CN107078463A - Ld模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种LD模块。使LD(11)的发射极宽度(WLD)比光纤(12)的入射端面(12S)的纤芯(121)的直径(DC)大。另外，利用夹装在LD(11)与光纤(12)之间的光学系统(13)，使光纤(12)的入射端面(12S)处的激光的光束直径(DB)比光纤(12)的入射端面(12S)处的芯径(DC)小。由此，提高LD(11)的可靠性而不降低LD(11)与光纤(12)的结合效率。

Description

LD模块
技术领域
本发明涉及具备半导体激光元件和光纤的LD模块。
背景技术
LD模块被广泛使用，其具备半导体激光元件(以下记为“LD”)和光纤，将从LD射出的激光与光纤结合。近几年，使LD多个化或者使各LD高输出化，从而促进了LD模块的高输出化。
在实现了高输出化的LD中，作为用于提高其可靠性的技术，例如公知有专利文献1～2记载的技术。专利文献1记载的技术通过利用具有抑制表面能级的产生的作用的处理液处理LD的端面，从而抑制COD(Catastrophic Optical Damage：光学灾变)的产生。另外，专利文献2记载的技术通过使纵向的光密度分散，从而使活性层的光封闭系数(Γ因子)降低。
专利文献1：日本公开专利公报“日本特开平9-162501号”(公开日：1997年6月20日)
专利文献2：国际公开公报“第2010/050071号”(公开日：2010年5月6日)
为了降低LD发生偶然故障的概率，即为了提高LD的可靠性，除了采用专利文献1～2记载的技术等之外，一般还有延长LD的共振器长度。实际通过延长LD的共振器长度，提高散热性，并且减少活性层的每单位体积的光的损失，所以活性层的温度降低。另外，能够将专利文献2记载的技术更有效地应用于延长共振器长度的LD。
然而，若延长LD的共振器长度，则LD的电光转换效率降低。因此，若延长搭载于LD模块的LD的共振器长度，则导致LD模块的效率降低之类的问题。以下说明在延长LD的共振器长度时LD的电光转换效率降低的理由。
为了在LD中实现激光振荡，在增益系数g、波导损失αwg以及反射镜损失αm之间需要有下述式(1)的关系成立。
g＝αwg+αm……(1)
将形成于LD芯片端面的反射镜的反射率设为R1、R2，共振器长度设为L，则反射镜损失αm可由下述式(2)表示。
αm＝ln(1/(R1·R2))/2L……(2)
因此，光提取效率η＝αm/g＝αm/(αwg+αm)可由下述式(3)表示。
η＝αm/(αwg+αm)
＝ln(1/(R1·R2))/(2L·αwg+ln(1/(R1·R2)))……(3)
根据上述式(3)可知，若延长共振器长度L，则光提取效率η降低。这意味着若延长共振器长度L，则电光转换效率降低。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的是实现提高LD的可靠性而不会导致LD的电光转换效率的降低的LD模块。
为了解决上述课题，本发明的LD模块的特征在于，具备：具有活性层的多模激光二极管且从射出端面射出激光的多模激光二极管、具有纤芯的多模光纤且使上述激光从入射端面入射的多模光纤、以及夹装在上述多模激光二极管与上述多模光纤之间的光学系统，上述多模激光二极管的发射极宽度比上述多模光纤的上述入射端面处的上述纤芯的直径大，上述光学系统会聚上述激光，以使得上述多模光纤的上述入射端面处的上述激光的光束直径比上述多模光纤的上述入射端面处的上述纤芯的直径小。
根据本发明，能够实现提高LD的可靠性而不会导致LD与光纤的结合效率降低的LD模块。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式LD模块的图。(a)是该LD模块的俯视图，(b)是该LD模块的侧视图，(c)是该LD模块的AA′箭头方向的剖视图，(d)是该LD模块的BB′箭头方向的剖视图。
图2是本发明的第二实施方式LD模块的俯视图。
图3是本发明的第三实施方式LD模块的俯视图。
图4是图3所示的LD模块具备的双重反射镜的立体图。
图5是表示在本发明的各实施方式LD模块中从LD输出的激光的光束参数积(BPP，Beam Parameter Product)如何依存于该LD的发射极宽度的图表。
具体实施方式
以下结合附图来说明本发明的LD(Laser Diode，半导体激光元件)模块的若干实施方式。
[第一实施方式]
参照图1说明本发明的第一实施方式LD模块1。在图1中，(a)是LD模块1的俯视图，(b)是LD模块1的侧视图，(c)是LD模块1的AA′剖面的箭头方向的剖视图，(d)是LD模块1的BB′剖面的箭头方向的剖视图。
如图1所示，LD模块1具备LD11、光纤12、光学系统13、基板14、LD支架15、光纤支架16。
LD11是由活性层111、和夹住该活性层111的两个包层构成的多模激光二极管。这里，多模激光二极管是指具有多个横模的激光二极管。在LD11中生成的激光从构成LD11的端面11S的活性层111的端面向LD11的外部射出。本说明书中，也将该端面11S记为“射出端面”。在本实施方式中，对于LD11而言，假定是发射极宽度即射出端面11S的活性层宽度(活性层111的长边尺寸)WLD为200μm、横方向的射出角度为5°(单角)的多模激光二极管(特别地，发射极宽度由射出端面的活性层宽度来定义)。
光纤12是由纤芯121、和包围该纤芯121的包层构成的多模光纤。这里，多模光纤是指具有多个传播模式的光纤。从LD11射出的激光从构成光纤12的端面12S的纤芯121的端面向光纤12的内部入射。本说明书中，也将该端面12S的记为“入射端面”。在本实施方式中，对于光纤12而言，假定是芯径为105μm、NA(开口数)为0.22的多模光纤。
此外，光纤12的包层的层数没有特别限定。即光纤12例如可以是具有一层包层的单包层光纤，也可以是具有双层包层的双包层光纤，还可以是具有三层包层的三包层光纤。另外，LD11不限定于发射极宽度与LD11的整个宽度一致(参照图1)。即可以使用埋入ヘ异质构造或者电流收窄构造由此使发射极宽度比LD11的整个宽度窄。
在本实施方式中，LD11经由LD支架15载置于基板14上，光纤12经由光纤支架16载置于基板14上。此时，光纤12的配置以使其中心轴与从LD11射出的激光的光轴一致的方式决定。
光学系统13是夹装在LD11与光纤12之间并用于会聚从LD11射出的激光的结构。特别地，本实施方式光学系统13通过将从LD11射出的激光的S轴方向的扩散会聚，从而使光纤12的入射端面12S处的激光的光束直径DB比光纤12的入射端面12S处的纤芯121的直径DC小。
在本实施方式中，使用包含准直透镜131以及聚光透镜132的光学系统作为光学系统13。
准直透镜131是用于将作为从LD11射出的扩散光的激光转换为平行光的透镜。在本实施方式中，作为准直透镜131，使用以使其平表面与LD11的射出端面11S对置的方式，并且使其凸表面与聚光透镜132的凸表面对置的方式配置的平凸柱面透镜(R＝6mm)。此外，准直透镜131以使其轴与从LD11射出的激光的F轴方向平行的方式配置，照准该激光的S轴方向的扩散。因此，也称为“S轴准直透镜”。
聚光透镜132是用于将作为从准直透镜131射出的平行光的激光转换为会聚光的透镜。在本实施方式中，作为聚光透镜132，使用以使其凸表面与准直透镜131的凸表面对置的方式，并且使其平表面与光纤12的入射端面12S对置的方式配置的平凸柱面透镜(R＝3mm)。此外，聚光透镜132以使其轴与从准直透镜131射出的激光的F轴方向平行的方式配置，将该激光的S轴方向的扩散会聚。因此，也称为“S轴聚光透镜”。
在LD模块1中应关注的点是LD11的发射极宽度即射出端面11S的活性层111的长边尺寸WLD(参照图1(c))比光纤12的入射端面12S的纤芯121的直径DC(参照图1(d))大。由此，LD11的射出端面11S的光密度降低，其结果是，LD11的可靠性提高(故障率降低)。并且，不需要延长LD11的共振器长度，所以不会导致LD11的电光转换效率降低之类的问题。另外，通过光学系统13的作用，从LD11射出的激光的大致全部向光纤12的纤芯121入射，所以不会导致LD11与光纤12的结合效率降低之类的问题。
此外，在本实施方式中，假定从LD11射出的激光的F轴方向的扩散足够小而将其忽略。在从LD11射出的激光的F轴方向的扩散大的情况下，或者从LD11的射出端面11S到光纤12的入射端面12S的光路长长的情况下，与后述的各实施方式相同，使光学系统13含有F轴准直透镜以及F轴聚光透镜即可。
[第二实施方式]
参照图2说明本发明的第二实施方式LD模块2。图2是LD模块2的俯视图。
如图2所示，LD模块2具备三个LD21a～21c、光纤22、光学系统23、基板24、三个LD支架25a～25c、光纤支架26。
第一LD21a与第一实施方式LD11相同，是由活性层和夹住该活性层的两个包层构成的多模激光二极管。在第一LD21a中生成的激光从构成第一LD21a的射出端面的活性层的端面向LD21a的外部射出。第二LD21b以及第三LD21c也同样。
光纤22与第一实施方式光纤12相同，是由纤芯和包围该纤芯的包层构成的多模光纤。从三个LD21a～21c射出的激光从构成光纤22的入射端面的纤芯的端面向光纤22的内部入射。
在本实施方式中，三个LD21a～21c经由LD支架25a～25c载置于基板24上，光纤22经由光纤支架26载置于基板24上。此时，三个LD21a～21c以使各自射出的激光的光轴相互平行的方式配置，光纤22以使其中心轴与从三个LD21a～21c分别射出的激光的光轴正交的方式决定。
光学系统23是夹装在三个LD21a～21c与光纤22之间并用于将从三个LD21a～21c分别射出的激光会聚的结构。特别地，本实施方式光学系统23通过将从三个LD21a～21c分别射出的激光的S轴方向以及F轴方向的扩散会聚，从而使光纤22的入射端面22S的激光的光束直径比光纤22的入射端面22S的纤芯221的直径小。
在本实施方式中，作为光学系统23，使用包含三个S轴准直透镜231a～231c、S轴聚光透镜232、三个F轴准直透镜233a～233c、F轴聚光透镜234以及三个反射镜235a～235c的光学系统。
由第一F轴准直透镜233a以及第一S轴准直透镜231a构成的透镜组是用于将作为从第一LD21a射出的扩散光的激光转换为平行光的结构。在本实施方式中，作为第一F轴准直透镜233a，使用以使其平表面与第一LD21a的射出端面对置的方式，并且使其凸表面与第一S轴准直透镜231a的平表面对置的方式配置的平凸柱面透镜。另外，作为第一S轴准直透镜231a，使用以使其平表面与第一F轴准直透镜233的凸表面对置的方式，并且使其该凸表面与第一反射镜235a的反射面对置的方式配置的平凸柱面透镜。由第二F轴准直透镜233b以及第二S轴准直透镜231b构成的透镜组以及由第三F轴准直透镜233c以及第三S轴准直透镜231c构成的透镜组也同样。
第一反射镜235a是用于将从第一S轴准直透镜231a射出的激光反射并引导至S轴聚光透镜232的结构。但是，第一反射镜235a使从经由第一S轴准直透镜231a射出的激光的入射侧的相反侧的面入射从光(例如，被第二反射镜235b反射的激光、被第三反射镜235c反射的激光等)透过。第二反射镜235b以及第三反射镜235c也同样。
由S轴聚光透镜232以及F轴聚光透镜234构成的透镜组是用于将作为被三个反射镜235a～235c分别反射的平行光的激光转换为会聚光的透镜。在本实施方式中，作为S轴聚光透镜232，使用以使其凸表面与三个反射镜235a～235c的反射面对置的方式，并且以使该平表面与F轴聚光透镜234的凸表面对置的方式配置的平凸柱面透镜。另外，作为F轴聚光透镜234，使用以使该凸表面与S轴聚光透镜232的平表面对置的方式，并且以使该平表面与光纤22的入射端面对置的方式配置的平凸柱面透镜。
在LD模块2中，三个LD21a～21c各自的发射极宽度比光纤22的入射端面的纤芯的直径大。由此，三个LD21a～21c各自的射出端面的光密度降低，其结果是，三个LD21a～21c各自的可靠性提高(故障率降低)。并且，通过光学系统23的作用，从三个LD21a～21c分别射出的激光的大致全部向光纤22的纤芯入射，所以不会导致三个LD21a～21c的每一个与光纤22的结合效率降低之类的问题。
此外，在本实施方式中，采用了将相互独立的三个LD21a～21c作为光源使用的构成，但不限定于此。即也可以采用将上述三个LD21a～21c一体化的LD杆作为光源使用的构成。通过将LD杆作为光源使用，能够将各个LD的像差设计得很小，所以能够实现可靠性更高的高输出LD模块。
[第三实施方式]
参照图3说明本发明的第三实施方式LD模块3。图3是LD模块3的俯视图。
如图3所示，LD模块3具备三个LD31a～31c、光纤32、光学系统33、基板34、三个LD支架35a～35c、光纤支架36。
第一LD31a与第一实施方式LD11相同，是由活性层和夹住该活性层的两个包层构成的多模激光二极管。在第一LD31a中生成的激光从构成第一LD31a的射出端面的活性层的端面向LD31a的外部射出。第二LD31b以及第三LD31c也同样。
光纤32与第一实施方式光纤12相同，是由纤芯和包围该纤芯的包层构成的多模光纤。从三个LD31a～31c射出的激光从构成光纤32的入射端面的纤芯的端面向光纤32的内部入射。
在本实施方式中，三个LD31a～31c经由LD支架35a～35c载置于基板34上，光纤32经由光纤支架36载置于基板34上。此时，三个LD31a～31c以使分别射出的激光的光轴相互平行的方式配置，光纤32以使其中心轴与从三个LD31a～31c分别射出的激光的光轴正交的方式决定。
光学系统33是夹装在三个LD31a～31c与光纤32之间并用于将从三个LD31a～31c分别射出的激光会聚的结构。特别地，本实施方式光学系统33通过将从三个LD31a～31c分别射出的激光的S轴方向以及F轴方向的扩散会聚，从而使光纤32的入射端面32S的激光的光束直径比光纤32的入射端面32S的纤芯331的直径小。
在本实施方式中，作为光学系统33，使用包含三个S轴准直透镜331a～331c、S轴聚光透镜332、三个F轴准直透镜333a～333c、F轴聚光透镜334以及三个双重反射镜336a～336c的光学系统。
由第一F轴准直透镜333a以及第一S轴准直透镜331a构成的透镜组是用于将作为从第一LD31a射出的扩散光的激光转换为平行光的结构。在本实施方式中，作为第一F轴准直透镜333a，使用以使其平表面与第一LD31a的射出端面对置的方式，并且以使其凸表面与第一S轴准直透镜331a的平表面对置的方式配置的平凸柱面透镜。另外，作为第一S轴准直透镜331a，使用以使其平表面与第一F轴准直透镜333的凸表面对置的方式，并且以使其凸表面与第一双重反射镜336a的第一反射面S1(后述)对置的方式配置的平凸柱面透镜。由第二F轴准直透镜333b以及第二S轴准直透镜331b构成的透镜组以及由第三F轴准直透镜333c以及第三S轴准直透镜331c构成的透镜组也同样。
第一双重反射镜336a是用于将从第一S轴准直透镜331a射出的激光反射并引导至S轴聚光透镜332的结构。第二双重反射镜336b以及第三双重反射镜336c也同样。此外，之后参照附图来说明三个双重反射镜336a～336c的结构。
由S轴聚光透镜332以及F轴聚光透镜334构成的透镜组是用于将作为从三个双重反射镜336a～336c分别反射的平行光的激光转换为会聚光并且会聚上述激光的透镜。在本实施方式中，作为S轴聚光透镜332，使用以使其凸表面与三个双重反射镜336a～336c的第二反射面S2(后述)对置的方式，并且以使其平表面与F轴聚光透镜334的凸表面对置的方式配置的平凸柱面透镜。另外，作为F轴聚光透镜334，使用以使其凸表面与S轴聚光透镜332的平表面对置的方式，并且以使其平表面与光纤32的入射端面对置的方式配置的平凸柱面透镜。
在LD模块3中，三个LD31a～31c各自的发射极宽度比光纤32的入射端面的纤芯的直径大。由此，三个LD31a～31c各自的射出端面的光密度降低，其结果是，三个LD31a～31c各自的可靠性提高(故障率降低)。并且，通过光学系统33的作用，从三个LD31a～31c分别射出的激光的大致全部向光纤32的纤芯入射，所以不会导致三个LD31a～31c的每一个与光纤32的结合效率降低之类的问题。
以下参照图4补充三个双重反射镜336a～336c的结构。图4是以三个双重反射镜336a～336c为代表的双重反射镜336的立体图。
如图4所示，双重反射镜336由第一反射镜M1、第二反射镜M2构成。
第一反射镜M1是至少具有下表面A1、与下表面A1平行的上表面B1、以及第一反射面S1的多面体状的构造物(例如棱镜)。第一反射面S1与下表面A1所成的角如图4所示为45°。
第一反射镜M1以使下表面A1与基板34的上表面抵接的方式载置于基板34上。由此，第一反射镜M1的第一反射面S1的法线向量(从第一反射面S1朝向第一反射镜M1的外部的外向法线向量)、与基板34的上表面(zx面)的法线向量(从上表面朝向基板34的外部的外向法线向量)所成的角为45°。另外，将第一反射镜M1的方向决定为使第一反射面S1的法线与yz面平行。由此，第一反射镜M1的第一反射面S1将从z轴负方向入射的激光沿y轴正方向反射。
第二反射镜M2是至少具有下表面A2和第二反射面S2的多面体状的构造物(例如棱镜)。如图4所示，第二反射面S2与下表面A2的所成的角为45°。
第二反射镜M2以使下表面A2与第一反射镜M1的上表面B1抵接的方式载置于第一反射镜M1上。由此，第二反射镜M2的第二反射面S2的法线向量(从第二反射面S2朝向第二反射镜M2的外部的外向法线向量)、与基板34的上表面(zx面)的法线向量(从上表面朝向基板34的外部的外向法线向量)的所成的角为135°。另外，第二反射镜M2的方向被决定为以使第二反射面S2的法线与xy面平行。由此，第二反射镜M2的第二反射面S2将从y轴负方向入射的激光沿x轴负方向反射。
LD模块3中，调整构成三个双重反射镜336a～336c的每一个的第一反射镜M1以及第二反射镜M2的方向，从而能够使输出光束(被第一反射镜M1反射后，被第二反射镜M2反射的激光)的传播方向与x轴负方向一致。这是因为若使第一反射镜M1以y轴为旋转轴稍微旋转，则输出光束的传播方向以z轴为旋转轴稍微旋转，若使第二反射镜M2以y轴为旋转轴稍微旋转，则输出光束的传播方向以y轴为旋转轴稍微旋转。
另外，LD模块3中，调整构成三个双重反射镜336a～336c的每一个的第一反射镜M1以及第二反射镜M2的位置，从而能够将输出光束的光轴在平行于xz面的平面内等间隔地排列。这是因为若使第一反射镜M1沿z轴正方向/负方向并进，则输出光束的光轴沿z轴正方向/负方向并进，若使第二反射镜M2沿x轴正方向/负方向并进，则输出光束的光轴沿y轴正方向/负方向并进。
此外，在本实施方式中，将使构成输出光束的各输出光束的传播方向与x轴负方向一致作为第一调整目标，但本发明不限定于此。即只要能够使构成输出光束的各输出光束的传播方向与特定的方向一致就够了，该特定的方向不限定于x轴负方向。
另外，在本实施方式中，将使构成输出光束的各输出光束的光轴在平行于zx面的平面内等间隔地排列作为第二调整目标，但本发明不限定于此。即只要能够使构成输出光束的各输出光束的光轴在特定的平面内等间隔地排列就够了，该特定的平面不限定于平行于zx面的平面。
此外，在使用由第一反射镜M1和第二反射镜M2一体成型的一体反射镜代替双重反射镜336的情况下，为了使被第二反射镜M2反射的激光的传播方向是所希望的方向，需要倾斜该一体反射镜整体。在该情况下，用于将该一体反射镜固定于基板34的粘合剂层的厚度变得不均匀。因此，若温度、湿度等环境变化，则粘合剂层的厚度不均匀地变化，其结果是，该一体反射镜的倾斜变化。由此，被第二反射镜M2反射的激光的传播方向偏离所希望的方向。即在使用由第一反射镜M1和第二反射镜M2一体成型的一体反射镜代替双重反射镜336的情况下，产生随着环境的变化而被第二反射镜M2反射的激光的传播方向变动之类的问题。另一方面，在使用在第一反射镜M1上载置有第二反射镜M2的双重反射镜336的情况下，为了使被第二反射镜M2反射的激光的传播方向是所希望的方向，不需要倾斜双重反射镜336整体。因此，不会产生随着环境的变化而被第二反射镜M2反射的激光的传播方向变动之类的问题。
[LD的射出端面的发射极宽度的优选值]
最后，参照图5说明上述LD模块1、2、3具备的LD11、21a～c、31a～c(以下简单记为“LD”)的优选发射极宽度(射出端面的活性层宽度)。
图5是表示在使光输出恒定时从LD输出的激光的光束参数积(BPP，BeamParameter Product)如何依存于该LD的发射极宽度的图表。这里，光束参数积是由光束腰部的半径和光束扩散角的半值半宽度的积定义的光束品质的指标。
如图5所示，LD输出的激光的光束参数积根据发射极宽度而变化。在图5所示的例子中，LD的发射极宽度为150μm时，光束参数积取得极小值。
LD的发射极宽度优选(1)被设定为从LD输出的激光的光束参数积(或者从LD输出并透过光学系统13、23、33的激光的光束参数积)为光纤12、22、32(以下简单记为“光纤”)的光束参数积以下，更优选(2)被设定为从LD输出的激光的光束参数积是光纤的光束参数积的大致(1/2)1/2倍。这里，光纤的光束参数积是能够无损耗地接受光纤(能够封闭于纤芯)的激光的光束参数积的极大值。即光纤能够无损耗地接受具有自身的光束参数积以下的光束参数积的激光，无法无损耗地接受具有比自身的光束参数积大的光束参数积的激光。
此外，从LD输出的激光的光束参数积优选为光纤的光束参数积的大致(1/2)1/2倍的理由如下。
即光纤为了不泄漏激光而受光，需要(i)使光纤的入射端面的激光的入射位置收纳在光纤的纤芯内、以及(ii)使光纤的入射端面的激光的入射角为光纤的最大受光角以下。换言之，需要(i)使光纤的入射端面的激光的入射位置的位置空间的分布收纳在以光纤的芯径为直径的圆形区域(以下记为“位置空间的能够受光的圆”)，以及(ii)使光纤的入射端面的激光的入射角的角度空间的分布收纳在以光纤的最大受光角为直径的圆形区域(以下记为“角度空间的能够受光的圆”)。
光纤的入射端面的激光的入射角在角度空间中分布在长边的长度与激光的F轴方向的扩散角一致而短边的长度与激光的S轴方向的扩散角一致的长方形区域内。因此，为了满足上述条件(ii)，需要使该长方形区域收纳在角度空间的能够受光的圆，即该长方形区域的对角线的长度为角度空间的能够受光的圆的直径(光纤的最大受光角)以下。
在满足该条件的基础上，为了使表示激光的入射角的上述长方形区域的面积最大化，即为了最大限度地有效使用角度空间的能够受光的圆，使该长方形区域是内接于能够受光的圆的正方形，即该长方形区域的对角线的长度与角度空间的能够受光的圆的直径一致是必要和充分的。这意味着激光的F轴方向以及S轴方向的扩散角是光纤的最大入射角的(1/2)1/2倍。特别是在激光的光束腰部直径与光纤的芯径一致的情况下，意味着在F轴方向以及S轴方向的各激光的光束参数积是光纤的BPP的(1/2)1/2倍。
因此，若从LD输出的激光(特别是以额定电流驱动时从LD输出的激光)的光束参数积是光纤的光束参数积的大致(1/2)1/2倍，则从LD输出的激光被光纤接受而不泄漏，从而能够以大致最大限度有效地使用角度空间的能够受光的圆。
此外，在这样的LD模块中使用的光学系统维持从LD输出的激光的光束参数积，或者即使该光束参数积变大也能够减小从LD输出的激光的光束参数积。考虑到这一点，以额定电流驱动时从LD输出的激光的在F轴以及S轴的光束参数积优选为光纤的光束参数积的(1/2)1/2倍以下。
然而，即使不测定从LD输出的激光的各种量(光束腰部半径以及光束扩散角)，也能够根据LD的各种量并使用下述的式计算从LD输出的激光的光束参数积。在下述的式中，(dn/dT)表示折射率(LD的半导体部分的折射率)的温度微分，Rth表示与LD热接触的LD模块筐体的热阻力，Pdis表示LD的消耗电力，W表示LD的发射极宽度，即LD的射出端面的活性层宽度。
(dn/dT)×Rth×Pdis×W
通过使用上式，能够在设计阶段决定LD的射出端面的发射极宽度W，以使(1)从LD输出的激光的光束参数积比光纤的光束参数积小，或者(2)从LD输出的激光的光束参数积是光纤的光束参数积的(1/2)1/2倍或者在其以下。
此外，若增大LD的发射极宽度W，则从LD输出的激光的光束腰部变大，但从LD输出的激光的光束扩散角变小。因此，即使增大LD的发射极宽度W，从LD输出的激光的光束参数积也不会相对于发射极宽度W成比例地变大。这里，作为通过增大发射极宽度W而使光束扩散角变小的理由可举出增大发射极宽度W由此消耗电力Pdis降低、以及增大发射极宽度W由此活性层附近的热阻力变小。
因此，即使为了提高LD的可靠性而增大LD的发射极宽度W，LD与光纤的结合效率也不会显著降低。即通过增大LD的发射极宽度W，从而能够提高LD的可靠性而不会牺牲LD模块的电力光转换效率。
[总结]
本实施方式LD模块的特征在于，具备：多模激光二极管，其具有活性层且从射出端面射出激光；多模光纤，其具有纤芯，上述激光从入射端面入射至上述多模光纤；以及光学系统，其夹装在上述多模激光二极管与上述多模光纤之间，上述多模激光二极管的发射极宽度比上述多模光纤的上述入射端面处的上述纤芯的直径大，上述光学系统会聚上述激光，以使得上述多模光纤的上述入射端面处的上述激光的光束直径比上述多模光纤的上述入射端面处的上述纤芯的直径小。
根据上述结构，采用多模激光二极管作为LD，所以与采用单模激光二极管作为LD的情况相比，容易使LD高输出化。另外，采用多模光纤作为光纤，所以与采用单模光纤作为光纤的情况相比，容易提高LD与光纤的结合效率。
而且，根据上述结构，多模激光二极管的发射极宽度比多模光纤的入射端面的纤芯的直径大，所以将多模二极管的射出端面的光密度抑制得很低，其结果是，能够提高多模激光二极管的可靠性。另外，根据上述结构，不需要为了提高多模激光二极管的可靠性而延长该共振器长度。因此，不会导致电光转换效率的降低，能够提高多模激光二极管的可靠性。
而且，根据上述结构，通过上述光学系统的作用，多模光纤的入射端面的激光的光束直径比多模光纤的入射端面的纤芯的直径小，所以能够使从多模激光二极管射出并透过上述光学系统的激光无泄漏地向多模光纤的纤芯入射。
此外，LD(包含多模激光二极管)中，一般若增大发射极宽度，则阈值电流上升。因此，虽然低输出侧的电力转换效率(光输出/消耗电力)恶化，但由于焦耳热的减少，高输出侧的电力转换效率改善。这能够通过表示LD的电力转换效率的下述(4)式确认。
电力转换效率＝光输出/消耗电力
＝ηi×(I-Ith)×hν×η/I×(Vth+Rd×I)
＝ηi×(J-Jth)×hν×S×η/(J·S×Vth+(J·S)2×ρ/S)
＝ηi×(J-Jth)×hν×η/(J×Vth+J2×ρ)……(4)
这里，ηi是注入效率，I是驱动电流，Ith是阈值电流，hν是光子的能量，η是光提取效率，Vth是阈值电压，Rd是微分阻力，J是驱动电流密度，Jth是阈值电流密度，S是有效截面积。
即若光提取效率不变化，没有因活性层的温度上升等引起的注入效率的恶化等非线性效果的影响，则LD的电力转换效率由驱动电流密度决定。因此，在相同的光输出下比较的情况下，增大发射极宽度从而改善电力转换效率。
在本实施方式LD模块中，上述多模激光二极管的发射极宽度优选设定为(1)从上述多模激光二极管输出的激光的光束参数积比上述多模光纤的光束参数积小，更优选设定为(2)从上述多模激光二极管输出的激光的光束参数积比上述多模光纤的光束参数积的(1/2)1/2倍小。
根据上述结构，能够将从多模激光二极管射出并透过上述光学系统的光无损耗地封闭于多模光纤的纤芯。
在本实施方式LD模块中，上述光学系统优选具有：准直透镜，其将从上述多模激光二极管射出的作为扩散光的上述激光转换为平行光；以及聚光透镜，其将从上述准直透镜射出的上述平行光转换为会聚光。
根据上述结构，能够容易实现用于会聚从多模激光二极管射出的激光的光学系统。
在本实施方式LD模块中，优选为上述多模光纤被配置为使其中心轴与从上述多模激光二极管射出的激光的光轴正交，该LD模块具备反射镜，该反射镜反射从上述多模激光二极管射出的激光并将其引导至上述多模光纤。
根据上述结构，能够减小该LD模块的尺寸，特别是减小上述多模光纤的中心轴向的尺寸。
在本实施方式LD模块中，优选为上述反射镜是双重反射镜，该双重反射镜由第一反射镜以及第二反射镜构成，上述第一反射镜载置在基板上且具有反射从上述多模激光二极管射出的上述激光的第一反射面，上述第二反射镜载置在上述第一反射镜上且具有反射由上述第一反射面反射后的上述激光的第二反射面。
根据上述结构，使第一反射镜以及第二反射镜以与上述基板正交的轴为旋转轴稍微旋转，从而能够使被上述第一反射镜反射后被上述第二反射镜反射的激光的传播方向高精度地与所希望的方向一致。因此，容易进行用于提高多模激光二极管与多模光纤的结合效率的调整。特别是在本实施方式LD模块中，为了使聚光点(多模光纤的入射端面)的光束腰部比发光点(多模激光二极管的射出端面)的光束腰部小，采用通过光学系统使从多模激光二极管射出的激光比现有的LD模块更强地聚光的构成。因此，对从多模激光二极管射出的激光进行导光的反射镜要求高精度。根据上述结构，能够容易满足这样的要求。
此外，在使用将上述第一反射镜和上述第二反射镜一体成型的一体反射镜代替上述双重反射镜的情况下，为了使被上述第二反射镜反射的激光的传播方向是所希望的方向，需要倾斜该一体反射镜整体。在该情况下，用于将该一体反射镜固定于上述基板的粘合剂层的厚度变得不均匀。因此，若温度、湿度等环境变化，则粘合剂层的厚度变得不均匀，其结果是，该一体反射镜的倾斜变化。由此，被上述第二反射镜反射的激光的传播方向偏离所希望的方向。即在使用将上述第一反射镜和上述第二反射镜一体成型的一体反射镜代替上述双重反射镜的情况下，产生被上述第二反射镜反射的激光的传播方向随着环境的变化而变动之类的问题。另一方面，在使用在上述第一反射镜上载置上述第二反射镜的双重反射镜的情况下，不需要为了使被上述第二反射镜反射的激光的传播方向是所希望的方向而倾斜该双重反射镜整体。因此，不产生随着环境的变化被上述第二反射镜反射的激光的传播方向变动之类的问题。
此外，光束参数积(以下简称为“BPP”)在光束腰部的半径为ω0/2、光束扩散角的半值半宽度为θ0时，由下述式(5)定义。
BPP＝ω0/2×θ0……(5)
对于从多模激光二极管输出的激光而言，(i)光束腰部根据该多模激光二极管的发射极宽度W决定，(ii)光束扩散角根据(a)该多模激光二极管的半导体区域的折射率的温度微分dn/dT、(b)与该多模激光二极管热接触的LD模块筐体的热阻力Rth、以及(c)该多模激光二极管的消耗电力Pdis决定。因此，根据下述式(6)施加从多模激光二极管输出的激光的BPP。
BPP∝(dn/dT)×Rth×Pdis×W/2……(6)
若增大多模激光二极管的发射极宽度W，则从该多模激光二极管输出的激光的光束腰部变大，但从该多模激光二极管输出的激光的光束扩散角变小。这里，在增大多模激光二极管的发射极宽度W时从该多模激光二极管输出的激光的光束扩散角变小的理由是由该多模激光二极管的活性层产生的发热被抑制，由此该多模激光二极管的消耗电力Pdis变小。
因此，即使增大多模激光二极管的发射极宽度W，从该多模激光二极管输出的激光的BPP也不会相对于发射极宽度W成比例地变大(参照图5)。即增大多模激光二极管的发射极宽度W，该多模激光二极管与光纤的结合效率也不会显著降低。如上所述，增大多模激光二极管的发射极宽度W从而能够不牺牲LD模块整体的电力转换效率地提高可靠性也是这个原因。
[附加事项]
本发明不限定于上述实施方式，在技术方案所述的范围内可以进行各种改变。即将在技术方案所述的范围内适当改变的技术机构组合而得到的实施方式也包含在本发明的技术范围内。
工业上利用的可能性
本发明能够适用于LD模块。特别是能够适用于以高输出的多模激光二极管为光源的LD模块。
其中，附图标记说明如下：
1、2、3：LD模块；11、21a～c、31a～c：LD(多模激光二极管)；11S：射出端面；111：活性层；12、22、32：光纤(多模光纤)；12S：入射端面；121：纤芯；13、23、33：光学系统；131、231a～c、331a～c：S轴准直透镜(准直透镜)；132、232、332：S轴聚光透镜(聚光透镜)；233a～c、333a～c：F轴准直透镜(准直透镜)；234、334：F轴聚光透镜(聚光透镜)；336a～c、336：双重反射镜。

Claims (6)

1.一种LD模块，其特征在于，具备：
多模激光二极管，其具有活性层且从射出端面射出激光；
多模光纤，其具有纤芯，所述激光从入射端面入射至所述多模光纤；以及
光学系统，其夹装在所述多模激光二极管与所述多模光纤之间，
所述多模激光二极管的发射极宽度比所述多模光纤的所述入射端面处的所述纤芯的直径大，
所述光学系统会聚所述激光，以使得所述多模光纤的所述入射端面处的所述激光的光束直径比所述多模光纤的所述入射端面处的所述纤芯的直径小。
2.根据权利要求1所述的LD模块，其特征在于，
所述多模激光二极管的发射极宽度被设定为使从所述多模激光二极管输出的激光的光束参数积为所述多模光纤的光束参数积以下。
3.根据权利要求2所述的LD模块，其特征在于，
所述多模激光二极管的发射极宽度被设定为使从所述多模激光二极管输出的激光的光束参数积为所述多模光纤的光束参数积的大致(1/2)1/2。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的LD模块，其特征在于，
所述光学系统具有：
准直透镜，其将从所述多模激光二极管射出的作为扩散光的所述激光转换为平行光；以及
聚光透镜，其将从所述准直透镜射出的所述平行光转换为会聚光。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的LD模块，其特征在于，
所述多模光纤被配置为使其中心轴与从所述多模激光二极管射出的激光的光轴正交，
该LD模块具备反射镜，该反射镜反射从所述多模激光二极管射出的激光并将其引导至所述多模光纤。
6.根据权利要求5所述的LD模块，其特征在于，
所述反射镜是双重反射镜，该双重反射镜由第一反射镜以及第二反射镜构成，所述第一反射镜载置在基板上且具有反射从所述多模激光二极管射出的所述激光的第一反射面，所述第二反射镜载置在所述第一反射镜上且具有反射由所述第一反射面反射后的所述激光的第二反射面。
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