CN105075036A - 半导体激光模块及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

半导体激光模块(1)具备射出具有沿着Z方向的光轴的激光L的半导体激光元件(30)、对激光L的成分中的快轴方向(Y方向)的成分进行准直的准直透镜(40)、以及相对于半导体激光元件(30)被固定的透镜固定块(50)。透镜固定块(50)具有与X方向垂直的透镜安装面(50A)。准直透镜(40)的X方向上的端部(40A)通过透镜固定用树脂(42)被固定在透镜固定块(50)的透镜安装面(50A)上。

Description

半导体激光模块及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体激光模块及其制造方法，特别是涉及包括半导体激光元件和对从半导体激光元件射出的激光进行准直的准直透镜的半导体激光模块及其制造方法。
背景技术
一般，与半导体激光元件的pn结垂直的方向被称为快轴，与pn结平行的方向被称为慢轴，半导体激光元件的快轴方向的开口数远大于慢轴方向的开口数。因此，从半导体激光元件射出的激光在快轴方向上具有较大的宽度。因此，需要在半导体激光元件的射出面的附近配置对从半导体激光元件的射出的激光的快轴方向的成分进行准直的准直透镜(例如参照专利文献1以及专利文献2)。
为了使用这种准直透镜来构成所希望的光学系统，需要在沿着光轴的方向以及沿着快轴的方向上相对于半导体激光元件以高精度固定准直透镜，并抑制半导体激光元件与准直透镜之间的位置关系的变动。具体而言，半导体激光元件和准直透镜间的位置关系需要以微米级固定以及维持。
例如，在专利文献1的第4图所公开的光纤安装装置中，准直透镜(光纤透镜26)沿着其轴线以能够滑动的方式安装，为了使光纤透镜26能够滑动，需要在圆筒形夹紧器52与光纤透镜26之间形成一定的缝隙。因此，不可能在从半导体激光元件棒10射出的激光的光轴方向以及快轴方向的双方以微米级抑制光纤透镜26的位置的变动。
另外，专利文献1的光纤透镜26利用环氧树脂50被固定在安装部件40上，但伴随着该环氧树脂50的固化收缩，光纤透镜26在激光的光轴方向上产生偏差。并且，由于该光纤透镜26利用环氧树脂50直接被固定在安装部件40上，所以为了进行光纤透镜26的调心，至少需要将调心对准量以上的环氧树脂50设置于安装部件40与光纤透镜26之间。因该环氧树脂50的温度、湿度所产生的收缩、膨胀，光纤透镜26也在快轴方向上产生偏差。
另外，在专利文献2中公开了分别利用钎焊层5、8将半导体激光元件1和准直透镜6固定于一个辅助物体4，使半导体激光元件1的弯曲和准直透镜6的弯曲连动来抑制两者间的位置关系的变动的半导体激光模块。在调整半导体激光元件1的位置时，为了钎焊层5、8的钎焊，需要例如约在400℃的高温下进行半导体激光元件1的定位。然而，由于在这样的温度下无法从半导体激光元件1射出激光，所以存在无法一边从半导体激光元件1射出激光一边对准直透镜6进行调心(所谓的主动调心)这个问题。
在这种情况下，如果代替钎焊层5、8而使用树脂等来固定半导体激光元件1以及准直透镜6则可进行主动调心，即使在该情况下，由于因树脂的收缩、膨胀，辅助物体4以及准直透镜6的位置相对于半导体激光元件1较大地变动，所以产生准直透镜6从调心位置偏移这个问题。
专利文献1:日本特开2004－200634号公报
专利文献2:日本专利第3423723号公报
发明内容
本发明是鉴于这样的以往技术的问题点而完成的，第1目的在于提供一种能够降低固定准直透镜的树脂的收缩、膨胀带来的影响，并使准直透镜保持高精度地调心的状态的半导体激光模块。
另外，本发明的第2目的在于提供一种能够一边进行准直透镜的主动调心，一边以高精度对半导体激光元件固定准直透镜的半导体激光模块的制造方法。
根据本发明的第1方式，提供一种能够减少固定准直透镜的树脂的收缩、膨胀所带来的影响，并使准直透镜保持被高精度调心的状态的半导体激光模块。该半导体激光模块具备射出具有沿着第1方向的光轴的激光的半导体激光元件、对从上述半导体激光元件射出的激光的成分中的与上述第1方向垂直的第2方向的成分进行准直的准直透镜、以及相对于上述半导体激光元件被固定的透镜固定块。该透镜固定块具有同与上述第1方向以及上述第2方向垂直的第3方向垂直的透镜安装面。上述准直透镜的上述第3方向的端部的至少一方通过透镜固定用树脂被固定在上述透镜固定块的透镜安装面上。
这样，根据本发明的第1方式，固定准直透镜的透镜固定用树脂被设置在准直透镜的第3方向的端部和与第3方向垂直的透镜安装面之间，所以因透镜固定用树脂的固化收缩、温度或者湿度所带来的透镜固定用树脂的收缩、膨胀而产生的准直透镜的位置的变化主要仅为第3方向。并且，准直透镜是无需在第3方向上调整位置而光学上是哪个位置都可以，所以也能够减小准直透镜与透镜安装面之间的透镜固定用树脂的厚度，并能够减小透镜固定用树脂的收缩或者膨胀所带来的变化量本身。因此，准直透镜的位置在第1方向以及第2方向上几乎没有变化。因此，能够降低固定准直透镜的透镜固定用树脂的收缩、膨胀所带来的影响，并使准直透镜保持为被高精度调心的状态。
此处，能够将上述第2方向设为从上述半导体激光元件射出的激光的快轴的方向。另外，作为上述透镜固定用树脂，能够使用UV固化树脂或者热固化树脂。并且，优选将上述半导体激光元件和上述透镜固定块固定于同一基板。另外，也可以在上述基板与上述半导体激光元件之间配置隔离物。
另外，优选使夹着上述准直透镜而存在于上述第1方向的两侧的透镜固定用树脂的量相互相等。这样，由于夹着准直透镜而存在于第1方向的两侧的透镜固定用树脂的收缩量或者膨胀量相等而相互抵消，所以实际上能够使透镜固定用树脂的收缩、膨胀对准直透镜的第1方向的影响消失。同样地，优选使夹着上述准直透镜而存在于上述第2方向的两侧的透镜固定用树脂的量相互相等。这样，由于夹着准直透镜而存在于第2方向的两侧的透镜固定用树脂的收缩量或者膨胀量相等而相互抵消，所以实际上能够使透镜固定用树脂的收缩、膨胀对准直透镜的第2方向的影响消失。
并且，若透镜固定块与基板之间的块固定用树脂的厚度比20μm厚，则因温度或者湿度所带来的块固定用树脂的收缩、膨胀，透镜固定块以及被固定在透镜固定块上的准直透镜在第2方向上移动，从准直透镜射出的激光的光路发生偏移而产生负面影响，所以优选经由厚度为20μm以下的块固定用树脂将上述透镜固定块固定于上述基板上。
根据本发明的第2方式，提供一种能够一边进行准直透镜的主动调心，一边以高精度对半导体激光元件固定准直透镜的半导体激光模块的制造方法。通过该制造方法，制造出具备射出具有沿着第1方向的光轴的激光的半导体激光元件、和对从该半导体激光元件射出的激光的成分中的与上述第1方向垂直的第2方向的成分进行准直的准直透镜的半导体激光模块。该制造方法中，将上述半导体激光元件固定于基板，并将具有透镜安装面的透镜固定块以该透镜安装面与第3方向的垂直的方式固定于上述基板，上述第3方向与上述第1方向以及上述第2方向垂直。在上述透镜固定块的透镜安装面涂覆透镜固定用树脂，并将上述准直透镜的上述第3方向的端部插入上述透镜安装面上涂覆的透镜固定用树脂。一边从上述半导体激光元件射出激光一边将插入到上述透镜固定用树脂的准直透镜定位于所希望的位置，并在上述准直透镜被定位的状态下使上述透镜固定用树脂固化来将上述准直透镜固定于上述透镜固定块上。
这样，根据本发明的第2方式，由于使用透镜固定用树脂来将准直透镜固定在透镜固定块上，所以无需如专利文献2的焊接那样保持为高温。因此，能够一边从半导体激光元件射出激光一边进行准直透镜的定位(主动调心)。并且，由于透镜固定用树脂被设置在准直透镜的第3方向的端部和与第3方向垂直的透镜安装面之间，所以因透镜固定用树脂的固化收缩、温度或者湿度所带来的透镜固定用树脂的收缩、膨胀而产生的准直透镜的位置的变化主要仅为第3方向。并且，准直透镜无需在第3方向上调整位置而光学上哪个位置都可以，所以也能够减小准直透镜与透镜安装面之间的透镜固定用树脂的厚度，并能够减小透镜固定用树脂的收缩或者膨胀所带来的变化量本身。因此，准直透镜的位置在第1方向以及第2方向上几乎没有变化，能够以高精度地相对于半导体激光元件固定准直透镜。
此处，能够将上述第2方向设为从上述半导体激光元件射出的激光的快轴的方向。另外，作为上述透镜固定用树脂，能够使用UV固化树脂或者热固化树脂。另外，也可以在上述基板与上述半导体激光元件之间配置隔离物。
另外，优选以夹着上述准直透镜而存在于上述第1方向的两侧的透镜固定用树脂的量相互相等的方式将上述准直透镜的端部插入上述透镜固定用树脂。这样，夹着准直透镜而存在于第1方向的两侧的透镜固定用树脂的收缩量或者膨胀量相等而相互抵消，所以实际上能够使透镜固定用树脂的收缩、膨胀对准直透镜的第1方向的影响消失。同样地，优选以夹着上述准直透镜而存在于上述第2方向的两侧的透镜固定用树脂的量相互相等的方式将上述准直透镜的端部插入上述透镜固定用树脂。这样，夹着准直透镜而存在于第2方向的两侧的透镜固定用树脂的收缩量或者膨胀量相等而相互抵消，所以实际上能够使透镜固定用树脂的收缩、膨胀对准直透镜的第2方向的影响消失。
并且，若透镜固定块与基板之间的块固定用树脂的厚度比20μm厚，则因温度或者湿度所带来的块固定用树脂的收缩、膨胀，透镜固定块以及被固定在透镜固定块的准直透镜在第2方向上移动，所以优选在将上述透镜固定块固定于上述基板时，在上述透镜固定块与上述基板之间涂覆块固定用树脂，并以上述透镜固定块与上述基板之间的上述块固定用树脂的厚度为20μm以下的方式一边将上述透镜固定块向上述基板推压一边使上述块固定用树脂固化来将上述透镜固定块固定于上述基板。
根据本发明，能够提供一种能够降低固定准直透镜的树脂的收缩、膨胀所带来的影响，并使准直透镜保持为被高精度调心的状态的半导体激光模块。另外，根据本发明，能够一边进行准直透镜的主动调心，一边以高精度对半导体激光元件固定准直透镜的半导体激光模块的制造方法。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式中的半导体激光模块的俯视图。
图2是图1的半导体激光模块的主视图。
图3是图1的半导体激光模块的侧面图。
图4是说明图1的半导体激光模块的制造方法的图。
图5是说明图1的半导体激光模块的制造方法的图。
图6是说明图1的半导体激光模块的制造方法的图。
图7是说明图1的半导体激光模块的制造方法的图。
图8是表示本发明的第2实施方式中的半导体激光模块的俯视图。
图9是图8的半导体激光模块的主视图。
具体实施方式
以下，参照图1～图9，详细地对本发明所涉及的半导体激光模块的实施方式进行说明。此外，在图1～图9中，在同一或者相当的构成要素附加同一符号，省略重复的说明。
图1是表示本发明的第1实施方式中的半导体激光模块1的俯视图，图2是主视图，图3是侧面图。如图1～图3所示，本实施方式中的半导体激光模块1具备第1基板10、固定在第1基板10上的第2基板20、安装在第2基板20上的半导体激光元件(激光二极管)30、对从半导体激光元件30射出的激光进行准直的准直透镜40、以及在第1基板10上通过块固定用树脂52被固定的透镜固定块50。图1中，半导体激光元件30沿着Z方向射出激光L。此外，以下，图2所示的Y方向作为激光L的快轴方向进行说明。
准直透镜40对从半导体激光元件30射出的激光L的成分中的快轴方向(Y方向)的成分进行准直来生成平行光。在本实施方式中，如图2所示，对于YZ平面中的准直透镜40的剖面，激光L入射的侧与Y轴平行，激光射出的侧成为凸面状。准直透镜40具有这样的剖面形状，沿着激光L的慢轴方向(X方向)延伸。例如，准直透镜40的X方向的长度为2mm左右。为了生成所希望的平行光而对准直透镜40进行调心，关于Y方向以及Z方向被高精度地定位。
透镜固定块50是例如由玻璃等构成的大致长方体状的部件，具有与激光L的光轴平行的透镜安装面50A。本实施方式中的透镜安装面50A构成为也与激光L的快轴(Y方向)平行，即与X方向垂直。
如图1以及图3所示，透镜固定块50被配置在第2基板20的附近，在第1基板10的上表面通过块固定用树脂52被固定。作为该块固定用树脂52，能够使用例如UV固化树脂或者热固化树脂。
准直透镜40的X方向的端部40A通过透镜固定用树脂42被固定在透镜固定块50的透镜安装面50A上。准直透镜40不与第1基板10接触，在透镜固定块50上被固定成悬臂梁状。作为该透镜固定用树脂42，能够使用例如UV固化树脂或者热固化树脂。透镜固定用树脂42从X方向、Y方向以及Z方向固定准直透镜40的端部40A。此处，优选夹着准直透镜40而存在于Z方向的两侧的透镜固定用树脂42的量相互相等，另外，优选夹着准直透镜40而存在于Y方向的两侧的透镜固定用树脂42的量相互相等。并且，优选减小准直透镜40与透镜安装面50A之间的透镜固定用树脂42的厚度。
此处，由于固定准直透镜40的透镜固定用树脂42被设置在准直透镜40的X方向的端部40A和与X方向垂直的透镜安装面50A之间，透镜固定用树脂42的固化收缩、温度或者湿度所带来的透镜固定用树脂42的收缩、膨胀而产生的准直透镜40的位置的变化主要为X方向，即仅为慢轴方向。并且，如果减小准直透镜40与透镜安装面50A之间的透镜固定用树脂42的厚度，能够减小透镜固定用树脂42的收缩或者膨胀所带来的变化量本身。因此，准直透镜40的位置在Y方向以及Z方向上几乎不变化，能够使准直透镜40保持为被高精度地调心的状态。
此外，在图1～图3所示的例子中，准直透镜40的端部40A的X方向的端面全体通过透镜固定用树脂42被固定在透镜安装面50A上，准直透镜40的端部40A的X方向的端面的至少一部分通过透镜固定用树脂42被固定在透镜安装面50A上即可。
另外，通过使夹着准直透镜40而存在于Z方向的两侧的透镜固定用树脂42的量相互相等，使存在于准直透镜40的两侧的透镜固定用树脂42的收缩量或者膨胀量相等而相互抵消，所以实际上能够使透镜固定用树脂42的收缩、膨胀对准直透镜40的Z方向的影响消失。另外，通过使夹着准直透镜40而存在于Y方向的两侧的透镜固定用树脂42的量相互相等，使存在于准直透镜40的两侧的透镜固定用树脂42的收缩量或者膨胀量相等而相互抵消，所以实际上能够使透镜固定用树脂42的收缩、膨胀对准直透镜40的Y方向的影响消失。
接下来，对制造本实施方式中的半导体激光模块1的方法进行说明。在制造半导体激光模块1时，首先，将安装有半导体激光元件30的第2基板20固定于第1基板10上(图4)。
接下来，在第1基板10上的规定位置涂覆块固定用树脂52(图5)，在该块固定用树脂52上放置透镜固定块50(图6)。而且，以使透镜固定块50与第1基板10之间的块固定用树脂52的厚度尽量薄的方式一边将透镜固定块50向第1基板10推压一边使块固定用树脂52固化来将透镜固定块50固定于第1基板10。此时，透镜固定块50的透镜安装面50A与X方向垂直。
接下来，在透镜固定块50的透镜安装面50A涂覆透镜固定用树脂42，从X方向将准直透镜40的X方向的端部40A插入透镜固定用树脂42(图7)。
而且，从半导体激光元件30射出激光，并在该状态下使准直透镜40移动来进行定位(主动调心)。此时，优选准直透镜40与透镜安装面50A之间的透镜固定用树脂42的厚度尽量薄。在准直透镜40被高精度地定位的状态下，使透镜固定用树脂42固化来将准直透镜40固定于透镜固定块50。这样，完成半导体激光模块1(图1)。
如上述，根据本实施方式中的半导体激光模块1的制造方法，由于使用透镜固定用树脂42将准直透镜40固定在透镜固定块50上，所以不需要如专利文献2的焊接那样保持为高温。因此，能够一边从半导体激光元件30射出激光一边进行准直透镜40的定位(主动调心)。
另外，由于将准直透镜40的X方向的端部40A固定在与X方向垂直的透镜安装面50A上，所以透镜固定用树脂42的固化收缩、温度或者湿度所带来的透镜固定用树脂42的收缩、膨胀所产生的准直透镜40的位置的变动在Y方向以及Z方向上几乎不产生。另外，如果减小准直透镜40与透镜安装面50A之间的透镜固定用树脂42的厚度，则能够减小透镜固定用树脂42的收缩或者膨胀所带来的变化量本身。因此，能够使准直透镜40保持为被高精度地调心的状态。
此处，优选以透镜固定块50与第1基板10之间的块固定用树脂52的厚度为20μm以下的方式固定透镜固定块50。是因为若透镜固定块50与第1基板10之间的块固定用树脂52的厚度比20μm厚，则因温度或者湿度所带来的块固定用树脂52的收缩、膨胀，透镜固定块50以及固定在透镜固定块50上的准直透镜40在Y方向(快轴方向)上移动，从准直透镜40射出的激光的光路偏移而产生负面影响。
图8是表示本发明的第2实施方式中的半导体激光模块101的俯视图，图9是主视图。如图8以及图9所示，本实施方式中的半导体激光模块101在第1基板10与第2基板20之间具备作为隔离物的第3基板120。这样，通过在第1基板10与第2基板20之间设置适当的厚度的隔离物120，能够将半导体激光元件30设置为所希望的高度。
另外，本实施方式中的半导体激光模块101具备例如由玻璃等构成的大致长方体状的透镜固定块150。该透镜固定块150具有与X方向垂直的透镜安装面150A。在透镜安装面150A上通过透镜固定用树脂42固定准直透镜40的X方向的端部40A。
此外，在上述的各实施方式中，透镜固定块50相对于半导体激光元件30固定地设置即可，也可以固定在与第1基板10不同的部件，但优选如上述的第1以及第2实施方式那样将透镜固定块50固定于与供半导体激光元件30固定的基板同一个基板(第1基板10)上。
另外，在上述的各实施方式中，对仅固定准直透镜40的X方向的端部的一方的构成进行了说明，但也可以对另一方端部也设置同样的透镜固定块50，并固定准直透镜40的X方向的两端部。
并且，上述的实施方式中的准直透镜40对激光L的成分中的快轴方向(Y方向)的成分进行准直，但在使用对激光L的成分中的慢轴方向(X方向)的成分进行准直的透镜的情况下也能够应用本发明。该情况下，与XZ平面平行地配置透镜固定块的透镜安装面，并在该透镜安装面上固定准直透镜的Y方向的端部即可。
至此对本发明的优选的实施方式进行了说明，但本发明并不限于上述的实施方式，当然在其技术思想的范围内可以以各种不同的方式实施。
工业上的利用可能性
本发明适合使用于包括半导体激光元件和对从半导体激光元件射出的激光进行准直的准直透镜的半导体激光模块。
符号说明
L…激光；1…半导体激光模块；10…第1基板；20…第2基板；30…半导体激光元件；40…准直透镜；40A…端部；42…透镜固定用树脂；50…透镜固定块；50A…透镜安装面；52…块固定用树脂；120…第3基板(隔离物)；150…透镜固定块；150A…透镜安装面。

Claims (12)

1.一种半导体激光模块，其特征在于，具备：
半导体激光元件，其射出具有沿着第1方向的光轴的激光；
准直透镜，其对从所述半导体激光元件射出的激光的成分中的与所述第1方向垂直的第2方向的成分进行准直；以及
透镜固定块，其具有与第3方向垂直的透镜安装面，并相对于所述半导体激光元件被固定，所述第3方向与所述第1方向以及所述第2方向垂直，
其中，所述准直透镜的所述第3方向的端部的至少一方通过透镜固定用树脂被固定在所述透镜固定块的透镜安装面上。
2.根据权利要求1所述的半导体激光模块，其特征在于，
所述第2方向是从所述半导体激光元件射出的激光的快轴的方向。
3.根据权利要求1或者2所述的半导体激光模块，其特征在于，
所述透镜固定用树脂是UV固化树脂或者热固化树脂。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的半导体激光模块，其特征在于，
夹着所述准直透镜而存在于所述第1方向的两侧的所述透镜固定用树脂的量相互相等，
夹着所述准直透镜而存在于所述第2方向的两侧的所述透镜固定用树脂的量相互相等。
5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的半导体激光模块，其特征在于，
所述半导体激光元件和所述透镜固定块被固定在同一基板上。
6.根据权利要求5所述的半导体激光模块，其特征在于，
所述透镜固定块经由厚度为20μm以下的块固定用树脂被固定在所述基板上。
7.根据权利要求5或者6所述的半导体激光模块，其特征在于，
还具备配置在所述基板与所述半导体激光元件之间的规定厚度的隔离物。
8.一种半导体激光模块的制造方法，该半导体激光模块具备射出具有沿着第1方向的光轴的激光的半导体激光元件、和对从该半导体激光元件射出的激光的成分中的与所述第1方向垂直的第2方向的成分进行准直的准直透镜，其特征在于，
将所述半导体激光元件固定于基板，
将具有透镜安装面的透镜固定块以该透镜安装面与第3方向垂直的方式固定于所述基板，所述第3方向与所述第1方向以及所述第2方向垂直，
在所述透镜固定块的透镜安装面上涂覆透镜固定用树脂，
将所述准直透镜的所述第3方向的端部插入至所述透镜安装面上涂覆的透镜固定用树脂，
一边从所述半导体激光元件射出激光一边将插入到所述透镜固定用树脂的准直透镜定位于所希望的位置，
在所述准直透镜被定位的状态下使所述透镜固定用树脂固化来将所述准直透镜固定于所述透镜固定块。
9.根据权利要求8所述的半导体激光模块的制造方法，其特征在于，
所述第2方向是从所述半导体激光元件射出的激光的快轴的方向。
10.根据权利要求8或者9所述的半导体激光模块的制造方法，其特征在于，
以夹着所述准直透镜而存在于所述第1方向的两侧的所述透镜固定用树脂的量相互相等、夹着所述准直透镜而存在于所述第2方向的两侧的所述透镜固定用树脂的量相互相等的方式，将所述准直透镜的所述第3方向的端部插入至所述透镜固定用树脂。
11.根据权利要求8～10中的任意一项所述的半导体激光模块的制造方法，其特征在于，
在将所述透镜固定块固定于所述基板时，在所述透镜固定块与所述基板之间涂覆块固定用树脂，并以所述透镜固定块与所述基板之间的所述块固定用树脂的厚度为20μm以下的方式，一边将所述透镜固定块向所述基板按压一边使所述块固定用树脂固化而将所述透镜固定块固定于所述基板。
12.根据权利要求8～11中的任意一项所述的半导体激光模块的制造方法，其特征在于，
在所述基板与所述半导体激光元件之间配置规定厚度的隔离物。
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