WO2004100331A1

WO2004100331A1 - 半導体レーザ装置

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Publication number: WO2004100331A1
Application number: PCT/JP2004/006503
Authority: WO
Inventors: Yujin Zheng; Hirofumi Kan; Xin Gao
Original assignee: Hamamatsu Photonics K.K.
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2004-05-07
Publication date: 2004-11-18
Also published as: DE112004000773B4; US20110206083A1; US8477824B2; JP4002286B2; US20070064754A1; DE112004000773T5; US7693206B2; JPWO2004100331A1

Abstract

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。

Description

明細書

半導体レーザ装置

技術分野

【0 0 0 1】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

【0 0 0 2】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 9 0 ° 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 3 0 7 1 3 6 0号公報参照）。

【0 0 0 3】 . 図 1 A及び 1 B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 1 0 1の各活性層 1 0 3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 1 Aは、光束の拡がり角を示す側面図であり、図 I Bは、光束の拡がり角を示す平面図である。なお、半導体レーザァレィ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軸方向及ぴ 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 1 0 5を中心として 3 0 ° 〜4 0 ° であり（図 1 A)、 y軸方向の拡がり角は 8〜 1

0 ° である（図 1 B)。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、光路変換素子によつて光束断面が 9 0 ° 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

【0 0 0 4】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、スぺクトル幅が狭いことが要求される。

【0 0 0 5】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 9 0 ° 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 8〜1 0 ° 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、半導体レーザァレイ 1 0 1における各活性層 1 0 3からの出射光のスぺク '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ぺクトル幅も広い。

【0 0 0 6】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ぺ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。

【0 0 0 7】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、半導体レ一ザァレイスタックと、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。【0 0 0 8】上記半導体レーザァレイは、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一トする。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 9 0 °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。

[ 0 0 0 9 ] なお、上記半導体レーザァレイスタックは、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ァレィ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。

【0 0 1 0】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。【0 0 1 1】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 —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 04 006503

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、当該半導体レ一ザ装置によれば、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。

【0 0 1 2〗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一トする第 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 ' 一ザ装置によれば、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。【0 0 1 3】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。

【0 0 1 4】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 9 5 %以上の反射を意味する（反射率 9 5 %以上)。

【0 0 1 5】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、再ぴ発光領域（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ァレィ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ァ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。

【0 0 1 6】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つ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。

【0 0 1 7】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。【0 0 1 8】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。

【0 0 1 9】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コリメ一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。

【0 0 2 0】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 P T/JP2004/006503

向に沿つて交互に配置されているのが好ましい。

【0 0 2 1】この発明に係る半導体レーザ装置において、上記半導体レーザァ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 9 0 ° 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。

【0 0 2 2】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つ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。

【0 0 2 3】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迪つ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。

[ 0 0 2 4 ] 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。

[ 0 0 2 5 ] 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コリメ一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。

【0 0 2 6】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。

【0 0 2 7】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 9 0 ° 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。 —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。

【 0 0 2 8】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、この出射光のスぺグ卜ル幅が十分に狭くなる。 ' - 【0 0 2 9】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コリメ一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。

【0 0 3 0】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ぺ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。 .

【 0 0 3 1】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。

【0 0 3 2〗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耝立てや光軸調整が容易になる。

[ 0 0 3 3 ] 上記光学素子は、反射部と透過部とが第 3方向 (半導体レーザァレイスタックにおけて複数個の半導体レーザァレイが積層されている方向) に沿つ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（半導体レーザァレイスタックにおいて複数個の半導体レーザァ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。

【0 0 3 4】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迪つ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。

【0 0 3 5】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ぴ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。【0 0 3 6】この発明に係る半導体レーザ装置は、半導体レーザァ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。

【0 0 3 7】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 9 0 ° 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。【0 0 3 8】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、光路変換素子によつ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。

【0 0 3 9】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出射される光束は、各活性層からは第 3方向に拡がつて出射されるが、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 9 0 ° 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。【0 0 4 0】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。【0 0 4 1】なお、上記光学素子は、単に反射ミラ一が反射部となり、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。

[ 0 0 4 2 ] 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。 - 【0 0 4 3】上記光学素子において、反射部と透過部は、第 3方向（半導体レーザァレイスタックにおいて複数の半導体レーザァ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。

【0 0 4 4】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方向へ拡がつ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迪つ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。

【0 0 4 5】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。

【0 0 4 6】なお、この発明に係る各実施例は、以下の詳細な説明及ぴ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。【0 0 4 7】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 .

[ 0 0 4 8 ] 図 1 A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 1 B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。

【0 0 4 9】図 2 A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 2 Bは、その側面図である。

【0 0 5 0】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。

【0 0 5 1】図 4 A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 4 Bは、活性層の前端面を示す図である。

【0 0 5 2】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。【0 0 5 3】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。

【0 0 5 4】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。

【0 0 5 5】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。

【0 0 5 6】図 9 A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 9 B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 9 C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 1 1A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 1 1 Bは、その側面図である。

[0059] 図 1 2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ァ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 13 A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 13 Bは、その側面図である。

【0り 61】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 15 A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 1 5 Bは、その側面図である。

【0063】図 16 A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 16 Bは、その側面図である。

【0064】図 1 7は、半導体レーザァレイスタックの構造を示す斜視図である。

【0065】図 18A〜18 C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 1 9A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 1 9B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ァレイカ、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。

【006 9】図 22は、第 6実施例に係る半導体レ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 23 A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 2 3 Bは、その側面図である。

【0 0 7 1】図 2 4 A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 2 4 Bは、その側面図である。

[ 0 0 7 2 ] 図 2 5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。

【0 0 7 3】図 2 6 A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 2 6 Bは、その側面図である。

【0 0 7 4】図 2 7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ァ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。【0 0 7 5】図 2 8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。

【0 0 7 6】図 2 9 A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 2 9 B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 2 9 C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。

【0 0 7 7】図 3 0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。

【0 0 7 8】図 3 1は、この発明に係る半導体レーザ装置の第 1 0実施例の構成を示す側面図である。

【0 0 7 9】図 3 2 Aは、この発明に係る半導体レーザ装置の第 1 1実施例の構成を示す平面図であり、図 3 2 Bは、その側面図である。

【0 0 8 0】図 3 3は、第 1 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。

【0 0 8 1】図 3 4は、第 1 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スぺクトルである。【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 35 C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 1 1実施例に係る半導体レーザ装置 1からの出射光のスぺクトノレである。

【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 41 A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。

【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ァレイの活性層で発生する光のスぺクトルである。

[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ぺクトルである。

【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 47 Aは、この発明に係る半導体レーザ装置の第 1 7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 5 OAは、この発明に係る半導体レーザ装置の第 1 9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ぺクトノレと、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ぺクトルである。

【0103】図 56 A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、 1 0、 1 1A〜1 1B、 1 2、 1 3A 〜1 3B、 1 4、 1 5A~1 6B、 1 7、 1 8A〜1 9B、 20~2 2、 2 3A〜2 4B、 2 5、 26A〜26B、 2 7〜2 8、 2 9A〜2 9C、 3 0〜3 1、 3 2A〜 3 2B、 3 3〜34、 3 5 A〜 3 5 C、 3 6— 3 7, 3 8A〜4 1B、 4 2、 4 3 A〜4 3C、 44〜45、 46A〜4 8B、 4 9、 5 0A〜54B、 5 5、 5 6 A及び 5 6 B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。

【0 1 0 5】（第 1実施例）

【0 1 0 6】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 1 00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及ぴ 2Bに示されたように、半導体レーザアレイ 3の活性層 3 aが配列された方向を y軸方向（第 2方向）、活性層 3 a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。

【0 1 0 7】図 3は、この第 1実施例に係る半導体レーザ装置 1 00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 3 aを備える。それぞれの活性層 3 a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 3 a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 4 Bは、活性層 3 aの前端面を示す図である。半導体レーザアレイ 3は、幅 1 cmの間に活性層 3 a力 5 00 μπι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 3 aの断面は、 1 00 /imの幅、 l jumの厚さを有する。

[ 0 1 0 8] 1つの活性層 3 aから出射されたレーザ光の光束 L 1は、光軸 A 004/006503

を中心として z軸方向へ約 3 0。、 y軸方向へ約 8 °の拡がり角を有する。図 5は、活性層 3 aから出射された光束 L 1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、角度ひにピークを有する。すなわち、各活性層 3 a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。

【0 1 0 9】図 6は、この第 1実施例に係る半導体レーザ装置 1 0 0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コリメ一タレンズ 5は、 X軸方向の長さが 0 . 4 mmであり、 y軸方向の長さが 1 2 mmであり、 z軸方向の長さが 0 . 6 mm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軸方向に沿つた母線をもつ円柱面である。

【0 1 1 0】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 3 a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コリメータレンゲ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 3 a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 3 a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 3 aと近接して配置される。半導体レーザアレイ 3の活性層 3 a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。

【0 1 1 1〗図 7は、この第 1実施例に係る半導体レーザ装置 1 0 0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 . 5 mm、 y軸方向の長さは 1 2 mm、 z軸方向の長さは 1 . 5 mm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。

【 0 1 1 2】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 9 0 °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 7 aと出射面 7 bとを有している。この入射面 7 aは、並列に配置された幅 0 . 5 mm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' 4 5 ° 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 3 aの数に等しい。すなわち、これらの円柱面は活性層 3 aと 1対 1に対応している。出射面 7 bも同様に、並列に配置された幅 0 . 5 mm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 4 5。の角度で延びている。これらの円柱面も、活性層 3 aと 1対 1に対応している。したがって、半導体レーザァレイ 3の各活性層 3 a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。

【0 1 1 3】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。【0 1 1 4】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 9 sを有し、互いに対向する反射面 9 a及ぴ出射面 9 cを有している。反射面 9 aには反射膜 9 bが設けられており、反射面 9 aは光路変換素子 7からの光束を一部反射する。反射膜 9 bの反射率は数〜数 1 0 %となっている。反射面 9 aで反射されず透過した光束は基材 9 sを透過し出射面 9 cより出射する。出射面 9 cには A Rコート 9 dが設けられており基材 9 s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つている。反射ミラー 9は、反射面 9 a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 l〜2mm、 y軸方向の長さ 1 2〜15mm、 z軸方向の長さ 1 ~ 5 mmである。

[01 1 5] 続いて、図 2 A〜 2 B及び図 9 A〜 9 C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 9 Aは、活性層 3 aで発生した光の出射時の横断面（出射パターン）を示し、図 9 Bは、活性層 3 a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 9 C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。

【01 16】まず、半導体レーザァレイ 3の活性層 3 aからそれぞれ光束 L 1 が X軸方向へ出射される。光束 L 1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 3 a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 4入及び4；6)。したがつて、活性層 3 a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 3 a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。 '

【01 1 7】次に、光束 L 1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（x z平面に平行な面）内で光束 L 1を屈折させ光束 L 2として X軸方向へ出射する。光束 L 2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 9 B)。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 L 1と同様に 8°である。

[01 18] 次に、光束 L 2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 L 2の横断面をほぼ 90°回転させ光束 L 3 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 9 C)。光束 L 3は光束 L 2の横断面をほぼ 9 0。回転させたことによつて光束 L 2における拡がり角の方向もほぼ 9 0。回転することとなる。すなわち、光束 L 3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 L 3同士が ¾差することを防止することができる。

【0 1 1 9】次に、光束 L 3は反射ミラー 9へ入射する。光束 L 3は反射面 9 aで数〜数 1 0 %が光束 L 5として反射され、残りは反射ミラー 9を透過する。光束 L 3のうち光軸 Aと反射面 9 aとの交点 9 xの近傍に入射した一部の光束 L 3 1は、反射面 9 aに反射され光束 L 5 1となる。光束 L 3 1は反射面 9 aにほぼ垂直に入射した光束であるので、反射面 9 aでほぼ正反対向きに光束 L 5 1として反射される。光束 L 5 1は活性層 3 aから反射面 9 a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 3 a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 3 bへ達する。端面 3 bに達した光束は端面 3 bで反射され、再び活性層 3 aカゝら X軸方向へ出射される。出射された光束は再ぴ上記光路で反射面 9 aまで達し、反射面 9 aまで達した光束のうち交点 9 X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 3 bへ戻る。以上のように一部の光束が反射面 9 aと端面 3 b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 9 aを透過して最終的に光束 L 4として出射される。

【0 1 2 0】上述のように、第 1実施例に係る半導体レーザ装置 1 0 0によれば、各活性層 3 a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 9 aに入射する光束 L 3のうち反射面 9 aに垂直に近い角度で入射した（交点 9 X近傍に入射した）光束 L 3 1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 L 3 1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 L 4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。

【012 1】このため、光束 L 4 (すなわち最終的に半導体レーザ装置 1 00 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つており、光束 L 4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 3 a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つている。換言すると、半導体レーザ装置 10 0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 3 a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。

[0 122] (第 2実施例)

【0123】図 1 1A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 1 1 B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 9 a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 1 1 0においては、反射面 9 aが光軸 Aに垂直な面（y z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 9 aは図に示されたように、反射面 9 aの法線が y _Z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 1 10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 1 1 A、 1 1 B及び 1 2を用いて、設定された角度 Θについて説明する。図 1 2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 3 a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 3 a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 L mが最も大きい光強度を有する。光束 L mは活性層 3 aから出射された後、図 1 1 A及び 1 1 B中に太線で示した L mの光路で反射面 9 aへ入射する。ここで角度 Θは θ== ο;に設定されているので、光束 mは反射面 9 a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 L mを半導体レーザァレイ 3の活性層 3 aへ帰還させることができる。このため、光束' L mが増幅条件を満たしていることとなる。

【0 1 2 6】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 1 1 0によれば、活性層 3 aから角度ひで出射された光束 L mが増幅条件を満たすように反射面 9 a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 1 1 0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 1 2中の実線は、半導体レーザ装置 1 1 0から出射された光束の光強度分布である。

【0 1 2 7】（第 3実施例）

【0 1 2 8】図 1 3 A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 1 3 Bは、その側面図（y軸方向から見た図）である。

【0 1 2 9】この第 3実施例に係る半導体レーザ装置 1 2 0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実施例係る半導体レーザ装置 1 2 0の構成は、上述の第 1実施例に係る半導体レーザ装置 1 0 0の構成とまったく同じであるので説明を省略する。【0 1 3 0】図 1 4は、この第 3実施例に係る半導体レーザ装置 1 2 0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 1 4に示されたように、母線方向、すなわち y軸方向の長さ 1 2 mmであり、 x軸方向の長さが 0 . 5〜 3 mm、 z軸方向の長さが 1 - 5〜1 O mm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コリメ一タレンズ 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。 ^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。

【0 1 3 1】この第 3実施例に係る半導体レーザ装置 1 2 0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內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 1 2 0の設計自由度を向上させることができる。

【0 1 3 2】また、この第 3実施例に係る半導体レーザ装置 1 2 0において、反射ミラー 9は反射面 9 a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。

【0 1 3 3】（第 4実施例）

【0 1 3 4】図 1 5 A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 1 5 Bは、その側面図（y軸方向から見た図）である。

[ 0 1 3 5 ] この第 4実施例に係る半導体レーザ装置 1 3 0では、第 1実施例に係る半導体レーザ装置 1 0 0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 3 aから出射される光束の光軸からずれた位置であつて、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 1 3 0の構成は半導体レーザ装置 1 0 0の構成とまったく同じであるので説明を省略する。

【0 1 3 6〗（第 5実施例）

[ 0 1 3 7 ] 図 1 6 A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 1 6 Bは、その側面図（y軸方向から見た図）である。

【0 1 3 8】この第 5実施例に係る半導体レーザ装置 1 4 0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。

【0 1 3 9】図 1 7は、この第 5実施例に係る半導体レーザ装置 1 4 0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 1 7に示されたように、複数の半導体レーザァレイ 3と複数のヒートシンク 4 h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。 . .

【0 1 4 0】ヒートシンク 4 hは、半導体レーザアレイ 3を冷却する。ヒートシンク 4 h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。

【0 1 4 1】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 1 0 0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 3 a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 3 a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 3 a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、半導体レーザァレイ 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ァレィ 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 3 a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。

【0 1 4 2】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一ザ装置 1 0 0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 9 0。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コリメ一タレンズ 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 3 aと 1対 1に対応している。したがつて、一つの半導体レーザアレイ 3の各活性層 3 a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。

【0 1 4 3】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 1 0 0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 9 a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 l〜2 mm、 y軸方向の長さ 1 2〜 1 5 mm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〜 5 歸1長くなつている。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。【0 1 4 4】この第 5実施例に係る半導体レーザ装置 1 4 0によれば、各活性層 3 a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 9 aに入射する光束 L 3のうち反射面 9 aに垂直に近い角度で入射した光束 L 3 1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 L 3 1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^に増幅されることとなる。よって、出射される光束 L 4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。

【0 1 4 5】このため、光束 L 4 (すなわち最終的に当該半導体レーザ装置 1 4 0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つており、光束 L 4の光強度分布は、図 1 0と同様の分布となる。活性層 3 a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つている。換言すると、当該半導体レーザ装置 1 4 0から出射されるレーザ光は拡がり角が小さくなつている。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 i 4 0の場合には

2。程度となり、活性層 3 a力ゝ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。

【0 1 4 6】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1 8 ~ 1 8〇は、上述の第 5実施例に係る半導体レ一ザ装置 1 4 0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 1 4 0は、図 1 8 A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 1 2 0の第 2コリメータレンズ 8と同じ構成（図 1 4 ) 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。【0147】また、当該半導体レーザ装置 140は、図 18 Bに示されたように、反射面 9 a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 1 8 C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 9 a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含る

【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 1 9B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】半導体レーザァレイ 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 3 aを有している。それぞれの活性層 3 aからは光軸 Aに沿ってレ一ザ光の光束が出射される。ここで、光軸 Aは活性層 3 a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 3 aの前端面は、図 4 Bと同様の構造を有する。半導体レーザァレイ 3は、幅 1 c mの間に活性層 3 a力 500 m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 3 aの断面は、 100 /zmの幅、 1 πι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。

【0 1 5 2】 1つの活性層域 3 aから出射されたレーザ光の光束 L 1は、光軸 Aを中心として z軸方向へ約 3 0 °、 y軸方向へ約 8 °の拡散角を有している。図 2 0は、活性層 3 aから出射された光束 L 1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 2 0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。

【0 1 5 3】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 . 4 mmであり、 y軸方向の長さが 1 2 mmであり、 z軸方向の長さが 0 . 6 mm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軸方向に沿つた母線をもつ円柱面である。

【0 1 5 4】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 3 a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.リメ一タレンズ 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 3 a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 3 a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 3 a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 3 a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。

【0 1 5 5】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 . 5 mm, y軸方向の長さは 1 2 mm、 z軸方向の長さは 1 . 5 mmである。このように、光路変換素子 7は、 y軸方向に沿つて細長い形状をしている。

[ 0 1 5 6 ] 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 9 0。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 7 aと出射面 7 bとを有している。この入射面 7 aは、並列に配置された幅 0 . 5 mm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 4 5 ° 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 3 aの数に等しい。すなわち、これらの円柱面は活性層 3 aと 1対 1に対応している。出射面 7 bも同様に、並列に配置された幅 0 . 5 mm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 4 5 °の角度で延びている。これらの円柱面も、活性層 3 aと 1対 1に対応している。したがって、半導体レーザァレイ 3の各活性層 3 a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。

【0 1 5 7】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。【0 1 5 8】図 2 1は、. この第 6実施例に係る半導体レーザ装置 1 5 0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 9 sを備え、反射面 9 aを有している。反射面 9 aには反射膜 9 bが設けられており、反射面 9 aは光路変換素子 7からの光束を全反射する。反射膜 9 bの反射率は 9 9 . 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 9 aの緣部 9 dが y軸と平行になるように設けられており、縁部 9 dよりも一 _Z側（図 1 9 Bにおいて下側）の光束は反射面 9 aに入射し、縁部 9 dよりも + z側（図 1 9 Bにおいて上側）の光束は反射面 9 aに入射せず外部へと出射される。反射面 9 a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 9 a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。

【0 1 5 9〗また、反射ミラー 9は、反射面 9 aの法線が; κ z平面上にあるように、かつ、反射面 9 aと y z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 9 aの傾きは、光路変換素子 7の側へ伸びた反射面 9 a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 9 a 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 (ひ / 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 9 aに垂直に入射するようになっている。反射面 9 a に垂直に入射した光束は、反射面 9 aに反射され、入射経路を逆向きに帰還し、前記活性層 3 aまで戻る。反射ミラー 9の寸法は、 X軸方向の長さ l〜2 mm、 y軸方向の長さ 1 2〜 1 5 mm、 z軸方向の長さ 0 . 8 ~ 1 . 4 mraである。

【0 1 6 0】続いて、図 1 9 A〜1 9 B及び第 1実施例で説明された図 9 A〜 9 Cを参照し、当該半導体レーザ装匱 1 5 0の動作について説明する。

【0 1 6 1】まず、半導体レーザアレイ 3の活性層 3 aからそれぞれ光束 L 1 が X軸方向へ出射される。光束 L 1は光軸 Aを中心にして y軸方向において 8。、 z軸方向へ 3 0 °の拡散角を有している（図 9 A；)。活性層 3 aの横断面の垂直方向の長さは、水平方向の長さの 1 0 0分の 1である（図 4 A)。したがって、活性層 3 a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 3 a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。 .

[ 0 1 6 2 ] 次に、光束 L 1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（x z平面に平行な面）内で光束 L 1を屈折させ光束 L 2として x軸方向へ出射する。光束 L 2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 9 B )。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 L 1と同様の角度である。

[ 0 1 6 3 ] 次に、光束 L 2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 L 2の横断面をほぼ 9 0 °回転させ光束 L 3 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 y C)。光束 L 3は光束 L 2の横断面をほぼ 9 0 ° 回転させたことによって光束 L 2が有していた拡散角の方向もほぼ 9 0 °回転することとなる。すなわち、光束 L 3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 L 3同士が交差することを防止することができる。

【0 1 6 4】光路変換素子 7から見て光束 L 3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 9 aが光束 L 3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 L 3は一部が反射面 9 aに入射し、残りのーが反射面 9 aには入射しない。ここで、光束 L 3を z軸方向に 2分し、光束 L 3のうち反射面 9 aに入射する光束 L 3 rとし、反射面 9 aに入射しない光束 L 3 tとして説明する。

【0 1 6 5】光束 L 3 rは光路変換素子 7から出射され、反射ミラー 9の反射面 9 aに入射する。反射面 9 a入射した光は全反射されるので、光束 L 3 rは反射面 9 aで 9 9 . 5 %以上（ほぼ全部）が光束 L 5として反射される。前述のとおり、反射面 9 a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力ゝら出射された光束 L 3の拡散角 αの 2分の 1 ( « Z 2 ) よりも小さく設定されている。このため、光束 L 3 rのうち反射面 9 a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 9 a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 3 aから反射面 9 aへ至った光路をまつたく逆向きに迪り帰還する。活性層 3 a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 3 b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 3 bに向かって反射され、再ぴ該後方端面 3 bを経由して活性層 3 a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 9 aまで達し、反射面 9 aまで達した光束のうち反射面 9 a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 3 bを経由する反射面 9 aと出射端面との間の共振光路（すなわち、反射面 9 aで反射された光が後方端面 3 b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 3 a内に向かって反射された光が後方端面 3 bを経由して反射面 9 a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 L 3 tは光路変換素子 7から出射され、反射ミラ一 9の反射面 9 aに入射することなく半導体レーザ装置 1 5 0の外部へ出射され. 光束]： 3 tが半導体レーザ装置 1 5 0からの最終的な出力光となる。

【0 1 6 6】上述のように、この第 6実施例に係る半導体レーザ装置 1 5 0は光束 L 3 rの光路をふくむ共振光路、光束 L 3 tの光路を含む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 1 5 0では、半導体レーザァレィ 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つたレ一ザ光を、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 1 5 0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、共振光路及ぴ出力光路は反射面 9 a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 9 a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 L 3 t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 L 3 tの光強度分布は、活性層 3 a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つている。換言すると、当該半導体レーザ装置 1 50から出射される, レーザ光は拡散角が小さくなつている。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 1 50の場合には 1°程度となり、活性層 3 aから出射される光束の拡散角 8°に比較して小さくなつている。

【0 168】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 1 5 υ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。

【0 169】また、この第 6実施例に係る半導体レーザ装置 1 50では、反射面 9 a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 3 a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 3 aへ帰還させるようにしてもよい。

- 【0170】 '- （第 7実施例） ·

【0 171】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 23 B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 1 60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 1 2 mmであり、 X軸方向の長さが 0. 5〜3mm、 z軸方向の長さが 1. 5〜； L Omm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。

【0 174】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。

【01 75】（第 8実施例）

【017-6】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 1 70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。

【01 77】半導体レーザァレイスタック 4は、第 5実施例と同様の構成（図 1 7) を有する。半導体レーザアレイスタック 4は、図 1 7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 4 h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。

[0 1 78] ヒートシンク 4 hは、半導体レーザアレイ 3を冷却する。ヒート 03

シンク 4 h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。

[ 0 1 7 9 ] 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 3 a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 3 a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 3 a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、半導体レーザァレイ 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 3 a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。

【0 1 8 0】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 9 0 °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 3 a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 3 a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。

[ 0 1 8 1 ] 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 2 1 ) 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へ戻るようになつている。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†Lる。

【0 1 8 2】この第 8実施例に係る半導体レーザ装置 1 7 0では、半導体レーザァレイ 3で発生したレ一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つたレーザ光を、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 1 7 0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。

【0 1 8 3】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 2 5は、第 8実施例に係る半導体レーザ装置 1 7 0の変形例の構成を示す側面図である。この図 2 5に示されたように、半導体レーザ装置 1 7 0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 1 4 ) 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 1 7 0の設計自由度を向上させることができる。

【0 1 8 4】（第 9実施例）

【0 1 8 5】図 2 6 A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 2 6 B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 1 8 0は、半導体レーザアレイスタック 4、第 1コリメ一タレンズ 5、光路変換素子 7およぴ光学素子 9を備える。

【0 1 8 6】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 1 7 ) 有する。半導体レーザアレイスタック 4は、図 1 7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 4 h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 4 hは、半導体レーザアレイ 3を冷却する。ヒートシンク 4 hは、銅製の平板状部材を組み合わせて形成した冷却 5 , 水路を有している。冷却水は、この冷却水路内を循環する。

【0 1 8 7】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 3 aを有している。それぞれの ' 活性層 3 aからは光軸 Aに沿ってレーザ光の光籴が出射される。ここで、光軸 A0 は活性層 3 a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 4 Aと同様の個性を有し、活性層 3 aの前端面は図 4 Bと同様の構成を有する。半導体レーザァレイ 3は、幅 1 c mの間に活性層 3 a 力 5 0 0 m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 3 aの断面は、 Ι Ο Ο μ πιの幅、 1 μ ηιの厚さを有している。また、半導体5 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。

- 【0 1 8 8】 1つの活性層 3 aから出射されたレーザ光の光束 L 1は、光軸 A を中心として、 z軸方向へ 3 0 ° 〜4 0 ° の拡がり角を有し、 y軸方向へ 8 ° 〜 1 0 ° の拡がり角を有している。図 2 7は、活性層 3 aから出射された光束 L 10 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 2 7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。

【0 1 8 9】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5 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 . 4 mmであり、 y軸方向の長さが 1 2 mmであり、 z軸方向の長さが 0 . 6 mm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。【0 1 9 0】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 3 a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コリメ一タレンズ 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 3 a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 1"生層 3 a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 3 a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 3 a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。

【0 1 9 1】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 . 5 mmであり、 y軸方向の長さは 1. 2 mmであり、 z軸方向の長.さは 1 . 5 mm 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。

【0 1 9 2】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 9 0 ° 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 7 aと出射面 7 bとを有している。この入射面 7 aは、並列に配置された幅 0 . 5 mm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 4 5 ° の角度で延ぴている。これらの円柱面の数は、半導体レ一ザアレイ 3の活性層 3 aの数に等しい。すなわち、これらの円柱面は活性層 3 aと 1対 1に対応している。出射面 7 bも同様に、並列に配置された幅 0 . 5 m m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 4 5 ° の角度で延びている。これらの円柱面も、活性層 3 a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 3 a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。

【0 1 9 3】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。

[ 0 1 9 4 ] 図 2 8は、この第 9実施例に係る半導体レーザ装置 1 8 0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によつ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 9 a と透過部 9 b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 9 a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 3 aに帰還させる。また、光学素子 9は、透過部 9 bを透過した光を外部へ出射する。

【0 1 9 5】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 9 sの一方の面（光路変換素子 7側の面）に、反射部 9 aと透過部 9 b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 9 a及び透過部 9- b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 9 aを有している。

【0 1 9 6】反射部 9 aは、光路変換素子 7から入射した光を高反射率（例えば 9 9 . 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 9 bは、光路変換素子 7から入射した光を高透過率（例えば 9 9 . 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 9 s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。

【0 1 9 7〗互いに隣接する 1対の反射部 9 a及び透過部 9 b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 9 aと透過部 9 b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 9 a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。 —方、透過部 9 b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。

[ 0 1 9 8 ] 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 9 s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 9 s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 9 aに入射する光の少なくとも一部を反射部 9 a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迪って活性層 3 aに帰還させることができる。

【0 1 9 9】光学素子 9の寸法の一例として、 y軸方向の長さが 1 2 mmであり、 X軸方向の厚みが l mm〜3 minである。反射部 9 aの z軸方向の幅 WRと透過部 9 bの z軸方向の幅 W_Tとの比（WBZWT) が 1〜 7であり、 Ψ畐 WRと幅 W τとの和（WR+WT) である積層周期 WLは 1 . 5 mm〜2 . O mm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 WLZCOS CK と一致している。

【0 2 0ひ】続いて、図 2 6 A〜2 6 B及び図 2 9 A~ 2 9 Cを用いて、第 9 実施例に係る半導体レーザ装置 1 8 0の動作について説明する。図 2 9 Aは、活性層 3 a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 2 9 Bは、活性層 3 a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 2 9 C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。【0 2 0 1】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 3 aから光束 L 1が X軸方向へ出射される。この光束 L 1は、光軸 (図 2 6 B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 3 0 ° の拡がり角を有している。活性層 3 aの横断面の垂直方向 ( 2軸方向）の長さは、水平方向 ( y軸方向) の長さの 1 0 0分の 1である。したがって、活性層 3 aから出射する際は、光束 L 1の横断面は水平方向に細長い。活性層 3 a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 2 9 A)。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。

【0 2 0 2】活性層 3 aから出射された光束 L 1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（X z平面に平行な面）内で光束 L 1を屈折させ、その屈折させたものを光束 L 2として X軸方向へ出射する。光束 L 2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 2 9 B )。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 L 1と同様の角度である。

【0 2 0 3】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 L. 2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 L 2の横断面をほぼ 9 0 ° 回転させ、その回転させたものを光束 L 3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 L 2は、ここで y軸方向で平行化された光束 L 3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 2 9 C)。光束 L 3は、光束 L 2の横断面をほぼ 9 0 ° 回転させたことによって、光束 L 2が有していた拡がり角の方向もほぼ 9 0 ° 回転することとなる。すなわち、光束 L 3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瞵接する L 3同士が交差することを防止することができる。【0 2 0 4】光路変換素子 7から見て光束 L 3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 9 aと透過部 9 b との間の y軸方向に延びる境界が光束 L 3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 L 3のうち一部が反射部 9 aに入射し、残りが透過部 9 bに入射する。また、反射部 9 aに入射する光のうち少なくとも一部は、反射部 9 aに垂直に入射する。

【0 2 0 5〗光束 3のうち反射部 9 aで反射された光は、活性層 3 aから反射部 9 aへ至った光路とは逆の向きを迪つて活性層 3 aへ帰還する。帰還した光束ほ、半導体レーザァレイ 3の活性層 3 aまで戻り、活性層 3 a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つて反射された光は、該後方端面を経由して再び活性層 3 a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 9 a 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 3 aへ戻る。

【0 2 0 6】以上のように、反射部 9 aと活性層 3 a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 3 aで誘導放出が起る。これにより、誘導放出されるレーザ光の空間横モー、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 9 bに入射した光は、透過部 9 bを透過して、当該半導体レーザ装置 1 8 0の外部へ出射される。これが半導体レーザ装置 1 8 0からの最終的な出力光となる。

【0 2 0 7】上述のように、この第 9実施例に係る半導体レーザ装置 1 8 0は、反射部 9 aにより反射される光束の光路を含む共振光路と、透過部 9 b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 1 8 0では、半導体レーザァレイ 3の活性層 3 a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つ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 1 8 0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 9 a及び透過部 9 bの配置によつ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 9 a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。

[ 0 2 0 8 ] 透過部 9 bを透過して得られる光 (当該半導体レーザ装置 1 8 0 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 3 0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 1 8 0からの最終的'' な出力光の光強度分布は、活性層 3 aから出射される光束の光強度分布（図 2 7 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つている。換言すると、当該半導体レーザ装置 1 8 0から出射されるレーザ光は拡がり角が小さくなつている。この拡がり角は、活性層 3 a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 1 8 0の場合には 1 ° 程度となり、活性層 3 a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。

【0 2 0 9】光学素子 9の傾き角度を変化させると、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 1 8 0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、求めた角度が角度ひとして設定されてもよい。また、図 2 6 Bに示されたように、光学素子 9の傾き角度を +ひとして、光学素子 9に到達する光束のうち下部分（一 z側部分）を反射部 9 aで反射させてもよいし、逆に、光学素子 9の傾き角度を一ひとして、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 9 aで反射させてもよい。

【0 2 1 0】また、この第 9実施例に係る半導体レーザ装置 1 8 0では、反射部 9 a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 3 a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 3 aへ帰還させるようにしてもよい。

【0 2 1 1】また、光学素子 9における反射部 9 aとして、基材 9 sに回折格子又はエタ口ンが形成されたものが用いられる場合、回折格子又はエタ口ンの反射波長選択機能により、当該半導体レーザ光源 1 80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。

[0 2 1 2] (第 1 0実施形態)

【0 2 1 3】次に、図 3 1は、この発明に係る半導体レーザ装置の第 1 0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 1 0実施例に係る半導体レーザ装置 1 90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 1 0実施例に係る半導体レーザ装置 1 90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 1 00、 1 80の構成とまったく同じであるので説明を省略する。

【0 2 1 4】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 1 2mmであり、 x軸方向の長さが 0. 5〜3m mであり、 z軸方向の長さが 1. 5〜 1 Omm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。

【0 2 1 5】この第 1 0実施例に係る上記半導体レーザ装置 1 9 0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、 04006503

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 1 90の設計自由度を向上させることができる。

【021 6〗（第 1 1実施例）

【021 7】図 32Aは、この発明に係る半導体レーザ装置の第 1 1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 1 1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】半導体レーザァレイ 3は、第 1実施例と同様の構成（図 3 ) を有する。半導体レーザァレイ 3は、 y軸方向に沿って並列に配列された複数の活性層 3 aを有している。それぞれの活性層 3 a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 3 a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 3 aの前端面は図 4 Bに示されている。半導体レーザアレイ 3は、幅 l cmの間に活性層 3 aが、 300 μπι〜500 μ m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 3 aの断面は、 100 ！〜 200 imの幅、 1 μ m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。 · '

【021 9】 1つの活性層 3 aから出射されたレーザ光の光束 L 1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 3 aから出射された光束 L 1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 3 aから出射された光束 L 1のスペクトルである。この図 34から分かるように、活性層 3 aから出射された光束 L 1のスぺクトル幅は広い。

【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 . 4 mm〜； L mrnであり、 y軸方向の長さが 1 2 mmであり、 z軸方向の長さが 0 . 6 mm〜 1 mm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开さ状をしている。

【0 2 2 1】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 3 a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コリメ一タレンズ 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 3 a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 3 a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 ≤ l . 5 mm-) の第 1コリメータレンズ 5は、そのの主点が活性層 3 a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 3 a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。

【0 2 2 2】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 . 5 mmであり、 y軸方向の長さは 1 2 mmであり、 z軸方向の長さは 1 . 5 mm 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。

[ 0 2 2 3 ] 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 9 0 ° 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 7 aと出射面 7 bとを有している。この入射面 7 aは、並列に配匱された幅 0 . 5 m m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 4 5 ° の角度で延びている。これらの円柱面の数は、半導体レ一ザアレイ 3の活性層 3 aの数に等しい。すなわち、これらの円柱面は活性層 3 aと 1対 1に対応している。出射面 7 bも同様に、並列に配置された幅 0 . 5 m m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 4 5 ° の角度で延ぴている。これらの円柱面も、活性層 3 a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 3 a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。

【0 2 2 4】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。【0 2 2 5】図 3 2 B中の光学素子 9は、光路変換素子 7によつ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 3 a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 3 2 B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としての反射ミラ一が、光各変換素子 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 2 mm〜3 niinであり、 y軸方向の幅が 1 2 mmであり、 z軸方向の高さが 0 . 5 mm〜0 . 8 mm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。

【0 2 2 6】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

50 沿つ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。

【0 2 2 7〗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迪つて活性層 3 aに帰還させることができる。

【0 2 2 8】波長選択素子 1 0は、光学素子 9の反射部と活性層 3 a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 1 0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 1 0が設けられることにより、光学素子 9の反射部と活性層 3 aとの間の共振光路により共振する光のスぺクトルカ狭くなる。波長選択素子 1 0として'のエタンフィルタは、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 1 2 mm であり、 z軸方向の高さが 0 . 5 mm〜0 . 8 mmである。

【0 2 2 9】続いて、図 3 2 A〜3 2 B及び図 3 5 A〜3 5 Cを用いて、この第 1 1実施例に係る半導体レーザ装置 2 0 0の動作について説明する。図 3 5 A は、活性層 3 a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 3 5 Bは、活性層 3 a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 3 5 C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。 P T/JP2004/006503

【0 2 3 0】半導体レーザアレイ 3の各活性層 3 aから光束 L 1が X軸方向へ出射される。この光束 L 1は、光軸（図 3 2 B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 3 0 ° の拡がり角を有している。活性層 3 a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 1 0 0分の 1 〜 2 0 0分の 1である。したがって、活性層 3 a力、ら出射する際は、光束 L 1の横断面は水平方向に細長い。活性層 3 a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 3 5 A)。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。

【0 2 3 1】活性層 3 aから出射された光束 L 1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（X z平面に平行な面）内で光束 L 1を屈折させ、その屈折させたものを光束 L 2として X軸方向へ出射する。光束 L 2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つているので、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 3 5 B )。第 1コリメータレンズ 5は y軸を含む面内-においでの屈折作用は有しないので、 y軸方向の拡がり角は光束 L 1と同様の角度である。

【0 2 3 2】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 L 2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 L 2の横断面をほぼ 9 0 ° 回転させ、その回転させたものを光束 L 3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 L 2は、ここで y軸方向で平行化された光束 L 3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 3 5 C)。光束 L 3は、光束 L 2の横断面をほぼ

9 0 ° 回転させたことによって、光束 L 2が有していた拡がり角の方向もほぼ 9 0 ° 回転することとなる。すなわち、光束 L 3は、 y軸方向についてはほぼ平行 P T/JP2004/006503

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 L 3同士が交差することを防止することができる。

[ 0 2 3 3 ] 光路変換素子 7から見て光束 L 3の進行方向側には波長選択素子 1 0及ぴ光学素子 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 L 3 のうち一部は波長選択素子 1 0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 2 0 0の出力光となる。

[ 0 2 3 4 ] 光束 L 3のうち光学素子 9で反射された光は、活性層 3 aから光学素子 9の反射部へ至った光路とは逆の向きを迪つて活性層 3 aへ帰還する。帰還した光束は、半導体レーザァレイ 3の活性層 3 aま飞、'戻り、活性層 3 a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つて反射された光は、該反射面を経由して再び活性層 3 a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 9 a 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 3 aへ戻る。【0 2 3 5】以上のように、光学素子 9の反射部と活性層 3 a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 3 a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 2 0 0の外部へ出射される。これが半導体レーザ装置 2 0 0からの最終的な出力光となる。

【0 2 3 6】上述のように、この第 1 1実施例に係る半導体レーザ装置 2 0 0 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 2 0 0では、半導体レーザァレイ 3の活性層 3 a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 2 0 0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。

[ 0 2 3 7 ] 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、ハーフミラ一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。

【0 2 3 8】さらに、この第 1 1実施例に係る半導体レーザ装置 2 0 0は共振光路に波長選択素子 1 υを備えているので、この波長選択素子 1 0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

2 0 0によれば、最終的な出力光のスぺクトル幅を狭くすることができる。

【0 2 3 9】図 3 6は、この第 1 1実施例に係る半導体レーザ装置 2 0 0から出射される光束の ζ軸方向における光強度分布である。図 3 3は、当該半導体レ一ザ装置 2 0 0から出射される光束のスぺクトルである。これら図 3 6及び 3 7 に示される光強度分布及びスぺクトルを、図 3 3及び 3 4に示された光強度分布及びスぺクト 'い-と比較すると分かるように、 - この第 1 1実施例に係る半導体レーザ装置 2 0 0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。

【0 2 4 0】（第 1 2実施例）

【0 2 4 1】次に、図 3 8 Αは、この発明に係る半導体レーザ装置の第 1 2実施例の構成を示す平面図であり、図 3 8 Bは、その側面図である。この第 1 2実施例に係る半導体レーザ装置 2 1 0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 1 0、及び光学素子 9を備える。

【0 2 4 2】上述の第 1 1実施例に係る半導体レーザ装置 2 0 0 (図 3 2 A及 4006503

ぴ 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 1 1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 1 2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 1 3実施例）

【0246】図 39Aは、この発明に係る半導体レーザ装置の第 1 3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 1 3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。【0 2 4 7】上述の第 1 2実施形態に係る半導体レーザ装置 2 1 0 (図 3 8 A 及び 3 8 B )と比較すると、この第 1 3実施例に係る半導体レーザ装置 2 2 0は、 ' 波長選択素子 1 0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 2 2 0の構成は、上述の第 1 2実施例に係る半導体レーザ装置 2 1 0の構成と同じであるので説明を省略する。

【0 2 4 8】この第 1 3実施例に係る半導体レーザ装置 2 2 0においても、波長選択素子 1 0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 1 0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 1 0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 1 0としてのエタロンフィノレタは、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、この基材でエタ口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 1 0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。

【0 2 4 9】また、波長選択素子 1 0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い一ザ装置 2 2 0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。

【0 2 5 0】（第 1 4実施例）

【0 2 5 1】次に、図 4 O Aは、この発明に係る半導体レーザ装置の第 1 4実施例の構成を示す平面図であり、図 4 0 Bは、側面図である。この第 1 4実施例に係る半導体レーザ装置 2 3 0は、半導体レーザアレイスタック 4、第 1コリメ —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 1 0、 06503

及び光学素子 9を備える。

【0 2 5 2】第 1 2実施例に係る半導体レーザ装置 2 1 0 (図 3 8 A及び 3 8 B ) と比較すると、この第 1 4実施例に係る半導体レーザ装置 2 3 0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、及ぴ、複数の半導体レーザァレイ 3を含むことに伴って他の構成要素を複数糸且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 2 3 0の構成は、上述の第 1 2実施例に係る半導体レーザ装置 2 1 0の構成と同じであるので説明を省略する。

【0 2 5 3】半導体レーザァレイスタック 4は、第 5実施例と同様の構成（図 1 7 ) を有する。半導体レーザアレイスタック 4は、この図 1 7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 4 hとが _Z軸方向に沿つて交互に配置された構造を有している。ヒートシンク 4 hは、半導体レーザァレィ 3を冷却する。ヒートシンク 4 h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。

【0 2 5 4】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、 4 A及び 4 B ) 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 1 4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 1 0は、第 1 1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 1 1実施例と同様の構成を有している。

【0 2 5 5】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 1 0、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 1 0は第 2コリメータレンズ 8と 1対 1に対応して設 P T/JP2004/006503

けられ、光学素子 9は波長選択素子 1 0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 1 0及び光学素子 9は、第 1 2実施例と同じように配置されている。

【0 2 5 6〗この第 1 4実施例に係る半導体レーザ装置 2 3 0では、半導体レーザァレイ 3の活' 1生層 3 a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つ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。したがつて、当該半導体レーザ装置 2 3 0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 2 3 0によれば、波長選択素子 1 0が設けられていることにより、最終的な出力光のスぺクトル幅を小さくすることができる。

【0 2 5 7】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 1 1〜第 1 4の各実施例において、波長選択素子 1 0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 1 4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軸方向に沿つ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つてもよい。

【0 2 5 8】（第 1 5実施例）

【0 2 5 9】図 4 1 Aは、この発明に係る半導体レーザ装置の第 1 5実施例の構成を示す平面図であり、図 4 1 Bは、その側面図である。この第 1 5実施例に係る半導体レーザ装置 2 4 0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 1 0、及び光学素子 9を備える。 06503

【0 2 6 0】半導体レーザァレイ 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 3 aを有している。それぞれの活性層 3 a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 3 a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 4 Aに示され、活性層 3 a の前端面が図 4 Bに示されている。半導体レーザアレイ 3は、幅 l c mの間に活性層 3 a力 S、 3 0 0 μ II！〜 5 0 0 μ m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 3 aの断面は、 1 0 0 ！〜 2 0 0 μ πιの幅、 1 μ m の厚さを有している。また、半尊体レーザアレイ 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。

【0 2 6 1】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 . 4 mm〜l mmであり、 y軸方向の長さが 1 2 mmであり、 z軸方向の長さが 0 . 6 ιηπ！〜 l mm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。

【0 2 6 2】 '. 第 1 リメータレンズ 5は、母^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 3 a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コリメ一タレンズ 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 3 a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 3 a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、 3

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 . 5 mm) の第 1コリメータレンズ 5は、その主点が活性層 3 a 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 3 a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。〖0 2 6 3】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 . 5 mmであり、 y軸方向の長さは 1 2 mmであり、 z軸方向の長さは 1 . 5 mm 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。 '

【0 2 6 4】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 9 0 ° 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 7 aと出射面 7 bとを有している。この入射面 7 aは、並列に配置された幅 0 . 5 mm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 4 5 ° の角度で延びている。これらの円柱面の数は、半導体レ一ザアレイ 3の活性層 3 aの数に等しい。すなわち、これらの円柱面は活性層 3 aと 1· '対 1に対応している。出射面 7 bも同様に、並列に配置-された幅 0 . 5 m ' m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 4 5 ° の角度で延びている。これらの円柱面も、活性層 3 a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 3 a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。

【0 2 6 5】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。【0 2 6 6】図 4 2は、波長選択素子 1 0の構成を示す斜視図である。波長選択素子 1 0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 1 0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 004/006503

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 3 a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 1 0として、例えば、 P D— L D I n c . 製の製品 L u X x M a s t e r ^TMが知られている。

[ 0 2 6 7 ] 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 9 9 . 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 力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迪つて活性層 3 a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 1 0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 1 0との間でレーザ共振器が構成されている。

【 0 2 6 8】 - 続いて、'図 4 1 A〜4 1 B.及ぴ 4 3 A〜4 3 Cを用いて、 - この第 1 5実施例に係る半導体レーザ装置 2 4 0の動作について説明する。図 4 3 Aは、活性層 3 a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 4 3 Bは、活性層 3 aから出射した光束が第 1コリメ一タレンズ 5を通過した後の当該光束の横断面を示し、そして、図 4 3 C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。

【0 2 6 9】半導体レーザアレイ 3の各活性層 3 aから光束 L 1が x軸方向へ出射される。この光束 L 1は、光軸（図 4 1 A及ぴ 4 1 B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 3 0 ° の拡がり角 3

を有している。活性層 3 a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 1 0 0分の 1〜2 0 0分の 1である。したがって、活性層 3 aから出射する際は、光束 1の横断面は水平方向に細長い。活性層 3 a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 4 3 A)。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。

[ 0 2 7 0 ] 活性層 3 aから出射された光束 L 1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（X _Z平面に平行な面）内で光束 L 1を屈折させ、その屈折させたものを光束 L 2として X軸方向へ出射する。光束 L 2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つているので、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 4 3 B )。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 L 1と同様の角度である。

【0 2 7 1】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 L 2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 L 2の横断面をほぼ 9 0 ° 回転させ、その回転させたものを光束 L 3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 L 2は、ここで、 y軸方向で平行化された光束 L 3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 4 3 C)。光束 L 3は、光束 L 2の横断面をほぼ 9 0 ° 回転させたことによって、光束 L 2が有していた拡がり角の方向もほぼ 9 0 ° 回転することとなる。すなわち、光束 L 3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 L 3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 L 3は、光学素子 9の反射部または波長選択素子 1 0に入射する。

【0 2 7 2】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 3 aから光学素子 9の反射部へ至った光路とは逆の向きを迪つて活性層 3 a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 3 aまで戻り、活性層 3 a内で増幅され、さらに、半導体レーザァレイ 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 3 aから：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 1 0まで達する。

【0 2 7 3】一方、光路変換素子 7から波長選択素子 1 0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 1 0によりブラッグ反射され、残りは波長選択素子 1 0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 3 aから波長選択素子 1 0へ至つた光路とは逆の向きを迪って活性層 3 aへ帰還する。帰還した光束は、半導体レーザァレイ 3の活性層 3 aまで戻り、活性層 3 a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 3 a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 1 0まで達する。

【0 2 7 4】以上のように、光学素子 9の反射部と波長選択素子 1 0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 3 a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 3 a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 1 0を透過した光は、当該半導体レーザ装置 2 4 0の外部へ出射される。これが当該半導体レーザ装置 2 4 0からの最終的な出力光となる。

【0 2 7 5】上述のように、第 1 5実施例に係る半導体レーザ装置 2 4 0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 P T/JP2004/006503

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、当該半導体レ一ザ装置 2 4 0では、半導体レーザァレイ 3の活性層 3 a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一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 2 4 0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。

【0 2 7 6】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 1 0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。

【0 2 7 7】さらに、この第 1 5実施例に係る半導体レーザ装置 2 4 0は共振器の一方側に波長選択素子 1 0を備えているので、この波長選択素子 1 0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 2 4 0によれば、最終的な出力光のスぺクトル幅を狭くすることができる。

[-0 -2 7 8 ] 図 4 4は、半導休-レーザァレイ 3の活性層 3 aで発生する光のスベクトルであり、図 4 5は、この第 1 5実施例に係る半導体レーザ装置 2 4 0の波長選択素子 1 0を透過して出射する光のスぺクトルである。両図を対比して分かるように、当該半導体レーザ装置 2 4 0から出力されるレーザ光は、波長選択素子 1 0においてブラッグ条件を満たす波長 8 0 9 n mをピークとして、スぺクトル幅が狭くなった。

【0 2 7 9】（第 1 6実施例）

【0 2 8 0】図 4 6 Aは、この発明に係る半導体レーザ装置の第 1 6実施例の構成を示す平面図であり、図 4 6 Bは、その側面図である。この第 1 6実施例に係る半導体レーザ装置 2 5 0は、半導体レーザアレイ 3、第 1コリメータレンズ P 雇画画

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 1 0、及び光学素子 9を備える。

【 0 2 8 1】第 1 5実施例に係る半導体レーザ装置 2 4 0 (図 4 1 A及び 4 1 B ) と比較すると、この第 1 6実施例に係る半導体レーザ装置 2 5 0は、波長選択素子 1 0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 2 5 0 の構成は、上述の第 1 5実施例に係る半導体レーザ装置 2 4 0の構成と略同じであ。

【0 2 8 2】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 1 2 mmであり、 x軸方向の長さが 0 . 5〜3 mmであり、 z軸方向の長さが 1 . 5〜 1 O mm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。

【0 2 8 3】この第 1 6実施例に係る半導体レーザ装置 2 5 0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 1 0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 1 0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 2 5 0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 1 0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 1 0及び光学素子 T JP2004/006503

9それぞれは y z平面に略平行に配置される。

【0 2 8 4〗また、この第 1 6実施例に係る半導体レーザ装置 2 5 0において、光学素子 9と波長選択素子 1 0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。

【0 2 8 5】（第 1 7実施例）

【0 2 8 6】図 4 7 Aは、この発明に係る半導体レーザ装置の第 1 7実施例の構成を示す平面図であり、図 4 7 Bは、その側面図である。この第 1 7実施例に係る半導体レーザ装置 2 6 0は、半導体レーザアレイスタック 4、第 1コリメ一タレンズ 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 1 0、及び光学素子 9を備える。

【0 2 8 7】第 1 6実施例に係る半導体レーザ装置 2 5 0 (図 4 6 A及び 4 6 B ) と比較すると、この第 1 7実施例に係る半導体レーザ装置 2 6 0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 2 6 0の構成は、上述の第 1 6実施例に係る半導体レーザ装置 2 5 0の構成と同じである。

【0 2 8 8】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 1 7 ) を有する。半導体レーザアレイスタック 4は、この図 1 7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 4 hとが z軸方向に沿つて交互に配置された構造を有している。ヒートシンク 4 hは、半導体レーザァレィ 3を冷却する。ヒートシンク 4 h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。

【0 2 8 9】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 P2004/006503

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 1 4に示された構造を有している。各波長選択素子 1 0は、第 1 5実施例と同様の構成（図 4 2 ) 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 1 0、及び光学素子 9は、上述の第 1 6実施例と同様に配置されている。

【0 2 9 0】この第 1 7実施例に係る半導体レーザ装置 2 6 0では、半導体レ一ザアレイ 3の活性層 3 aで発生した光が共振光路で共振すること C?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つ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。したがつて、当該半導体レーザ装置 2 6 0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 2 6 0によれば、波長選択素子 1 0が設けられていることにより、最終的な出力光のスぺクトル幅を小さくすることができる。

【0 2 9 1】また、この第 1 7実施例に係る半導体レーザ装置 2 6 0において、光学素子 9と波長選択素子 1- Θ ·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。

【0 2 9 2】（第 1 8実施例）

【0 2 9 3】次に、図 4 8 Aは、この発明に係る半導体レーザ装置の第 1 8実施例の構成を示す平面図であり、図 4 8 Bは、その側面図である。この第 1 8実施例に係る半導体レーザ装置 2 7 0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 1 0、及び光学素子 9を備える。

【0 2 9 4】第 1 7実施例に係る半導体レーザ装置 2 6 0 (図 4 7 A及ぴ 4 7 B ) と比較すると、この第 1 8実施例に係る半導体レーザ装置 2 7 0は、波長選択素子 1 0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 2 7 0の構成は、上述の第 1実施例や第 1 5実施例に係る半導体レーザ装置 1 0 0 、 2 4 0の構成と同じである。

【0 2 9 5】図 4 9は、この第 1 &実施例に係る半導体レーザ装置 2 7 0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 4 9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 9 aと透過部 9 b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 9 a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 3 aに帰還させる。また、光学素子 9は、透過部 9 bに入射した光を透過させて、波長選択素子 1 0 へ入射させる。

【 0 2 9 .6】 - · 光学素子 9は、ガラスや石英等の透光性材料かちなる平板状基材- 9 sの一方の面（第 2コリメータレンズ 8側の面）に、反射部 9 aと透過部 9 b とが z軸方向に沿って交互に形成されている。反射部 9 a及び透過部 9 bそれぞれは、上記所定方向についての幅が一定で z軸方向に延ぴている。すなわち、光学素子 9は、ストライプ状に複数の反射部 9 aを有している。

【0 2 9 7】反射部 9 a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 9 9 . 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 9 bは、光路変換素子 7から入射した光を高透過率（例えば 9 9 . 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 9 sの他方の面 (第 2コリメ 4 006503

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。

【0 2 9 8】互いに隣接する 1対の反射部 9 a及び透過部 9 b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 9 aと透過部 9 b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 9 a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 9 b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。

【0 2 9 9】この第 1 8実施例に係る半導体レーザ装置 2 7 0でも、半導体レ —ザアレイ 3の活性層 3 a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つ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。したがつて、当該半導体レーザ装置 2 7 0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 2 7 0によれば、波長選択素子 1 0が設けられていることにより、最終的な出力光のスぺクトル幅を小さくすることができる。また、波長選択素子 1 0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 2 7 0の組立てや光軸調整が容易になる。 -

【0 3 0 0】（第 1 9実施例）

【0 3 0 1】図 5 0 Aは、この発明に係る半導体レーザ装置の第 1 9実施例の構成を示す平面図であり、図 5 0 Bは、その側面図である。この第 1 9実施例に係る半導体レーザ装置 2 8 0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 1 0、及び光学素子 9を備える。

【0 3 0 2】第 1 5実施例に係る半導体レーザ装置 2 4 0 (図 4 1 A及び 4 1 B ) と比較すると、この第 1 9実施例に係る半導体レーザ装置 2 8 0は、波長選択素子 1 0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 2 8 0の構成は、上述の第 1 5実施例に係る半導 4 006503

体レーザ装置 2 4 0の構成と同じであるので説明を省略する。

【0 3 0 3】この第 1 9実施例において、波長選択素子 1 0は、光路変換素子 7によつ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。

【0 3 0 4】このような半導体レーザ装置 2 8 0において、半導体レーザァレィ 3の各活性層 3 aから出射する光束は、各活性層 3 aからは z軸方向に拡がつて出射するが、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 9 0 ° 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 1 0に入射する。

【0 3 0 5】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 3 aに帰還される。また、波長選択素子 1 0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 3 aに帰還される。これにより、光学素子 9と波長選択素子 1 0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 3 a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 1 0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 2 8 0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 2 8 0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。

【0 3 0 6】（第 2 0実施例）

【0 3 0 7】図 5 1 Aは、この発明に係る半導体レーザ装置の第 2 0実施例の構成を示す平面図であり、図 5 1 Bは、その側面図である。この第 2 0実施例に係る半導体レーザ装置 2 9 0は、半導体レーザアレイ 3、第 1コリメータレンズ

【0 3 0 8】第 1 6実施例に係る半導体レーザ装置 2 5 0 (図 4 6 A及び 4 6 B ) と比較すると、この第 2 0実施例に係る半導体レーザ装置 2 9 0は、波長選択素子 1 0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 2 9 0の構成は、上述の第 1 6実施例に係る半導体レーザ装置 2 5 0の構成と同じであるので説明を省略する。

【0 3 0 9〗この第 2 0実施例において、波長選択素子 1 0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。

【0 3 1 0】このような半導体レーザ装置 2 9 0において、半導体レーザァレィ 3の各活性層 3 aから出射する光束は、各活性層 3 aからは _Z軸方向に拡がつて出射するが、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 9 0 ° 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！：-とで略平行光とされて、光' 学素子 9又は波長選択素子 1 0に入射する。

【0 3 1 1】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 3 aに帰還される。また、波長選択素子 1 0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 3 aに帰還される。これにより、光学素子 9と波長選択素子 1 0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 3 aにおいて誘導放出が起こり、レーザ発振が得られる。 —方、波長選択素子 1 0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 2 9 0の出力光として外部へ出射する。この半導体レーザ装置 2 9 0でも、最終的な出力光は、拡がり角が小さく、スぺクトル幅が狭い。

[031 2] (第 21実施例)

〖031 3〗図 52Aは、この発明に係る半導体レーザ装置の第 2 1実施例の構成を示す平面図であり、図 52 B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コリメ一タレンズ 5、光路変換素子 Ί、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 47 A及び 47 B) と比較すると、との第 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 1 7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。

【031 5】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によつ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、半導体レーザァレイスタック 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。

[031 7] (第 22実施例)

[031 8] 図 53 A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 PC蘭 004/006503

係る半導体レーザ装置 3 1 0は、半導体レーザアレイスタック 4、第 1コリメ一タレンズ 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 1 0、及び光学素子 9を備える。

【0 3 1 9】第 2 1実施例に係る半導体レーザ装置 3 0 0 (図 5 2 A及び 5 2 B ) と比較すると、この第 2 2実施例に係る半導体レーザ装置 3 1 0は、波長選択素子 1 0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 3 1 0の構成は、上述の第 2 1実施例に係る半導体レーザ装置 3 1 0の構成と同じである。

【0 3 2 0】この第 2 2実施例に係る半導体レーザ装置 3 1 0は、第 2 1実施例の場合と同様に動作する。この半導体レーザ装置 3 1 0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 1 0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 3 1 0の組立てや光軸調整が容易である。

【0 3 2 1】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 1 5及び第 1 6実施例それぞれにおいても、図 1 4 9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 1 7及び第 1 .8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。

【0 3 2 2】（第 2 3実施例）

【0 3 2 3】図 5 4 Aは、この発明に係る半導体レーザ装置の第 2 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 5 4 Bは、その側面図（y 軸方向から見た図）である。また、図 5 5は、この第 2 3実施例に係る半導体レ一ザ装置 3 2 0に適用された半導体レーザアレイからの出射光のスぺクトル（グラフ G 5 5 0 ) と、当該第 2 3実施例に係る半導体レーザ装置 3 2 0からの出射光 (当該半導体レーザ装置 3 2 0における外部共振器を介して出射された光) の 4 006503

スぺクト /レである。

【0 3 2 4】この第 2 3実施例に係る半導体レーザ装置 3 2 0は、第 1実施例 ' に係る半導体レーザ装置 1 0 0と同様に、半導体レーザアレイ 3、第 1コリメ一タレンズ 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 1 0 0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 3 2 0が波長選択素子 1 0 (反射率 5 0 %の P D— L D I n c . 製の製品 L u X x M a s t e r™) を備える点で相異する。

【0 3 2 5】以上のような構造を有する第 2 3実施例に係る半導体レーザ装置 3 2 0によっても、図 5 5に示されたように、当亥半導体'レーザ装置 3 2 0から出力されるレーザ光（装置 3 2 0内の外部共振器を経た光）は、波長選択素子 1 0においてブラッグ条件を満たす波長 8 0 9 n mをピークとして、スぺクトル幅が狭くなった。

【0 3 2 6】（第 2 4実施例）

【0 3 2 7】図 5 6 Aは、この発明に係る半導体レーザ装置の第 2 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 5 6 Bは、その側面図（y 軸方向から見た図）である。この第 2 4実施例に係る半導体レーザ装置 3 3 0は、上述の第 2 3実施例に係る半導体レーザ装置 3 2 9は、 z軸方向に積層'された構- 造を有する。すなわち、この第 2 4実施例に係る半導体レーザ装置 3 3 0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 1 0を備える。

【0 3 2 8】半導体レーザァレイスタック 4は、第 5実施例と同様の構成（図 1 7 ) を有する。半導体レーザアレイスタック 4は、図 1 7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 4 h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。

【0 3 2 9】ヒートシンク 4 hは、半導体レーザアレイ 3を冷却する。ヒートシンク 4 h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。

【0 3 3 0】各第 1コリメータレンズ 5は、第 1実施例や第 2 3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ァレイ 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 3 a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 3 a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 3 a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ァレィ 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 3 a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。

【0 3 3 1】各光路変換素子 7も、第 1実施例や第 2 3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'で平行ィヒされた光束の横断面をほぼ 9 0 °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 3 a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 3 a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。

【0 3 3 2】光学素子としての波長変換素子 1 0は、第 1 5実施例と同様の構成 (図 4 2 ) を有しており、上記第 2 3実施例と同様に、反射率 5 0 %の P D— L D I n c . 製の製品 L u x x M a s t e r ^TMが適用される。したがって、各波長選択素子 1 0は、光路変換素子 7と 1対 1に対応させて配置され、半導体レ一ザアレイスタック 4における各活性層 3 aとともに外部共振器を構成している。

【0 3 3 3】以上のように、第 2 4実施例に係る半導体レーザ装置 3 3 0では、半導体レーザァレイ 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つたレーザ光を、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 3 3 0は、最終的な出力光の拡散角を小さくすることがでさる。

【0 3 3 4】以上の本発明の説明から、本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

【0 3 3 5】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ぺ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。 ' - ' - .

Claims

言青求の範囲

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ァレイと、

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つて前記第 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 9 0 °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。

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 9 0。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、

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 5. 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。

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0 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。

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5 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。

0 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、

5 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。

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、

前記光学素十は、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。

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。

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。

1 0 . 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。

1 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 9 0 °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。

1 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一ザァレイスタックと、

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。

1 3 . 請求項 1 1又は 1 2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。

1 . 請求項 1 1〜 1 3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。

1 5 . 請求項 1 1〜 1 4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。

1 6 . 所定平面上の第 1方向に沿つ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ァレイスタックと、

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ヒた各光束.の一部を前記活性層 -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。

1 7 . 請求項 1 6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。

1 8 . 請求項 1 7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。

1 9 . 請求項 1 7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。

2 0 . 請求項 1 7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。

2 1 . 請求項 1 7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口ンを含む。

2 2 . 請求項 1 7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。

2 3 . 請求項 1 6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。

2 4 · 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方向に沿つ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^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 9 0。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。

2 5 . 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方向に沿つ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ァレイスタックと、

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 9 0 °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、

2 6 . 請求項 2 4又は 2 5記載の半導体レーザ装置は、さらに、

2 7 . 請求項 2 4又は 2 5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。

2 8 . 請求項 2 4又は 2 5記载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。 .

2 9 . 請求項 2 4又は 2 5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。 .

3 0 . 請求項 2 4又は 2 5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。

3 1 . 請求項 2 5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。

3 2 . 請求項 2 4又は 2 5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^"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。

3 3 . 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コリメ一タレンズと、

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。

3 4 . 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方向に沿つ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一トする第- -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 9 0。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、

3 5 . 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方向に沿つ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。

3 6 . 所定平面上の第 1方向に沿ってそれぞれ伸ぴかつ該第 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つて前記第 3方向に関してコリメ一トされた各光束を、その横断面をほぼ' 9 0。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。

3 7 . 請求項 3 3〜3 6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。

3 8 . 請求項 3 3〜 3 6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。

3 9 . 請求項 3 4又は 3 6記載の半導体レーザ装置において、

4 0 . 請求項 3 3〜 3 6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 5. する。

4 1 . 請求項 3. 3又は 3 5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。