(57)【要約】      （修正有）【課題】反射型波長分散素子を使用した場合でも光ビームが波長重畳された、高光出力の半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】半導体レーザ装置は、互いに異なる波長の光ビーム１１ａ，１１ｂ，１１ｃを放射する複数の半導体レーザ素子１ａ，１ｂ，１ｃと、各発光点２ａ、２ｂ、２ｃから放射される光ビームを、波長依存の回折角で反射する反射型波長分散素子６と、半導体レーザ素子の端面とともに外部共振器を構成し、反射型波長分散素子で回折した光ビーム１２を部分的に反射する部分反射ミラー７と、各発光点から放射される光ビームを反射型波長分散素子上で重畳させるためのビーム結合素子４と、反射型波長分散素子に入射する光ビームおよび反射型波長分散素子で回折した光ビームが通過するように配置され、部分反射ミラーに入射する光ビームが平行になるように光ビームの発散角を補正するためのビーム発散角補正素子５とを備える。【選択図】図１
2016096333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる波長の光ビームを放射する複数の発光点を有する半導体レーザ素子と、
各発光点から放射される光ビームを、波長依存の回折角で反射する反射型波長分散素子と、
前記半導体レーザ素子の端面とともに外部共振器を構成し、前記反射型波長分散素子で回折した光ビームを部分的に反射する部分反射ミラーと、
前記半導体レーザ素子の出射側に配置され、各発光点から放射される光ビームを前記反射型波長分散素子の上で重畳させるためのビーム結合素子と、
前記反射型波長分散素子に入射する光ビームおよび前記反射型波長分散素子で回折した光ビームが通過するように配置され、前記部分反射ミラーに入射する光ビームが平行になるように光ビームの発散角を補正するためのビーム発散角補正素子と、を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
複数の発光点は、第１方向に沿って直線状に配置されており、
前記ビーム結合素子は、第１方向にのみ屈折力を有する円筒レンズを含むことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記ビーム発散角補正素子は、第１方向にのみ屈折力を有する円筒レンズを含む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４】
前記ビーム発散角補正素子から前記部分反射ミラーまでの距離は、前記ビーム発散角補正素子の第１方向の焦点距離をｆｂとして、０．６×ｆｂより大きく、１．４×ｆｂより小さいことを特徴とする請求項３記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記ビーム発散角補正素子の第１方向の焦点距離は、発光点から前記ビーム発散角補正素子までの距離の２倍以上であることを特徴とする請求項３記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記反射型波長分散素子は、各発光点から放射される光ビームの光軸を含む面と交差する方向に傾斜していることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
前記ビーム発散角補正素子と前記部分反射ミラーの間に配置され、第１方向に屈折率を有するレンズをさらに備えることを特徴とする請求項２，３，６のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
【請求項８】
前記ビーム発散角補正素子は、光軸周りに等方的なレンズであることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに異なる波長の光ビームを重畳させる半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体レーザ装置（例えば、特許文献１）では、半導体レーザバーの各発光点の直後にレンズを配置することにより各発光点からのビームを波長分散素子に集光し、波長分散素子の近傍にレンズを配置することにより各ビームを平行化し、波長分散素子の波長分散性により各発光点からのビームを重畳し、重畳したビームに対して部分透過ミラーを設置して外部共振器を形成することにより、装置から出力されるビームの輝度を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１３／０２１５５１７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
こうした波長結合外部共振器型半導体レーザ装置において、反射型の波長分散素子を使用した場合、波長分散素子へ入射する光ビームと、波長分散素子から回折して反射する光ビームとの間の分離角度が小さいために、波長分散素子の近傍にビーム平行化素子を配置することができないという課題がある。
【０００５】
本発明の目的は、半導体レーザバーの各発光点の直後にビーム結合素子を配置することにより各発光点からのビームを波長分散素子に集光する半導体レーザ装置において、波長分散素子に反射型の素子を使用した場合でも光ビームの波長重畳を実現でき、これにより小型で高効率な半導体レーザ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体レーザ装置は、
互いに異なる波長の光ビームを放射する複数の発光点を有する半導体レーザ素子と、
各発光点から放射される光ビームを、波長依存の回折角で反射する反射型波長分散素子と、
前記半導体レーザ素子の端面とともに外部共振器を構成し、前記反射型波長分散素子で回折した光ビームを部分的に反射する部分反射ミラーと、
前記半導体レーザ素子の出射側に配置され、各発光点から放射される光ビームを前記反射型波長分散素子上で重畳させるためのビーム結合素子と、
前記反射型波長分散素子に入射する光ビームおよび前記反射型波長分散素子で回折した光ビームが通過するように配置され、前記部分反射ミラーに入射する光ビームが平行になるように光ビームの発散角を補正するためのビーム発散角補正素子と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、反射型波長分散素子に入射する光ビームおよび反射型波長分散素子で回折した光ビームがビーム発散角補正素子を通過するように構成することによって、外部共振器の小型化が図られる。また透過型波長分散素子よりも高い回折効率を望める反射型波長分散素子を用いることができるため、発振効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１による半導体レーザ装置を示す構成図であり、図１（ａ）は側面図、図１（ｂ）は平面図である。
【図２】本発明の実施の形態２による半導体レーザ装置を示す構成図であり、図２（ａ）は側面図、図２（ｂ）は平面図である。
【図３】本発明の実施の形態３による半導体レーザ装置を示す構成図であり、図３（ａ）は断面図、図３（ｂ）は平面図である。
【図４】本発明の実施の形態４による半導体レーザ装置を示す構成図であり、図４（ａ）は断面図、図４（ｂ）は平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による半導体レーザ装置を示す構成図であり、図１（ａ）は側面図、図１（ｂ）は平面図である。半導体レーザ装置は、複数の半導体レーザ素子１ａ，１ｂ，１ｃと、ビーム平行化光学系３と、ビーム結合素子４と、ビーム発散角補正素子５と、反射型波長分散素子６と、部分反射ミラー７などを備え、反射型波長分散素子６の波長分散効果を用いて、半導体レーザ素子１ａ，１ｂ，１ｃの各発光点２ａ，２ｂ，２ｃから放射され、互いに異なる波長の光ビーム１１ａ，１１ｂ，１１ｃを１本の光ビーム１２に重畳するように構成される。ここでは、３つの半導体レーザ素子を使用した場合を例示するが、２つまたは４つ以上の半導体レーザ素子でも同様に本発明は適用できる。
【００１０】
以下、理解容易のため、半導体レーザ素子１ａ〜１ｃの配列方向をＸ方向とし、光ビーム１１ｂの進行方向をＺ方向とし、Ｘ方向およびＺ方向に垂直な方向をＹ方向とする。
【００１１】
半導体レーザ素子１ａ〜１ｃは、半導体結晶を通電することによって、電子と正孔の再結合により光を発生する。半導体結晶には、対向する２つの端面が形成される。一般の半導体レーザ素子は、これらの２つの端面を共振器ミラーとして使用する内部共振器型として構成される。一方、本実施形態に係る半導体レーザ素子１ａ〜１ｃは、後方の端面を第１共振器ミラーとして使用し、外部の部分反射ミラー７を第２共振器ミラーとして使用する外部共振器型として構成される。この場合、後方の端面は高反射コーティングが施され、前方の端面は無反射コーティングが施されることが好ましい。こうした外部共振器は、Ｘ方向およびＹ方向についてレーザ共振条件を満足している。
【００１２】
また、半導体レーザ素子１ａ〜１ｃは、１つのチップが１つの発光点（エミッタ）を有する個別素子（いわゆるシングルエミッタ半導体レーザ）として構成してもよく、あるいは、１つのチップが２つ以上の発光点を有する集積素子（いわゆる半導体レーザバー）として構成してもよい。
【００１３】
発光点２ａ〜２ｃから放射した光ビーム１１ａ〜１１ｃは、図１に示した光軸に沿って伝搬するが、そのビーム幅および発散角はＸ方向とＹ方向で独立している。一般の半導体レーザ素子から発生する光の発散角は異方性があり、Ｙ方向には急速に発散し、Ｘ方向には緩やかに発散する。光ビームの品質を示すビームプロダクトパラメータ（ＢＰＰ：ビーム半径とビーム発散角の積）は、Ｙ方向でほぼ回折限界であるのに対し、Ｘ方向は回折限界の１０倍程度であるのが一般的である。
【００１４】
ビーム平行化光学系３は、半導体レーザ素子１ａ〜１ｃの各発光点２ａ〜２ｃから放射される光ビーム１１ａ〜１１ｃを平行化する機能を有し、例えば、円筒レンズ、球面レンズ、非球面レンズ、曲率を有するミラーまたはこれらの組合せによって構成される。上述のように、半導体レーザ素子から放射される光ビームの発散角は、異方性があり、即ち、Ｘ方向発散角とＹ方向発散角とが異なる。従って、ビーム平行化光学系３は、複数枚のレンズまたは曲率ミラーを組み合わせて、光ビームのＸ方向発散角およびＹ方向発散角がほぼゼロになるように、Ｘ方向パワーとＹ方向パワーとが異なる光学系を構成することが好ましい。またビーム平行化光学系３は、ビーム回転光学系（例えば、シリンドリカルレンズアレイ（特開２０００−１３７１３９号の図２参照）、反射鏡アレイ（国際公開第９８／０８１２８号参照）など）を含んでもよい。発光点から放射された異方性を持つ光ビームは、こうしたビーム回転光学系を通過することによって、光軸に垂直な面内で約９０度回転する。
【００１５】
ビーム結合素子４は、半導体レーザ素子１ａ〜１ｃの出射側、好ましくは各発光点２ａ〜２ｃの近傍に配置され、各発光点から放射される光ビームを反射型波長分散素子６上で空間的に重畳させる機能を有し、例えば、円筒レンズ、球面レンズ、非球面レンズ、曲率を有するミラーまたはこれらの組合せによって構成され、好ましくはＸ方向にのみ屈折力を有し、Ｙ方向パワーがゼロである円筒レンズを含む。
【００１６】
ビーム結合素子４のＸ方向焦点距離をｆａとして、反射型波長分散素子６を発光点２からほぼｆａの距離に配置することによって、発光点２ａ〜２ｃより出射した光ビーム１１ａ〜１１ｃは、反射型波長分散素子６上で空間的に重畳される。このとき、発光点２ａ〜２ｃとビーム結合素子４の間の距離は焦点距離ｆａよりも十分短いため、発光点より出射した光ビームの発散角は、ビーム結合素子４によって殆ど影響を受けなくなる。
【００１７】
前述のように、光ビーム１１ａ〜１１ｃは、ビーム平行化光学系３を通過した時点で平行化されるが、ビーム平行化光学系３から反射型波長分散素子６までの距離がビーム平行化光学系３の出射後の光ビームのレイリー長よりも十分長く、そして、ビーム結合素子４により光ビームの発散角は殆ど影響を受けないことから、光ビーム１１ａ〜１１ｃは再度発散しながら伝搬するようになる。
【００１８】
ビーム発散角補正素子５は、部分反射ミラー７に入射する光ビーム１２が平行になるように光ビームの発散角を補正する機能を有し、例えば、円筒レンズ、球面レンズ、非球面レンズ、曲率を有するミラーまたはこれらの組合せによって構成され、好ましくはＸ方向にのみ屈折力を有し、Ｙ方向パワーがゼロである円筒レンズを含む。
【００１９】
ビーム発散角補正素子５のＸ方向焦点距離をｆｂとして、発光点２ａ〜２ｃから距離ｆｂの位置にビーム発散角補正素子５を設置することによって、光ビーム１１ａ〜１１ｃの発散角が補正され、光ビームは平行化される。ここで、ビーム結合素子４を用いて反射型波長分散素子６上の一点に重畳された光ビーム１１ａ〜１１ｃがずれることを防ぐため、ビーム発散角補正素子５は反射型波長分散素子６の近傍に配置されることが好ましく、ｆａとｆｂはできるだけ等しい長さとすることが好ましい。また、反射型波長分散素子６上において複数のビーム１１ａ〜１１ｃを完全に重畳させるためには、ビーム結合素子４の位置を少しずらして位置決めすることが好ましい。
【００２０】
反射型波長分散素子６は、互いに異なる波長の光ビーム１１ａ〜１１ｃを波長依存の回折角で反射する機能を有し、例えば、波長未満のピッチで周期的に配列した凹凸状の格子パターンを有する反射型回折格子によって構成される。反射型波長分散素子６上に重畳された複数の光ビーム１１ａ〜１１ｃは、各波長に応じて異なる角度で回折するため、これらの回折角の差に対応して予め入射角をずらしておくことによって、単一の光ビーム１２に重畳することができる。
【００２１】
ここで、ＺＸ面に関して、反射型波長分散素子６の配置角度Θは、反射型波長分散素子６に対する複数の光ビーム１１ａ〜１１ｃのいずれか１つの入射角αと、重畳された光ビーム１２の回折角βとがほぼ等しくなるように設定することが好ましい。このように入射角αと回折角βの角度がほぼ等しくなる配置は、一般にリトロー配置と呼ばれ、反射型波長分散素子６の回折効率が最も高くなる。
【００２２】
なお、反射型波長分散素子６を完全にリトロー配置とすると、光ビーム１１ａ〜１１ｃと重畳された光ビーム１２との分離が困難になる。そのため、ＹＺ面に関して反射型波長分散素子６を僅かに傾斜させて、光ビーム１２がＺＸ面に対して傾くように配置することが好ましく、これにより光ビーム１１ａ〜１１ｃと光ビーム１２との分離が可能になる。反射型波長分散素子６の傾斜角Ψは大きくなり過ぎると、回折効率が低下することが本発明者らの実験により判明しており、その結果、傾斜角Ψは５°以下であることが好ましい。反射型波長分散素子６の傾斜方向は、図１（ｂ）に示すようにＹＺ面内で傾斜させてもよく、及び／又は、ＸＹ面内で傾斜させてもよく、これにより光ビーム１２がＺＸ面に対して傾くように設定できる。
【００２３】
反射型波長分散素子６としては、反射型回折格子が用いられる。透過型回折格子では、回折光が透過する際、格子パターンが形成されていない裏面での反射ロスが発生する。一方、反射型回折格子では、こうした裏面反射ロスが生じないため、透過型と比べて高い回折効率が得られる。特に、格子パターンが形成された誘電体多層膜を有する反射型回折格子を使用した場合、波長９６０ｎｍ〜１０００ｎｍという広帯域のビームに対して、溝本数密度が１８５０本／ｍｍ程度である非常に高密度の回折格子であっても理論的には９５％以上の回折効率が得られる。
【００２４】
反射型波長分散素子６により回折角βで回折し重畳された光ビーム１２は、反射型波長分散素子６の近傍に配置されたビーム発散角補正素子５に再度入射する。ビーム発散角補正素子５はＸ方向焦点距離ｆｂを有しており、光ビーム１２はビーム発散角補正素子５に入射する際に平行化されている。そのためビーム発散角補正素子５を通過した光ビーム１２は、ビーム発散角補正素子５から距離ｆｂの位置でビームウエストとなるように集光される。
【００２５】
このとき、光ビーム１２のビームウエスト付近に部分反射ミラー７を配置することにより、部分反射ミラー７に入射する光ビーム１２はほぼ平行になる。その結果、半導体レーザ素子１ａ〜１ｃの後方端面と部分反射ミラー７との間で安定した光共振器が得られる。光ビーム１２の一部は、部分反射ミラー７を通過してレーザ出力２１として取り出され、一方、光ビーム１２の残部は、部分反射ミラー７で反射され、反射型波長分散素子６を経由して半導体レーザ素子１ａ〜１ｃの発光点２ａ〜２ｃに向けて逆向きに伝搬することにより、レーザ発振の動作に寄与する。安定した光共振器を実現するために、部分反射ミラー７の位置は、ビーム発散角補正素子５から０．６×ｆｂ〜１．４×ｆｂの範囲が好ましく、さらに０．８×ｆｂ〜１．２×ｆｂの範囲がより好ましい。
【００２６】
この外部共振器が成立している状態では、部分反射ミラー７と反射型波長分散素子６との間には、重畳された光ビーム１２が伝搬する１本の光軸が形成され、一方、反射型波長分散素子６と各発光点２ａ〜２ｃとの間には、光ビーム１１ａ〜１１ｃが個々に伝搬する３本の光軸が形成される。従って、これらの光軸が成り立つように、各発光点２ａ〜２ｃでのレーザ発振波長が一意的に決定される。即ち、外部共振器が成立している場合、図１において、光ビーム１１ａ〜１１ｃが重畳されて光ビーム１２となるように、発光点２ａ，２ｂ，２ｃでの発振波長λａ，λｂ，λｃが互い異なるように一意的に決定される（λａ≠λｂ≠λｃ≠λａ）。
【００２７】
このように発光点２ａ〜２ｃから３本の光ビーム１１ａ〜１１ｃが重畳されて１本の光ビーム１２となり、部分反射ミラー７からレーザ出力２１として取り出すことによって、輝度を約３倍にすることが可能である。なお、半導体レーザ素子および発光点の数を増加させることによって、輝度をより向上させることが可能である。
【００２８】
本実施形態では、ビーム発散角補正素子５を反射型波長分散素子６の近傍に配置し、反射型波長分散素子６の入射前および反射後で光ビームがビーム発散角補正素子５を通過する構成について説明した。しかしながら、反射型波長分散素子６の近傍ではなく、光ビーム１２が光ビーム１１ａ〜１１ｃから充分に分離された位置、即ち、光ビーム１２だけが通過するようにビーム発散角補正素子５を設置することによっても外部共振器を構成することも可能であるが、その場合はビーム発散角補正素子５の焦点距離が非常に長くなってしまう。本発明者らの実験結果によると、ビーム発散角補正素子５の焦点距離が長くなるほど、共振器損失が増大し、レーザ出力２１が低下することが判明している。
【００２９】
また、光ビーム１１ａ〜１１ｃと重畳された光ビーム１２との分離角度を大きく確保すれば、反射型波長分散素子６の近傍にビーム発散角補正素子５を配置することは一応可能であるが、その場合はリトロー配置ではなくなり、回折効率が低下し、レーザ出力２１が低下してしまう。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態では、複数の発光点２ａ〜２ｃから出射した複数のビーム１１ａ〜１１ｃを、発光点の近傍に配置したビーム結合素子４を用いて反射型波長分散素子６上で一点に重畳し、１本の光ビーム１２に変換する半導体レーザ装置において、ビーム発散角補正素子５を反射型波長分散素子６の近傍に配置した状態で外部共振器を構成することが可能になる。そのため、ビーム発散角補正素子５の焦点距離を短くすることが可能になり、共振器損失を低減できる。また透過型波長分散素子よりも高い回折効率を望める反射型波長分散素子６を用いることによって、レーザ出力２１が大きく増加し、発振効率が向上する。さらには発光点の近傍にビーム結合素子４を配置できるため装置を小型化できるという顕著な効果を奏する。
【００３１】
実施の形態２．
図２は本発明の実施の形態２による半導体レーザ装置を示す構成図であり、図２（ａ）は側面図、図２（ｂ）は平面図である。図２において、図１と同一符号は、同一または類似の部分を示している。実施の形態１では、ビーム発散角補正素子５のＸ方向焦点距離を、発光点からビーム発散角補正素子までの距離ｆｂに対応させていたが、本実施形態では、ビーム発散角補正素子３１のＸ方向焦点距離ｆｃを該距離ｆｂの約２倍以上とし（ｆｃ≧２×ｆｂ）、重畳された光ビーム１２がビーム発散角補正素子３１を通過する際に平行になるような構成を採用している。
【００３２】
ここで、ビーム発散角補正素子３１のＸ方向焦点距離ｆｃについて検討する。本実施形態において、特定の発散角を有する光ビーム１１ａ〜１１ｃがビーム発散角補正素子３１を通過し、続いて反射型波長分散素子６で回折され、これにより重畳された光ビーム１２が再度ビーム発散角補正素子３１を通過する際に、光ビーム１２が平行化される。即ち、特定の発散角を有する光ビームをビーム発散角補正素子３１に２回通過させることによって、光ビームを平行化している。
【００３３】
ビーム発散角補正素子３１のＸ方向焦点距離ｆｃを求めるためには、２枚のビーム発散角補正素子３１が距離２Ｌの間隔で配置されたとしたときの結合焦点距離Ｆａｌｌ（２枚の発散角補正素子を組み合わせた焦点距離）を考えればよい。結合焦点距離Ｆａｌｌは以下の式（１）で求めることができる。
【００３４】
【数１】
2016096333.tif 000003
【００３５】
ビーム発散角補正素子３１から、式（１）で求めた結合焦点までの距離Ｓは、式（２）で求めることができる。
【００３６】
【数２】
2016096333.tif 000004
【００３７】
外部共振器を成立させるためには、Ｓ＞ｆｂであることが好ましいため、ｆｃは下記の式（３）のように求められる。
【００３８】
【数３】
2016096333.tif 000005
【００３９】
次に、式（３）について具体的に検討する。一例として、ｆｂ＝５５０ｍｍ、Ｌ＝５０ｍｍを式（３）に代入すると、ｆｃ＞１１５２．２６８ｍｍとなる。従って、ビーム発散角補正素子３１として上記結果を満足する焦点距離ｆｃのものを使用すればよい。
【００４０】
以上のように、本実施形態では、ビーム発散角補正素子３１の焦点距離ｆｃを、発光点からビーム発散角補正素子までの距離ｆｂの約２倍以上とすることにより、ビーム発散角補正素子３１を通過した後の重畳光ビーム１２を平行化することができる。そのため、ビーム発散角補正素子３１の後方における部分反射ミラー７の位置を任意に設定することができる。その結果、装置構成の自由度および配置裕度が格段に増加し、設計および組立の簡略化が図られる。さらに部分反射ミラー７上での光ビーム１２のビーム径が大きくなるため、パワー密度が減少し、装置の信頼性も高くなるという顕著な効果を奏する。
【００４１】
実施の形態３．
図３は本発明の実施の形態３による半導体レーザ装置を示す構成図であり、図３（ａ）は側面図、図３（ｂ）は平面図である。図３において、図１と同一符号は、同一または類似の部分を示している。
【００４２】
本実施の形態３の効果を説明するために、まずは、比較対象である実施の形態１における部分反射ミラー７の設置場所に関する制限を改めて説明する。
【００４３】
実施の形態１では、ビーム発散角補正素子５を用いて、反射型波長分散素子６に入射するビーム１１ａ，１１ｂ，１１ｃの各ビームをそれぞれＸ方向にほぼ平行化する。反射型波長分散素子６により回折され、再びビーム発散角補正素子５に入射され形成される重畳光ビーム１２は、Ｘ方向に集光されるが、そのビームウエストの近辺に部分反射ミラー７を設置している。このビームウエストの位置は、ビーム発散角補正素子５からビーム発散角補正素子５の焦点距離ｆｂ離れた所であるから、図１からも明らかなように、部分反射ミラー７は半導体レーザ素子１の近辺に設置されることになる。
【００４４】
半導体レーザ素子１ａ〜１ｃの周囲には、ビーム平行化光学系３およびビーム結合素子４が設置され、さらに半導体レーザ素子１には給電するための配線（不図示）が設置される。これらの部品設置のために、部分反射ミラー７およびその角度調整機構を設置することが困難であることがある。そこで、十分な設置スペースを確保するために、反射型波長分散素子６の傾斜角Ψを大きくすると、反射型波長分散素子６の回折効率が低下し、得られるレーザ出力も低下する傾向がある。
【００４５】
この対策として、本実施の形態３では、反射型波長分散素子６と部分反射ミラー７の間に、Ｘ方向リレーレンズ４１を設置している。Ｘ方向リレーレンズ４１はＸ方向にのみ屈折力を持ち、そのＸ方向の焦点距離はｆｄであり、Ｙ方向の屈折力はゼロである。Ｘ方向リレーレンズ４１は、反射型波長分散素子６とＸ方向リレーレンズ４１との距離がほぼｆｂ＋ｆｄ＋Ｌとなる位置に設置される。部分反射ミラー７は、Ｘ方向リレーレンズ４１からの距離がｆｄとなる位置の近辺に設置される。よって反射型波長分散素子６と部分反射ミラー７との距離は、およそｆｂ＋２×ｆｄ＋Ｌとなる。本素子間の距離条件を満たすとき、部分反射ミラー７上には、Ｘ方向のビームウエストが形成され、安定な発振が可能となる。部分反射ミラー７と半導体レーザ素子１の距離は、およそ２×ｆｄであるから、ｆｄすなわちＸ方向リレーレンズ４１の焦点距離を適切に設定することで、反射型波長分散素子６の傾斜角Ψに依らず、部分反射ミラー７およびその調整機構を設置するためのスペースを十分確保することが可能となる。
【００４６】
以上のように、本実施の形態によれば、反射型波長分散素子６の傾斜角Ψを小さく維持しながら、高い回折効率を得ることができる。その結果、高いレーザ出力と調整及び組立の容易性を両立可能であるという顕著な効果を奏する。
【００４７】
実施の形態４．
図４は本発明の実施の形態４による半導体レーザ装置を示す構成図であり、図４（ａ）は側面図、図４（ｂ）は平面図である。図４において、図１と同一符号は、同一または類似の部分を示している。
【００４８】
本実施の形態４と実施の形態１〜３との差異は、ビーム発散角補正素子５１が、光軸周りに等方的な球面レンズ、即ち、Ｘ方向およびＹ方向に同等の屈折力を有するレンズであることである。他の実施の形態１〜３におけるビーム発散角補正素子５，３１は、Ｘ方向にのみ屈折力を有するシリンドリカルレンズであるが、本実施の形態４におけるビーム発散角補正素子５１を球面レンズにすることにより、Ｙ方向にも屈折力を有する。
【００４９】
半導体レーザ素子１から反射型波長分散素子６に向かう光ビーム１１と、ビーム発散角補正素子５１の中心はＹ方向にずらして設置する（以下ずらし量をδとする。図４（ｂ）参照）。このとき、ビーム発散角補正素子５１のＹ方向の屈折力によって、ビームはＹ方向に偏向される。偏向される角度は、ビーム発散角補正素子５１の焦点距離ｆｂと上記ずらし量δとを用いて、
Ｙ方向偏向角度＝ｔａｎ―１（δ／ｆｂ）…（４）
で表わされる。
【００５０】
光ビーム１１がＹ方向に偏向されて反射型波長分散素子６に入射するので、反射型波長分散素子６からの出射光は、図４（ｂ）に示すようにＹ方向に逆向き方向に進む。即ち、反射型波長分散素子６を傾斜せずに鉛直方向に設置した場合でも、反射型波長分散素子６への入射ビーム（光ビーム１１ａ，１１ｂ，１１ｃ）と出射ビーム（重畳光ビーム１２）の光路が分離しやすくなる。反射型波長分散素子６を傾斜させないため、回折効率の低下を抑制可能である。一方、反射型波長分散素子６を傾斜配置すると、光の進行方向に対して分散軸が傾斜することによってＹ方向の出射角が波長に依存して変化する。本効果は傾斜角Ψが小さいほど小さいが、外部共振器からのレーザ出力のビーム品質（集光性）をわずかながらにでも劣化させる。本実施の形態によると本現象による集光性の劣化を抑制することが可能になり、結果的に高出力でビーム品質の良いレーザ出力を得ることが可能となる。
【００５１】
ｆｂ＝Ｌとなるときは、光ビーム１１と重畳された光ビーム１２は平行ビームとなる。ｆｂ≠Ｌの時には、光ビーム１１と重畳された光ビーム１２は平行にはならず、ビームはＹ方向に発散角を有するので、この発散角を補正して部分反射ミラー７への入射ビームを平行化するために、Ｙ方向リレーレンズ５２を挿入してもよい。また、部分反射ミラー７の距離を調整するために、さらに実施の形態３と同様にＸ方向リレーレンズを設置してもよいし、Ｘ方向およびＹ方向の双方に屈折力を持たせ、Ｘ方向リレーレンズとＹ方向リレーレンズを一枚で構成することも可能である。
【００５２】
以上のように本実施の形態によると反射型波長分散素子６を傾斜せずに設置しても、光ビーム１１と重畳された光ビーム１２を分離できるため、その結果、高出力で集光性の劣化の少ないレーザ出力を得ることが可能であるという顕著な効果を奏する。
【符号の説明】
【００５３】
１ａ，１ｂ，１ｃ  半導体レーザ素子、  ２ａ，２ｂ，２ｃ  発光点、
３  ビーム平行化光学系、  ４  ビーム結合素子、  ５  ビーム発散角補正素子、
６  反射型波長分散素子、  ７  部分反射ミラー、
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ  光ビーム、  １２  重畳された光ビーム、
２１  レーザ出力、  ３１  ビーム発散角補正素子。
４１  Ｘ方向リレーレンズ、  ５１  ビーム発散角補正素子、
５２  Ｙ方向リレーレンズ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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