激光光源装置及激光光源装置的制造方法与流程

本申请说明书公开的技术例如涉及具有半导体激光元件的激光光源装置、以及具有半导体激光元件的激光光源装置的制造方法。

背景技术：

投影仪等显示器装置中包含的光源使用利用卤素灯或者金卤灯的光源。但是，近年来具有长寿命、低功耗、高亮度及高颜色纯度的特点的激光光源在显示器装置中的应用盛行。

在数字影院等中使用的大型投影仪等光设备通过增设激光光源而实现高输出化，以便得到所需要的光输出。但是，随着激光光源的增设，会产生装置的大型化、成本升高的缺点。因此，期望提高激光光源单体的光输出或者降低部件成本。

并且，为了将来自多个激光光源的出射光投射到投影仪等光设备中，在激光光源单体中需要通过微透镜等使出射光大致平行化。

因此，作为提高激光光源单体的光输出而且使出射光大致平行化的技术，例如已公开了如专利文献1所示例的如下构造：安装具有多个发光点的半导体激光元件即多发射极半导体激光元件，进而，使用微透镜使多发射极半导体激光元件的出射光大致平行化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015－153840号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

为了使来自半导体激光元件的出射光大致平行化，需要将微透镜配置在光轴上。

但是，在半导体激光元件和微透镜被设置在管座等基板的同一平面上的情况下，半导体激光元件的出射光的发散角较大，导致出射光的快轴方向(y轴方向)成分的下半部分接触到保持半导体激光器的管座等基板。那样的话，会导致光输出损失。

因此，例如在专利文献1示例的构造中，半导体激光元件通过块体或者次基座这样的保持部件被配置在管座上，并且，用于使出射光大致平行化的微透镜被配置在块体的侧面。通过这样配置，形成出射光全部被投射到微透镜上进而被大致平行化的构造。

在这样的构造中，需要调整半导体激光元件的配置，以便使来自半导体激光元件的光输出不会损失。因此，半导体激光元件的配置的自由度受影响。

本申请说明书公开的技术正是为了解决如上所述的问题而完成的，其涉及激光光源装置及激光光源装置的制造方法，能够确保半导体激光元件的配置的自由度，而且抑制来自半导体激光元件的光输出的损失。

用于解决问题的手段

在本申请说明书公开的技术的一个方式中，具有半导体激光元件、和在从所述半导体激光元件射出的出射光的光轴上设置的光学元件，所述光学元件将从所述半导体激光元件射出的在快轴方向上未分离的所述出射光的光束中的一部分在快轴方向上与另一部分分离。

并且，在本申请说明书公开的技术的另一个方式中，准备半导体激光元件，在从所述半导体激光元件射出的出射光的光轴上设置的光学元件，所述光学元件将从所述半导体激光元件射出的在快轴方向上未分离的所述出射光的光束中的一部分在快轴方向上与另一部分分离，所述光学元件是对将一个透镜在所述半导体激光元件的光轴方向及与所述半导体激光元件的光轴方向垂直的方向上分别分割成两个而得到的透镜部进行组合而成的构造，将在分割前被配置在离所述半导体激光元件近的一侧的透镜部中的一个透镜部作为第1透镜部，将在分割前被配置在离所述半导体激光元件远的一侧的透镜部作为第2透镜部及第3透镜部，将第1透镜部的沿着所述半导体激光元件的光轴的面加工成相对于所述半导体激光元件的光轴倾斜的第1倾斜面，将第2透镜部的沿着所述半导体激光元件的光轴且通过分割而形成的面的一部分加工成与所述第1倾斜面平行的第2倾斜面，将所述第1透镜部配置在所述第1倾斜面随着远离所述半导体激光元件而接近所述半导体激光元件的光轴的位置，将所述第3透镜部配置于在所述半导体激光元件的光轴上比所述第1透镜部远离所述半导体激光元件的位置，将所述第2透镜部配置在所述第3透镜部的沿着所述半导体激光元件的光轴且通过分割而形成的面的相反侧的面与所述第2透镜部的沿着所述半导体激光元件的光轴且通过分割而形成的面的相反侧的面相邻的位置。

发明效果

在本申请说明书公开的技术的一个方式中，具有半导体激光元件、和在从所述半导体激光元件射出的出射光的光轴上设置的光学元件，所述光学元件将从所述半导体激光元件射出的在快轴方向上未分离的所述出射光的光束中的一部分在快轴方向上与另一部分分离。根据这种结构，能够确保半导体激光元件的配置的自由度，而且抑制来自半导体激光元件的光输出的损失。

并且，在本申请说明书公开的技术的另一个方式中，准备半导体激光元件，在从所述半导体激光元件射出的出射光的光轴上设置的光学元件，所述光学元件将从所述半导体激光元件射出的在快轴方向上未分离的所述出射光的光束中的一部分在快轴方向上与另一部分分离，所述光学元件是对将一个透镜在所述半导体激光元件的光轴方向及与所述半导体激光元件的光轴方向垂直的方向上分别分割成两个而得到的透镜部进行组合而成的构造，将在分割前被配置在离所述半导体激光元件近的一侧的透镜部中的一个透镜部作为第1透镜部，将在分割前被配置在离所述半导体激光元件远的一侧的透镜部作为第2透镜部及第3透镜部，将第1透镜部的沿着所述半导体激光元件的光轴的面加工成相对于所述半导体激光元件的光轴倾斜的第1倾斜面，将第2透镜部的沿着所述半导体激光元件的光轴且通过分割而形成的面的一部分加工成与所述第1倾斜面平行的第2倾斜面，将所述第1透镜部配置在所述第1倾斜面随着远离所述半导体激光元件而接近所述半导体激光元件的光轴的位置，将所述第3透镜部配置于在所述半导体激光元件的光轴上比所述第1透镜部远离所述半导体激光元件的位置，将所述第2透镜部配置在所述第3透镜部的沿着所述半导体激光元件的光轴且通过分割而形成的面的相反侧的面与所述第2透镜部的沿着所述半导体激光元件的光轴且通过分割而形成的面的相反侧的面相邻的位置。根据这种结构，能够确保半导体激光元件的配置的自由度，而且抑制来自半导体激光元件的光输出的损失。

关于与本申请说明书公开的技术相关的目的、特征、方面和优点，根据下面示出的详细说明及附图将更加明确。

附图说明

图1是概略地示例有关实施方式的用于实现激光光源装置的结构的图。

图2是示例有关实施方式的激光光源装置的快轴方向的出射光的光路的图。

图3是示例有关实施方式的光学元件的结构的图。

图4是示例有关实施方式的光学元件的结构的图。

图5是示例有关实施方式的光学元件的结构的图。

图6是示例有关实施方式的次基座的构造的图。

图7是示例有关实施方式的次基座的构造的图。

具体实施方式

下面，参照附带的附图对实施方式进行说明。

另外，附图是概略地进行图示的，在不同的附图中分别示出的图像的尺寸和位置的相互关系不一定是正确记述的，可能进行了适当变更。

并且，在下面示出的说明中，对相同的构成要素标注相同的标号进行图示，关于它们的名称和功能也设为相同的。因此，存在省略有关它们的详细说明的情况。

并且，在下面记述的说明中，即使存在使用“上”、“下”、“侧”、“底”、“表”或者“背”等表示特定的位置和方向的用语的情况，这些用语也是为了便于容易理解实施方式的内容而采用的，与实际实施时的方向无关。

<实施方式>

下面，对有关本实施方式的激光光源装置及激光光源装置的制造方法进行说明。

<关于激光光源装置的结构>

图1是概略地示例有关本实施方式的用于实现激光光源装置的结构的图。如图1示例的那样，激光光源装置具有：管座1；半导体激光元件2，其安装于管座1，而且具有至少一个发光点；光学元件3，其安装于管座1，而且使半导体激光元件2的出射光成为大致平行光。

管座1形成为板状，例如是在铜等导热率高的材料的表面实施了镀金及金属图案喷镀的金属材料的管基座。管座1发挥将半导体激光元件2及光学元件3固定、并且使在半导体激光元件2中产生的热量释放到管座1下方的冷却部件(此处未图示)的作用。

半导体激光元件2例如是在包含GaAs或者AlGaN等的半导体芯片的端面配置有至少一个发光点的激光二极管。从半导体激光元件2的各个发光点，沿着与芯片端面垂直且与芯片主面平行的光轴放射激光光束。

光学元件3具有微透镜3A、微透镜3B和微透镜3C。光学元件3具有使激光光束成为大致平行光的功能。并且，光学元件3还可以具有棱镜功能。

光学元件3配置在从半导体激光元件2射出的出射光的光轴上。并且，光学元件3将从半导体激光元件2射出的在快轴方向上未分离的出射光的光束中的一部分在快轴方向上与另一部分分离。作为分离的方法，例如假设为反射或者折射。

关于管座1和半导体激光元件2的接合，在接合时使用的焊料例如使用可靠性及导热性良好的AuSn焊料。

图2是示例激光光源装置的快轴方向的出射光的光路的图。

在快轴方向上，来自半导体激光元件2的出射光的扩散角(全角)大致约为80°。因此，通常在半导体激光元件2直接设置于管座1的情况下，出射光的下半部分的成分与管座1接触，光输出损失。

但是，如图2示例的那样，有关本实施方式的激光光源装置在半导体激光元件2的发光点附近设有梯形的微透镜3A。根据这样的构造，来自半导体激光元件2的出射光的在图2的上下方向即快轴方向上的下半部分的成分即出射光11，在梯形的微透镜3A的反射面100处向配置有管座1的方向的相反侧反射。换言之，具有向管座1侧扩散的成分的出射光11被变换成具有向管座1侧的相反侧扩散的成分的光。

在此，反射面100是随着远离半导体激光元件2而接近半导体激光元件2的光轴的倾斜面。图2示例的反射面100在离半导体激光元件2近的一侧的端部与管座1接触。并且，反射面100在离半导体激光元件2远的一侧的端部不与管座1接触。

并且，在梯形的微透镜3A的光路的后方，配置有在管座1的上表面设置的微透镜3B、和在微透镜3B的上表面设置的微透镜3C。根据这样的构造，在反射面100反射后的出射光11在微透镜3C的反射面101进一步反射，在微透镜3C的用于使光大致平行化的光学作用面102处成为大致平行光。在此，反射面101是与反射面100平行的面。

通过按照以上所述将出射光反射，能够抑制出射光与管座1接触而发生光损失，增加能够取出的大致平行光。

另外，来自半导体激光元件2的出射光的在快轴方向上的上半部分的成分即出射光10，在微透镜3B的用于使光大致平行化的光学作用面103处成为大致平行光。

根据如上所述的结构，即使是将半导体激光元件2和微透镜等光学元件配置在同一平面上的情况下，也能够抑制出射光的光输出损失，而且增加能够取出的大致平行光。

图3、图4及图5是示例光学元件3的结构的图。关于将在图1及图2中示例的微透镜3A、微透镜3B及微透镜3C进行组合而成的光学元件3的结构，参照图3、图4及图5进行说明。

例如，如图3示例的那样，将一个微透镜在虚线的位置处切割。具体地，将一个微透镜在半导体激光元件2的光轴方向(z轴方向)以及与半导体激光元件2的光轴方向垂直的方向(在图3中是指y轴方向)上分别分割成两个。另外，将部分A的沿着半导体激光元件2的光轴的面相对于半导体激光元件2的光轴倾斜地进行切割。由此，形成反射面100。并且，将部分C的沿着半导体激光元件2的光轴且通过分割而形成的面的一部分相对于半导体激光元件2的光轴倾斜地进行切割。由此，形成反射面101。并且，按照图4示例的那样分离成切割而得的部分A、部分B及部分C。

另外，按照图5示例的那样将切割而得的部分A、部分B及部分C进行组合，由此能够构成光学元件3。具体地，将部分A配置在反射面100随着远离半导体激光元件2而接近半导体激光元件2的光轴的位置。并且，将部分B配置于在半导体激光元件2的光轴上比部分A远离半导体激光元件2的位置。并且，将部分C配置在部分B的沿着半导体激光元件2的光轴且通过分割而形成的面的相反侧的面与部分C的沿着半导体激光元件2的光轴且通过分割而形成的面的相反侧的面相邻的位置。

根据这样的方法，为了制造光学元件3而使用的微透镜为一个即可，因而能够抑制部件成本。

并且，关于将微透镜3A、微透镜3B及微透镜3C进行组合时的粘接，例如能够使用环氧类的粘接剂。在使用环氧类的树脂的情况下，在刚刚粘接后通过紫外线照射使其暂时固化，然后经过热处理工序而使其热固化，由此能够进行接合。

另外，根据需要，也可以在管座1和半导体激光元件2之间设置次基座(submount)4。通常，次基座发挥电气绝缘作用及热传递作用。

图6及图7是示例次基座4的构造的图。如图6及图7示例的那样，次基座4具有平板状的电气绝缘体4A、在电气绝缘体4A的表面形成的多个金属图案4B及金属图案4C、和在电气绝缘体4A的背面沿着整个面形成的金属图案4D。电气绝缘体4A使用导热率高的例如SiC或者AlN等。

并且，次基座4中的金属图案4B和半导体激光元件2使用焊料进行接合。次基座4中的金属图案4C和半导体激光元件2各自的驱动电极使用金等导电性丝线5通过例如超声波振动压接而电连接。

另外，金属图案4D不是以供电为目的而形成的。金属图案4D是为了抑制由于电气绝缘体4A的线膨胀系数与金属图案4B的线膨胀系数之差、或者电气绝缘体4A的线膨胀系数与金属图案4C的线膨胀系数之差而可能产生的次基座的翘曲而设置的。

通过设置次基座4，半导体激光元件2的设置面和光学元件3的设置面不会成为同一个平面。但是，在次基座4的设置面和光学元件3的设置面是同一个平面的情况下，次基座4的厚度例如是300μm以上且600μm以下。因此，依旧需要设置如光学元件3那样的构造，以便使半导体激光元件2的快轴方向的出射光全部成为大致平行光。

<关于通过以上记述的实施方式所产生的效果>

下面，示例通过以上记述的实施方式所产生的效果。另外，下面根据以上记述的实施方式所示例的具体结构来记述该效果，但还可以在产生相同效果的范围内与本申请说明书示例的其它的具体结构进行置换。

根据以上记述的实施方式，激光光源装置具有半导体激光元件2和光学元件3。并且，光学元件3设置在从半导体激光元件2射出的出射光的光轴上。并且，光学元件3将从半导体激光元件2射出的在快轴方向上未分离的出射光的光束中的一部分在快轴方向上与另一部分分离。

根据这样的结构，在由于从半导体激光元件2射出的出射光的光束中的一部分与例如障碍物等接触而可能产生光输出的损失的情况下，通过在快轴方向上使该出射光与另一部分分离，能够抑制由于与例如障碍物等接触而产生光输出的损失。并且，不需要调整半导体激光元件的配置，因而能够确保半导体激光元件的配置的自由度。

另外，关于除这些结构以外的本申请说明书示例的其它结构，能够适当省略。即，仅利用这些结构即可产生以上记述的效果。

但是，在对以上记述的结构适当追加了本申请说明书示例的其它结构中的至少一个结构的情况下，即在对以上记述的结构追加了未被作为以上记述的结构而记述的本申请说明书示例的其它结构的情况下，同样也能够产生以上记述的效果。

并且，根据以上记述的实施方式，从半导体激光元件射出的出射光具有在快轴方向上扩散的成分。在此，将来自半导体激光元件2的出射光中、具有向快轴方向中的第1方向扩散的成分的光作为第1出射光。并且，将来自半导体激光元件2的出射光中、具有向快轴方向中的与第1方向相反的方向即第2方向扩散的成分的光作为第2出射光。在此，出射光11是对应于第1出射光的光。并且，出射光10是对应于第2出射光的光。并且，光学元件3将出射光11变换成具有向快轴方向中的第2方向扩散的成分的光。根据这样的结构，能够将从半导体激光元件2射出的具有在快轴方向上扩散的成分的出射光中、具有向第1方向扩散的成分的出射光11变换成具有向与第1方向相反的第2方向扩散的成分的光。因此，能够抑制由于出射光11与第1方向中的障碍物接触而产生光输出的损失。

并且，根据以上记述的实施方式，光学元件3通过使出射光10及变换后的出射光11折射，而射出相互平行的光。根据这样的结构，能够将从半导体激光元件2射出的具有在快轴方向上扩散的成分的出射光变换成相互平行的光进行射出。

并且，根据以上记述的实施方式，光学元件3具有随着远离半导体激光元件2而接近半导体激光元件2的光轴的倾斜面。在此，反射面100是对应于倾斜面的面。根据这样的结构，能够使具有向管座1侧扩散的成分的出射光11向与管座1侧相反的一侧反射。因此，能够抑制由于出射光11与管座1接触而产生光输出的损失。

并且，根据以上记述的实施方式，激光光源装置具有平板状的平板部件。在此，管座1是对应于平板部件的部件。并且，光学元件3设于管座1的上表面。出射光11是来自半导体激光元件2的出射光中、具有向快轴方向中的管座1侧扩散的成分的光。并且，出射光10是来自半导体激光元件2的出射光中、具有向快轴方向中的与管座1侧相反的一侧扩散的成分的光。并且，光学元件3将出射光11变换成具有相对于光轴向与管座1侧相反的一侧扩散的成分的光。根据这样的结构，能够将从半导体激光元件2射出的具有在快轴方向上扩散的成分的出射光中、具有向管座1侧扩散的成分的出射光11变换成具有向与管座1侧相反的一侧扩散的成分的光。因此，能够抑制由于出射光11与管座1接触而产生光输出的损失。

并且，根据以上记述的实施方式，光学元件3使出射光11向与管座1侧相反的一侧反射。根据这样的结构，能够使从半导体激光元件2射出的具有在快轴方向上扩散的成分的出射光中、具有向管座1侧扩散的成分的出射光11向与管座1侧相反的一侧反射。因此，能够抑制由于出射光11与管座1接触而产生光输出的损失。

并且，根据以上记述的实施方式，半导体激光元件2设于管座1的上表面。根据这样的结构，不需要用于保持半导体激光元件2的块体或者次基座等部件，就能够抑制来自半导体激光元件2的光输出的损失。具体地，即使是半导体激光元件2和光学元件3被配置在同一个平面上的情况下，也能够抑制半导体激光元件2的具有向快轴方向中的管座1侧扩散的成分的光的损失。并且，由于不会增加构成装置的部件数目，因而能够抑制制造成本。并且，能够实现制造工序的简化。并且，在通过在管座1的下表面配置冷却装置等而进行半导体激光元件2的冷却的情况下，能够减小到达半导体激光元件2为止的热阻力。因此，能够提高光输出特性。并且，能够维持装置的可靠性。

并且，根据以上记述的实施方式，激光光源装置具有在管座1的上表面设置的次基座4。并且，半导体激光元件2设于次基座4的上表面。根据这样的结构，还能够假设半导体激光元件2的设置面和光学元件3的设置面不是同一个平面的情况。并且，在这种构造的情况下，也通过光学元件3在快轴方向上将从半导体激光元件2射出的出射光适当分离，由此能够抑制例如由于与障碍物等接触而产生光输出的损失。并且，能够假设次基座4的厚度例如是300μm以上且600μm以下，因而能够维持半导体激光元件2的散热性。

并且，根据以上记述的实施方式，光学元件3是对被分解的一个透镜进行组合而成的构造。根据这样的结构，为了制造光学元件3而使用的微透镜为一个即可，因而能够抑制部件成本。

并且，根据以上记述的实施方式，光学元件3具有使激光光束成为大致平行光的功能或者棱镜功能。根据这样的结构，能够将从半导体激光元件2射出的具有在快轴方向上扩散的成分的出射光变换成相互平行的光进行射出。

并且，根据以上记述的实施方式，在激光光源装置的制造方法中，准备半导体激光元件2。在从半导体激光元件2射出的出射光的光轴上设置光学元件3。在此，光学元件3将从半导体激光元件2射出的在快轴方向上未分离的出射光的光束中的一部分在快轴方向上与另一部分分离。并且，光学元件3是对将一个透镜在半导体激光元件2的光轴方向及与半导体激光元件2的光轴方向垂直的方向上分别分割成两个而得到的透镜部进行组合而成的构造。在此，将在分割前被配置在离半导体激光元件2近的一侧的透镜部中的一个透镜部作为第1透镜部。并且，将在分割前被配置在离半导体激光元件2远的一侧的透镜部作为第2透镜部及第3透镜部。另外，部分A对应于第1透镜部。并且，部分B对应于第3透镜部。并且，部分C对应于第2透镜部。并且，将部分A的沿着半导体激光元件2的光轴的面加工成相对于半导体激光元件2的光轴倾斜的第1倾斜面。另外，反射面100对应于第1倾斜面。并且，将部分C的沿着半导体激光元件2的光轴且通过分割而形成的面的一部分加工成与反射面100平行的第2倾斜面。另外，反射面101对应于第2倾斜面。并且，将部分A配置在反射面100随着远离半导体激光元件2而接近半导体激光元件2的光轴的位置。并且，将部分B配置于在半导体激光元件2的光轴上比部分A远离半导体激光元件2的位置。并且，将部分C配置在部分B的沿着半导体激光元件2的光轴且通过分割而形成的面的相反侧的面与部分C的沿着半导体激光元件2的光轴且通过分割而形成的面的相反侧的面相邻的位置。

根据这样的结构，能够确保半导体激光元件2的配置的自由度，而且抑制来自半导体激光元件2的光输出的损失。并且，为了制造光学元件3而使用的微透镜为一个即可，因而能够抑制部件成本。

另外，关于除这些结构以外的本申请说明书示例的其它结构，能够适当省略。即，仅利用这些结构即可产生以上记述的效果。

但是，在对以上记述的结构适当追加了本申请说明书示例的其它结构中的至少一个结构的情况下，即在对以上记述的结构追加了未被作为以上记述的结构而记述的本申请说明书示例的其它结构的情况下，同样也能够产生以上记述的效果。

并且，只要没有特别限制，各个处理的实施顺序是可以变更的。

<关于以上记述的实施方式的变形例>

在以上记述的实施方式中，存在也记述了各个构成要素的材质、材料、尺寸、形状、相对的配置关系或者实施的条件等的情况，但这些在所有方面都仅为示例，不限于本申请说明书记述的方式。

因此，可以在本申请说明书公开的技术范围内假设未示例的无数的变形例。例如，包括将至少一个构成要素变形的情况、追加或者省略至少一个构成要素的情况。

另外，只要不产生矛盾，在以上记述的实施方式中被记述为设有“一个”的构成要素也可以设置“一个以上”。

另外，各个构成要素是概念性的单位，还包括一个构成要素由多个构造物构成的情况、一个构成要素与某一构造物的一部分对应的情况、以及多个构成要素设于一个构造物中的情况。

另外，只要发挥相同的作用，则在各个构成要素中可以包括具有其它构造或者形状的构造物。

另外，本申请说明书中的说明是为了与本技术相关的所有目的而进行参考的，都不能视为是现有技术。

另外，在以上记述的实施方式中，在没有特别指定地记述了材料名称等的情况下，只要不产生矛盾，则也包括在该材料中含有其它添加物例如合金等的情况。

标号说明

1管座；2半导体激光元件；3光学元件；3A、3B、3C微透镜；4次基座；4A电气绝缘体；4B、4C、4D金属图案；5导电性丝线；10、11出射光；100、101反射面；102、103光学作用面；A、B、C部分。