DE19704551C2 - Lichtemittierender Modul - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen lichtemittierenden Modul gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem lichtemittierenden Modul des Leiterenden-Typs, der eine Laserdiode, eine Linse und einen Lichtwellenleiter aufweist, wird ein von der Laserdiode emittierter Laserstrahl durch die Linse konvergiert, und der durch die Linse konvergierte Laserstrahl wird dann in den Lichtwellenleiter optisch eingekoppelt. Eine solche optische Kopplung erfordert nicht nur eine vollständig exakte Ausrichtung in den zu der optischen Achse des Laserstrahls in dem Lichtwellenleiter senkrechten Richtungen (den X- und Y-Richtungen), sondern aufgrund von Schwankungen bei der Position des Laserdioden-Chips bei der Chip- Herstellung auch eine exakte Ausrichtung in der Richtung der optischen Achse (d. h. in der Z-Richtung). Herkömmlicherweise werden die Laserdiode und die Linse somit zuerst für eine Integration miteinander ausgefluchtet, und anschließend werden die drei Komponenten bestehend aus Laserdiode, Linse und Lichtwellenleiter durch Einstellen des Lichtwellenleiters in der X-, der Y- und der Z-Richtung miteinander integriert.

Bei dem vorstehend erläuterten herkömmlichen lichtemittierenden Modul muß der Lichtwellenleiter jedoch in der X-, der Y- und der Z-Richtung in Richtung der drei Achsen eingestellt werden, wofür nicht nur ein komplizierter Einstellmechanismus, sondern auch ein beträchtlicher Zeitaufwand für den Einstellvorgang erforderlich sind. Dies führt zu einer starken Erhöhung der Herstellungskosten. Im allgemeinen weist eine Laserdiode mit einer Abdeckung verschiedene Chip- Positionsverlagerungen von etwa ±60 µm in X-, Y- und Z-Richtung auf, so daß bei Weglassen einer Einstellung in der Z-Richtung der Kopplungs-Wirkungsgrad stark verschlechtert wird, wodurch sich in nachteiliger Weise eine Verschlechterung der Leistung des lichtemittierenden Moduls ergibt.

Ein lichtemittierender Modul der eingangs genannten Art ist aus der DE 43 07 986 A1 bekannt. Zwischen der Laserdiode und dem Lichtwellenleiter befindet sich eine die Apertur begrenzende Blende, die dort als Dämpfungselement fungiert und den Zweck hat, einerseits den Betrieb mit hohen Lichtleistungen zu ermöglichen, dabei aber andererseits Sicherheitsbedingungen zum Schutz der Augen zu erfüllen.

Aus der US 5,436,990 A ist eine Koppelvorrichtung zwischen einer Laserdiode und einem Lichtwellenleiter bekannt, wobei die Koppelvorrichtung eine senkrecht zur Strahlrichtung verlaufende Glasfaser aufweist, die als Mikrolinse mit geringer numerischer Apertur fungiert. Zweck dieser Mikrolinse ist es, die von der Diode kommende Strahlung zu kollimieren.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines lichtemittierenden Moduls, bei dem eine Einstellung in Richtung der optischen Achse, d. h. in der Z-Richtung, unabhängig von Veränderungen der Lage der Laserdiode entfallen kann, so daß sich eine Kostenreduzierung ergibt.

Gelöst wird die Aufgabe bei einem lichtemittierenden Modul dadurch, daß die Linse eine numerische Blendenöffnung (Apertur) von 0,09 oder weniger in bezug auf die Laserdiode aufweist.

Zum Festlegen einer numerischen Blendenöffnung für die Linse in bezug auf die Laserdiode auf 0,09 oder weniger kann eine konvexe Formgebung an einem Bereich der Linse vorgesehen werden, oder auf einer Oberfläche der Linse kann eine Lichtabschirmschicht gebildet werden. Insbesondere kann dafür eine Öffnung in einem Linsenhalter zum Haltern der Linse in effektiver Weise entsprechend bemessen werden (abhängiger Anspruch 2).

Gemäß der Erfindung ist die numerische Blendenöffnung (Apertur) für die Linse in bezug auf die Laserdiode auf einen niedrigen Wert von 0,09 oder weniger festgelegt. Die Toleranz für Schwankungen bei dem Laserdioden-Chip ist somit groß, und es ist nur eine Einstellung in den X- und Y-Richtungen erforderlich, nicht jedoch eine Einstellung in Richtung der optischen Achse des Lichtwellenleiters. Auf diese Weise wird ein lichtemittierender Modul geschaffen, der nur eine einfache Einstellung benötigt und somit kostengünstiger ist.

Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand der zeichnerischen Darstellungen eines Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Längsschnittansicht unter Darstellung eines lichtemittierenden Moduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Beziehung zwischen der numerischen Blendenöffnung für eine Linse in bezug auf eine Laserdiode sowie der Toleranz in Richtung der optischen Achse der Laserdiode; und

Fig. 3 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Beziehung zwischen der numerischen Blendenöffnung für die Linse in bezug auf die Laserdiode sowie dem Kopplungs- Wirkungsgrad.

Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen wird nun ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert.

Fig. 1 zeigt einen lichtemittierenden Modul vom Leiterenden-Typ, in den eine Laserdiode 1, eine Linse 2 und ein Lichtwellenleiter F integriert sind. Die Laserdiode 1 ist durch einen Laserdiodenhalter 1a gehaltert, und sowohl die Linse 2 als auch ein Linsentubus sind durch einen Linsenhalter 2a gehaltert. Der Laserdiodenhalter 1a und der Linsenhalter 2a greifen in relativ zueinander festgelegter Weise derart aneinander an, daß die optischen Achsen der Laserdiode 1 und der Linse 2 übereinstimmen, und der Lichtwellenleiter F ist in bezug auf die Austrittsseite des Linsenhalters 2a festgelegt. In dem Linsenhalter 2a ist eine Öffnung 2b zum Abgrenzen einer numerischen Blendenöffnung (im folgenden als "NA" bezeichnet) für die Linse 2 in bezug auf die Laserdiode 1 ausgebildet. Diese Öffnung 2b ist auf der Austrittsseite des Linsenhalters 2a ausgebildet, wobei in Verbindung mit der Öffnung 2b folgende Beziehung besteht:

(NA für Linse 2 in bezug auf Laserdiode 1) = (NA für Linse 2 in bezug auf Lichtwellenleiter F) × (Vergrößerung)

Die NA für die Linse 2 in bezug auf die Laserdiode 1 kann auch durch eine Öffnung begrenzt werden, die auf der Eintrittsseite des Linsenhalters 2a gebildet ist, wobei die genannte Beziehung aufrechterhalten bleibt. Ansonsten kann auf einer Oberfläche der Linse 2 eine konvexe Schicht oder eine Lichtabschirmschicht ausgebildet werden, um die NA für die Linse 2 in bezug auf die Laserdiode zu begrenzen.

Wie vorstehend beschrieben wurde, variiert die Position des Laserdioden-Chips um ca. ±60 µm in der X-, Y- und der Z-Richtung. Durch Einstellen einer Toleranz in der Z-Richtung für die Laserdiode 1, die Linse 2 und den Lichtwellenleiter F auf ±60 µm oder mehr, kann somit auf eine Einstellung in der Z-Richtung verzichtet werden. Fig. 2 zeigt Toleranzen in der Z-Richtung für die Laserdiode 1 hinsichtlich der NA für die Linse 2 in bezug auf die Laserdiode 1, wie sie bei Vergrößerungen M = 0,8, 1,0, 1,5 und 2,0 erzielt werden, wenn eine zulässige Reduzierung der Lichtausgangsmenge 0,5 dB beträgt. Wie aus Fig. 2 erkennbar ist, verursacht eine Reduzierung (ΔD) der NA für die Linse 2 in bezug auf die Laserdiode 1 eine Toleranzerhöhung in der Z- Richtung der Laserdiode 1 unabhängig von der Vergrößerung M. Durch Einstellen der NA für die Linse 2 in bezug auf die Laserdiode 1 auf 0,09 oder weniger bei der Öffnung 2b steigt wiederum die Toleranz in der Z-Richtung auf ±60 µm oder mehr, so daß auf eine Einstellung in der Z-Richtung verzichtet werden kann.

Fig. 3 zeigt Kopplungs-Wirkungsgrade gegenüber der NA für die Linse 2 in bezug auf die Laserdiode 1 bei Vergrößerungen von M = 3, 2, 1, 1,5 und 0,8, die dann erzielt werden, wenn die Laserdiode 1 eine Halbwertsbreite von 30° bei einem divergierenden Winkel aufweist. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, führt eine Reduzierung der NA für die Linse 2 in bezug auf die Laserdiode 1 zu einer Verminderung des Kopplungs- Wirkungsgrads, wobei dies als Kennlinie für einen lichtemittierenden Modul mit relativ niedrigem Wirkungsgrad verwendet werden kann. Ferner wird durch Verwendung der Laserdiode 1 mit einem kleineren Divergenzwinkel ein lichtemittierender Modul mit mittlerem Wirkungsgrad verwirklicht.

Bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel ist ein lichtemittierender Modul des Leiterenden-Typs beschrieben worden, bei dem der Lichtwellenleiter F festgelegt ist, jedoch kann die vorliegende Erfindung auch bei einem lichtemittierenden Modul des Aufnahme-Typs verwendet werden, bei dem der Lichtwellenleiter F lösbar angebracht ist.

Claims (2)

1. Lichtemittierender Modul mit einer Laserdiode (1) und einer Linse (2) zum Konvergieren von von der Laserdiode (1) emittiertem Licht und zum Abgeben des konvergierten Lichts an einen Lichtwellenleiter (F), dadurch gekennzeichnet, daß die Linse (2) eine numerische Blendenöffnung von 0,09 oder weniger in bezug auf die Laserdiode (1) aufweist.

2. Lichtemittierender Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine in einem Linsenhalter (2a) ausgebildete Öffnung (2b) das von der Laserdiode (1) emittierte Licht begrenzt, um die numerische Blendenöffnung festzulegen.