光源装置及使用该光源装置的光通信模块的制作方法

专利名称：光源装置及使用该光源装置的光通信模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过传递模或罐封等而使其具有光学透镜作用并由树脂密封的光源装置，以及使用该光源装置的光通信模块。
背景技术：
近年来，IrDA(Infrared Data Association)标准的红外线通信模块的小型化发展迅速，短距离(20cm)规格品甚至达到透镜部分直径和厚度成为1mm～2mm程度的地步。通信速度的高速化在IrDA中虽然缓慢但也在发展，而在光无线LAN制品中，在并联二十个以上炮弹型LED而赢得光量的基站和具有尖锐的方向性和跟踪功能的终端装置之间，正在谋求数米的通信距离和100Mbps左右的高速性的同时成立。
在这样的无线光通信技术中，也有方向性和屏蔽成为问题的情况，但发挥高速性和保密性，特别是成本方面的优势性，期待着展开掌上或手提式携带终端装置的高速接口的应用。但是，上述高速光无线LAN(局域网)制品一般体积大且耗电也很大。另外，过去重视高速化，做过不少尝试，使比较便宜的近红外波长区的半导体激光器对人眼安全化(eye safe)而用于无线光通信，但是大多使用大规模的漫射板或光束整形光学系统，难以实现IrDA标准件系列的小型化和廉价化。
即，介于现有的IrDA和光无线LAN的两者之间，为实现具有速度更高且范围更大的通信区域的无线光通信系统而必需的小型且便宜的光通信模块还未实用化。

发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种适合光通信系统的光源装置以及使用该光源装置的光通信模块，该光源装置结构简单，即使使用高功率半导体发光元件对人眼也安全且可以得到高的发光效率，同时耗电低且可小型化和廉价化，具有高速并且范围大的通信区域。
最近几年间，在高速CD-R/RW驱动器或光纤放大器激励光源中使用的近红外区(780nm波段、980nm波段)的GaAs类半导体激光器的高输出功率技术有很大进展。现在，在2μm～6μm程度的窄条宽度的单一基本横模动作中，实现了CW(Continuous Wave；连续波)100mW～300mW级别的高输出功率和数千小时以上的可靠性。另外，在蓝色至紫外区具有振荡波长的InGaN类半导体激光器也向实用化发展，作为下一代光盘用的写入光源可稳定得到可使用的30mW以上的高输出功率。
如考虑用于向自由空间放射光束，则必需满足国际安全标准IEC60825-1或在日本JIS C6082等规定的人眼安全标准。特别是在民用设备的应用中，期望满足即使来自光源的输出光经由某种光学系统直接射入眼睛也没有失明危险的一级的人眼安全等级。
因此，只要能够确立将如上述的高功率半导体激光器的输出光无损失地变换为特定的视在光源大小的人眼安全化技术，则可实现面向如前述的下一代无线光通信的基本设备。作为实现上述目的的主要技术，本申请人关注于通过在树脂密封模块内部或发送透镜的内部三维地导入散射件而降低空间相干性的技术。
在非相干光源发光二极管(LED)的领域中，众所周知，为改善亮度不均和对白色LED变化波长等，要在密封树脂中混入各种粉体材料(所谓填料)。例如在特开昭59-112665号公报和特开2000-200928号公报等中有很好的例子。但是，据本申请人所知，在搭载半导体激光器的小型光源装置中，从降低高空间相干性的观点来详细讨论散射件(填料)的例子并不存在。
另一方面，在相干性光学和照明光学的领域中，可以由相干度(Degree ofCoherence)的空间分布不同的任意面光源构成相同放射强度分布(RadiantIntensity)，作为面光源的等效定理(Equivalence Theorem of Planar source)，是众所周知的(例如参照Mandel & Wolf著，Optical Coherence and QuantumOptics，1995 Cambridge University Press，第五章)。即，半导体激光器的输出光经由某种散射体漫射，使放射强度的角度分布与半导体激光器的角度分布相同而构成光学系统，这在原理上是可能的。
但是，在上述领域的应用/执行中利用的散射体一般利用以磨砂玻璃或全息浮雕的漫射板为代表的表面或界面的粗糙形状局部且随机地改变入射光的相位以及散射角。这些是独立于光源元件的光学元件，由于需要别的固定机构和其空间，所以作为光源系统整体不得不变大(体积变大)。或者，也利用使上述漫射板绕轴旋转，或向液体等施加超声波形成动态衍射光栅等技术，当然成为规模更加大的光学系统。
并且，在分析生物体组织等散射体紧密充满的光学上厚的试料的性质时，一般通过透射配置分析前方的散射特性。虽然作为基础数据大量研究了各种微粒子、血液和各部分组织等个别样品的相干散射光分量的衰减和消除偏振光等各种特性的基本数据，但是几乎没有如本发明期望从有效地在微小体积内消除激光器光源的相干性的观点系统地研究表示有关多重散射光学系统的构成方法。
另外，目前也一直尝试采用不是作为通常的半导体激光器的安装方式的气密密封的CAN封装而是树脂模制封装来降低价格。例如参考特许第2927044号和特开平08-236873号公报等。但是，这些技术以适用于光盘应用等成像光学系统为目的，以保持半导体激光器本来具有的高空间相干为大前提，这些主旨、用途、技术背景与本发明的对象即多重散射光学系统有很大区别。
在该发明中，如上所述明示了用于将搭载高功率半导体激光器且可安全向外放射输出光的小型光源装置或部件模块实际低成本制造而供实用的各种方法。根据本发明公开的结构，在充分降低空间相干的基础上，在具有例如1mm直径的视在光源大小的模块中，形成光束，其被控制为以30°的半功率值全宽度的放射角向自由空间发散。这时，按照国际安全标准IEC80625-1Amendent 2，例如在850nm的波段CW允许输出最大150mW的光。在实用时，作为无线光通信模块的光源设想的满足一级的人眼安全标准的同时，放射角一定程度扩大且不过于大(例如60°≥半功率值全宽度的放射角≥30°)，抑制向不需要的广角放射(延射)，以140mA以下的驱动电流得到120mW的峰值输出，模块整体的厚度为3mm以下的高效率超小型光源这种要求规格。
因此，本申请人详细研究了以下方法典型地在沿输出光轴方向上具有一毫米至数毫米以下程度的大小(尺寸)的极微小的三维结构体中，为构成降低来自半导体激光器的输出光的相干性的同时很好地控制放射强度分布的光源装置，使用向结构体内的特定的区域高浓度地分散散射体的多重散射光学系统。特别地，为发现满足一级的人眼安全标准的条件反复详细研究了由散射体的直径和折射率与分散浓度引起的所述微小的三维结构体内的平均散射次数，或平均自由行程以及输送自由行程、与随机干涉过程的结果产生的光斑的相关关系，还有实用分散浓度范围的上限和下限。另外，还系统地进行了与使用漫射板的散射光学系统的比较，以及与使用低相干性的LED和SLD(Super-Luminescent Diode)或宽区型半导体激光器作为光源元件的情况的比较。
其结果发现，在使用具有上述窄条的光波导结构的高功率半导体激光器的微小的多重散射光学系统中，虽然会在其近场图样以及远场图样中，无论对于人眼安全还是对于放射强度的均匀性，虽然可生成高等的光斑图形，但通过使用本发明中所述各种评价方法及光学系统的结构部件，都可极有效地减少光斑，并同时满足其他光学特性。相反，上述多重散射光学系统的结构部件也可理想地适用于上述高功率半导体激光器以外的光源元件。例如，宽区型半导体激光器或面发光激光器(VCSEL，Vertical Cavity Surface EmittingLaser)，这些阵列条(bar)或二维阵列，或者相位阵列(phased array)等。另外，由于上述多重散射光学系统的结构部件可将光损失抑制在极小等级，所以当通过光导波结构将具有比通常的LED(例如数百微米)小的发光点的如SLD时间相干较低的光源元件的视在光源尺寸扩大而使其人眼安全化时也有效。
可是，若使用所谓在中远红外线区可振荡的材料类或量子级联结构的半导体激光器，则即使残留强的近场图样光斑也可确保人眼安全。但是，在上述通信用途中特别是远场图样中的光斑实用上会成为大问题。因此，必须充分减少远场图样和近场图样两者的光斑。虽然通过谋求减少近场图样光斑的部件，远场图样光斑基本上也有被降低的倾向，但也有远场图样的光斑的改善饱和在某种程度的情况。但是，在确保人眼安全的情况下，在放射强度的半值角(形成峰值强度的半值的放射角)以内的角度中，只要不生成低于半功率值的干扰(光斑的振幅变动)，则可视为实用上无碍。
关于近场图样的光斑，由于通过散射件白浊化的光学系统乍一看聚光性低而有放心感，反倒容易让人体暴露在危险中。另外，即使使用设计得较好的漫射板或全息图光学元件时，也不易完全消除光斑。
图16示出了使用特开平8-264885号公报中的所谓漫射板而减少半导体激光器的空间相干的光学系统的结构，以供参考。如图16所示，半导体激光器1600通过模片键合(die bonding)而固定在管座1601上，通过引线接合电连接。由罩1602覆盖搭载上述半导体激光器1600的管座1601，代替通常的低反射涂层玻璃将作为漫射板的密封部件1603设置于该罩1602。密封部件1603的一侧表面形成适当的粗糙面，降低来自半导体激光器1600的射出光的空间相干。通过对透明半导体衬底使用蚀刻或全息技术来较薄形成漫射板，作为小型光源装置而形成。用后述方法评价该光源装置的近场图样和远场图样可知，有时也可在允许范围内制造远场图样的光斑。但是，在放射强度分布(FFP)中半值角以上的广角分量大，相对理想的高斯形状的FFP轴上放射强度最多减少两成以上。另外可知，在近场图样中发生极大的光斑，即使对漫射板的散射面下功夫，也难以满足一级的人眼安全标准。
按照图16的结构，从半导体激光器1600发出的受激发射光，经由不吸收/散射该光的封闭气体区域1604达到上述密封部件1603的散射面，被作为散射光1605放射到自由空间。使用这样的表面粗糙化的漫射板时，激光接收的散射次数极少，典型地为一次至多数次。从而，至少在上述密封部件1603的粗糙面的大致晶粒尺寸的局部区域内不失去空间相干性，由于晶粒内或相邻的晶粒之间的相互作用，在近场图样中发生显著的光斑。另外，在使用这样的表面粗糙化的漫射板时，视在光源尺寸根据激光器元件的放射角特性和到散射面的距离通过几何学决定，所以事实上难以预先在各部分尺寸确定的小型的光源装置中扩大到要求的尺寸。反之，如果要得到大光源尺寸，则必须增大激光器元件和散射面之间的距离。
如果来自具有这样的近场图样光斑的微小光源的输出光经由(根据情况也可不经由)某种光学系统射入眼球，则根据视网膜上的成像中包含的光斑的细微结构，导致局部的功率/能量密度的集中，导致激光器光源特有的视网膜热损伤。从而最好是，至少直至凝视状态的眼球的自然动作以下细微化光斑图形的结构，并且降低时间/空间相干性直至不能明确观测干扰振幅。
一般地，即使人的眼球处于凝视一点的状态，也不静止而是不经意地运动。闪动(フリック)(0.03秒～5秒间一次，角度跨越大约20分)、漂移(ドリフト)(每秒约0～30分的漂移)、眼颤(トレモロ)(30Hz～100Hz的大约15分的微振动)这三个分量被总称为凝视微动。视网膜上的像位置作为高频分量以每秒数十次，约数十微米的振幅微振动，该移动量一般难以识别空间频率在数十条每毫米以上的平行条纹的对比度的事实一致。
在典型观测的危险状态的光斑的光强空间分布中，下降到其最大值的1/e(e是自然对数的底数)以下的陡峭的细微结构二维地随机空间分布。特别地，在具有与上述100Hz左右的振动分量导致的视网膜上的像移动量(大约10μm以上)程度相同直至大约0.1mm左右幅度的多个微小的峰值点被包含在近场图样中时，各点的单位面积上的能量密度增大到例如平均值的五倍以上，会对视网膜造成重大影响。
在谋求对激光器光源降低空间相干性的某种方式而增大光源尺寸的状况下，和LED的关于人眼安全的本质区别集中表现在上述中。另外，来自某光源的光束经由某种聚光光学系统会聚在视网膜上时，像点尺寸受聚光系统的色差的影响很大。实际上，无法将LED等的具有宽幅连续光谱的光会聚在波长界限附近的原因是空间相干低且色差影响大。现有的安全标准中不考虑后者，且也难以格式化，但在以激光器光源为主要对象的本发明的各部件和各效果中没有任何变化。当然，在具有不产生光斑的LED或其他光导波结构的光源元件(例如SLD等)中，也可适用于无损失地扩大该发光点。
如上所述，单一面光源的近场图样(near-field pattern)包含光斑的状况与以IEC60825-1标准等考虑阵列光源时区别如下。即，包含各个光斑点的光功率只占来自激光器的全输出光或面光源整体具有的光功率的微小的比例。各点的局部能量密度/功率密度的增量用PAR(Peak-to-Average Ratio)的局部最大值和峰值点面积的比表示。因此，只要同时满足降低各个光斑点尺寸直至上述微动量以下程度，且降低来自PAR的期待值(＝1)波动的振幅直至典型的1/100以下程度，就可确保与具有相同视在尺寸的LED光源相同的一级的人眼安全。
以下总结作为本发明的对象的微小的多重散射光学系统的特征和要解决的问题。
首先，第一特征是，射入多重散射光学系统的光被看作从大致点光源发出的光束。光源装置整体作为树脂基板和引脚支架或管座上形成的微小光学系统，被假设为从光源到外部一体化形成的结构。从而，在通常的相干光学系统中，不能进行如一般所进行的，将光束直径用光束扩展器扩大数毫米以上后使其射入多重散射区域这样的降低空间相干的光学操作。
作为第二特征，在多重散射光学系统中，假设从光源到外部的几何距离为一毫米至数毫米程度的极小的光学系统。从而，为获得多重散射次数，不能任意地构筑光轴方向上长的光学系统。另外，难以采用可动部分和复合透镜等难以或不可能形成为一体部件的结构。另外，因为光学系统整体的尺寸小，故各工序和构成部件的精度经常不足的问题也难以解决。
作为第三特征，使用的光源元件最好是具有1μm～10μm程度的条宽比较窄的单一横模的高功率半导体激光器。通过使用这样的光源，与使用具有LED或SLD等的连续波长光谱分布的低相干光源元件的情况相比，可以兼顾非常低的电流消耗或现有不可能实现的高功率和高速化。
但是，当通常的窄条半导体激光器以mW以上程度工作时，光谱线宽为典型的10MHz左右，相干长度(振幅分割的两个光波可干涉的最大光路差)为数十米以上程度。在数十米mW以上的高功率动作中，一般地线宽与输出的倒数成比例地变窄，但根据情况，由于纵模间相互作用和增益饱和、驻波效应引起的轴向或者条横向的烧孔(hole burning)效应(谐振器内的电场强度分布的不均匀性造成的局部的增益饱和)等非线性效应等，光谱线宽反而扩大到10MHz以上程度，相干长度有时候也成为数米以下程度。不管怎样，进行外部谐振器的强制调频，通常的激光的相干长度远大于本发明设想的光学系统的尺寸(大小)。
在解决上述各课题中，为使光斑图形基本上消失，将在多重散射区域内的散射光路长度分布充分长到半导体激光器固有的相干长度以上，从多重散射光学系统输出的散射光分量变为时间上衰减相干的状态成为充分条件。这并不意味着光学系统的整体长度自身必须在相干长度以上。即，可通过高次的多重散射将实际的散射光路长度(或者其平均值)扩大到几何长度的数倍至数十倍以上，或通过任何的方法有意地扩大半导体激光器的线宽。
但是，即使采用特殊的元件结构而将半导体激光器自身的时间性相干降低某种程度，在空间上仍可看为点光源的状况下无助于提高人眼安全。另一方面，如本发明采用微小的多重散射光学系统，重复进行波阵面分割而降低空间相干性时，也不容易将全光路扩大为上述半导体激光器的相干长度以上。如果改变散射区域的体积、散射体的种类或尺寸以及分散浓度等参数，则对应散射光路长度分步的变化光斑图形发生明显的变形，需要控制它的部件。
如至此所述，以在三维结构内的极微小的区域中使散射件高浓度分散的静态多重散射光学系统为对象，使控制半导体激光器的时间/空间相干以及放射强度时产生的问题明确，关于散射体的各参数、散射光路中的包含的反射面的影响、还有多重散射光学系统整体的设计，明示具体的方针或最优例的文献，据本发明人所知不存在。在本发明中公开了扩大散射光路长度的各种部件，或者用于更有效地在多重散射光学系统中降低空间相干的各种部件，充分减少光斑，以确保人眼安全。
上述微小三维结构的多重散射光学系统中，各处的参数分歧很大，与扩散单体的情况等相比，其最优化存在很大困难。例如，如果为了解除上述光斑的问题而在多重散射光学系统的整体中提高散射体浓度时，则在外部放射的强度中对半值角(half-value angle)外的裙边分量(skirt component)明显显现，动作功率大幅增加，作为光源装置经不住实用。另外，有时当散射体浓度过高时向光轴方向透射的透射光被遮蔽，不能得到作为光源可利用的功率。在本发明中，不仅将近场图样及远场图样的光斑抑制到不成为问题的程度，还提供调整经由多重散射光学系统向外部发出的放射强度的角度分布而不损失作为光源装置可利用的光输出的各种部件。
接着，经由包围半导体激光器而形成一体化的多重散射光学系统将来自半导体激光器的受激发射光向外部发出的微小光源装置中，公开了用于将近场图样不可逆地扩大，同时充分抑制光斑的问题，且实现具有所望的光学性能的多重散射光学系统的各种部件，叙述其作用。
为实现上述目的，本发明的光源装置将来自光源元件的输出光经由多重散射光学系统向外部发出，上述多重散射光学系统至少包含靠近上述光源元件靠近的第一区域和与该第一区域连接而至外部的第二区域，上述第一区域和上述第二区域之中的至少上述第一区域中包含比上述第二区域浓度高的散射体。另外，上述第二区域包含透镜部。或者上述第二区域成为扩大在上述第一区域和上述第二区域之间的边界面上形成的二维面光源的至少主要部分的放大镜。
根据上述结构的光源装置，上述第一区域主要生成将来自上述光源元件的输出光的空间相干性充分减少的多重散射，上述第二区域的放大镜主要进行发射强度的角度分布特性的控制，可以分开进行各部分的最优化。具体来说，例如在从高功率半导体激光器向与靠近其半导体激光器的第一区域的母件中发出距微米程度的点具有大致5°～20°(接合方向)及大致10°～40°(层方向)的半值全宽(full width at half maximun)的相干光的典型的情况中，以经过上述第一区域中后面详细说明的输送平均散射次数以上的充分多重散射的方式，以适当的浓度分散具有适当散射特性的散射体。由此，即使在微小的体积内，激光的波阵面被分割为极多数并高效地扩散，统计上散射通路间的交叉角扩大。从而，在近场图样中，特别是使具有关系到人眼安全成为问题的0.01mm～0.1mm程度的宽度的局部峰值细微化模糊化。PAR(Peak-to-Average Radio)的振幅的概率分布视为高斯分布，PAR的偏差σ降低到10-1或者10-2以下的极小地步。这样，通过在与半导体激光器靠近的上述第一区域内经过充分的多重散射，在上述第一区域和第二区域的界面形成扩大到有限尺寸的单一的二维面光源，作为二维面光源整体来看，消除球形的空间相干。从上述二维面光源放射的激光，多重散射的结果，具有靠近完全朗伯的放射强度分布，射入上述第二区域。
进而，上述透镜部，作为放大上述二维面光源的至少主要部分的放大镜，最好设置为形成前侧焦点附近的物体(这里是面光源)的扩大虚像。即，从外部观察上述二维面光源时，将放大镜的光源侧焦点配置在比二维面光源更靠里的位置，第二区域形成上述二维面光源的正立虚像。典型地，在从焦点往里看上述第二区域的透镜部分的立体角内，将第一以及第二区域的边界面比上述焦点更向光轴前方变动而配置，上述二维面光源的至少主要部分被容纳。
这样，在通过连接到上述第一区域而构成第二区域，从而通过多重散射扩大近场图样(near-field pattern)，同时高效收集直到广角的散射分量，在上述第二区域中将上述二维面光源的近场图样变换为远场图样(far-fieldpattern)的过程中，可以降低光的路径局部以低角度重合的概率。从而，使用作为光源元件的半导体激光器时，抑制近场以及远场图样的光斑的同时形成放射强度的均匀性高、锐度(sharpness)好的光束图形，在微小的多重散射光学系统中也可以兼顾确保良好的光学特性和人眼安全。
这样，来自光源元件的输出光，经过上述第一区域而降低空间相干性，最终，在具有第二区域的透镜部中整形放射强度的分布，发出到外部。作为该第二区域的外部，通常被假设为自由空间。即，最终的输出光可以发出到大气、真空容器或宇宙空间等没有妨碍光路的物体的空间中。或者如果上述透镜部能够形成所望的光束整形，则其他的有折射率的媒质，即各种树脂/塑料或水等也可以。另外，上述第二区域的外部也可以是其自身形成任何形状进而由框体或容器等包围的形状等的本说明书中没有详述的变形。在其由于拆下或破损等而输出光泄漏的情况下，可完全同样地确保光源装置的人眼安全。
另外，该光源装置可以很好地应用于组装近红外线区域的高功率半导体激光器的无线光通信模块，或将青紫至紫外区域的半导体激光器通过具有波长变换功能的散射件白色光源化的小型的影像投影机等。
另外，在该光源装置中，上述多重散射光学系统的第二区域也可以包含的散射体的浓度最好小于或等于上述第一区域包含的散射体的浓度的1/10。另外，如果是与上述第一区域的散射体不同的填充材料，即对来自光源元件的输出光没有散射功能的材料，则也可以超出上述浓度范围而分散。不管怎样，在上述第二区域中来自光源元件的输出光最好是只接收平均多数次程度的散射或完全不接收散射。由此，多重散射区域的作用主要在第一区域实现，抑制向放射强度的半值角外的不需要的下降的均匀性良好的光束光学系同时确保人眼安全保证地构筑。
另外，一实施方式的光源装置的特征在于，将表示上述散射体的粒径最频值Ds和上述光源元件的上述第一区域的母件中的中心波长λ的关系的尺寸参数q设为q＝(2π/λ)·(Ds/2)时，上述散射体的粒径最频值Ds处于上述尺寸参数q满足大致1～50的范围，并且，至少在上述第一区域中包含上述散射体高浓度分散的部分，使上述散射体的平均最靠近距离成为上述散射体的粒径最频值Ds的20倍以下。
从古典散射理论中也可以得知，在瑞利散射和米氏散射的边界状态中，可以得到各向同性比较高且截面积大的散射特性。但是，根据上述多重散射光学系统中的光斑图形的详细研究发现，散射振幅的不匀整程度小(各向同性高且后方散射分量少)，且作为可进行对作为上述第一区域构成较理想的分散的散射体，典型地最好上述尺寸参数q以1～15，特别是1～10程度为主。另外，在更微小的某种多重散射光学系统的结构中，有时最好上述尺寸参数q以10～50程度为主，意图上增加前方散射分量。另外，也有时最好将具有不同材料或粒径分布的散射体混合分散，在上述范围内具有多个粒径直径分布峰值。发现这样设定尺寸参数q对于如SLD具有数十纳米的连续波长波谱宽度的光源元件或跨越数十纳米多模式振荡的半导体激光器等也十分有效。即，可通过对输出光的中心波长设定尺寸参数q极其有效地降低空间相干，不可逆地扩大近场图样。
上述第一区域中的散射体和媒质的折射率差的绝对值Δn，典型地理想的是以0.1以上，最好0.15以上的散射体为主。某种多重散射光学系统中，也有时以折射率的差Δn为0.05以上程度的散射体为主由此可得到理想的结果。进而，在上述最好的尺寸参数q的范围内，积Δn·q最好选为大致2～8的范围内，特别选择上述尺寸参数q使成为3左右为最好。各个散射体的散射振幅的角度分布不强烈依存于折射率差Δn，所以散射振幅的不匀称程度小，提供用于选择后向散射分量也比较少的所望的粒子种类的人眼安全。
结合实施方式详细说明上述散射体的各参数，但上述的数值上的限定主要是由于多重散射光学系统的微小或因此的高浓度的均匀分散的困难而产生的，含有包括多重散射光学系统整体的结构的要解决的本质性的问题。
进而，在上述多重散射光学系统的第一区域中，为了在具有典型的一毫米至数毫米的光轴方向尺寸L的上述第一区域内得到上述充分的多重散射，最好使散射平均自由行程小于或等于10μm。作为一般理论，可以根据散射理论求出散射体单体的散射截面积σs，根据1＝1/(σs·Ns)(其中设Ns为单位体积的散射体数、数密度)，即分散浓度(体积比或者重量比)来估计出散射平均自由行程1。
因此，可以将比L/1作为平均散射次数来参数化，作为在多重散射区域的最优化过程中的弹道(バリスティック)直线光分量的衰减得好的指标。另一方面，可以通过散射角θ、散射体单体的相位函数p(θ)，根据算式g=<cosθ>=∫0πcosθ·p(θ)·2πsinθdθ,]]>其中∫0πp(θ).2πsinθdθ=1]]>求出不匀因数，将输送平均自由行程1AVE按1AVE＝1/(1-g)。来定义。使用该关系，通过将输送平均散射次数L/1AVE设为参数，可作为多重散射区域内光向光轴方向传播产生的相干的消失过程的指标。特别地可判明在该光源装置中，使用满足希望的尺寸参数q的散射体，通过将上述输送平均散射次数L/1AVE作为指标，可判明将光斑减少到极低的地步，可提取满足一级的人眼安全的各部组合条件。
这里，基于散射体随机地空间分布的限度是散射体浓度或体积比越大上述平均散射自由行程1就越短的事实，可通过上述方法最好构成光源装置的多重散射光学系统。可在典型的0.5vol％～30vol％程度的分散浓度范围内发现最好的制造条件。但是，在散射体可直接接触的高浓度的分散体中可发生不利于光斑减少的状况。原因之一在于微粒子的两次凝集的问题，另一个原因是散射体的空间分布为稠密结构等而随机性减小。为了尽可能通过微小的光学系统有效降低空间相干，在上述希望的散射体粒径范围内，明确必须的最低限的分散浓度，这在管理实际的制造工序上很重要。
因此发现以下事实通过将上述第一区域中作为主要部分而分散的散射体的平均最靠近距离分散，使其为上述散射体的粒径最频值Ds的20倍以内程度，从而在毫米级的极微小的多重散射光学系统中，作为前述的输送平均散射次数L/1AVE，发生数次至数百次的多重散射而确保人眼安全。
另外，一实施方式的光源装置的特征在于，其上述第一区域以凝胶状或橡胶状的物质为母件。
根据上述实施方式的光源装置，通过使用固化后的硬度由所谓针入度或JIS A硬度规定的凝胶状物质或橡胶状物质(弹性材料等)，作为第一区域其固化。由此，防止散射体的沉降等引起散射特性的经时变化，同时如传递模法那样经过树脂密封等的压入工序，在上述第二区域形成的情况下，也可稳定保持上述第一区域。
另外，通过以凝胶状或橡胶状的物质为母件，可以将容易得到的各种散射体通过不具有强力的剪断力(切断力)的简易的混匀·分散装置也能较理想地均匀分散。即，通过大致将具有上述1～50的范围的尺寸参数q的散射体在0.5vol％～30vol％以下程度的浓度范围分散在凝胶状或者橡胶状物质上，发现可得到将上述平均最靠近距离设为粒径最频值Ds的20倍以内程度的良好的分散状态的制造条件。典型地，散射体与母件的体积在比1vol％～15vol％程度对光斑减少极其有效果。另外特别地，丙稀类、苯乙烯类、或变性硅类等聚合微粒子有时在本发明中作为散射体具有极好的特性，在一般的硅类的凝胶或弹性材料之间可以确保适当的折射率差和良好的分散性。
特别作为分散母件，固化前的流动性比较高且固化后也有充分的柔软性的硅酮胶较是理想的，固化前的粘度为6000mPa·s以下程度的材料，对例如容器旋转型的搅拌机等简易型且便宜的分散·混匀装置极为适用。另外，为适当保持母件固化后的硬度(柔软性)或为得到均匀的单分散，最好在上述尺寸参数的最好的范围内增大高浓度分散的散射体的粒径分布的偏差。
这样，通过将适当地高浓度分散散射体且具有适当的流动性的凝胶状或者橡胶状的物质靠近光源而配置，且将其体积及三维形状整备为所望的状态使其固化，作为多重散射光学系统的第一区域可得到极好的特性。即，在光源元件附近的微小体积内可以高效消除输出光的空间相干性。
除了上述作用以外，还可得到以下的各作用。即，通过将凝胶状或者橡胶状的物质作为母件使用，可缓和光源元件从光学系统的其他部分所受热膨胀率的不同而产生的应力，还可提高散热性，确保高功率工作时的可靠性。特别地，使用半导体激光器时，光轴上产生的相干后方散射峰值，即发生返回激光射出端面的光，可某种程度通过散射体(特别是分散浓度)控制其光量。典型地，发现在分散体积比(分散浓度)1vol％～30vol％程度的范围内，适当促使半导体激光器的光谱线宽增大或纵向多模化，可降低半导体激光器自身的时间性相干。但是，散射体的分散浓度超过30vol％时，由于典型的散射区域的强遮盖力而使激光振荡不稳定，难以实现高功率化。
另外，一实施方式的光源装置的特征在于，具有确定上述第一区域的形状的壁面及底面，在上述壁面及底面的至少一部分上形成金属层，在上述底面上具备直接或者间接固定上述光源元件的凹部，在上述凹面的上述壁面及底面的至少一部分上形成的上述金属层的表面成为反射来自上述光源元件的输出光的散射光的反射面。
根据上述实施方式的光源装置，通过具备具有确定上述第一区域的形状的壁面及底面的凹部，用于充分降低时间或空间相干的上述第一区域，当由凝胶状或者橡胶状的流动性物质构成时，也可以明确规定体积、三维形状等其尺寸。即，可以控制上述第一区域的散射体浓度，得到强度分布的均匀性高且尺寸确定的二维面光源。
特别是，通过上述金属层形成凹部的壁面及底面的至少一部分，在稳定地形成/保持在其内部的第一区域中发生的多重散射光中，上述凹部的开口部成为弥散口(dispersion port)，整体封入在第一区域，同时像第二区域被导波。在这个过程中，产生空间相干特别显著下降的作用。
为了不损失光输出而得到提高该光源装置的强度分布均匀性明确光源尺寸的作用，以及高效降低空间相干的作用，光射入上述凹部的金属层时的反射率最好比所有的入射角高。一般地，折射率(复数折射率实部)较小的一个全反射临界角小，并且，消光系数(或者复数折射率虚部绝对值)大的一个在临界角内也可得到更高的反射率。从而，作为形成上述凹部的金属层的物质典型地最好选择金、银、铜等金属。
特别地，以硅酮胶(silicone gel)作为第一区域的母件，上述金属层选用银时，对于可视至红外光，可以得到全反射临界角小于10°且临界角内的反射率为90％以上的高数值。从而，在通过银基的镀敷处理或银膏处理形成上述凹部的金属层中实用上很理想，在进行包含镁的镀敷处理上也同理较理想。在此勿庸置疑，即使上述金属层的表面由极薄的自然氧化物等覆盖，上述光学特性上也没问题，电气上也可通过通常的模片键合或引线焊接等的工序得到良好的导通。
另外，一实施方式的光源装置的特征在于，在确定上述第一区域形状的壁面及底面的至少一部分上形成的金属层，至少在上述第一区域内空间分布的散射光的到达范围内的主要部分上，以上述金属以外的物质不露出的方式连续形成。
即，不仅在上述金属层由单一的层构成时，而且复合凹部由多层金属层形成时，也连续形成上述单一或多层金属层，以使不表现上述单一或多层金属层以外的全反射特性的物质和上述主要部分不直接连接。通过如此构成第一区域，可以有效地防止在第一区域内空间分布的散射光向光轴方向以外漏出。从而，可以不导致光输出损失而得到如下作用，具有上述第一区域，提高光源装置的强度分布均匀性且明确光源尺寸，及高效率降低空间相干性。
另外，一实施方式的光源装置的特征在于，上述凹部的壁面的至少一部分上形成的上述金属层的表面是将上述光源元件的射出光的光轴方向变向上述第一、第二区域的边界面侧的反射面，同时上述第一区域中的上述尺寸参数q在满足大致1～15的范围内。
根据上述实施方式的光源装置，由于上述凹部的壁面的至少一部分上形成的上述金属层的表面，作为上述第一区域的整体可将光轴弯折一次以上，产生更多的散射而将散射光路长度度增大。另外，通过在不考虑制成波长精度的镜面的简单工艺中得到的反射面至少产生初期的散射(乱反射)。从而，针对严格的小型化的要求，可得到通过更小大小(尺寸)的多重散射光学系统充分减少光斑的多重散射作用。
在此，上述第一区域内的光轴变换之后，与第二区域的放大镜的光轴大致平行的光线的存在概率马上相对提高。从而，在第一区域中作为主散射体分散的散射体设为粒径比较小，其尺寸参数q满足大致1～15、特别是1～10范围，上述不匀因数g(mean cosine)最好从1降低到靠近完全朗伯值(2/3)或大于它。由此，可有效衰减弹道直线光分量，并抑制后方散射分量，有效得到可作为光源利用的光输出。上述第一区域的母件和散射体的折射率差Δn为0.1以上、特别是0.15以上程度的散射体更理想的是同时满足对散射振幅的角度依存性的要求和标准化散射截面积。如后详细说明，g的值和Δn的差别可通过设定分散浓度某种程度地吸收，例如通过设定为上述的范围而得到稳定的所望的特性，但上述尺寸参数q的范围特别重要。
以包含上述比较小的粒径的散射体为主的结构，若可利用可高浓度分散的母件以及混匀装置的组合，则最容易确保人眼安全，并可得到没有散射体的遮盖力等造成的光损失的影响的良好光源特性。另外，由于可高功率工作的一般端面发光型的半导体激光器可以通过简便的模片键合的形态安装，所以可以用极低的成本来制造具有上述特性的光源装置。
作为上述第一区域的变形例，以上述散射体为主(作为数密度最大)，同时也可混合上述尺寸参数q脱离大致1～15的范围的相对大的粒径的散射体而分散。分散成包含全部散射体的平均最靠近距离在最频直径、即作为主散射体分散的散射体的最频直径Ds的大致20倍以内。由此发现满足人眼安全同时提高光取出效率且简化分散工序的分散条件。另外，在由上述凹部确定形状的第一区域中，替代进行上述混合分散，最好将在第一区域内具有不同参数的散射体空间分离，或改变相同散射体空间分散浓度等，将上述第一区域作为两层以上的多层层积体而形成。通过由多个部分(或层)构成上述第一区域，改变以实现将相干的波面分割成多个为主要目的的部分和以多次发生匀称的高散射为主要目的的部分的体积，可以抑制遮盖力的同时得到充分减少光斑的效果。这样，通过将第一区域多层化，降低分散工序最优化的难度，但在总成本上是不利的。
另外，一实施方式的光源装置的特征在于，在上述凹部的壁面的至少一部分上形成的上述金属层表面是将上述光源元件的输出光的光轴方向多次变向的反射面，同时上述第一区域中的上述尺寸参数q满足大致10～50的范围。
根据上述实施方式的光源装置，上述凹部的壁面的主要的部分具有确定的倾斜角度，在假定散射体不存在的情况下，通过形成光源元件的输出光(即直达波)通过2～5次程度的反射到达上述凹部的开口的结构，可得到显著长的散射光路长度，在比较小的体积内，特别是第二区域的光轴方向厚度薄时，可以有效发生多重散射的同时具有高的光取出效率，并且，很好地提高在和第二区域的界面上形成的二维面光源的均匀性，谋求光斑减少。
另外，在上述结构中，在第一区域中作为主散射体被分散的散射体的尺寸参数q在大致10～50、特别是15～40的范围。即，最好粒径比较大且上述不匀因数g超过0.9。由此，可通过上述壁面的多重反射和具有比较强的前方散射特性的散射体的多重散射，更有效地将近场图样均匀化，容易地扩大视在光源的尺寸。也可以使用折射率差Δn比较低的散射体，对硅衬底母件应用丙稀类有机微粒子或SiO2、其他的金属氧化物等。例如对于在空气中以900nm激发的近红外半导体激光器，尺寸参数q的10～50，相当于粒径Ds的大约1μm～7μm。上述以粒径比较大的散射体为主分散时，可以通过更简单的混匀及分散工序容易地形成微小的多重散射光学系统。另外，在上述结构中，可通过简便的模片键合形态安装可高功率工作的端面发光型的半导体激光器，以低成本制造具有所望特性的光源装置。
当然，在上述结构中即使以折射率大的TiO2等作为主要的散射体，只要是粒径比较大的粒子就可适用，但存在具有高折射率的无机氧化物系的大粒径微粒子价格极昂贵的倾向。在使用上述多重反射和多重散射的组合的结构中，最好以虽然折射率差比较低(典型0.05≤Δn≤0.2程度)却是大粒径(q≥10程度)的散射体为主散射体，以如上述TiO2的高折射率(Δn≥0.2程度)的小粒径(q≤10程度)散射体为副散射体混合分散。将包含全部散射体的平均最靠近距离设为粒径最频直径、即作为主散射体被分散的散射体的最频直径Ds的大约20倍以内，通过为降低光斑以允许范围内比较低的浓度混合，通过更简单的分散工序，同时满足二维面光源的均匀性和光输出的取出效率和减少光斑。
取代进行上述混合分散，进行将在第一区域中具有不同参数的散射体空间分离，或虽是相同散射体也改变其分散浓度等，也可将上述第一层作为由两层至多层构成的层积体而形成。例如，由粒径比较大的散射体按10vol％分散的层构成靠近第一区域的光源元件(例如半导体激光器)的大部分区域，
也可在其上部设置以比较小的粒径将折射率差高的散射体按10vol％程度分散的薄层。即使假设上述第一区域的最上层成为包含凝结体的多分散，最好也可以发现同时满足减少光斑的效果和光取出效率及近场图样的平坦化的分散条件。这样，由多层或部分构成上述第一区域，通过改变以实现将相干的波面分割成多个为主要目的的部分和以多次发生匀称的高散射为主要目的的部分的体积(或体积比)，可使第一区域的结构最优化，但是作为总成本不利。
另外，一实施方式的光源装置的特征在于，上述凹部的开口直径比底面大，深度对上述凹部的底面的直径的比的纵横尺寸比为r，上述凹部的壁面的法线和上述光源元件的射出光的光轴方向所成的角度为θ[deg]时，满足max{2r，3}≤θ≤20r。的条件。
根据上述实施方式的光源装置，通过使上述凹部的开口比底面直径大，满足上述条件，可以有效地发生多重散射的同时具有较高的光取出效率，并且，明显地提高在与第二区域的界面上形成的二维面光源的均匀性，减少光斑。
另外，最好对上述角度θ设定下限。即，可发生平均散射次数超过数百次的多重散射时，具有光输出被遮盖而难以取出的倾向。当入射上述凹部的壁面的次数变得很大时，不能忽视统计上不由形成上述壁面的金属层反射而被吸收的情况，一般第二区域中难以高效引导光。因此，发现可通过设定为2r≤θ来现实地避免上述多重散射的平均值过大的问题。构成上述凹部的壁面的最表面的典型金属和作为上述第一区域的母件的典型的硅类或其他树脂系材料的组合中，全反射的临界角成为5°～20°程度。与此相反发现，在多重散射光学系统的典型的结构例中发现，可通过设定为3≤θ[deg]，避免射入对上述临界角以内的金属层的平均次数过大的问题。从而，可通过max{2r，3}≤θ，即将上述角度θ设为大于(2r)°和3°中的较大的值，来解决难以将光高效地导入上述第二区域的问题。
通过将上述凹部的壁面设为完全理想的几何学形状，通过几何计算可以简单求出上述角度θ。但是，在该光源装置中，重要的是通过更简单的部件构成多重散射光学系统的全部元件，例如通过旋转体挖掘树脂基板、圆柱或多边形柱的按压或者冲孔等的工序形成上述凹部的构成元件时，特别是在底面及开口附近的形状和尺寸经常偏离理想状况。上述θ≤20r、进而max{2r，3}≤θ的数值限定是在考虑了这样的实际制造工序的基础上评价优良合格品率而得到的。
另外，一实施方式的光源装置的特征在于，构成上述凹部的壁面的至少一部分，开口部和底面部的断面形状形成大致相同的筒状，在深度与其筒状凹部的直径的纵横尺寸比为r，上述凹部的壁面的法线和上述光源元件的射出光的光轴方向所成的角设为θ[deg]时满足max{arctan(r/5)，3}≤θ≤atan(r/2)的条件。
根据上述实施方式的光源装置，作为多次变换上述光源元件的射出光的光轴方向的结构，在上述第一区域中，构成上述凹部的壁面的至少主要的一部分，开口部和底面部的断面形状形成大致相同的筒状，上述凹部的纵横尺寸比(深度/光源元件的光轴方向的直径)为r，上述壁面的法线和光源元件本来的光轴方向所成的角度为θ[deg]时，满足arctan(r/5)≤θ≤arctan(r/2)的关系。也可相对于上述光源元件的射出光的光轴倾斜设置构成上述凹部的壁面的至少主要的一部分。根据上述纵横尺寸比的值，上述角度θ可取极小的值，但如已述，为避免入射临界角以内的金属层的平均次数过大的问题，最好提供至少3°以上的上述角度θ。另外，上述凹部断面不一定是圆形，最好相对光源元件的光轴对称，另外在包含凹部壁面形状的轴和光源元件的光轴的断面中，相对的边当然也可大致平行。
在上述结构中，在第一区域中作为主散射体被分散的散射体的尺寸参数q处于10～50、特别是15～40的范围。即，最好粒径比较大，上述不匀因数g靠近1。由此，通过具有上述壁面的多重反射和比较强的前方散射特性的散射体的多重散射，可更有效地使近场图样均匀化，容易地增大视在光源的尺寸。另外，可使用折射率差Δn比较低的散射体。
最好是，如前所述以比较低的折射率差(典型地0.05≤Δn≤0.2程度)的粒径大(q≥10程度)的散射体为主散射体，以比较大的折射率差(Δn≥0.2程度)的粒子半径小(q≤10程度)的散射体为副散射体，为减少光斑在可允许范围内混合分散，谋求二维面光源的均一化和提高光输出的取出效率，同时提高分散均匀性并减少光斑。或者，如前所述的替代进行上述混合分散，进行将上述具有不同参数的散射体空间分离或改变分散浓度，也可以形成将上述第一区域作为两层至多层构成的层积体的机构。
另外，一实施方式的光源装置的特征在于，上述光源元件是半导体激光器。
通过应用上述的光损失极小的人眼安全化部件，将使用LED作为光源元件的现有各种光源装置的功率效率至少可提高3至4倍以上。进而，由于根据上述微小区域内的人眼安全化部件至少在述数GHz以下程度的频率区域中也不损失激光本来的响应性，所以可容易地实现以往没有的小型轻便且低成本的面向无线光通信的无线电收发两用机。
另外，一实施方式的光源装置的特征在于，上述半导体激光器具有包含GaAs衬底上的InGaAs层的活性层，振荡波长在880nm～920nm的范围。
根据上述实施方式的光源装置，从上述具有包含GaAs衬底上的InGaAs层的活性层的上述半导体激光器激发放出的880nm～920nm的波长带的光，作为受光元件的代表Si光电二极管的峰值感应波长，该光源装置适合作为光通信的发送部件。另外，这样的半导体激光器的阈值电流以及温度特性与780nm带的半导体发光元件等相比特别出色。从而，按照该光源装置，面向无线光通信，可以实现满足一级的人眼安全，并且最以最便宜的方式一并具有电气·光学特性的光通信模块。
另外特别地，通过具备用InXGa1-XAsYP1-Y(0≤X＜1，0＜Y＜1)表示光密度高的层、例如靠近InGaAs层的量子阻挡层或光导层，或者和活性层分别设置的光导层的由三元或者四元组成的层的至少一个而构成且进行铝游离化处理，在上述880nm～920nm波长带中，可提供谋求最高功率化的人眼安全光源装置。从而，通过使用该光源装置，可以形成面向无线光通信的满足一级的人眼安全且最便宜的一并具有电气及光学特性的光通信模块。
另外，一实施方式的光源装置的特征在于，上述半导体激光器在组成或层厚的至少一方面上具有空间波动。
根据上述的实施方式的光源装置，在上述半导体激光器的活性层等的结晶生长时，通过特意地进行岛状的三维生长、特别是使其发生显著的层厚分布，可以形成模拟的增益光栅(Gain Grating)，扩大激光器工作时的光谱线宽。另外，在量子阱阻挡层或光导层等的结晶生长中，通过特意地进行产生局部的组成波动的生长，可以形成模拟的折射率光栅(Refractive-IndexGrating)，增大光谱线宽。从而，在上述组成或层厚上具有波动半导体激光器对减少光斑有效。
另外，一实施方式的光源装置的特征在于，上述半导体激光器具有包含GaAs衬底上的InGaAs层的活性层，包含用InXGa1-XAsYP1-Y(0≤X＜1，0＜Y＜1)表示的三元或者四元组成的层，上述各层的至少一层具有在组成或层厚上的至少一个方面的波动。
根据上述的实施方式的光源装置，通过使用包含上述InGaAs层的活性层，而且作为量子阱阻挡层使用GaAsP三元类材料或InGaAsP四元类材料，或者使用作为光导层与GaAs晶格匹配的InGaAsP四元类材料，可以得到以下的显著作用。
即，在作为量子阱形成的InGaAs层的结晶生长时，可以通过特意地进行岛状的三维生长，特别地使其显著地发生层厚分布，从而形成模拟的增益光栅(Gain-Coupled Grating)，增大激光器工作时的光谱线宽。另外，在作为量子阱阻挡层或光导层形成的GaAs层或InGaAs层的结晶生长中，通过特意地进行在局部的组成上出现波动的生长，可形成模拟的折射率耦合光栅(Index-Coupled Grating)，增大光谱线宽。从在谐振器内具有这样的相位的不明确的模拟的图案(Grating)的半导体激光器放出的输出光的时间相干，根据干涉实验的可见度(Visibility；表示干涉条纹等相干的尺度)观测结果可确认与通常的高功率半导体激光器相比可以低一个数量级以上。从而，具有这样的组成或层厚的波动的半导体激光器与多重散射光学系统的第一区域以及第二区域兼用作该高功率光源装置的其他的构成部件。
另外，一实施方式的光源装置的特征在于，直接或者间接连接上述半导体激光器的引线的至少一部分存在于上述第二区域内。
根据上述实施方式的光源装置，由于间接或者直接连接上述半导体激光器的引线的至少一部分在上述第二区域内，即使上述第二区域破损·剥离，因为上述引线与上述第二区域同时被剥离而断线，所以可以遮断向半导体激光器的通电，使处于高相干状态的激光不进入使用者眼睛。上述作用在上述光源装置的使用中发生破损的情况也有效，不言而喻，对一旦破损后试图使用上述光源装置的情况也同样起作用。
另外，本发明的光通信模块的特征在于，将上述光源装置用作发送部件。
根据上述结构的通信模块，通过在发送部件中使用上述光源装置，进而形成含有例如作为受光部件的硅光电二极管的光通信模块，可以实现面向无线光通信的满足一级的人眼安全并价格最便宜且兼具优秀的电气·光学特性的光通信模块。另外特别地，作为光通信模块，多重散射光学系统的第一区域作为靠近上述光源元件(半导体激光器)的微小区域形成，所以即使和光电二极管进行集成化及模块一体化，也不受到接收系统灵敏度恶化的影响。从而，通过组合便宜的硅光电二极管和本发明的光源装置而光通信模块化，可实现同现有的IrDA晶体管一样的小型化及低成本化，以及同现有的光无线LAN制品一样的或超越它的高速性和兼备宽通信区域的适用于无线光通信的光通信模块。


图1是说明本发明的作为光源装置的人眼安全光源装置的多重散射光学系统的示意图；图2是表示本发明的第一实施方式的人眼安全光源装置的结构的剖面图；图3A、图3B、图3C、图3D、图3E、图3F、图3G是综合地表示上述人眼安全光源装置的近场图样的数据图；图4是表示本发明的第二实施方式的人眼安全光源装置的结构的剖面图；图5A、图5B、图5C、图5D是综合表示上述人眼安全光源装置的近场图样的数据图；图6A是表示本发明的第三实施方式的人眼安全光源装置的结构的剖面图；图6B是表示半导体激光器的光路的示意图；图6C是表示近场的相对光强分布的图；图7A是表示上述第三实施方式的人眼安全光源装置的其他的结构的剖面图；图7B是表示图7A所示的人眼安全光源装置的近场图样的相对光强分布的图；图7C是表示上述第三实施方式的人眼安全光源装置的其他的另一个结构的剖面图；图7D是表示图7C所示的人眼安全光源装置的近场图样的相对光强分布的图；图8是表示图6B、图7C、图7D所示的人眼安全光源装置中综合评价近场图样的结果的图；
图9A、图9B、图9C是表示图6A、图7A、图7C所示的人眼安全光源装置中评价远场图样的半值全宽和光斑量的结果的图；图10A是表示本发明的第四实施方式的人眼安全光源装置的结构的剖面图；图10B是表示上述人眼安全光源装置的近场图样的相对强度分布的图；图11A是表示本发明的第四实施方式的人眼安全光源装置的其他的结构的剖面图；图11B是表示上述人眼安全光源装置的近场图样的相对光强的图；图12是综合表示图11A所示的人眼安全光源装置的近场的数据图；图13A、图13B是表示对上述人眼安全光源装置特别理想的高功率半导体激光器的结构的图；图14是表示本发明的第五实施方式的人眼安全光源装置的结构的剖面图；图15A是表示使用上述人眼安全光源装置的光通信模块的结构的剖面图；图15B是表示上述光通信模块的发送部的室温下的电流及光输出特性的图；图16是表示使用现有的漫射板的光源装置的结构的图。
具体实施例方式
首先，参照图1示意说明本发明中的多重散射光学系统的基本结构，之后，说明本发明的光源装置的实施方式中的光斑图形的典型例或缩减例以及用于确保人眼安全的评价标准等。
如图1所示，来自半导体激光器(未图示)的光输出从典型的μm级的点100发出，具有在光轴101的方向的方向性。在包围其而靠近的第一区域102上散射体103高浓度地均匀分散。在图1中，来自半导体激光器的时间空间都相干的高受激发射光在该第一区域102内接收多重散射并扩散，同时作为整体向第二区域104的光轴106行进。这样，在和上述第二区域104的边界面上形成成为单一的二维面光源的点105。
上述第一区域102中的多重散射是随机的，但是静态的过程，第一区域102和第二区域104的边界面上的空间相干度的分布，反映半导体激光器本来的放射强度的角度分布和第一区域102的构成元件(母件和散射件的组合)以及其各部分大小(尺寸)等。上述点105作为整体来看已消除球状空间相干性，从人眼安全的观点来看不成为问题。另外，上述点105，在第一区域102和第二区域104的边界面上具有比作为放大镜的透镜部104a的直径小的有限宽度而形成，可将具有大致均匀的近场图样看作二维面光源。上述第一区域102的多重散射的结果，从上述二维面光源的各元件向各方向放射的光束作为其自身的远场(far-field；远视野)，如大致完全朗伯(Lambertian)那样动作。
来自上述二维面光源的散射光入射的上述第二区域104，具备具有以各媒介折射率为基础确定自由空间和边界面间的距离以及边界面形状的光轴106的透镜部104a，以便作为至少对上述点105的主要部分(例如具有峰值强度的1/e2以上的强度的区域)放大放大镜而起作用。从自由空间侧观察光源元件(半导体激光器)时形成点105的正立虚像，为降低来自点105的输出光在第二区域104内以低角度交叉的概率，透镜部104a的光源侧的焦点配置得比上述边界面更靠近光源元件(半导体激光器)一侧。另外，在本发明设想的用途中基本不必考虑上述虚像的变形。
这样，本发明的光源装置将来自例如半导体激光器的受激发射光经由多重散射光学系统向自由空间放出，其中，上述多重散射光学系统构成如下其由靠近半导体激光器的第一区域102和连接其第一区域102直到自由空间的第二区域104构成，上述第一区域102和第二区域104中的至少第一区域102中包含比第二区域104浓度高的散射体，上述第二区域104具有放大在第一、第二区域102、104之间的边界面上形成的二维面光源的至少主要部分的放大镜。典型地，第一区域102的光轴方向的厚度为大约1mm～3mm，第二区域104的光轴方向的厚度依据上述透镜部104a的形状设想为2mm～10mm程度的范围。另外，图1是用于示意地说明以本发明的对象光学系统的概念图，关于散射体和整体的大小(尺寸)等各部分的参数的详细情况，采用后述的各种具体的数值。
图1中，上述第一区域102表示平版状结构的人眼安全光源装置，但在内部平面方向上不具备将第一区域102的形状限定在点105程度的宽度的构成部件。例如，在树脂基板上搭载的半导体激光器的周围，设置设想的具有比点尺寸大的宽度的框体，在其中滴下分散了散射体的液状和凝胶状或橡胶状的物质，可以容易地形成平版状的第一区域。但是，这样的结构中不能配置靠近而具有其他功能的元件等，面方向难以小型化。因为若在作为可发送接收的模块组装的光电二极管等的光接收元件的正上方形成上述第一区域则可以产生聚光效率的下降，故必须避免靠近光源部而配置。
以下，根据图示的实施方式详细说明作为本发明的光源装置的人眼安全光源装置以及应用其的光通信模块。
(第一实施方式)与图1不同，只在半导体激光器芯片的周围，直接滴下对散射体进行分散的具有比较高的粘度的适量的物质，也可以具有作为第一区域的充分的厚度以及面内宽度。
图2是表示本发明的第一实施方式的人眼安全光源装置的结构的剖面图。
如图2所示，半导体激光器200在辅助支架202上模片键合及引线焊接(细节未图示)，经由该辅助支架202搭载到树脂基板203上。上述半导体激光器200的光轴201与作为第二区域205的放大镜的透镜部205a的光轴206大致一致。搭载到上述半导体激光器200的辅助支架202后，滴下将散射体高浓度分散并大量配置固化材料的30000cP(30Pa·s)的高粘度的膏状硅酮胶，以覆盖半导体激光器200搭载的辅助支架202。并且，经过150℃一个小时的凝胶固化工序，形成如图2所示的第一区域204。之后，经过一般的热硬型环氧树脂的传递模工序，通过第二区域205作为人眼安全光源装置被封闭，由第一、第二区域204、205构成的多重散射光学系统完成。另外，不仅在使用上述树脂基板203时，不经由辅助支架而使用引线框得到上述人眼安全光源装置的变形例是容易获得的。
这里，说明作为上述第一区域204的母件使用凝胶状或者橡胶状以外的物质时，难以构成本发明的多重散射光学系统的例子。例如，向粘性低的聚硅油单分散微粒子较为容易，但由于不能使硅油固化，故无法确定作为第一区域的大小。另外，分散的散射体沉淀，散射特性时间性变化。另外，即使是使用任何的框体来保持油，在形成第二区域的传递模工艺中其大部分也流失，在热固化期间发生变质。
在该第一实施方式的人眼安全光源装置中，可以使作为从树脂基板203的表面至第一区域204顶部的厚度变化大约1mm～4mm左右。另外，该人眼安全光源装置中，将从树脂基板203至第二区域205的透镜部205a顶部的距离设为4.0mm，将透镜部205a的半径设为2.0mm。作为第一区域204的散射体，使用后述的各种材料类的微粒子，在每个制作模块(人眼安全装置)上，尺寸参数q在0.05～50的范围内变化微粒径的最频值Ds，另外也在0.02～1以上的范围内变化与母件的折射率差Δn。在此，尺寸参数q按q＝(2π/λ)·(Ds/2)(其中，Ds为散射体的粒径最频值；λ是半导体激光器的硅酮胶中的振荡波长)来表示。另外，使分散浓度在纯比重的换算中在0.01vol％～50vol％的范围内变化。这样，对于包含散射特性不同的第一区域204的多个人眼安全光源装置，评价其光斑量。
这里详细说明微粒子粉末及其分散工序。分别准备在上述尺寸参数q的范围具有特定的粒度分布最频值Ds的粉末。典型地，控制形成散射体的粒径的微粒子(初级粒子)的集合体(凝结体)在包含大量的空气的状态下被作为干燥粉末来提供。作为本发明的分散在第一区域的粉末更加理想的是，在上述粉末的制造工序中，一旦细微化至初级粒子就进行用于简化分散母件(第一区域的母件)的分散的适当的表面处理，减少表面能量。
将上述粉末高浓度分散在母材上时，可通过以下两个典型分散工序得到最理想的分散体。首先，作为分散体的浓色体以粉末重量比70％～90％以上的高浓度搅稠。在该过程中，将上述干燥粉末中包含的凝结体有效地粉碎。进而连续地经过将含有空气置换到母件上同时淋湿粉末的过程和混入及分散到母件上的混匀过程，可达到均匀地分配初级粒子的状态。该一系列的过程中，通常使用单轴或双轴的螺旋挤出机或捏合机(kneader)，或者均化器(homogenizer)等比较大型的可施加强剪切力的混匀机。
接着，将上述浓色体用分散母件稀释并进行混匀(或混合·搅拌)，可以得到所望的散射体浓度的分散体。在该稀释工序中，即使使用利用小型捏合机和翼片的混匀搅拌机或者小型的均化器和碎粒机(bead mill)、容器旋转型的台式搅拌机等较简易混匀机，也可以以任意浓度制作不含凝结体的良好的分散体。特别在以稀释为主要目的时，防止发生气泡的高速容器旋转型搅拌机是理想的。
试制上述人眼安全光源装置的粉末的参数范围，不仅是通过上述两级的分散工序得到理想的分散体的范围，还包含即使是进行上述表面处理的初级粒子在分散机的性能上也无法避免附聚物(凝集物)或簇集体的形成的极端高浓度的范围或者极端小粒径的范围。通过综合评价它们，可提取实际上可容易制造的多重散射光学系统的结构。
图3A表示从上述各种的人眼安全光源装置中的近场图样的观测结果得到的半值全宽和光斑量的关系。图3B～图3D中表示光斑显著的数据点的测定例和解析例，图3E～图3G中表示充分降低的数据点的测定例和解析例。这些近场图样，是从多重散射系统的外部通过CCD摄像机(分辨率约4μm)观察在上述第一区域和第二区域的边界面上形成的二维面光源，在与光轴大致垂直的方向(X)扫描其光强分布而得到的。另外，图3B中，新数据的曲线和平均强度分布的曲线重合而难以观看，平滑的曲线是表示平均强度分布。
将在后面详细叙述的是在图3B、图3E中，FWHM表示平均半值全宽，σNFP表示基于距平均强度分布的差值的光斑量。另外，图3C、图3F中，σPAR表示基于PAR(Peak-to-Average Ratio)的光斑量。
这里使用的CCD摄像机的分辨率必须比上述典型的眼球的凝视微动量高，但形成位数差过高的分辩，对人眼安全的考虑没有意义。假设在使用了1μm的振荡波长的激光器元件的多重散射光学系统的近场图样中，显著存在具有大约0.5μm(半波长)的尺寸的锋利的光斑结构，则意味着其局部区域中相互自相反方向交叉的光路居多，表示光路偏向某一面内而存在。这样的情况在经过极高次的多重散射后在概率上不发生。另外，也不能从相干的干涉图形得到出现自身比半波长更细微的结构。从而，在本发明的对象多重散射光学系统的人眼安全评价中，使用通常的CCD具有的大约1μm～10μm的分辨率来进行是合适的选择。
为了定量评价光斑，作为图3A的纵轴的值，即近场图样的光斑量，可以定义σPAR(或者σNFP)。首先，在XY面(CCD摄像面)上，将某一Y＝Yj时沿X方向扫描的离散化一元光强分布I(Xi；Y＝Yj)标准化(1≤i≤N)。接着，对I(XiY＝Yj)求出进行例如多项式近似的校平处理的平滑空间分布J(Xi；Y＝Yj)。进而，对于该光斑假想地平均化的平均值曲线J(Xi；Y＝Yj)，对全部N点求出各测定点Xi的差值ρi＝I(Xi；Y＝Yj)-J(Xx；Y＝Yj)。各测定点Xi的剩余差ρi的标准偏差σNFP如以下表示。
σNEP=1NΣi=1N|ρi|2-|1NΣi=1Nρi|2]]>另外，各测定点Xi的剩余差ρi的整个空间轴(X方向)的期待值为零。
另外，上述I(Xi；Y＝Yj)的J(Xi；Y＝Yj)的比I(Xi；Y＝Yj)/J(Xi；Y＝Yj)，即平均值曲线，PAR(Peak-to-Average Ratio)的标准偏差σPAR如以下求出。
σPAR=1NΣi=1N|I(Xi;Y=Yj)J(Xi;Y=Yj)|2-|1NΣi=1NI(Xi;Y=Yj)J(Xi;Y=Yj)|2]]>另外，PAR的整个空间轴(X方向)的期待值为1。
这里，作为上述平均值曲线J(Xi；Y＝Yj)的导出方法也可以使用与上述I(Xi；Y＝Yj)靠近的多个平行扫描图像I(Xi；Y＝Yk)；将k＝j±1，2，3...在各Xi平均化，距二维的各点(Xi，Yj)在规定的半径内的某数据点全体的平均值。这样的平均化操作使用对于各个测定点Xi至少具有光斑的相关尺寸程度的宽度并在统计上足够的数据点数，并且，仅限制在受不到近场图样整体的形状或者大小的影响的范围内来进行。通过在I(Xi；Y＝Yj)整体移动而进行该操作而得到平均值曲线J(Xi＝Y＝Yj)。
上述平均化方法之中，特别是将多个周边数据点或者数据列平均化的方法当存在来自半导体激光器表面的引线接合的映像时对于包含无法用多项式表示的不连续变化的图像成为更理想的方法。另外，也可以从同等的多个采样取得采样平均。另外，通过着力于限定于从平均值曲线J(Xi；Y＝Yj)的峰值强度开始到具有1/e2以上，1/e以上，或者半值以上的强度的范围内来评价I(Xi；Y＝Yj)的光斑量，可以系统地评价上述平均值曲线J(Xi；Y＝Yj)的分布形状完全不同的各种多重散射光学系统。
特别地，作为用于可靠地考虑人眼安全的评价方法，如以下所说明的，以上述PAR的振幅的概率分布以及其偏差σPAR为指标就可以。图3C、图3D、图3F、图3G中也表示对应的PAR和其振幅直方图。
在上述多重散射光学系统的结构中，在光斑被比较良好地降低的参数区域中，光斑的空间结构被细微化至比典型的凝视微动量(数十微米)还小的程度，同时上述PAR的振幅的产生概率呈现高斯分布。典型地，PAR仅出现在以期待值1为中心的大约±0.06以内。图3F中，PAR在大致1±0.03以内。从该图可知，以具有上述有限的分辨率的CCD评价光斑量时，可以容易地发现PAR振幅的产生概率成为0的上限值PARmax。另外，也可以直接从PAR振幅分布求出所谓的偏差σPAR，或者对其进行高斯调整再求出。
通过使用上述PARmax或者光斑量σPAR，可以如以下确保人眼安全。即，与观测的剩余光斑的结构单位(微小点的尺寸)的具体情况无关，可以考虑光强的干扰导致的单位面积功率及能量增量的最大值。例如，如果PARmax＝0.06，制造多个相同人眼安全光源装置并任意抽样的装置中，近场图样的PAR的最大值也成为大约+6％。使用光斑量σPAR时也可以同样地考虑。根据上述人眼安全光源装置所具有的视在光源尺寸、振荡波长、放射强度的角度分布等的各光学特性，完全不存在光斑时的AEL(许用照射极限)或者光输出上限P可以根据国际安全标准等决定。进而，使用裙边α，将对上述人眼安全光源装置的光输出的上限值PLTM设定为PLTM＝P/(1+PARmax+α)。例如如果设为α＝4％，则光输出的上限值PLTM约为P的90％，作为制品的规格，输出上限值设为PLTM以下。
本发明公开的多重散射光学系统的结构中，估计到制造工序的再现性或经时变化，可以采用简便的形成元件以及制造工序，以使上述边缘(margin)α成为大致10％以下。另外，与通常的工序管理和质量管理同样，也可以根据3σPAR～6σPAR进行上述输出上限的规格值和合格品的选择区别等。关于PARmax和σPAR的关系，不仅上述多重散射光学系统的结构，关于所有本发明的公开的结构取得统计的结果，其平均值<PARMAX>为约3σPAR，其最大值max{PARmax}为约5σPAR。
这样，根据max{PARmax}等设定边缘，在作为光源装置的人眼安全半导体激光器模块的设计以及制造中是十分合理的。作为用于确保一级的人眼安全的光斑上限值，典型地，将σPAR设为3％～8％程度的小的值对人眼十分安全。另外，上述光斑量σNFP和σPAR的关系具有依存于近场图样的整体形状或者全宽的正相关，对多重散射光学系统的各部分参数的变更同样。从而，也可以根据光斑量σNFP验证多重散射光学系统，对制造工序进行管理。
另外，也可以以对人眼安全的其他的考虑方法为基础进行评价。通常，对非相干光源，其视在尺寸被定义为包含全光强的63％(＝1-1/e)的区域的尺寸。与此相对，在包含光斑的光源的情况下，如果将不包含降到峰值强度的1/e以下的光斑干扰的概率成为99.9999％的光斑偏差的上限值设为σLTM(≥σPAR)，则可考虑高斯分布的积分值，设定光输出的上限值σLTM＝0.09。至此，如所示多个例子，将基于对人眼安全的任何模块的光源近场图样的要求还原为PAR的统计量并进行实际的制造工序或制品的品质管理，可确保一级的人眼安全。当然，根据制造工序的稳定性等判断安全率为不充分时，为了更严格满足对6σPAR的裙边，而进行将光源尺寸扩大的多重散射光学系统的再设计，增大上述裙边α，通过限制光输出的上限值PLTM等的对应，可以制造可靠保证一级的人眼安全的制品。
使图3A所示的数据为简单起见仅包含分散母件选用硅酮胶且散射体分单个使用SiO2(×折射率差Δn的绝对值为大约0.02)，丙稀基类聚合物(△折射率差Δn的绝对值为大约0.09)，苯乙烯类聚合物(●折射率差Δn的绝对值为约0.19)，TiO2(□折射率差Δn的绝对值为约0.9)的研究结果。这里，图3A的横轴为近场图样的半值全宽，但是使其变化的参数为变化后的硅酮胶(图2中表示的204)的高度、各散射体的粒径、折射率以及分散浓度。如图3A所示，作为整体的倾向，通过获得硅酮胶的高度，通过散射体的小粒径化/高浓度化，如果平均散射次数或者输送平均散射次数增加，则光斑减少。省略逐一对比各个数据的详细的说明，但可知以下的情况。
对于相同的散射体，根据粒径Ds的分布，对于输送平均散射次数(＝几何尺寸L/输送平均自由行程1AVE)形成大约数次～数百次，特别是大约数次～数十次的第一区域的光轴方向的厚度以及填充剂的组合，可以不太损失光的取出效率地构成可以得到一级的人眼安全的多重散射系统。另外，对于所有散射体，在分散浓度比1vol％，特别是比0.1vol％稀薄，或在反而大幅提升超过30vol％的任何一个情况下，无法得到充分减少光斑的效果。特别地，分散浓度30vol％以上时，尽管光源尺寸自身虽扩大，而作为光斑有增大的倾向。进而，即使是折射率差比较大的金属氧化物(TiO2等)，在粒径最频值Ds或者其尺寸参数q为20以上的情况下，在全分散浓度范围也不能充分减少光斑。另外，在上述尺寸参数q下降低于1的情况下，一般遮盖力强且向外部的光取出效率低下，同时，单分散自身也极困难并难以控制散射特性。另外，在折射率差极小的SiO2中，难以构筑可以用数毫米以内的光轴方向的厚度得到人眼安全的多重散射光学系统。
这样，对图2的多重散射光学系统的结构，在第一区域中作为主散射体被分散的散射体的尺寸参数q处于大致1～15的范围，最好设为散射振幅的不匀称小并且后方散射分量也不显著的区域。进而，作为第一区域的母件的折射率差，使用大约Δn≥0.15的散射体，通过设定尺寸参数q以使折射率差Δn和尺寸参数q的积Δn·q在大致2～8的范围(特别是3附近)，减小散射振幅的不匀称并最大化散射截面积，可以在更短的几何距离(没有多重散射时的光路长度)内发生充分的多重散射。
这里，在本发明中选择散射体时，对于所使用的半导体激光器的振荡波长，当然应该满足如上述的理想的折射率差Δn的关系。但是，即使将对于作为各种粉末材料的各基础可以容易地得到的钠D线(约589nm)的折射率作为基准，也不产生大问题。本发明的散射体合适的材料是带隙波长比激光器振荡波长充分短且不吸收激光的材料，将不吸收可视区域(上述589nm)的材料作为本发明的散射体在近红外区域使用时，作为相同正常分散区域内的折射率差Δn不会产生大的误差。
另外发现，通过针对满足上述各条件的散射体将使特别是最靠近散射体间平均距离在参数Ds的20倍以内作为人眼安全(标准)可实用地且简易地实行分散工序。这里，本发明的粒径的最频值Ds的参数在粒子单分散的情况下，或在具有多个粒径分布的粒子种类被混合分散的情况下，还有在产生二元粒子或者不规则分形集群等的凝结体的情况下，以及在这些多分散的情况下等，对于任何的状况，对于这些各个粒子种类都应该适用。对于包含具有某一外径但在内部具有空隙这样的凝结体的分散系统，考虑凝结体的外径自身求出最频值Ds，对其的尺寸参数q最好满足上述大致1～15的范围。如果是相同外径尺寸的凝聚体，与波长相比充分小且由更小粒径的初级粒子组成的凝结体，在凝结体的散射振幅中难以出现细微结构，对光斑递减可以得到良好的效果。
另外，体积比的分散浓度有时不一定能完全定义。对母件(凝胶或者橡胶或者合成材料)的单分散难以得到，作为二次粒子凝集时，或吸油量的影响大时等相当于此。关于作为二次粒子凝集的前者，或者关于凝结体间，如果其外径处于已述理想的范围内，上述平均最靠近距离的关系可考虑为理想条件。另一方面，关于吸油量的影响大的后者，充分的分散工序后(几乎没有体积减小后)，使用散射体自身(结晶体)的比重(实质比重)换算的体积比如果在大致1vol％～30vol％的范围内，则可以构成良好的多重散射区域。根据作为干燥粉末体的各基础通常使用的视在比重(包含空隙部分的空气的外观上的比重)决定分散存储量时，产生与实质比重的平均最靠近距离的估计值的误差。但是，分散以及固化处理后，实际用共焦点透镜显微镜等观察并确认散射体间距离在平均粒径Ds的大约20倍以内并不困难。从而，可以调整制造工序并发现上述理想的分散浓度。另外，不用说，为了控制上述第一区域的散射特性而在气泡的脱气工序等、实际的分散工序上的注意以及用心是十分重要的。
这里说明若第一区域的母件使用凝胶状或者橡胶状以外物质则难以构成本发明的多重散射光学系统的其他的例子。例如，也考虑上述母件使用环氧树脂。如果和硅类的凝胶或合成材料比较，则微粒子的分散比较容易，但是对钠D线的折射率一般高达大约1.53以上。从而，以前列举的各种的散射体之中，对一般的有机类微粒子采用的丙稀基类、苯乙烯类的任何的微粒子，折射率差Δn的绝对值都成为大约0.05以下，在第一区域的母件应用环氧树脂时，由于折射率差不足而不能得到理想的散射特性(与图3A的SiO2同水平)。另一方面，有机类微粒子容易低成本化和大粒径化，同时在后述的粒径比较大的散射体有效的本发明的多重散射光学系统的结构中，这些有机微粒子极其有效。但是，在选择乃至最优化多重散射光学系统的结构的阶段分开使用多个母件，在实际的制造工序中极其不利于效率，难以说本发明的多重散射光学系统的第一区域的母件最好。
图2所示的人眼安全光源装置的结构，在可利用上述粒径比较小的散射体的可高浓度分散的母件和混匀装置的组合的情况下，或者在制造对比较小型化的要求不高的人眼安全装置的情况下，可以理想地使用。另一方面，根据如图2所示的人眼安全装置那样的结构，其制造工序简单，但是难以进行第一区域的沿光轴方向的厚度和上述二维面光源的尺寸的控制，特别比较难以有效扩大上述二维面光源的尺寸。另外，在要提高构成第一区域的母件物质的流动性而容易地进行高浓度分散后的处理时，第一区域的形状和散射体浓度难以控制，会产生成合格品率的问题。从而，光输出的要求规格高，在设计/制造对于AEL(许用照射极限)裙边不能取得大的人眼安全装置时，有时候难以采用。因此，在第二实施方式中说明解决这样的问题的结构的人眼安全装置。
(第二实施方式)图4是表示作为本发明的第二实施方式的光源装置的人眼安全光源装置的结构的剖面图。在图4中，与上述第一实施方式的图2所示的人眼安全装置相同的结构部分赋予相同参照符号。
如图4所示，将半导体激光器200在树脂基板203上经由辅助支架202纵向设置之后，将圆筒400(内径1.1mm，高h＝2mm)用银膏固定，以便包围搭载半导体激光器200的辅助支架202。这样，作为上述圆筒400的内侧的壁面，形成将树脂基板203表面侧作为底面的凹部210。在上述圆筒400的内圆周面上通过镀金形成金属层401。在上述树脂基板203上形成镀金配线图形402。由于上述圆筒400的金属层401以及树脂基板203上的镀金配线图形402，凹部210的最表面的主要部分成为金属层。
进而，以作为第一区域204的某硅酮胶为母体的分散体被注入上述凹部210，来确定其形状，通过之后的凝胶固化工序，上述形状以及其散射特性被良好地保持。如图4中所示意表示，由于多重散射而扩散的同时向作为第二区域205的放大镜的透镜部205a的光轴方向206前进的激光，到达上述凹部210的壁面之后被反射，散射光被封闭到第一区域204的同时作为整体向第二区域205前进。上述凹部210的最表面的主要部分意味着与该三维的扩散区域连接的面。通过形成这样的结构，在图4中，上述圆筒400的开口部成为光从第一区域204散逸的散逸口，接收了充分的多重散射的激光被导入第二区域205。其结果，在圆筒400的开口部附近存在的第一区域204和第二区域205的边界面上，形成具有与上述凹部210的开口类似的形状的二维面光源。在上述第一区域204和第二区域205形成多重散射光学系统。
在图4的结构中，对上述圆筒400的高度h进行各种变更，同时与图3A同样，对在整个宽范围变化散射体参数和浓度而得到的多个人眼安全光源装置评价近场图样的光斑量σPAR的结果如在图5A中所示。另外，在图5B、图5C、图5D中，表示良好的近场图样、PAR以及PAR的直方图。近场图样的二维形状反应上述圆筒400(图4中表示)的断面形状，裙边部分的截断形状好。从而，可以明确规定光源尺寸，为了显著提高制造时的再现性，可以以高合格品率且低成本制造人眼安全光源装置。另外，即使第一区域的几何长度与图2所示的光源装置为大致相同的值，通过多重散射区域被最表面为金属层的凹部210包围，可以更有效地减少光斑。
在图5A中，与图3A不同，在横轴上取输送平均散射次数L/1AVE。在上述结构中，由于可以明确地测定图4所示的第一区域204的光轴206方向的厚度L，所以如图5A所示，可以进行更综合的评价。可以由散射体参数根据米氏(Mie)散射理论求出散射截面积以及不匀因数g，并根据分散浓度算出输送平均自由工序1AVE。从图5A作为更一般的倾向，不依存散射体种类而观察图3A中也能看到的特征。即，在作为被设置为与高功率半导体激光器连接并包围其的多重散射区域的第一区域中，输送平均散射次数超过数次时，可以得到光斑减少到满足一级等级人眼安全的级别的近场图样。
但是，如果追求上述右下降的倾向，则在可变更散射体自身的参数(折射率差和粒径)的范围内自然有制约，最后，不得不将分散浓度高浓度化至例如30vol％～50vol％。在这样的高浓度区域中，明显观测到在任何的散射体中光斑反而增大的倾向。如果用光学显微镜观察此时的分散凝胶，则经常发现大部分的散射体相互接触而簇集化。上述光斑再次转变为增大的输送平均散射次数L/1AVE的上限值，根据由各散射体的几何截面积标准化的散射截面积(即，作为主散射体的折射率差Δn)而不同，但是对于本发明设想的各部的尺寸，发现难以稳定得到最好发生数百次以上的多重散射的多重散射区域。
作为本发明的多重散射光学系统，特别如图1和图2或者图4所示，对几何光路长度可以明确定义的光学系统的结构适用的散射体种类，不必限定在图3A和图5A所示的材料。例如，以硅酮胶(对钠D线的折射率约为1.40)为母件时，除了苯乙烯类交联型聚合物(同为1.59)或TiO2(同为2.6)，也特别合适使用CeO2和ZrO2(同为2.3)。另外，也可以理想地使用ZnO(同为2.0)、Al2O3(1.77)等金属氧化物，Al(OH)3(同为1.6)等氢氧化物，或者各种玻璃珠(同为约1.5～1.6)。另外以各种材料为外壳的中空微粒子(同为1.0)，和颜料中使用的碳酸钙(同为1.6)，其余还有各种矿物，着色剂等中只要不吸收激光的材料就可以利用。另外，硅酮胶以外的特殊的母件例如根据固化条件产生正球状的空隙或气泡(同为1.0)的紫外线硬型树脂材料。另外，上述各种微粒子的形状不一定是正球状，即使平均化各尺寸(大小)而求出最频值Ds，也可以大致良好地形成多重散射光学系统。
但是，使用上述第一实施方式的图2以及该第二实施方式的图4说明的人眼安全装置中，半导体激光器使用具有振荡波长890nm的InGaAs/AlGaAs系结构。即是将面向通常的CD-R/RW用，将780nm带AlGaAs系激光的活性层井层变更为InGaAs变形量子的半导体激光器。图3A或图5A中表示的各种模块状态中，可知在多重散射后的受激发射光表示的波长波谱和半导体激光器单个测定的波长波谱中，即使是CW(Continuous Wave；连续波)动作也产生有意义的差别。特别地，在进行可以得到体积比大约1vol％～30vol％的良好的相干降低效果的浓度比较高的分散的模块中，高功率工作时的纵模间竞争状态与单体激光器的情况相比被显著地观测到。在本发明的结构中，多重散射光学系统的第一区域靠近半导体激光器，并形成包围状，所以由于多重散射而产生的相干后方散射峰值分量，作为所谓的返回光被反馈到半导体激光器的输出端面。推测产生由该返回光激发的波谱线宽的增大效果和模式竞争的效果(后述)，可以说是本发明的多重散射光学系统的显著特征。
这里，说明了与上述第一区域接半导体激光器靠近的情况。上述第一区域不必一定与半导体激光器直接连接，半导体激光器和第一区域之间也可形成夹有空隙区域或者不具有第一区域的散射作用的层。例如，在体激光器和第一区域的母件材料的可湿性不好的情况下，在边界面上产生空隙部分。另外，施加到半导体激光器的端面的单层或者多层的电介质膜涂层，即使不是通常的波长的数倍的厚度而是形成波长的数十倍以上的厚度的情况下，在半导体激光器和第一区域之间也可以产生空隙。另外，也有时特意想避免半导体激光器和上述第一区域的接触，避免散射体粘结在激光器端面上。在这种情况下，典型地，只要半导体激光器芯片的端面和上述第一区域以大约1mm以内的距离靠近，就可以充分得到作为第一区域的各作用。或者，当上述相干后方散射峰值被反馈到激光输出端面，靠近作为返回光作用的程度而配置时，只要半导体激光器芯片的单面和上述第一区域以数微米～数百微米以内的距离靠近，就可以得到上述返回光的作用。或者，与作为上述第一区域的散射体不同，作为微小的微半透明反射镜或者微透镜，也可以将包含个别几何光学上动作的比较大的粉末的区域介入半导体激光器和第一区域之间。即，可以将来自激光器的光束更有效地向空间扩散，之后在第一区域中被分割的各光束经过多重散射而构成光学系统。按照这样的结构，更容易减少光斑以及扩大视在光源尺寸。如这里所示的多个例子，半导体激光器和第一区域不必被设置为直接连接。
图2或者图4的结构的人眼安全光源装置中，作为多重散射光学系统的整体的厚度，即光轴方向的尺寸，典型地必需为大约4mm以上。当然，在图2中的树脂基板203上设置沉头孔(seating hole)，可以得到和图4的凹部210同样的作用，减少作为光学系统整体的厚度。另外，也可以使用将沉头孔和上述圆筒组合的复合凹部。
但是，图1、图2或者图4的结构例中，并不具有对多重散射光学系统的轻薄化显著好的作用，所以在想得到极小型的人眼安全光源装置时，可以出现不能充分扩大视在光源尺寸而不得不限定光输出的上限值的状况。因此，解决这样的问题，在第三实施方式中说明更有效地起作用的人眼安全装置。
(第三实施方式)图6A是表示作为本发明的第三实施方式的光源装置的人眼安全光源装置的结构的剖面图，图6B是表示半导体激光器的光路的示意图，图6C是表示近场图样的相对光前度分布的图。
该第三实施方式的人眼安全装置中使用的半导体激光器600利用芯片厚度100μm、芯片宽度230μm、波峰条宽度2.5μm、谐振器长500μm，且两端面半波长涂层的半导体激光器。该半导体激光器600调整与InGaAsMQW活性层和通常的780nm带激光器相同的AlGaAs系势垒/导向/金属包等各层以使振荡波长成为890nm。另外，除了将端面涂层从AR/HR作为半波长涂层变更得可以从两端面得到输出光这点之外，与上述第一、第二实施方式的图2～图5A、图5B、图5C、图5D的说明中使用的半导体激光器完全相同。该类型的半导体激光器可以得到超过大约10mA的阈值电流和250mW的COD(Catastrophic Optical Damage；端面的光学损伤)程度，作为将硅作为探测器(受光元件)使用的低成本的高速无线光通信系统的无线电接收发两用机的结构，是对实现发送部件的高功率化非常有利的部件。
图6A中，在树脂基板603的上表面形成具有深度350μm、谐振器方向的长度600μm的平坦部(底面)以及倾斜角度约50°的壁面(斜面)的凹部610。上述树脂基板603上以及凹部610的最表面上通过镀金形成配线图形612。使用银膏将上述半导体激光器600的下表面模片键合到凹部610的底面(配线图形612)上，将半导体激光器600的上表面引线接合到另一的配线图形608上(引线602)。
在上述人眼安全光源装置中，作为理想的散射体，使用例如平均粒径0.8μm(在硅酮胶中q＝4，g＝0.7)、粒径精度CV值50％的苯乙烯类交联型微粒子。可以使用将上述苯乙烯类固化微粒子作为散射体以15wt％的高浓度分散的热硬型硅酮胶(折射率差Δn为大致0.2)中。另外，后述各种散射体的详细情况。
上述硅酮胶，以二甲基聚硅氧烷为主要成分，具有单体粘度2000mPa·s(2000cP)的比较高的流动性。这样的硅酮胶主要材料，在捏合机的散射体的分散工序后，在与固化剂混合进行脱气处理之后，保持大约5000mPa·s的流动性注入上述凹部610。被注入上述凹部610的高浓度分散凝胶在由凹部610确定/保持形状的状态下至少经过180℃·一小时的热固化工序形成为本发明的多重散射光学系统的第一区域604。之后，通过将不包含散射体的热硬型环氧树脂进行传递模塑，形成与上述第一区域604连接到自由空间的第二区域605，树脂基板603的整个上表面被一体密封。在上述第二区域605中，至少包含作为具有使用半径1.1mm的球面的一部分构成的光轴606的放大镜的透镜部605a。从上述凹部610的表面到透镜部605a的顶点的几何距离为1.65mm。在上述第一区域604和第二区域605构成多重散射光学系统。
在上述结构的人眼安全装置中，来自半导体激光器600的两端面的射出光的光轴601其方向被变换，以便直到第一区域604和第二区域605的边界面之前指向与第二区域605的透镜部605a的光轴606略相同的方向。
进而，将该第三实施方式的图6A的人眼安全装置的结构与上述第二实施方式的图4的人眼安全光源装置的结构组合也可以。将这样组合的人眼安全光源装置的结构如图7A、图7C所示。
图7A中表示的人眼安全光源装置中，在树脂基板703上设置向上方变宽的圆锥台形状的凹部730，在其该凹部730内配置半导体激光器700。上述树脂基板703以及凹部730中形成镀金配线图形712，凹部730的镀金配线图形712上电连接有半导体激光器700的下侧电极(未图示)。另一方面，将半导体激光器700的上侧电极(未图示)经由引线702电连接到在树脂基板703上且凹部730附近设置的电极713上。进而，树脂基板703上配置圆筒710使其包围上述凹部730。在树脂基板703上通过银膏固定上述圆筒710。进而，通过在上述圆筒710的内壁上通过镀银形成金属层711，将内部表面作为反射面。
由上述凹部730的壁面、底面以及圆筒710的内壁面形成复合的凹部。在该复合凹部中填满与图6A的人眼安全光源装置相同的高浓度分散凝胶，形成第一区域704。然后，在上述树脂基板703上形成由环氧树脂模塑的第二区域705。上述第二区域705具有作为放大镜的透镜部705a。这里，利用来自施加了AR/HR涂层的半导体激光器700的一个端面的输出光，将凹部730的壁面与此一致以角度45℃相对。
另一方面，图7C所示的人眼安全光源装置与图7A所示的人眼安全光源装置不同，使用比圆筒710直径小的圆筒720，在由凹部730的壁面、底面以及圆筒720的内壁面形成的复合凹部内填满同样高浓度分散凝胶，形成第一区域714。另外，电极713在第一区域704的外侧，与该电极713连接的引线702的一部分在第二区域705上。在上述圆筒720的内壁上通过镀敷形成金属层721。在该图7C所示的人眼安全装置的结构中，容易发生传递模塑时的引线剥离，或者与上述圆筒720短路不良，与图7A相比，近场图样的平坦性或者对称性提高(参照图7B、图7D)。其他的结构元件与图6A相同。
这里说明应该留意的结构上的要点和其显著的效果。在图6A或者图7C的人眼安全装置中，引线602、702延伸至作为第二区域605、705的环氧树脂的内部。通过这样构成即使万一在使用人眼安全光源装置时模压部(第二区域605、705)破损及剥离，因为引线602、702与模压(moldel)部同时被剥离而断线，所以半导体激光器600或700的通路成为开路状态。即，在通过模压部的透镜增益光源直径被扩大而满足安全规格的人眼安全光源装置的情况下，换言之，在模压部剥离的状态下，在光源尺寸不满足安全基准的大小的人眼安全光源装置的情况下，遮断对半导体激光器600、700的通电，用户不会暴露危险状态。另外，这样依靠透镜增益的设计规格的人眼安全光源装置的整体中，并不经常发生上述那样的危险。之所以这样是因为，在没有模塑透镜时，来自第一区域604、704的散射光的放射强度分布成因为大致完全朗伯故放射角扩大整体地每一单位立体角的放射强度下降。但是，即使在没有模压部的状态下仍然希望确保充分的安全性(视在光源尺寸)的人眼安全装置。
进而，图6A或者图7C的人眼安全光源装置中作为显著的特征，各自的凹部610的最表面金属层，或者凹部730的最表面的金属层721在散射光宽的范围内连接。另一方面，例如在图7A中，复合的凹部704中，在沉头穴部分的最表面金属层和圆筒710的内壁金属层711之间露出FR4衬底703，第一区域704，特别在如图所示散射光的空间分布比较强的主要的区域内连接。从而，图7A中，当使用具有例如大约0.7以下的比较小的不匀因数g的散射体构成第一区域时，或者当即使是任意的不匀因数g几何光路长度比较长等，常常不能忽略对树脂基板703侧的散射光的泄漏量。
从而，如图6A或者图7C中所示，作为单一或者复合的凹部的结构，通过连续设置主要部分的最表面金属层，作为光源装置可以稳定地得到更高的光取出效率。连续设置上述主要的金属层和衬底侧引线接合点608和713在第一区域的外侧，即引线延伸至前述特征的在第二区域，不一定是一致的构成要件。但是当然一般引线延伸至第二区域中的结构容易得到上述金属层的连续性。
另外，在图7A、图7C中，形成上述复合的凹部的圆筒710、720的截面形状不一定必须是圆形。简化制造工序并实现低成本化的基础上，圆柱状或者圆锥状等最理想，但也可以是正方形或长方形等的多边形，从近场图样进而远场图样的均匀性的观点来看，对半导体激光器的谐振器轴具有对称性为理想。另外，从上述第二实施方式的图4以及该第三实施方式的图6A、图7A、图7C可知，凹部整体的结构具有任意性。即，作为凹部整体最好是具有面向第二区域的开口部的形状，与作为散射区域的主要的部分连接的最表面是金属层。
如图6A、图7A、图7C的结构，在半导体激光器600、700的射出光的光轴和第二区域605、705的透镜部605a、705a的光轴大致直角相交的多重散射光学系统的情况下，凹部610、730的主要的壁面的倾斜角度也不一定必需设为45°。即，在第一区域604、704中，由于受到极其多次的散射，所以不必完全按照几何光学设计。
另外，如图7A、图7C的结构，在主要利用来自半导体激光器700的一侧面的光输出时，在假定为散射体不存在的情况下，最好变动凹部730和第二区域705的透镜部705a的中心轴，使第一区域704和第二区域705的边界面和激光的光轴701的焦点通过上述二维平面的中心点。另外，当然最好将第一区域704、714以及第二区域705的边界面上的光强分布的峰值中心搭载配置在第二区域705的光轴706上。
另外，例如图6A所示的人眼安全光源装置，在利用来自半导体激光器600的两端面的光输出的结构中可有这样的变形例，可以有将凹部610的壁面的倾斜角度取得大，或反之若半导体激光器600的谐振器相对短，则将上述凹部610的壁面的倾斜角度取得小。即，在假定为第一区域的散射体不存在时，在激光的光轴被分割为多个而存在的情况下，设计为对上述二维面光源的中心点对称且均等地分布更理想。这样对近场图样的光强分布的平坦性(平均化的光强分布的均匀性)的提高，有直接降低空间相干的作用，对光斑减少也有效果。
图8表示对于图6A、图7A、图7C所示的人眼安全装置的结构，关于将图3A说明的各种散射体以各种的尺寸以及浓度分散在硅酮胶中的多个人眼安全光源装置，进行综合评价近场图样的结果。图8的横轴，是输送平均散射次数L/1AVE，是在假想没有散射体时，将直到激光的光轴通过第一区域的几何距离L(参照图B)除以第一区域内的输送平均自由行程1AVE所得的值。图8的纵轴是近场图样的光斑量σPAR。图6A、图7A、图7C各自的结构的良好近场图样的相对光强分布表示在图6C、图7B、图7D中。
如果将图8和图3A或图5A比较，则可知光斑量σPAR整体减少的值。另外，按照图6A以及图7A、图7C的结构，即使是相同的几何长度，也可以通过用多重散射区域以最表面为金属层的凹部包围，有效地获得散射次数，并降低光学系统整体的厚度。特别地，图7A、图7C的结构中通过增大第一区域的厚度，通过单纯换算输送平均散射次数超过数十～数百次时，明确地确认与有时光斑增大的第二实施方式的图5A相同的倾向。
另外，对于图6A或者图7A、图7C的凹部的结构，发现以下事实作为散射体粒度分布最频值Ds的尺寸参数q处于大致1～15的范围，且可以将对硅酮胶的折射率Δn取得比较大(Δn≥0.15)的TiO2等的金属氧化物和苯乙烯类聚合物等作为材料非常理想，这种倾向与第二实施方式的图5A大致相同。
通过将这些散射体以典型的0.5vol％～30vol％，更理想的1vol％～15vol％的浓度分散，可以得到理想的散射特性。以光斑量σPAR≤10-1为人眼安全，用光学显微镜观察具有理想的散射特性分散凝胶时，发现散射体大致均匀分散，最靠近距离的平均值<R>通常满足<R>≤20Ds的关系。另外，平均值<R>≥30Ds时，光斑量σPAR急剧上升。相反，明显地观测到将散射体高浓度化为至典型的30vol％以上的光斑开始增大的倾向。在该状态的分散凝胶中，多观察到成为10μm以上的集群，而稀疏空间的比例变得极大的情况。
作为图6A和图7A、图7C的结构的新效果，从图6C和图7B、图7D的近场图样的相对光强分布可知，作为近场图样整体的平坦性提高。如前所述，上述特性除了直接作用于光斑量的降低，为了将远场图样图形狭窄化或抑制无用的裙边分量有很大效果(后述)。进而，第一区域和第二区域的边界面上形成的二维面光源的宽度具有与凹部的开口大致类似的形状，所以可以将可明确规定光源尺寸的人眼安全光源装置可靠地取得边缘而进行合格率高地制造。
另外，如果与第二实施方式的图4中表示的人眼安全光源装置的结果比较，则如图6B中所示具有这样的效果，通过具有斜面的凹部壁面光轴被变换，上述几何长度L被扩大，同时通过由上述凹部的壁面的金属层的粗面反射，光扩大至第一区域内。从而，与上述第一实施方式的图2的人眼安全装置以及第二实施方式的图4的人眼安全装置的结构相比，可以降低散射浓度，分散工序变得容易。另外，如图7A、图7C，通过在第一区域的设计中留有自由度，可以扩大对散射体的粒径分布的允许范围，显著提高人眼安全光源装置的结构合格品率。特别地，即使是与母件的折射率差Δn为比较小的0.09的丙稀基类高交联型聚合物微粒子，大约5vol％～20vol％的浓度比较高的范围中有时也发现理想的散射特性。这样的丙稀基类微粒子，即使在有机类微粒子中也容易比较小粒径化，成本上也可以。
接着，说明远场图样。针对图6A的结构，变化第一区域604以及第二区域605的边界面与作为第二区域605的放大镜的透镜部605a顶点之间的距离Hc，同时在1.0mm～1.5mm范围变化第二区域605的透镜部605a的半径R。另外，通过针对图7A、图7C的结构，特别是将图7A、图7C的圆筒部710、720的高度h进行各种变更，而变化第一区域704、714和第二区域705的边界面与作为第二区域705的放大镜的透镜部705a的顶点之间的距离Hc，同时将第二区域705的透镜部705a的半径R在1.0mm～1.5mm范围变化。进而，根据图6A或者图7A、图7C的各结构，二维面光源的直径也在大约0.5mm～3mm的范围变化。关于这样的各种模块，将评价远场图样的半值全宽和光斑量σPAR的结果表示在图9A中。另外，关于远场图样也可以用与近场图样相同的方法定义光斑量σPAR，为了进行具有一贯性的评价而必须注意测定系统的FOV(场角)。这里，假定比IrDA稍微严格的规格，将从1m的距离观观察1mmφ的光接收部的立体角作为测定间隔，以比此更高的分辨率固定进行测定放射强度分布(FFP)。
在图6A的人眼安全光源装置的结构中，球面透镜部605a的半径为R＝1.1mm，作为其材质的环氧树脂的折射率n为大约1.5，所以焦点距离f用f＝R·n/(n-1)表示，焦点从透镜部605a的顶点到树脂基板603侧大致3.3mm的距离。从上述透镜部605a的顶点到第一区域604和第二区域605的边界面的距离Hc为大约1.3mm，所以横轴的Hc/f为0.39。将该Hc/f减小，通过将焦点位置在比树脂基板603侧配置更深，放射强度分布(FFP)变窄。同时，远场图样的光斑量σPAR也增加。如果二维面光源过于靠近透镜顶点，则放射强度分布(FFP)再次开始扩大，发现作为光斑量饱和的倾向。在此可知，由图9B、图9C可知，当半值全宽比较窄(图9B侧的大约20度)或较宽时(图9C侧的大约60度)，在比半值角更外侧的广角区域中也基本不产生散射强度的裙边，可以得到与用一般化朗伯(cos的n次方)不能表示的矩形靠近的放射强度分布(FFP)。
在图9A表示的数据的大部分的区域中，光斑量σPAR与放射强度分布(FFP)半值全宽的大致平方成反比例减少。这缘于，上述二维面光源作为整体的球形的相干大致消除，但是如果局部来看(散射体的尺寸级别)，在近场图样中依然残余空间相干。来自上述二维面光源的各面部件的最终散射光，相关且形成微小的角度而放射，在第二区域中从近场图样变换为远场图样的过程中，不能将以微小的角度再次交叉的概率设为0。在为了得到窄半值全宽而构成的第二区域中上述交叉概率区域相对增加，在远场图样上分别重叠不相关的极多的光斑图形。从而，不发生放射强度甚至极度下降的光斑，但是也难以完全消失光斑。另外，半值全宽的放射角如果超过100°，则上述光斑量和半值角的相关关系不复存在，同时放射强度分布(FFP)中向半值角外产生无用的裙边分量(未图示)。在该区域的Hc/f中，难以形成全部光量导入第二区域的光学系统，光输出或者效率也降低。
但是，通过如上所述那样形成多重散射系统的第二区域并降低上述小角度交叉的发生概率，在至少作为无线光通信用途的实用上重要的放射角大约20°～60°的半值全宽的范围内，可以将远场图样光斑量抑制为完全没有问题的值(σPAR＜＜10-1)。在得到更狭窄的放射强度分布(FFP)中，例如第二区域具备非球面透镜，该非球面透镜配置在二维面光源上发挥放大镜的作用。
这里，在上述第二实施方式的图4以及该第三实施方式的图6A、图7A、图7C表示的第一区域中，说明可成为共同的问题的遮盖力。在上述图4、图6A以及图7A、图7C中表示的结构中，将具有理想的范围的直径比较小(尺寸参数q＝1～3程度)的高折射率差(折射率差Δn＞0.5)的散射体以例如20vol％以上的浓度分散而构成第一区域时，光斑量σPAR可以降低到极小的级别(＜10-2)，但有时形成全输出光量不足半导体激光器本来输出的一半的模块。该原因有多个，主要地有以下两个情况散射次数极多，凹部的最表面的金属层的吸收的积累成为问题；和由于来自包含高浓度的散射体的第一区域的相干后方散射引起的返回光使半导体激光器自身的振荡特性改变。
下面说明避免这样的问题而在上述第二实施方式的图4以及第三实施方式的图6A、图7A、图7C中共同有效的第一区域的结构的变形例。该变形例可在对粒径比较小的散射体难以得到均匀分散的情况下理想地实施。例如可以，以上述散射体为主散射体(数密度最大)，同时脱离上述范围(尺寸参数q＝1～3)，混合分散粒径相对大的散射体(q≥10)。此时也分散得包含所有散射体的平均最靠近距离成为最频直即作为主散射体径被分散的散射体的最频直径Ds的大约20倍以内。由此可以得到充分减少光斑量同时提高第二区域的光取出效率的效果。这是主散射体和副散射体效果相乘的效果，其中，主散射体不均匀的小散射依然极多次发生，副散射体即使表示尖锐的前方散射特性也可期待光的波阵面分割和相位杂乱化。即使至少将主副混合比率变到典型的大约9∶1～8∶2，也可发现将光斑量σPAR维持在3×10-2而避免上述遮蔽力的问题并对芯片状态的半导体激光器和上述各种的模块的电流-光输出特性几乎识别不出差别的分散条件。这样，在第一区域内通过进行混合分散使分散工序变得容易，同时发现作为第一区域的散射特性靠近对作为主散射体的散射体设想的特性并满足人眼安全的条件。
另外，取代进行上述混合分散，也可以在第一区域内，将具有不同参数的散射体进行空间分散而配置，或即使是相同的散射体也在空间上改变分散浓度等，也可将上述第一区域作为两层以上的多层层积体而形成。对上述第二实施方式的图4以及第三实施方式的图6A、图7A、图7C表示的第一区域，可以极容易的实施这样的变形。
例如，当难以以15vol％单一分散粒径比较小的尺寸参数q为大约1～15的散射体，即使可以以5vol％以下的浓度均匀分散也得不到充分的散射特性时，也可以将靠近第一区域的半导体激光器的90％的区域用上述散射体5vol％单一分散层形成，在其最上部10％的区域中设置将相同的散射体以5vol％的高浓度分散的薄层。
以在封闭上述第一区域的大部分的区域内将相干波面分割为多个的作用为主要目标，之后，通过在上述最上层发生充分的多重散射，可以抑制遮蔽力的同时得到充分的光斑减少效果。这样，通过将第一区域多层化，降低分散工序最优化的难度，但在总体成本方面是不利的。
另外，这里叙述的第一区域的变形例的效果不限于解决上述遮蔽力的问题。例如，在作为光学系统对尺寸的控制不太严格并可以将全光路长度取得长时，可以使分散工序变得更容易，或分散工序后的粘性保持得比较低而容易处理。
至此所示的结构例中，从实际表示的近场图样的形状可知，作为视在光源并不容易得到规定的平均强度分布，即靠近矩形的近场图样。这对于人眼安全不一定是必要条件，在但例如光强形成为1/e以下的近场图样的宽度由于光强分布的形状不单一而每组较大偏差的情况下，制造合格品率恶化连带着成本上升。另外，如果在多重散射光学系统的光轴方向的厚度极薄的情况下一般若不以遮蔽力成为问题的浓度分散则有陷入得不到所望的多重散射特性的状况。另外，在具有极度变形的分布形状的情况下，有时放射强度分布(FFP)的形状和对称性不实用。
因此，解决这样的各种问题，针对更加小型化及薄型化的要求，在第四实施方式中说明可进一步提高合格品率且有效减少光斑的人眼安全光源装置。
(第四实施方式)图10A是表示作为本发明的第四实施方式的光源装置的人眼安全装置的结构的剖面图。该第四实施方式的人眼安全装置除凹部的形状形成与第三实施方式的图3A表示的人眼安全光源装置相同的结构。
在图10A中，树脂基板1003上形成的凹部1010的主要的壁面部分形成得直径向其开口逐渐增大，由深度h＝400μm、底面直径d＝800μm而纵横尺寸比r(＝h/d)为0.5。另外，在上述树脂基板1003上以及凹部1010的最表面通过镀金形成配线图形1012。上述半导体激光器1000的下表面直接由银膏固定在凹部1010的底面(配线图形1012)上。将壁面倾斜，使上述凹部1010的壁面的法线和半导体激光器1000的输出光的光轴1001所成的角度θ成为设计上的θ＝6°，当假设在第一区域中不包含散射体时，如图10A所示，半导体激光器1000的射出光的光轴在上述凹部1010内被多次变换。
这样的凹部1010的壁面，例如可通过将具有角度θ以及底面直径的金属棒(未图示)控制进入深度地打入树脂基板1003的工序来形成。之后，在具有上述凹部1010的树脂基板1003上进行镍、铜的底层镀敷及银的主镀敷处理而形成配线图形1012。从而，形成上述凹部1010的最表面的金属层成为银。另外，通过这样结构，如图6A和图7A、图7C所说明，可抑制散射光向衬底1003侧或第二区域的光轴方向1006以外的泄漏。
之后，将振荡波长890nm的GaAs衬底上的InGaAs/AlGaAs类半导体激光器1000进行模片键合和引线接合后，将粒径最频值Ds＝4μm的丙稀基类高交联型聚合物微粒子以3wt％分散到热硬型硅酮胶上，注入上述凹部1010，使其固化，形成多重光学系统的第一区域1004。进而通过环氧树脂的传递膜完成多重光学系统的第二区域1005。
在图10B中表示在上述结构的人眼安全装置中实际得到的比较良好的近场图样的相对光强分布。上述凹部1010的主要的壁面的结构，倾斜角度θ[deg]根据Cmin＝1Cmax＝20而满足Cmin·r≤3≤θ≤Cmax·r，即使第二区域1005的光轴1006方向的厚度、即深度h短至400μm时，也可有效地发生多重散射而减少光斑。另外可知，即使与至此表示的所有的结构例相比较，第一区域1004和第二区域1005的边界面上形成的二维面光源的强度分布的平坦性显著地提高。根据这样的结构可在微小的体积内最有效地减少光斑。
与此同时，远场图样图形也得到半值全宽约30°的放射角且没有裙边的尖锐形状。另外，作为近场图样的光斑量σPAR得到大致2×10-2的极低的值，作为远场图样的光斑量σPAR得到大致1×10-2。进而，通过只能接收规定立体角内的输出光的IL(电流-光输出)测定系统，即使比较半导体激光器的芯片状态和上述人眼安全光源装置状态的IL特性，也确认到光的取出效率不下降。
另外，图11A表示与图10A所示的人眼安全光源装置相同地有效均匀化近场图样并减少光斑的其他人眼安全光源装置的结构。这里，上述第一区域的复合的凹部1120的主要的部分由开口部和底面部的断面形状大致相同的圆筒1110形成。在上述圆筒1110的内圆周面上通过镀金形成金属层1111。配合树脂基板1103上的镀金配线图形1112以及金突起(bump)1113构成凹部1120的整体，其最表面大部分形成为金属层。
上述凹部1120的主要部分的圆筒1110，高度h＝350μm、内径d＝800μm时纵横尺寸比r(＝h/d)为0.44。将圆筒1110倾斜得使上述金属层1111的法线和来自半导体激光器1100的射出光的光轴1102所成的角度θ(倾斜角度)为大致6°而配置在树脂基板1103上。这里，根据r/5＝0.09tanθ＝0.11r/2＝0.22满足r/5≤tanθ≤r/2的关系。上述倾斜角度θ是相对的，将上述凹部1120的主要部分(圆筒1110)的轴与树脂基板1103的法线一致，即使作为代替将半导体激光器芯片倾斜并模片键合，也可得到同样的效果，不管怎样作为安装的顺序先将半导体激光器模片键合比较容易。
上述凹部1120的壁面与图10A所示的人眼安全光源装置不同，将至少在整个内壁面设置金属层1111，而预先准备的圆筒1110附加到完成配线图形工序的树脂基板1103上，这可更容易实施制造工序以及赋予上述倾斜。图11A中，通过在镀金配线图形1112上配置高度约80μm的金突起1113，使其介于与上述圆筒1110之间，由银膏固定，由此高精度确保上述倾斜角度θ。关于赋予倾斜角度θ的方法，虽考虑出其他的各种实施变形例也容易，但是考虑作为其后的工序注入凝胶乃至合成材料等流动性高的物质，作为凹部1120整体，必须在和树脂基板1103之间无缝而形成。另外，通过该结构，如图6A和图7A、图7C所说明，可以抑制散射光向衬底1103侧或者第二区域的光轴方向1106外泄漏。
在该图11A的人眼安全光源装置中，使用粒径最频值Ds为6μm的丙稀基类高交联型聚合物微粒子，将在热硬型硅酮胶中6wt％分散的混合物注入凹部1120中，形成多重散射光学系统的第一区域1104。进而，通过环氧树脂的传递模塑形成多重散射光学系统的第二区域1105。
在图11B中，表示用上述结构的人眼安全光源装置实际得到的近场图样。上述凹部1120的主要的壁面的结构中，上述壁面的法线和半导体激光器的射出光的光轴所成的角度θ[deg]满足max{arctan(r/5)，3}≤θ≤arctan(r/2)的关系。因此，即使上述圆筒1110的高度h(第一区域的光轴1106方向的厚度)短为350μm时，也可以有效地发生多重散射而降低光斑。可知与图10A的人眼安全光源装置相同，二维光源的光源均匀性极高，近场图样及远场图样的光斑也极小(近场图样的光斑量σPAR为大致8×10-3，远场图样的光斑量σPAR为大致1×10-2)。另外，即使比较半导体激光器1100的芯片状态和上述人眼安全光源装置状态的电流及光输出特性，也识别出光的取出效率几乎不降低。
但是，在该第四实施方式的图10A或者图11A所示的兼用作多重反射以及多重散射的第一区域1004、1104中，如果使用散射体单体的标准化散射截面积大且各向同性高的散射体，则一般不充分发生向与第二区域1005、1105的光轴1006、1106垂直的方向的扩散，难以得到作为二维面光源的同样的近场图样强度分布，此时光斑也没有充分减少。另外，得到均匀的近场图样时，也发现光的取出效率下降的倾向，遮蔽力的影响显著化。相反，使用尺寸参数q为10～15的粒径比较大的理想的散射体，根据变化上述倾斜角度θ的模块的评价结果，图10A的结构中倾斜角度超过大约10°时和图11A的结构中倾斜角度θ超过大约15°时，发现即使将各部分的尺寸和散射体的种类/浓度/混合比最优化，也会发生过剩的光斑(例如σPAR＞3×10-1)。
进而，使用尺寸参数q为10～50的粒径比较大的散射体，将上述倾斜角度θ设为0°时，图10A和图11A的任意的结构中，作为远场图样的半值全宽一点也不改变，但产生向广角的放射强度，同时通过积分球的全光量测定测到光输出降低10％以上的人眼安全光源装置经常发生。这主要是由于对以与上述凹部1010、1120的壁面近似垂直的角度入射的散射光的微小的吸收的积累效果明著化的结果。根据上述凹部1010、1120的纵横尺寸比r，上述倾斜角度θ可以取极小的值，但是为了避免产生向上述广角的放射强度的问题，和通过积分球的全光量测定测到光输出降低10％以上的问题，最好至少赋予3°以上的倾斜角度θ。
这样，作为利用多重反射以及多重散射的第一区域，图10A的情况下，以倾斜角度θ因Cmin·r＝1
Cmax·r＝10而满足Cmin·r≤3≤θ≤Cmax·r的纵横尺寸比r构成凹部1010的主要的壁面。另外，图11A的情况下，以倾斜角度θ满足max{arctan(r/5)，3}≤θ≤arctan(r/2)的纵横尺寸比r构成凹部112的主要壁面。进而，发现通过将在上述第一区域中作为主散射体被分散的散射体设为尺寸参数q为大约10～50的比较大的粒径，可以同时满足上述相反的多个要求。
另外，如上述通过使用粒径比较大的散射体，光源尺寸容易扩大并平坦化，但是有时无法充分得到光斑减少效果。这样的情况，以例如丙稀基微粒子那样折射率差比较低的散射体为主散射体，以1vol％～30vol％，典型地大约10wt％分散，进而也可将大约折射率差Δn≥0.2且尺寸参数q≤10程度的相对散射能高的微粒子(例如平均0.3μm直径的TiO2微粒子)以大约0.1vol％的比例作为副散射体添加，并混合分散。将作为副散射体混合分散的散射体的体积比设为大致0.01vol％～0.1vol％，根据情况，通过设为1vol％以下的范围，可以发现解决上述不能充分得到光斑减少效果的问题的条件。
图12表示对图10A以及图11A的结构应用各种的散射体，特别是关于与至此的其他的结构显著不同的近场图样的结果，特别地，也表示与作为主散射体的低折射率差的散射体，和作为副散射体的高折射率差的散射体的混合分散相关的结果。这里，与图5A或者图8相同，图12的横轴是输送平均散射次数L/1AVE，改变几何尺寸L的取法(参照图10A、图11A)。图10A、图11A中示意表示假设没有散射体时的半导体激光器的输出光的光轴被变换的情况，但即使沿着定义长度，作为实际的多重散射光学系统没有意义。从而，将第一区域1004、1104以及第二区域1005、1105的光轴1006、1106方向的厚度分别设为L来评价。
作为图12的显著的特征，实现有低折射率差Δn的SiO2或丙稀基类高固化粒子当然对光斑量σPAR的减少有效的情况。典型地，在大约5vol％～30vol％的浓度范围可以实现充分的光斑量σPAR的减少。另外，在图10A、图11A的结构中，高浓度分散化时的光斑量的在上升不被显著地观察到，表示饱和的倾向。这样的效果是从使用折射率差比较大且粒径大的微粒子而引起的近场图样平坦化和分散均匀性的容易性产生的。
具有比较大的折射率差的TiO2和丙稀基类中，通过大粒径化，可以在该人眼安全装置的结构中应用并确保人眼安全，但是TiO2中遮蔽力的影响大，根据图7B、图7D的结果进而光斑减少的分散浓度范围中取出的光输出极端减少。另外，SiO2(图12的×标记)和丙稀基类(图12的△标记)的单体的分散中，对于光斑量σPAR为大约10-2而具有饱和的倾向，通过以粒径比较小的折射率高的散射体为副散射体并以大约0.01vol％～0.1vol％混合分散，进而得到优秀的特性(+SiO2+TiO2，▲丙稀基类+TiO2)，几乎不受遮蔽力的影响。
这样，在使用上述凹部的壁面的多重反射和散射体的多重散射的组合的结构中，即使折射率差比较低(典型的大约0.05≤Δn≤0.02)，也发现以大粒径(q≥10程度)的散射体为主散射体，以如上述TiO2的高折射率差(Δn≥0.2程度)且小粒径(q≤10程度)的散射体为副散射体混合分散较理想。从光斑减少的观点看，通过在可允许的范围内以比较低的浓度混合，通过更简单的分散工序，可以同时满足作为主散射体的散射体的二维面光源的强度分布均匀化作用和光输出的取出效率，并得到充分的光斑减少效果。
另外，取代进行上述混合分散，也可以如上述那样，将不同的散射体空间分离并分散配置，或改变各个分散浓度，将上述第一区域作为由两层乃至多层层积体而形成。例如，当即使将粒径比较大的尺寸参数q为10～50的散射体以15vol％均匀分散也得不到充分的多重散射特性时，将第一区域中靠近半导体激光器的90％的区域由上述散射体为10vol％的分散层形成，也可以在该上部的10％的区域中设置将粒径比较小且具有尺寸参数q为大约1～10的高折射率差的散射体以1vol％分散的薄层。即使这样的多层化的第一区域的最上层反而形成为包含凝结体的多分散，有时也可以将上述各条件(尺寸参数q、分散浓度)最优化来发现优良的多重散射特性。这样，通过将第一区域多层化，降低分散工序最优化的难度，但对总体成本不利。
另外，在图10A和图11A中，为简便起见使用了一端面射出的半导体激光器，但是在任何的结构中，通过使用两端面射出型的半导体激光器可以更容易地提高近场图样的均匀性。关于光斑减少的效果同样，两端面射出型半导体激光器也优越一些，但是由于在点光源一个和两个程度的差异中不能看到很大的差异，所以使用光盘用途等中确立大批量生产技术的一端面射出的高功率半导体激光器在成本方面上较理想。另外，作为形成上述第一区域的凹部中的壁面的变形例，从第二区域的透镜部的光轴方向上方观察的筒状部分的断面形状未必是圆。这样的筒状部分的断面形状最好对半导体激光器的光轴为轴对称，但是也可以是多边形等的任意形状，由此将半导体激光器的光轴至少分割为三个以上的多个，可以更有效地降低空间相干性。
至此，详述了作为对降低高功率半导体激光器的相干极有效的多重散射光学系统的机构元件的第一区域以及第二区域，但是没有详细涉及作为其他机构元件的半导体激光器自身的特性。以下说明关于该人眼安全光源装置中使用的半导体激光器的特性。
如已述那样，单体的半导体激光器的典型的光谱线宽为大约10MHz，可干涉距离也至少有数米以上，至此所述的多重散射光学系统的详细说明也是基于实际搭载了这样的特性的半导体激光器的人眼安全光源装置的评价结果。
特别地，作为通信用光源的适合于硅探测器的高功率半导体激光器，GaAs/AlGaAs类的波峰条结构是最一般的，现有用于CD-R/RW大批量生产的780nm带的半导体激光器因在成本方面的优势而被原样利用。作为本发明所设想的高速·高功率工作的无线光通信用的光源装置中搭载的半导体激光器，现有的光盘用的780nm带的半导体激光器，或EDFA(Erbium-doped OpticalFiber Amplifier；填充铒光纤放大器)用的980nm带的半导体激光器未必最合适。
880nm～920nm的波长带也当然靠近硅的峰值灵敏度波长，另外半导体激光器的阈值电流以及温度特性与上述光盘用的780nm带元件相比显著提高。典型地，对于谐振器长600μm的780nm带元件的阈值电流为大约35mA，与此相对，例如890nm时可得到15mA，温度特性值T0大约160K以上。这样的特性是在理论上也可根据980nm带的InGaAs活性层元件的特性而设想的，但是实际上作为半导体激光器几乎没有详细的调查。本申请人通过取得与780nmAlGaAs类半导体激光器最大限度的制造过程的互换性来谋求低成本化，同时着眼于半导体激光器的相干并推进元件结构相关的研究。其结果，除了使用包含上述InGaAs的活性层，作为量子阱阻挡层或者光导层，通过使用对因铝游离化而高功率工作有利的GaAsP三元系材料或者InGaAsP四元系材料，发现得到如接下来的突出的作用和效果。
例如，在半导体激光器的层构造内设置光导层，其光导层的材料选为InGaAsP。成为上述光导层的GaAs衬底上的InGaAs混合晶系统中，存在可混入性间隙(得不到完全混合晶的生长条件)。利用该现象，在光导层的组成中可以产生空间上的波动。通过该作用，在激光器振荡波长中发生时间上的波动，时间相干下降。通过将这样的半导体激光器和本发明的多重散射光学系统组合，发现可以极有效地减少光斑。
典型地，使用减压MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition；有机金属气相生长)法进行结晶生长，将上述光导层单体的光致发光在单晶片内映射时，可以发现作为峰值波长面内分布的偏差大约15nm～30nm，其空间分布的平均尺寸成为约10μm的结晶生长条件。例如，针对为得到均匀且质地优良的薄膜的通常的生长最优温度在大约50℃～200℃的范围内降低生长温度Tg。由此，在上述光导层不会导致甚至发生光损失程度的结晶质量下降，根据元件特性识别可发生组成波动的情况。
这里，所谓上述通常的生长最优温度(条件)，是光致发光的面内均匀性以及其强度成为大致最好的条件，一般根据旋节线分解温度设定在大约100℃～150℃高温侧。另外，不设定在100℃～150℃的范围以上的高温，使得与其他的层特别是活性层的生长条件匹配。
基本上通过以大约旋节线分解温度或者降低其的温度结晶生长而发现上述组成波动产生的条件，但是依存于流道(flow channel)形状等的各个结晶生长装置的参数也较多，难以定量化包含气体流量等在内的普遍的条件。
图13A、图13B是表示具有如上述的层的半导体激光器的具体结构的剖面图。首先，详细叙述图13A。
如图13A所示，不掺杂DQW(Double Quantum Well)活性层，由80厚的In0.074Ga0.926As井层1301、50厚的In0.100Ga0.900As0.657P0.344阻挡层1302(拉伸变形-0.5％)、还有与上述阻挡层1302组成相同的200厚的光导层1303(拉伸变形-0.5％)构成。上述结构的半导体激光器中，根据困光系数的关系作为主散射体赋予上述组成波动的作用的是InGaAsP光导层1303。将这样的活性区域整体在515℃的比较低的温度下生长。另外，上述光导层1302的混合晶比在进行比不产生组成波动的旋节线温度高的通常的结晶生长的情况下根据EPMA(X线微分析)而求出的值。上述阻挡层1302的能量缝隙相当于Al0.23Ga0.77As。另外，在上述不掺杂DQW活性层的两侧设置的30厚的不掺杂Al0.25Ga0.75As第二光导层1304内，将结晶生长温度变为通常的AlGaAs系材料的最优生长温度770℃。
以下，作为元件结构整体的例子，详细表示对振荡波长890nm最合适化的各层。在图13A中，1305为0.1μm厚的p型Al0.40Ga0.60As第三光导层，1306是0.1μm厚的n型Al0.40Ga0.60As第三光导层，1307是0.135μm厚的P型Al0.50Ga0.50As第一金属包层，1308是0.20μm厚的n型Al0.50Ga0.50As第一金属包层，1309是30厚的不掺杂GaAs蚀刻停止层，1310是0.28μm厚的p型Al0.478Ga0.522As第二金属包层，1311是2.3μm厚的n型Al0.425Ga0.575As第二金属包层，1312是n型Al0.70Ga0.30As块层，1313是p++型GaAs缝隙层，1314是缓冲区以及衬底的n型GaAs层。
将上述半导体激光器1300应用于第三实施方式的图6A中表示结构的多重散射光学系统中。在散射体中使用将与图6A相同的平均粒径0.8μm的丙稀基类固化微粒子在分散母件中使用热硬型硅酮胶以10wt％的浓度分散的混合物。使用该半导体激光器1300的人眼安全光源装置的光斑量σPAR和近场图样、远场图样都由图6A的人眼安全光源装置的结构得到的值相比，大致降低至1/2～1/10(未图示)。另外，如图6A、图7A、图7C、图10A以及图11A的作为结构元件所示的半导体激光器，活性层井层为InGaAsDQW这一点相同，除此之外，具有CD-R/RW用的古典的仅由GaAs/AlGaAs构成的结构。即，不存在上述半导体激光器1300那样的组成波动的激光器元件。
这样可知，具有InGaAsP层的空间组成波动的半导体激光器1300，作为本发明的多重散射光学系统的结构元件，对光斑的减少极有效。搭载上述半导体激光器1300的人眼安全光源装置，在CW100mW工作时，表示单峰的时间积分值为大约1.5nm的光谱宽度，保持该特性，至少在70℃得到两千小时以上的元件寿命。另外，发现以100mAP-P的大振幅对注入电流进行调制时，波谱线宽增加得更显著。
因此，对第三实施方式的图6A的人眼安全光源装置和上述半导体激光器1300单体以及搭载上述半导体激光器1300的图6A的人眼安全光源装置分别通过特殊虑镜经由迈克尔逊干涉仪进行可干涉距离Lc的测定。其结果，以半导体激光器1300为光源元件的二者中一位以上的干涉距离Lc变短，另外，在该二者之间也确认模塑化的干涉距离Lc也短。即，半导体激光器1300中，与通常的激光器相比，除了时间相干大幅下降，本发明的多重散射光学系统的第一区域被靠近半导体激光器配置，也确认所以有由于相干后方散射峰值而在半导体激光器的光轴上发生返回光，与上述半导体激光器1300自身的波谱线宽的增大作用相独立而降低时间相干的效果。
如以上所说明，可以在半导体激光器内部导入在空间上具有微小的组成波动的光导层，并对振荡频率(波长)赋予动态波动并降低时间相干性。
进而，参照图13B说明具有相同作用的其他的半导体激光器的结构。对与图13A相同的层赋予相同的参照符合。这里，距活性区域隔开一定距离新设置p型In0.379Ga0.621As0.251P0.749光导层1323，只在上述光导层1323中发生组成波动。为了确保困光系数，并显著得到时间相干的降低效果，光导层1323作为比较厚的450厚，在GaAs衬底上大致以格栅匹配。上述光导层1323的生长温度下降到680℃(旋节线分解温度大约780℃)。另外，在(As)GaAs层1307、1309的结晶生长时设置等待时间而进行与两侧的(Al)GaAs层1307、1309的生长温度的切换。另外，这里的活性区域内的阻挡层1321以及第一光导层1322，作为不掺杂Al0.25Ga0.75As，以与InGaAs层1301相同的生长温度650℃生长。
使用具有图13B的元件结构的半导体激光器1320，进行与图13A相同的光斑评价的结果，可知，通过使具有相同的组成波动的光导层1303和光导层1323的困光系数大致相等，可以得到大致同样的时间相干降低效果。
另外，在半导体激光器的结构内，替代通常的AlGaAs层导入具有组成波动的InGaAsP层，不仅限定于图13A、图13B的两个半导体激光器表示的层。即，对量子阱阻挡层1302、与其靠近的光导(SCH)层1303、或者新设置的光导层1322等的任何一个，或者任意的组合都可以适用。特别地，对多重量子阱结构内等的比较薄的阻挡层1302等可以使用由包含格栅不匹配系统的Ga1-XAsYP1-Y(0＜X＜1，0＜Y＜1)表示的三元系统或InXGa1-XAsYP1-Y(0＜X＜1，0＜Y＜1)表示的四元系统。或者，在比高功率化还重视温度特性的激光器元件中作为用于阻挡来自活性层的电子流溢的层例如存在变形的AlGaAsSb层添加在活性层内或者其附近是有效的。在该情况下，当然也可以与温度特性的提高独立，完全相同地得到针对上述InGaAsP层的光斑减少的各效果。进而，通过研究MOCVD或者MBE(分子线束外延附生)等各种结晶生长条件，即使在上述AlGaAsSb电子块层中，也可以产生层厚以及组成的空间波动。
进而，在变形量子阱层1301(InGaAs)的结晶生长中，特意通过进行岛状的三元生长，并显著地发生该层厚的面内分布，可以形成模拟增益光栅。与此相关，进行在与上述同样的模塑状态的评价的结果，与上述InGaAsP层同样，观察到光谱线宽的增大作用的光斑的减少效果。但是，如果使用上述模拟的增益光栅，则发现倾向于损害IL特性的线性度。
通过将在上述组成或者层厚的至少一个中具有空间波动的层结构在半导体激光器内组合，当然可以产生一层的相干降低效果。但是，从半导体激光器的可靠性的观点来看最好通过距活性区域隔开一定距离的InGaAsP光导层1323等得到光谱线宽的增大作用，量子阱层1301自身进行用于得到良好的结晶质量的生长。
如上述的模拟级别作用引起的波谱线宽的扩大，根据其形成方法可知起因于实空间中的结构的相位作为谐振器整体不清晰，或者，典型地颗粒尺寸波长的数倍以上，进而不正确满足布拉格(ブラッグ)条件。另一方面，与仅在完全平坦及组成波动不存在(或者极小)的层上形成的半导体激光器相比，因为增益/等价折射率的空间波动和驻波的重叠量在每个纵模中激烈变动，所以在特定的模式中阈值增益最低，倾向于单一纵模振荡。实际上，上述激光器芯片单体的测定例中，以至少将单一纵·横模维持到CW100mW的状态动作，电流及光输出特性的线性度也良好。根据不同元件，有时发生上述效果导致的高功率中的扭结或者模式跳跃的情况，但是在如无线光通信通过二进制进行大振幅的强度调制中可以得到充分的特性。
(第五实施方式)但是，不限于扩大图13A、图13B中表示的光谱线宽的半导体激光器1300、1320，在将任意的半导体激光器和多重散射光学系统组合使用时，没有必要限定于至此的具体说明的树脂基板上的模塑件或者引线框基体的部件。即，如图14所示，可以使用3.5mmφ或5.6mmφ的小型CAN封装件构成本发明的多重散射光学系统。
如图14所示，半导体激光器1400与通常的封装件同样被模片键合并引线接合到芯柱1403上。进而，在缝隙1410的内部填充分散了散射体的硅酮胶，形成多重散射光学系统的第一区域1404。特别地，扩散光扩散到缝隙1410的内壁时，最好避免多重散射光学系统特有的内壁部的光吸收的积累问题。即，对缝隙1410的内壁不仅进行通常的镀镍等，还进行镀金或者银膏涂敷等的表面处理，针对某一角度的入射光设为具有高反射率的金属层1411为好。由此，进一步减少光斑效果和近场图样的平坦性显著提高如已述。
另外，在这里，通常的盖密封工序被变更为上述硅酮胶的固化工序。进而，在玻璃盖1406上作为多重散射系统的第二区域的放大镜形成具有透镜作用的环氧树脂层1405。如参照图9B、图9C所述，为得到所望的放射强度分布，通过调节芯柱上的半导体激光器的模片键合位置或上述环氧层的厚度以及曲率半径，第一区域1404和玻璃盖1406的边界面上形成的二维面光源和作为透镜部的环氧树脂层1405的顶点的距离可以设定为理想的值。
针对这样的多重散射光学系统的结构，与如上述那样在模塑模块中进行的同样，评价半导体激光器结构的差异。其结果，与没有通常的组成波动等的InGaAs/AlGaAs系激光器的情况相比，确认在搭载上述半导体激光器1 300(在图13A中表示)的情况下，近场图样的光斑量σPAR至少降低大约1/3～1/10的级别。
这里，在上述第一～第四实施方式的图2～图12说明的多重散射光学系统的结构中，第一区域和第二区域直接连接，其边界面上形成有效降低相干的二维面光源。与此相对，图14的人眼安全光源装置中，该第一区域1404和环氧树脂层1405隔着玻璃盖1406而连接。但是，根据至此所说明的本发明的主旨可知，完全不包含接合环氧树脂层1405和玻璃盖1406的散射体的区域作为这里的多重散射光学系统的第二区域起作用。
更详细地说，从在第一区域1404和玻璃盖1406的边界面上形成的二维面光源放出的散射光，从以折射率1.4的硅酮胶为母件的区域射入折射率1.6的玻璃层(1406)，进而射入折射率1.5的环氧树脂层1405。尽管上述玻璃层(1406)和环氧树脂层1405的边界面上存在折射率不连续面，但是通过该两层(玻璃盖1406和环氧树脂层1405)，在半导体激光器1400侧与之前的结构相同形成近轴焦点，可以容易地表示其位置设得比上述二维面光源更深。从而可知，上述玻璃层(1406)和环氧树脂层1405的两层整体作为本发明的多重散射光学系统的第二区域起作用。
这样，只要本发明的多重散射光学系统的第一区域以及第二区域分别具有之前说明的作用，就可以实施将上述第一、第二区域内部多层化等的变形。但是，在第二区域中，如果包含折射率比第二区域内的其他的部分或者第一区域母件相对低，并且折射率差大至例如0.1以上的层，则从第一区域入射的散射光以相当的比例接收全反射，从第二区域向第一区域的在入射过程变得显著。该情况下，得到第一区域的散射特性被增强的效果，有时遮蔽力的影响显著，但通过进行对应与此各部分的最优化，可以得到理想的多重散射光学系统。
(第六实施方式)图15A是表示使用本发明的第六实施方式的人眼安全光源装置的无线光通信用的光通信模块的结构的剖面图。
首先，作为安装方式，如图15A所示，在形成为光通信模块的支承体的厚度500μm的FR4衬底(玻璃环氧树脂基板)1501上，作为有源元件搭载振荡波长890nm的半导体激光器1502、集成驱动以及接收电路的驱动IC(集成电路)1506、以及厚度250μm的Si-pin光电二极管1507。上述半导体激光器1502具备平均条宽2.5μm、谐振器长500μm、AR/HR端面涂层、InGaAs单一量子阱活性层等的结构特征，具有280mW的COD级别。
上述半导体激光器1502模片键合到形成与前述的详细说明类似的具有倾斜角45°的壁面的圆锥台状的凹部1503a的金属基体1503上。另外，上述金属基体1503整体厚度为500μm，上述凹部1503a的深度为300μm，在其最表面施加光滑的镀银。省略说明上述光通信模块整体的电路结构，各部分通过引线接合经由FR4衬底1501上的金配线图形电连接。另外，FR4衬底1501的侧面到背面，引出并配置焊料焊接用的Vcc和GND、Tx/Rx等各端子。
进而，上述金属基体1503的凹部1503a被以平均粒径Ds为0.3μm(q＝2.1)的TiO2按2wt％的重量比被分散的硅酮胶填满，形成多重散射光学系统的第一区域1504。特别地，通过注入分散凝胶(硅酮胶)使得由覆盖凹部1503a的开口的上面来有效地防止金引线1510和金属基体1503短路。另外，通过将没有进行特意的散射体分散的环氧树脂进行传递模塑密封光通信模块整体。评价充分数量的采样，作为包含测定误差的平均值，关于近场图样，得到半值全宽为大约1.2mm，光斑量的平均值<σPAR>＝0.025±0.001。另外，远场图样以没有裙边的界分度好的图形得到半值全宽为大约30°，光斑量的平均值<σPAR>＝0.022±0.001。
这里，图15A的安装方式中特别重要的特征在于上述第一区域1504靠近半导体激光器1502，仅存在于金属基体1503的凹部1503a内。由此，除了如已经叙述的第一区域1504中的空间(或者时间)相干的降低效果，可以将包含作为发送系统透镜部的多重光学系统的第二区域1505和接收系统透镜部1508的上述密封树脂在相同的工序中一并形成。即，由于在包含发送系统透镜部(1505)以及接收系统透镜部1508的密封树脂中不包含散射体，所以可以将接收系统透镜部1508的形状和光电二极管1507的距离与发送恻的多重散射光学系统独立来进行最优设计。
这样，可以同时实现具有多重散射光学系统并满足一级的人眼安全的发送部，和不包含多重光学系统另外同时满足宽的FOV(视野角)和高灵敏度的接收部。另外确认图15A的光通信模块1500，作为也包含FR4衬底的整体的厚度为1.6mm，幅度为7mm×2mm的极小型的电子部件以高合格品率被制造，并且在-40℃～+85℃的使用条件下具有充足的可靠性。
另外，图15B中表示上述光通信模块1500的发送部的室温中的电流/光输出特性。典型的100mW工作(轴上放射强度295mW/sr)时的工作电流为120mA，工作电压为1.8V。另外确认在不经由上述驱动IC1506从端子直接测定发送系统的频带宽度时，至少直到作为测定装置上的界限的500MHz没有功率损失，并且作为搭载半导体激光器的光源也完全没有损失高速化的潜力。
上述第一至第六实施方式中，说明了使用作为半导体发光元件单一的窄条高功率半导体激光器的人眼安全光源装置，但是具有对LED的光电变换效率的优越性的半导体发光元件不限于此，在使用多条的阵列激光器、宽区激光器、或者SLD等时间/空间相干不同的各种光源元件的光源装置中本发明也适用。
根据本发明的光源装置，在搭载半导体激光器的小型的树脂密封光通信模块中，通过采用批量生产效果好且高输出技术先进的近红外区域的半导体激光器，可以同时以低成本实现低电流高功率工作以及高速工作和确保无光斑的一级的人眼安全。其结果，可以控制光束放射角并不损失使用方便性，实现廉价高速无线光通信系统的主干设备。
特别地，本发明的光源装置的半导体发光元件通过采用在活性层中具备InGaAs并在880nm～920nm的波长范围内激发的半导体激光器而极度降低阈值电流以及工作电流，在APC(Automatic Power Control)自由或者偏动自由的简单的驱动电路进行稳定的高功率工作，同时通过在光电元件中使用廉价的硅光电二极管，从而可以显著提高上述无线光通信系统的性能价格比。
对于本发明公开的光源装置的多重散射光学系统的各个结构来说，可得到的效果如下。
具有由相对高浓度地包含散射体并靠近上述半导体激光器的第一区域和连接上述第一区域直到自由空间的第二区域构成的多重散射光学系统，对上述第一区域和第二区域的边界面上形成的二维面光源的至少主要部分，第二区域作为放大镜起作用。由此，通过在极微小的第一区域内有效的发生降低激光的空间相干的多重散射，并在第二区域中主要进行放射强度的角度分布特性的控制，可以分别进行各部分的最优化。另外，通过使上述第二区域包含的散射体的浓度为第一区域的1/10以下，向放射强度的半值角外的不必要的裙边被抑制。这样，可以通过简便的光学系统同时满足近场图样的人眼安全化和远场图样图形的整形。
另外，在与上述半导体激光器靠近的微小的第一区域中，通过至少经过作为输送平均散射次数的多次以上的多重散射，可以在上述第一区域和第二区域的边界面上形成具有所望的视在光源尺寸的单一的二维面光源，并确保一级的人眼安全。即，具有大约0.01mm～0.1mm的宽度的近场图样的局部的峰值结构被细微化及不清晰化。另外，近场图样的PAR振幅的概率分布被看作高斯分布，光斑量σPAR可以降低至10-2程度，或者其以下的极小的级别。
另外，通过上述第一区域的作用，对于在第一区域和第二区域的边界面上形成的二维面光源的至少主要部分，上述第二区域作为放大镜起作用，由此有效集聚广角比较大的散射的分量，同时在从上述第二区域向自由空间从近场到远场的变换过程中，光的路径局部地以低角度重合的概率降低。从而，形成控制远场图样的光斑的同时放射强度均匀且界分度好的远场图样图形。这样，即使在微小的多重散射光学系统中，也可以兼顾到确保满意的光学特性和确保人眼安全。
另外，作为上述第一区域的构成元件的散射体的直径最频值Ds，作为尺寸参数q从大致1～50的范围选择。在不使用多重反射的多重散射光学系统中，满足尺寸参数q为1～15，更理想的是为1～10的范围的散射体，以与分散媒质的折射率差Δn≥0.15程度的散射体为主散射体分散。另外，在兼用多重反射和多重散射的多重散射光学系统中，以尺寸参数q为10～50的范围的折射率差比较低的散射体为主散射体进行分散。
另外，上述尺寸参数的范围内具有多个粒径分布峰值，混合分散不同的折射率的材料的多个散射体。根据这样的结构，解决高浓度的单分散的难度或近场图样的不均匀性、远场图样的裙边等问题，同时有效降低光斑并确保人眼安全。通过选择尺寸参数q，使得上述尺寸参数q和以第一区域的母件为主散射体被分散的折射率差Δn的关系，其积Δn·q为大致2～8的范围，特别是3附近，而得到选择理想的粒子种类的目的。
通过使上述第一区域中的上述散射体的平均最靠近距离为其粒径最频值Ds的大致20倍以下而高浓度分散，在毫米级的微小体积内可以容易地发现效率极高地降低空间相干的分散条件。另外，可以使半导体激光器自身发生返回光激发的频率波动。
另外，通过以凝胶状或者橡胶状的物质(合成材料)为母件而形成上述第一区域，即使以体积比0.5vol％～30vol％特别是1vol％～10vol％的散射体浓度得到均匀分散，同时如传递模塑经过施加高压的工序也可以安定地保持上述第一区域。特别地，固化前的粘度大约6000mPa·s以下的硅酮胶在简易型的廉价的分散·混匀装置中合适地使用。进而，将散射体分散到凝胶或者橡胶等的母件中，作为上述第一区域靠近半导体激光器设置，由此，得到散热性以及应力缓和效果，同时可以发生相干后方散射，并降低半导体激光器的时间性相干。
另外，在最表面的至少一部分中具有金属层的由壁面以及底面构成的凹部的底面上直接或者间接固定半导体激光器，构成上述凹部的壁面以及底面的至少一部分成为对上述第一区域内的散射光的反射面，并且设为确定上述第一区域的形状的保持面。由此，可以明确地规定多重散射区域的尺寸(大小)，并控制散射体浓度。特别地，通过上述最表面的金属层形成凹部，在其凹部内被稳定地形成/保持的第一区域中发生的散射光作为整体被导向第二区域。特别地，通过在上述最表面的金属层使用银，提高具有上述导波效应的边界面的反射率，并可以抑制多重散射特有的光吸收的积累问题。
另外，至少在上述第一区域内空间分布的散射光的到达范围内存在主要部分中连续形成形成上述最表面的金属层，使得上述金属以外的物质不露出。由此，可以有效防止在第一区域内空间分布的散射光向光轴方向以外(衬底侧等)漏出，不引起光输出的损失地使光源尺寸明确化，有效降低空间相干性。
另外，通过将上述凹部的壁面的至少一部分上形成的金属层的表面设为将上述半导体激光器的射出光的光轴方向变向上述第一区域和第二区域的边界面侧的反射面，有效加宽散射光路长度，至少在以简单的工序得到的反射面产生初期的散射(乱反射)，即使在小型的多重散射光学系统中也可以得到充分的多重散射作用。
在上述结构中，满足作为主散射体被分散的散射体的尺寸参数q为大致1～15的范围，特别是1～10的范围的结构为好。由此，可以有效地衰减弹道的直线光分量，同时有效地得到可以作为光源利用的光输出。通过第一区域的母件和散射体的折射率差Δn设为0.1以上，特别是0.15以上，在多重散射光学系统中得到理想的散射特性。
另外，上述结构可以最容易地构成人眼安全的微小多重散射光学系统，减轻散射体的遮蔽力的影响，得到不损失光输出的良好的光学特性。另外，可以通过简便的模片键合方式安装端面发光型的半导体激光器，上述半导体激光器的射出光的光轴与凹部的底面大致平行，以低成本制造。
通过以上述粒径比较小的尺寸参数q为大约1～15的散射体为主散射体，以粒径比较大的尺寸参数q为大约50以下的散射体为副散射体混合分散，发现分散工序容易，同时满足人眼安全的条件。另外，即使第一区域由以上述粒径比较小的尺寸参数q为大约1～15的散射体为主散射体的部分，和以粒径相对大的与上述散射体相同或者不同的散射体为主散射体的部分层积化，也可以同时满足分散工序的容易化和光斑减少效果。
另外，构成上述凹部的壁面的至少主要的一部分设为将上述半导体激光器的输出光的光轴多次变换的反射面。特别是，其壁面的主要部分具有特定的倾斜角且在假定不存在散射体时以大约2次～5次的反射次数达到上述凹部的开口的结构。由此，即使在第二区域的光轴方向的厚度薄的多重散射光学系统中，也可以同时满足充分的多重散射和光的取出效率，并显著地提高二维面光源的均匀性而谋求光斑降低。
另外，使上述凹部直径向开口逐渐扩大，设作为深度与其凹部的底面的直径的比的纵横尺寸比为r，设上述壁面的法线和半导体激光器的光轴所成的角度为θ[deg]，满足max{2r，3}≤θ≤20r的关系。由此，可以发现与用于光斑减少的多重散射和伴随其的上述金属层的光吸收的积累问题相关的理想的最合适条件。
在上述结构中，在第一区域中作为主散射体被分散的散射体的尺寸参数q设为大致10～15的范围，特别是15～40的范围。由此，可以更有效的使近场图样均匀化，并容易地扩大视在光源的尺寸。另外，以粒径比较大的散射体为主散射体包含的情况下，缓和对分散工序中的母体以及混匀装置的组合的限制。另外，作为高功率半导体激光器，可以将一般的端面发光型的半导体激光器通过简便的模片键合安装，不增加多余成本而形成人眼安全的光源装置。
另外，上述第一区域中，上述凹部的开口部和底面部的断面形状形成大致相同的筒状，设上述凹部的纵横尺寸比为r，和设上述凹部的壁面的法线与半导体激光器本来的光轴所成的角度为θ，则满足arctan(r/5)≤θ≤arctan(r/2)的关系，将上述凹部的壁面对半导体激光器的取舍项的光轴相对倾斜设置。由此，即使在第二区域的放大镜的光轴方向的厚度薄的多重散射光学系统中，也可以同时满足充分的多重散射和光取出效率，另外显著提高二维面光源的均匀性，谋求光斑减少。
在上述结构中，第一区域中作为主散射体被分散的散射体的尺寸参数q设为大致10～50的范围，特别设为15～40的范围。由此，可以更有效地使近场图样均匀化，容易地扩大视在光源的尺寸。
在使用上述多重反射和多重散射的组合的结构中，以折射率差比较低且粒径大(大约q≥10)的散射体为主散射体，以折射率差比较高且粒径小(大约q≤10)的散射体为副散射体进行混合分散为好。容易地同时满足二维面光源的光斑的减少减少化以及光强分布的均匀化，和光输出的取出效率的提高。另外，将以折射率差比较低(典型地大约Δn≤0.1)且粒径大(大约q≥10)的散射体为主散射体的部分，和以折射率差比较高(大约Δn≥0.1)且粒径小(大约q≤10)的散射体为副散射体的部分层积而设为第一区域为好。由此，容易实现二维面光源的光斑的减少化以及光强分布的平坦化和光输出的取出效率的同时满足。
另外，通过具有包含上述GaAs衬底上的InGaAs层的活性层，并将使用振荡波长为880nm～920nm的范围中存在的半导体激光器的光源装置设为送信部件，可以进行和作为在880nm～920nm波长带中具有峰值灵敏度波长的接收部件的硅光电二极管之间的光传送。从而，通过使用该光源装置，可以形成面向无线光通信，满足一级的人眼安全，并兼具最便宜的价格且优良的电气及光学特性的光通信模块。
另外特别地，具有包含上述GaAs衬底上的InGaAs量子阱层的活性层，将其他相对光密度高的层，例如与InGaAs层靠近的量子阻挡层和光导层，或者相对活性层另外设置的光导层等，包含InXGa1-XAsYP1-Y(0≤X＜1，0＜Y＜1)表示的三元或者四元组成的层的至少一个而形成并铝游离化，由此，在上述880nm～920nm波长带中，可以提供实现最高功率化的人眼安全装置。从而，通过使用该光源装置，可以构成面向无线光通信，满足一级的人眼安全，兼具最便宜的价格且优良的电气/光学特性的光通信模块。
另外上述半导体激光器的InGaAs量子阱层，或者量子阻挡层或光导层，或者与相对活性层另外设置的光导层等的结晶生长中，通过特意形成产生层厚的波动的层，可以扩大激光器工作时的光谱线宽。另外，通过在意图上形成局部的组成波动的层，可以扩大光谱线宽。通过使用具有这样的组成或者层厚的空间波动的半导体激光器，进一步降低多重散射光学系统的协同效应造成的光斑。
特别是，作为与InGaAs活性层靠近的量子阱阻挡层或光导层或者相对活性层另外设置的光导层，使用在层结构中包含GaAsP三元系材料或者InGaAsP四元系材料的半导体激光器时，通过研究生长条件，可以形成在谐振器内具有相位的不清晰的模拟级别的模拟的DFB(分布还原型)激光器。由此，可以将时间相干比通常的高功率半导体激光器降低1位以上。这样扩展波谱线宽，同时确保对高功率动作的充分的信赖性。通过以大振幅调制注入电流，得到更进一步的波谱线宽的扩大效果。从而，可以得到光斑几乎完全消失的一级的人眼安全，同时作为高功率半导体激光器形成具有最高级别的低工作电流特性的光源装置。
另外，特别在比高功率化更重视温度特性的激光器元件中，将作为电子块层具有变形的AlGaAsSb层包含在活性层内或者其附近较理想。在该情况下，当然同样也可以得到以上述InGaAs或InXGa1-XAsYP1-Y表示的三元或者四元形成的层的各效果。进而通过研究MOCVD或者MBE(分子线束外延附生)等各结晶生长条件，在上述AlGaAsSb电子块层中，也可以产生层厚以及组成的空间波动。
另外，由于直接或者间接连接到上述半导体激光器上的引线的至少一部分处于上述第二区域内，所以即使在向上述半导体激光器通电中第二区域破损或者剥离，上述引线和第二区域也一起被剥离而断线而遮断向半导体激光器的通电，所以可以防止相干高的激光射入用户的眼睛，可以进一步提高安全性。
另外，该多重散射光学系统，不仅树脂基板和引线框的模塑类型的光源装置，即使利用CAN封装，也可以作为极小型的人眼安全装置利用。特别地，通过将第一区域以及第二区域多层化，可以形成各种变形例。
另外，形成将上述半导体激光器选用具有在紫外区域振荡的活性层的材料，其输出光特别在第一区域内被波长变换为白色光，同时被多重散射并放出到外部的光源装置为好。另外，形成包含上述光源装置的投射型的显示模块为好。由此，可以以极低成本实现在壁面和纸面上投射文字或图像信息的超小型且消耗电力低的投射模块。
上述光源装置中，作为靠近上述半导体激光器的微小区域形成多重散射光学系统的第一区域，所以在与光电二极管的集成化·一体模块化中接收灵敏度不恶化。从而，可以实现兼备现有的IrDA晶体管系列的小型化以及低成本化，和现有的光无线LAN制品系列或者应对其的高速性以及宽通信区的以往没有的无线光通信模块。
权利要求
1.一种光源装置，其将来自光源元件的输出光经由多重散射光学系统射出到外部，其特征在于上述多重散射光学系统至少包含与上述光源元件靠近的第一区域和与该第一区域相连而至外部的第二区域，上述第一区域和上述第二区域之中的至少上述第一区域中包含比上述第二区域浓度高的散射体。
2.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于上述第二区域具有透镜部。
3.如权利要求2所述的光源装置，其特征在于上述透镜部是对于上述第一区域和上述第二区域之间的边界面上形成的二维的面光源的至少主要部分的放大镜。
4.如权利要求1至3的任何一项所述的光源装置，其特征在于在将表示上述散射体的粒径最频值Ds和上述光源元件的上述第一区域的母件中的中心波长λ之间关系的尺寸参数q设为q＝(2π/λ)·(Ds/2)时，上述散射体的粒径最频值Ds处于上述尺寸参数q满足大致1～50的范围，并且，至少在上述第一区域中包含将上述散射体以高浓度分散的部分，使得上述散射体的平均最靠近距离小于或等于上述散射体的粒径最频值Ds的20倍。
5.如权利要求1至4的任何一项所述的光源装置，其特征在于上述第一区域以凝胶状或者橡胶状的物质为母件。
6.如权利要求1至5的任何一项所述的光源装置，其特征在于包括具有确定上述第一区域的形状的壁面以及底面，在上述壁面以及底面的至少一部分上形成金属层，上述光源元件被直接或者间接固定在上述底面上的凹部，上述凹部的上述壁面以及底面的至少一部分上形成的上述金属层的表面成为对于来自上述光源元件的输出光的散射光的反射面。
7.如权利要求6所述的光源装置，其特征在于至少在上述第一区域内空间分布的散射光的到达范围内，形成于上述凹部的壁面以及底面的至少一部分上的上述金属层被连续形成，使得金属以外的物质不露出。
8.如权利要求6或者7所述的光源装置，其特征在于上述凹部的壁面的至少一部分上形成的上述金属层的表面，是将上述光源元件的射出光的光轴方向变向到上述第一、第二区域的边界面侧的反射面，同时上述第一区域中的上述尺寸参数q满足大致1～15的范围。
9.如权利要求6或者7所述的光源装置，其特征在于上述凹部的壁面的至少一部分上形成的上述金属层的表面，是将上述光源元件的射出光的光轴方向多次变向的反射面，同时上述第一区域中的上述尺寸参数q满足大致10～50的范围。
10.如权利要求9所述的光源装置，其特征在于上述凹部的开口比底面直径大，在作为深度与上述凹部的底面的直径之比的纵横尺寸比为r，上述凹部的壁面的法线和上述光源元件的射出光的光轴方向所成的角度为θ[deg]时，满足max{2r，3}≤θ≤20r的条件。
11.如权利要求9所述的光源装置，其特征在于构成上述凹部的壁面的至少一部分，在开口部和底面的断面形状形成大致相同的筒状，在作为深度与该筒状的凹部的直径之比的纵横尺寸比为r，上述凹部的壁面的法线和上述光源元件的射出光的光轴方向形成的角度为θ[deg]时，满足max{atan(r/5)，3}≤θ≤atan(r/2)的条件。
12.如权利要求1至10的任意一项所述的光源装置，其特征在于上述光源元件为半导体激光器。
13.如权利要求12所述的光源装置，其特征在于上述半导体激光器具有包含GaAs衬底上的InGaAs层的活性层，振荡波长为880nm～920nm的范围。
14.如权利要求13所述的光源装置，其特征在于上述半导体激光器具有包含GaAs衬底上的InGaAs层的活性层，包含由InXGa1-XAsYP1-Y(0≤X＜1，0＜Y＜1)表示的三元或者四元组成的层的至少一层。
15.如权利要求12至14的任意一项所述的光源装置，其特征在于上述半导体激光器具有组成或者层厚的至少一方的空间波动。
16.如权利要求14所述的光源装置，其特征在于上述半导体激光器具有包含GaAs衬底上的InGaAs层的活性层，并包含由具有上述组成的空间波动的InXGa1-ZAsYP1-Y(0≤X＜1，0＜Y＜1)表示的三元或者四元组成的层的至少一层。
17.如权利要求1至16任何一项所述的光源装置，其特征在于与上述半导体激光器直接或者间接连接的引线的至少一部分存在于上述第二区域内。
18.一种光通信模块，其特征在于，将权利要求1至17的任意一项所述的光源装置用于发送部件。
全文摘要
一种将来自半导体激光器(200)的受激发射光经由多重散射光学系统而射出到自由空间的光源装置，多重散射光学系统由与半导体激光器(200)靠近的第一区域(204)和连接到该第一区域(204)而至自由空间的第二区域(205)构成。上述第一区域(204)中高浓度包含散射体，第二区域(205)具有作为对于第一、第二区域(204、205)之间的边界面上形成的二维面光源的至少主要部分的放大镜的透镜部(205a)。由此提供一种适合光通信系统的光源装置及使用该装置的光通信模块，该光源装置为简单的结构，即使使用高功率半导体发光元件，也对人眼安全并得到高的光取出效率，同时可以消耗电力低并小型低成本化，具有高速且范围宽的通信区域。
文档编号H01S5/00GK1653660SQ0381024
公开日2005年8月10日 申请日期2003年3月3日 优先权日2002年3月8日
发明者平松卓磨, 下中淳, 森本直行 申请人:夏普株式会社