DE3017481C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleiterlaservorrich­ tung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Halbleiterlaservorrichtung dieser Art ist in der DE 24 51 018 A1 beschrieben. Bei dieser bekannten Halbleiterla­ servorrichtung besitzt ein Gehäuse, das das Halbleiterla­ serelement umgibt, zum Durchlassen sowohl des Vorwärts- als auch des Rückwärtsstrahles des Halbleiterlaserelements optische Fenster. Damit der durch ein Linsenelement ausge­ koppelte Rückwärtsstrahl möglichst ohne Reflexionsverluste an den Stirnseiten des Linsenelementes durch dieses nach außen gelangt, sind die Stirnseiten vorzugsweise mit einem antireflektierenden Film überzogen. Häufig ist es nicht vorteilhaft, daß der Rückwärtsstrahl nach außen dringt. Maßnahmen, die dies vermeiden könnten, sind der DE 24 51 018 A1 jedoch nicht zu entnehmen.

Allgemein ist es bekannt, Reflexionslicht durch reflexions­ vermindernde Beschichtungen zu unterdrücken. Solche Maßnah­ men sind z. B. aus der US-PS 41 23 591 bekannt.

Beispiele für Vorrichtungen, bei denen es auf eine mög­ lichst störungsfreie Ausbildung von Laserstrahlen ankommt, zeigen die US-PS 40 24 341 und die US-PS 40 81 604, die Ab­ tasteinrichtungen mit Halbleiterlaservorrichtungen angeben. Maßnahmen zur Verhinderung von Störungen des abtastenden Vorwärtsstrahls der Halbleiterlaservorrichtungen sind dabei jedoch nicht erwähnt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halbleiterla­ servorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß störende Rückwirkungen des Rück­ wärtsstrahls auf den aus dem Gehäuse ausgekoppelten Vor­ wärtsstrahl unterdrückt werden.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Pa­ tentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Hierdurch wird eine praktisch vollkommene Unterdrückung des Lichtes des Rückwärtsstrahls erreicht, so daß ein einwand­ freier Vorwärtsstrahl erhalten wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt einer bekannten Halbleiterlaservorrichtung,

Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels der Halbleiter­ laservorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels der Halbleiter­ laservorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des Inneren eines Laser-Aufzeichnungsgerätes.

Es war bislang üblich, ein Gehäuse 1 (siehe Fig. 1) auf der Halbleiterlaservor­ richtung vorzusehen, um schädlichen Umwelteinflüssen vorzubeugen, und den als Laserausgangssignal auftre­ tenden Lichtstrahl durch ein optisches Fenster 2 aus dem Gehäuse 1 herauszuleiten (DE 27 37 345 A1).

Da jedoch ein in der Vorrichtung benutztes Halb­ leiterlaserelement 3 einen Lichtstrahl von seinen beiden Enden aussendet, ergibt sich zwangsläufig ein Problem dadurch, daß nur einer der beiden Lichtstrahlen, und zwar ein Vorwärtsstrahl 4, alleine durch das optische Fenster 2 herausgeleitet wird, der andere Lichtstrahl jedoch, nämlich ein Rückwärtsstrahl 5, in dem Ge­ häuse 1 so reflektiert wird, daß er er mit dem Vorwärtsstrahl 4 gemischt wird.

Wenn nun die Rückwärtsstrahlkomponente mit der Vorwärtsstrahl­ komponente gemischt wird, entsteht ein Problem dadurch, daß wenn beispielsweise die Intensität des Lichtstrahles aus der Halbleitervorrichtung gemessen wird, keine genaue Bewertung möglich ist, da die Lichtintensität von Punkt zu Punkt an dem optischen Fenster unterschiedlich ist. Ferner ist es störend, daß Geister- und weitere unerwünschte Phänomene in Abhängigkeit von der Anordnung der Vorrichtung zur Zeit ihrer Benutzung auftreten. Hierdurch entstehen Unzulänglichkeiten und Nachteile, wenn die Halbleiterlaservorrichtung allein verwendet wird oder wenn sie als Aufzeichnungseinheit benutzt wird.

Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der Erfindung. Eine aus Kupfer hergestellte Halterung 11 ist fest auf einer Grundplatte 10 angebracht, die im allgemeinen aus einem Metall hergestellt ist und die Form einer kreisförmigen Scheibe hat. an der senkrechten Fläche 12 der Halterung 11 ist ein Halbleiterlaserelement 13 befestigt. Dieses Halbleiterlaserelement 13 wird mit einer herkömmlichen Versorgungseinheit betrieben, die mit einem Laserversorgungsschaltkreis versehen ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel sendet das Laserelement Licht­ strahlen mit einer Wellenlänge im Infrarotbereich sowohl nach oben als auch nach unten aus.

An der Grundplatte 10 ist ein Gehäuse in Form einer Metallkappe 14 dicht angebracht, die das Halbleiterlaserelement 13 und die Halterung 11 von der umgebenden Atmosphäre trennt. An dem Oberteil der Metallkappe ist ein optisches Fenster 15 ausgebildet, durch das der Lichtstrahl (Vorwärtsstrahl) herausgeleitet wird.

Die innere Oberfläche der Metallkappe 14 ist mit einem Film 17 beschichtet, der Reflexionen verhindert und aus Nigrosin als absorbierendem Material und einem Lack als Bindemittel zusammengesetzt ist. Der Film 17 wird im folgenden Antireflexionsfilm genannt. Der Antireflexionsfilm 17 kann ferner mit einem Mattierungsmittel mit einer großen Streuung beschichtet werden. Die Streuung wird größer, wenn pulverförmiges Siliciumoxid mit einer großen Teilchengröße in das Mattierungsmittel gemischt wird.

Nigrosin als Absorptionsmaterial ist sehr wirkungs­ voll bei der Absorption von Licht mit einer Wellenlänge im Infrarotbereich. Das Mattierungsmittel und das Siliciumoxidpulver bewirken, daß die reflektierten Strahlen zerstreut werden. Angemerkt soll werden, daß Ruß ebenso wirkungsvoll wie Nigrosin bei der Absorption von Infrarotlicht ist. Dabei kann dieses Material direkt auf die einen Rückwärtsstrahl (19) reflektierende Fläche eines Aufnahmeabschnitts (20) aufgetragen werden, oder es kann an der reflektierenden Fläche in Tafelform angebracht werden.

Die den Rückwärtsstrahl reflektierende Fläche der Halterung 11 ist geneigt.

Demgemäß wird der Rückwärtsstrahl 19 in eine von der Richtung des Vorwärts­ strahles 18 unterschiedliche Richtung reflektiert, so daß er gestreut und im Gehäuse 14 abgeschwächt wird. Die Ab­ sorptions- und Abschwächungseffekte können auch dadurch verstärkt werden, daß die innere Oberfläche des Gehäuses 14 aufgerauht wird. Wird ein Antireflexions­ film 16′ auf der geneigten reflektierenden Fläche aufgebracht, so werden die Effekte der Lichtschwächung weiter verstärkt.

Ist die Neigung der den Rückwärtsstrahl reflektierenden Fläche 20 zu steil, so ist es möglich, daß das reflek­ tierte Licht des ursprünglichen Rückwärtsstrahles direkt durch das optische Fenster 15 austritt. Deshalb sollte die Neigung einen geeigneten Winkel auf­ weisen.

Nimmt man an, daß der den Lichtstrahl aussendende Abschnitt des Halbleiterlaserelementes 13 direkt unter dem Mittelpunkt des optischen Fensters 15 liegt, so kann die horizontale Länge der den Rückwärtsstrahl reflektierenden Fläche 20 eine Länge von 1/4 oder mehr des maximalen Durchmessers des optischen Fensters von ihrem Mittelpunkt haben, wobei der Rückwärtsstrahl 19 nicht direkt nach außen projiziert wird, sondern in dem Gehäuse 14 gestreut und abgeschwächt wird.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Ein Faserkabel 21 zum Sammeln des Rückwärtsstrahles ist unter dem Halbleiterlaserelement 13 angeordnet. Das untere Endteil des Faserkabels 21 ist in eine in der Halterung 11 aus­ gebildete Aussparung bzw. einen Hohlraum eingebettet. Der restliche Aufbau entspricht dem Aufbau des in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiels.

Die Aussparung 22 dient dazu, den durch das Faser­ kabel 21 gesammelten Rückwärtsstrahl zu zerstreuen und abzu­ schwächen. Die innere Oberfläche der Aussparung ist hier­ zu geeignet aufgerauht.

Es hat sich herausgestellt, daß beim Betrieb dieser Vorrichtung die Restmenge des Rückstrahles durch das optische Fenster sehr klein ist; sie ist ungefähr 3 bis 4% der Intensität des Vorwärtsstrahles.

Da sich durch die Anordnung einer Aussparung bzw. eines Hohlraumes in dem Gehäuse zum Zerstreuen und Abschwächen des Lichtstrahles ein bedeutender Effekt ergibt, ist es ferner vorteilhaft, den Antireflexionsfilm, die geneigte reflektierende Oberfläche usw. in diesem inneren Hohlraum zu verwenden, um hierdurch einen noch größeren Effekt zu erzielen, so daß Licht des Rückwärtsstrahls nicht mehr durch das optische Fenster austritt.

Der vorstehend beschriebene Aufbau der Halbleiterlaser­ vorrichtung dient dazu, den Rückwärtsstrahl innerhalb des Ge­ häuses zu halten. Es ist jedoch auch nützlich, die Vor­ richtung so aufzubauen, daß der Rückwärtsstrahl zur ander­ weitigen Verfügung mittels eines einfachen optischen Systems, wie dem in Fig. 3 gezeigten Faserkabel 21, aus dem Gehäuse herausgeführt wird.

Wie vorstehend beschrieben wurde, sind bei der er­ findungsgemäßen Halbleiterlaservorrichtung Unterdrückungs­ einrichtungen für den Rückstrahl vorgesehen, die bewirken, daß dieser absorbiert, zerstreut und in dem Gehäuse abge­ schwächt wird, so daß verhindert wird, daß sich der Rück­ strahl des Halbleiterlaserelementes mit dem Frontstrahl mischt und mit diesem zusammen aus dem Gehäuse austritt. Hierdurch kann die Intensitätsverteilung des Frontstrahles an jeder Meßposition des optischen Fensters stark verbessert werden. Da zudem keine "Geistereffekte" aufgrund eines Rückwärtsstrahles auftreten, wird es möglich, eine genau definierte Arbeitsweise der Halbleiterlaservor­ richtung zu erzielen, die sich für die Bildaufzeichnung sehr gut eignet.

Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel einer Bildaufzeichnungsvorrichtung, die zur Aufnahme der vor­ stehend beschriebenen Halbleiterlaservorrichtung geeignet ist, in Verbindung mit Fig. 4 erläutert werden.

Fig. 4 zeigt eine elektrofotografisch arbeitende Aufzeichnungseinheit 101, die eine foto­ leitfähige Trommel 102, eine Bild-Entwicklungseinrich­ tung 103, eine Wärme-Fixiereinrichtung 104, einen Lader 105, einen Papierführungsmechanimus 106, Aufzeichnungs­ papier 106a usw. aufweist. Ein latentes elektrostatisches Bild, das auf der fotoleitfähigen Trommel ausgebildet worden ist, wird durch den Lader 105 und die Bild-Entwicklungseinrichtung 103 sichtbar gemacht. Das entwickelte Bild wird dann auf das Auf­ zeichnungspapier 106a übertragen, das über den Papier­ führungsmechanismus 106 zugeführt worden ist und ausgegeben. Innerhalb der Auf­ zeichnungseinheit 101 ist eine Montageplatte 107 für die Optik angebracht, auf der die zuvor erwähnten optischen Ele­ mente und verschiedene andere Elemente befestigt sind. Auf dieser Platte 107 sind die folgenden Bauteile angeordnet: ein Halbleiterlaserelement 108, das die Lichtquelle zum Übertragen der Bildinformation auf die fotoleitfähige Trommel darstellt, eine Kollimatorlinse 129, die den vom Laserelement in elliptischer Form ausgesandten Laserstrahl in eine kreis­ förmige Form bringt, ein halbdurch­ lässiger Spiegel 109, der einen Teil des Laserstrahles durchläßt und den anderen reflektiert, eine Strahl­ intensitäts-Meßeinrichtung 110, in die der von dem halb­ durchlässigen Spiegel 109 reflektierte Strahl zur Messung seiner Intensität eintritt, ein reflektierender Spiegel 111, der den durch den halbdurchlässigen Spiegel 109 durchtretenden Strahl umlenkt, eine Strahlauf­ weitungslinse 112, die den Durchmesser des von dem re­ flektierenden Spiegel 109 reflektierten Strahles auf­ weitet, ein Galvanometer-Abtastspiegel 113 zum Abtasten der Oberfläche der fotoleitfähigen Trommel 102 mittels des Laserstrahles, eine Abbildungslinse 114, die den Abtaststrahl hinter dem Abtastspiegel 113 auf die Oberfläche der fotoleitfähigen Trommel fokussiert, ein Strahl­ positionsbestimmungsspiegel 115, der in der Nähe der Ab­ tastbeginnposition des von der Abbildungslinse 114 ausge­ sandten Abtaststrahles angeordnet ist und der den Abtast­ strahl reflektiert, und eine Strahlpositionsbestimmungs­ einrichtung 116, die den vom Spiegel 115 reflektierten Strahl mißt und ein Steuersignal erzeugt.

Eine Spannungsversorgungseinheit 118, eine Folge­ steuerschaltung 119 und eine Bildsignalsteuerschaltung 120 sind in einem unteren Gehäuse 117 angeordnet. Eine Platte 121 mit einer Aussparung zur Aufnahme der Strahl­ aufweitungslinse 112, eine Platte 122 mit einer Aus­ sparung zur Aufnahme der Abbildungslinse 114, und eine Platte 123 mit einer Aussparung in der optischen Achse sowie mit einem Fotodetektor 123a auf der Rückseite der Aussparung sind auf der Optikmontierplatte 107 derart befestigt, daß die Mittelpunkte der Aussparungen optisch in einer Achse liegen. Eine Scheibe 124 mit einer Aus­ sparung um die optische Achse herum ist an dem vorderen Ende der Strahlaufweitungslinse 112 lösbar derart be­ festigt, daß der Mittelpunkt der Aussparung mit der optischen Achse der Strahlaufweitungslinse 112 zusammen­ fällt. Die umgebenden Flächen der Aussparungen in der zuvor erwähnten Platte 123 und der Scheibe 124 sind mit einem fluoreszierenden Material beschichtet, das, wenn es mit Licht im Wellenlängenbereich von 800 bis 900 nm angeregt wird, sichtbares Licht aussendet.

Die Lage des Laserstrahls kann durch Entfernen des Galvanometer-Abtastspiegels 113 und durch Projizieren des von der Strahlaufweitungslinse 112 ausgesandten Bildes des Laserstrahles auf die mit fluoreszierendem Material beschichtete Oberfläche einer Platte 123 beobachtet werden. Der Laserstrahl wird mit der optischen Achse der Strahl­ aufweitungslinse 112 durch Schwenken der reflektierenden Oberfläche des reflektierenden Spiegels 111 parallel aus­ gerichtet. Als Ergebnis dieser Justierung des Lichtweges geht der gesamte Laserstrahl durch die Öffnungen in der Platte 123 und einer Scheibe 124, und das Ausgangssignal eines auf der Platte 123 angebrachten Fotodetektors 123a er­ reicht einen Maximalwert. Die genaue Justierung des Licht­ weges kann durch Messen des Ausgangssignals des Foto­ detektors 123a bestätigt werden. Eine Platte 125 mit einem Längsschlitz, der den Durchgang des Abtaststrahles er­ möglicht, ist mechanisch fest auf der Oberfläche der Montageplatte für die Optik zwischen der Abbildungslinse 114 und der fotoleitfähigen Trommel 102 derart angebracht, daß der Mittelpunkt der kurzen Seite des Schlitzes mit der Mitte der Abtastfläche der Abbildungslinse 114 zu­ sammenfällt. Das fluoreszierende Material ist auf die umgebende Fläche des Längsschlitzes aufgebracht. Durch die Lichtemission des fluoreszierenden Materials auf der Oberfläche der Platte 125 kann die Position des Abtaststrahles auf der Platte 125 bestimmt werden.

Durch die Verwendung der vorstehend beschriebenen Halbleiterlaservorrichtung, bei der ein Austreten des Rückwärtsstrahles der Halbleiterlaservorrichtung aus dem optischen Fenster der Vorrichtung oder der Laser-Auf­ zeichnungsvorrichtung verhindert wird, wird es möglich, ein sehr klares und sehr scharfes Bild zu erhalten, das frei von Geisterbildern ist.

Claims (4)

1. Halbleiterlaservorrichtung mit

• - einem Halbleiterlaserelement (13), das auf seiner Achse einen Vorwärts- (18) und einen Rückwärtsstrahl (19) aussendet,
• - einem das Halbleiterlaserelement (13) umgebenden Gehäuse (14), dessen eine Oberfläche reflexionsverhindernd ausgebildet ist,
• - einem Fenster (15), durch das der Vorwärtsstrahl (18) aus dem Gehäuse austritt,
• - einem Aufnahmeabschnitt (20) im Inneren des Gehäuses (14), der mindestens ein Teil enthält, das von dem Rückwärtsstrahl getroffen wird, dadurch gekennzeichnet, daß
• - das mindestens eine Teil des Aufnahmeabschnitts (20) eben ausgebildet und unter einem Winkel schräg zur optischen Achse des Halbleiterlaserelements (13) so angeordnet ist, daß der an ihm reflektierte Teil des Rückwärtsstrahls (19) nicht zum Fenster (15) gelangt, und
• - die innere, dem Halbleiterlaserelement zugewandte Oberfläche des Gehäuses (14) reflexionsverhindernd ausgebildet ist.

2. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Teil des Aufnahmeabschnitts (20) mit einem Antireflexionsfilm (16′) beschichtet ist.

3. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Oberfläche des Gehäuses (14) rauh ist.

4. Verwendung der Halbleiterlaservorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Laseraufzeichnungsgerät (101) mit einem fotoempfindlichen Element (102), wobei der ausgesandte Laserstrahl (18) entsprechend einer Bildinformation moduliert wird.