JP2002189149A - 光ファイバの保持部品及び該保持部品を備える半導体レーザモジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光ファイバの保持部品として柔軟性を有する
材料を使用すると共に固定後の光ファイバの位置ずれを
防止するのに十分な剛性を有し、レーザ光出力の低下の
少ない、より高性能の半導体レーザモジュールを提供す
ること。 【解決手段】 本発明の光ファイバの保持部品１１はワ
イヤ保持基板９の表面にブラシ状に多数の金属ワイヤ８
を立設して成る。また本発明の半導体レーザモジュール
１は、台座３上に半導体レーザ光源７と光ファイバ１０
を直接保持する光ファイバの保持部品１１とが固定され
ている半導体レーザモジュール１において、ワイヤ保持
基板９の表面にブラシ状に多数の金属ワイヤ８を立設し
て成る光ファイバの保持部品１１を使用した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ光源
と、その出射光を取り出す光ファイバとが一体に構成さ
れた半導体レーザモジュールに係り、特に光ファイバを
直接保持する光ファイバの保持部品及び該保持部品を備
える半導体レーザモジュールに関する。尚、半導体レー
ザモジュールは、たとえば光通信に使用するエルビウム
添加光ファイバ増幅器の励起光用の光源として使用され
る。

【０００２】

【従来の技術】従来からレーザ光の出射端に単一モード
の光ファイバが光結合され、この光ファイバを介してレ
ーザ光が取り出される構造のピグテイル光ファイバ付き
半導体レーザモジュールが良く知られている。この構造
の半導体レーザモジュールでは、半導体レーザ光源から
発せられるレーザ光を高い割合で光ファイバ内に伝達す
るために（即ち高い光結合効率を実現するために）、光
学系の焦点位置を精度良く調節し組み立てることが広く
行われている。

【０００３】しかし組立時に光学系の焦点位置が精度良
く調節されていたとしても、光ファイバを、光ファイバ
の保持部品を介して、台座にレーザ溶接等を用いて固定
する際に位置ずれが発生する場合がある。この場合、例
えば１μｍの位置ずれでもレーザ光出力は１０分の１程
度まで低下してしまう。

【０００４】一方、台座に光ファイバを、光ファイバの
保持部品を介して固定する際は、光ファイバの保持部品
が光ファイバーと隙間無く接していることが、溶接やそ
の後の温度特性等を考慮した場合、望ましいと言える。
因みに光ファイバは通常、セラミックス製のキャピラリ
に通し、そのキャピラリごと金属管中に接着剤あるいは
ハンダによって固定されている。

【０００５】しかし、光ファイバが固定されるべき最適
調節位置は、半導体レーザ光源の取付位置精度や部品の
寸法精度の影響を受けるため、１０〜２００μｍ程度の
ばらつきがあるのが普通である。従って、光ファイバの
保持部品を寸法精度良く加工したとしても、光ファイバ
と光ファイバの保持部品との間に隙間を発生させないよ
うにすることは容易でない。そこで次善策として光ファ
イバの保持部品を変形させて光ファイバに沿わせるよう
にしてから固定したり、固定後に光ファイバの保持部品
を変形させることで、光ファイバを最適の位置に持って
いくことが行われている。

【０００６】また、光ファイバの最適な保持高さと光フ
ァイバの保持部品の設計上の高さが、上記半導体レーザ
光源の取付位置精度や部品の寸法精度に起因するばらつ
き等により異なってしまった場合にも、上記隙間同様、
光ファイバの保持部品の変形で吸収することが行われて
いた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図６は、上述した光フ
ァイバを台座に固定するための光学系部品の構成の一例
を示している。図６中、符号１０１、１０３、１０５及
び１０７で示す部品は、それぞれ半導体レーザ光源、光
ファイバ、ファイバの保持部品及び台座を示す。光ファ
イバ１０３の前端付近には光ファイバの保持部品１０５
が上方から覆い被さるように設けられており、光ファイ
バの保持部品１０５は台座１０７に符号１０９で示す位
置でレーザ溶接されることにより固定されている。また
光ファイバ１０３は、光ファイバの保持部品１０５に対
して符号１１１で示す地点にてレーザ溶接されることに
より、その保持位置が固定されている。

【０００８】図７は、図６で示した光ファイバの保持部
品１０５を模式的に示した光ファイバ１０３の光軸方向
から見た断面図である。図７に示すように光ファイバ１
０３の最適な保持高さと光ファイバの保持部品１０５の
設計上の高さは一致するとは限らず、半導体レーザ光源
１０１の発光点のばらつきや、台座１０７への取付位置
のばらつきにより、光ファイバ１０３と光ファイバの保
持部品１０５との間には図７（ａ）、（ｂ）に示すよう
に幅方向では隙間やずれ、高さ方向ではずれが発生して
いた。従来、このような隙間やずれを補正する手段とし
て、図７（ｃ）に示すように光ファイバの保持部品１０
５を変形させて、光ファイバ１０３に沿わせたり、光フ
ァイバ１０３を取り付けた後に、光ファイバの保持部品
１０５ごと変形させて光ファイバ１０３を最適な位置に
持ってくることが行われていた。

【０００９】しかし、図７（ａ）に示すように光ファイ
バの保持部品１０５の剛性が高すぎる場合には、上記変
形は困難であり、一方、図７（ｂ）に示すように剛性が
低く、柔軟性に優れる場合には、図７（ｃ）に示すよう
に変形が容易であるから、光ファイバ１０３を最適な位
置に持ってくることは容易であるが、剛性が低いため、
光ファイバ１０３を固定した後に、図８（ｃ）に示すよ
うに経時的あるいは温度変化等の要因によって、光ファ
イバ１０３が最適な保持位置から動いてずれてしまい、
レーザ光出力の低下を招いてしまうという問題があっ
た。

【００１０】以上のことより、光ファイバを固定する前
には変形が自由に行えるよう、光ファイバの保持部品
は、ある程度柔軟性を必要とし、固定後は変形による位
置ずれが発生しないよう、十分な剛性を必要とするとい
う相矛盾する特性が光ファイバの保持部品には要求され
る。これを解決するために光ファイバの保持部品の板厚
等を調節して両者の妥協点を見い出すことが行われてき
たが、上記柔軟性と剛性という相矛盾した要求を満足す
るには至っていない。

【００１１】従って、光ファイバの保持部品は、柔軟性
を有する材料を使用することを前提に、固定後の光ファ
イバの位置ずれを防止するのに十分な剛性を事後的に付
与し得る何らかの手段を構築することが必要であり、こ
れが実現すれば現状の半導体レーザモジュールに比べて
はるかにレーザ光出力の低下の少ない、より高性能の製
品を提供することが可能となる。

【００１２】そこで本発明は、光ファイバを固定する際
に、幅方向及び高さ方向での位置ずれの吸収が可能であ
り、幅方向で見られる溶接接合部での隙間をなくすこと
が可能であり、尚且つ、固定後は位置ずれを起こさない
十分な剛性が得られる光ファイバの保持部品及び該保持
部品を備える半導体レーザモジュールを提供することを
課題とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者は上記課題を解
決するために鋭意検討した結果、光ファイバの保持部品
の構成要素として柔軟性に優れる金属ワイヤを使用する
と共に、これらを多数本組み合わせて使用することで上
記相矛盾する要求を満足し得ることを見い出し、本発明
に到達した。

【００１４】即ち、本発明の光ファイバの保持部品は、
ワイヤ保持基板の表面にブラシ状に多数の金属ワイヤを
立設したことを特徴とするものである。この場合、前記
金属ワイヤは光ファイバを載せて押さえたときに屈曲す
る程度に細くて柔軟性に富む材料により構成され、尚且
つ複数本が一体化された状態では強固な保持力を発揮す
るように構成されることが望ましい。

【００１５】また本発明の半導体レーザモジュールは、
台座上に半導体レーザ光源と光ファイバを直接保持する
光ファイバの保持部品とが固定されている半導体レーザ
モジュールにおいて、前記光ファイバの保持部品はワイ
ヤ保持基板の表面にブラシ状に多数の金属ワイヤを立設
したものであることを特徴とするものである。この場
合、前記光ファイバは、複数本の金属ワイヤによって保
持されており、両者の固定はレーザ溶接によって行われ
ていてもよく、前記光ファイバの入力端がレンズ状に加
工されていてもよい。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下において本発明を図面に基づ
いて詳細に説明する。図１は本発明の光ファイバの保持
部品を備える半導体レーザモジュールの内部構造の概略
を示す斜視図であり、図１において符号１は半導体レー
ザモジュールを示す。半導体レーザモジュール１は台座
３を備えており、該台座３の上に半導体レーザ光源７が
設けられている。台座３にはワイヤ保持基板９の表面に
ブラシ状に多数の金属ワイヤ８を立設した光ファイバの
保持部品１１が載置され固定されている。尚、ワイヤ保
持基板９は図1〜６に示す本実施の形態のように平板状
の他、例えば雨樋のように幾らか湾曲した形状でも良い
し、その形状は種々選択可能である。また金属ワイヤ８
は、光ファイバを載せて押さえたときに屈曲する程度に
細くて柔軟性に富む材料が好ましく、加えて複数本の金
属ワイヤ８が光ファイバ１０に固定され、一体化された
状態では強固な保持力を発揮するよう十分な剛性を有す
ることが必要とされる。図２は、光ファイバ１０を固定
した状態の本発明の光ファイバの保持部品１１を示す斜
視図、図３は光ファイバ１０を固定する前の光ファイバ
保持部品１１を示す斜視図、図４はそれぞれの状態の光
ファイバ１０の光軸方向から見た断面図である。

【００１７】光ファイバ１０は、中心に位置するファイ
バ線１２と、その周囲に形成されている金属フェルール
１４とから構成されており、入力端２３から入射したレ
ーザ光をファイバ線１２内のコアに受け入れて、コアと
クラッドとの界面で該レーザ光を反射しながら、レーザ
光が光ファイバ内を進行する構造となっている。

【００１８】光ファイバ１０の入力端２３には、半導体
レーザ光源７側へ凸状に膨らんだレンズ部分１６が形成
されている。このレンズ部分１６は、半導体レーザ光源
７からのレーザ光を光ファイバ１０のコア内に収束して
レーザ光の入力効率を高める作用を有する。

【００１９】なお本発明の光ファイバの保持部品を備え
る半導体レーザモジュール１を適用するのに好ましい形
態の一つとして、図５に示すように、入力端２３がくさ
び型またはマイナスドライバーの先端部の形状のような
形態を備える光ファイバ１０が挙げられる。このような
光ファイバ１０は、図５に示すように、くさび型に延び
る方向が水平方向になるようにして使用する。

【００２０】光ファイバの保持部品１１は光ファイバ１
０の入力端２３付近を保持する。光ファイバの保持部品
１１における金属ワイヤ８の高さは金属ワイヤ８がブラ
シ状に密集する中に光ファイバ１０が押しつけられ、そ
の下半分程度が入り込むように設定する。この押しつけ
により、光ファイバ１０の下方ないしはその近傍にある
金属ワイヤ８は適宜湾曲し、変形して多くの金属ワイヤ
８が光ファイバ１０と接することになる。このとき光フ
ァイバ１０の入力端２３の高さは、半導体レーザ光源７
から出射されるレーザ光の光軸の高さと同じになるよう
に調節されている。また、同様に水平方向の位置も調節
される。この状態で固体レーザ溶接等により、光ファイ
バ１０は光ファイバの保持部品１１に固定される。この
溶接により、一つの溶接点２１当たり一例として２０本
以上の多数の金属ワイヤ８の自由端側の端部付近が光フ
ァイバ１０に留められることになる。図４（ａ）に示す
ようにこれらの金属ワイヤ８は異なる方向から互いに支
え合い、固定後の時間的な位置ずれや温度環境変化によ
る位置ずれ等を十分押さえるだけの剛性を有する。

【００２１】本発明の光ファイバの保持部品１１の材質
としては、一例としてコバール合金やステンレス合金が
適用できる。因みに光ファイバ１０の外側の金属フェル
ール１４は、多くの場合ガラスと熱膨張係数の近いコバ
ール合金が用いられていることから、光ファイバの保持
部品１１としても光ファイバ１０とレーザ溶接等により
固定されるわけであるから、その場合同種材料であるコ
バール合金で作ることが望ましい。また、別の材料とし
て、加工し易さやコストを考慮すればステンレス合金等
を採用することも可能である。

【００２２】光ファイバ１０と光ファイバの保持部品１
１の固定方法としては、固体レーザによる溶接が考えら
れるが、電気溶接や、ハンダを用いた固定方法などを採
用することも可能である。このようにして光ファイバの
保持部品１１の金属ワイヤ８のうち、光ファイバ１０と
接するすべての金属ワイヤ８が光ファイバ１０に固定さ
れると、本発明の光ファイバの保持部品１１及び該保持
部品を備える半導体レーザモジュール１における固定後
の光ファイバ１０の保持力はさらに大きくなり、強固な
ものとなる。

【００２３】本発明においては光ファイバ１０の金属フ
ェルール１４の部分は、一例として直径が１〜２ｍｍで
あり、長さが７〜８ｍｍ程度のものを使用しうる。これ
らの大きさから考えると、本発明の光ファイバの保持部
品１１のブラシ状の金属ワイヤ８については、例えば、
ワイヤ長さが２〜４ｍｍ、ワイヤ直径が０．１〜０．２
５ｍｍ、ブラシ状部分については、幅４ｍｍ、長さ５ｍ
ｍで、ワイヤ密度が１０〜２０本／平方ミリメートルと
いう設定が一例として採用し得る。また金属ワイヤ８の
形状は上記の実施の形態のような針状ないしは直棒状の
ものの他、図示は省略するが、幾分湾曲したもの、先端
に材質の違うあるいは形状の違う別部材を取り付けたも
の、ループ状に形成したもの、フィルム状あるいは板状
に形成したもの等種々の形状が採用し得る。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、ブラシ状に多数の金属
ワイヤ８を備えた光ファイバの保持部品１１を用いるこ
とにより、固定前には金属ワイヤ８が自由に変形するた
め光ファイバ１０の位置に対する十分な許容度を持ち、
固定後には経時的あるいは温度的変化等に因らない安定
したレーザ光の出力を維持できるに足りる十分な剛性を
有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の光ファイバの保持部品を備える半導
体レーザモジュールの内部構造の概略を示す斜視図であ
る。

【図２】 光ファイバを固定した状態の本発明の光ファ
イバの保持部品を示す斜視図である。

【図３】 光ファイバを固定する前の光ファイバの保持
部品を示す斜視図である。

【図４】 （ａ）光ファイバを固定した後の本発明の光
ファイバの保持部品を示す光ファイバの光軸方向から見
た断面図である。（ｂ）光ファイバを固定する前の光フ
ァイバの保持部品を示す光ファイバの光軸方向から見た
断面図である。

【図５】 光ファイバの入力端の形態を異ならせた他の
実施の形態を示す斜視図である。

【図６】 従来の半導体レーザモジュールの内部構造の
一例の概略を示す斜視図である。

【図７】 従来の光ファイバの保持部品における光ファ
イバを固定する前の状態を模式的に示す光ファイバの光
軸方向から見た断面図である。

【図８】 従来の光ファイバの保持部品における光ファ
イバを固定した後の状態を模式的に示す光ファイバの光
軸方向から見た断面図である。

【符号の説明】

１ 半導体レーザモジュール ３ 台座 ７ 半導体レーザ光源 ８ 金属ワイヤ ９ ワイヤ保持基板 １０ 光ファイバ １１ 光ファイバの保持部品 １２ ファイバ線 １４ 金属フェルール １６ レンズ部分 ２１ 溶接点 ２３ 入力端 １０１ 半導体レーザ光源 １０３ 光ファイバ １０５ 光ファイバの保持部品 １０７ 台座 １０９ レーザ溶接の位置 １１１ レーザ溶接の位置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA02 CA07 CA08 DA04 DA06 DA16 DA20 5F073 AB27 AB28 BA01 EA15 FA07 FA23

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワイヤ保持基板の表面にブラシ状に多数
   の金属ワイヤを立設したことを特徴とする光ファイバの
   保持部品。
2. 【請求項２】 前記金属ワイヤは、光ファイバを載せて
   押さえたときに屈曲する程度に細くて柔軟性に富む材料
   により構成され、尚且つ複数本が一体化された状態では
   強固な保持力を発揮することを特徴とする請求項１記載
   の光ファイバの保持部品。
3. 【請求項３】 台座上に半導体レーザ光源と光ファイバ
   を直接保持する光ファイバの保持部品とが固定されてい
   る半導体レーザモジュールにおいて、 前記光ファイバの保持部品は請求項１または２記載の光
   ファイバの保持部品であることを特徴とする半導体レー
   ザモジュール。
4. 【請求項４】 前記光ファイバは、複数本の金属ワイヤ
   によって保持されており、両者の固定はレーザ溶接によ
   って行われていることを特徴とする請求項３記載の半導
   体レーザモジュール。
5. 【請求項５】 前記光ファイバの入力端がレンズ状に加
   工されていることを特徴とする請求項４記載の光ファイ
   バの保持部品を備える半導体レーザモジュール。