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JP2023064231A - Laser diode bar, wavelength beam combining system, and manufacturing method of wavelength beam combining system - Google Patents

Laser diode bar, wavelength beam combining system, and manufacturing method of wavelength beam combining system Download PDF

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JP2023064231A
JP2023064231A JP2021174376A JP2021174376A JP2023064231A JP 2023064231 A JP2023064231 A JP 2023064231A JP 2021174376 A JP2021174376 A JP 2021174376A JP 2021174376 A JP2021174376 A JP 2021174376A JP 2023064231 A JP2023064231 A JP 2023064231A
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laser
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laser diode
light
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JP2021174376A
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貴敏 岡本
Takatoshi Okamoto
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Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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Abstract

To provide a laser diode bar containing nitride semiconductor as a constituent material having multiple emitters capable of suppressing reliability degradation during long-term use.SOLUTION: A laser diode bar 10 contains a nitride semiconductor as a constituent material. Also, the laser diode bar 10 has n emitters 21 to 2n (where n is an integer equal to or greater than 4) spaced apart from each other in the X direction. Each of the n emitters 21 to 2n laser-oscillates when a current greater than or equal to the threshold current flows. The threshold current of at least one of the emitters 21 and 2n on both ends is less than the average value of the threshold currents of the remaining emitters 22 to 2n-1 excluding the emitters 21 and 2n on both ends.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本開示は、レーザーダイオードバー、波長ビーム結合システム及び波長ビーム結合システムの製造方法に関する。 The present disclosure relates to laser diode bars, wavelength beam combining systems, and methods of fabricating wavelength beam combining systems.

近年、銅、金、樹脂など種々の材料において、レーザー加工への期待が高まっている。例えば、自動車産業では、電動化、小型化、高剛性化、デザイン自由度向上、及び生産性向上などが求められ、レーザー加工への期待は高い。特に、電気自動車用のモーターやバッテリーの、銅加工においては、光吸収効率の高い青色(波長350~450nm)のレーザー光源が求められており、生産性の高い加工を実現するには、高出力で集光性の高いビーム品質を備えたレーザー光源が要求されている。この要求に、好適なレーザー光源として、窒化物半導体を主たる半導体材料として含む、いわゆる窒化ガリウム(以降GaNと表記する)系半導体レーザー素子が知られている。 In recent years, expectations for laser processing have increased for various materials such as copper, gold, and resin. For example, in the automobile industry, electrification, miniaturization, high rigidity, improvement in design flexibility, and productivity improvement are required, and expectations for laser processing are high. In particular, in the copper processing of motors and batteries for electric vehicles, a blue laser light source with high light absorption efficiency (wavelength 350 to 450 nm) is required. There is a need for a laser light source with a highly focused beam quality. A so-called gallium nitride (hereinafter abbreviated as GaN)-based semiconductor laser device containing a nitride semiconductor as a main semiconductor material is known as a suitable laser light source for meeting this requirement.

一方、GaN系半導体レーザー素子から高出力のレーザー光を連続して出射する場合、所定の時間を超えるとレーザー光の出力が大幅に低下すること、つまり、GaN系半導体レーザー素子の信頼性低下が知られている。これは、窒化物半導体内部での結晶欠陥の発生、伝播に起因する信頼性低下と、GaN系半導体レーザーが有する波長に起因して、素子の光出射端面近傍の雰囲気に含まれるシロキサンに、350~450nmの波長を有したレーザー光を照射することによってシロキサンの光分解が促進され、分解したSiが光強度の最も強い出射端面に付着する光ピンセット現象に起因する信頼性低下がある。後者の影響は、レーザー加工においては、深刻な課題となっており、本発明も後者に着眼している。 On the other hand, when a high-output laser beam is continuously emitted from a GaN-based semiconductor laser device, the output of the laser beam drops significantly after a predetermined time, that is, the reliability of the GaN-based semiconductor laser device decreases. Are known. This is because the siloxane contained in the atmosphere in the vicinity of the light emitting facet of the device has 350 Irradiation with a laser beam having a wavelength of ∼450 nm accelerates the photodecomposition of siloxane, and the decomposed Si adheres to the output end face where the light intensity is the highest, resulting in a decrease in reliability due to the optical tweezers phenomenon. The latter effect is a serious problem in laser processing, and the present invention also focuses on the latter.

したがって、シロキサン分解物の光出射端面への付着を抑制する技術がいくつか提案されている。例えば、特許文献1には、GaN系半導体レーザー素子をCANパッケージに気密封止した後、CANパッケージを101℃以上にするとともに、420nm以下の波長の光を照射する方法が開示されている。このようにすることで、CANパッケージの内部にあるシロキサンを含む汚染物質を確実に気化させつつ、これを光分解し、シロキサン分解物が光出射端面に付着するのを防止している。 Therefore, several techniques have been proposed for suppressing the adhesion of siloxane decomposition products to the light emitting facet. For example, Patent Literature 1 discloses a method of hermetically sealing a GaN-based semiconductor laser element in a CAN package, heating the CAN package to 101° C. or higher, and irradiating light with a wavelength of 420 nm or shorter. In this way, contaminants containing siloxane inside the CAN package are reliably vaporized and photodecomposed, thereby preventing siloxane decomposition products from adhering to the light output end face.

また、特許文献2には、GaN系半導体レーザー素子をサブマウントに接着剤を用いて接着し、さらに、これらをCANパッケージの内部に気密封止する構成が開示されている。また、接着剤を、常温において、有機物からなる溶剤に有機物の気化温度よりも高い分解温度を有する保護膜で覆われた金属粒子が漂う構造としている。気密封止前に、真空中または露点-20℃以下の乾燥空気中で、保護膜の分解温度よりも高い温度でCANパッケージをベーキングする。その後、真空を破ることなく、または乾燥空気の露点を維持した状態で、CANパッケージを気密封止する。このようにすることで、シロキサンを含む雰囲気が、CANパッケージの内部に残留するのを抑制し、シロキサン分解物が光出射端面に付着するのを防止している。 Further, Patent Document 2 discloses a configuration in which a GaN-based semiconductor laser element is adhered to a submount using an adhesive, and these are hermetically sealed inside a CAN package. In addition, the adhesive has a structure in which metal particles covered with a protective film having a decomposition temperature higher than the vaporization temperature of the organic matter float in the solvent made of the organic matter at room temperature. Prior to hermetic sealing, the CAN package is baked in vacuum or in dry air with a dew point below -20°C at a temperature above the decomposition temperature of the protective film. The CAN package is then hermetically sealed without breaking vacuum or while maintaining the dew point of dry air. By doing so, the atmosphere containing siloxane is suppressed from remaining inside the CAN package, and siloxane decomposition products are prevented from adhering to the light emitting end surface.

特許第5095091号公報Japanese Patent No. 5095091 特許第5722553号公報Japanese Patent No. 5722553

レーザー加工を行うために、数kWにもなる高出力および高品質のレーザー光を得るには、複数のGaN系半導体レーザーを用いる必要があり、さらに、それぞれから出力されるレーザー光も高出力化する必要がある。半導体レーザー素子を高出力化するには、単一基板の、一次元方向に光源(以降、エミッターと表記する)を複数配置する、いわゆるレーザーアレイ構造を有した素子(以降、レーザーダイオードバーと表記する)とするのが一般的である。しかし、単一のレーザーダイオードバーから得られる光出力を百~数百W程度にしようとすると、エミッターの数が数十~百程度となり、レーザーダイオードバーのサイズが大きくなってしまう。このような大きなサイズの半導体レーザー素子を一般的なCANパッケージに、気密封止することは困難である。 For laser processing, it is necessary to use a plurality of GaN-based semiconductor lasers in order to obtain high-output and high-quality laser light of several kW. There is a need to. In order to increase the output power of a semiconductor laser device, a device with a so-called laser array structure (hereafter referred to as a laser diode bar), in which multiple light sources (hereafter referred to as emitters) are arranged in one dimension on a single substrate. It is common to assume that However, if the optical output obtained from a single laser diode bar is to be on the order of 100 to several hundred W, the number of emitters will be on the order of several tens to hundreds, and the size of the laser diode bar will increase. It is difficult to hermetically seal such a large-sized semiconductor laser element in a general CAN package.

本開示はかかる点に鑑みてなされたもので、その目的は、窒化物半導体を構成材料として含むレーザーダイオードバーであって、長時間使用時の信頼性低下を抑制することができるレーザーダイオードバー、波長ビーム結合システム及び波長ビーム結合システムの製造方法を提供することにある。 The present disclosure has been made in view of this point, and an object thereof is a laser diode bar containing a nitride semiconductor as a constituent material, which is capable of suppressing deterioration in reliability during long-term use. An object of the present invention is to provide a wavelength beam combining system and a method of manufacturing the wavelength beam combining system.

上記目的を達成するため、本開示に係るレーザーダイオードバーは、窒化物半導体を構成材料として含むレーザーダイオードバーであって、前記レーザーダイオードバーは、第1方向に互いに間隔をあけて形成されたn(nは4以上の整数)個のエミッターを有しており、n個の前記エミッターのそれぞれは、閾値電流以上の電流が流れることでレーザー発振し、両端の前記エミッターのうち少なくとも1つの前記エミッターの前記閾値電流は、両端の前記エミッターを除いた残りの前記エミッターの前記閾値電流の平均値以下であることを特徴とする。 To achieve the above object, a laser diode bar according to the present disclosure is a laser diode bar containing a nitride semiconductor as a constituent material, wherein the laser diode bars are spaced apart from each other in a first direction. It has (n is an integer of 4 or more) emitters, and each of the n emitters oscillates when a current equal to or greater than a threshold current flows, and at least one of the emitters at both ends is equal to or less than the average value of the threshold currents of the remaining emitters excluding the emitters at both ends.

本開示に係る波長ビーム結合システムは、前記レーザーダイオードバーをそれぞれ有する単一または複数のレーザーモジュールと、前記レーザーダイオードバーに含まれる複数の前記エミッターからそれぞれ出射されるレーザー光を結合する光結合素子と、前記光結合素子で結合された前記レーザー光を前記光結合素子に向けて反射する外部共振ミラーと、単一または複数の前記レーザーモジュールと前記光結合素子と前記外部共振ミラーとを収容するケーシングと、を少なくとも備え、前記レーザーダイオードバーは、n個の前記エミッターにおける前記レーザー光の出射端面と反対側の面に所定の反射率を有する反射層が設けられており、前記外部共振ミラーと前記レーザー光が出射される前記エミッターの前記反射層との間に外部共振構造が構成され、前記光結合素子で結合された結合レーザー光が前記ケーシングの外部に出射されることを特徴とする。 A wavelength beam combining system according to the present disclosure includes a single or a plurality of laser modules each having the laser diode bar, and an optical coupling element for combining laser light emitted from each of the plurality of emitters included in the laser diode bar. and an external resonant mirror for reflecting the laser light coupled by the optical coupling element toward the optical coupling element, and one or more of the laser modules, the optical coupling element, and the external resonant mirror. a casing, wherein the laser diode bar is provided with a reflective layer having a predetermined reflectance on the surface opposite to the emission end surface of the laser light in the n emitters, and the external resonance mirror and An external resonance structure is formed between the reflective layer of the emitter from which the laser light is emitted, and the coupled laser light coupled by the optical coupling element is emitted to the outside of the casing.

本開示に係る波長ビーム結合システムの製造方法は、前記レーザーダイオードバーを準備する第1工程と、前記レーザーダイオードバーを有するレーザーモジュールを組み立てる第2工程と、前記ケーシングの内部に前記レーザーモジュールと前記光結合素子と前記外部共振ミラーとを所定の配置関係を保った状態で固定配置する第3工程と、前記3工程の後に、前記ケーシングを封止する第4工程と、前記4工程の後に、前記レーザーモジュールを駆動して、前記レーザーダイオードバーに含まれる両端の前記エミッターのうち少なくとも一方から前記レーザー光を所定時間、連続して出射させる第5工程と、を少なくとも備え、前記第2工程では、前記レーザーモジュールを組み立てるにあたって、シロキサンを含む絶縁性接着材が用いられ、前記第5工程では、前記レーザー光の出力がモニターされた状態で、両端の前記エミッターのうち少なくとも一方から前記レーザー光を出射させるとともに、残りの前記エミッターからは前記レーザー光が出射されないように、前記レーサーモジュールを駆動し、前記所定時間は、前記レーザー光の出力の低下度合いに応じて決定されることを特徴とする。 A method for manufacturing a wavelength beam combining system according to the present disclosure includes: a first step of preparing the laser diode bar; a second step of assembling a laser module having the laser diode bar; a third step of fixing and arranging the optical coupling element and the external resonance mirror while maintaining a predetermined arrangement relationship; after the three steps, a fourth step of sealing the casing; after the four steps, a fifth step of driving the laser module to continuously emit the laser light from at least one of the emitters at both ends included in the laser diode bar for a predetermined time; In assembling the laser module, an insulating adhesive material containing siloxane is used, and in the fifth step, the laser light is emitted from at least one of the emitters at both ends while the output of the laser light is being monitored. The racer module is driven so that the laser light is not emitted from the remaining emitters while the laser light is emitted, and the predetermined time is determined according to the degree of decrease in the output of the laser light. .

本開示によれば、光出射端面へのシロキサン分解物の付着を抑制できる。このことにより、シロキサン付着によるレーザーダイオードバーの長時間使用時の信頼性低下を抑制できる。 According to the present disclosure, adhesion of siloxane decomposition products to the light emitting end surface can be suppressed. As a result, deterioration in reliability of the laser diode bar during long-term use due to adhesion of siloxane can be suppressed.

実施形態に係る波長ビーム結合システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a wavelength beam combining system according to an embodiment; FIG. 波長ビーム結合システムの動作を説明する模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the operation of the wavelength beam combining system; レーザーモジュールの分解斜視図である。1 is an exploded perspective view of a laser module; FIG. レーザーダイオードバーの斜視図である。1 is a perspective view of a laser diode bar; FIG. 図4のV-V線での断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line VV of FIG. 4; 連続発振時の単一のエミッターで構成されたレーザーモジュールのレーザー光出力の時間変化を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing temporal changes in laser light output of a laser module configured with a single emitter during continuous oscillation. 38個のエミッターを有するレーザーダイオードバーを実装したレーザーモジュールを所定時間駆動させた前後での各エミッターからのレーザー光出力の変化を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing changes in laser light output from each emitter before and after driving a laser module mounted with a laser diode bar having 38 emitters for a predetermined period of time; レーザーモジュールを所定時間駆動させた後でのエミッターの光出射端面への付着物を観察した模式図である。FIG. 10 is a schematic view of observation of deposits on the light emitting end surface of the emitter after the laser module has been driven for a predetermined period of time. ストライプ幅と閾値電流との関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between stripe width and threshold current; 波長ビーム結合システムの製造方法を説明するためのフローチャートである。4 is a flow chart for explaining a method of manufacturing a wavelength beam combining system; 図10に示すステップS5におけるレーザーモジュールからのレーザー光の出射状態を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing the state of laser light emitted from the laser module in step S5 shown in FIG. 10; 図10に示すステップS5におけるモニター出力の時間変化を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing temporal changes in monitor output in step S5 shown in FIG. 10; 図10に示すステップS5におけるレーザーダイオードバーの好適な駆動範囲を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a preferred driving range of the laser diode bar in step S5 shown in FIG. 10; 変形例に係るダミーエミッターを示す平面模式図である。It is a schematic plan view showing a dummy emitter according to a modification.

以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described based on the drawings. It should be noted that the following description of preferred embodiments is merely illustrative in nature and is not intended to limit the present disclosure, its applications or uses.

(実施形態)
[波長ビーム結合システムの構成]
図1は、実施形態に係る波長ビーム結合システムの概略構成図を示し、図2は、波長ビーム結合システムの動作を説明する模式図を示す。なお、図1において、内部の構造を説明するために、ケーシング160の一部を省略して図示している。
(embodiment)
[Configuration of Wavelength Beam Combining System]
FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a wavelength beam combining system according to an embodiment, and FIG. 2 shows a schematic diagram for explaining the operation of the wavelength beam combining system. In addition, in FIG. 1, a portion of the casing 160 is omitted to illustrate the internal structure.

図1に示すように、波長ビーム結合システム100は、複数のレーザーモジュール110と複数の光整形部品120と複数の回折格子素子130と外部共振ミラー140とケーシング160と光出力モニター150とを有している。 As shown in FIG. 1, the wavelength beam combining system 100 includes a plurality of laser modules 110, a plurality of optical shaping components 120, a plurality of diffraction grating elements 130, an external resonant mirror 140, a casing 160, and an optical power monitor 150. ing.

レーザーモジュール110は、レーザーダイオードバー10(図2,3参照)を備え、青色の波長域のレーザー光を出射する。なお、本願明細書において、「青色の波長域」とは、350nm以上、450nm以下の波長範囲をいう。また、レーザーダイオードバー10には、8個のエミッター21~28(図4参照)が形成されており、それぞれのエミッター21~28から青色の波長域のレーザー光が出射される。レーザーモジュール110の構成については後で述べる。なお、以降の説明において、種類や位置を特に限定しない場合、8個のエミッター21~28を総称してエミッター20と呼ぶことがある。 The laser module 110 includes a laser diode bar 10 (see FIGS. 2 and 3) and emits laser light in the blue wavelength range. In the specification of the present application, the “blue wavelength range” refers to a wavelength range of 350 nm or more and 450 nm or less. Also, the laser diode bar 10 is formed with eight emitters 21 to 28 (see FIG. 4), and laser light in the blue wavelength range is emitted from each of the emitters 21 to 28 . The configuration of the laser module 110 will be described later. In the following description, the eight emitters 21 to 28 may be collectively referred to as the emitter 20 when the types and positions are not particularly limited.

光整形部品120は、レーザーダイオードバー10から出射されたレーザー光のビーム形状を整形する光学部品である。レーザーダイオードバー10から出射された直後のレーザー光は、光軸と直交する仮想面で切断した断面が楕円形である。レーザー光を用いたレーザー加工時には、当該断面の形状は円形に近いのが好ましいため、光整形部品120を用いて、レーザー光を整形している。例えば、光整形部品120はコリメーターレンズである。 The light shaping component 120 is an optical component that shapes the beam shape of the laser light emitted from the laser diode bar 10 . The laser light immediately after being emitted from the laser diode bar 10 has an elliptical cross section cut along a virtual plane perpendicular to the optical axis. During laser processing using a laser beam, the shape of the cross section is preferably close to a circle, so the laser beam is shaped using the light shaping component 120 . For example, light shaping component 120 is a collimator lens.

回折格子素子130は、レーザーダイオードバー10の各エミッター20から出射されたレーザー光をそれぞれ回折して外部共振ミラー140に向かわせる。 The diffraction grating element 130 diffracts the laser light emitted from each emitter 20 of the laser diode bar 10 and directs it toward the external resonance mirror 140 .

外部共振ミラー140は、入射したレーザー光の一部を透過するとともに、残部を回折格子素子130に向けて反射する。このようにすることで、外部共振ミラー140と複数のレーザーモジュール110のそれぞれとの間に外部共振器が構成される。図2を用いて波長ビーム結合システムを説明する。 External resonant mirror 140 transmits a portion of the incident laser light and reflects the remaining portion toward diffraction grating element 130 . By doing so, an external resonator is formed between the external resonance mirror 140 and each of the plurality of laser modules 110 . A wavelength beam combining system will be described with reference to FIG.

図2に1個のレーザーダイオードバー10を用いて、波長ビーム結合システムを説明する。レーザーダイオードバー10から出射されたレーザー光が、回折格子素子130によって回折された後、外部共振ミラー140に入射されている。入射したレーザー光の一部が透過する一方、残部が回折格子素子130に向けて反射され、さらに、レーザーダイオードバー10に戻ってくる。この反射戻り光のほとんどは、レーザーダイオードバー10の光出射端面10a(図4参照。)を透過し、反対側の面である後端面10b(図4参照。)に形成された反射層に到達する。さらに、レーザー光は、反射層で反射されて、再度、光出射端面10aからレーザーダイオードバー10の外部に出射される。 A single laser diode bar 10 is used in FIG. 2 to illustrate a wavelength beam combining system. A laser beam emitted from the laser diode bar 10 is diffracted by the diffraction grating element 130 and then enters the external resonance mirror 140 . Part of the incident laser light is transmitted, while the rest is reflected toward the diffraction grating element 130 and then back to the laser diode bar 10 . Most of this reflected return light is transmitted through the light emitting end face 10a (see FIG. 4) of the laser diode bar 10 and reaches the reflecting layer formed on the rear end face 10b (see FIG. 4) on the opposite side. do. Further, the laser light is reflected by the reflective layer and emitted to the outside of the laser diode bar 10 again from the light emitting end surface 10a.

レーザーダイオードバー10の各エミッター20から出射されるレーザー光のうち、回折格子素子130の回折条件を満たし、かつ、外部共振ミラー140により反射される波長(以降、ロック波長と表記する)の光のみが、もとのエミッター20に帰還することで、後端面10bに形成された第2反射層19b(図4参照)と外部共振ミラー14038との間で、外部共振器が構成され、レーザーダイオードバー10から、具体的には、複数のエミッター20のそれぞれからレーザー光が出力される。 Of the laser light emitted from each emitter 20 of the laser diode bar 10, only the light having a wavelength that satisfies the diffraction conditions of the diffraction grating element 130 and is reflected by the external resonance mirror 140 (hereinafter referred to as lock wavelength) returns to the original emitter 20, an external resonator is formed between the second reflective layer 19b (see FIG. 4) formed on the rear facet 10b and the external resonator mirror 14038, and the laser diode bar Specifically, laser light is output from each of a plurality of emitters 20 from 10 .

各エミッター20のロック波長をλ、回折格子の周期をd、入射角をα、出射角をβ、次数をmとすると、ロック波長λは、式(1)で表現される。
d(sinα+sinβ)=mλ・・・・・・(1)
なお、回折格子の次数m=1とするのが一般的である。
Assuming that the lock wavelength of each emitter 20 is λ L , the period of the diffraction grating is d, the incident angle is α, the exit angle is β, and the order is m, the lock wavelength λ L is expressed by Equation (1).
d(sinα+sinβ)= mλL (1)
Incidentally, it is common to set the order m of the diffraction grating to 1.

例えば、図2に示すようレーザーダイオードバー10において、回折格子素子130の入射面に対する入射角αがエミッター20毎の配置位置毎、に変化するように、エミッター20を形成する。この場合、レーザーダイオードバー10に形成されたエミッター20のロック波長はレーザーダイオードバー10の一端から他端にかけて段階的に変化することになる。 For example, in the laser diode bar 10 shown in FIG. 2, the emitters 20 are formed such that the incident angle α with respect to the incident surface of the diffraction grating element 130 changes for each emitter 20 arrangement position. In this case, the lock wavelength of the emitters 20 formed on the laser diode bar 10 changes stepwise from one end of the laser diode bar 10 to the other end.

なお、各エミッター20が外部共振によって、レーザー発振できるのは、レーザーダイオードバーが本来有するゲイン波長強度が所定値以上の波長に限られる。換言すれば、各エミッター20のゲインピーク波長λから所定範囲内のロック波長は発振し、所定範囲外のロック波長は発振しない。よって、本実施形態の波長ビーム結合システム100においては、各エミッター20のゲインピーク波長λの上下限範囲が、レーザーダイオードバー10の両端のエミッター21,28のロック波長λの差ΔλL_barの範囲に収まるように、レーザーダイオードバー10及び各エミッター20の光学設計が行われている。なお、両端のエミッター21,28のロック波長λの差ΔλL_barは、レーザーダイオードバー10と回折格子素子130との間の距離L1に応じて変化する。 It should be noted that each emitter 20 can perform laser oscillation by external resonance only at wavelengths where the gain wavelength intensity originally possessed by the laser diode bar is equal to or greater than a predetermined value. In other words, lock wavelengths within a predetermined range from the gain peak wavelength λg of each emitter 20 oscillate, and lock wavelengths outside the predetermined range do not oscillate. Therefore, in the wavelength beam combining system 100 of this embodiment, the upper and lower limits of the gain peak wavelength λg of each emitter 20 are the difference ΔλL_bar between the lock wavelengths λL of the emitters 21 and 28 at both ends of the laser diode bar 10. The optical design of the laser diode bar 10 and each emitter 20 is done to fit the range. Note that the difference Δλ L_bar between the lock wavelengths λ L of the emitters 21 and 28 on both ends varies according to the distance L 1 between the laser diode bar 10 and the diffraction grating element 130 .

レーザーダイオードバー10の各エミッターからそれぞれ出射されたレーザー光の光軸が、回折格子素子130を透過した時点で互いに重なるように、レーザーダイオードバー10と回折格子素子130との配置関係が規定されている。また、図1に示す波長ビーム結合システム100では、ケーシング160の側面を基準としたレーザー光の出射方向が互いに異なるように、複数のレーザーモジュール110がケーシング160の内部に配置されている。また、1個のレーザーモジュール110と、これから出射されたレーザー光を受け取る光整形部品120と回折格子素子130とで構成される部品の組が複数組存在する。複数の部品の組のそれぞれにおいて、内部の配置及び部品の組の間での配置関係を調整することで、複数のレーザーモジュール110に形成された複数のエミッター20のそれぞれから出射されたレーザー光が、外部共振ミラー140に入射した時点で互いに重なるようにしている。このようにすることで、複数のレーザー光が重ね合わせられて高出力の結合レーザー光が生成される。 The arrangement relationship between the laser diode bar 10 and the diffraction grating element 130 is defined so that the optical axes of the laser beams emitted from the respective emitters of the laser diode bar 10 overlap each other when passing through the diffraction grating element 130. there is Further, in the wavelength beam combining system 100 shown in FIG. 1, the plurality of laser modules 110 are arranged inside the casing 160 such that the laser light emitting directions are different from each other with respect to the side surface of the casing 160 . Moreover, there are a plurality of sets of components each composed of one laser module 110 and a light shaping component 120 for receiving the laser light emitted from the laser module 110 and a diffraction grating element 130 . In each of the plurality of component sets, by adjusting the internal arrangement and the arrangement relationship between the component sets, the laser light emitted from each of the plurality of emitters 20 formed in the plurality of laser modules 110 is , overlap each other at the point of incidence on the external resonance mirror 140 . By doing so, a plurality of laser beams are superimposed to generate a high-power combined laser beam.

図1に戻って、波長ビーム結合システムの構成の説明を続ける。ケーシング160は、遮光材料からなる箱状の部品である。ケーシング160は、複数のレーザーモジュール110と複数の光整形部品120と複数の回折格子素子130と外部共振ミラー140とを内部の空間に収容する。これらの部品が収容された後、図示しない蓋がケーシング160に取り付けられることで、各部品がケーシング160の内部に封止される。 Returning to FIG. 1, the description of the configuration of the wavelength beam combining system is continued. The casing 160 is a box-shaped component made of a light shielding material. The casing 160 accommodates the plurality of laser modules 110, the plurality of optical shaping components 120, the plurality of diffraction grating elements 130, and the external resonance mirror 140 in an internal space. After these components are accommodated, a lid (not shown) is attached to the casing 160 to seal the components inside the casing 160 .

ケーシング160には、レーザー光出射ブロック161が取り付けられている。外部共振ミラー140を透過した結合レーザー光は、レーザー光出射ブロック161の光出射口161aを通過して、ケーシング160の外部に出射される。レーザー光出射ブロック161の内部には、結合レーザー光の光路を変更するための反射ミラー(図示せず)等が設けられている。また、外部共振ミラー140の近傍のケーシング160やレーザー光出射ブロック161を冷却するための冷却管162がレーザー光出射ブロック161に取り付けられている。 A laser light emitting block 161 is attached to the casing 160 . The coupled laser beam transmitted through the external resonance mirror 140 passes through the light exit port 161 a of the laser beam exit block 161 and exits the casing 160 . Inside the laser light emitting block 161, a reflecting mirror (not shown) and the like are provided for changing the optical path of the combined laser light. A cooling pipe 162 for cooling the casing 160 near the external resonance mirror 140 and the laser light emitting block 161 is attached to the laser light emitting block 161 .

また、ケーシング160の側面に排気口160aを設けることで。加熱等によりケーシング160の内部で発生したガスは、排気口160aからケーシング160の外部に排出される。 Also, by providing an exhaust port 160 a on the side surface of the casing 160 . Gas generated inside the casing 160 by heating or the like is discharged to the outside of the casing 160 through the exhaust port 160a.

光出力モニター150は、ケーシング160の内部であって、レーザーモジュール110から回折格子素子130に向かうレーザー光の光路中に配置されている。なお、図1に示す例では、光出力モニター150は、1個のレーザーモジュール110に対応した位置に配置されている。なお、光出力モニター150は、複数のレーザーモジュール110のそれぞれに対応した位置に配置されていてもよい。ただし、すべてのレーザーモジュール110毎に光出力モニター150を設ける必要は無い。また、後で述べるように、光出力モニター150は、波長ビーム結合システム100から最終的に取り外す。このため、光出力モニター150は、ケーシング160の外部であって、結合レーザー光の光路中に配置されていてもよい。 The light output monitor 150 is arranged inside the casing 160 and in the optical path of the laser light from the laser module 110 to the diffraction grating element 130 . Note that in the example shown in FIG. 1, the optical output monitor 150 is arranged at a position corresponding to one laser module 110 . Note that the optical output monitor 150 may be arranged at a position corresponding to each of the plurality of laser modules 110 . However, it is not necessary to provide the optical output monitor 150 for every laser module 110 . Also, as discussed below, optical power monitor 150 is ultimately removed from wavelength beam combining system 100 . As such, the optical power monitor 150 may be located outside the casing 160 and in the optical path of the combined laser light.

[レーザーモジュールの構成]
図3の分解斜視図を使って、レーザーモジュール110の構成を説明する。レーザーモジュール110は、第1電極ブロック30とサブマウント40とレーザーダイオードバー10と絶縁シート50と第2電極ブロック70とを有している。なお、図3に示すレーザーモジュール110及び図4,5に示すレーザーダイオードバー10において、エミッター20の配列方向をX方向と呼び、レーザーダイオードバー10の厚さ方向をY方向と呼ぶことがある。また、エミッター20の長手方向をZ方向と呼ぶことがある。X方向、Y方向及びZ方向は互いに略直交している。また、Z方向において、レーザー光が出射される側を前または前方と呼び、その反対側を後または後方と呼ぶことがある。
[Configuration of laser module]
The configuration of the laser module 110 will be described using the exploded perspective view of FIG. The laser module 110 has a first electrode block 30 , a submount 40 , a laser diode bar 10 , an insulating sheet 50 and a second electrode block 70 . In the laser module 110 shown in FIG. 3 and the laser diode bar 10 shown in FIGS. 4 and 5, the direction in which the emitters 20 are arranged may be called the X direction, and the thickness direction of the laser diode bar 10 may be called the Y direction. Also, the longitudinal direction of the emitter 20 is sometimes called the Z direction. The X direction, Y direction and Z direction are substantially orthogonal to each other. Also, in the Z direction, the side from which the laser beam is emitted may be called the front or front, and the opposite side may be called the rear or rear.

第1電極ブロック30は、銅または銅合金からなる板状の部材である。第1電極ブロック30には、前方が開放された凹部33が形成されている。また、凹部33を挟んでX方向で両側に、かつZ方向に沿って2箇所ずつ、計4箇所にねじ孔31が設けられている。また、凹部33のZ方向に沿った後方にねじ孔32が設けられている。 The first electrode block 30 is a plate-like member made of copper or copper alloy. The first electrode block 30 is formed with a concave portion 33 that is open to the front. In addition, screw holes 31 are provided at four locations in total, two on each side in the X direction with the concave portion 33 interposed therebetween and two in the Z direction. A screw hole 32 is provided behind the concave portion 33 along the Z direction.

凹部33にはサブマウント40とレーザーダイオードバー10とが設置されている。サブマウント40は、板状の導電部材であり、Au-Snはんだ等の導電性接着材(図示せず)により凹部33の上面に接合されている。サブマウント40の材質は、ダイヤモンドと金属の複合材料や、SiCなどの導電性の半導体材料で構成され、窒化物半導体と線膨張係数が近く、また、ヤング率が高いことが好ましい。 A submount 40 and a laser diode bar 10 are installed in the recess 33 . The submount 40 is a plate-like conductive member and is bonded to the upper surface of the recess 33 with a conductive adhesive (not shown) such as Au—Sn solder. The material of the submount 40 is composed of a composite material of diamond and metal, or a conductive semiconductor material such as SiC, and preferably has a coefficient of linear expansion close to that of a nitride semiconductor and a high Young's modulus.

レーザーダイオードバー10は、X方向に互いに間隔をあけて8個のエミッター21~28を有している(図4参照)。レーザーダイオードバー10は、Au-Snはんだ等の導電性接着材91(図5参照)によりサブマウント40に接合されている。本構成では、導電性接着材91を挟んで、レーザーダイオードバー10のp側電極18(図5参照)がサブマウント40の表面に接合されている。レーザーダイオードバー10の構成については後で述べる。 The laser diode bar 10 has eight emitters 21-28 spaced apart from each other in the X direction (see FIG. 4). The laser diode bar 10 is bonded to the submount 40 with a conductive adhesive 91 (see FIG. 5) such as Au—Sn solder. In this configuration, the p-side electrode 18 (see FIG. 5) of the laser diode bar 10 is joined to the surface of the submount 40 with the conductive adhesive 91 interposed therebetween. The configuration of the laser diode bar 10 will be described later.

レーザーダイオードバー10のn側電極17(図5参照)の表面には複数のバンプ電極60が形成されている。バンプ電極60を介して、n側電極17が第2電極ブロック70に電気的に接続される。バンプ電極60と第2電極ブロック70との間に金箔等の導電シートが設けられてもよい。 A plurality of bump electrodes 60 are formed on the surface of the n-side electrode 17 (see FIG. 5) of the laser diode bar 10 . The n-side electrode 17 is electrically connected to the second electrode block 70 via the bump electrode 60 . A conductive sheet such as gold foil may be provided between the bump electrode 60 and the second electrode block 70 .

第2電極ブロック70は、銅または銅合金からなる板状の部材である。第2電極ブロック70には、第1電極ブロック30のねじ孔31に対応する位置にねじ孔71が計4箇所設けられている。また、ねじ孔71とは別の位置、この場合は、X方向に沿ってねじ孔71の間にねじ孔72が設けられている。 The second electrode block 70 is a plate-like member made of copper or copper alloy. A total of four screw holes 71 are provided in the second electrode block 70 at positions corresponding to the screw holes 31 of the first electrode block 30 . A screw hole 72 is provided between the screw holes 71 along the X direction in this case, at a position different from the screw hole 71 .

絶縁シート50は、例えば、窒化アルミニウムからなるシート状の部材である。絶縁シート50には、第1電極ブロック30のねじ孔31及び第2電極ブロック70のねじ孔71に対応する位置に貫通孔51が設けられている。なお、本実施形態では、絶縁性と放熱性を両立させる観点から、絶縁シート50の材質を窒化アルミニウムとしたが、他の材質を選択してもよい。 The insulating sheet 50 is a sheet-like member made of aluminum nitride, for example. Through holes 51 are provided in the insulating sheet 50 at positions corresponding to the screw holes 31 of the first electrode block 30 and the screw holes 71 of the second electrode block 70 . In this embodiment, aluminum nitride is used as the material for the insulating sheet 50 from the viewpoint of achieving both insulation and heat dissipation, but other materials may be selected.

レーザーモジュール110を組み立てるにあたって、第1電極ブロック30の凹部33に位置決めを行った上でサブマウント40とレーザーダイオードバー10とを実装する。さらに、第1電極ブロック30の表面に絶縁性接着材90を配置する。絶縁性接着材90には、シロキサンが含まれている。貫通孔51とねじ孔31とが重ね合わせられた状態で、絶縁性接着材90を用いて絶縁シート50を第1電極ブロック30の表面に接着するため、絶縁性接着材90はレーザーモジュール110を構成するためには必要となる。 When assembling the laser module 110 , the submount 40 and the laser diode bar 10 are mounted after positioning in the recess 33 of the first electrode block 30 . Furthermore, an insulating adhesive 90 is placed on the surface of the first electrode block 30 . The insulating adhesive 90 contains siloxane. Since the insulating adhesive 90 is used to bond the insulating sheet 50 to the surface of the first electrode block 30 while the through holes 51 and the screw holes 31 are overlapped, the insulating adhesive 90 prevents the laser module 110 from being attached. required for configuration.

次に、ねじ孔71とねじ孔31とが重なるように、第2電極ブロック70を第1電極ブロック30の表面に配置する。さらに、ワッシャ83を介在させて、ボルト80を第1電極ブロック30のねじ孔31と絶縁シート50の貫通孔51と第2電極ブロック70のねじ孔71とに挿通し、締結する。 Next, the second electrode block 70 is arranged on the surface of the first electrode block 30 so that the screw holes 71 and the screw holes 31 overlap. Furthermore, with a washer 83 interposed, the bolt 80 is inserted through the screw hole 31 of the first electrode block 30, the through hole 51 of the insulating sheet 50, and the screw hole 71 of the second electrode block 70, and tightened.

このようにすることで、サブマウント40とレーザーダイオードバー10とが第1電極ブロック30と第2電極ブロック70とに挟み込まれて固定される。この際、レーザーダイオードバー10は、サブマウント40と導電性接着材91とを介して、第1電極ブロック30と電気的に接続される。また、レーザーダイオードバー10は、バンプ電極60を介して、第2電極ブロック70に電気的に接続される。 By doing so, the submount 40 and the laser diode bar 10 are sandwiched and fixed between the first electrode block 30 and the second electrode block 70 . At this time, the laser diode bar 10 is electrically connected to the first electrode block 30 through the submount 40 and the conductive adhesive 91 . Also, the laser diode bar 10 is electrically connected to the second electrode block 70 via the bump electrode 60 .

レーザーダイオードバー10の表面にバンプ電極60を形成することで、締結時にレーザーダイオードバー10に加わる圧力を緩和でき、レーザーダイオードバー10が破損したり、信頼性が低下したりするのを抑制できる。なお、貫通孔51とねじ孔71とが重ね合わせられた状態で、絶縁性接着材90を用いて絶縁シート50を第2電極ブロック70の裏面に接着してもよい。 By forming the bump electrodes 60 on the surface of the laser diode bar 10, the pressure applied to the laser diode bar 10 at the time of fastening can be relieved, and the laser diode bar 10 can be prevented from being damaged or degraded in reliability. Note that the insulating sheet 50 may be adhered to the back surface of the second electrode block 70 using the insulating adhesive 90 in a state in which the through holes 51 and the screw holes 71 are overlapped.

なお、外部電源(図示せず)から引き出されたマイナス側配線(図示せず)は、ボルト81により、第1電極ブロック30のねじ孔32に締結され、マイナス側配線と第1電極ブロック30とが電気的に接続される。また、外部電源から引き出されたプラス側配線(図示せず)は、ボルト82により、第2電極ブロック70のねじ孔72に締結され、プラス側配線と第2電極ブロック70とが電気的に接続される。 A negative wiring (not shown) drawn from an external power supply (not shown) is fastened to the screw hole 32 of the first electrode block 30 by a bolt 81, and the negative wiring and the first electrode block 30 are connected. are electrically connected. A positive wiring (not shown) drawn out from an external power source is fastened to the screw hole 72 of the second electrode block 70 with a bolt 82, and the positive wiring and the second electrode block 70 are electrically connected. be done.

このように高い光出力を得るためのレーザーモジュール110の構成では、レーザーモジュール110を気密封止、あるいは、絶縁性接着材だけを分離して、気密封止することは極めて困難である。 With such a configuration of the laser module 110 for obtaining a high optical output, it is extremely difficult to hermetically seal the laser module 110, or to hermetically seal the laser module 110 by separating only the insulating adhesive.

[レーザーダイオードバーの構成]
図4は、レーザーダイオードバーの斜視図を示し、図5は、図4のV-V線での断面図を示す。
[Configuration of laser diode bar]
FIG. 4 shows a perspective view of the laser diode bar, and FIG. 5 shows a cross-sectional view along line VV of FIG.

図4に示すように、レーザーダイオードバー10は、X方向に8個のエミッター21~28が互いに間隔をあけて形成されている。このうち、両端に位置するエミッター21,28とそれ以外のエミッター22~27とでは、X方向の幅が異なっている。具体的には、両端に位置するエミッター21,28において、後で述べるストライプ部20aのX方向の幅(以下、ストライプ幅という)W2は、それ以外のエミッター22~27におけるストライプ幅W1よりも狭くなっている。なお、両端のエミッター21,28もそれ以外のエミッター22~27も、Z方向の長さL(以下、ストライプ長Lと呼ぶことがある。)はそれぞれ同じである。また、レーザーダイオードバー10のZ方向の前方端面が光出射端面10aである。光出射端面10aからZ方向の前方にレーザー光が出射される。光出射端面10aには第1反射層19aが、レーザーダイオードバー10の後端面10bには第2反射層19bがそれぞれ形成されている。レーザー光が有する波長に対して、第2反射層19bの反射率は高く、第1反射層19aの反射率は低くなるように設定されている。好ましくは第2反射層19bのレーザー光の波長に対する反射率は90%以上が好ましく、第1反射層19aの反射率は1%以下が好ましい。したがって、第1反射層19a及び第2反射層19bは、互いに屈折率の異なる2種または3種の誘電体膜を積層させてなる。ただし、第1反射層19a及び第2反射層19bの構成とも、特にこれに限定されない。 As shown in FIG. 4, the laser diode bar 10 has eight emitters 21 to 28 spaced apart from each other in the X direction. Of these, the emitters 21 and 28 located at both ends and the other emitters 22 to 27 have different widths in the X direction. Specifically, in the emitters 21 and 28 positioned at both ends, the width W2 in the X direction of the stripe portion 20a, which will be described later (hereinafter referred to as stripe width), is narrower than the stripe width W1 in the other emitters 22 to 27. It's becoming The emitters 21 and 28 at both ends and the other emitters 22 to 27 have the same length L in the Z direction (hereinafter sometimes referred to as stripe length L). The front end face of the laser diode bar 10 in the Z direction is the light emitting end face 10a. A laser beam is emitted forward in the Z direction from the light emitting end surface 10a. A first reflective layer 19a is formed on the light emitting end face 10a, and a second reflective layer 19b is formed on the rear end face 10b of the laser diode bar 10, respectively. The reflectance of the second reflective layer 19b is set to be high and the reflectance of the first reflective layer 19a is set to be low with respect to the wavelength of the laser light. Preferably, the reflectance of the second reflective layer 19b with respect to the wavelength of the laser light is 90% or more, and the reflectance of the first reflective layer 19a is preferably 1% or less. Therefore, the first reflective layer 19a and the second reflective layer 19b are formed by laminating two or three types of dielectric films having different refractive indices. However, the configurations of the first reflective layer 19a and the second reflective layer 19b are not particularly limited to this.

また、図5に示すように、エミッター20は、Y方向に積層された複数の窒化物半導体層で構成されている。具体的には、エミッター20は、窒化物半導体層として、n型基板11とn型クラッド層12と活性層13とp型クラッド層14とp型コンタクト層15とを有している。n型基板11の裏面にn側電極17が形成されている。p型コンタクト層15の表面にp側電極18が形成されている。 Further, as shown in FIG. 5, the emitter 20 is composed of a plurality of nitride semiconductor layers laminated in the Y direction. Specifically, the emitter 20 has an n-type substrate 11, an n-type clad layer 12, an active layer 13, a p-type clad layer 14, and a p-type contact layer 15 as nitride semiconductor layers. An n-side electrode 17 is formed on the back surface of the n-type substrate 11 . A p-side electrode 18 is formed on the surface of the p-type contact layer 15 .

p型クラッド層14とp型コンタクト層15とは、Z方向に延びる直線状のストライプ形状に加工されており、これらを総称してストライプ部20aと呼ぶことがある。p側電極18を除いて、ストライプ部20a及びp型クラッド層14の表面を覆うように絶縁層16が形成されている。絶縁層16を設けることで、p側電極18が設けられていないp型クラッド層14から活性層13に通電されるのを防止し、X方向において、活性層13への電流閉じ込めを実現している。 The p-type cladding layer 14 and the p-type contact layer 15 are processed into a linear stripe shape extending in the Z direction, and these are sometimes collectively called a stripe portion 20a. An insulating layer 16 is formed to cover the surface of the stripe portion 20a and the p-type clad layer 14 except for the p-side electrode 18. As shown in FIG. By providing the insulating layer 16, the p-type cladding layer 14, which is not provided with the p-side electrode 18, is prevented from being energized to the active layer 13, and the current is confined to the active layer 13 in the X direction. there is

第1電極ブロック30と第2電極ブロック70との間に外部から所定以上の電圧を印加することで、レーザーモジュール110に電流が流れる。 A current flows through the laser module 110 by applying a voltage higher than a predetermined value from the outside between the first electrode block 30 and the second electrode block 70 .

エミッター20毎に見れば、n側電極17とp側電極18との間に所定以上の電圧を印加されて、活性層13に電荷が注入され、活性層13が発光し始める。活性層13に閾値電流以上の電流が流れると、第1反射層19aと第2反射層19bとの間でレーザー発振し、光出射端面10aからレーザー光がZ方向の前方に向けて出射される。 Looking at each emitter 20, a predetermined voltage or more is applied between the n-side electrode 17 and the p-side electrode 18, charges are injected into the active layer 13, and the active layer 13 begins to emit light. When a current equal to or higher than the threshold current flows through the active layer 13, laser oscillation occurs between the first reflective layer 19a and the second reflective layer 19b, and laser light is emitted forward in the Z direction from the light emitting end surface 10a. .

なお、ストライプ幅の違いに起因して、両端のエミッター21,28とそれ以外のエミッター22~27とでは閾値電流が異なってくる。具体的には、両端のエミッター21,28の閾値電流は、それ以外のエミッター22~27の閾値電流よりも小さくなる。 Due to the difference in stripe width, the threshold currents of the emitters 21 and 28 at both ends and the other emitters 22 to 27 are different. Specifically, the threshold currents of the emitters 21 and 28 at both ends are smaller than the threshold currents of the other emitters 22-27.

[本願発明に至った知見]
図6は、連続発振時の単一のエミッターで構成されたレーザーモジュールのレーザー光出力の時間変化を示し、図7は、38個のエミッターを有するレーザーダイオードバーを実装したレーザーモジュールを所定時間駆動させた前後での各エミッターからのレーザー光出力の変化を示す。
[Knowledge leading to the present invention]
FIG. 6 shows the time variation of the laser light output of a laser module composed of a single emitter during continuous oscillation, and FIG. 7 shows the laser module mounted with a laser diode bar having 38 emitters driven for a predetermined time. The change in laser light output from each emitter before and after switching is shown.

図8は、レーザーモジュールを所定時間駆動させた後でのエミッターの光出射端面への付着物を観察した模式図を示す。図9は、ストライプ幅と閾値電流との関係を示す。なお、図面を分かりやすくするため、図8において、絶縁層16の図示を省略している。 FIG. 8 shows a schematic view of observation of deposits on the light-emitting end surface of the emitter after the laser module has been driven for a predetermined period of time. FIG. 9 shows the relationship between stripe width and threshold current. Note that the insulating layer 16 is omitted in FIG. 8 for the sake of clarity of the drawing.

図6に示す例では、レーザーダイオードバー10は単一のエミッター20を有している。このレーザーダイオードバー10はCANパッケージに実装し、気密封止することができる。気密封止している場合において、100時間連続駆動した後、レーザー光の出力の低下度合いは10%程度であった。一方、同程度の光出力を有する別のレーザーダイオードバー10を気密封止せずに、シロキサンが一定濃度存在する大気に晒した場合で、100時間連続駆動した後、レーザー光の出力の低下度合いは60%程度に及んだ。これは、前述したように、光出射端面10aにシロキサン分解物が付着したことに起因すると考えられる。 In the example shown in FIG. 6, laser diode bar 10 has a single emitter 20 . This laser diode bar 10 can be mounted in a CAN package and hermetically sealed. In the case of airtight sealing, the degree of decrease in laser light output was about 10% after continuous driving for 100 hours. On the other hand, when another laser diode bar 10 having the same light output is not hermetically sealed and exposed to the atmosphere containing a constant concentration of siloxane, the degree of decrease in laser light output after continuous driving for 100 hours is reached about 60%. As described above, this is considered to be due to the adhesion of siloxane decomposition products to the light emitting end surface 10a.

一方、図7に示す例では、レーザーダイオードバー10は38個のエミッター20を有している。このレーザーダイオードバー10を図3に示すレーザーモジュール110に組み立てた後、レーザーモジュール110を一定時間連続して駆動させた。連続駆動の前後で、各エミッター20からのレーザー光出力を測定した。図7から明らかなように、中央に位置するエミッター20では、レーザー光の出力の低下度合いは20%以下であった。一方、中央から両端に向かうにつれて、エミッター20から出射されるレーザー光の出力の低下度合いは大きくなった。 On the other hand, in the example shown in FIG. 7, the laser diode bar 10 has 38 emitters 20 . After the laser diode bar 10 was assembled into the laser module 110 shown in FIG. 3, the laser module 110 was continuously driven for a certain period of time. The laser light output from each emitter 20 was measured before and after continuous driving. As is clear from FIG. 7, the degree of decrease in laser light output was 20% or less for the emitter 20 located in the center. On the other hand, the degree of decrease in the output of the laser light emitted from the emitter 20 increased from the center toward both ends.

この結果を受けて、各エミッター20の光出射端面10aをSEM(Scanning Electron Microscopy)によって観察したところ、図8に示すように、両端のエミッター、例えば、エミッターNo.1~3やエミッターNo.36~38において、光出射端面10aに付着物が観察された。また、EDX分析(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)によって、その付着物は、シロキサン由来とされるSiが主な成分として構成されていることがわかった。つまり、当該付着物は、雰囲気中に滞留するシロキサンの分解物であると推定された。 In response to this result, when the light emitting end face 10a of each emitter 20 was observed by SEM (Scanning Electron Microscopy), as shown in FIG. 1 to 3 and emitter No. In 36 to 38, deposits were observed on the light emitting end surface 10a. Further, by EDX analysis (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy), it was found that the main component of the deposit was Si, which is considered to be derived from siloxane. In other words, the deposit was presumed to be a decomposed product of siloxane staying in the atmosphere.

図3に示したレーザーモジュール110の構造から考えて、絶縁性接着材90に含まれるシロキサンが、その近傍に位置している両端のエミッター20の光出射端面10aにより付着しやすいと推定される。本願発明者等は、このことに起因して、両端のエミッター20では、それ以外のエミッター20よりも光出力が低下したものと推定した。 Considering the structure of the laser module 110 shown in FIG. 3, it is presumed that the siloxane contained in the insulating adhesive material 90 is more likely to adhere to the light emitting end surfaces 10a of the emitters 20 located on both ends located in the vicinity thereof. The inventors of the present application presume that the light output of the emitters 20 at both ends is lower than that of the other emitters 20 due to this.

そこで、本願発明者は、図4に示すレーザーダイオードバー10において、両端のエミッター21,28(以下、ダミーエミッター21,28と呼ぶことがある。)の光出射端面10aのみにシロキサン分解物を付着させるようにした。このようにすることで、レーザーモジュール110全体として見た場合に長時間使用時のレーザー光出力の低下を抑制できることを見出した。また、これを実現するために、閾値電流が他のエミッター22~27よりも小さいエミッター21,28を両端に設けるようにした。このことについてさらに説明する。 Therefore, in the laser diode bar 10 shown in FIG. 4, the inventor of the present application attaches siloxane decomposition products only to the light emitting end faces 10a of the emitters 21 and 28 (hereinafter sometimes referred to as dummy emitters 21 and 28) at both ends. I tried to let It has been found that by doing so, when the laser module 110 as a whole is viewed, it is possible to suppress a decrease in the laser light output during long-term use. In order to achieve this, emitters 21 and 28 having smaller threshold currents than the other emitters 22 to 27 are provided at both ends. This will be further explained.

図9に示すように、一般に、エミッター20の閾値電流Ithは、ストライプ幅が広くなるにつれて大きくなる。この傾向は、ストライプ長Lが変化した場合も変わらない。このことを利用して、互いに閾値電流が異なるエミッター20を1個のレーザーダイオードバー10に同時に形成する。 As shown in FIG. 9, the threshold current Ith of the emitter 20 generally increases as the stripe width increases. This tendency does not change even when the stripe length L changes. Using this fact, emitters 20 having different threshold currents are simultaneously formed in one laser diode bar 10 .

例えば、図4に示すレーザーダイオードバー10において、ダミーエミッター21,28のストライプ幅W2を5μmとし、それ以外のエミッター22~27(以下、本エミッター22~27と呼ぶことがある。)のストライプ幅W1を30μmとする。また、各エミッター21~28にそれぞれ200mAの電流が流れるようにする。図9からも、明らかなように、ダミーエミッター21,28に流れる電流は閾値電流を超えている。よって、ダミーエミッター21,28はレーザー発振し、光出射端面10aからレーザー光が出射される。一方、本エミッター22~27では、閾値電流より小さい電流しか流れず、発光しない。 For example, in the laser diode bar 10 shown in FIG. 4, the stripe width W2 of the dummy emitters 21 and 28 is set to 5 μm, and the stripe widths of the other emitters 22 to 27 (hereinafter sometimes referred to as the main emitters 22 to 27). W1 is set to 30 μm. Also, a current of 200 mA is allowed to flow through each of the emitters 21-28. As is clear also from FIG. 9, the currents flowing through the dummy emitters 21 and 28 exceed the threshold current. Therefore, the dummy emitters 21 and 28 laser-oscillate, and laser light is emitted from the light emitting end surface 10a. On the other hand, in the emitters 22 to 27, only a current smaller than the threshold current flows and does not emit light.

この場合、ダミーエミッター21,28の近傍では、シロキサンの分解が進み、シロキサン分解物が光出射端面10aに付着する。一方、本エミッター22~27の近傍では、シロキサンの分解は起こらず、シロキサン分解物が光出射端面10aに付着しない。レーザー光を所定時間以上出射することで、絶縁性接着材90に由来するシロキサン分解物のダミーエミッター21,28の光出射端面10aへの付着が進み、ケーシング160の内部のシロキサン濃度は所定以下に低下する。その結果、レーザーダイオードバー10の各エミッター21~28に閾値電流を超える電流を流した場合、本エミッター22~27がそれぞれレーザー発振し、レーザー光がそれぞれ出射される。このとき、光出射端面10aの近傍でシロキサン濃度が低下しているため、光出射端面10aへのシロキサン分解物の付着が抑制される。その結果、本エミッター22~27からレーザー光を長時間出射させても、光出力の低下が抑制される。つまり、レーザーモジュール110、ひいては波長ビーム結合システム100を長時間動作させた場合の信頼性の低下を抑制できる。 In this case, decomposition of siloxane progresses in the vicinity of the dummy emitters 21 and 28, and siloxane decomposition products adhere to the light emitting end surface 10a. On the other hand, in the vicinity of the emitters 22 to 27, decomposition of siloxane does not occur, and siloxane decomposition products do not adhere to the light emitting end surface 10a. By emitting the laser beam for a predetermined time or longer, the adhesion of the siloxane decomposition product derived from the insulating adhesive 90 to the dummy emitters 21 and 28 on the light emitting end surface 10a progresses, and the siloxane concentration inside the casing 160 is reduced to a predetermined level or less. descend. As a result, when a current exceeding the threshold current is applied to each of the emitters 21 to 28 of the laser diode bar 10, each of the emitters 22 to 27 oscillates and emits laser light. At this time, since the siloxane concentration is low in the vicinity of the light emitting end face 10a, adhesion of siloxane decomposition products to the light emitting end face 10a is suppressed. As a result, even if the laser light is emitted from the emitters 22 to 27 for a long time, the decrease in light output is suppressed. That is, it is possible to suppress a decrease in reliability when the laser module 110 and, in turn, the wavelength beam combining system 100 are operated for a long time.

なお、ダミーエミッター21,28は、シロキサン分解物の付着により、光出力が低下するだけでなく、破壊に至る場合がある。しかし、このようなことが起こっても、ダミーエミッター21,28は通電時に微小な発熱源となるだけで、レーザーダイオードバー10の動作自体に大きな影響は与えない。また、レーザーダイオードバー10から出力されるレーザー光の全体の出力は低下するが、低下分を見込んで、本エミッター22~27とダミーエミッター21,28との個数比を設定することで、所望の光出力を得ることができる。 Note that the dummy emitters 21 and 28 may not only reduce the light output but also be destroyed due to adhesion of decomposed siloxane. However, even if such a thing occurs, the dummy emitters 21 and 28 will only become a minute source of heat when energized, and will not greatly affect the operation of the laser diode bar 10 itself. In addition, although the overall output of the laser light output from the laser diode bar 10 is reduced, by setting the number ratio of the main emitters 22 to 27 and the dummy emitters 21 and 28 in anticipation of the reduction, a desired output can be achieved. light output can be obtained.

なお、ダミーエミッター21,28の両方が必ずしもレーザー発振していなくてもよく、少なくとも一方をレーザー発振させればよい。また、ダミーエミッター21,28からレーザー光を出射させる場合、本エミッター22~27は、確実に発光させないことが好ましい。このために、レーザー光を出射させるダミーエミッター21,28の閾値電流は、本エミッター22~27の閾値電流の1/2以下にすることが好ましい。 Note that both of the dummy emitters 21 and 28 do not necessarily have to oscillate, and at least one of them may oscillate. In addition, when emitting laser light from the dummy emitters 21 and 28, it is preferable that the main emitters 22 to 27 do not emit light. For this reason, it is preferable that the threshold currents of the dummy emitters 21 and 28 for emitting laser light are set to 1/2 or less of the threshold currents of the main emitters 22-27.

また、図9に示したように、閾値電流Ithは、ストライプ幅に対して単調に増加する。よって、ストライプ幅を調整することで、エミッター20に流れる閾値電流を変化させることができる。ダミーエミッター21,28からレーザー光を出射させる一方、本エミッター22~27を確実に発光させないことが好ましい。このために、レーザー光を出射させるダミーエミッター21,28のストライプ幅は、本エミッター22~27のストライプ幅の1/3以下にすることが好ましい。 Also, as shown in FIG. 9, the threshold current Ith increases monotonically with respect to the stripe width. Therefore, by adjusting the stripe width, the threshold current flowing through the emitter 20 can be changed. It is preferable to ensure that the dummy emitters 21 and 28 emit laser light while the main emitters 22 to 27 do not emit light. For this reason, the stripe width of the dummy emitters 21 and 28 for emitting laser light is preferably 1/3 or less of the stripe width of the main emitters 22-27.

なお、加工ばらつきによって、各エミッター21~28のストライプ幅は変動することが多い。この場合、各エミッター21~28の閾値電流も変動する。このことを考慮すれば、レーザー光を出射させるダミーエミッター21,28の閾値電流は、本エミッター22~27の閾値電流の平均値の1/2以下にすることが好ましい。また、レーザー光を出射させるダミーエミッター21,28のストライプ幅は、本エミッター22~27のストライプ幅の平均値の1/3以下にすることが好ましい。 Note that the stripe width of each emitter 21 to 28 often fluctuates due to variations in processing. In this case, the threshold current of each emitter 21-28 also varies. Taking this into consideration, the threshold currents of the dummy emitters 21 and 28 for emitting laser light are preferably set to 1/2 or less of the average value of the threshold currents of the main emitters 22-27. The stripe width of the dummy emitters 21 and 28 for emitting laser light is preferably 1/3 or less of the average stripe width of the main emitters 22-27.

以上、得られた知見に基づいて、波長ビーム結合システム100の製造方法について以下に説明する。 Based on the knowledge obtained above, a method for manufacturing the wavelength beam combining system 100 will be described below.

[波長ビーム結合システムの製造方法]
図10は、波長ビーム結合システムの製造方法を説明するためのフローチャートを示す。図11は、図10に示すステップS5におけるレーザーモジュールからのレーザー光の出射状態を示し、図12は、図10に示すステップS5におけるモニター出力の時間変化を示す。
[Manufacturing method of wavelength beam combining system]
FIG. 10 shows a flow chart for explaining a method of manufacturing a wavelength beam combining system. FIG. 11 shows the state of laser light emitted from the laser module in step S5 shown in FIG. 10, and FIG. 12 shows the time change of the monitor output in step S5 shown in FIG.

図4,5に示すレーザーダイオードバー10を準備する(ステップS1;第1工程)。ステップS1で準備されたレーザーダイオードバー10を組み込んで、図3に示すレーザーモジュール110を組み立てる(ステップS2;第2工程)。レーザーモジュール110の組み立て方法は、前述した通りである。 A laser diode bar 10 shown in FIGS. 4 and 5 is prepared (step S1; first step). The laser diode bar 10 prepared in step S1 is incorporated to assemble the laser module 110 shown in FIG. 3 (step S2; second step). The method of assembling the laser module 110 is as described above.

次に、ケーシング160の内部に複数のレーザーモジュール110と複数の回折格子素子130と外部共振ミラー140とを所定の配置関係を保った状態で固定配置し(ステップS3;第3工程)、さらに、図示しない蓋を用いてケーシング160を封止する(ステップS4;第4工程)。 Next, the plurality of laser modules 110, the plurality of diffraction grating elements 130, and the external resonance mirror 140 are fixedly arranged inside the casing 160 while maintaining a predetermined arrangement relationship (step S3; third step). A lid (not shown) is used to seal the casing 160 (step S4; fourth step).

ステップS4の後に、図示しない電源を用いてレーザーモジュール110を駆動する。このとき、レーザーダイオードバー10に含まれる両端のエミッター21,28からレーザー光を所定時間、連続して出射させる。また、出射されたレーザー光の出力を光出力モニター150でモニターする(ステップS5;第5工程)。所定時間は、モニターされたレーザー光の出力の低下度合いに応じて決定される。これについては後で述べる。 After step S4, the laser module 110 is driven using a power supply (not shown). At this time, laser light is continuously emitted from the emitters 21 and 28 at both ends included in the laser diode bar 10 for a predetermined time. Also, the output of the emitted laser beam is monitored by the optical output monitor 150 (step S5; fifth step). The predetermined time is determined according to the degree of decrease in the monitored laser light output. More on this later.

図11に示すように、ステップS5において、レーザー光が出射されていない残りのエミッター22~27が発光しないように、レーサーモジュール110を駆動する。 As shown in FIG. 11, in step S5, the racer module 110 is driven so that the remaining emitters 22 to 27 from which laser light is not emitted do not emit light.

光出力モニター150でのモニター結果に基づいて、レーザー発振を停止させる(ステップS6)。具体的には、図12に示すように、駆動時間に対する光出力の変化率が小さくなった時点で、レーザー発振を停止させ、光出力モニター150を取り外す。以上で、すべての工程が終了する。 Laser oscillation is stopped based on the monitoring result of the optical output monitor 150 (step S6). Specifically, as shown in FIG. 12, when the rate of change in light output with respect to driving time becomes small, laser oscillation is stopped and the light output monitor 150 is removed. All the steps are completed as described above.

[効果等]
以上説明したように、本実施形態に係るレーザーダイオードバー10は、窒化物半導体を構成材料として含む。また、レーザーダイオードバー10は、X方向(第1方向)に互いに間隔をあけて形成された8個のエミッター21~28を有している。8個のエミッター21~28のそれぞれは、閾値電流以上の電流が流れることでレーザー発振する。
[Effects, etc.]
As described above, the laser diode bar 10 according to the present embodiment contains a nitride semiconductor as a constituent material. The laser diode bar 10 also has eight emitters 21 to 28 spaced apart from each other in the X direction (first direction). Each of the eight emitters 21 to 28 causes laser oscillation when a current equal to or greater than the threshold current flows.

両端のエミッター21,28のうち少なくとも1つの閾値電流は、両端のエミッター21,28を除いた本エミッター22~27の閾値電流の平均値の1/2以下である。 The threshold current of at least one of the emitters 21 and 28 on both ends is less than half the average value of the threshold currents of the main emitters 22 to 27 excluding the emitters 21 and 28 on both ends.

また、8個のエミッター21~28のそれぞれは、X方向と交差するZ方向(第2方向)が長手方向であるストライプ形状のストライプ部20aを有している。 Each of the eight emitters 21 to 28 has a stripe-shaped stripe portion 20a whose longitudinal direction is the Z direction (second direction) intersecting the X direction.

両端のエミッター21,28のうち少なくとも1つのストライプ幅、つまり、ストライプ部20aのX方向の幅は、両端のエミッター21,28を除いた本エミッター22~27におけるストライプ幅の平均値の1/3以下である。 The stripe width of at least one of the emitters 21 and 28 on both ends, that is, the width in the X direction of the stripe portion 20a, is 1/3 of the average stripe width of the main emitters 22 to 27 excluding the emitters 21 and 28 on both ends. It is below.

8個のエミッター21~28のそれぞれに所定値の電流を流した場合、両端のエミッター21,28の一方または両方がレーザー発振し、本エミッター22~27はレーザー発振しないように構成されている。 When a current of a predetermined value is applied to each of the eight emitters 21-28, one or both of the emitters 21 and 28 at both ends oscillate, while the main emitters 22-27 do not oscillate.

また、8個のエミッター21~28のそれぞれから出射されるレーザー光の波長は、350nm以上、450nm以下の範囲、いわゆる、青色光の波長域である。 Also, the wavelength of the laser light emitted from each of the eight emitters 21 to 28 is in the range of 350 nm or more and 450 nm or less, which is the so-called blue light wavelength range.

ダミーエミッター21,28から出射されるレーザー光の波長がこの範囲にあることで、レーザーダイオードバー10の近傍に滞留するシロキサンを確実に分解できる。また、シロキサン分解物をダミーエミッター21,28の光出射端面10aに確実に付着させることができる。 By setting the wavelength of the laser light emitted from the dummy emitters 21 and 28 within this range, the siloxane staying in the vicinity of the laser diode bar 10 can be reliably decomposed. Moreover, the siloxane decomposition products can be reliably adhered to the light emitting end surfaces 10a of the dummy emitters 21 and 28. FIG.

本実施形態によれば、本エミッター22~27の光出射端面10aにシロキサン分解物が付着するのを抑制できる。このことにより、レーザーモジュール110、ひいては波長ビーム結合システム100を長時間動作させた場合に信頼性が低下するのを抑制できる。 According to this embodiment, it is possible to suppress adhesion of siloxane decomposed products to the light emitting end surfaces 10a of the main emitters 22-27. As a result, it is possible to suppress deterioration in reliability when the laser module 110 and, in turn, the wavelength beam combining system 100 are operated for a long period of time.

なお、8個のエミッター21~28のそれぞれに所定値の電流を流した場合、両端のエミッター21,28の一方または両方がレーザー発振し、本エミッター22~27がLEDモードで発光するように構成されてもよい。なお、LEDモードでの発光とは、レーザー発振していない状態での発光をいう。 In addition, when a predetermined current is passed through each of the eight emitters 21 to 28, one or both of the emitters 21 and 28 at both ends will oscillate, and the emitters 22 to 27 will emit light in the LED mode. may be Light emission in the LED mode means light emission in a state in which laser oscillation is not performed.

図13は、図10に示すステップS5におけるレーザーダイオードバーの好適な駆動範囲を示す。図13に示す範囲Iでは、前述した通り、両端のエミッター21,28の一方または両方がレーザー発振し、本エミッター22~27はレーザー発振せず、発光しない。この範囲でレーザーダイオードバー10を動作させると、本エミッター22~27の光出射端面10aには、シロキサン分解物は確実に付着しない。 FIG. 13 shows a preferred driving range of the laser diode bar in step S5 shown in FIG. In range I shown in FIG. 13, as described above, one or both of the emitters 21 and 28 at both ends laser-oscillate, and the main emitters 22 to 27 do not laser-oscillate and do not emit light. When the laser diode bar 10 is operated within this range, siloxane decomposition products will not adhere to the light emitting end surfaces 10a of the emitters 22-27.

一方、図13に示す範囲IIでは、両端のエミッター21,28の一方または両方がレーザー発振し、本エミッター22~27はLEDモードで発光する。このモードで発光し、光出射端面10aから出射された光は、空間的にも時間的にも位相が揃った状態ではない。また、LEDモードでの光密度は、レーザー光の光密度よりも大幅に小さい。つまり、レーザーダイオードバー10の動作範囲を範囲IIに設定しても、本エミッター22~27の光出射端面10aの近傍でシロキサンの分解は起こらず、光ピンセット効果による端面へのSiの付着もない。したがって、前述した効果を得ることができる。すなわち、本エミッター22~27の光出射端面10aにシロキサン分解物が付着するのを抑制できる。このことにより、レーザーモジュール110、ひいては波長ビーム結合システム100を長時間動作させた場合に信頼性が低下するのを抑制できる。なお、本エミッター22~27をLEDモードで発光させる場合、図10におけるステップS6において、発光しているエミッター20のすべてにおいて、発光を停止させる。 On the other hand, in range II shown in FIG. 13, one or both of the emitters 21 and 28 at both ends laser-oscillate, and the main emitters 22 to 27 emit light in LED mode. The light emitted in this mode and emitted from the light emitting end surface 10a is not in phase spatially and temporally. Also, the light density in LED mode is significantly lower than that of laser light. In other words, even if the operating range of the laser diode bar 10 is set to range II, siloxane decomposition does not occur in the vicinity of the light emitting end faces 10a of the emitters 22 to 27, and Si does not adhere to the end faces due to the optical tweezers effect. . Therefore, the effects described above can be obtained. In other words, it is possible to prevent siloxane decomposed products from adhering to the light emitting end faces 10a of the emitters 22-27. As a result, it is possible to suppress deterioration in reliability when the laser module 110 and, in turn, the wavelength beam combining system 100 are operated for a long period of time. When the emitters 22 to 27 are caused to emit light in the LED mode, all emitting emitters 20 stop emitting light in step S6 in FIG.

レーザーダイオードバー10を範囲Iまたは範囲IIで動作させるにあたって、両端のエミッター21,28のうち少なくとも1つの閾値電流を、両端のエミッター21,28を除いた本エミッター22~27の閾値電流の平均値以下となるようにすればよい。また、両端のエミッター21,28のうち少なくとも1つにおけるストライプ幅を、本エミッター22~27におけるストライプ幅の平均値以下となるようにすればよい。 When operating the laser diode bar 10 in range I or range II, the threshold current of at least one of the emitters 21 and 28 at both ends is the average value of the threshold currents of the emitters 22 to 27 excluding the emitters 21 and 28 at both ends. The following should be done. Also, the stripe width of at least one of the emitters 21 and 28 on both ends should be set to be equal to or less than the average stripe width of the main emitters 22-27.

なお、ストライプ長Lが1000μm~2000μm程度である場合、両端のエミッター21,28のうち少なくとも1つの閾値電流は、130mA以上、150mA以下であることが好ましい。また、両端のエミッター21,28のうち少なくとも1つのストライプ幅は、5μm以上、10μm以下であることが好ましい。 When the stripe length L is about 1000 μm to 2000 μm, the threshold current of at least one of the emitters 21 and 28 on both ends is preferably 130 mA or more and 150 mA or less. Also, the stripe width of at least one of the emitters 21 and 28 on both ends is preferably 5 μm or more and 10 μm or less.

なお、本実施形態では、レーザーダイオードバー10に8個のエミッター21~28が形成された構成を示したが、エミッター20の個数はこれに限定されず、n個(nは4以上の整数)のエミッター21~2nが形成されていればよい。 In this embodiment, the laser diode bar 10 has eight emitters 21 to 28, but the number of emitters 20 is not limited to n (n is an integer of 4 or more). of emitters 21 to 2n are formed.

また、n個のエミッター21~2nのそれぞれに所定値の電流を流した場合、両端のエミッター21,2nの一方または両方がレーザー発振し、本エミッター22~2n-1がLEDモードで発光するように構成されてもよい。 Further, when a predetermined current is passed through each of the n emitters 21 to 2n, one or both of the emitters 21 and 2n at both ends oscillates, and the emitters 22 to 2n-1 emit light in the LED mode. may be configured to

本実施形態に係る波長ビーム結合システム100は、レーザーダイオードバー10をそれぞれ有する1または複数のレーザーモジュール110と、レーザーダイオードバー10に含まれる複数のエミッター21~2nからそれぞれ出射されるレーザー光を結合する回折格子素子130(光結合素子)と、を少なくとも備えている。 The wavelength beam combining system 100 according to the present embodiment combines one or a plurality of laser modules 110 each having a laser diode bar 10 and laser light emitted from a plurality of emitters 21 to 2n included in the laser diode bar 10. and a diffraction grating element 130 (optical coupling element).

また、波長ビーム結合システム100は、回折格子素子130で結合されたレーザー光を回折格子素子130に向けて反射する外部共振ミラー140と、1または複数のレーザーモジュール110と回折格子素子130と外部共振ミラー140とを収容するケーシング160と、を備えている。 The wavelength beam combining system 100 also includes an external resonant mirror 140 that reflects the laser light coupled by the diffraction grating element 130 toward the diffraction grating element 130, one or more laser modules 110, the diffraction grating element 130, and an external resonant mirror 140. and a casing 160 that houses the mirror 140 .

レーザーダイオードバー10は、n個のエミッター21~2nにおけるレーザー光の出射端面(光出射端面10a)と反対側の面である後端面10bに所定の反射率を有する第2反射層(反射層)19bが設けられている。 The laser diode bar 10 has a second reflective layer (reflective layer) having a predetermined reflectance on the rear end face 10b opposite to the laser light emitting end face (light emitting end face 10a) of the n emitters 21 to 2n. 19b is provided.

外部共振ミラー140とレーザー光が出射されるエミッター20の第2反射層19bとの間に外部共振器が構成され、回折格子素子130で結合された結合レーザー光がケーシング160の外部に出射される。 An external resonator is formed between the external resonance mirror 140 and the second reflective layer 19b of the emitter 20 from which laser light is emitted, and the coupled laser light coupled by the diffraction grating element 130 is emitted to the outside of the casing 160. .

波長ビーム結合システム100をこのように構成することで、レーザー光が出射されるエミッター20の光出射端面10aにシロキサン分解物が付着するのを抑制できる。このことにより、波長ビーム結合システム100を長時間動作させた場合に信頼性が低下するのを抑制できる。また、複数のエミッター20からそれぞれ出射されるレーザー光を結合して高出力の結合レーザー光を得ることができる。 By configuring the wavelength beam coupling system 100 in this way, it is possible to suppress adhesion of siloxane decomposition products to the light emitting end surface 10a of the emitter 20 from which laser light is emitted. As a result, deterioration in reliability can be suppressed when the wavelength beam combining system 100 is operated for a long period of time. In addition, by combining the laser beams emitted from the plurality of emitters 20, a high-power combined laser beam can be obtained.

本実施形態に係る波長ビーム結合システム100の製造方法は、レーザーダイオードバー10を準備する第1工程(図10のステップS1)と、レーザーダイオードバー10を有するレーザーモジュール110を組み立てる第2工程(図10のステップS2)と、を少なくとも備えている。 The manufacturing method of the wavelength beam combining system 100 according to the present embodiment includes a first step of preparing the laser diode bar 10 (step S1 in FIG. 10) and a second step of assembling the laser module 110 having the laser diode bar 10 (FIG. 10 steps S2).

また、波長ビーム結合システム100の製造方法は、ケーシング160の内部にレーザーモジュール110と回折格子素子130と外部共振ミラー140とを所定の配置関係を保った状態で固定配置する第3工程(図10のステップS3)と、第3工程の後に、ケーシング160を封止する第4工程(図10のステップS4)と、を備えている。さらに、第4工程の後に、レーザーモジュール110を駆動して、レーザーダイオードバー10に含まれる両端のエミッター21,2nのうち少なくとも一方からレーザー光を所定時間、連続して出射させる第5工程(図10のステップS5)と、を備えている。 Further, in the method of manufacturing the wavelength beam combining system 100, the third step (FIG. 10) is to fix and arrange the laser module 110, the diffraction grating element 130, and the external resonance mirror 140 inside the casing 160 while maintaining a predetermined arrangement relationship. and a fourth step (step S4 in FIG. 10) of sealing the casing 160 after the third step. Furthermore, after the fourth step, the laser module 110 is driven to continuously emit laser light from at least one of the emitters 21 and 2n at both ends included in the laser diode bar 10 for a predetermined time in a fifth step (FIG. 10 step S5).

第2工程では、レーザーモジュール110を組み立てるにあたって、シロキサンを含む接着材、つまり、絶縁性接着材90が用いられる。 In the second step, an adhesive containing siloxane, that is, an insulating adhesive 90 is used to assemble the laser module 110 .

第5工程では、レーザー光の出力がモニターされた状態で、両端のエミッター21,2nのうち少なくとも一方からレーザー光を出射させるとともに、残りのエミッター22~2n-1からはレーザー光が出射されないように、レーサーモジュール110を駆動する。所定期間は、レーザー光の出力の低下度合いに応じて決定される。 In the fifth step, laser light is emitted from at least one of the emitters 21 and 2n at both ends while the laser light output is being monitored, and laser light is not emitted from the remaining emitters 22 to 2n-1. , the racer module 110 is driven. The predetermined period is determined according to the degree of decrease in the output of laser light.

本実施形態によれば、レーザー光が出射されるエミッター20の光出射端面10aにシロキサン分解物が付着するのを抑制できる。このことにより、波長ビーム結合システム100を長時間動作させた場合に信頼性が低下するのを抑制できる。なお、シロキサンは、絶縁性接着材90から揮発して周辺の雰囲気中に滞留すると考えられる。 According to the present embodiment, it is possible to prevent siloxane decomposition products from adhering to the light emitting end surface 10a of the emitter 20 from which laser light is emitted. As a result, deterioration in reliability can be suppressed when the wavelength beam combining system 100 is operated for a long period of time. Note that siloxane is considered to volatilize from the insulating adhesive 90 and stay in the surrounding atmosphere.

<変形例>
図14は、本変形例に係るダミーエミッターの平面模式図を示す。なお、説明の便宜上、ダミーエミッター21,28のうち、ストライプ部20aのみを簡略化して図示している。
<Modification>
FIG. 14 shows a schematic plan view of a dummy emitter according to this modification. For convenience of explanation, only the stripe portion 20a of the dummy emitters 21 and 28 is shown in simplified form.

実施形態に示したように、ダミーエミッター21,28のストライプ幅を本エミッター22~27のストライプ幅の所定値以下に狭くすることで、ダミーエミッター21,28の閾値電流を本エミッター22~27の閾値電流よりも小さくできる。 As shown in the embodiment, by narrowing the stripe width of the dummy emitters 21 and 28 to a predetermined value or less of the stripe width of the main emitters 22 to 27, the threshold current of the dummy emitters 21 and 28 is reduced to that of the main emitters 22 to 27. It can be smaller than the threshold current.

しかし、ストライプ幅を一様に狭くすると、ダミーエミッター21,28において、通電時の電気抵抗が大きくなり、レーザー発振できない状態になることがある。 However, if the stripe width is uniformly narrowed, the electrical resistance of the dummy emitters 21 and 28 increases when current is applied, and laser oscillation may not be possible.

そこで、例えば、図14に示すように、ストライプ部20aのZ方向の中央部分の幅をW3(≧W1)とし、Z方向で端部の向かうにつれてストライプ幅を徐々に狭くするようにする。 Therefore, for example, as shown in FIG. 14, the width of the central portion of the stripe portion 20a in the Z direction is set to W3 (≧W1), and the stripe width is gradually narrowed toward the ends in the Z direction.

このようにすることで、ストライプ部20aの面積低下、ひいては通電時の電気抵抗増加を抑制できる。また、閾値電流は、ストライプ幅の狭い部分で主に決まるため、閾値電流が増加することも抑制できる。これらのことにより、n個のエミッター21~2nのそれぞれに所定値の電流を流した場合、両端のエミッター21,2nの一方または両方がレーザー発振し、本エミッター22~2n-1が発光しないか、またはLEDモードで発光する状態を作り出すことができる。 By doing so, it is possible to suppress the decrease in the area of the stripe portion 20a and, in turn, the increase in the electrical resistance during energization. Moreover, since the threshold current is mainly determined by the portion where the stripe width is narrow, it is possible to suppress an increase in the threshold current. As a result, when a current of a predetermined value is passed through each of the n emitters 21 to 2n, one or both of the emitters 21 and 2n at both ends will oscillate, and the main emitters 22 to 2n-1 will not emit light. , or to create a condition that emits light in LED mode.

よって、本エミッター22~2nの光出射端面10aにシロキサン分解物が付着するのを抑制できる。このことにより、レーザーモジュール110、ひいては波長ビーム結合システム100を長時間動作させた場合に信頼性が低下するのを抑制できる。 Therefore, it is possible to prevent siloxane decomposition products from adhering to the light emitting end faces 10a of the emitters 22 to 2n. As a result, it is possible to suppress deterioration in reliability when the laser module 110 and, in turn, the wavelength beam combining system 100 are operated for a long period of time.

なお、ダミーエミッター21,28のストライプ部20aの形状は、図14に示す形状に特に限定されない。また、電気抵抗の増加と閾値電流の増加とをそれぞれ抑制する観点から、図14に示す幅W2、W3は適宜決定される。例えば、幅W3がW1以下であってもよい。 The shape of the stripe portion 20a of the dummy emitters 21 and 28 is not particularly limited to the shape shown in FIG. Also, from the viewpoint of suppressing an increase in electrical resistance and an increase in threshold current, the widths W2 and W3 shown in FIG. 14 are appropriately determined. For example, width W3 may be less than or equal to W1.

(その他の実施形態)
実施形態では、1個のレーザーモジュール110に対して、1個の回折格子素子130を配置する構成を示したが、複数のレーザーモジュール110に対して1個の回折格子素子130が配置されてもよい。また、透過型の回折格子素子130を示したが、反射型の回折格子素子130であってもよい。
(Other embodiments)
In the embodiment, one diffraction grating element 130 is arranged for one laser module 110, but one diffraction grating element 130 may be arranged for a plurality of laser modules 110. good. Moreover, although the transmission type diffraction grating element 130 is shown, the reflection type diffraction grating element 130 may be used.

また、複数のエミッターのそれぞれから出射されるレーザー光を結合するにあたって、回折格子素子130以外の光結合素子が用いられてもよい。例えば、プリズムを使用しうる。 Further, an optical coupling element other than the diffraction grating element 130 may be used to couple the laser beams emitted from each of the plurality of emitters. For example, a prism could be used.

また、図1に示すように、レーザーモジュール110が収容されるケーシング160は、必ずしも気密封止されていなくてもよい。 Also, as shown in FIG. 1, the casing 160 in which the laser module 110 is housed does not necessarily have to be hermetically sealed.

なお、実施形態では、ダミーエミッター21,28をX方向の両端にそれぞれ1個づつ配置した構成を示したが、特にこれに限定されない。ダミーエミッターをX方向の両端にそれぞれ複数個づつ配置してもよい。この場合、ダミーエミッターの個数は、レーザーダイオードバー10に形成されたエミッター20の全体の個数及びレーザーダイオードバー10に要求されるトータルの光出力の大きさ、絶縁性接着材90から発生するシロキサンの量に応じて適宜設定される。 In the embodiment, the dummy emitters 21 and 28 are arranged one by one at both ends in the X direction, but the present invention is not particularly limited to this. A plurality of dummy emitters may be arranged at both ends in the X direction. In this case, the number of dummy emitters is the total number of emitters 20 formed on the laser diode bar 10, the total light output required for the laser diode bar 10, and the amount of siloxane generated from the insulating adhesive 90. It is appropriately set according to the amount.

また、ダミーエミッター21,2nは、n個のエミッター21~2nの両端以外の位置に設けられてもよい。例えば、絶縁性接着材90が中央のエミッター20の近傍に配置されている場合、中央のエミッター20のうち、1または複数個のエミッターをダミーエミッターとしてもよい。 Also, the dummy emitters 21 and 2n may be provided at positions other than both ends of the n emitters 21 to 2n. For example, when the insulating adhesive 90 is arranged near the central emitter 20, one or more of the central emitters 20 may be used as dummy emitters.

なお、実施形態では、ダミーエミッター21,28のストライプ幅W2を本エミッター22~27のストライプ幅W1よりも狭くすることで、両差の間に閾値電流の差を付ける構成を示した。しかし、閾値電流の差を付ける構成は特にこれに限定されない。例えば、ダミーエミッター21,28に電気的に接続される電極ブロックと本エミッター22~27に電気的に接続される電極ブロックとを電気的に分離して、それぞれが独立して駆動できるようにしてもよい。この場合は、ダミーエミッター21,28と本エミッター22~27とで同じストライプ幅とすることができる。ただし、電極ブロックの形状が複雑化するとともに駆動電源が2種類必要となる。 In the embodiment, by making the stripe width W2 of the dummy emitters 21 and 28 narrower than the stripe width W1 of the main emitters 22 to 27, a difference in threshold current is provided between the two. However, the configuration in which the threshold currents are differentiated is not particularly limited to this. For example, the electrode blocks electrically connected to the dummy emitters 21 and 28 and the electrode blocks electrically connected to the main emitters 22 to 27 are electrically separated so that they can be driven independently. good too. In this case, the dummy emitters 21, 28 and the main emitters 22-27 can have the same stripe width. However, this complicates the shape of the electrode block and requires two types of drive power sources.

本開示のレーザーダイオードバーは、高出力の青色光を出射し、かつ信頼性の低下が抑制されたレーザー光源として有用である。 The laser diode bar of the present disclosure is useful as a laser light source that emits high-power blue light and has reduced reliability.

10 レーザーダイオードバー
10a 光出射端面
10b 後端面
11 n型基板
12 n型クラッド層
13 活性層
14 p型クラッド層
15 p型コンタクト層
16 絶縁層
17 n側電極
18 p側電極
19a 第1反射層
19b 第2反射層(反射層)
20 エミッター
20a ストライプ部
21,28 ダミーエミッター
22~27 本エミッター
30 第1電極ブロック
40 サブマウント
50 絶縁シート
60 バンプ電極
70 第2電極ブロック
90 絶縁性接着材
91 導電性接着材
100 波長ビーム結合システム
110 レーザーモジュール
120 光整形部品
130 回折格子素子(光結合素子)
140 外部共振ミラー
150 光出力モニター
160 ケーシング
161 レーザ光出射ブロック
161a 光出射口
162 冷却管
10 laser diode bar 10a light emitting facet 10b rear facet 11 n-type substrate 12 n-type clad layer 13 active layer 14 p-type clad layer 15 p-type contact layer 16 insulating layer 17 n-side electrode 18 p-side electrode 19a first reflective layer 19b Second reflective layer (reflective layer)
20 Emitter 20a Stripe 21, 28 Dummy emitters 22-27 Main emitter 30 First electrode block 40 Submount 50 Insulating sheet 60 Bump electrode 70 Second electrode block 90 Insulating adhesive 91 Conductive adhesive 100 Wavelength beam coupling system 110 Laser module 120 Light shaping component 130 Diffraction grating element (optical coupling element)
140 External resonance mirror 150 Optical output monitor 160 Casing 161 Laser light emission block 161a Light emission port 162 Cooling pipe

Claims (10)

窒化物半導体を構成材料として含むレーザーダイオードバーであって、
前記レーザーダイオードバーは、第1方向に互いに間隔をあけて形成されたn(nは4以上の整数)個のエミッターを有しており、
n個の前記エミッターのそれぞれは、閾値電流以上の電流が流れることでレーザー発振し、
両端の前記エミッターのうち少なくとも1つの前記エミッターの前記閾値電流は、両端の前記エミッターを除いた残りの前記エミッターの前記閾値電流の平均値以下であることを特徴とするレーザーダイオードバー。
A laser diode bar containing a nitride semiconductor as a constituent material,
The laser diode bar has n (n is an integer equal to or greater than 4) emitters spaced apart from each other in a first direction,
Each of the n emitters laser-oscillates when a current equal to or greater than a threshold current flows,
The laser diode bar, wherein the threshold current of at least one of the emitters on both ends is equal to or less than the average value of the threshold currents of the remaining emitters excluding the emitters on both ends.
両端の前記エミッターのうち少なくとも1つの前記エミッターの前記閾値電流は、両端の前記エミッターを除いた残りの前記エミッターの前記閾値電流の平均値の1/2以下であることを特徴とする請求項1に記載のレーザーダイオードバー。 2. The threshold current of at least one of the emitters on both ends is less than or equal to 1/2 of the average value of the threshold currents of the remaining emitters excluding the emitters on both ends. laser diode bar described in . 両端の前記エミッターのうち少なくとも1つの前記エミッターの前記閾値電流は、130mA以上、150mA以下であることを特徴とする請求項1または2に記載のレーザーダイオードバー。 3. The laser diode bar according to claim 1, wherein the threshold current of at least one of the emitters on both ends is 130 mA or more and 150 mA or less. 窒化物半導体を構成材料として含むレーザーダイオードバーであって、
前記レーザーダイオードバーは、第1方向に互いに間隔をあけて形成されたn(nは4以上の整数)個のエミッターを有しており、
n個の前記エミッターのそれぞれは、閾値電流以上の電流が流れることでレーザー発振し、
n個の前記エミッターのそれぞれは、前記第1方向と交差する第2方向が長手方向であるストライプ形状のストライプ部を有しており、
両端の前記エミッターのうち少なくとも1つの前記エミッターにおける前記ストライプ部の前記第1方向の幅は、両端の前記エミッターを除いた残りの前記エミッターにおける前記ストライプ部の前記第1方向の幅の平均値以下であることを特徴とするレーザーダイオードバー。
A laser diode bar containing a nitride semiconductor as a constituent material,
The laser diode bar has n (n is an integer equal to or greater than 4) emitters spaced apart from each other in a first direction,
Each of the n emitters laser-oscillates when a current equal to or greater than a threshold current flows,
each of the n emitters has a stripe-shaped stripe portion whose longitudinal direction is a second direction that intersects the first direction;
The width in the first direction of the stripe portion of at least one of the emitters on both ends is equal to or less than the average width of the stripe portions in the first direction on the remaining emitters excluding the emitters on both ends. A laser diode bar characterized by:
両端の前記エミッターのうち少なくとも1つの前記エミッターにおける前記ストライプ部の前記第1方向の幅は、両端の前記エミッターを除いた残りの前記エミッターにおける前記ストライプ部の前記第1方向の幅の平均値の1/3以下であることを特徴とする請求項4に記載のレーザーダイオードバー。 The width in the first direction of the stripe portion in at least one of the emitters on both ends is the average value of the widths in the first direction of the stripe portions in the remaining emitters excluding the emitters on both ends. 5. The laser diode bar according to claim 4, characterized in that it is 1/3 or less. 両端の前記エミッターのうち少なくとも1つの前記エミッターにおける前記ストライプ部の前記第1方向の幅は、5μm以上、10μm以下であることを特徴とする請求項4または5に記載のレーザーダイオードバー。 6. The laser diode bar of claim 4, wherein the width of the stripe portion in at least one of the emitters at both ends in the first direction is 5 [mu]m or more and 10 [mu]m or less. n個の前記エミッターのそれぞれに所定値の電流を流した場合、両端の前記エミッターの一方または両方がレーザー発振し、残りの前記エミッターはレーザー発振しないように構成されていることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載のレーザーダイオードバー。 It is constructed such that when a current of a predetermined value is passed through each of the n emitters, one or both of the emitters at both ends lasing, and the remaining emitters do not oscillate. 7. The laser diode bar according to any one of items 1 to 6. n個の前記エミッターのそれぞれから出射されるレーザー光の波長は、380nm以上、450nm以下の範囲であることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載のレーザーダイオードバー。 7. The laser diode bar according to any one of claims 1 to 6, wherein the wavelength of the laser light emitted from each of the n emitters is in the range of 380 nm or more and 450 nm or less. 請求項1ないし8のいずれか1項に記載のレーザーダイオードバーをそれぞれ有する1または複数のレーザーモジュールと、
前記レーザーダイオードバーに含まれる複数の前記エミッターからそれぞれ出射されるレーザー光を結合する光結合素子と、
前記光結合素子で結合された前記レーザー光を前記光結合素子に向けて反射する外部共振ミラーと、
1または複数の前記レーザーモジュールと前記光結合素子と前記外部共振ミラーとを収容するケーシングと、を少なくとも備え、
前記レーザーダイオードバーは、n個の前記エミッターにおける前記レーザー光の出射端面と反対側の面に所定の反射率を有する反射層が設けられており、
前記外部共振ミラーと前記レーザー光が出射される前記エミッターの前記反射層との間に外部共振器が構成され、
前記光結合素子で結合された結合レーザー光が前記ケーシングの外部に出射されることを特徴とする波長ビーム結合システム。
one or more laser modules each having a laser diode bar according to any one of claims 1 to 8;
an optical coupling element that couples the laser beams respectively emitted from the plurality of emitters included in the laser diode bar;
an external resonance mirror that reflects the laser light coupled by the optical coupling element toward the optical coupling element;
at least a casing housing one or more of the laser modules, the optical coupling element, and the external resonance mirror;
The laser diode bar is provided with a reflective layer having a predetermined reflectance on the surface opposite to the emission end surface of the laser light in the n emitters,
an external resonator is formed between the external resonator mirror and the reflective layer of the emitter from which the laser beam is emitted;
A wavelength beam combining system, wherein the combined laser beams combined by the optical coupling element are emitted to the outside of the casing.
請求項9に記載の波長ビーム結合システムの製造方法であって、
前記レーザーダイオードバーを準備する第1工程と、
前記レーザーダイオードバーを有する前記レーザーモジュールを組み立てる第2工程と、
前記ケーシングの内部に前記レーザーモジュールと前記光結合素子と前記外部共振ミラーとを所定の配置関係を保った状態で固定配置する第3工程と、
前記第3工程の後に、前記ケーシングを封止する第4工程と、
前記第4工程の後に、前記レーザーモジュールを駆動して、前記レーザーダイオードバーに含まれる両端の前記エミッターのうち少なくとも一方から前記レーザー光を所定時間、連続して出射させる第5工程と、を少なくとも備え、
前記第2工程では、前記レーザーモジュールを組み立てるにあたって、シロキサンを含む接着材が用いられ、
前記第5工程では、前記レーザー光の出力がモニターされた状態で、両端の前記エミッターのうち少なくとも一方から前記レーザー光を出射させるとともに、残りの前記エミッターからは前記レーザー光が出射されないように、前記レーサーモジュールを駆動し、
前記所定時間は、前記レーザー光の出力の低下度合いに応じて決定されることを特徴とする波長ビーム結合システムの製造方法。
A method of manufacturing a wavelength beam combining system according to claim 9, comprising:
a first step of preparing the laser diode bar;
a second step of assembling the laser module with the laser diode bar;
a third step of fixing and arranging the laser module, the optical coupling element, and the external resonance mirror inside the casing while maintaining a predetermined arrangement relationship;
a fourth step of sealing the casing after the third step;
at least a fifth step, after the fourth step, of driving the laser module to continuously emit the laser light from at least one of the emitters at both ends included in the laser diode bar for a predetermined time; prepared,
In the second step, an adhesive material containing siloxane is used to assemble the laser module,
In the fifth step, while the output of the laser light is being monitored, the laser light is emitted from at least one of the emitters at both ends, and the laser light is not emitted from the remaining emitters. driving the racer module;
A method of manufacturing a wavelength beam combining system, wherein the predetermined time is determined according to the degree of decrease in output of the laser light.
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