上記光学素子は、単に反射ミラーが反射部となり、透過部として何ら媒質が設けられていなくてもよい。この場合、光路変換素子から到達する光束の一部を反射するように該反射ミラーが配置され、該光束の残部が当該半導体レーザ装置の出射光となる。
【００３２】
また、上記光学素子は、その表面に反射部と透過部とが形成された透光性材料からなる平板状基材であるのが好ましい。この場合、平板状基板に反射部と透過部とが形成されているので、光学素子の取り扱いが容易となり、半導体レーザ装置の組立てや光軸調整が容易になる。
【００３３】
上記光学素子は、反射部と透過部とが第３方向（半導体レーザアレイスタックにおけて複数個の半導体レーザアレイが積層されている方向）に沿って交互に設けられるのが好ましく、また、反射部と透過部とが所定方向（半導体レーザアレイスタックにおいて複数個の半導体レーザアレイが積層されている第３方向）に沿って交互に形成されてもよい。
【００３４】
さらに、上記光学素子は、光路変換素子から出射される各光束の光軸に垂直な面に対して反射部が傾斜した状態で配置され、該反射部に入射する光の少なくとも一部は入射方向と同じ出射方向に反射させるのが好ましい。この場合、光路変換素子から出射される光束の光軸に垂直な面に対して、上記平板状基材が傾けられ、また、該光路変換素子から光学素子に入射する光束の一部はその入射方向と同じ出射方向に反射されるので、入射経路とは逆の経路を辿って活性層に帰還される。これにより外部共振器が形成されて、高効率にレーザ発振を得ることができる。
【００３５】
なお、上記光学素子の反射部が単に反射ミラーである場合や、該反射部にエタロンフィルタや誘電体多層膜フィルタが一体化されている場合には、反射部に入射する光の少なくとも一部を該反射部に垂直入射させればよい。また、上記光学素子の反射部に反射型回折格子素子が一体化されている場合には、最終的に当該半導体レーザ装置の出射光とすべき光の波長に応じて、その波長の光の入射方向及び出射方向が互いに同じになるよう、反射部が傾けられた状態で配置される。
【００３６】
この発明に係る半導体レーザ装置は、半導体レーザアレイ及び半導体アレイスタックのいずれかと、第１コリメータレンズと、光路変換素子と、光学素子を備えとともに、さらに波長選択素子を備えてもよい。上記波長選択素子は、光路変換素子から出射された第３方向に拡がり角を持つ各光束の一部が垂直方向から到達するよう配置されるとともに、活性層から出射される各光束の光軸からずれた共振光路を有する軸ずれ外部共振器を光学素子とともに構成する。また、この波長選択素子は、該垂直方向から到達した光のうち特定波長の光の一部を活性層へ帰還させるようブラッグ反射させる一方、該特定波長の光の残りを透過させる。上記光学素子は、光路変換素子から出射された第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束の少なくとも一部が到達する位置に配置される。また、上記光学素子は、光路変換素子に対面する面上に、該光路変換素子から到達した各光束の少なくとも一部を活性層に帰還させるよう反射させる反射部と、該到達した各光束の残りを外部へ導く透過部とを有する。
【００３７】
この発明に係る半導体レーザ装置において、半導体レーザアレイの各活性層から出射される光束は、各活性層からは第３方向に拡がって出射されるが、第1コリメータレンズにより屈折されることで該第３方向については略平行とされ、その後に光路変換素子により横断面が略９０°回転させられる。この光路変換素子を通過した各光束は、第３方向へ拡がって放射され、光学素子の反射部又は波長選択素子に入射する。そして、光学素子の反射部で反射された光の少なくとも一部は、該光を出射した活性層に帰還される。また、波長選択素子に入射した光のうち特定波長の光の一部は該波長選択素子によりブラッグ反射され、その反射した光の少なくとも一部は、該光を出射した活性層に帰還される。この構成により、光学素子の反射部と波長選択素子との間で外部共振器が形成されて、その共振器の内部に位置する活性層において誘導放出が起こり、レーザ発振が得られる。一方、光学素子の透過部を透過した光は、当該半導体レーザ装置の出力光として外部へ出射される。
【００３８】
また、この発明に係る半導体レーザ装置は、ブラッグ反射させる上記波長選択素子に替えて、回折により光を回折・反射させる波長選択素子を備えてもよい。すなわち、この構成における波長選択素子は、光路変換素子によって横断面が回転された各光束（第３方向に関して所定の拡がり角を有する）を回折により反射させ、該回折光のうち特定波長を有する特定回折次数の光を、該光を出射した活性層に帰還させる一方、該特定波長を有する特定回折次数の光以外の光を外部へ出力する。
【００３９】
このような半導体レーザ装置において、半導体レーザアレイの各活性層から出射される光束は、各活性層からは第３方向に拡がって出射されるが、コリメータレンズにより屈折されることで該第３方向については略平行とされ、その後に光路変換素子により横断面が略９０°回転させられる。この光路変換素子を通過した各光束は、第３方向へ拡がって放射され、光学素子の反射部又は波長選択素子に入射する。そして、光学素子の反射部で反射した光の少なくとも一部は、該光を出射した活性層に帰還される。また、波長選択素子に入射した光のうち特定波長を有する特定回折次数の光は、該光を出射した活性層に帰還される。この構成により、光学素子の反射部と波長選択素子との間で外部共振器が形成されて、その共振器の内部に位置する活性層において誘導放出が起こり、レーザ発振が得られる。一方、波長選択素子に入射した光のうち特定波長を有する特定回折次数の光以外は、当該半導体レーザ装置の出力光として外部へ出射される。
【００４０】
この発明に係る半導体レーザ装置は、上記光学素子と光路変換素子との間の共振光路、及び、上記波長選択素子と光路変換素子との間の共振光路それぞれをともに横切るように配置され、該光路変換素子から出射された第３方向に所定の拡がり角を持つ各光束を、該第３方向に関してコリメートする第２コリメータレンズをさらに備えてもよい。この場合、光学素子と光路変換素子との間又は波長選択素子と光路変換素子との間の距離を大きくすることも可能になり、当該半導体レーザ装置の設計自由度を向上させることができる。
【００４１】
なお、上記光学素子は、単に反射ミラーが反射部となり、透過部として何ら媒質が設けられていなくてもよい。この場合、光路変換素子から到達する光束の一部を反射するように該反射ミラーが配置され、該光束の残りが波長選択素子に入射する。
【００４２】
上記光学素子は、その表面に反射部と透過部とが形成された透光性材料からなる平板状基材により構成されるのが好ましい。この場合、光束ごとの反射部と透過部とが第２方向に沿って交互に基材表面に形成され、光学素子が一体化されるので、この光学素子の扱いが容易となり、当該半導体レーザ装置の組立てや光軸調整が容易になる。
【００４３】
上記光学素子において、反射部と透過部は、第３方向（半導体レーザアレイスタックにおいて複数の半導体レーザアレイが積層されている方向）に沿って交互に設けられるのが好ましい。
【００４４】
さらに、上記光学素子において、反射部は、該反射部に入射する光の少なくとも一部を垂直入射させるよう、光路変換素子から出射される各光束の光軸に垂直な面に対して傾いた状態で配置されるのが好ましい。この場合、光路変換素子から第３方向へ拡がって放射される光束のうち一部は、該反射部に垂直入射して、入射経路とは逆の経路を辿って活性層に帰還される。これにより外部共振器が形成されて、高効率にレーザ発振を得ることができる。
【００４５】
ブラッグ反射させる波長選択素子は、上記光学素子における透過部の位置に設けられるのが好ましい。また、上記光学素子が、その表面に反射部と透過部が形成された透光性材料からなる平板状基材で構成された場合、その透過部として波長選択素子が基材上に設けられるのが好ましい。この構成により、当該半導体レーザ装置の部品数が少なくなり、組立てが容易になる。
【００４６】
なお、この発明に係る各実施例は、以下の詳細な説明及び添付図面によりさらに十分に理解可能となる。これら実施例は単に例示のために示されるものであって、この発明を限定するものと考えるべきではない。
【００４７】
また、この発明のさらなる応用範囲は、以下の詳細な説明から明らかになる。しかしながら、詳細な説明及び特定の事例はこの発明の好適な実施例を示すものではあるが、例示のためにのみ示されているものであって、この発明の思想及び範囲における様々な変形および改良はこの詳細な説明から当業者には自明であることは明らかである。
【発明の効果】
【００４８】
この発明によれば、小さい拡がり角を有するレーザ光を出射させ、さらには該レーザ光のスペクトル幅を狭くすることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
以下、この発明に係る半導体レーザ装置の各実施例を、図２A〜２B、３、４A〜４B、５〜８、９A〜９C、１０、１１A〜１１B、１２、１３A〜１３B、１４、１５A〜１６B、１７、１８A〜１９B、２０〜２２、２３A〜２４B、２５、２６A〜２６B、２７〜２８、２９A〜２９C、３０〜３１、３２A〜３２B、３３〜３４、３５Ａ〜３５C、３６〜３７、３８A〜４１B、４２、４３A〜４３C、４４〜４５、４６A〜４８B、４９、５０A〜５４B、５５、５６Ａ及び５６Ｂを用いて詳細に説明する。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。
【００５０】
（第１実施例）
図２Aは、この発明に係る半導体レーザ装置の第１実施例の構成を示す平面図であり、図２Bは、その側面図である。この第１実施例に係る半導体レーザ装置１００は、半導体レーザアレイ３、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７、光学素子としての反射ミラー９を備える。これら図２A及び２Bに示されたように、半導体レーザアレイ３の活性層３ａが配列された方向をｙ軸方向（第２方向）、活性層３ａは伸びる方向、すなわちレーザ光が出射される方向をｘ軸方向（第１方向）、その双方に垂直な方向をｚ軸方向（第３方向）として座標軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）を設定し、以下の説明に用いる。
【００５１】
図３は、この第１実施例に係る半導体レーザ装置１００に適用される半導体レーザアレイ３の構成を示す斜視図である。半導体レーザアレイ３はｙ軸方向（長手方向）に沿って並列に配列された複数の活性層３ａを備える。それぞれの活性層３ａからは光軸Ａに沿ってレーザ光の光束が出射される。ここで、光軸Ａは活性層３ａの中心を通りｘ軸に平行な軸である。図４Ａは、半導体レーザアレイ３の前端面（光出射面）を示す図であり、図４Ｂは、活性層３ａの前端面を示す図である。半導体レーザアレイ３は、幅１ｃｍの間に活性層３ａが、５００μｍの間隔でｙ軸方向に一列に配列された構造を有する。その活性層３ａの断面は、１００μｍの幅、１μｍの厚さを有する。
【００５２】
１つの活性層３ａから出射されたレーザ光の光束Ｌ１は、光軸Ａを中心としてｚ軸方向へ約３０°、ｙ軸方向へ約８°の拡がり角を有する。図５は、活性層３ａから出射された光束Ｌ１のｙ軸方向における光強度分布である。グラフの横軸は、光軸Ａからの角度、縦軸はレーザ光束の光強度を表している。この図５から分かるように、強度分布はガウス分布とはならず、角度αにピークを有する。すなわち、各活性層３ａから出射される光束のうち、角度α方向へ出射される光束成分が最も強い光強度を有している。
【００５３】
図６は、この第１実施例に係る半導体レーザ装置１００に適用される第１コリメータレンズ５の構成を示す斜視図である。この第１コリメータレンズ５は、ｘ軸方向の長さが０．４ｍｍであり、ｙ軸方向の長さが１２ｍｍであり、ｚ軸方向の長さが０．６ｍｍである。第１コリメータレンズ５は、ｙ軸方向に沿って細長い形状をしている。第１コリメータレンズ５の前後のレンズ面は、ｙ軸方向に沿った母線をもつ円柱面である。
【００５４】
第１コリメータレンズ５は、母線方向を含む面内では屈折作用を有しないが、母線に垂直な面内では屈折作用を有している。上述のように、活性層３ａから出射される光束は、垂直方向（ｚ軸方向）の拡がり角が大きいので、該光束の集光効率を高めるためには、第１コリメータレンズ５の屈折作用を利用して光束の拡がりを抑える必要がある。第１コリメータレンズ５と半導体レーザアレイ３は、第１コリメータレンズ５の母線と半導体レーザアレイ３の垂直方向（ｚ軸方向）とが直交するような位置関係に設置されている。このように設置されると、活性層３ａから出射された光束を第１コリメータレンズ５の母線に垂直な面内で屈折させ、平行化することができる。すなわち、第１コリメータレンズ５は、各活性層３ａから出射された光束の垂直方向（ｚ軸方向）の成分を屈折させ、平行化する。また、この平行化を効率良く行うために、第１コリメータレンズ５は活性層３ａと近接して配置される。半導体レーザアレイ３の活性層３ａから出射される光束は、すべて一つの第１コリメータレンズ５に入射する。
【００５５】
図７は、この第１実施例に係る半導体レーザ装置１００に適用される光路変換素子７の構成を示す斜視図である。光路変換素子７は、ガラス、石英等の透光性材料からなる。ｘ軸方向の長さは１．５ｍｍ、ｙ軸方向の長さは１２ｍｍ、ｚ軸方向の長さは１．５ｍｍである。このように、光路変換素子７は、ｙ軸方向に沿って細長い形状をしている。
【００５６】
光路変換素子７は、第１コリメータレンズ５で平行化された光束の横断面をほぼ９０°回転させる。第１コリメータレンズ５から出射されるすべての光束は、光路変換素子７に入射する。光路変換素子７は、互いに対向する入射面７ａと出射面７ｂとを有している。この入射面７ａは、並列に配置された幅０．５ｍｍの複数の円柱面を有している。これらの円柱面は、ｙ軸方向に対して４５°の角度で延びている。これらの円柱面の数は、半導体レーザアレイ３の活性層３ａの数に等しい。すなわち、これらの円柱面は活性層３ａと１対１に対応している。出射面７ｂも同様に、並列に配置された幅０．５ｍｍの複数の円柱面を有している。これらの円柱面も、ｙ軸方向に対して４５°の角度で延びている。これらの円柱面も、活性層３ａと１対１に対応している。したがって、半導体レーザアレイ３の各活性層３ａから出射される光束は、すべて対応する一つの光路変換素子７に入射する。
【００５７】
なお、光路変換素子の他の例は、上記文献１に記載されている。
【００５８】
図８は、この第１実施例に係る半導体レーザ装置に適用される光学素子である反射ミラー９の構成を示す斜視図である。反射ミラー９はガラス、石英等の透光性材料からなる直方体形状の基材９ｓを有し、互いに対向する反射面９ａ及び出射面９ｃを有している。反射面９ａには反射膜９ｂが設けられており、反射面９ａは光路変換素子７からの光束を一部反射する。反射膜９ｂの反射率は数〜数１０％となっている。反射面９ａで反射されず透過した光束は基材９ｓを透過し出射面９ｃより出射する。出射面９ｃにはＡＲコート９ｄが設けられており基材９ｓを透過した光束を出射面で反射することなく透過させるようになっている。反射ミラー９は、反射面９ａがｘ軸方向に垂直になるように設置されている。反射ミラー９の寸法は、ｘ軸方向の長さ１〜２ｍｍ、ｙ軸方向の長さ１２〜１５ｍｍ、ｚ軸方向の長さ１〜５ｍｍである。
【００５９】
続いて、図２Ａ〜２Ｂ及び図９Ａ〜９Ｃを用いて、半導体レーザ装置１００の動作について説明する。図９Ａは、活性層３ａで発生した光の出射時の横断面（出射パターン）を示し、図９Ｂは、活性層３ａから出射した光束が第１コリメータレンズ５を通過した後の当該光束の横断面を示し、そして、図９Ｃは、第１コリメータレンズ５を通過した光束が光路変換素子７を通過した後の当該光束の横断面を示している。
【００６０】
まず、半導体レーザアレイ３の活性層３ａからそれぞれ光束Ｌ１がｘ軸方向へ出射される。光束Ｌ１は光軸Ａを中心にしてｙ軸方向において８°、ｚ軸方向へ３０°の拡がり角を有している（図９Ａ）。活性層３ａの横断面の垂直方向の長さは、水平方向の長さの１００分の１である（図４Ａ及び４Ｂ）。したがって、活性層３ａから出射する際、光束の横断面は水平方向に細長い。活性層３ａから出射された光束が第１コリメータレンズ５に到達するまでに多少拡散しても、その光束の横断面の垂直方向の長さは水平方向の長さの２倍以下に抑えることができる。すなわち、第１コリメータレンズ５に入射する光束の横断面も、水平方向に細長い形状を有している。
【００６１】
次に、光束Ｌ１は第１コリメータレンズ５へ入射する。第１コリメータレンズ５はｙ軸に垂直な面（ｘｚ平面に平行な面）内で光束Ｌ１を屈折させ光束Ｌ２としてｘ軸方向へ出射する。光束Ｌ２はｚ軸方向の拡がり角はほぼ０°となり、ｚ軸方向については屈折作用を受けないため、ほぼ平行光束となっている（図９Ｂ）。第１コリメータレンズ５はｙ軸を含む面内においての屈折作用は有しないので、ｙ軸方向の拡がり角は８°光束Ｌ１と同様に８°である。
【００６２】
次に、光束Ｌ２は隣接する光束同士が交差する前に光路変換素子７へ入射する。光路変換素子７は光束Ｌ２の横断面をほぼ９０°回転させ光束Ｌ３としてｘ軸方向へ出射する。垂直方向で平行化された光束は、ここで水平方向で平行化された光束へ変換される。これにより、光束の横断面は、垂直方向に長く水平方向に短い形状となる（図９Ｃ）。光束Ｌ３は光束Ｌ２の横断面をほぼ９０°回転させたことによって光束Ｌ２における拡がり角の方向もほぼ９０°回転することとなる。すなわち、光束Ｌ３はｙ軸方向についてはほぼ平行光となり、ｚ軸方向には８°の拡がり角を有している。ｙ軸方向についてほぼ平行光となるので隣接するＬ３同士が交差することを防止することができる。
【００６３】
次に、光束Ｌ３は反射ミラー９へ入射する。光束Ｌ３は反射面９ａで数〜数１０％が光束Ｌ５として反射され、残りは反射ミラー９を透過する。光束Ｌ３のうち光軸Ａと反射面９ａとの交点９ｘの近傍に入射した一部の光束Ｌ３１は、反射面９ａに反射され光束Ｌ５１となる。光束Ｌ３１は反射面９ａにほぼ垂直に入射した光束であるので、反射面９ａでほぼ正反対向きに光束Ｌ５１として反射される。光束Ｌ５１は活性層３ａから反射面９ａへ至った光路とまったく逆向きに帰還し、半導体レーザアレイ３の活性層３ａまで戻り、さらに、半導体レーザアレイ３のレーザ光が出射される端面に対向する端面３ｂへ達する。端面３ｂに達した光束は端面３ｂで反射され、再び活性層３ａからｘ軸方向へ出射される。出射された光束は再び上記光路で反射面９ａまで達し、反射面９ａまで達した光束のうち交点９ｘの近傍に入射した一部のみが再び光路を逆向きに帰還し端面３ｂへ戻る。以上のように一部の光束が反射面９ａと端面３ｂとの間（外部共振器）を往復するに従って光強度が増幅される。増幅された光束の一部が反射面９ａを透過して最終的に光束Ｌ４として出射される。
【００６４】
上述のように、第１実施例に係る半導体レーザ装置１００によれば、各活性層３ａから出射される光束のうち光強度が増幅される光束は、反射面９ａに入射する光束Ｌ３のうち反射面９ａに垂直に近い角度で入射した（交点９ｘ近傍に入射した）光束Ｌ３１のみであり、それ以外の光束については上記のような増幅がおこらない。すなわち、光束Ｌ３１のように光軸Ａとのなす角が小さい光束のみが増幅条件を満たし、外部共振器によって選択的に増幅されることとなる。よって、出射される光束Ｌ４は光軸Ａとのなす角が小さい成分が選択的に増幅された光束となっている。
【００６５】
このため、光束Ｌ４（すなわち最終的に半導体レーザ装置１００から出射されるレーザ光）は拡がり角が極めて小さい光束の成分が多くなっており、光束Ｌ４の光強度分布は図１０に示されたような分布となる。なお、図１０の横軸は、光軸Ａからの角度、縦軸はレーザ光束の光強度を表している。活性層３ａから出射される光束の光強度分布（図５参照）と比較して、ピークは１つとなり、かつ、ピークがより鋭くなっている。換言すると、半導体レーザ装置１００から出射されるレーザ光は拡がり角が小さくなっている。この拡がり角は、活性層のサイズ等の諸条件によって異なるが、上記半導体レーザ装置１００の場合には２°程度となり、活性層３ａから出射される光束の拡がり角８°に比較して小さくなっている。
【００６６】
（第２実施例）
図１１Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第２実施例の構成を示す平面図（ｚ軸方向から見た図）であり、図１１Ｂは、その側面図（ｙ軸方向から見た図）である。
【００６７】
第１実施例に係る半導体レーザ装置１００では反射ミラー９が、反射面９ａがｘ軸方向に垂直になるように設置されているが、当該半導体レーザ装置１１０においては、反射面９ａが光軸Ａに垂直な面（ｙｚ平面に平行な面）に対して傾くように設置されている。反射面９ａは図に示されたように、反射面９ａの法線がｘｚ平面と平行を保つように傾けられており、傾きの角度はθである。この相違点以外は当該第２実施例に係る半導体レーザ装置１１０の構成は、上述の第１実施例に係る半導体レーザ装置１００の構成とまったく同じであるので説明を省略する。
【００６８】
図１１Ａ、１１Ｂ及び１２を用いて、設定された角度θについて説明する。図１２において、グラフの横軸は、光軸Ａからの角度、縦軸はレーザ光束の光強度を表している。破線は、活性層３ａから出射された光束の光強度分布である。半導体レーザアレイ３の活性層３ａから出射される光束のｙ軸方向についての光強度分布は前述のとおり角度αの方向にピークを有する。すなわち、角度α方向付近に出射された光束Ｌｍが最も大きい光強度を有する。光束Ｌｍは活性層３ａから出射された後、図１１Ａ及び１１Ｂ中に太線で示したＬｍの光路で反射面９ａへ入射する。ここで角度θはθ＝αに設定されているので、光束Ｌｍは反射面９ａへ垂直に入射することとなり、正反対向きへ反射され、光軸Ａから離れた位置の光束Ｌｍを半導体レーザアレイ３の活性層３ａへ帰還させることができる。このため、光束Ｌｍが増幅条件を満たしていることとなる。
【００６９】
半導体レーザアレイ３から出射される光束は光軸Ａ方向以外の角度αの方向に光強度のピークを有しているが、当該半導体レーザ装置１１０によれば、活性層３ａから角度αで出射された光束Ｌｍが増幅条件を満たすように反射面９ａの傾き角度θを設定することができる。よって、当該半導体レーザ装置１１０によれば、光強度がピークとなるような光束を選択して共振させ、増幅することができるので、さらに大きい光強度のレーザ光を出射することができる。なお、図１２中の実線は、半導体レーザ装置１１０から出射された光束の光強度分布である。
【００７０】
（第３実施例）
図１３Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第３実施例の構成を示す平面図（ｚ軸方向から見た図）であり、図１３Ｂは、その側面図（ｙ軸方向から見た図）である。
【００７１】
この第３実施例に係る半導体レーザ装置１２０では、光路変換素子７と反射ミラー９との間に第２コリメータレンズ８が設置されている。この相違点を除き、当該第３実施例に係る半導体レーザ装置１２０の構成は、上述の第１実施例に係る半導体レーザ装置１００の構成とまったく同じであるので説明を省略する。
【００７２】
図１４は、この第３実施例に係る半導体レーザ装置１２０に適用される第２コリメータレンズ８の構成を示す斜視図である。第２コリメータレンズ８の前後のレンズ面は、ｙ軸方向に沿った母線をもつ円柱面である。第２コリメータレンズ８は、母線方向を含む面内では屈折作用を有しないが、母線に垂直な面内では屈折作用を有している。図１４に示されたように、母線方向、すなわちｙ軸方向の長さが１２ｍｍであり、ｘ軸方向の長さが０．５〜３ｍｍ、ｚ軸方向の長さが１．５〜１０ｍｍである。光路変換素子７から出射した光束は、すべて第２コリメータレンズ８に入射する。第２コリメータレンズ８は、その母線とｚ軸方向とが直交するように設置されている。このように設置されているので、光路変換素子７から出射した光束を第２コリメータレンズ８の母線に垂直な面内で屈折させ、平行に近づけることができる。
【００７３】
この第３実施例に係る半導体レーザ装置１２０によれば、光路変換素子７を透過したレーザ光を長手方向と垂直な面内においてより平行に近くなるように第２コリメータレンズ８で屈折させることができる。それにより、光路変換素子７と反射ミラー９との間の距離を大きくすることも可能となり、当該半導体レーザ装置１２０の設計自由度を向上させることができる。
【００７４】
また、この第３実施例に係る半導体レーザ装置１２０において、反射ミラー９は反射面９ａが光軸Ａに垂直な面に対し傾くように設置されてもよい。この傾き角度を適当に設定することによって、光強度がピークとなるような光束を選択して共振させ、増幅することができるので、さらに大きい光強度の光束を出射ることができる。
【００７５】
（第４実施例）
図１５Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第４実施例の構成を示す平面図（ｚ軸方向から見た図）であり、図１５Ｂは、その側面図（ｙ軸方向から見た図）である。
【００７６】
この第４実施例に係る半導体レーザ装置１３０では、第１実施例に係る半導体レーザ装置１００と異なり、光学素子である反射ミラー９は、半導体レーザアレイ３の活性層３ａから出射される光束の光軸からずれた位置であって、該光束がその反射面に垂直入射するよう配置されている。なお、この相違点以外は半導体レーザ装置１３０の構成は半導体レーザ装置１００の構成とまったく同じであるので説明を省略する。
【００７７】
（第５実施例）
図１６Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第５実施例の構成を示す平面図（ｚ軸方向から見た図）であり、図１６Ｂは、その側面図（ｙ軸方向から見た図）である。
【００７８】
この第５実施例に係る半導体レーザ装置１４０は、半導体レーザアレイスタック４、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７、光学素子としての反射ミラー９を備える。
【００７９】
図１７は、この第５実施例に係る半導体レーザ装置１４０に適用される半導体レーザアレイスタック４の構成を示す斜視図である。半導体レーザアレイスタック４は、図１７に示されたように、複数の半導体レーザアレイ３と複数のヒートシンク４ｈとがｚ軸方向に沿って交互に配置された構造を有している。
【００８０】
ヒートシンク４ｈは、半導体レーザアレイ３を冷却する。ヒートシンク４ｈは、銅製の平板状部材を組み合わせて形成した冷却水路を有している。冷却水は、この冷却水路内を循環する。
【００８１】
この第５実施例において、各第１コリメータレンズ５は、上述の第１実施例に係る半導体レーザ装置１００の第１コリメータレンズ５と同じ構成（図６）を有している。第１コリメータレンズ５は、当該第１コリメータレンズ５の母線と対向する半導体レーザアレイ３の垂直方向（ｚ軸方向）とが直交するように設置される。このように設置されると、活性層３ａから出射された光束を第１コリメータレンズ５の母線に垂直な面内で屈折させ、平行化することができる。すなわち、第１コリメータレンズ５は、各活性層３ａから出射された光束の垂直方向（ｚ軸方向）の成分を屈折させ、平行化する。また、この平行化を効率良く行うために、第１コリメータレンズ５は活性層３ａと近接させて配置される。このため、第１コリメータレンズ５は、半導体レーザアレイ３と１対１に対応している。すなわち、第１コリメータレンズ５の設置数は、半導体レーザアレイ３の数に等しい。各第１コリメータレンズ５は、それぞれ一つの半導体レーザアレイ３と対向するように配置されている。したがって、一つの半導体レーザアレイ３の活性層３ａから出射する光束は、すべて一つの第１コリメータレンズ５に入射する。
【００８２】
同様に、各光路変換素子７は、上述の第１実施例に係る半導体レーザ装置１００の光路変換素子７と同じ構成（図７）を有している。光路変換素子７は、第１コリメータレンズ５で平行化された光束の横断面をほぼ９０°回転させる。このため、光路変換素子７は、第１コリメータレンズ５と１対１に対応させて配置される。すなわち、各光路変換素子７は、それぞれ一つの第１コリメータレンズ５と対向するよう配置される。したがって、一つの第１コリメータレンズ５から出射されるすべての光束は、対応する一つの光路変換素子７に入射する。各光路変換素子７の各円柱面は、活性層３ａと１対１に対応している。したがって、一つの半導体レーザアレイ３の各活性層３ａから出射される光束は、すべて対応する一つの光路変換素子７に入射する。
【００８３】
反射ミラー９も、上述の第１実施例に係る半導体レーザ装置１００の反射ミラー９と同じ構成（図８）を有している。反射ミラー９は、反射面９ａがｘ軸方向に垂直になるように設置されている。反射ミラー９の寸法はｘ軸方向の長さ１〜２ｍｍ、ｙ軸方向の長さ１２〜１５ｍｍとなっており、ｚ軸方向の長さは半導体レーザアレイスタック４のｚ軸方向の長さよりも１〜５ｍｍ長くなっている。反射ミラー９は各半導体レーザアレイ３から出射された光束はすべて反射ミラー９に入射するようになっている。
【００８４】
この第５実施例に係る半導体レーザ装置１４０によれば、各活性層３ａから出射される光束のうち光強度が増幅される光束は、反射面９ａに入射する光束Ｌ３のうち反射面９ａに垂直に近い角度で入射した光束Ｌ３１のみであり、それ以外の光束については上述のような増幅は起こらない。すなわち、光束Ｌ３１のように光軸Ａとのなす角が小さい光束のみが増幅条件を満たし、外部共振器によって選択的に増幅されることとなる。よって、出射される光束Ｌ４は光軸Ａとのなす角が小さい成分が選択的に増幅された光束となっている。
【００８５】
このため、光束Ｌ４（すなわち最終的に当該半導体レーザ装置１４０から出射されるレーザ光）は拡がり角が極めて小さい光束の成分が多くなっており、光束Ｌ４の光強度分布は、図１０と同様の分布となる。活性層３ａから出射される光束の光強度分布（図５参照）と比較して、ピークは１つとなり、かつ、ピークがより鋭くなっている。換言すると、当該半導体レーザ装置１４０から出射されるレーザ光は拡がり角が小さくなっている。この拡がり角は、活性層のサイズ等の諸条件によって異なるが、当該半導体レーザ装置１４０の場合には２°程度となり、活性層３ａから出射される光束の拡がり角８°に比較して小さくなっている。
【００８６】
なお、この発明は上述の実施例に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、図１８Ａ〜１８Ｃは、上述の第５実施例に係る半導体レーザ装置１４０の変形例の構成を示す側面図である。当該半導体レーザ装置１４０は、図１８Ａに示されたように、各光路変換素子７と各反射ミラー９との間に第２コリメータレンズ８が設置されてもよい。この第２コリメータレンズ８は、上述の第３実施形態に係る半導体レーザ装置１２０の第２コリメータレンズ８と同じ構成（図１４）を有している。このように第２コリメータレンズ８が設置されれば、光路変換素子７を透過したレーザ光を長手方向と垂直な面内においてより平行に近くなるように第２コリメータレンズ８で屈折させることができる。そうすれば、光路変換素子７と反射ミラー９との間の距離を大きくすることも可能になり、当該半導体レーザ装置１４０の設計自由度を向上させることができる。
【００８７】
また、当該半導体レーザ装置１４０は、図１８Ｂに示されたように、反射面９ａがｘ軸に垂直な面に対し傾くように反射ミラー９が設置されてもよい。この傾き角度が適当に設定されることによって、光強度がピークとなるような光束を選択して共振させ、増幅することができるので、さらに大きい光強度の光束を出射させることができる。
【００８８】
さらに、当該半導体レーザ装置１４０は、図１８Ｃに示されたように、各光路変換素子７と各反射ミラー９との間に第２コリメータレンズ８が設置され、かつ、反射面９ａがｘ軸に垂直な面に対し傾くように反射ミラー９が設置されてもよい。この構成によって、当該半導体レーザ装置１４０の設計自由度を向上させることができるとともに、大きい光強度の光束を出射させることができる
【００８９】
（第６実施例）
図１９Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第６実施例の構成を示す平面図であり、図１９Ｂは、その側面図である。この第６実施例に係る半導体レーザ装置１５０は、半導体レーザアレイ３、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７、反射ミラー（光学素子）９を備えている。
【００９０】
半導体レーザアレイ３は、第１実施例と同様の構造（図３）を有する。半導体レーザアレイ３はｙ軸方向（長手方向）に沿って並列に配列された複数の活性層３ａを有している。それぞれの活性層３ａからは光軸Ａに沿ってレーザ光の光束が出射される。ここで、光軸Ａは活性層３ａの中心を通りｘ軸に平行な軸である。また、半導体レーザアレイ３の前端面（光出射面）は、図４Ａと同様の構造を有するとともに、活性層３ａの前端面は、図４Ｂと同様の構造を有する。半導体レーザアレイ３は、幅１ｃｍの間に活性層３ａが、５００μｍの間隔でｙ軸方向に一列に配列された構造を有している。その活性層３ａの断面は、１００μｍの幅、１μｍの厚さを有している。また、半導体レーザアレイ３の前端面には反射率数％以下の反射膜がコーティングされている。
【００９１】
１つの活性層域３ａから出射されたレーザ光の光束Ｌ１は、光軸Ａを中心としてｚ軸方向へ約３０°、ｙ軸方向へ約８°の拡散角を有している。図２０は、活性層３ａから出射された光束Ｌ１のｙ軸方向における光強度分布である。グラフの横軸は、光軸Ａからの角度、縦軸はレーザ光束の光強度を表している。この図２０に示されたように、強度分布はガウス分布とはならず、不規則な分布となっている。
【００９２】
第１コリメータレンズ５の構造は第１実施例と同様の構造（図６）を有する。第１コリメータレンズ５の寸法は、ｘ軸方向の長さが０．４ｍｍであり、ｙ軸方向の長さが１２ｍｍであり、ｚ軸方向の長さが０．６ｍｍである。第１コリメータレンズ５は、ｙ軸方向に沿って細長い形状をしている。第１コリメータレンズ５の前後のレンズ面は、ｙ軸方向に沿った母線をもつ円柱面である。
【００９３】
第１コリメータレンズ５は、母線方向（ｙ軸方向）を含む面内では屈折作用を有しないが、母線に垂直な面内では屈折作用を有している。上述のように、活性層３ａから出射される光束の垂直方向の拡散角が大きいので、該光束の集光効率を高めるためには、屈折作用を利用して光束の拡がりを抑える必要がある。第１コリメータレンズ５と半導体レーザアレイ３は、第１コリメータレンズ５の母線と半導体レーザアレイ３の垂直方向（ｚ軸方向）とが直交するような位置関係に設置されている。このように設置されると、活性層３ａから出射された光束を第１コリメータレンズ５の母線に垂直な面内で屈折させ、平行化することができる。すなわち、第１コリメータレンズ５は、各活性層３ａから出射された光束の垂直方向（ｚ軸方向）の成分を屈折させ、平行化する。また、この平行化を効率良く行うために、第１コリメータレンズ５は活性層３ａと近接させて配置される。半導体レーザアレイ３の活性層３ａから出射される光束は、すべて一つの第１コリメータレンズ５に入射する。
【００９４】
光路変換素子７の第１実施例と同様の構造（図７）を有する。光路変換素子７は、ガラス、石英等の透光性材料からなる。ｘ軸方向の長さは１．５ｍｍ、ｙ軸方向の長さは１２ｍｍ、ｚ軸方向の長さは１．５ｍｍである。このように、光路変換素子７は、ｙ軸方向に沿って細長い形状をしている。
【００９５】
光路変換素子７は、第１コリメータレンズ５で平行化された光束の横断面をほぼ９０°回転させる。第１コリメータレンズ５から出射されるすべての光束は、光路変換素子７に入射する。光路変換素子７は、互いに対向する入射面７ａと出射面７ｂとを有している。この入射面７ａは、並列に配置された幅０．５ｍｍの複数の円柱面を有している。これらの円柱面は、ｙ軸方向に対して４５°の角度で延びている。これらの円柱面の数は、半導体レーザアレイ３の活性層３ａの数に等しい。すなわち、これらの円柱面は活性層３ａと１対１に対応している。出射面７ｂも同様に、並列に配置された幅０．５ｍｍの複数の円柱面を有している。これらの円柱面も、ｙ軸方向に対して４５°の角度で延びている。これらの円柱面も、活性層３ａと１対１に対応している。したがって、半導体レーザアレイ３の各活性層３ａから出射される光束は、すべて対応する一つの光路変換素子７に入射する。
【００９６】
なお、光路変換素子の他の例は、上記文献１に記載されている。
【００９７】
図２１は、この第６実施例に係る半導体レーザ装置１５０に適用される光学素子としての反射ミラー９の構造を示す斜視図である。反射ミラー９はガラス、石英等の透光性材料からなる直方体形状の基材９ｓを備え、反射面９ａを有している。反射面９ａには反射膜９ｂが設けられており、反射面９ａは光路変換素子７からの光束を全反射する。反射膜９ｂの反射率は９９．５％以上となっている。反射ミラー９は光路変換素子７から出射される光束の光路の一部を横切っている。反射ミラー９は反射膜９ａの縁部９ｄがｙ軸と平行になるように設けられており、縁部９ｄよりも−ｚ側（図１９Ｂにおいて下側）の光束は反射面９ａに入射し、縁部９ｄよりも＋ｚ側（図１９Ｂにおいて上側）の光束は反射面９ａに入射せず外部へと出射される。反射面９ａは光路変換素子７から出射される光束の光軸Ａを横切るように設けられているため、反射面９ａに入射しない光束よりも入射する光束の断面積のほうが大きくなる。
【００９８】
また、反射ミラー９は、反射面９ａの法線がｘｚ平面上にあるように、かつ、反射面９ａとｙｚ平面とのなす角が角度θとなるように、傾けて設置されている。反射面９ａの傾きは、光路変換素子７の側へ伸びた反射面９ａの法線が＋ｚ側に向くように、すなわち、光路変換素子７の側へ伸びた反射面９ａの法線が光路変換素子７の側で光軸Ａに近づくような向きに設定されている。角度θは光路変換素子７から出射される光束のｚ軸方向の拡散角αの２分の１（α／２）よりも小さい角度に設定されており、光路変換素子７から出射される光束の少なくとも一部が反射面９ａに垂直に入射するようになっている。反射面９ａに垂直に入射した光束は、反射面９ａに反射され、入射経路を逆向きに帰還し、前記活性層３ａまで戻る。反射ミラー９の寸法は、ｘ軸方向の長さ１〜２ｍｍ、ｙ軸方向の長さ１２〜１５ｍｍ、ｚ軸方向の長さ０．８〜１．４ｍｍである。
【００９９】
続いて、図１９Ａ〜１９Ｂ及び第１実施例で説明された図９Ａ〜９Ｃを参照し、当該半導体レーザ装置１５０の動作について説明する。
【０１００】
まず、半導体レーザアレイ３の活性層３ａからそれぞれ光束Ｌ１がｘ軸方向へ出射される。光束Ｌ１は光軸Ａを中心にしてｙ軸方向において８°、ｚ軸方向へ３０°の拡散角を有している（図９Ａ）。活性層３ａの横断面の垂直方向の長さは、水平方向の長さの１００分の１である（図４Ａ）。したがって、活性層３ａから出射する際、光束の横断面は水平方向に細長い。活性層３ａから出射した光束が第１コリメータレンズ５に到達するまでに多少拡散しても、その光束の横断面の垂直方向の長さは水平方向の長さの２倍以下に抑えることができる。すなわち、第１コリメータレンズ５に入射する光束の横断面も、水平方向に細長い形状を有している。
【０１０１】
次に、光束Ｌ１は第１コリメータレンズ５へ入射する。第１コリメータレンズ５はｙ軸に垂直な面（ｘｚ平面に平行な面）内で光束Ｌ１を屈折させ光束Ｌ２としてｘ軸方向へ出射する。光束Ｌ２はｚ軸方向の拡散角はほぼ０°となり、ｙ軸方向については屈折作用を受けない（図９Ｂ）。第１コリメータレンズ５はｙ軸を含む面内においての屈折作用は有しないので、ｙ軸方向の拡散角は光束Ｌ１と同様の角度である。
【０１０２】
次に、光束Ｌ２は隣接する光束同士が交差する前に光路変換素子７へ入射する。光路変換素子７は光束Ｌ２の横断面をほぼ９０°回転させ光束Ｌ３としてｘ軸方向へ出射する。ｚ軸方向で平行化された光束は、ここでｙ軸方向で平行化された光束へ変換される。これにより、光束の横断面は、ｚ軸方向に長く水平方向に短い形状となる（図９Ｃ）。光束Ｌ３は光束Ｌ２の横断面をほぼ９０°回転させたことによって光束Ｌ２が有していた拡散角の方向もほぼ９０°回転することとなる。すなわち、光束Ｌ３はｙ軸方向についてはほぼ平行光となり、ｚ軸方向には拡散角を有している。ｙ軸方向についてほぼ平行光となるので隣接するＬ３同士が交差することを防止することができる。
【０１０３】
光路変換素子７から見て光束Ｌ３の進行方向側には反射ミラー９が設けられており、反射ミラー９は反射面９ａが光束Ｌ３の光路を一部のみ横切るように設置されているので、光路変換素子７から出射された光束Ｌ３は一部が反射面９ａに入射し、残りの一部が反射面９ａには入射しない。ここで、光束Ｌ３をｚ軸方向に２分し、光束Ｌ３のうち反射面９ａに入射する光束Ｌ３ｒとし、反射面９ａに入射しない光束Ｌ３ｔとして説明する。
【０１０４】
光束Ｌ３ｒは光路変換素子７から出射され、反射ミラー９の反射面９ａに入射する。反射面９ａ入射した光は全反射されるので、光束Ｌ３ｒは反射面９ａで９９．５％以上（ほぼ全部）が光束Ｌ５として反射される。前述のとおり、反射面９ａは光軸Ａに対して垂直ではなく角度θ傾けて設けられており、角度θは光路変換素子７から出射された光束Ｌ３の拡散角αの２分の１（α／２）よりも小さく設定されている。このため、光束Ｌ３ｒのうち反射面９ａにほぼ垂直に入射する光束が存在し、垂直に入射した光束は、反射面９ａでほぼ正反対向きに反射される。反射された光束は活性層３ａから反射面９ａへ至った光路をまったく逆向きに辿り帰還する。活性層３ａへ帰還した光束は、一旦半導体レーザアレイ３の後方端面３ｂまで戻り、さらに、半導体レーザアレイ３のレーザ光が出射される出射端面（前方端面）へ達する。出射端面に達した光束の一部は後方端面３ｂに向かって反射され、再び該後方端面３ｂを経由して活性層３ａからｘ軸方向へ出射される。出射された光束の一部は再び上記光路で反射面９ａまで達し、反射面９ａまで達した光束のうち反射面９ａにほぼ垂直に入射した一部のみが再び光路を逆向きに帰還する。以上のように、光束の一部は、後方端面３ｂを経由する反射面９ａと出射端面との間の共振光路（すなわち、反射面９ａで反射された光が後方端面３ｂを経由して出射端面に向かう経路と、該出射端面から活性層３ａ内に向かって反射された光が後方端面３ｂを経由して反射面９ａに向かう経路により構成されている）を往復するに従ってレーザ光の空間横モードが単一モードに近づく。一方、光束Ｌ３ｔは光路変換素子７から出射され、反射ミラー９の反射面９ａに入射することなく半導体レーザ装置１５０の外部へ出射され、光束Ｌ３ｔが半導体レーザ装置１５０からの最終的な出力光となる。
【０１０５】
上述のように、この第６実施例に係る半導体レーザ装置１５０は光束Ｌ３ｒの光路をふくむ共振光路と、光束Ｌ３ｔの光路を含む出力光路とを備えることとなる。よって、当該半導体レーザ装置１５０では、半導体レーザアレイ３で発生したレーザ光が共振光路で共振することで空間横モードが単一モードに近づき、空間横モードが単一モードに近ついたことで拡散角が小さくなったレーザ光を、出力光路から外部へ出力することができる。したがって、当該半導体レーザ装置１５０によれば、最終的な出力光の拡散角を小さくすることができる。また、共振光路及び出力光路は反射面９ａの位置によって分割されているので、両光路を分割するためにハーフミラー等を用いる必要がなく、全反射の反射面９ａを用いている。よって、ハーフミラー等を用いて共振光の光路と出力光の光路を形成する場合よりも強い共振光が得られ、強い出力光が得られる。
【０１０６】
光束Ｌ３ｔのｚ軸方向に関する光強度分布は、図２２に示されたような分布となる。光束Ｌ３ｔの光強度分布は、活性層３ａから出射される光束の光強度分布（図２０参照）と比較して、ピークは１つとなり、かつ、ピークがより鋭くなっている。換言すると、当該半導体レーザ装置１５０から出射されるレーザ光は拡散角が小さくなっている。この拡散角は、活性層のサイズ等の諸条件によって異なるが、当該半導体レーザ装置１５０の場合には１°程度となり、活性層３ａから出射される光束の拡散角８°に比較して小さくなっている。
【０１０７】
反射ミラー９の傾き角度θを変化させると、上記強度分布のピーク位置及びピーク強度が変化する。半導体レーザ装置１５０において、より高い強度の出力光を得るために、ピーク強度が最大となるような反射ミラー９の傾き角度を予め求め、求めた角度が角度θとして設定されてもよい。
【０１０８】
また、この第６実施例に係る半導体レーザ装置１５０では、反射面９ａとして平面の反射面を用いて光路変換素子７から出射された光束の一部を活性層３ａへ帰還させているが、光路変換素子７から入射された光束の全部を垂直に全反射させるような凹面の反射面を用い、反射された光束の全部を活性層３ａへ帰還させるようにしてもよい。
【０１０９】
（第７実施例）
図２３Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第７実施例の構成を示す平面図（ｚ軸方向から見た図）であり、図２３Ｂは、その側面図（ｙ軸方向から見た図）である。
【０１１０】
この第７実施例に係る半導体レーザ装置１６０では、光路変換素子７と反射ミラー９との間に第２コリメータレンズ８が設置されている。この相違点を除き、当該半導体レーザ装置１６０の構成は上述の第１及び第６実施例に係る半導体レーザ装置１００、１５０の構成とまったく同じであるので説明を省略する。
【０１１１】
設置された第２コリメータレンズ８は、第３実施例と同様の構成（図１４）を有する。第２コリメータレンズ８の前後のレンズ面は、ｙ軸方向に沿った母線をもつ円柱面である。第２コリメータレンズ８は、母線方向を含む面内では屈折作用を有しないが、母線に垂直な面内では屈折作用を有している。図１４に示されたように、母線方向、すなわちｙ軸方向の長さが１２ｍｍであり、ｘ軸方向の長さが０．５〜３ｍｍ、ｚ軸方向の長さが１．５〜１０ｍｍである。光路変換素子７から出射された光束は、すべて第２コリメータレンズ８に入射する。第２コリメータレンズ８は、その母線とｚ軸方向とが直交するように設置されている。このように設置されているので、光路変換素子７から出射された光束を第２コリメータレンズ８の母線に垂直な面内で屈折させ、平行に近づけることができる。
【０１１２】
この第７実施例に係る半導体レーザ装置１６０によれば、光路変換素子７を透過したレーザ光をｙ軸方向と垂直な面内においてより平行に近くなるように第２コリメータレンズ８で屈折させることができる。そうすれば、光路変換素子７と反射ミラー９との間の距離を大きくすることも可能となり、当該半導体レーザ装置１６０の設計自由度を向上させることができる。
【０１１３】
（第８実施例）
図２４Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第８実施例の構成を示す平面図（ｚ軸方向から見た図）であり、図２４Ｂは、その側面図（ｙ軸方向から見た図）である。この第８実施例に係る半導体レーザ装置１７０は、半導体レーザアレイスタック４、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７、反射ミラー（光学素子）９を備える。
【０１１４】
半導体レーザアレイスタック４は、第５実施例と同様の構成（図１７）を有する。半導体レーザアレイスタック４は、図１７に示されたように、複数の半導体レーザアレイ３と複数のヒートシンク４ｈとがｚ軸方向に沿って交互に配置された構造を有している。
【０１１５】
ヒートシンク４ｈは、半導体レーザアレイ３を冷却する。ヒートシンク４ｈは、銅製の平板状部材を組み合わせて形成した冷却水路を有している。冷却水は、この冷却水路内を循環する。
【０１１６】
各第１コリメータレンズ５は、第１実施例や第６実施例と同様の構成（図６）を有している。第１コリメータレンズ５は、第１コリメータレンズ５の母線と対向する半導体レーザアレイ３の垂直方向（ｚ軸方向）とが直交するように設置する。このように設置されると、活性層３ａから出射された光束を第１コリメータレンズ５の母線に垂直な面内で屈折させ、平行化することができる。すなわち、第１コリメータレンズ５は、各活性層３ａから出射された光束の垂直方向（ｚ軸方向）の成分を屈折させ、平行化する。また、この平行化を効率良く行うために、第１コリメータレンズ５は活性層３ａと近接させて配置される。このため、第１コリメータレンズ５は、半導体レーザアレイ３と１対１に対応している。すなわち、第１コリメータレンズ５の設置数は、半導体レーザアレイ３の数に等しい。各第１コリメータレンズ５は、それぞれ一つの半導体レーザアレイ３と対向するように配置されている。したがって、一つの半導体レーザアレイ３の活性層３ａから出射する光束は、すべて一つの第１コリメータレンズ５に入射する。
【０１１７】
各光路変換素子７は、第１実施例や第６実施例と同様の構成（図７）を有している。光路変換素子７は、第１コリメータレンズ５で平行化された光束の横断面をほぼ９０°回転させる。このため、光路変換素子７は、第１コリメータレンズ５と１対１に対応させて配置される。すなわち、各光路変換素子７は、それぞれ一つの第１コリメータレンズ５と対向するよう配置される。したがって、一つの第１コリメータレンズ５から出射されるすべての光束は、対応する一つの光路変換素子７に入射する。各光路変換素子７の各円柱面は、活性層３ａと１対１に対応している。したがって、一つの半導体レーザアレイ３の各活性層３ａから出射される光束は、すべて対応する一つの光路変換素子７に入射する。
【０１１８】
光学素子としての各反射ミラー９は、第６実施例と同様の構成（図２１）を有している。各反射ミラー９は、各光路変換素子７から出射された各光束の一部を反射し、反射した各光束の一部は活性層３へ戻るようになっている。このため、反射ミラー９は、光路変換素子７と１対１に対応させて配置される。すなわち、各反射ミラー９は、それぞれ一つの光路変換素子７と対向するよう配置される。
【０１１９】
この第８実施例に係る半導体レーザ装置１７０では、半導体レーザアレイ３で発生したレーザ光が外部共振器光路で共振することで空間横モードが単一モードに近づき、空間横モードが単一モードに近ついたことで拡散角が小さくなったレーザ光を、外部へ出力することができる。したがって、当該半導体レーザ装置１７０によれば、最終的な出力光の拡散角を小さくすることができる。
【０１２０】
なお、この発明は上述の実施例に限定されることなく種々の変形が可能である。図２５は、第８実施例に係る半導体レーザ装置１７０の変形例の構成を示す側面図である。この図２５に示されたように、半導体レーザ装置１７０は、各光路変換素子７と各反射ミラー９との間に第２コリメータレンズ８が設置されている。この第２コリメータレンズ８は、第３実施例と同様の構成（図１４）を有している。このように第２コリメータレンズ８が設置されれば、光路変換素子７を透過したレーザ光をｙ軸方向と垂直な面内においてより平行に近くなるように第２コリメータレンズ８で屈折させることができる。これにより、光路変換素子７と反射ミラー９との間の距離を大きくすることも可能となり、当該半導体レーザ装置１７０の設計自由度を向上させることができる。
【０１２１】
（第９実施例）
図２６Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第９実施例の構成を示す平面図であり、図２６Ｂは、その側面図である。この第９実施例に係る半導体レーザ装置１８０は、半導体レーザアレイスタック４、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７および光学素子９を備える。
【０１２２】
半導体レーザアレイスタック４は、第５実施例と同様の構成（図１７）有する。半導体レーザアレイスタック４は、図１７に示されたように、複数の半導体レーザアレイ３と複数のヒートシンク４ｈとがｚ軸方向に沿って交互に配置された構造を有している。ヒートシンク４ｈは、半導体レーザアレイ３を冷却する。ヒートシンク４ｈは、銅製の平板状部材を組み合わせて形成した冷却水路を有している。冷却水は、この冷却水路内を循環する。
【０１２３】
上記半導体レーザアレイスタック４における半導体レーザアレイ３は、図３に示された構成を有する。各半導体レーザアレイ３は、ｙ軸方向（長手方向）に沿って並列に配列された複数の活性層３ａを有している。それぞれの活性層３ａからは光軸Ａに沿ってレーザ光の光束が出射される。ここで、光軸Ａは活性層３ａの中心を通りｘ軸に平行な軸である。また、半導体レーザアレイ３の前端面（光出射面）は図４Ａと同様の個性を有し、活性層３ａの前端面は図４Ｂと同様の構成を有する。半導体レーザアレイ３は、幅１ｃｍの間に活性層３ａが、５００μｍの間隔でｙ軸方向に一列に配列された構造を有している。その活性層３ａの断面は、１００μｍの幅、１μｍの厚さを有している。また、半導体レーザアレイ３の前端面には反射率十数％以下の反射膜がコーティングされている。
【０１２４】
１つの活性層３ａから出射されたレーザ光の光束Ｌ１は、光軸Ａを中心として、ｚ軸方向へ３０°〜４０°の拡がり角を有し、ｙ軸方向へ８°〜１０°の拡がり角を有している。図２７は、活性層３ａから出射された光束Ｌ１のｙ軸方向における光強度分布である。グラフの横軸は光軸Ａからの角度を表し、縦軸はレーザ光束の光強度を表している。この図２７に示されたように、強度分布は、ガウス分布とはならず、不規則な分布となっている。
【０１２５】
第１コリメータレンズ５は、第１実施例と同様の構成（図６）を有する。第１コリメータレンズ５の前後のレンズ面は、ｙ軸方向に沿った母線をもつ円柱面である。第１コリメータレンズ５の寸法は、ｘ軸方向の長さが０．４ｍｍであり、ｙ軸方向の長さが１２ｍｍであり、ｚ軸方向の長さが０．６ｍｍである。第１コリメータレンズ５は、ｙ軸方向に沿って細長い形状をしている。
【０１２６】
第１コリメータレンズ５は、母線方向（ｙ軸方向）を含む面内では屈折作用を有しないが、母線に垂直な面内では屈折作用を有している。上述のように、活性層３ａから出射される光束の垂直方向の拡がり角が大きいので、該光束の集光効率を高めるためには、屈折作用を利用して光束の拡がりを抑える必要がある。第１コリメータレンズ５と半導体レーザアレイ３とは、第１コリメータレンズ５の母線と半導体レーザアレイ３の垂直方向（ｚ軸方向）とが直交するような位置関係に設置されている。このように設置されると、活性層３ａから出射された光束を、第１コリメータレンズ５の母線に垂直な面内で屈折させ、平行化することができる。すなわち、第１コリメータレンズ５は、各活性層３ａから出射された光束の垂直方向（ｚ軸方向）の成分を屈折させ、平行化する。また、この平行化を効率良く行うために、第１コリメータレンズ５は活性層３ａと近接させて配置される。半導体レーザアレイ３の活性層３ａから出射される光束は、すべて一つの第１コリメータレンズ５に入射する。
【０１２７】
光路変換素子７も、第１実施例と同様の構成（図７）を有する。光路変換素子７は、ガラスや石英等の透光性材料からなる。ｘ軸方向の長さは１．５ｍｍであり、ｙ軸方向の長さは１２ｍｍであり、ｚ軸方向の長さは１．５ｍｍである。このように、光路変換素子７は、ｙ軸方向に沿って細長い形状をしている。
【０１２８】
光路変換素子７は、第１コリメータレンズ５によりｚ軸方向について平行化された光束の横断面をほぼ９０°回転させる。第１コリメータレンズ５から出射されるすべての光束は、光路変換素子７に入射する。光路変換素子７は、互いに対向する入射面７ａと出射面７ｂとを有している。この入射面７ａは、並列に配置された幅０．５ｍｍの複数の円柱面を有している。これらの円柱面は、ｙ軸方向に対して４５°の角度で延びている。これらの円柱面の数は、半導体レーザアレイ３の活性層３ａの数に等しい。すなわち、これらの円柱面は活性層３ａと１対１に対応している。出射面７ｂも同様に、並列に配置された幅０．５ｍｍの複数の円柱面を有している。これらの円柱面も、ｙ軸方向に対して４５°の角度で延びている。これらの円柱面も、活性層３ａと１対１に対応している。したがって、半導体レーザアレイ３の各活性層３ａから出射される光束は、すべて対応する一つの光路変換素子７に入射する。
【０１２９】
なお、光路変換素子の他の例は、上記文献１に記載されている。
【０１３０】
図２８は、この第９実施例に係る半導体レーザ装置１８０に適用される光学素子９の構成を示す斜視図である。この図は、光路変換素子７の側から光学素子９を見たときの斜視図である。光学素子９は、光路変換素子７によって横断面が回転された各光束を受光し、その受光した各光束に対する反射部９ａと透過部９ｂとがｙ軸方向に垂直な所定方向に沿って交互に設けられている。そして、光学素子９は、反射部９ａで反射された光の少なくとも一部を、該光を出射した活性層３ａに帰還させる。また、光学素子９は、透過部９ｂを透過した光を外部へ出射する。
【０１３１】
光学素子９は、ガラスや石英等の透光性材料からなる平板状基材９ｓの一方の面（光路変換素子７側の面）に、反射部９ａと透過部９ｂとがｙ軸方向に垂直な所定方向に沿って交互に形成されている。反射部９ａ及び透過部９ｂそれぞれは、上記所定方向についての幅が一定でｙ軸方向に延びている。すなわち、光学素子９は、ストライプ状に複数の反射部９ａを有している。
【０１３２】
反射部９ａは、光路変換素子７から入射した光を高反射率（例えば９９．５％以上の反射率）で反射するのが好ましく、例えば、全反射膜、回折格子、又はエタロンにより構成される。透過部９ｂは、光路変換素子７から入射した光を高透過率（例えば９９．５％以上の透過率）で透過させるのが好ましく、例えば反射低減膜により構成される。また、基材９ｓの他方の面（光路変換素子７側とは反対側の面）には、反射低減膜が形成されているのが好ましい。
【０１３３】
互いに隣接する１対の反射部９ａ及び透過部９ｂは、１つの半導体レーザアレイ３と対応しており、それら反射部９ａと透過部９ｂとの境界は、ｙ軸方向に平行であって、光路変換素子７から光学素子９に到達する各光束の横断面内にある。したがって、反射部９ａは、光路変換素子７から光学素子９に到達する各光束のうち一部の断面部分を、光路変換素子７側へ反射する。一方、透過部９ｂは、光路変換素子７から光学素子９に到達する各光束のうち残りの断面部分を透過させる。
【０１３４】
光学素子９は、光路変換素子７から出射される各光束の光軸に対して基材９ｓが垂直であってもよいが、光路変換素子７から出射される各光束の光軸に垂直な面に対して基材９ｓが角度αだけ傾けられて配置され、また、光路変換素子７から出射される光束のｚ軸方向の拡がり角の２分の１より傾斜角αが小さいのが好ましい。このような構成により、反射部９ａに入射する光の少なくとも一部を反射部９ａに垂直入射させて、その反射された光を、入射経路とは逆の経路を辿って活性層３ａに帰還させることができる。
【０１３５】
光学素子９の寸法の一例として、ｙ軸方向の長さが１２ｍｍであり、ｘ軸方向の厚みが１ｍｍ〜３ｍｍである。反射部９ａのｚ軸方向の幅ＷRと透過部９ｂのｚ軸方向の幅ＷTとの比（ＷR／ＷT）が１〜７であり、幅ＷRと幅ＷTとの和（ＷR＋ＷT）である積層周期ＷLは１．５ｍｍ〜２．０ｍｍ程度である。半導体レーザアレイ３のｚ軸方向の積層周期をＷLとすると、幅ＷRと幅ＷTとの和（ＷR＋ＷT）は ＷL／cosα と一致している。
【０１３６】
続いて、図２６Ａ〜２６Ｂ及び図２９Ａ〜２９Ｃを用いて、第９実施例に係る半導体レーザ装置１８０の動作について説明する。図２９Ａは、活性層３ａで発生した光束が第１コリメータレンズ５に入射する前の横断面（出射パターン）を示し、図２９Ｂは、活性層３ａから出射した光束が第１コリメータレンズ５を通過した後の当該光束の横断面を示し、そして、図２９Ｃは、第１コリメータレンズ５を通過した光束が光路変換素子７を通過した後の当該光束の横断面を示す図である。
【０１３７】
半導体レーザアレイスタック４に含まれる各半導体レーザアレイ３の各活性層３ａから光束Ｌ１がｘ軸方向へ出射される。この光束Ｌ１は、光軸（図２６Ｂ中の一点鎖線）を中心にして、ｙ軸方向において８°の拡がり角を有し、ｚ軸方向へ３０°の拡がり角を有している。活性層３ａの横断面の垂直方向（ｚ軸方向）の長さは、水平方向（ｙ軸方向）の長さの１００分の１である。したがって、活性層３ａから出射する際は、光束Ｌ１の横断面は水平方向に細長い。活性層３ａから出射した光束は、第１コリメータレンズ５に到達するまで拡がる（図２９Ａ）。なお、第１コリメータレンズ５に入射する光束の横断面の垂直方向の長さは、第１コリメータレンズ５の焦点距離により決まる。
【０１３８】
活性層３ａから出射された光束Ｌ１は、第１コリメータレンズ５へ入射する。第１コリメータレンズ５は、ｙ軸に垂直な面（ｘｚ平面に平行な面）内で光束Ｌ１を屈折させ、その屈折させたものを光束Ｌ２としてｘ軸方向へ出射する。光束Ｌ２は、ｚ軸方向の拡がり角がほぼ０°となり、ｙ軸方向については屈折作用を受けない（図２９Ｂ）。第１コリメータレンズ５はｙ軸を含む面内においての屈折作用は有しないので、ｙ軸方向の拡がり角は光束Ｌ１と同様の角度である。
【０１３９】
第１コリメータレンズ５により屈折されて出射された光束Ｌ２は、隣接する光束同士が交差する前に光路変換素子７へ入射する。光路変換素子７は、光束Ｌ２の横断面をほぼ９０°回転させ、その回転させたものを光束Ｌ３としてｘ軸方向へ出射する。ｚ軸方向で平行化された光束Ｌ２は、ここでｙ軸方向で平行化された光束Ｌ３へ変換される。これにより、光束の横断面は、ｚ軸方向に長く水平方向に短い形状となる（図２９Ｃ）。光束Ｌ３は、光束Ｌ２の横断面をほぼ９０°回転させたことによって、光束Ｌ２が有していた拡がり角の方向もほぼ９０°回転することとなる。すなわち、光束Ｌ３は、ｙ軸方向についてはほぼ平行光となり、ｚ軸方向には拡がり角を有している。ｙ軸方向についてほぼ平行光となるので隣接するＬ３同士が交差することを防止することができる。
【０１４０】
光路変換素子７から見て光束Ｌ３の進行方向側には光学素子９が設けられている。この光学素子９では、互いに隣接する反射部９ａと透過部９ｂとの間のｙ軸方向に延びる境界が光束Ｌ３の光路の横断面内にあるので、光路変換素子７から出射された光束Ｌ３のうち一部が反射部９ａに入射し、残りが透過部９ｂに入射する。また、反射部９ａに入射する光のうち少なくとも一部は、反射部９ａに垂直に入射する。
【０１４１】
光束Ｌ３のうち反射部９ａで反射された光は、活性層３ａから反射部９ａへ至った光路とは逆の向きを辿って活性層３ａへ帰還する。帰還した光束は、半導体レーザアレイ３の活性層３ａまで戻り、活性層３ａ内で増幅され、さらに、半導体レーザアレイ３の後方端面（反射面）を経由してレーザ光が出射される端面（出射面）に達する。この出射面に達した光のうち後方端面に向かって反射された光は、該後方端面を経由して再び活性層３ａからｘ軸方向へ出射される。出射された光束の一部は再び上記光路で光学素子９まで達し、反射部９ａで反射された一部のみが再び光路を逆向きに帰還し活性層３ａへ戻る。
【０１４２】
以上のように、反射部９ａと活性層３ａの反射面との間に外部共振器が形成され、一部の光束が外部共振器で共振されて活性層３ａで誘導放出が起こる。これにより、誘導放出されるレーザ光の空間横モードは単一モードに近づく。一方、光路変換素子７から光学素子９の透過部９ｂに入射した光は、透過部９ｂを透過して、当該半導体レーザ装置１８０の外部へ出射される。これが半導体レーザ装置１８０からの最終的な出力光となる。
【０１４３】
上述のように、この第９実施例に係る半導体レーザ装置１８０は、反射部９ａにより反射される光束の光路を含む共振光路と、透過部９ｂを透過する光束の光路を含む出力光路とを備えることになる。よって、当該半導体レーザ装置１８０では、半導体レーザアレイ３の活性層３ａで発生した光が共振光路で共振することで空間横モードが単一モードに近づき、空間横モードが単一モードに近ついたことで拡がり角が小さくなったレーザ光を出力光路から外部へ出力することができる。したがって、当該半導体レーザ装置１８０によれば、最終的な出力光の拡がり角を小さくすることができる。また、共振光路及び出力光路は反射部９ａ及び透過部９ｂの配置によって分割されているので、両光路を分割するためにハーフミラー等を用いることがなく、全反射の反射部９ａが設けられている。よって、ハーフミラー等を用いて共振光の光路と出力光の光路を形成する場合よりも強い共振光が得られ、強い出力光が得られる。
【０１４４】
透過部９ｂを透過して得られる光（当該半導体レーザ装置１８０からの最終的な出力光）のｚ軸方向に関する光強度分布は、図３０に示されたのような分布となる。この第９実施例に係る半導体レーザ装置１８０からの最終的な出力光の光強度分布は、活性層３ａから出射される光束の光強度分布（図２７参照）と比較して、ピークが１つとなり、かつ、ピークがより鋭くなっている。換言すると、当該半導体レーザ装置１８０から出射されるレーザ光は拡がり角が小さくなっている。この拡がり角は、活性層３ａのサイズ等の諸条件によって異なるが、当該半導体レーザ装置１８０の場合には１°程度となり、活性層３ａから出射される光束の拡がり角８°に比較して小さくなっている。
【０１４５】
光学素子９の傾き角度αを変化させると、上記強度分布のピーク位置及びピーク強度が変化する。当該半導体レーザ装置１８０においては、より高い強度の出力光を得るために、ピーク強度が最大となるような光学素子９の傾き角度を予め求め、求めた角度が角度αとして設定されてもよい。また、図２６Ｂに示されたように、光学素子９の傾き角度を＋αとして、光学素子９に到達する光束のうち下部分（−ｚ側部分）を反射部９ａで反射させてもよいし、逆に、光学素子９の傾き角度を−αとして、光学素子９に到達する光束のうち上部分（＋ｚ側部分）を反射部９ａで反射させてもよい。
【０１４６】
また、この第９実施例に係る半導体レーザ装置１８０では、反射部９ａとして平面の反射面を用い、光路変換素子７から出射した光束の一部を活性層３ａへ帰還させているが、光路変換素子７から入射した光束の全部を垂直に全反射させるような凹面の反射面を用い、反射された光束の全部を活性層３ａへ帰還させるようにしてもよい。
【０１４７】
また、光学素子９における反射部９ａとして、基材９ｓに回折格子又はエタロンが形成されたものが用いられる場合、回折格子又はエタロンの反射波長選択機能により、当該半導体レーザ光源１８０から出力されるレーザ光は、拡がり角が小さいだけでなく、波長帯域幅が狭いものとなる。
【０１４８】
（第１０実施形態）
次に、図３１は、この発明に係る半導体レーザ装置の第１０実施例の構成を示す側面図（ｙ軸方向から見た図）である。この第１０実施例に係る半導体レーザ装置１９０では、光路変換素子７と反射ミラー９との間に第２コリメータレンズ８が設置されている。この相違点を除き、第１０実施例に係る半導体レーザ装置１９０の構成は、上述の第１実施例や第９実施例に係る半導体レーザ装置１００、１８０の構成とまったく同じであるので説明を省略する。
【０１４９】
第２コリメータレンズ８は、図６に示された第１コリメータレンズ５の形状と略同様の形状を有する。第２コリメータレンズ８の前後のレンズ面は、ｙ軸方向に沿った母線をもつ円柱面である。第２コリメータレンズ８は、母線方向を含む面内では屈折作用を有しないが、母線に垂直な面内では屈折作用を有している。ｙ軸方向の長さが１２ｍｍであり、ｘ軸方向の長さが０．５〜３ｍｍであり、ｚ軸方向の長さが１．５〜１０ｍｍである。光路変換素子７から出射された光束は、すべて第２コリメータレンズ８に入射する。第２コリメータレンズ８は、その母線とｚ軸方向とが直交するように設置されている。このように設置されているので、光路変換素子７から出射された光束を第２コリメータレンズ８の母線に垂直な面内で屈折させ、平行に近づけることができる。
【０１５０】
この第１０実施例に係る上記半導体レーザ装置１９０によれば、光路変換素子７を透過した光束を、長手方向と垂直な面内においてより平行に近くなるように、第２コリメータレンズ８で屈折させることができる。それにより、光路変換素子７と反射ミラー９との間の距離を大きくすることも可能となり、当該半導体レーザ装置１９０の設計自由度を向上させることができる。
【０１５１】
（第１１実施例）
図３２Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第１１実施例の構成を示す平面図であり、図３２Ｂは、その側面図である。この第１１実施例に係る半導体レーザ装置２００は、半導体レーザアレイ３、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７、波長選択素子１０、及び光学素子９を備える。
【０１５２】
半導体レーザアレイ３は、第１実施例と同様の構成（図３）を有する。半導体レーザアレイ３は、ｙ軸方向に沿って並列に配列された複数の活性層３ａを有している。それぞれの活性層３ａからは光軸Ａに沿ってレーザ光の光束が出射される。ここで、光軸Ａは活性層３ａの中心を通りｘ軸に平行な軸である。半導体レーザアレイ３の前端面（光出射面）は、図４Ａに示され、活性層３ａの前端面は図４Ｂに示されている。半導体レーザアレイ３は、幅１ｃｍの間に活性層３ａが、３００μｍ〜５００μｍの間隔でｙ軸方向に一列に配列された構造を有している。その活性層３ａの断面は、１００μｍ〜２００μｍの幅、１μｍの厚さを有している。また、半導体レーザアレイ３の前端面には反射率十数％以下の反射低減膜がコーティングされている。
【０１５３】
１つの活性層３ａから出射されたレーザ光の光束Ｌ１は、光軸Ａを中心として、ｚ軸方向へ３０°〜４０°程度の拡がり角を有し、ｙ軸方向へ８°〜１０°程度の拡がり角を有している。図３３は、活性層３ａから出射された光束Ｌ１のｙ軸方向における光強度分布である。グラフの横軸は光軸Ａからの角度を表し、縦軸はレーザ光束の光強度を表している。この図３３に示されたように、強度分布は、ガウス分布とはならず、不規則な分布となっている。なお、図３４は、活性層３ａから出射された光束Ｌ１のスペクトルである。この図３４から分かるように、活性層３ａから出射された光束Ｌ１のスペクトル幅は広い。
【０１５４】
第１コリメータレンズ５は、第１実施例と同様の構成（図６）を有する。第１コリメータレンズ５の前後のレンズ面は、ｙ軸方向に沿った母線をもつ円柱面である。第１コリメータレンズ５の寸法は、ｘ軸方向の長さが０．４ｍｍ〜１ｍｍであり、ｙ軸方向の長さが１２ｍｍであり、ｚ軸方向の長さが０．６ｍｍ〜１ｍｍである。第１コリメータレンズ５は、ｙ軸方向に沿って細長い形状をしている。
【０１５５】
第１コリメータレンズ５は、母線方向（ｙ軸方向）を含む面内では屈折作用を有しないが、母線に垂直な面内では屈折作用を有している。上述のように、活性層３ａから出射される光束の垂直方向の拡がり角が大きいので、該光束の集光効率を高めるためには、屈折作用を利用して光束の拡がりを抑える必要がある。第１コリメータレンズ５と半導体レーザアレイ３とは、第１コリメータレンズ５の母線と半導体レーザアレイ３の垂直方向（ｚ軸方向）とが直交するような位置関係に設置されている。このように設置されると、活性層３ａから出射された光束を、第１コリメータレンズ５の母線に垂直な面内で屈折させ、平行化することができる。すなわち、第１コリメータレンズ５は、各活性層３ａから出射された光束の垂直方向（ｚ軸方向）の成分を屈折させ、平行化する。また、この平行化を効率良く行うために、大きなＮＡ（例えばＮＡ≧０．５）で短焦点（例えばｆ≦１．５ｍｍ）の第１コリメータレンズ５は、そのの主点が活性層３ａからのその焦点距離となるように配置される。半導体レーザアレイ３の活性層３ａから出射される光束は、すべて一つの第１コリメータレンズ５に入射する。
【０１５６】
光路変換素子７は、第１実施例と同様の構成（図７）を有する。光路変換素子７は、ガラスや石英等の透光性材料からなる。ｘ軸方向の長さは１．５ｍｍであり、ｙ軸方向の長さは１２ｍｍであり、ｚ軸方向の長さは１．５ｍｍである。このように、光路変換素子７は、ｙ軸方向に沿って細長い形状をしている。
【０１５７】
光路変換素子７は、第１コリメータレンズ５によりｚ軸方向について平行化された光束の横断面をほぼ９０°回転させる。第１コリメータレンズ５から出射されるすべての光束は、光路変換素子７に入射する。光路変換素子７は、互いに対向する入射面７ａと出射面７ｂとを有している。この入射面７ａは、並列に配置された幅０．５ｍｍの複数の円柱面を有している。これらの円柱面は、ｙ軸方向に対して４５°の角度で延びている。これらの円柱面の数は、半導体レーザアレイ３の活性層３ａの数に等しい。すなわち、これらの円柱面は活性層３ａと１対１に対応している。出射面７ｂも同様に、並列に配置された幅０．５ｍｍの複数の円柱面を有している。これらの円柱面も、ｙ軸方向に対して４５°の角度で延びている。これらの円柱面も、活性層３ａと１対１に対応している。したがって、半導体レーザアレイ３の各活性層３ａから出射される光束は、すべて対応する一つの光路変換素子７に入射する。
【０１５８】
なお、光路変換素子の他の例は、上記文献１に記載されている。
【０１５９】
図３２Ｂ中の光学素子９は、光路変換素子７によって横断面が回転された各光束を受光し、その受光した各光束に対する反射部と透過部とを有し、反射部で反射した光の少なくとも一部を、該光を出射した活性層３ａに帰還させ、透過部を透過した光を外部へ出射する。ここで、図３２Ｂに示されたように、透過部として何ら媒質が設けられていなくてもよく、光学素子９としての反射ミラーが、光路変換素子７から入射する各光束の横断面のうちｚ軸方向についての下半分（または上半分）を反射するよう配置されていてもよい。この場合の光学素子９としての反射ミラーは、例えば、直方体形状であって、ｘ軸方向の厚みが２ｍｍ〜３ｍｍであり、ｙ軸方向の幅が１２ｍｍであり、ｚ軸方向の高さが０．５ｍｍ〜０．８ｍｍであって、光路変換素子７に対向する面に高反射膜が形成されている。
【０１６０】
光学素子９は、表面に反射部と透過部とが形成された透光性材料からなる平板状基材で構成されるのが好ましく、この場合、その反射部として該基材に反射膜が形成され、透過部として該基板に反射低減膜が形成される。また、光学素子９は、透光性材料からなる平板状基材に反射部と透過部とがｚ軸方向に沿って交互に設けられた構造であってもよく、光路変換素子７から入射する各光束の横断面のうちｚ軸方向についての半分を反射するよう配置されていてもよい。
【０１６１】
光学素子９は、光路変換素子７から出射される各光束の光軸に対して反射部の面が垂直であってもよいが、光路変換素子７から出射される各光束の光軸に垂直な面に対して反射部の面が傾けられて設けられ、反射部に入射する光の少なくとも一部を入射方向と同じ出射方向に反射させるのが好ましい。また、光路変換素子７から出射される光束のｚ軸方向の拡がり角の２分の１より、光学素子９の反射部の面の傾斜角が小さいのが好ましい。このようにすることより、反射部に入射する光の少なくとも一部を反射部に垂直入射させて、その反射させた光を、入射経路とは逆の経路を辿って活性層３ａに帰還させることができる。
【０１６２】
波長選択素子１０は、光学素子９の反射部と活性層３ａとの間の共振光路上に設けられ、その光路を経て入射する光のうち特定波長の光を選択的に該光路へ出射する。この波長選択素子１０は、光学素子９の反射部とは別個に設けられた透過型素子であり、好ましくは、回折格子素子、エタロンフィルタ又は誘電体多層膜フィルタである。このような波長選択素子１０が設けられることにより、光学素子９の反射部と活性層３ａとの間の共振光路により共振する光のスペクトルが狭くなる。波長選択素子１０としてのエタロンフィルタは、例えば、直方体形状であって、ｘ軸方向の厚みが数ｍｍであり、ｙ軸方向の幅が１２ｍｍであり、ｚ軸方向の高さが０．５ｍｍ〜０．８ｍｍである。
【０１６３】
続いて、図３２Ａ〜３２Ｂ及び図３５Ａ〜３５Ｃを用いて、この第１１実施例に係る半導体レーザ装置２００の動作について説明する。図３５Ａは、活性層３ａで発生した光束が第１コリメータレンズ５に入射する前の横断面（出射パターン）を示し、図３５Ｂは、活性層３ａから出射した光束が第１コリメータレンズ５を通過した後の当該光束の横断面を示し、そして、図３５Ｃは、第１コリメータレンズ５を通過した光束が光路変換素子７を通過した後の当該光束の横断面を示す図である。
【０１６４】
半導体レーザアレイ３の各活性層３ａから光束Ｌ１がｘ軸方向へ出射される。この光束Ｌ１は、光軸（図３２Ｂ中の一点鎖線）を中心にして、ｙ軸方向において８°の拡がり角を有し、ｚ軸方向へ３０°の拡がり角を有している。活性層３ａの横断面の垂直方向（ｚ軸方向）の長さは、水平方向（ｙ軸方向）の長さの１００分の１〜２００分の１である。したがって、活性層３ａから出射する際は、光束Ｌ１の横断面は水平方向に細長い。活性層３ａから出射した光束は、第１コリメータレンズ５に到達するまでに拡がる（図３５Ａ）。なお、第１コリメータレンズ５に入射する光束の横断面の垂直方向の長さは、第１コリメータレンズ５の焦点距離により決まる。
【０１６５】
活性層３ａから出射された光束Ｌ１は、第１コリメータレンズ５へ入射する。第１コリメータレンズ５は、ｙ軸に垂直な面（ｘｚ平面に平行な面）内で光束Ｌ１を屈折させ、その屈折させたものを光束Ｌ２としてｘ軸方向へ出射する。光束Ｌ２は、ｚ軸方向の拡がり角がほぼ０．２°となり、ｙ軸方向については屈折作用を受けない。すなわち、第１コリメータレンズ５から出射した後では水平方向の拡がり角が垂直方向の拡がり角より大きくなっているので、第１コリメータレンズ５から離れた位置での光束の横断面は、水平方向に細長い形状を有している（図３５Ｂ）。第１コリメータレンズ５はｙ軸を含む面内においての屈折作用は有しないので、ｙ軸方向の拡がり角は光束Ｌ１と同様の角度である。
【０１６６】
第１コリメータレンズ５により屈折されて出射された光束Ｌ２は、隣接する光束同士が交差する前に光路変換素子７へ入射する。光路変換素子７は、光束Ｌ２の横断面をほぼ９０°回転させ、その回転させたものを光束Ｌ３としてｘ軸方向へ出射する。ｚ軸方向で平行化された光束Ｌ２は、ここでｙ軸方向で平行化された光束Ｌ３へ変換される。これにより、光束の横断面は、ｚ軸方向に長く水平方向に短い形状となる（図３５Ｃ）。光束Ｌ３は、光束Ｌ２の横断面をほぼ９０°回転させたことによって、光束Ｌ２が有していた拡がり角の方向もほぼ９０°回転することとなる。すなわち、光束Ｌ３は、ｙ軸方向についてはほぼ平行光となり、ｚ軸方向には拡がり角を有している。ｙ軸方向についてほぼ平行光となるので隣接するＬ３同士が交差することを防止することができる。
【０１６７】
光路変換素子７から見て光束Ｌ３の進行方向側には波長選択素子１０及び光学素子９が設けられている。光路変換素子７から出射された光束Ｌ３のうち一部は波長選択素子１０を経て光学素子９の反射部で反射され、残りが当該半導体レーザ装置２００の出力光となる。
【０１６８】
光束Ｌ３のうち光学素子９で反射された光は、活性層３ａから光学素子９の反射部へ至った光路とは逆の向きを辿って活性層３ａへ帰還する。帰還した光束は、半導体レーザアレイ３の活性層３ａまで戻り、活性層３ａ内で増幅され、さらに、半導体レーザアレイ３の後方端面（反射面）を経由してレーザ光が出射される端面（出射面）に達する。出射面に達した光のうち反射面に向かって反射された光は、該反射面を経由して再び活性層３ａからｘ軸方向へ出射される。出射された光束の一部は再び上記光路で光学素子９まで達し、反射部９ａに入射して反射された一部のみが再び光路を逆向きに帰還し活性層３ａへ戻る。
【０１６９】
以上のように、光学素子９の反射部と活性層３ａの反射面との間に外部共振器が形成され、一部の光束が外部共振器で共振されて活性層３ａで誘導放出が起こる。これにより、誘導放出されるレーザ光の空間横モードは単一モードに近づく。一方、光路変換素子７から光学素子９の透過部に入射した光は、透過部を透過して、当該半導体レーザ装置２００の外部へ出射される。これが半導体レーザ装置２００からの最終的な出力光となる。
【０１７０】
上述のように、この第１１実施例に係る半導体レーザ装置２００は、光学素子９の反射部により反射される光束の光路を含む共振光路と、透過部を透過する光束の光路を含む出力光路とを備えることになる。よって、当該半導体レーザ装置２００では、半導体レーザアレイ３の活性層３ａで発生した光が共振光路で共振することで空間横モードが単一モードに近づき、空間横モードが単一モードに近ついたことで拡がり角が小さくなったレーザ光を出力光路から外部へ出力することができる。したがって、当該半導体レーザ装置２００によれば、最終的な出力光の拡がり角を小さくすることができる。
【０１７１】
また、共振光路及び出力光路は光学素子９における反射部及び透過部の配置によって分割されているので、両光路を分割するためにハーフミラー等を用いることがなく、全反射の反射部が設けられている。よって、ハーフミラー等を用いて共振光の光路と出力光の光路を形成する場合よりも強い共振光が得られ、強い出力光が得られる。
【０１７２】
さらに、この第１１実施例に係る半導体レーザ装置２００は共振光路に波長選択素子１０を備えているので、この波長選択素子１０により選択される特定波長の光が外部共振器により選択的に共振して、この特定波長の光が出力光路を経て外部へ出力することができる。したがって、当該半導体レーザ装置２００によれば、最終的な出力光のスペクトル幅を狭くすることができる。
【０１７３】
図３６は、この第１１実施例に係る半導体レーザ装置２００から出射される光束のｚ軸方向における光強度分布である。図３７は、当該半導体レーザ装置２００から出射される光束のスペクトルである。これら図３６及び３７に示される光強度分布及びスペクトルを、図３３及び３４に示された光強度分布及びスペクトルと比較すると分かるように、この第１１実施例に係る半導体レーザ装置２００から得られる最終的な出力光は、拡がり角が狭く、スペクトル幅が狭い。
【０１７４】
（第１２実施例）
次に、図３８Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第１２実施例の構成を示す平面図であり、図３８Ｂは、その側面図である。この第１２実施例に係る半導体レーザ装置２１０は、半導体レーザアレイ３、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７、第２コリメータレンズ８、波長選択素子１０、及び光学素子９を備える。
【０１７５】
上述の第１１実施例に係る半導体レーザ装置２００（図３２Ａ及び３２Ｂ）と比較すると、この第１２実施例に係る半導体レーザ装置２１０は、光路変換素子７と波長選択素子１０との間に第２コリメータレンズ８が設置されている点で相違する。この相違点を除き、当該半導体レーザ装置２１０の構成は、上述の第１１実施例に係る半導体レーザ装置２００の構成と同じであるので説明を省略する。
【０１７６】
第２コリメータレンズ８は、第３実施例と同様の構成（図１４）を有する。第２コリメータレンズ８の前後のレンズ面は、ｙ軸方向に沿った母線をもつ円柱面である。第２コリメータレンズ８は、母線方向を含む面内では屈折作用を有しないが、母線に垂直な面内では屈折作用を有している。ｙ軸方向の長さが１２ｍｍであり、ｘ軸方向の長さが０．５〜３ｍｍであり、ｚ軸方向の長さが１．５〜１０ｍｍである。光路変換素子７から出射した光束は、すべて第２コリメータレンズ８に入射する。第２コリメータレンズ８は、その母線とｚ軸方向とが直交するように設置されている。このように設置されているので、光路変換素子７から出射された光束を第２コリメータレンズ８の母線に垂直な面内で屈折させ、平行に近づけることができる。
【０１７７】
この第１２実施例に係る半導体レーザ装置２１０によれば、光路変換素子７を透過した光束を、長手方向と垂直な面内においてより平行に近くなるように、第２コリメータレンズ８で屈折させることができる。それにより、光路変換素子７と反射ミラー９との間の距離を大きくすることも可能となり、当該半導体レーザ装置２１０の設計自由度を向上させることができる。
【０１７８】
（第１３実施例）
図３９Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第１３実施例の構成を示す平面図であり、図３９Ｂは、その側面図である。この第１３実施例に係る半導体レーザ装置２２０は、半導体レーザアレイ３、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７、第２コリメータレンズ８、波長選択素子１０、及び光学素子９を備える。
【０１７９】
上述の第１２実施形態に係る半導体レーザ装置２１０（図３８Ａ及び３８Ｂ）と比較すると、この第１３実施例に係る半導体レーザ装置２２０は、波長選択素子１０が光学素子９の反射部に設けられた反射型のものである点で相違する。この相違点を除き、当該半導体レーザ装置２２０の構成は、上述の第１２実施例に係る半導体レーザ装置２１０の構成と同じであるので説明を省略する。
【０１８０】
この第１３実施例に係る半導体レーザ装置２２０においても、波長選択素子１０は、回折格子素子、エタロンフィルタ又は誘電体多層膜フィルタであるのが好ましい。また、波長選択素子１０は、光学素子９の反射部と一体になっていてもよい。例えば、波長選択素子１０としての回折格子は、光学素子９の反射部の表面に形成される。また、波長選択素子１０としてのエタロンフィルタは、透光性材料からなる平板状の基材のうち光路変換素子７に対向する面と反対側の面に高反射膜が形成されていて、この基材でエタロンを構成することで、光学素子９の反射部と一体化される。また、波長選択素子１０としての誘電体多層膜フィルタは、透光性材料からなる平板状基材のうち光路変換素子７に対向する面に誘電体多層膜が形成されることで、光学素子９の反射部と一体化される。
【０１８１】
また、波長選択素子１０としての回折格子が光学素子９の反射部の表面に形成される場合、最終的に当該半導体レーザ装置２２０の出射光となるべき光の波長に応じて、光学素子９の方位が調整される。すなわち、この光学素子９の方位を調整することで、外部共振器において共振する光の波長を選択することができる。光学素子９の方位を調整は、回折格子において各格子が延びる方向や格子間隔に応じて行われる。
【０１８２】
（第１４実施例）
次に、図４０Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第１４実施例の構成を示す平面図であり、図４０Ｂは、側面図である。この第１４実施例に係る半導体レーザ装置２３０は、半導体レーザアレイスタック４、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７、第２コリメータレンズ８、波長選択素子１０、及び光学素子９を備える。
【０１８３】
第１２実施例に係る半導体レーザ装置２１０（図３８Ａ及び３８Ｂ）と比較すると、この第１４実施例に係る半導体レーザ装置２３０は、複数の半導体レーザアレイ３を含む半導体レーザアレイスタック４を備える点、及び、複数の半導体レーザアレイ３を含むことに伴って他の構成要素を複数組備える点で相違する。この相違点を除き、当該半導体レーザ装置２３０の構成は、上述の第１２実施例に係る半導体レーザ装置２１０の構成と同じであるので説明を省略する。
【０１８４】
半導体レーザアレイスタック４は、第５実施例と同様の構成（図１７）を有する。半導体レーザアレイスタック４は、この図１７に示されたように、複数の半導体レーザアレイ３と複数のヒートシンク４ｈとがｚ軸方向に沿って交互に配置された構造を有している。ヒートシンク４ｈは、半導体レーザアレイ３を冷却する。ヒートシンク４ｈは、銅製の平板状部材を組み合わせて形成した冷却水路を有している。冷却水は、この冷却水路内を循環する。
【０１８５】
各半導体レーザアレイ３は、第１実施例と同様の構成（図３、４Ａ及び４Ｂ）を有している。各第１コリメータレンズ５も、第１実施例と同様の構成（図６）を有している。各光路変換素子７は、第１実施例と同様の構成（図７）を有している。各第２コリメータレンズ８は、図１４に示された構成を同様の構成を有している。各波長選択素子１０は、第１１実施例と同様の構成を有している。また、各光学素子９も、第１１実施例と同様の構成を有している。
【０１８６】
そして、半導体レーザアレイ３、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７、第２コリメータレンズ８、波長選択素子１０、及び光学素子９それぞれの個数は同数であり、第１コリメータレンズ５は半導体レーザアレイ３と１対１に対応して設けられ、光路変換素子７は第１コリメータレンズ５と１対１に対応して設けられ、第２コリメータレンズ８は光路変換素子７と１対１に対応して設けられ、波長選択素子１０は第２コリメータレンズ８と１対１に対応して設けられ、光学素子９は波長選択素子１０と１対１に対応して設けられている。各組の半導体レーザアレイ３、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７、第２コリメータレンズ８、波長選択素子１０及び光学素子９は、第１２実施例と同じように配置されている。
【０１８７】
この第１４実施例に係る半導体レーザ装置２３０では、半導体レーザアレイ３の活性層３ａで発生した光が共振光路で共振することで空間横モードが単一モードに近づき、空間横モードが単一モードに近ついたことで拡がり角が小さくなったレーザ光を出力光路から外部へ出力することができる。したがって、当該半導体レーザ装置２３０によれば、最終的な出力光の拡がり角を小さくすることができる。また、この半導体レーザ装置２３０によれば、波長選択素子１０が設けられていることにより、最終的な出力光のスペクトル幅を小さくすることができる。
【０１８８】
なお、この発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、第１１〜第１４の各実施例において、波長選択素子１０は、光学素子９の反射部とは別個に設けられた透過型素子であってもよいし、光学素子９の反射部に設けられた反射型素子であってもよい。これら実施例において、第２コリメータレンズ８は、設けられていてもよし、設けられていなくてもよい。また、第１４実施例において、光学素子９は、複数の半導体レーザアレイ３それぞれに対応して１対１に設けられていてもよいが、共通の透光性基板にｚ軸方向に沿ってストライプ状に反射部と透過部とが設けられたものであってもよい。
【０１８９】
（第１５実施例）
図４１Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第１５実施例の構成を示す平面図であり、図４１Ｂは、その側面図である。この第１５実施例に係る半導体レーザ装置２４０は、半導体レーザアレイ３、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７、波長選択素子１０、及び光学素子９を備える。
【０１９０】
半導体レーザアレイ３は、第１実施例と同様の構成（図３）を有する。半導体レーザアレイ３は、ｙ軸方向に沿って並列に配列された複数の活性層３ａを有している。それぞれの活性層３ａからは光軸Ａに沿ってレーザ光の光束が出射される。ここで、光軸Ａは活性層３ａの中心を通りｘ軸に平行な軸である。半導体レーザアレイ３の前端面（光出射面）は図４Ａに示され、活性層３ａの前端面が図４Ｂに示されている。半導体レーザアレイ３は、幅１ｃｍの間に活性層３ａが、３００μｍ〜５００μｍの間隔でｙ軸方向に一列に配列された構造を有している。その活性層３ａの断面は、１００μｍ〜２００μｍの幅、１μｍの厚さを有している。また、半導体レーザアレイ３の前端面には反射率十数％以下の反射低減膜がコーティングされている。
【０１９１】
第１コリメータレンズ５は、第１実施例と同様の構成（図６）を有する。第１コリメータレンズ５の前後のレンズ面は、ｙ軸方向に沿った母線をもつ円柱面である。第１コリメータレンズ５の寸法は、ｘ軸方向の長さが０．４ｍｍ〜１ｍｍであり、ｙ軸方向の長さが１２ｍｍであり、ｚ軸方向の長さが０．６ｍｍ〜１ｍｍである。第１コリメータレンズ５は、ｙ軸方向に沿って細長い形状をしている。
【０１９２】
第１コリメータレンズ５は、母線方向（ｙ軸方向）を含む面内では屈折作用を有しないが、母線に垂直な面内では屈折作用を有している。上述のように、活性層３ａから出射される光束の垂直方向の拡がり角が大きいので、該光束の集光効率を高めるためには、屈折作用を利用して光束の拡がりを抑える必要がある。第１コリメータレンズ５と半導体レーザアレイ３とは、第１コリメータレンズ５の母線と半導体レーザアレイ３の垂直方向（ｚ軸方向）とが直交するような位置関係に設置されている。このように設置されると、活性層３ａから出射された光束を、第１コリメータレンズ５の母線に垂直な面内で屈折させ、平行化することができる。すなわち、第１コリメータレンズ５は、各活性層３ａから出射された光束の垂直方向（ｚ軸方向）の成分を屈折させ、平行化する。また、この平行化を効率良く行うために、大きなＮＡ（例えばＮＡ≧０．５）で短焦点（例えばｆ≦１．５ｍｍ）の第１コリメータレンズ５は、その主点が活性層３ａからのその焦点距離となるように配置される。半導体レーザアレイ３の活性層３ａから出射される光束は、すべて一つの第１コリメータレンズ５に入射する。
【０１９３】
光路変換素子７は、第１実施例と同様の構造（図７）を有する。光路変換素子７は、ガラスや石英等の透光性材料からなる。ｘ軸方向の長さは１．５ｍｍであり、ｙ軸方向の長さは１２ｍｍであり、ｚ軸方向の長さは１．５ｍｍである。このように、光路変換素子７は、ｙ軸方向に沿って細長い形状をしている。
【０１９４】
光路変換素子７は、第１コリメータレンズ５によりｚ軸方向について平行化された光束の横断面をほぼ９０°回転させる。第１コリメータレンズ５から出射されるすべての光束は、光路変換素子７に入射する。光路変換素子７は、互いに対向する入射面７ａと出射面７ｂとを有している。この入射面７ａは、並列に配置された幅０．５ｍｍの複数の円柱面を有している。これらの円柱面は、ｙ軸方向に対して４５°の角度で延びている。これらの円柱面の数は、半導体レーザアレイ３の活性層３ａの数に等しい。すなわち、これらの円柱面は活性層３ａと１対１に対応している。出射面７ｂも同様に、並列に配置された幅０．５ｍｍの複数の円柱面を有している。これらの円柱面も、ｙ軸方向に対して４５°の角度で延びている。これらの円柱面も、活性層３ａと１対１に対応している。したがって、半導体レーザアレイ３の各活性層３ａから出射される光束は、すべて対応する一つの光路変換素子７に入射する。
【０１９５】
なお、光路変換素子の他の例は、上記文献１に記載されている。
【０１９６】
図４２は、波長選択素子１０の構成を示す斜視図である。波長選択素子１０は、厚み方向（略ｘ軸方向）に屈折率が周期的に分布しており、入射光の一部をブラッグ反射させることができる。波長選択素子１０は、光路変換素子７から出力された各光束を受光して垂直入射させ、その垂直入射した光のうちブラッグ条件を満たす特定波長の光の一部を反射させて、その反射した光の少なくとも一部を、該光を出射した活性層３ａに帰還させ、該特定波長の光の残りを透過させる。なお、このような波長選択素子１０として、例えば、ＰＤ−ＬＤＩｎｃ．製の製品ＬｕｘｘＭａｓｔｅｒＴＭが知られている。
【０１９７】
光学素子９は、透光性材料からなる平板状基材の一方の面（光路変換素子７に対向する面）に全反射膜が形成されることで構成されており、この全反射膜が形成された反射部により、光路変換素子７から入射した光を高反射率（例えば９９．５％以上の反射率）で反射する。光学素子９は、光路変換素子７から出射される各光束の光軸に垂直な面に対して反射部が或る傾斜角で傾けられて配置されていて、また、光路変換素子７から出射される光束のｚ軸方向の拡がり角の２分の１より傾斜角が小さいのが好ましい。これにより、光学素子９の反射部に入射する光の少なくとも一部を該反射部に垂直入射させて、その反射された光を、入射経路とは逆の経路を辿って活性層３ａに帰還させることができる。光学素子９の反射部と波長選択素子１０とは、ｚ軸方向について異なる位置に配置されている。そして、光学素子９の反射部と波長選択素子１０との間でレーザ共振器が構成されている。
【０１９８】
続いて、図４１Ａ〜４１Ｂ及び４３Ａ〜４３Ｃを用いて、この第１５実施例に係る半導体レーザ装置２４０の動作について説明する。図４３Ａは、活性層３ａで発生した光束が第１コリメータレンズ５に入射する前の横断面（出射パターン）を示し、図４３Ｂは、活性層３ａから出射した光束が第１コリメータレンズ５を通過した後の当該光束の横断面を示し、そして、図４３Ｃは、第１コリメータレンズ５を通過した光束が光路変換素子７を通過した後の当該光束の横断面を示す図である。
【０１９９】
半導体レーザアレイ３の各活性層３ａから光束Ｌ１がｘ軸方向へ出射される。この光束Ｌ１は、光軸（図４１Ａ及び４１Ｂ中の一点鎖線）を中心にして、ｙ軸方向において８°の拡がり角を有し、ｚ軸方向へ３０°の拡がり角を有している。活性層３ａの横断面の垂直方向（ｚ軸方向）の長さは、水平方向（ｙ軸方向）の長さの１００分の１〜２００分の１である。したがって、活性層３ａから出射する際は、光束Ｌ１の横断面は水平方向に細長い。活性層３ａから出射した光束は、第１コリメータレンズ５に到達するまでに拡がる（図４３Ａ）。なお、第１コリメータレンズ５に入射する光束の横断面の垂直方向の長さは、第１コリメータレンズ５の焦点距離により決まる。
【０２００】
活性層３ａから出射された光束Ｌ１は、第１コリメータレンズ５へ入射する。第１コリメータレンズ５は、ｙ軸に垂直な面（ｘｚ平面に平行な面）内で光束Ｌ１を屈折させ、その屈折させたものを光束Ｌ２としてｘ軸方向へ出射する。光束Ｌ２は、ｚ軸方向の拡がり角がほぼ０．２°となり、ｙ軸方向については屈折作用を受けない。すなわち、第１コリメータレンズ５から出射した後では水平方向の拡がり角が垂直方向の拡がり角より大きくなっているので、第１コリメータレンズ５から離れた位置での光束の横断面は、水平方向に細長い形状を有している（図４３Ｂ）。第１コリメータレンズ５は、ｙ軸を含む面内においての屈折作用は有しないので、ｙ軸方向の拡がり角は光束Ｌ１と同様の角度である。
【０２０１】
第１コリメータレンズ５により屈折されて出射された光束Ｌ２は、隣接する光束同士が交差する前に光路変換素子７へ入射する。光路変換素子７は、光束Ｌ２の横断面をほぼ９０°回転させ、その回転させたものを光束Ｌ３としてｘ軸方向へ出射する。ｚ軸方向で平行化された光束Ｌ２は、ここで、ｙ軸方向で平行化された光束Ｌ３へ変換される。これにより、光束の横断面は、ｚ軸方向に長く水平方向に短い形状となる（図４３Ｃ）。光束Ｌ３は、光束Ｌ２の横断面をほぼ９０°回転させたことによって、光束Ｌ２が有していた拡がり角の方向もほぼ９０°回転することとなる。すなわち、光束Ｌ３は、ｙ軸方向についてはほぼ平行光となり、ｚ軸方向には拡がり角を有している。ｙ軸方向についてほぼ平行光となるので隣接するＬ３同士が交差することを防止することができる。光路変換素子７により横断面が回転されて出射された光束Ｌ３は、光学素子９の反射部または波長選択素子１０に入射する。
【０２０２】
光路変換素子７から光学素子９の反射部に入射して反射された光の少なくとも一部は、活性層３ａから光学素子９の反射部へ至った光路とは逆の向きを辿って活性層３ａへ帰還する。帰還した光束は、半導体レーザアレイ３の活性層３ａまで戻り、活性層３ａ内で増幅され、さらに、半導体レーザアレイ３のレーザ光が出射される端面（出射面）に対向する端面（反射面）へ達する。反射面に達した光束は、該反射面で反射され、再び活性層３ａからｘ軸方向へ出射される。出射された光束の一部は再び上記光路で光学素子９の反射部又は波長選択素子１０まで達する。
【０２０３】
一方、光路変換素子７から波長選択素子１０に入射した光のうち特定波長の光の一部は波長選択素子１０によりブラッグ反射され、残りは波長選択素子１０を透過する。この反射された光の少なくとも一部は、活性層３ａから波長選択素子１０へ至った光路とは逆の向きを辿って活性層３ａへ帰還する。帰還した光束は、半導体レーザアレイ３の活性層３ａまで戻り、活性層３ａ内で増幅され、さらに、半導体レーザアレイ３のレーザ光が出射される端面（出射面）に対向する端面（反射面）へ達する。反射面に達した光束は、該反射面で反射され、再び活性層３ａからｘ軸方向へ出射される。出射された光束の一部は再び上記光路で光学素子９の反射部または波長選択素子１０まで達する。
【０２０４】
以上のように、光学素子９の反射部と波長選択素子１０との間に外部レーザ共振器が構成されて、その共振器の内部に活性層３ａが位置しており、一部の光束が外部共振器で共振されて活性層３ａで誘導放出が起こる。これにより、誘導放出されるレーザ光の空間横モードは単一モードに近づく。一方、波長選択素子１０を透過した光は、当該半導体レーザ装置２４０の外部へ出射される。これが当該半導体レーザ装置２４０からの最終的な出力光となる。
【０２０５】
上述のように、第１５実施例に係る半導体レーザ装置２４０は、光学素子９の反射部により反射される光束の光路を含む共振光路と、透過部を透過する光束の光路を含む出力光路とを備えることになる。よって、当該半導体レーザ装置２４０では、半導体レーザアレイ３の活性層３ａで発生した光が共振光路で共振することで空間横モードが単一モードに近づき、空間横モードが単一モードに近ついたことで拡がり角が小さくなったレーザ光を出力光路から外部へ出力することができる。したがって、当該半導体レーザ装置２４０によれば、最終的な出力光の拡がり角を小さくすることができる。
【０２０６】
また、共振光路及び出力光路は光学素子９における反射部及び波長選択素子１０の配置によって分割されるので、両光路を分割するためにハーフミラー等を用いることがなく、全反射の反射部が設けられている。よって、ハーフミラー等を用いて共振光の光路と出力光の光路を形成する場合よりも強い共振光が得られ、強い出力光が得られる。
【０２０７】
さらに、この第１５実施例に係る半導体レーザ装置２４０は共振器の一方側に波長選択素子１０を備えているので、この波長選択素子１０により選択される特定波長の光が外部共振器により選択的に共振して、この特定波長の光が外部へ出力することができる。したがって、当該半導体レーザ装置２４０によれば、最終的な出力光のスペクトル幅を狭くすることができる。
【０２０８】
図４４は、半導体レーザアレイ３の活性層３ａで発生する光のスペクトルであり、図４５は、この第１５実施例に係る半導体レーザ装置２４０の波長選択素子１０を透過して出射する光のスペクトルである。両図を対比して分かるように、当該半導体レーザ装置２４０から出力されるレーザ光は、波長選択素子１０においてブラッグ条件を満たす波長８０９ｎｍをピークとして、スペクトル幅が狭くなった。
【０２０９】
（第１６実施例）
図４６Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第１６実施例の構成を示す平面図であり、図４６Ｂは、その側面図である。この第１６実施例に係る半導体レーザ装置２５０は、半導体レーザアレイ３、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７、第２コリメータレンズ８、波長選択素子１０、及び光学素子９を備える。
【０２１０】
第１５実施例に係る半導体レーザ装置２４０（図４１Ａ及び４１Ｂ）と比較すると、この第１６実施例に係る半導体レーザ装置２５０は、波長選択素子１０及び光学素子９と光路変換素子７との間に第２コリメータレンズ８が設けられている点で相違する。この相違点を除き、当該半導体レーザ装置２５０の構成は、上述の第１５実施例に係る半導体レーザ装置２４０の構成と略同じである。
【０２１１】
第２コリメータレンズ８は、図６に示された第１コリメータレンズ５の形状と略同様の形状を有する。この第２コリメータレンズ８の前後のレンズ面は、ｙ軸方向に沿った母線をもつ円柱面である。第２コリメータレンズ８は、母線方向を含む面内では屈折作用を有しないが、母線に垂直な面内では屈折作用を有している。ｙ軸方向の長さが１２ｍｍであり、ｘ軸方向の長さが０．５〜３ｍｍであり、ｚ軸方向の長さが１．５〜１０ｍｍである。光路変換素子７から出射した光束は、すべて第２コリメータレンズ８に入射する。第２コリメータレンズ８は、その母線とｚ軸方向とが直交するように設置されている。このように設置されているので、光路変換素子７から出射した光束を第２コリメータレンズ８の母線に垂直な面内で屈折させ、平行に近づけることができる。
【０２１２】
この第１６実施例に係る半導体レーザ装置２５０によれば、光路変換素子７を透過した光束を、長手方向と垂直な面内においてより平行に近くなるように、第２コリメータレンズ８で屈折させることができる。そうすれば、光路変換素子７と波長選択素子１０との間の距離を大きくすることも可能となり、また、光学素子９又は波長選択素子１０と光路変換素子７との間の距離を大きくすることも可能となって、当該半導体レーザ装置２５０の設計自由度を向上させることができる。また、第２コリメータレンズ８から波長選択素子１０及び光学素子９へ向かう光束は平行光束に近くなるので、波長選択素子１０及び光学素子９それぞれはｙｚ平面に略平行に配置される。
【０２１３】
また、この第１６実施例に係る半導体レーザ装置２５０において、光学素子９と波長選択素子１０とは、互いに別個の素子であってもよいが、共通の平板状基材に形成された素子であってもよい。すなわち、平板状基材の一部領域に光を反射させるための反射部が設けられるとともに、他の領域に特定波長の光の一部をブラッグ反射させる波長選択素子が設けられる。この構成により、当該半導体レーザ装置を構成する部品の数が少なくなり、組み立てが容易となる。
【０２１４】
（第１７実施例）
図４７Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第１７実施例の構成を示す平面図であり、図４７Ｂは、その側面図である。この第１７実施例に係る半導体レーザ装置２６０は、半導体レーザアレイスタック４、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７、第２コリメータレンズ８、波長選択素子１０、及び光学素子９を備える。
【０２１５】
第１６実施例に係る半導体レーザ装置２５０（図４６Ａ及び４６Ｂ）と比較すると、この第１７実施例に係る半導体レーザ装置２６０は、複数の半導体レーザアレイ３を含む半導体レーザアレイスタック４を備える点、及び、複数の半導体レーザアレイ３を含むことに伴って他の構成要素を複数組備える点で相違する。この相違点を除き、当該半導体レーザ装置２６０の構成は、上述の第１６実施例に係る半導体レーザ装置２５０の構成と同じである。
【０２１６】
半導体レーザアレイスタック４は、第５実施例と同様の構成（図１７）を有する。半導体レーザアレイスタック４は、この図１７に示されたように、複数の半導体レーザアレイ３と複数のヒートシンク４ｈとがｚ軸方向に沿って交互に配置された構造を有している。ヒートシンク４ｈは、半導体レーザアレイ３を冷却する。ヒートシンク４ｈは、銅製の平板状部材を組み合わせて形成した冷却水路を有している。冷却水は、この冷却水路内を循環する。
【０２１７】
各半導体レーザアレイ３は、第１実施例と同様の構成（図３）を有している。各第１コリメータレンズ５は、第１実施例と同様の構成（図６）を有している。また、各光路変換素子７も、第１実施と同様の構成（図７）を有している。各第２コリメータレンズ８は、図１４に示された構造を有している。各波長選択素子１０は、第１５実施例と同様の構成（図４２）を有している。各光学素子９は、第１実施例と同様の構成を有している。半導体レーザアレイ３、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７、第２コリメータレンズ８、波長選択素子１０、及び光学素子９は、上述の第１６実施例と同様に配置されている。
【０２１８】
この第１７実施例に係る半導体レーザ装置２６０では、半導体レーザアレイ３の活性層３ａで発生した光が共振光路で共振することで空間横モードが単一モードに近づき、空間横モードが単一モードに近ついたことで拡がり角が小さくなったレーザ光を出力光路から外部へ出力することができる。したがって、当該半導体レーザ装置２６０によれば、最終的な出力光の拡がり角を小さくすることができる。また、当該半導体レーザ装置２６０によれば、波長選択素子１０が設けられていることにより、最終的な出力光のスペクトル幅を小さくすることができる。
【０２１９】
また、この第１７実施例に係る半導体レーザ装置２６０において、光学素子９と波長選択素子１０とは、互いに別個の素子であってもよいが、共通の平板状基材に形成された素子であってもよい。すなわち、平板状基材の一部領域に光を反射させるための反射部が設けられ、他の領域に特定波長の光の一部をブラッグ反射させる波長選択素子が設けられ、また、反射部と波長選択素子とをｚ軸方向に交互に設けられる。これにより、当該半導体レーザ装置を構成する部品の数が少なくなり、組立てが容易となる。
【０２２０】
（第１８実施例）
次に、図４８Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第１８実施例の構成を示す平面図であり、図４８Ｂは、その側面図である。この第１８実施例に係る半導体レーザ装置２７０は、半導体レーザアレイスタック４、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７、第２コリメータレンズ８、波長選択素子１０、及び光学素子９を備える。
【０２２１】
第１７実施例に係る半導体レーザ装置２６０（図４７Ａ及び４７Ｂ）と比較すると、この第１８実施例に係る半導体レーザ装置２７０は、波長選択素子１０が一体化されている点で相違し、また、光学素子９が一体化されている点で相違する。この相違点を除き、当該半導体レーザ装置２７０の構成は、上述の第１実施例や第１５実施例に係る半導体レーザ装置１００、２４０の構成と同じである。
【０２２２】
図４９は、この第１８実施例に係る半導体レーザ装置２７０に適用される光学素子９の構成を示す斜視図である。この図４９は、第２コリメータレンズ８の側から光学素子９を見たときの斜視図である。光学素子９は、第２コリメータレンズ８から出射された各光束を受光し、受光された各光束に対する反射部９ａと透過部９ｂとがｚ軸方向に沿って交互に設けられている。そして、光学素子９は、反射部９ａで反射された光の少なくとも一部を、該光を出射した活性層３ａに帰還させる。また、光学素子９は、透過部９ｂに入射した光を透過させて、波長選択素子１０へ入射させる。
【０２２３】
光学素子９は、ガラスや石英等の透光性材料からなる平板状基材９ｓの一方の面（第２コリメータレンズ８側の面）に、反射部９ａと透過部９ｂとがｚ軸方向に沿って交互に形成されている。反射部９ａ及び透過部９ｂそれぞれは、上記所定方向についての幅が一定でｚ軸方向に延びている。すなわち、光学素子９は、ストライプ状に複数の反射部９ａを有している。
【０２２４】
反射部９ａは、第２コリメータレンズ８から入射した光を高反射率（例えば９９．５％以上の反射率）で反射するのが好ましく、例えば、全反射膜で構成されるのが好ましい。透過部９ｂは、光路変換素子７から入射した光を高透過率（例えば９９．５％以上の透過率）で透過させるのが好ましく、例えば、反射低減膜で構成されるのが好ましい。また、基材９ｓの他方の面（第２コリメータレンズ８側とは反対側の面）には、反射低減膜が形成されるのが好ましい。
【０２２５】
互いに隣接する１対の反射部９ａ及び透過部９ｂは、１つの半導体レーザアレイ３と対応しており、それら反射部９ａと透過部９ｂとの境界は、ｙ軸方向に平行であって、第２コリメータレンズ８から光学素子９に到達する各光束の横断面内にある。したがって、反射部９ａは、第２コリメータレンズ８から光学素子９に到達する各光束のうち一部の断面部分を、第２コリメータレンズ８側へ反射する。一方、透過部９ｂは、第２コリメータレンズ８から光学素子９に到達する各光束のうち残りの断面部分を透過させる。
【０２２６】
この第１８実施例に係る半導体レーザ装置２７０でも、半導体レーザアレイ３の活性層３ａで発生した光が共振光路で共振することで空間横モードが単一モードに近づき、空間横モードが単一モードに近ついたことで拡がり角が小さくなったレーザ光を出力光路から外部へ出力することができる。したがって、当該半導体レーザ装置２７０によれば、最終的な出力光の拡がり角を小さくすることができる。また、当該半導体レーザ装置２７０によれば、波長選択素子１０が設けられていることにより、最終的な出力光のスペクトル幅を小さくすることができる。また、波長選択素子１０及び光学素子９が１組のみでもよいので、当該半導体レーザ装置２７０の組立てや光軸調整が容易になる。
【０２２７】
（第１９実施例）
図５０Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第１９実施例の構成を示す平面図であり、図５０Ｂは、その側面図である。この第１９実施例に係る半導体レーザ装置２８０は、半導体レーザアレイ３、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７、波長選択素子１０、及び光学素子９を備える。
【０２２８】
第１５実施例に係る半導体レーザ装置２４０（図４１Ａ及び４１Ｂ）と比較すると、この第１９実施例に係る半導体レーザ装置２８０は、波長選択素子１０が反射型のラマンナス回折格子素子である点で相違する。この相違点を除き、当該半導体レーザ装置２８０の構成は、上述の第１５実施例に係る半導体レーザ装置２４０の構成と同じであるので説明を省略する。
【０２２９】
この第１９実施例において、波長選択素子１０は、光路変換素子７によって横断面が回転された各光束を受光して入射させ、その入射した光をラマンナス回折により反射させて、その回折光のうち特定波長の特定回折次数（例えば１次）の光を、該光を出射した活性層に帰還させ、特定波長の特定回折次数光以外の光（例えば０次光）を外部へ出力させる。
【０２３０】
このような半導体レーザ装置２８０において、半導体レーザアレイ３の各活性層３ａから出射する光束は、各活性層３ａからはｚ軸方向に拡がって出射するが、第１コリメータレンズ５により屈折されることでｚ軸方向については略平行光とされて、その後に光路変換素子７により横断面が略９０°回転させられる。この光路変換素子７を通過した各光束は、ｚ軸方向へ拡がって放射され、光学素子９または波長選択素子１０に入射する。
【０２３１】
そして、光学素子９で反射された光の少なくとも一部は、該光を出射した活性層３ａに帰還される。また、波長選択素子１０に入射した光のうち特定波長の特定回折次数光は、該光を出射した活性層３ａに帰還される。これにより、光学素子９と波長選択素子１０との間で外部共振器が形成されて、その共振器の内部に位置する活性層３ａにおいて誘導放出が起こり、レーザ発振が得られる。一方、波長選択素子１０に入射した光のうち特定波長の特定回折次数光以外は、当該半導体レーザ装置２８０の出力光として外部へ出射される。この半導体レーザ装置２８０でも、最終的な出力光は、拡がり角が小さく、スペクトル幅が狭い。
【０２３２】
（第２０実施例）
図５１Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第２０実施例の構成を示す平面図であり、図５１Ｂは、その側面図である。この第２０実施例に係る半導体レーザ装置２９０は、半導体レーザアレイ３、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７、第２コリメータレンズ８、波長選択素子１０、及び光学素子９を備える。
【０２３３】
第１６実施例に係る半導体レーザ装置２５０（図４６Ａ及び４６Ｂ）と比較すると、この第２０実施例に係る半導体レーザ装置２９０は、波長選択素子１０が反射型のラマンナス回折格子素子である点で相違する。この相違点を除き、当該半導体レーザ装置２９０の構成は、上述の第１６実施例に係る半導体レーザ装置２５０の構成と同じであるので説明を省略する。
【０２３４】
この第２０実施例において、波長選択素子１０は、光路変換素子７によって横断面が回転された各光束を受光して入射させ、その入射した光をラマンナス回折により反射させて、その回折光のうち特定波長の特定回折次数（例えば１次）の光を、該光を出射した活性層に帰還させ、特定波長の特定回折次数光以外の光（例えば０次光）を外部へ出力させる。
【０２３５】
このような半導体レーザ装置２９０において、半導体レーザアレイ３の各活性層３ａから出射する光束は、各活性層３ａからはｚ軸方向に拡がって出射するが、第１コリメータレンズ５により屈折されることでｚ軸方向については略平行光とされて、その後に光路変換素子７により横断面が略９０°回転させられる。この光路変換素子７を通過した各光束は、ｚ軸方向へ拡がって放射され、更に第２コリメータレンズ８により屈折されることで略平行光とされて、光学素子９又は波長選択素子１０に入射する。
【０２３６】
そして、光学素子９で反射された光の少なくとも一部は、該光を出射した活性層３ａに帰還される。また、波長選択素子１０に入射した光のうち特定波長の特定回折次数光は、該光を出射した活性層３ａに帰還される。これにより、光学素子９と波長選択素子１０との間で外部共振器が形成されて、その共振器の内部に位置する活性層３ａにおいて誘導放出が起こり、レーザ発振が得られる。一方、波長選択素子１０に入射した光のうち特定波長の特定回折次数光以外は、当該半導体レーザ装置２９０の出力光として外部へ出射する。この半導体レーザ装置２９０でも、最終的な出力光は、拡がり角が小さく、スペクトル幅が狭い。
【０２３７】
（第２１実施例）
図５２Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第２１実施例の構成を示す平面図であり、図５２Ｂは、その側面図である。この第２１実施例に係る半導体レーザ装置３００は、半導体レーザアレイスタック４、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７、第２コリメータレンズ８、波長選択素子１０、及び光学素子９を備える。
【０２３８】
第１７実施例に係る半導体レーザ装置２６０（図４７Ａ及び４７Ｂ）と比較すると、この第２１実施例に係る半導体レーザ装置３００は、波長選択素子１０が反射型のラマンナス回折格子素子である点で相違する。この相違点を除き、当該半導体レーザ装置３００の構成は、上述の第１７実施例に係る半導体レーザ装置２６０の構成と同じであるので説明を省略する。
【０２３９】
この第２１実施例において、波長選択素子１０は、光路変換素子７によって横断面が回転された各光束を受光して入射させ、その入射した光をラマンナス回折により反射させて、その回折光のうち特定波長の特定回折次数（例えば１次）の光を、該光を出射した活性層に帰還させ、特定波長の特定回折次数光以外の光（例えば０次光）を外部へ出力させる。
【０２４０】
この半導体レーザ装置３００は、半導体レーザアレイスタック４に含まれる複数の半導体レーザアレイ３それぞれについて、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７、第２コリメータレンズ８、波長選択素子１０及び光学素子９が１組設けられていて、この各組において上述の第２０実施例の場合と同様に動作する。この第２１実施例に係る半導体レーザ装置３００でも、最終的な出力光は、拡がり角が小さく、スペクトル幅が狭い。
【０２４１】
（第２２実施例）
図５３Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第２２実施例の構成を示す平面図であり、図５３Ｂは、その側面図である。この第２２実施例に係る半導体レーザ装置３１０は、半導体レーザアレイスタック４、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７、第２コリメータレンズ８、波長選択素子１０、及び光学素子９を備える。
【０２４２】
第２１実施例に係る半導体レーザ装置３００（図５２Ａ及び５２Ｂ）と比較すると、この第２２実施例に係る半導体レーザ装置３１０は、波長選択素子１０が一体化されている点で相違し、また、光学素子９が一体化されている点で相違する。この相違点を除き、当該半導体レーザ装置３１０の構成は、上述の第２１実施例に係る半導体レーザ装置３００の構成と同じである。
【０２４３】
この第２２実施例に係る半導体レーザ装置３１０は、第２１実施例の場合と同様に動作する。この半導体レーザ装置３１０でも、最終的な出力光は、拡がり角が小さく、スペクトル幅が狭い。また、波長選択素子１０及び光学素子９が１組のみでもよいので、当該半導体レーザ装置３１０の組立てや光軸調整が容易である。
【０２４４】
なお、この発明は上述の実施例に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、第１５及び第１６実施例それぞれにおいても、図４９に示されたような反射部と透過部とがｚ軸方向に沿って交互に基材上に設けられた光学素子が適用されてもよい。また、第１７及び第１８実施例それぞれにおいて、第２コリメータレンズを除いた構成としてもよく、この場合には光学素子及び波長選択素子それぞれは傾けて設けられるのが好ましい。
【０２４５】
（第２３実施例）
図５４Aは、この発明に係る半導体レーザ装置の第２３実施例の構成を示す平面図（ｚ軸方向から見た図）であり、図５４Bは、その側面図（ｙ軸方向から見た図）である。また、図５５は、この第２３実施例に係る半導体レーザ装置３２０に適用された半導体レーザアレイからの出射光のスペクトル（グラフＧ５５０）と、当該第２３実施例に係る半導体レーザ装置３２０からの出射光（当該半導体レーザ装置３２０における外部共振器を介して出射された光）のスペクトルである。
【０２４６】
この第２３実施例に係る半導体レーザ装置３２０は、第１実施例に係る半導体レーザ装置１００と同様に、半導体レーザアレイ３、第１コリメータレンズ５、及び光路変換素子７を備えるが、光学素子として第１実施例に係る半導体レーザ装置１００が反射ミラー９を備えるのに対し、当該半導体レーザ装置３２０が波長選択素子１０（反射率５０％のＰＤ−ＬＤ  Ｉｎｃ．製の製品ＬｕｘｘＭａｓｔｅｒＴＭ）を備える点で相異する。
【０２４７】
以上のような構造を有する第２３実施例に係る半導体レーザ装置３２０によっても、図５５に示されたように、当該半導体レーザ装置３２０から出力されるレーザ光（装置３２０内の外部共振器を経た光）は、波長選択素子１０においてブラッグ条件を満たす波長８０９ｎｍをピークとして、スペクトル幅が狭くなった。
【０２４８】
（第２４実施例）
図５６Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第２４実施例の構成を示す平面図（ｚ軸方向から見た図）であり、図５６Ｂは、その側面図（ｙ軸方向から見た図）である。この第２４実施例に係る半導体レーザ装置３３０は、上述の第２３実施例に係る半導体レーザ装置３２０は、ｚ軸方向に積層された構造を有する。すなわち、この第２４実施例に係る半導体レーザ装置３３０は、半導体レーザアレイスタック４、第１コリメータレンズ５、光路変換素子７、光学素子としての波長選択素子１０を備える。
【０２４９】
半導体レーザアレイスタック４は、第５実施例と同様の構成（図１７）を有する。半導体レーザアレイスタック４は、図１７に示されたように、複数の半導体レーザアレイ３と複数のヒートシンク４ｈとがｚ軸方向に沿って交互に配置された構造を有している。
【０２５０】
ヒートシンク４ｈは、半導体レーザアレイ３を冷却する。ヒートシンク４ｈは、銅製の平板状部材を組み合わせて形成した冷却水路を有している。冷却水は、この冷却水路内を循環する。
【０２５１】
各第１コリメータレンズ５は、第１実施例や第２３実施例と同様の構成（図６）を有している。第１コリメータレンズ５は、第１コリメータレンズ５の母線と対向する半導体レーザアレイ３の垂直方向（ｚ軸方向）とが直交するように設置する。このように設置されると、活性層３ａから出射された光束を第１コリメータレンズ５の母線に垂直な面内で屈折させ、平行化することができる。すなわち、第１コリメータレンズ５は、各活性層３ａから出射された光束の垂直方向（ｚ軸方向）の成分を屈折させ、平行化する。また、この平行化を効率良く行うために、第１コリメータレンズ５は活性層３ａと近接させて配置される。このため、第１コリメータレンズ５は、半導体レーザアレイ３と１対１に対応している。すなわち、第１コリメータレンズ５の設置数は、半導体レーザアレイ３の数に等しい。各第１コリメータレンズ５は、それぞれ一つの半導体レーザアレイ３と対向するように配置されている。したがって、一つの半導体レーザアレイ３の活性層３ａから出射する光束は、すべて一つの第１コリメータレンズ５に入射する。
【０２５２】
各光路変換素子７も、第１実施例や第２３実施例と同様の構成（図７）を有している。光路変換素子７は、第１コリメータレンズ５で平行化された光束の横断面をほぼ９０°回転させる。このため、光路変換素子７は、第１コリメータレンズ５と１対１に対応させて配置される。すなわち、各光路変換素子７は、それぞれ一つの第１コリメータレンズ５と対向するよう配置される。したがって、一つの第１コリメータレンズ５から出射されるすべての光束は、対応する一つの光路変換素子７に入射する。各光路変換素子７の各円柱面は、活性層３ａと１対１に対応している。したがって、一つの半導体レーザアレイ３の各活性層３ａから出射される光束は、すべて対応する一つの光路変換素子７に入射する。
【０２５３】
光学素子としての波長変換素子１０は、第１５実施例と同様の構成（図４２）を有しており、上記第２３実施例と同様に、反射率５０％のＰＤ−ＬＤ  Ｉｎｃ．製の製品ＬｕｘｘＭａｓｔｅｒＴＭが適用される。したがって、各波長選択素子１０は、光路変換素子７と１対１に対応させて配置され、半導体レーザアレイスタック４における各活性層３ａとともに外部共振器を構成している。
【０２５４】
以上のように、第２４実施例に係る半導体レーザ装置３３０では、半導体レーザアレイ３で発生したレーザ光が外部共振器光路で共振することで空間横モードが単一モードに近づき、空間横モードが単一モードに近ついたことで拡散角が小さくなったレーザ光を、外部へ出力することができる。このように、当該半導体レーザ装置３３０は、最終的な出力光の拡散角を小さくすることができる。
【０２５５】
以上の本発明の説明から、本発明を様々に変形しうることは明らかである。そのような変形は、本発明の思想および範囲から逸脱するものとは認めることはできず、すべての当業者にとって自明である改良は、以下の請求の範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【０２５６】
この発明は、拡がり角の小さなレーザ光、更には拡がり角が小さくかつスペクトル幅の小さいレーザ光を出射させる半導体レーザ装置に適している。
【図面の簡単な説明】
【０２５７】
【図１】図１Ａは、半導体レーザから出射される光束の垂直方向（ｚ軸方向）の拡がり角を示す側面図であり、図１Ｂは、その光束の水平方向（ｙ軸方向）の拡がり角を示す平面図である。
【図２】図２Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第１実施例の構成を示す平面図であり、図２Ｂは、その側面図である。
【図３】図３は、半導体レーザアレイ及び該半導体レーザアレイから出射される光束を示す斜視図である。
【図４】図４Ａは、半導体レーザアレイの前端面（光出射面）を示す図であり、図４Ｂは、活性層の前端面を示す図である。
【図５】図５は、第１実施例に係る半導体レーザ装置に適用される半導体レーザアレイからの出射光の水平方向（ｙ軸方向）における光強度分布である。
【図６】図６は、第１実施例に係る半導体レーザ装置に適用される第１コリメータレンズの構成を示す斜視図である。
【図７】図７は、第１実施例に係る半導体レーザ装置に適用される光路変換素子の構成を示す斜視図である。
【図８】図８は、第１実施例に係る半導体レーザ装置に適用される光学素子の構成を示す斜視図である。
【図９】図９Ａは、活性層で発生した光の出射時の横断面（出射パターン）を示し、図９Ｂは、第１コリメータレンズを通過した後の光束の横断面を示し、そして、図９Ｃは、光路変換素子を通過した後の当該光束の横断面を示している。
【図１０】図１０は、第１実施例に係る半導体レーザ装置から出射される光束の水平方向（ｙ軸方向）における光強度分布である。
【図１１】図１１Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第２実施例の構成を示す平面図であり、図１１Ｂは、その側面図である。
【図１２】図１２は、第２実施例に係る半導体レーザ装置に適用される半導体レーザアレイからの出射光の水平方向（ｙ軸方向）における光強度分布である。
【図１３】図１３Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第３実施例の構成を示す平面図であり、図１３Ｂは、その側面図である。
【図１４】図１４は、第２コリメータレンズの構成を示す斜視図である。
【図１５】図１５Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第４実施例の構成を示す平面図であり、図１５Ｂは、その側面図である。
【図１６】図１６Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第５実施例の構成を示す平面図であり、図１６Ｂは、その側面図である。
【図１７】図１７は、半導体レーザアレイスタックの構造を示す斜視図である。
【図１８】図１８Ａ〜１８Ｃは、第４実施例に係る半導体レーザ装置の変形例を示す側面図である。
【図１９】図１９Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第６実施例の構成を示す平面図であり、図１９Ｂは、その側面図である。
【図２０】図２０は、第６実施例に係る半導体レーザ装置に適用される半導体レーザアレイからの出射光の水平方向（ｙ軸方向）における光強度分布である。
【図２１】図２１は、第６実施例に係る半導体レーザ装置に適用される反射ミラーの構成を示す斜視図である。
【図２２】図２２は、第６実施例に係る半導体レーザ装置からの出射光の垂直方向（ｚ軸方向）における光強度分布グラフである。
【図２３】図２３Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第７実施例の構成を示す平面図であり、図２３Ｂは、その側面図である。
【図２４】図２４Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第８実施例の構成を示す平面図であり、図２４Ｂは、その側面図である。
【図２５】図２５は、第８実施例に係る半導体レーザ装置の変形例を示す側面図である。
【図２６】図２６Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第９実施例の構成を示す平面図であり、図２６Ｂは、その側面図である。
【図２７】図２７は、第９実施例に係る半導体レーザ装置に適用される半導体レーザアレイからの出射光の水平方向（ｙ軸方向）における光強度分布である。
【図２８】図２８は、第９実施例に係る半導体レーザ装置に適用される光学素子の構成を示す斜視図である。
【図２９】図２９Ａは、活性層で発生した光束が第１コリメータレンズに入射する前の横断面（出射パターン）を示し、図２９Ｂは、第１コリメータレンズを通過した後の光束の横断面を示し、そして、図２９Ｃは、光路変換素子７を通過した後の当該光束の横断面を示す図である。
【図３０】図３０は、第９実施例に係る半導体レーザ装置からの出射光の垂直方向（ｚ軸方向）における光強度分布である。
【図３１】図３１は、この発明に係る半導体レーザ装置の第１０実施例の構成を示す側面図である。
【図３２】図３２Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第１１実施例の構成を示す平面図であり、図３２Ｂは、その側面図である。
【図３３】図３３は、第１１実施例に係る半導体レーザ装置に適用される半導体レーザアレイからの出射光の水平方向（ｙ軸方向）における光強度分布である。
【図３４】図３４は、第１１実施例に係る半導体レーザ装置に適用される半導体レーザアレイからの出射光のスペクトルである。
【図３５】図３５Aは、活性層で発生した光束が第1コリメータレンズに入射する前の横断面（出射パターン）を示し、図３５Bは、第1コリメータレンズを通過した後の光束の横断面を示し、そして、図３５Cは、光路変換素子７を通過した後の当該光束の横断面を示す図である。
【図３６】図３６は、第１１実施例に係る半導体レーザ装置からの出射光の垂直方向（ｚ軸方向）における光強度分布である。
【図３７】図３７は、第１１実施例に係る半導体レーザ装置１からの出射光のスペクトルである。
【図３８】図３８Aは、この発明に係る半導体レーザ装置の第１２実施例の構成を示す平面図であり、図３８Bは、その側面図である。
【図３９】図３９Aは、この発明に係る半導体レーザ装置の第１３実施例の構成を示す平面図であり、図３９Bは、その側面図である。
【図４０】図４０Aは、この発明に係る半導体レーザ装置の第１４実施例の構成を示す平面図であり、図４０Bは、その側面図である。
【図４１】図４１Aは、この発明に係る半導体レーザ装置の第１５実施例の構成を示す平面図であり、図４１Bは、その側面図である。
【図４２】図４２は、第１５実施例に係る半導体レーザ装置に適用される波長選択素子の構成を示す斜視図である。
【図４３】図４３Aは、活性層で発生した光束が第1コリメータレンズに入射する前の横断面（出射パターン）を示し、図４３Bは、活性層から出射した光束が第1コリメータレンズを通過した後の当該光束の横断面を示し、そして、図４３Cは、第1コリメータレンズを通過した光束が光路変換素子を通過した後の当該光束の横断面を示す図である。
【図４４】図４４は、第１５実施例に係る半導体レーザ装置に適用された半導体レーザアレイの活性層で発生する光のスペクトルである。
【図４５】図４５は、第１５実施例に係る半導体レーザ装置に適用された波長選択素子を透過した光のスペクトルである。
【図４６】図４６Aは、この発明に係る半導体レーザ装置の第１６実施例の構成を示す平面図であり、図４６Bは、その側面図である。
【図４７】図４７Aは、この発明に係る半導体レーザ装置の第１７実施例の構成を示す平面図であり、図４７Bは、その側面図である。
【図４８】図４８Aは、この発明に係る半導体レーザ装置の第１８実施例の構成を示す平面図であり、図４８Bは、その側面図である。
【図４９】図４９は、第１８実施例に係る半導体レーザ装置に適用される光学素子の構成を示す斜視図である。
【図５０】図５０Aは、この発明に係る半導体レーザ装置の第１９実施例の構成を示す平面図であり、図５０Bは、その側面図である。
【図５１】図５１Aは、この発明に係る半導体レーザ装置の第２０実施例の構成を示す平面図であり、図５１Bは、その側面図である。
【図５２】図５２Aは、この発明に係る半導体レーザ装置の第２１実施例の構成を示す平面図であり、図５２Bは、その側面図である。
【図５３】図５３Aは、この発明に係る半導体レーザ装置の第２２実施例の構成を示す平面図であり、図５３Bは、その側面図である。
【図５４】図５４Aは、この発明に係る半導体レーザ装置の第２３実施例の構成を示す平面図であり、図５４Bは、その側面図である。
【図５５】図５５は、第２３実施例に係る半導体レーザ装置に適用された半導体レーザアレイからの出射光のスペクトルと、当該第２３実施例に係る半導体レーザ装置における外部共振器からの出射光のスペクトルである。
【図５６】図５６Ａは、この発明に係る半導体レーザ装置の第２４実施例の構成を示す平面図であり、図５６Ｂは、その側面図である。
【符号の説明】
【０２５８】
１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０、２７０、２８０、２９０、３００、３１０、３２０、３３０…半導体レーザ装置。
【国際調査報告】
2004100331.tif 000059
2004100331.tif 000060
2004100331.tif 000061
2004100331.tif 000062