[发明专利]半导体激光器、光源单元和激光照射装置

说明书

本发明涉及半导体激光器、光源单元和激光照射装置。为了改善来自具有锥形波导结构的半导体激光器的激光的质量和输出。一种波导，包括窄波导、宽波导和锥形波导。所述宽波导的宽度Ww比所述窄波导的宽度Wn宽。所述锥形波导使其宽度连续变化，以便分别耦合所述窄波导和所述宽波导。设所述波导的长度为L、面积为S，则满足Ks＝S/(Wn·L)以及1ks≤1.5。

相关申请的交叉引用

2016年11月25日提交的日本专利申请No.2016-228526的公开(包括说明书、附图和摘要)的全部内容以引用方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及半导体激光器、光源单元和激光照射装置。

背景技术

氮化物半导体激光器已经被开发为用于高密度光盘等的拾取光源，并且最近被部署在需要更高的输出功率的诸如投影仪、照明设备、加工设备等各种领域中。尤其在包括用于感测或分析的精确测量仪器、打印或曝光装置和3D打印机的处理应用中，伴随着高速和高分辨率的需要，需要在保持高光束质量的同时实现高功率。

在需要高光束质量的应用中，通常使用具有窄折射率波导结构的被称为单横向模式激光器的类型的半导体激光器作为水平方向上的光容纳结构。该激光器通过使波导变窄而截止光的横向高次模式来单独地以基本模式振荡激光束，从而能够恒定地获得单峰光束强度分布。另一方面，由于波导的宽度窄，所以端面的束斑大小减小，以增加发射端面的光密度，从而使得光输出的上限主要受端面的光学破坏强度(optical breaking strength)限制。

作为改善半导体激光器的光输出的方法，已知通过扩大波导宽度来增大束斑大小。然而，通过仅仅扩大波导宽度，不仅允许单峰基本模式而且还允许高阶模式，这可能使光束质量下降。

作为在保持单峰光束形状的同时增大输出的方法，已知锥形波导结构，其中波导宽度仅在端面部分中扩大(参见日本未经审查专利申请公开No.2003-101139和PCT国际申请公开的日文翻译No.2005-524234)。锥形波导结构设置有在端面附近允许高次模式的宽波导、在激光元件的中心处单独允许基本模式的窄波导以及将窄波导和宽波导平滑耦合的锥形波导。利用该锥形波导结构，通过适宜地设计锥形波导的尺寸，能够在允许窄波导用作防止高次模式传播的滤波器的同时，使基本模式中的波导损失最小化。这使得与现有技术的单模式激光器相比，能够增大束斑大小而不增大操作电流。

发明内容

然而，本发明人研究了引入以上提到的锥形波导结构的激光器的电流-光输出(I-L)特性，发现可能对电流-光输出(I-L)特性产生劣化。图15示出了引入典型锥形波导结构的激光器的电流-光输出(I-L)特性。在图15中，虚线指示电流-光输出(I-L)特性，实线指示其微分曲线dL/dI(以下称为“斜率效率”)。如图15中所示，这样的激光器涉及可能发生弯曲(扭折)从而使斜率效率降低的问题。变得显而易见的是，结果无法实现稳定的高功率操作。

已知电流-光输出(I-L)特性中的被称为“扭折”的弯曲通常是由空间烧孔导致的模式不稳定性引起的。这通过以下机制来解释：在基本模式的激光振荡的状态下，在光子密度最高的波导中心发生局部载流子消耗，因此水平增益和折射率分布变化并且容易产生高次模式。

因此，发生扭折之后的光束(远场图像或近场图像)不是基本模式的单峰形状，而是诸如初级模式和次级模式的高次模式的混合波形。此外，为了提高作为发生扭折的光输出的扭折光输出Pkink，被认为有效的是通过减小波导的水平折射率差(Δn)来减弱基本模式的光容纳(light containment)。