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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Spotgrößenwandler zum Koppeln von
optischen Elementen unterschiedlicher Spotgröße miteinander. Die Erfindung
bezieht sich ebenfalls auf ein Halbleiterlasermodul, das den Spotgrößenwandler
und einen Halbleiterlaser kombiniert. Die Erfindung bezieht sich ebenfalls
auf eine Laservorrichtung mit optischer Faser, die den Spotgrößenwandler
verwendet.
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Spotgrößenwandler
wurden zum effizienten Übertragen
von Licht von einem optischen Element zu einem anderen, beispielsweise
von einem Halbleiterlaser zu einer optischen Faser, verwendet, da
diese optischen Elemente in ihrer Spotgröße unterschiedlich sind. Mit.
Bezug nun auf 9 und 11 wird
eine Struktur eines herkömmlichen
Spotgrößenwandlers
beschrieben.
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In 9 bezeichnet
die Ziffer 901 einen Halbleiterlaser. Ein Laserlicht wird
von einem schmalen Auslassbereich 902 mit einer Breite
w und einer Dicke h (w << h) des Halbleiterlasers 901 abgestrahlt. In 10 bezeichnet
die Ziffer 1001 eine optische Faser, die einen Kern aufweist,
der sich entlang ihrer Mitte erstreckt. Eine Endfläche des
Kerns, die dem Halbleiterlaser 901 gegenüberliegt,
bildet einen Empfangsbereich 1002 mit einem Durchmesser "d". Im Allgemeinen stimmen der Auslassbereich 902 des Halbleiterlasers 901 und
der Empfangsbereich 1002 der optischen Faser 1001 nicht
miteinander überein. Aus
diesem Grund verringert sich ein Lichtkopplungswirkungsgrad, wenn
diese optischen Elemente direkt gekoppelt sind. Daher werden der
Halbleiterlaser 901 und die optische Faser 1001 durch
den Spotgrößenwandler 1101 optisch
zusammen gekoppelt, wie es in 11 gezeigt
ist. Spotgrößenwandler
sind im allgemeinen aus einem Kern und einem Mantel zusammengesetzt,
die sich im Brechungsindex voneinander unterscheiden. In 1 wird
jedoch der Mantel zum Klarstellen der Darstellung des Kerns weggelassen.
Daher bezeichnet in der Praxis die Ziffer 1101 den Kern
des Spotgrößenwandlers.
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Der
Spotgrößenwandler 1101 ist
mit dem Auslassbereich 902 eines Halbleiterlasers in dem Empfangsbereich 1102 ausgerichtet.
Andererseits stimmt der Auslassbereich 1103 mit dem Empfangsbereich 1002 der
optischen Faser 1001 überein.
Daher breitet sich das von dem Halbleiterlaser 901 eingeführte Laserlicht
zu dem Auslassbereich 1103 aus, während eine Totalreflexion in
dem Spotgrößenwandler 1101 wiederholt
wird. Die Spotgröße von Laserlicht
wird in einen Größe umgewandelt,
die dem Empfangsbereich der optischen Faser 1001 als Ergebnis
der Ausbreitung entspricht.
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Der
herkömmliche
Spotgrößenwandler
kann die Spotgröße eines
optischen Strahls umwandeln. Der herkömmliche Spotgrößenwandler
kann jedoch ein Lichtdivergenzmuster nicht genau ändern. Das Divergenzmuster
von von dem Spotgrößenwandler 1101 abgehendem
Licht muss gleich oder kleiner als ein Lichtempfangsmuster der optischen
Faser 1001 sein. Wie später
erläutert
wird, wird das Divergenzmuster des von dem Spotgrößenwandler 1101 abgehenden
Lichts durch das Divergenzmuster des einfallenden Lichts, d.h. des
von dem Halbleiterlaser 901 abgehenden Lichts, und der
Form des Spotgrößenwandlers 1101 bestimmt.
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Wie
in 9 gezeigt, sei Sx-LD und Sy-LD das Breitenrichtungskomponenten-
bzw. das Dickenrichtungsdivergenzkomponentenmuster des von einem
Halbleiterlaser 901 abgehenden Lichts. Wie in 11 gezeigt,
sei w und h die Breite und die Dicke des Einfallbereichs 1102 des
Spotgrößenwandlers 1101 sowie
dx und dy die Breite und die Dicke des Auslassbereiches 1103 des
Spotgrößenwandlers 1101.
Dann sei Sx-WG die Breitenrichtungsdivergenzkomponente 1104 des
von dem Spotgrößenwandler 1101 abgehenden
Lichts, während Sy-WG
dessen Dickenrichtungskomponente sei. Wenn die Seitenwand des Spotgrößenwandlers 1101 senkrecht
zu der Breitenrichtungsachse (x-Ache) und der Dickenrichtungsachse
(y-Achse) des Auslassbereichs des Halbleiterlasers 901 ist,
können
die Breitenrichtungsachse (x-Achse) und die Dickenrichtungsachse
(y-Achse) unabhängig
durch Näherung gehandhabt
werden.
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Im
Allgemeinen ist ein Seitenverhältnis
des Auslassbereiches von Halbleiterlasern sehr groß. Daher
wird bei einem von dem Spotgrößenwandler abgehenden
Licht kombiniert mit einem derartigen Halbleiterlaser, die Breitenrichtungsdivergenzkomponente
Sx-WG anstatt der Dickenrichtungsdivergenzkomponente Sy-WG größer. Folglich
liegt die Breitenrichtungsdivergenzkomponente Sx-WG des abgehenden
Lichts außerhalb
des Annahmemusters S-FB der optischen Faser kombiniert mit dem Spotgrößenwandler.
Teile des Divergenzmuster Sx-WG, die von dem Annahmemuster S-FB
Wegliegen, gelingt es nicht, in die optische Faser einzutreten.
Bei Halbleiterlasern ist je höher
die Leistung, desto größer das
Seitenverhältnis
des Auslassbereichs. Je höher
die Leistung des Halbleiterlasers ist, desto größer wird daher eine Domäne der Breitenrichtungsdivergenzkomponente
Sx-WG des von dem Spotgrößenwandler
austretenden Lichts, das von dem Annahmemuster S-FB der optischen
Faser wegliegt. Daher nimmt der Lichtkopplungswirkungsgrad zwischen
einem Halbleiterlaser und einer optischen Faser ab.
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Wie
oben beschrieben, hatte der herkömmliche
Spotgrößenwandler
das Problem, dass der Lichtkopplungswirkungsgrad abnimmt, so dass
das Seitenverhältnis
des Auslassbereiches der optischen Elemente durch die Einfallsseite
so groß war,
dass das Seitenverhältnis
des Auslassbereiches eines Halbleiterlasers groß war.
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Die
US 5 696 865 A ,
US 4 807 954 A ,
US 6 139 156 A und
US 5 902 033 A offenbaren
jeweilige Spotgrößenwandler
mit einem Einfallbereich einer ersten Größe, einem Ausfallbereich einer
zweiten Größe, die
sich von der ersten Größe unterscheidet; und
umfassen Seitenwände,
die einen Lichtleiter definieren, wobei mindestens ein Teil der
Seitenwand von der Breitenrichtungsachse und der Dickenrichtungsachse
zu dem Einfallbereich geneigt ist. Eine Aufgabe der Erfindung besteht
darin, einen Spotgrößenwandler,
der imstande ist, optische Elemente unterschiedlicher Spotgröße miteinander
mit einem hohen Wirkungsgrad zu koppeln, ein Halbleiterlasermodul
in einer Kombination des Spotgrößenwandlers und
des Halbleiterlasers und eine Laservorrichtung mit optischer Faser,
die den Spotgrößenwandler
verwendet, bereitzustellen.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch einen Spotgrößenwandler
gemäß Anspruch
1 gelöst. Die
abhängigen
Ansprüche
sind auf unterschiedliche vorteilhafte Aspekte der Erfindung gerichtet.
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Um
die obigen Aufgaben zu lösen,
umfasst ein Spotgrößenwandler
gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung einen Einfallbereich einer ersten Größe, einen
Ausfallbereich einer zweiten Größe, die sich
von der ersten Größe unterscheidet,
und Seitenwände,
die einen Lichtleiter definieren, wobei mindestens ein Teil der
Seitenwand von der Breitenrichtungsachse und der Dickenrichtungsachse
des Einfallbereichs geneigt ist.
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Aus
diesem Grund wird das Divergenzmuster des abgehenden Lichts von
einem Spotgrößenwandler
achsensymmetrisch (kreisförmiges
Muster). Somit wird verhindert, dass ein Lichtdivergenzmuster nur
in einer spezifischen Richtung ansteigt.
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Um
die obigen Aufgaben zu lösen,
ist ein Spotgrößenwandler
gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung aus einem Eintrittsabschnitt und einem Austrittsabschnitt
zusammengesetzt, wobei die geneigte Seitenwand an dem Austrittsabschnitt
lokalisiert ist, und wenn w0 die Breite des Einfallbereichs des
Eintrittsabschnitts, h0 die Dicke des Einfallbereichs, w1 die Breite
des Auslassbereichs des Einlaufabschnitts, h1 die Dicke des Auslassbereichs
des Einlaufabschnitts und Sw eine Breitenrichtungsdivergenzkomponente
des in dem Einlaufabschnitt eintretenden Lichts ist, werden die
Breite w1 und die Dicke h1 des Auslassbereichs des Einlaufabschnitts
definiert, um die folgende Gleichung zu erfüllen: sin(Sw) × (w0/w1)
sin(Sh) × (h0/h1)
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Daher
ist der Einlaufabschnitt imstande, ein nicht achsensymmetrisches
Divergenzmuster des einfallenden Lichts achsensymmetrisch zu machen. Durch
Einführen
des somit achsensymmetrisch gemachten Lichts in den Auslaufabschnitt
wird das Divergenzmuster des von dem Spotgrößenwandler abgehenden Lichts
kleiner als dasjenige, dem ein derartiger Einlaufabschnitt fehlt.
Folglich ist er imstande, eine Lichtausgabe von optischen Elementen
mit einem sehr schmalen Auslassbereich mit optischen Fasern mit
einem hohen Wirkungsgrad zu koppeln.
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Zusätzliche
Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden einem Fachmann aus einer
Studie der folgenden Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen
offensichtlich, die hierdurch aufgenommen sind und einen Teil der
Spezifikation bilden.
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Ein
vollständigeres
Verständnis
der Erfindung und vieler diese begleitenden Vorteile werden ohne
weiteres erhalten, wenn diese besser durch Bezug auf die folgende
ausführliche
Beschreibung verstanden werden, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden
Zeichnungen betrachtet werden, in denen zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht zum Erläutern
der ersten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Spotgrößenwandlers;
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2a und 2b Zeichnungen
zum Erläutern
der Lichtausbreitung bei der Ausführungsform von 1;
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3a bis 3e perspektivische
Ansichten, die verschiedene Modifikationen des Spotgrößenwandlers
der ersten Ausführungsform
zeigen, wobei die Beispiele von 3a, 3c und 3d nicht
von der Erfindung abgedeckt werden;
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4a und 4b perspektivische
Ansichten zum Erläutern
des Merkmals des erfindungsgemäßen Spotgrößenwandlers
verglichen mit dem herkömmlichen
Spotgrößenwandler;
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5 eine
perspektivische Ansicht, die eine zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spotgrößenwandlers
zeigt;
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6 eine
perspektivische Ansicht, die die dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spotgrößenwandlers
zeigt;
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7 eine
Draufsicht, die eine Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Halbleiterlasermoduls zeigt;
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8 eine
Draufsicht, die eine Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Laservorrichtung
mit optischen Faser zeigt; 9 eine perspektivische Ansicht
zum Erläutern
des Divergenzmusters des Auslassbereichs und des abgehenden Lichts
eines gemeinsamen Halbleiterlasers;
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10 eine
perspektivische Ansicht zum Erläutern
des Divergenzmusters des einfallenden Lichts, das in dem Einfallbereich
einer allgemeinen optischen Faser aufgenommen wurde, und dort; und
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11 eine
perspektivische Ansicht zum Erläutern
des herkömmlichen
Spotgrößenwandlers
und seiner Charakteristik. Die Erfindung wird ausführlich mit
Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen, 1 bis 8, beschrieben. 1 ist
eine perspektivische Ansicht zum Erläutern der ersten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Spotgrößenwandlers.
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In 1 bezeichnet
die Ziffer 101 einen Spotgrößenwandler, die Ziffer 104 einen
Halbleiterlaser und die Ziffer 105 eine optische Faser.
Dieser Spotgrößenwandler 110 ist
aus einem Kern 102 und einem Mantel 103 zusammengesetzt.
Der Brechungsindex des Kerns 102 wird höher als der Brechungsindex
des Mantels 103 ausgeführt.
Folglich breitet sich in den Kern 102 eintretendes Licht
in dem Kern 102 aus, während
eine Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen dem Kern 102 und
dem Mantel 103 wiederholt wird.
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Bei
dieser Ausführungsform
wird der Spotgrößenwandler 101 zum
optischen Koppeln eines von einem Halbleiterlaser 104 abgehenden
Lichts mit einer optischen Faser 105 verwendet. Bei dem
Spotgrößenwandler 101 bezeichnet
die Ziffer 107 einen Einfallbereichs des Kerns 102.
Die Breite und die Dicke des Einfallbereichs 107 seien
mit der Breite w und der Dicke h des Auslassbereichs 106 Halbleiterlaser
des Halbleiterlasers in Übereinstimmung.
Die Ziffer 108 bezeichnet den Auslassbereich des Kerns 102.
Die Breite und die Dicke des Auslassbereichs 108 stimmen
mit der Breite dx und Dicke dy des Empfangsbereichs 109 einer
optischen Faser 105 überein.
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Hier
sei die Breitenrichtung und die Dickenrichtung des Einfallbereichs 107 des
Kerns 102 des Spotgrößenwandlers 101 die
x-Achse und die y-Achse. Jeder Rand der jeweiligen Seitenwände des Spotgrößenwandlers 102 an
dem Auslassbereich bildet 45° mit
der x-Achse und der y-Achse.
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Mit
Bezug auf 2a und 2b wird
das Merkmal des Spotgrößenwandlers
eines derartigen Aufbaus beschrieben. Hinsichtlich 2a zeigt
eine Seitenwand den Abschnitt 201 senkrecht zu der x-Achse
und der y-Achse. Hinsichtlich 2b zeigt eine
Seitenwand den Abschnitt 203, der 45° zu einer x-Achse und der y-Achse
ist. Die Ziffer 202 zeigt den Weg von Licht an dem Abschnitt 201.
Außerdem zeigt
die Ziffer 204 den Weg von Licht an dem Abschnitt 203.
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An
dem Abschnitt 201 zeigen, wie in 2a gezeigt,
wenn ein Licht 202 an den Seitenwänden 202 reflektiert
wird, die x-Achsenrichtungsdivergenzkomponente bzw. die y-Achsenrichtungsdivergenzkomponente Änderungen
einer Vorzeichenumkehr.
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An
dem Abschnitt 203, wie in 2b gezeigt,
tauschen andererseits, wenn ein Licht 204 an einer Seitenwand
reflektiert wird, die Beträge
der x-Achsenrichtungsdivergenzkomponente und der y-Achsenrichtungsdivergenzkomponente
Plätze
miteinander. Wenn die Breite w und die Dicke h des Einfallbereichs 107 des
Spotgrößenwandlers 101 und die
Breite dx und die Dicke dy des Auslassbereichs Beziehungen w > dx und h < dy aufweisen, steigt
die x-Achsenkomponente der Lichtdivergenz an, während deren y-Achsenkomponente
abnimmt, während sich
das Licht in dem Spotgrößenwandler
ausbreitet. Aus diesem Grund weist, wenn die Seitenwand eines Spotgrößenwandlers
senkrecht zu der x-Achse und der y-Achse ist, das von dem Spotgrößenwandler
abgehende Licht ein Divergenzmuster auf, bei dem die x-Achsenrichtungsdivergenzkomponente
größer als die
des einfallenden Lichts ist, während
die y-Achsenrichtungsdivergenzkomponente kleiner als die des einfallenden
Lichts ist.
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Wenn
sich jedoch die Seitenwand neigt, wie in 1 gezeigt,
tauschen die Beträge
der x-Achsenrichtungsdivergenzkomponente und der y-Achsenrichtungsdivergenzkomponente
ihre Plätze
miteinander. Daher werden sich eine Aktion, dass die x-Achsenrichtungsdivergenzkomponente
vergrößert wird, und
eine Aktion, dass die y-Achsenrichtungsdivergenzkomponente verkleinert
wird, einander ausgleichen. Aus diesem Grund werden bei dem Divergenzmuster 111 des
von dem Spotgrößenwandler 101 abgehenden
Lichts die x-Achsenrichtungsdivergenzkomponente und die y-Achsenrichtungsdivergenzkomponente
gleich gemacht. Daher wird verhindert, dass das Lichtdivergenzmuster
nur in einer spezifischen Richtung zunimmt.
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3a bis 3e veranschaulichen
verschiedene Modifikationen des Spotgrößenwandlers. 3b und 3e stellen
die erste Ausführungsform
der Erfindung dar. Bei diesen Zeichnungen geben die Ziffern 301, 303, 305, 307 und 309 die
jeweilige Form der Spotgrößenwandler
in perspektivischen Ansichten an, während die Ziffern 302, 304, 306, 308 und 310 die
jeweilige Form der Spotgrößenwandler
in Abschnitten angeben.
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Wie
aus diesen dargestellten Modifikationen ersichtlich ist, muss der
geneigte Seitenwandabschnitt des Spotgrößenwandlers nicht genau 45° zu der Breitenrichtungsachse
(x-Achse) und der Dickenrichtungsachse
(y-Achse) des Einfallbereichs sein. Das heißt, dass der geneigte Seitenwandabschnitt
des Spotgrößenwandlers
jeder Winkel verschieden von der Senkrechten zu den Achsen sein
kann. Sogar bei diesen Modifikationen tauschen die Beträge der x-Achsenrichtungsdivergenzkomponente
und der y-Achsenrichtungsdivergenzkomponente Plätze miteinander während der
Lichtwiederholenden Reflexion an der geneigten Seitenwand für mehrere
Male. Daher ist es ausreichend, wie bei diesen Modifikationen gezeigt,
dass sich der geneigte Seitenwandabschnitt des Spotgrößenwandlers
zu der Breitenrichtungsachse (x-Achse) und der Dickenrichtungsachse
(y-Achse) des Einfallbereichs neigt. Das heißt, dass es nicht notwendig
ist, dass der geneigte Seitenwandabschnitt des Spotgrößenwandlers
genau 45° zu
der Breitenrichtungsachse (x-Achse) ((y-Achse diktiert)) und der
Dickenrichtungsachse (y-Achse) ist.
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Um
genauerer zu sein, ist es wesentlich, dass nur ein Teil der Seitenwand
in einem beliebigen Winkel verschieden von der Senkrechten zu dem Seitenflächenteil
geneigt ist, der die Neigung verschieden von der Senkrechten zu
der Breitenrichtungsachse (x-Achse) und der Dickenrichtungsachse (y-Achse) des Einfallbereichs
erreicht. Spotgrößenwandler
sind im Allgemeinen aus einem Kern und einem Mantel zusammengesetzt,
die im Brechungsindex miteinander unterschiedlich sind. Der Spotgrößenwandler
kann jedoch gleichfalls nur aus einem Kern mit einer hochglanzpolierten
Seitenwand zusammengesetzt sein. Sogar bei dieser Struktur breitet
sich Licht aus, während
die Totalreflexion an den hochglanzpolierten Seitenwänden wiederholt
wird.
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Mit
Bezug nun auf 4a und 4b wird das
Merkmal des Spotgrößenwandlers
verglichen mit dem herkömmlichen
Spotgrößenwandler
ausführlicher
erläutert.
Hier ist der Spotgrößenwandler 401 von 4a dem
in 11 gezeigten herkömmlichen Spotgrößenwandler äquivalent.
Der Spotgrößenwandler 404 von 4b ist
dem in 3a gezeigten Spotgrößenwandler äquivalent.
Nebenbei bemerkt zeigen 4a bzw. 4b nur
den Kernabschnitt eines Spotgrößenwandlers.
Die Breite w und die Dicke h des Einfallbereichs und die Breite
dx und die Dicke dy des Auslassbereichs des herkömmlichen Spotgrößenwandlers 401,
wie in 4a gezeigt, weisen Beziehungen
von "w > dx" und "h < dy" auf. Andererseits weisen
bei dem Spotgrößenwandler 404,
wie in 4b gezeigt, die Breite w und
die Dicke h des Einfallbereichs und die Breite dx und die Dicke
dy des Auslassbereichs Beziehungen von "w > dx" und "h = dy" auf.
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Außerdem verjüngt sich
der herkömmliche Spotgrößenwandler 401,
wie in 4a gezeigt, von dem Einfallbereich 401a zu
dem Auslassbereich 401b. Bei dem herkömmlichen Spotgrößenwandler 401 sind
der Breitenrichtungsrand und der Dickenrichtungsrand des Auslassbereichs 401b parallel
mit der Breitenrichtungsachse (x-Achse) und der Dickenrichtungsachse
(y-Achse) des Einfallbereichs 401a. Verglichen mit der
Divergenzmuster 402 des einfallenden Lichts verteilt sich
in diesem Fall das Divergenzmuster 403 des abgehenden Lichts
nur in der Breitenrichtung.
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Der
Spotgrößenwandler 404 ist,
wie in 4b gezeigt, ebenfalls von dem
Einfallbereich 404 zu dem Auslassbereich 404b verjüngt. Eine
Seitenfläche 404c des
Kerns 404 ist jedoch zu der Breitenrichtungsachse (x-Achse)
und der Dickenrichtungsachse (y-Achse) des Einfallbereichs 404a geneigt.
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Wenn
sich Licht in dem Spotgrößenwandler 404 ausbreitet,
wie in 4b gezeigt, tauschen die x-Achsenrichtungsdivergenzkomponente
und die y-Achsenrichtungsdivergenz komponente des Lichtdivergenzmusters
Plätze
miteinander aufgrund von Reflexionen an der geneigten Ebene 404c.
Aus diesem Grund ist die Breitenrichtungskomponente der Divergenzkomponente,
die groß werden
soll, ebenfalls in der Dickenrichtung verteilt. Daher verteilt sich verglichen
mit dem Licht-Divergenzmuster 402 an dem Einfallbereich
das Divergenzmuster 405 an dem Auslassbereich 404b sowohl
in der Breitenrichtung als auch in der Dickenrichtung. Verglichen
mit dem Divergenzmuster 402 des einfallenden Lichts verteilt sich
in diesem Fall das Divergenzmuster 403 des abgehenden Lichts
nur in der Breitenrichtung. Die zunehmende Rate der Breitenrichtungsdivergenzkomponente 403 des
Lichts im Auslassbereich 401b wird jedoch minimiert.
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Nebenbei
bemerkt wurde die obige Erläuterung
an Spotgrößenumwandlungen
für einen
Fall durchgeführt,
dass das Seitenverhältnis
des Einfallbereichs des Spotgrößenwandlers
groß war,
während
sein Seitenverhältnis
des Auslassbereichs klein ist. Die obige Erläuterung gilt jedoch für den Fall, dass
das Seitenverhältnis
des Einfallbereichs klein und das Seitenverhältnis des Auslassbereichs groß in Übereinstimmung
mit einem Größenverhältnis zwischen
dem optischen Element auf der Einfallseite und dem optischen Element
auf der Austrittseite gemacht wird.
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Das
heißt,
dass, sogar wenn das Seitenverhältnis
des Einfallbereichs des Spotgrößenwandlers klein
und das Seitenverhältnis
des Auslassbereichs groß in Übereinstimmung
mit dem Größenverhältnis der
Spotgrößen zwischen
dem optischen Element auf der Einfallsseite und dem optischen Element
auf der Austrittsseite gemacht wird, ein Teil der Seitenwand des
Spotgrößenwandlers
in einem beliebigen Winkel verschieden von der Senkrechten zu der
Breitenrichtungsachse (x-Achse) und der Dickenrichtungsachse (y-Achse)
des Auslassbereichs geneigt ist. Dadurch kann verhindert werden,
dass das Divergenzmuster des abgehenden Lichts nur in einer spezifischen
Richtung zunimmt. Das heißt,
dass, solange wie ein Spotgrößenwandler
ein Merkmal eines Umwandelns der Spotgröße durch Verändern der Abmessungen
des Einfallbereichs und des Auslassbereichs aufweist, die Erfindung
gilt.
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Wie
oben erläutert,
tauschen bei dem erfindungsgemäßen Spotgrößenwandler
der ersten Ausführungsform
die x-Achsenrichtungsdivergenzkomponente und die y-Achsenrichtungsdivergenzkomponente
eines Lichtdivergenzmusters Plätze
miteinander, während
das Licht die Reflexion an der geneigten Seitenwand wiederholt.
Dann ist es wünschenswert,
um das Divergenzmuster des abgehenden Lichts klein zu machen, die
Beträge
der x-Achsenrichtungsdivergenzkomponente und der y-Achsenrichtungsdivergenzkomponente
des Divergenzmusters des einfallenden Lichts zuvor gleich zu machen. Allgemein
ist die Dickenrichtungsdivergenzkomponente des von einem Halbleiterlaser
abgehenden Lichts größer als
die Breitenrichtung. Von den Halbleiterlasern abgehendes Licht weist
ein Divergenzmuster auf, bei dem die Dickenrichtungsdivergenzkomponente
größer als
die Breitenrichtungsdivergenzkomponente ist. Wenn dies die Situation
ist, werden wir nun einen Spotgrößenwandler
zum Unterbringen von Licht mit derartigen Eigenschaften einer weiteren
Ausführungsform
erläutern,
die einen Einlaufabschnitt aufweist, um das Divergenzmuster des
einfallenden Lichts achsensymmetrisch zu machen.
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5 ist
eine perspektivische Ansicht, die die zweite Ausführungsform
eines derartigen erfindungsgemäßen Spotgrößenwandlers
zeigt.
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In 5 ist
ein Spotgrößenwandler 501 aus einem
Einlaufabschnitt A und aus einem Auslaufabschnitt B zusammengesetzt.
Der Auslaufabschnitt B ist ein Spotgrößenwandler, der eine Spotgrößenumwandlung ähnlich dem
Spotgrößenwandler
der ersten Ausführungsform
ausführt.
Der Einlaufabschnitt A ist vor dem Spotgrößenwandler B platziert. Der
Einlaufabschnitt A weist eine Funktion zum Ändern eines Lichtdivergenzmusters
auf, wie nachstehend beschrieben ist. Daher wird der Einlaufabschnitt
A ebenfalls der optische Divergenz musterwechsler genannt. Nebenbei
bemerkt, können
der optische Divergenzmusterwechsler A und der Spotgrößenwandler
B getrennte Stücke
oder in einem einzigen Stück vereinigt
sein.
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Die
Seitenwand des optischen Divergenzmusterwechslers A ist im Allgemeinen
senkrecht zu der Breitenrichtungsachse (x-Achse) und der Dickenrichtungsachse
(y-Achse) des Einfallbereichs. Es sei angenommen, dass Licht, das
ein elliptisches Divergenzmuster 502 aufweist, wobei die
y-Achsenrichtungsdivergenzkomponente
größer als
die x-Achsenrichtungsdivergenzkomponente
ist, in den Einfallbereich des optischen Divergenzmusterwechslers
eintritt. Indem er eine Abmessung aufweist, wie nachstehend festgelegt, ändert der
optische Divergenzmusterwechsler A das elliptische Divergenzmuster 502 des
einfallenden Lichts in ein kreisförmiges Divergenzmuster 503.
Bei dem elliptischen Divergenzmuster 502 des einfallenden
Lichts sei Sx0 und Sy0 die x-Achsenrichtungsdivergenzkomponente
bzw. die y-Achsenrichtungsdivergenzkomponente.
Es sei ebenfalls w0 und h0 die Breite bzw. die Dicke des Einfallbereichs
des optischen Divergenzmusterwechslers A. Es sei ebenfalls w1 und
h1 die Breite bzw. die Dicke des Auslassbereichs des optischen Divergenzmusterwechslers
A. Schließlich
sei s1 das Divergenzmuster des abgehenden Lichts. Dann erfüllt das
Divergenzmuster s1 des abgehenden Lichts des abgehenden Licht-Divergenzmusters
S1 die folgende Gleichung (3). sin(S1) = sin(Sx0) × (w0/w1) = sin(Sy0) × (h0/h1)
... (3)
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Der
Betrag der Breite w1 und h1 des Auslassbereichs des optischen Divergenzmusterwechslers
A wird bestimmt, so dass das abgehende Licht-Divergenzmuster S1
in dem Lichtempfangsmuster des Spotgrößenwandlers B kommen kann. Dadurch
wird, hinsichtlich des erfindungsgemäßen Spotgrößenwandlers der zweiten Ausführungsform, der
Fehler, bei dem nur die Richtung der Spezifikation (des Divergenzmusters
des abgehenden Lichts) groß wird,
mit dem Auslaufabschnitt ausgeglichen. Der Einlaufabschnitt eines
derartigen Aufbaus ist ebenfalls imstande, das nicht-achsensymmetrische Divergenzmuster
des von einem Element einfallenden Lichts, das einen Auslassbereich
mit sehr großem
Seitenverhältnis
aufweist, im voraus achsensymmetrisch zu machen, um das Licht achsensymmetrisch
in seinem Divergenzmuster in dem Spotgrößenumwandlungsabschnitt bereitzustellen.
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6 ist
eine perspektivische Ansicht, die die dritte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Spotgrößenwandlers
zeigt. Die dritte Ausführungsform
arbeitet gleichfalls ähnlich
der zweiten Ausführungsform.
In 6 ist der Spotgrößenwandler 600 der
dritten Ausführungsform
aus einem Einlaufabschnitt A und einem Auslaufabschnitt B zusammengesetzt.
Der Einlaufabschnitt A ist aus zwei Arten von Zylinderlinsen 601 und 602 zusammengesetzt.
Der Auslaufabschnitt B ist ein Spotgrößenwandler, der eine Spotgrößenumwandlung
wie der Spotgrößenwandler 101 der
ersten Ausführungsform
ausführt. Nebenbei
bemerkt, zeigt 6 nur den Kern der hinteren
Einheit 102. Die Generatrix der ersten Zylinderlinse 601,
die in der Seite des Einfallbereichs des Spotgrößenwandlers liegt, erstreckt
sich in der x-Achsenrichtung. Die Generatrix der zweiten Zylinderlinse 602,
die zwischen der ersten Zylinderlinse 601 und der hinteren
Einheit 102 liegt, erstreckt sich in die y-Achsenrichtung.
Somit wird demgemäß, dass sich
die Generatrizen der ersten und zweiten Zylinderlinsen 601 und 602 in
der x-Achsenrichtung bzw. die y-Achsenrichtung erstrecken, ein elliptisches
Divergenzmuster in ein kreisförmiges
Divergenzmuster geändert.
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Hier
ist es zum Ändern
des achsensymmetrischen Divergenzmusters (kreisförmiges Muster) des von dem
Spotgrößenwandler
abgehenden Lichts in ein nicht-achsensymmetrisches
Muster (elliptisches Muster) ausreichend, dass die Ausbreitungsrichtung von
Licht in dem erfindungsgemäßen Spotgrößenwandler
zweiten und dritten Ausführungsform
umgekehrt wird.
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7 ist
eine Draufsicht, die eine Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Halbleiterlasermoduls
zeigt. Diese Ausführungsform
bezieht sich auf das Halbleiterlasermodul, das den Spotgrößenwandler
gemäß einem
der ersten bis dritten Ausführungsformen
aufweist.
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In 7 bezeichnet
die Ziffer 701 ein Substrat, die Ziffer 702 einen
Halbleiterlaser, die Ziffer 703 einen Spotgrößenwandler
gemäß einer
der ersten bis dritten Ausführungsformen
und die Ziffer 704 eine optische Faser.
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Indem
es den Spotgrößenwandler
gemäß einer
der ersten bis dritten Ausführungsformen
aufweist, ist das Halbleiterlasermodul imstande, die Spotgröße des von
dem Halbleiterlaser 702 abgehenden Lichts in die Spotgröße des aufnehmenden Bereichs
der optischen Faser 704 umzuwandeln. Das Halbleiterlasermodul
ist ebenfalls imstande, das Divergenzmuster des abgehenden Lichts
unter das Lichtempfangsmuster der optischen Faser 704 zu verringern.
Daher ist es möglich,
das Halbleiterlasermodul mit der optischen Faser 704 mit
einem hohen Wirkungsgrad optisch zu koppeln.
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8 ist
eine Draufsicht, die eine Ausführungsform
eines Lasers mit optischen Faser gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt. Diese Ausführungsform
bezieht sich auf einen derartigen Laser mit optischer Faser, der
einen Spotgrößenwandler
gemäß einer
der ersten bis dritten Ausführungsformen aufweist.
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In 8 bezeichnet
die Ziffer 701 ein Substrat, die Ziffer 702 einen
Halbleiterlaser, die Ziffer 703 den Spotgrößenwandler
gemäß einer
der ersten bis dritten Ausführungsformen
und die Ziffer 800 einen Resonator mit optischen Faser.
Dieser Resonator mit optischer Faser 800 ist mit Reflektoren 802, 803 an beiden
Enden der optischen Faser 801 ausgestattet, wobei dem Kern 804 ein
Laser-Aktivator hinzugefügt wird.
Nun wird ein Betrieb des Lasers mit optischen Faser erläutert. Das
von dem Halbleiterlaser 702 abgehende Licht wird in dem
Resonator mit optischen Faser 800 durch den Spotgrößenwandler 703 eingeführt. Das
Laserlicht wird in dem Laser-Aktivator 804 absorbiert und
regt den Laser-Aktivator in dem Kern an. Diese Anregung verursacht
eine induzierte Emission, um den Laser-Aktivator dazu zu bringen,
Licht zu emittieren. Die induzierte Lichtemission verursacht eine
sich hin und her bewegende Ausbreitung in dem Kern 801,
in dem es an den Reflektoren 802, 803 an beiden
Enden reflektiert wird. Diese sich hin und her bewegende Ausbreitung
verursacht eine Resonanz, um ein Laserlicht von dem Resonator 800 durch
den Reflektor 803 zu emittieren. Um das Laserlicht einer
hohen Energie durch den Laser mit optischer Faser zu erreichen,
ist es notwendig, das Anregungslicht einer hohen Energie in den
Resonator mit optischer Faser 800 einzugeben. Daher ist
der Halbleiterlaser 702 im Stande, trotzdem er ausgeführt ist, das
Seitenverhältnis
seines Auslassbereichs hoch zu machen, das Laserlicht mit hoher
Leistung von dem Halbleiterlaser 702 in den Resonator mit
optischen Faser 800 mit einem hohen Wirkungsgrad einzuführen, indem
der Spotgrößenwandler 703 in
einer der oben beschriebenen Formen verwendet wird.
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Hier
wird im Allgemeinen eine optische Faser vom einfachen Manteltyp
als eine optische Faser zum Zusammensetzen der Resonatoren mit optischen
Faser verwendet. Bei dieser Art von optischen Fasern wird ein Anregungslicht
in den Kern der optischen Faser eingeführt. Wenn jedoch eine optische Faser
vom doppelten Manteltyp für
derartige Resonatoren verwendet wird, wird das Anregungslicht in den
inneren Mantel eingeführt.
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Wie
oben beschrieben, ist die Erfindung imstande, einen Spotgrößenwandler,
der fähig
ist, optische Elemente von unterschiedlicher Spotgröße miteinander
mit einem hohen Wirkungsgrad zu koppeln, ein Halbleiterlasermodul
in einer Kombination des Spotgrößenwandlers
und eines Halbleiterlasers sowie eine Laservorrichtung mit optischer
Faser, die den Spotgrößenwandler
verwendet, bereitzustellen.
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Obwohl
das dargestellt und beschrieben wurde, was gegenwärtig als
bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung betrachtet wird, ist es für einen Fachmann ersichtlich,
dass verschiedene Änderungen
und Modifikationen durchgeführt
werden können,
und Äquivalente
für deren
Elemente substituiert werden können,
ohne von dem wahren Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Außerdem können viele
Modifikationen durchgeführt
werden, um eine besondere Situation oder ein besonderes Material
auf die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von deren wahren Schutzumfang
abzuweichen. Daher ist beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf
die besondere offenbarte Ausführungsform
begrenzt ist, die als die beste Betriebsart zum Ausführen der
Erfindung offenbart wurde, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen
umfasst, die in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen.
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Die
vorhergehende Beschreibung und die Zeichnungen werden von dem Anmelder
dafür gehalten,
eine Vielzahl von einzelnen erfinderischen Konzepten zu umfassen,
von denen einige teilweise oder vollständig außerhalb des Schutzumfangs einiger oder
aller der folgenden Ansprüche
liegen können. Die
Tatsache, dass der Anmelder zum Zeitpunkt des Einreichens der vorliegenden
Anmeldung gewählt hat,
den beanspruchten Schutzumfang mit den folgenden Ansprüchen zu
beschränken,
ist nicht als ein Verzicht anzusehen, oder alternative erfinderische Konzepte,
die in dem Inhalt der Anmeldung enthalten sind, könnten durch
Ansprüche
definiert werden, die sich im Umfang von den folgenden Ansprüchen unterscheiden,
wobei die unterschiedlichen Ansprüche anschließend während der
Geltendmachung beispielsweise für
die Zwecke einer Ausscheidungsanmeldung übernommen werden können.