JP7104356B2 - Semiconductor laser device - Google Patents
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Description
本開示は、半導体レーザ装置に関する。 The present disclosure relates to a semiconductor laser device.
従来から、高輝度の光源を必要とする装置において、放電ランプに代えて、発光ダイオード又は半導体レーザ素子等を備える光源装置が開発されている。
例えば、プロジェクター用途又は車載用ヘッドライト用途として、半導体レーザ素子を複数備える光源装置が提案されている(特許文献1、2等)。
Conventionally, in a device requiring a high-luminance light source, a light source device including a light emitting diode, a semiconductor laser element, or the like has been developed in place of the discharge lamp.
For example, a light source device including a plurality of semiconductor laser elements has been proposed for projector applications or in-vehicle headlight applications (Patent Documents 1, 2, etc.).
上述した用途に対応した所望の波長の光を得るために、半導体レーザ素子の出射光を集光し、蛍光体に照射して励起する方法を採る場合があるが、半導体レーザ素子の集光スポットの強度分布は単峰型のため、複数のスポットが同じ位置に重ね合わさると、スポット中心の光密度が高くなり、蛍光体の励起効率が低下することがある。
このような状況下において、複数の半導体レーザ素子を用いた場合においても、用途に応じた、満足できる性能が得られる光源装置の開発が熱望されている。
本開示は、上記課題に鑑みなされたものであり、特に、出力の高い半導体レーザ素子を複数搭載した場合において、集光スポットの光強度分布における光強度差を緩和させることができる半導体レーザ装置を提供することを目的とする。
In order to obtain light of a desired wavelength corresponding to the above-mentioned application, a method of condensing the emitted light of the semiconductor laser element and irradiating the phosphor with excitation may be adopted, but the condensing spot of the semiconductor laser element may be adopted. Since the intensity distribution of the laser is a single peak type, when a plurality of spots are overlapped at the same position, the light density at the center of the spot becomes high and the excitation efficiency of the phosphor may decrease.
Under such circumstances, there is an eager desire to develop a light source device that can obtain satisfactory performance according to the application even when a plurality of semiconductor laser elements are used.
The present disclosure has been made in view of the above problems, and in particular, when a plurality of high-power semiconductor laser elements are mounted, a semiconductor laser device capable of alleviating the difference in light intensity in the light intensity distribution of the focused spot is provided. The purpose is to provide.
本開示は、以下の発明を含む。
(1)基体と、
該基体の上面に載置され、一方が第1方向に光を出射し、他方が前記第1方向と反対の方向に光を出射する一対の半導体レーザ素子と、
前記基体の上面に載置され、前記一対の半導体レーザ素子からの光を上方に反射する一対の反射部材と、
前記一対の反射部材によって反射される一対の光が下方から照射されることにより、第2方向よりも前記第2方向に垂直な方向の方が短い一対のスポットがその下面に形成される波長変換部材とを備える半導体レーザ装置であって、
上方から見て、前記一対の半導体レーザ素子の光導波路領域がずれており、前記波長変換部材の下面に形成される一対のスポットが部分的に重複するとともに、一対のスポットの全体が前記第2方向よりも前記第2方向に垂直な方向の方が短い形状であることを特徴とする半導体レーザ装置。
また、本開示は、以下の半導体レーザ装置を含む。
(2)基体と、
該基体の上面に載置され、互いに対向して配置された一対の半導体レーザ素子を含む複数の半導体レーザ素子と、
前記基体の上面に載置され、前記一対の半導体レーザ素子から出射される光を平行光にする一対の光学部品を含む複数の光学部品と、
前記基体の上面に載置され、前記一対の光学部品からの光を上方に反射する一対の反射部材を含む複数の反射部材と、
前記一対の反射部材によって反射される一対の光が下方から照射されることにより、長軸及び短軸を有する一対のスポットがその下面に形成される波長変換部材とを備える半導体レーザ装置であって、
上方から見て、前記一対の半導体レーザ素子の光導波路領域がずれていることにより、前記波長変換部材の下面に形成される一対のスポットが部分的に重複するとともにその長軸が互いに平行であることを特徴とする半導体レーザ装置。
(3)基体と、
該基体の上面に載置され、互いに対向して配置された一対の半導体レーザ素子を含む複数の半導体レーザ素子と、
前記基体の上面に載置され、前記一対の半導体レーザ素子から出射される光を平行光にする一対の光学部品を含む複数の光学部品と、
前記基体の上面に載置され、前記一対の光学部品からの光を上方に反射する一対の反射部材を含む複数の反射部材と、
前記一対の反射部材によって反射される一対の光が下方から照射されることにより、長軸及び短軸を有する一対のスポットがその下面に形成される波長変換部材とを備える半導体レーザ装置であって、
前記一対の半導体レーザ素子及び前記一対の反射部材の双方が前記基体の上面の主要領域に対して傾いていることにより、上方から見て、前記波長変換部材の下面に形成される一対のスポットが部分的に重複するとともにその長軸が互いに平行であることを特徴とする半導体レーザ装置。
The present disclosure includes the following inventions.
(1) With the substrate
A pair of semiconductor laser devices mounted on the upper surface of the substrate, one of which emits light in the first direction and the other of which emits light in the direction opposite to the first direction.
A pair of reflective members mounted on the upper surface of the substrate and reflecting light from the pair of semiconductor laser elements upward.
By irradiating the pair of light reflected by the pair of reflecting members from below, a pair of spots shorter in the direction perpendicular to the second direction than in the second direction are formed on the lower surface thereof. A semiconductor laser device including a member
When viewed from above, the optical waveguide region of the pair of semiconductor laser elements is displaced, the pair of spots formed on the lower surface of the wavelength conversion member partially overlap, and the entire pair of spots is the second. A semiconductor laser device characterized in that the direction perpendicular to the second direction is shorter than the direction.
The present disclosure also includes the following semiconductor laser device.
(2) With the substrate
A plurality of semiconductor laser devices including a pair of semiconductor laser devices placed on the upper surface of the substrate and arranged so as to face each other.
A plurality of optical components mounted on the upper surface of the substrate and including a pair of optical components that convert light emitted from the pair of semiconductor laser elements into parallel light, and a plurality of optical components.
A plurality of reflective members mounted on the upper surface of the substrate and including a pair of reflective members that upwardly reflect light from the pair of optical components.
A semiconductor laser device including a wavelength conversion member in which a pair of spots having a major axis and a minor axis are formed on the lower surface thereof by irradiating a pair of light reflected by the pair of reflective members from below. ,
When viewed from above, the optical waveguide regions of the pair of semiconductor laser devices are displaced so that the pair of spots formed on the lower surface of the wavelength conversion member partially overlap and their long axes are parallel to each other. A semiconductor laser device characterized by this.
(3) With the substrate
A plurality of semiconductor laser devices including a pair of semiconductor laser devices placed on the upper surface of the substrate and arranged so as to face each other.
A plurality of optical components mounted on the upper surface of the substrate and including a pair of optical components that convert light emitted from the pair of semiconductor laser elements into parallel light, and a plurality of optical components.
A plurality of reflective members mounted on the upper surface of the substrate and including a pair of reflective members that upwardly reflect light from the pair of optical components.
A semiconductor laser device including a wavelength conversion member in which a pair of spots having a major axis and a minor axis are formed on the lower surface thereof by irradiating a pair of light reflected by the pair of reflective members from below. ,
Since both the pair of semiconductor laser elements and the pair of reflective members are tilted with respect to the main region of the upper surface of the substrate, a pair of spots formed on the lower surface of the wavelength conversion member when viewed from above A semiconductor laser device characterized in that it partially overlaps and its long axes are parallel to each other.
本開示によれば、出力の高い半導体レーザ素子を複数搭載した場合において、集光スポットの強度分布を緩和させることができる半導体レーザ装置を提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a semiconductor laser device capable of relaxing the intensity distribution of focused spots when a plurality of high-power semiconductor laser elements are mounted.
以下に説明する半導体レーザ装置は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、本発明を以下のものに限定しない。また、図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。
本願においては、半導体レーザ装置から光を取り出す面側を、上方と称する。
The semiconductor laser device described below is for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention is not limited to the following. In addition, the size and positional relationship of the members shown in the drawings may be exaggerated in order to clarify the explanation.
In the present application, the surface side from which light is extracted from the semiconductor laser device is referred to as an upper side.
実施形態1
この実施形態1の半導体レーザ装置10は、図1A~1Dに示すように、基体11と、光導波路領域を有する、複数の半導体レーザ素子12と、複数の光学部品13と、複数の反射部材14と、波長変換部材15とを備える。
この半導体レーザ装置10では、上方から見て、少なくとも一対の半導体レーザ素子は、それらの光導波路領域がずれて配置されており、波長変換部材の下面に形成される一対のスポットが部分的に重複し、かつスポットを形成する光の長軸が互いに平行である。
このような構成によって、波長変換部材の下面において集光されたスポットの強度分布を緩和させることができ、波長変換部材での光の励起効率を向上させることができる。
Embodiment 1
As shown in FIGS. 1A to 1D, the
In the
With such a configuration, the intensity distribution of the spots focused on the lower surface of the wavelength conversion member can be relaxed, and the excitation efficiency of light in the wavelength conversion member can be improved.
(基体11)
基体11は、半導体レーザ素子12を実装するものである。また、半導体レーザ素子12を配線等と電気的に接続するために利用してもよい。従って、半導体レーザ素子を実装することができる材料及び形状が選択される。例えば、基体11は、金属、ガラス、セラミックス等によって形成することができる。特に、基体11の耐食性及び放熱性等を考慮して、銅、銅合金、鉄もしくは鉄合金等を含む金属又は窒化アルミニウムもしくは酸化アルミニウム等を含むセラミック等が挙げられる。なかでも、耐食性及び放熱性に優れているため、窒化アルミニウムが好ましい。基体11の平面形状は、略円形、略楕円、略多角形等の種々の形状が挙げられ、略矩形状が好ましい。平面形状とは、上方から見た場合の基体11の外形を指す。
(Hypokeimenon 11)
The
基体11は、平板状の形態であってもよいが、図1Aに示すように、上方に開口した筐体の形状を有することが好ましい。筐体の上面に波長変換部材15を備えた蓋体が固定されている。開口内であって基体の上面11Aは、半導体レーザ素子12、光学部品13、反射部材14等が配置されるために平坦であることが好ましい。基体11を構成する筐体は、平坦な面を有するのみならず、配線層を配置するための段差、凹凸等を1以上有していてもよい。基体11は、その上面11Aとそれに対向する下面とが平坦であり、かつ互いに平行であるものが好ましい。これによって、半導体レーザ素子を基体11上に配置した際に、後述する他の部材とのアライメントを容易とすることができ、また、高精度で上方に光を取り出すことができる。
The
基体11は、その表面、内部等において、配線層及び外部電極等を備えていることが好ましい。配線層は、例えば、銅、金、銀、アルミニウム、チタン、白金、ニッケル、パラジウム又はその合金の1以上からなる単層または複数層によって形成することができる。外部電極は、例えば、銅、金、銀、アルミニウム、チタン、白金、ニッケル、パラジウム又はその合金の1以上からなる単層または複数層によって形成することができる。外部電極が、配線層と同じ材料であれば同様の工程で形成することができる。
The
(半導体レーザ素子12)
半導体レーザ素子12は、基体11の上面に載置され、上方から見て、少なくとも互いに対向して配置された一対の半導体レーザ素子、例えば、半導体レーザ素子12A、12B等を含む。半導体レーザ素子12は、さらに複数の対をなすように、複数含まれていることが好ましい。例えば、半導体レーザ素子12は、1つの半導体レーザ装置において、2つ、4つ、6つ、8つ等、複数であることが好ましい。
複数の半導体レーザ素子12が基体11の上面に載置される場合、それらの配列は、例えば、任意の点に対して放射状に、かつ均等な距離で配置されていることが好ましい。具体的には、任意の点を中心とする正方形、正六角形、正八角形の頂点にそれぞれ半導体レーザ素子が配置されていることが好ましい。このような配置によって、任意の点から、さらに、隣接する半導体レーザ素子間においても、均等な距離で、互いに離間して配置することができる。
(Semiconductor laser element 12)
The
When a plurality of
四対の半導体レーザ素子12が配置される場合、図1Cに示すように、8つの半導体レーザ素子12A~12Hが、任意の点を中心とした正八角形の各頂点に、互いに対向するように、つまり、半導体レーザ素子12A、12B、半導体レーザ素子12C、12D、半導体レーザ素子12E、12F、半導体レーザ素子12G、12Hで対向するように配置することができる。そして、これらの各対の半導体レーザ素子では、それらの光導波路領域が互いにずれた状態で対向している。
このように配置することにより、隣接する半導体レーザ素子への熱干渉を低減でき、良好な放熱性を確保することができる。その結果、高輝度の出力が得られる。
When four pairs of
By arranging in this way, thermal interference with adjacent semiconductor laser elements can be reduced, and good heat dissipation can be ensured. As a result, a high-luminance output can be obtained.
なお、二対の半導体レーザ素子12A、12B、半導体レーザ素子12C、12Dを配置する場合には、各対の半導体レーザ素子は、90度で交わる2つの対角線近傍において、対向する半導体レーザ素子の光導波路領域が互いにずれた状態で、中心から等距離の位置に配置されることが好ましい。
三対の半導体レーザ素子12A、12B、半導体レーザ素子12C、12D、半導体レーザ素子12E、12Fを配置する場合には、各対の半導体レーザ素子は、60度で交わる3つの対角線近傍において、対向する半導体レーザ素子の光導波路領域が互いにずれた状態で、中心から等距離の位置に配置されることが好ましい。
四対の半導体レーザ素子12A、12B、半導体レーザ素子12C、12D、半導体レーザ素子12E、12F、半導体レーザ素子12G、12Hを配置する場合には、各対の半導体レーザ素子は、45度で交わる2つの対角線近傍において、対向する半導体レーザ素子の光導波路領域が互いにずれた状態で、中心から等距離の位置に配置されることが好ましい。
このように配置することにより、蛍光体に当たる光をずらす構成を容易に実現することができる。
When two pairs of
When three pairs of
When four pairs of
By arranging in this way, it is possible to easily realize a configuration in which the light that hits the phosphor is shifted.
従来、複数の半導体レーザ素子を用いて高輝度の光源とする場合、半導体レーザ素子を密集して、例えばマトリクス状に配置しなければならなかった。そのために、半導体レーザ素子及び基体が高温となり、種々の放熱対策が施されていたが、十分な放熱対策を採ることができなかった。それに対して、上述した配置によって、放熱性を向上させることができ、その結果、複数の半導体レーザ素子によって十分な輝度を実現することができる。 Conventionally, when a plurality of semiconductor laser elements are used to obtain a high-luminance light source, the semiconductor laser elements have to be densely arranged, for example, in a matrix. Therefore, the temperature of the semiconductor laser element and the substrate became high, and various heat dissipation measures were taken, but sufficient heat dissipation measures could not be taken. On the other hand, the arrangement described above can improve the heat dissipation, and as a result, sufficient brightness can be realized by the plurality of semiconductor laser elements.
半導体レーザ素子12は、例えば、窒化物半導体(主として一般式InxAlyGa1-x-yN、0≦x、0≦y、x+y≦1)で表される)などの半導体層を備え、光を共振する領域となる光導波路領域をその内部に備える。例えば、半導体層の表面にリッジを有するもの、電流阻止領域を有するものなど、公知の形態が包含される。その窒化物半導体の組成を調整することにより、半導体レーザ素子12の発振波長を調整することができる。例えば、400~530nmの範囲に発振波長を有する半導体レーザ素子を用いることができる。例えば、YAG系蛍光体と組み合わせる場合は、発振波長が420~490nmの範囲にある半導体レーザ素子12が好ましい。複数の半導体レーザ素子12は、一部又は全部が異なる発振波長を有するものであってもよいが、総ての半導体レーザ素子が同じ発振波長を有するものが好ましい。
半導体レーザ素子12は、シングルモード及びマルチモードのいずれの光を出射するものであってもよく、光出射端面から出射された光のスポットが長軸と短軸とを有するものであってもよい。
The
The
半導体レーザ素子12は、レーザ光の発振面、言い換えると、光出射端面が基体11の上面に垂直となるように配置されることが好ましい。ここでの垂直とは、±10度程度の傾きは許容される。そして、少なくとも一対の半導体レーザ素子12は、上方から見て、それらの光導波路領域がずれた状態で互いに対向して配置されている。さらに一対以上の半導体レーザ素子12が配置される場合には、それらの各対の半導体レーザ素子12においても、上方から見て、それらの光導波路領域がずれた状態で互いに対向して配置されていることが好ましい。
It is preferable that the
ここで、一対の半導体レーザ素子の光導波路領域がずれて配置されるとは、例えば、半導体レーザ素子12A及び半導体レーザ素子12Bにおいて、光出射端面は対向し、互いに平行に配置しているが、図1Cに示すように、上方から見て、各対における光導波路領域を延長した延長領域の全部が重ならないことを指す。言い換えると、一対の半導体レーザ素子の光導波路領域を延長した延長領域であって、上方から見て、その延長方向の中央部を通る線(以下、単に「光導波路領域の延長線」と記載することがある)が、重ならず、平行となるように、半導体レーザ素子が配置されていることを意味する。
Here, the fact that the optical waveguide regions of the pair of semiconductor laser elements are arranged so as to be offset means that, for example, in the
一対の半導体レーザ素子の光導波路領域のずれの程度は、用いる半導体レーザ素子の特性、後述する光学部品及び/又は反射部材の特性、これらの位置等によって、適宜設定することができる。例えば、光導波路領域のずれの程度は、上方から見て、一対の半導体レーザ素子の光導波路領域の延長線同士の最短距離が、半導体レーザ素子の幅の1.5倍~3倍とすることができる。具体的には、0.2~4mmが挙げられる。
あるいは、そのずれの程度は、後述する波長変換部材の下面に形成される一対のスポットが部分的に重複し、かつそのスポットを形成する光の長軸が互いに平行となるように設定されることが好ましい。
The degree of deviation of the optical waveguide region of the pair of semiconductor laser elements can be appropriately set depending on the characteristics of the semiconductor laser element used, the characteristics of the optical component and / or the reflecting member described later, their positions, and the like. For example, the degree of deviation of the optical waveguide region is such that the shortest distance between the extension lines of the optical waveguide region of a pair of semiconductor laser elements is 1.5 to 3 times the width of the semiconductor laser element when viewed from above. Can be done. Specifically, 0.2 to 4 mm can be mentioned.
Alternatively, the degree of deviation is set so that the pair of spots formed on the lower surface of the wavelength conversion member described later partially overlap and the long axes of the light forming the spots are parallel to each other. Is preferable.
半導体レーザ素子12は、基体11の上面に直接配置してもよいが、上面にサブマウント16を介して配置することが好ましい。これにより、半導体レーザ素子12の光出射端面を基体11から離すことができ、半導体レーザ素子12からの光が基体11に当たるのを回避することができる。サブマウント16としては、例えば、炭化珪素、窒化アルミニウム等を用いることができる。サブマウント16を配置する場合においても、半導体レーザ素子12は、出射した光が、基体11の上面に対して実質的に平行な方向に進行するように実装することが好ましい。
サブマウントの形状は、適宜設定することができ、直方体又は立方体等の塊状のものであってもよいし、任意の部位にフィンが複数配置された形状であってもよい。
The
The shape of the submount can be appropriately set, and may be a lump shape such as a rectangular cuboid or a cube, or a shape in which a plurality of fins are arranged at arbitrary portions.
(光学部品13)
光学部品13は、基体11の上面に載置され、半導体レーザ素子12から出射される光を平行光にする部品である。光学部品13としては、例えば、凹レンズと凸レンズとを組み合わせてなるガリレオ式レンズ、凸レンズ同士を組み合わせてなるケプラー式レンズ等のコリメートレンズ等が挙げられる。
光学部品13は、半導体レーザ素子12の数に応じて、1対1で配置されることが好ましいが、半導体レーザ素子12の配置形態によっては、半導体レーザ素子の数よりも少なくてもよい。光学部品13は、基体11の上面であって、半導体レーザ素子12からの光を通過し得る位置に配置されていることが好ましい。
光学部品13は、半導体レーザ素子12と反射部材14との間に配置している限り、光学部品13の一部又は全部において、半導体レーザ素子12からの距離が異なってもよいが、光学部品13の全てが、半導体レーザ素子12から同じ距離で配置されていることが好ましい。
(Optical component 13)
The
The
As long as the
例えば、このような光学部品を用いずに、つまり、半導体レーザ素子12から出射される光を平行光にしない場合、基体11の外部に平行光とする光学部品を配置する場合には、波長変換部材に集光するスポットのサイズが大きくなり、後段の光学系の大型化を招き、光の利用効率を低下させるという問題がある。
これに対して、基体11上において、半導体レーザ素子12に近接して、平行光にする光学部品13を配置するため、集光スポットを小径することができる。そのため、後述する波長変換部材に小径のスポットを形成することができ、効率的に波長変換部材における蛍光体を励起させることができる。それによって、波長変換後の光束の最も強度が高い発光点を小径とすることができる。その結果、光の利用効率を向上させることができる。例えば、プロジェクター用途に用いる場合は、エテンデュを小さくすることができ、半導体レーザ装置の後段で用いられる光学系を小型化することができる。また、車載用ヘッドライト用途に用いる場合は、発光点の小径化によってレンズ、リフレクター等の光学部品を小型化でき、小型、軽量、薄型のヘッドライトが可能となり、デザインの自由度を向上させることができる。
For example, when such an optical component is not used, that is, when the light emitted from the
On the other hand, since the
(反射部材14)
反射部材14は、基体11の上面に載置され、光学部品13を通過した光を上方に反射する部材であり、光学部品13を通過した光を反射し得る位置に配置されている。反射部材14は、基体11の上面に対して傾斜した反射面を有しており、この反射面によって、光学部品13を通過した光を上方に反射するように配置されている。
反射部材14は、その反射面が、後述する波長変換部材15の下方に位置するように配置されることが好ましい。特に、上方から見て、反射部材14で反射する光が波長変換部材15の下面に最も強度の強い反射光として入射し得る位置に配置されることが好ましい。言い換えると、上方から見て、光導波路領域の延長線上で、反射部材14の反射面においてレーザ光が反射し、かつその反射光の略全部が波長変換部材15に入射されるように配置されることが好ましい。上述したように、一対の半導体レーザ素子12では、光導波路領域が互いにずれて配置されるが、これら一対の半導体レーザ素子12に対応する反射部材は、上述した反射を実現する限り、それぞれ、半導体レーザ素子と同様に、上方からみてずれていてもよいし、ずれていなくてもよい。
(Reflective member 14)
The
It is preferable that the reflecting
反射部材14としては、例えば、三角柱、四角錐台等の形状の光学ガラスの斜面に、反射膜が設けられた部材を用いることができる。基体11の上面と反射部材14の斜面との角度は、例えば、60度以下が挙げられ、50度以下が好ましく、45度以下がさらに好ましい。また、20度以上が挙げられ、30度以上が好ましく、35度以上がより好ましい。ここでの基体11の上面と反射部材14の斜面の角度とは、基体11の上面のうち反射部材14の下面と対向する領域と、反射部材14の斜面とがなす角度をいう。例えば、この角度は、図1Dに示した反射部材14の反射面14aと、基体11の上面11Aとがなす角度βを指す。
As the
反射部材14は、半導体レーザ素子12の数に応じて、1対1で配置されることが好ましい。その場合、反射部材14は、それぞれ、半導体レーザ素子に対向するように配置されることが好ましい。ただし、半導体レーザ素子12の配置形態によっては、半導体レーザ素子の数よりも少なくてもよい。
The reflecting
(波長変換部材15)
波長変換部材15は、半導体レーザ素子12から出射されたレーザ光の波長を変換する部材であり、一対の反射部材14によって反射される一対の光が下方から照射されることにより、長軸及び短軸を有する一対のスポットがその下面に形成される位置に配置されている。
(Wavelength conversion member 15)
The
波長変換部材15は、蛍光体を含有することが好ましく、例えば、蛍光体そのものを焼結させたもの、蛍光体に焼結助剤を添加して焼結させた焼結体とすることができる。
蛍光体は、半導体レーザ素子12と組み合わせて白色光が得られるような材料を選択するのが好ましい。例えば、半導体レーザ素子12から青色光が出射される場合には、半導体レーザ素子12の出射光を励起光として黄色光を発する蛍光体を用いることができる。黄色光を発する蛍光体としては、YAG系の蛍光体が挙げられる。また、半導体レーザ素子12から青色光よりも短波の光(例えば紫外光等)が出射される場合には、青色、緑色及び赤色の各色を発光する蛍光体を用いることができる。
The
As the phosphor, it is preferable to select a material that can obtain white light in combination with the
波長変換部材15は、保持部材によって、上述した適所に配置されていることが好ましい。保持部材は、例えば、筐体状の基体11に対する蓋体として機能するものであってもよい。図1Aでは、上方に開口した筐体の形状である基板11と波長変換部材15を備えた蓋体とが離れているが、筐体の中を説明するための図であって、実際の半導体レーザ装置は、この筐体の上面に蓋体が接合されている。このような保持部材を利用することによって、波長変換部材15は、基体11、半導体レーザ素子12等に対して、適所に固定することができる。また、波長変換部材15で生じた熱を、保持部材を介して効率的に放熱させることができる。
It is preferable that the
波長変換部材15は、上方から見て、略円形、略楕円、略多角形等の種々の形状を採ることができる。その大きさは、波長変換部材15に照射されるスポット径によって適宜調整することができる。例えば、スポット径の最大長さの1倍以上、1.5倍以上等が挙げられる。波長変換部材15は、照射される光の全てが蛍光体に照射されて適度に波長変換することができる程度の厚みを有することが好ましく、例えば、0.2~1mmが挙げられる。
The
上述したように、半導体レーザ素子12から出射された光のスポットは楕円形であって、それぞれ長軸と短軸とを有する。このような光は、光学部品を通過しても、さらに反射部材で反射されても、依然として長軸及び短軸を有する光のスポット形状が維持される。従って、反射部材によって反射されて、波長変換部材に入射される光も、波長変換部材の下面に形成されるスポットが、長軸及び短軸を有する。このような長軸及び短軸を有する各スポットは、1つのスポット内において、実際には光強度は略ガウシアン分布の単峰型であるために、複数の半導体レーザ素子12から出射される光を集光した場合でも、集光スポット内で、光の強度が均一とならない。よって、このような光を波長変換部材で波長変換する場合に、光が照射された蛍光体の励起が不均一となり、蛍光体の励起効率を低減することがある。
As described above, the spots of light emitted from the
これに対して、本実施形態の半導体レーザ装置では、波長変換部材15において、例えば、図1Eに示すように、その下面に形成された一対のスポット17A、17Bのそれぞれの長軸LA、LBが、互いに重ならず、平行であり、かつ、一対のスポット17A、17Bが、部分的にのみ重複するようにずれている。これにより、集光スポット内で、光強度の強弱分布を緩和することができるので、蛍光体の励起効率を向上させることができる。
また、一対のスポット17A、17Bは、波長変換部材15の下面において、実質的に同じ形状かつ同じ大きさであることが好ましく、全てのスポットは、実質的に同じ形状かつ同じ大きさであることがより好ましい。
さらに、一対のスポット17A、17Bは、波長変換部材15の下面において、短軸Sの方向に平行移動したように形成されることが好ましく、各スポットの全てが、それぞれ、短軸Sの方向に平行移動したように形成されることがより好ましい。
このようなずれは、一対のスポット17A、17Bが短軸S方向において完全に重複していなければよいが、例えば、長軸LAと長軸LBとの距離D(長軸LA、LB同士の距離D)が短軸Sの長さの1/10以上が挙げられ、1/4以上が好ましく、1/2以上であることがより好ましい。また、一対のスポット17A、17Bが短軸S方向において重なっていればよいが、長軸LAと長軸LBとの距離D(長軸LA、LB同士の距離D)が短軸Sの長さの9/10以下が挙げられ、7/4/5が好ましく、3/4以下であることがより好ましい。
具体的には、ずれの程度は、スポットの短軸方向の幅の1/2~3/4が挙げられ、集光レンズのNAによるが、スポットの短軸方向の幅が、例えば、0.5mmである場合、ずれの程度は、約0.2~0.4mmが例示される。
一対のスポット17A、17Bでは、短軸Sが互いに平行であることが好ましく、一対のスポット17A、17Bは、長軸方向には、同じ位置に形成されていることがより好ましい。つまり、互いに短軸Sが一致することがより好ましい。
このような構造を有する半導体レーザ装置では、波長変換部材の下面において集光されたスポットの強度分布を緩和させることができ、波長変換部材での光の励起効率を向上させることができる。
On the other hand, in the semiconductor laser apparatus of the present embodiment, in the
Further, the pair of
Further, the pair of
Such a deviation may be caused as long as the pair of
Specifically, the degree of deviation is 1/2 to 3/4 of the width of the spot in the minor axis direction, and depends on the NA of the condenser lens, but the width of the spot in the minor axis direction is, for example, 0. When it is 5 mm, the degree of deviation is exemplified by about 0.2 to 0.4 mm.
In the pair of
In the semiconductor laser apparatus having such a structure, the intensity distribution of the spots focused on the lower surface of the wavelength conversion member can be relaxed, and the excitation efficiency of light in the wavelength conversion member can be improved.
例えば、一対の半導体レーザ素子12A、12Bを用いた場合には、波長変換部材15の下面に入射する光、二対の半導体レーザ素子12A、12B、半導体レーザ素子12C、12Dを用いた場合には、波長変換部材14の下面に入射する光、三対の半導体レーザ素子12A、12B、半導体レーザ素子12C、12D、半導体レーザ素子12E、12Fを用いた場合には、波長変換部材14の下面に入射する光、四対の半導体レーザ素子12A、12B、半導体レーザ素子12C、12D、半導体レーザ素子12E、12F、半導体レーザ素子12G、12Hを用いた場合には、波長変換部材14の下面に入射する光は、それぞれ、図3に示すスポット形状となる。
For example, when a pair of
また、実施例として、一対の半導体レーザ素子12A、12Bを用いた場合において、集光スポットの長軸と平行な方向をX軸、長軸と垂直な方向(短軸と平行な方向)をY軸とし、X軸、Y軸に垂直な面の光強度を、図4A、4Bにそれぞれに示す。
これに対する比較例として、一対の半導体レーザ素子のスポットが同じ位置に重ね合わさる半導体レーザ装置におけるX軸、Y軸に垂直な面の光強度を、それぞれ図4C、4Dに示す。
図4において、横軸はビーム巾であり、中心が0度に位置する。縦軸は光強度であり、単位は任意強度である。図4中、点線が半導体レーザ素子1つの強度であり、実線が2つの半導体レーザ素子を用いた場合の強度である。
この結果からわかるように、実施例は、比較例に対して、長軸と垂直な方向(Y軸)において集光スポットの中心の光の強度を緩和させ、半値幅を広くすることにより、強度分布を緩和させることができる。その結果、波長変換部材での光の励起効率を向上させることができる。
Further, as an example, when a pair of
As a comparative example with respect to this, the light intensities of the planes perpendicular to the X-axis and the Y-axis in the semiconductor laser apparatus in which the spots of the pair of semiconductor laser elements are overlapped at the same position are shown in FIGS. 4C and 4D, respectively.
In FIG. 4, the horizontal axis is the beam width, and the center is located at 0 degrees. The vertical axis is the light intensity, and the unit is arbitrary intensity. In FIG. 4, the dotted line is the intensity of one semiconductor laser element, and the solid line is the intensity when two semiconductor laser elements are used.
As can be seen from this result, in the example, the intensity of the light at the center of the focused spot is relaxed and the half width is widened in the direction perpendicular to the long axis (Y axis) as compared with the comparative example. The distribution can be relaxed. As a result, the excitation efficiency of light in the wavelength conversion member can be improved.
実施形態2
この実施形態2の半導体レーザ装置20は、図2Aに示したように、半導体レーザ装置10と同様に、基体21と、光導波路領域を有し、サブマウント26上に載置された、複数の半導体レーザ素子22A~22Hと、複数の光学部品23と、複数の反射部材24と、これら反射部材24の上方に配置された波長変換部材とを備える。1つの半導体レーザ素子22と、この半導体レーザ素子22から出射された光を通過させる光学部品23と、その光を反射する反射部材24との配置の関係は、実施形態1でのそれらの配置と実質的に同様である。
一方、一対の半導体レーザ素子22A、22B及び一対の反射部材24の双方が、基体21の上面の主要領域21Aに対して傾斜して配置されている。また、半導体レーザ装置10と同様に、波長変換部材の下面に形成される一対のスポットが部分的に重複し、かつ、スポットを形成する光の長軸が互いに平行である。
ここでの基体21の上面の主要領域21Aとは、半導体レーザ素子22と反射部材24とを傾斜させて配置するための傾斜面21Cではなく、複数の半導体レーザ素子22A~22H、光学部品23、反射部材24等を一体的に保持するための基体21の本来の主面を意味し、例えば、基体21の下面21Bに対して平行な領域と言い換えることができる。
Embodiment 2
As shown in FIG. 2A, the
On the other hand, both the pair of
Here, the
つまり、一対の半導体レーザ素子22A、22Bは、半導体レーザ素子22A、22Bの光出射端面22aと向かい合う方向から半導体レーザ素子22A、22Bを見たときに、それぞれ同じ側に傾いている。従って、反射部材24も、半導体レーザ素子22A、22Bと同様に傾いている。
言い換えると、一対の半導体レーザ素子22のそれぞれの光導波路領域の延長線を軸とした場合、一対の半導体レーザ素子22の軸は互いに平行に配置されているが、その軸を一致させた場合に、一対の半導体レーザ素子22A、22Bの傾きは、互いに反対方向となる。
That is, the pair of
In other words, when the extension lines of the respective optical waveguide regions of the pair of
さらに言い換えると、半導体レーザ素子22の光導波路領域の延長線を軸として回転させるように、半導体レーザ素子22と、その半導体レーザ素子22から出射された光を反射させる反射部材24とが、基体11の上面の主要領域21Aに対して傾斜している。
In other words, the
傾きの程度は、上述したように、波長変換部材の下面に形成される一対のスポットが、部分的に重複し、かつスポットを形成する光の長軸が互いに平行である状態を実現することができる程度であればよい。
図2Bに示すように、例えば、半導体レーザ素子22の光出射端面22aと向かい合う方向から半導体レーザ素子22を見た場合、基体21の主要領域21Aを基準として、半導体レーザ素子22等の傾斜角度αは、10度~40度が挙げられ、20度~30度が好ましい。また、基体21の主要領域21Aが、下面21Bに対して平行な領域である場合にはその下面21Bを、あるいは、半導体レーザ素子22の光導波路領域を含む平面を基準としてもよい。なお、傾きの程度は、一対の半導体レーザ素子22A、22Bで同じであることが好ましく、全ての半導体レーザ素子22A~22Hで同じであることがより好ましい。
As described above, the degree of inclination can realize a state in which a pair of spots formed on the lower surface of the wavelength conversion member partially overlap each other and the long axes of the light forming the spots are parallel to each other. As long as it can be done.
As shown in FIG. 2B, for example, when the
上述した以外は、実質的に実施形態1と同様の構成を有する。
このような構成によっても、実施形態1と同様の効果を発揮することができる。
Except for the above, it has substantially the same configuration as that of the first embodiment.
Even with such a configuration, the same effect as that of the first embodiment can be exhibited.
10、20 半導体レーザ装置
11、21 基体
11A 上面
21B 下面
12、12A、12B、12C、12D、12E、12F、12G、12H、22、22A、22B、22C、22D、22E、22F、22G、22H 半導体レーザ素子
13、23 光学部品
14、24 反射部材
15 波長変換部材
16、26 サブマウント
17A、17B スポット
21A 主要領域
21C 傾斜面
22a 光出射端面
L 長軸
S 短軸
α 傾斜角度
10, 20
Claims (8)
該基体の上面に載置され、一方が第1方向に光を出射し、他方が前記第1方向と反対の方向に光を出射する一対の半導体レーザ素子と、
前記基体の上面に載置され、前記一対の半導体レーザ素子からの光を上方に反射する一対の反射部材と、
前記一対の反射部材によって反射される一対の光が下方から照射されることにより、第2方向よりも前記第2方向に垂直な方向の方が短い一対のスポットがその下面に形成される波長変換部材とを備える半導体レーザ装置であって、
上方から見て、前記一対の半導体レーザ素子の光導波路領域がずれており、前記波長変換部材の下面に形成される一対のスポットが部分的に重複するとともに、一対のスポットの全体が前記第2方向よりも前記第2方向に垂直な方向の方が短い形状であり、
前記一対の半導体レーザ素子のそれぞれから出射される光のスポットは、長軸と短軸を有する楕円形であり、
前記第2方向は、前記半導体レーザ素子から出射される楕円形の光のスポットの長軸における両端のそれぞれを通る光が前記波長変換部材の下面に照射される各点を結ぶ直線に平行な方向であることを特徴とする半導体レーザ装置。 With the base
A pair of semiconductor laser devices mounted on the upper surface of the substrate, one of which emits light in the first direction and the other of which emits light in the direction opposite to the first direction.
A pair of reflective members mounted on the upper surface of the substrate and reflecting light from the pair of semiconductor laser elements upward.
By irradiating the pair of light reflected by the pair of reflecting members from below, a pair of spots shorter in the direction perpendicular to the second direction than in the second direction are formed on the lower surface thereof. A semiconductor laser device including a member
When viewed from above, the optical waveguide regions of the pair of semiconductor laser devices are displaced, the pair of spots formed on the lower surface of the wavelength conversion member partially overlap, and the entire pair of spots is the second. The shape is shorter in the direction perpendicular to the second direction than in the direction .
The spot of light emitted from each of the pair of semiconductor laser devices is an ellipse having a major axis and a minor axis.
The second direction is a direction parallel to a straight line connecting the points where the light passing through both ends of the long axis of the elliptical light spot emitted from the semiconductor laser element irradiates the lower surface of the wavelength conversion member. A semiconductor laser device characterized by being.
The semiconductor laser apparatus according to any one of claims 1 to 7 , further comprising a plurality of semiconductor laser elements including the pair of semiconductor laser elements.
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