単一素子の高出力化を達成すると,その素子を複数個アレイ化し,さらに高出力化を図る.最近,一般的に図14・4に示すように,1次元LDアレイを基本単位とし,製作するバーの長さを1 cmにする.この1 cm中にブロードエリア形LDをアレイ状に配列する.この単一素子を集積化して形成した1 cmバーの電流-出力特性の一例を図14・5に示す.最近の1 cmバーから得られた出力と発振波長の結果をまとめて図14・6に示す.青色から近赤外まで種々の波長で高出力化が達成されている.

図14・4

図14・5

図14・6

さらに高出力化を達成するために,図14・7に示すように2次元にスタック化(集積化)する.2次元スタック化・集積化して,さらに高出力化を達成するための組立方法は,コストや動作条件などにより種々の組立方式がある.図14・7は,ペルチェクーラーで冷却する方式であり,擬連続動%で比較的低デューティ(パルス幅 : 200 μs,デューティ : 数%)の組立方式である.さらに短パルス,低デューティの場合は,1 cmバーを次つぎと重ねて2次元にスタックする方法がある.

図14・7

高輝度用として使用されている代表的な例を図14・8に示す.最も多く用いられているのが水での冷却である.連続動作および高デューティ動作に適している.連続動作および高デューティ動作の場合は熱の除去を考えた組立方式を考えなければならない.

図14・8

半導体レーザーの電気-光変換効率は,ほかのレーザーと比較すると格段に高く,50%くらいであるが,投入電力の約半分が熱になる.この熱がレーザー出力,効率,発振波長,素子寿命などに大きな影響を与える.半導体レーザーの高出力化のためには,半導体レーザーチップで発生した熱の除去が非常に重要である.1 cm LDバーの標準的な素子面積は1 cm×1 mmであり,そこから50~100 Wの熱が発生する.したがって,熱密度としては500 W~1 kW/cm2程度にもなる.これは非常に大きな熱密度で,スペースシャトルが大気圏再突入時に受ける摩擦熱の熱密度が約100 W/cm2といわれている.スペースシャトルの外壁は,この摩擦熱のために1500 °C程度に達するといわれている.

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