JP2002341197A - 半導体レーザモジュールにおける未結合迷光の遮蔽構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光ファイバに結合されなかった未結合迷光の
半導体受光素子への侵入を防止し、半導体受光素子の計
測精度を向上させること。 【解決手段】 光ファイバ１３の入力端２１に向けて主
にレーザビームを出射する半導体レーザ光源７と、半導
体レーザ光源７の後端面から出射されるレーザビームを
検知光として受光する半導体受光素子９とを備える半導
体レーザモジュール１において、半導体レーザ光源７及
び半導体受光素子９の取付部位近傍には半導体レーザ光
源７の後端面以外から出射されたレーザビームのうち光
ファイバ１３に結合されなかった未結合迷光の半導体受
光素子９への侵入を検知光の軌跡ないしは投影形状に基
づいて防止する遮蔽手段を設けている。

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、特に光ファイバに
結合されなかった未結合迷光の半導体受光素子への侵入
を防止するようにした半導体レーザモジュールにおける
未結合迷光の遮蔽構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザビームを出射する半導体レーザ光
源は光ファイバの入力端と対向する前端面側において約
２．５％の反射率、後端面側において約９５％の反射率
を有している。これに伴い半導体レーザ光源から出射さ
れるレーザビームの約９５％は前端面から、約２．５％
は後端面から出射していることとなる。

【０００３】このうち半導体レーザ光源の後端面から出
射されるレーザビームは、半導体レーザ光源の前端面か
ら出射されるレーザビームの出力を把握するための検知
光として使用される。具体的には半導体レーザ光源から
出射されるレーザビームの量は上述のように前端面側と
後端面側とで一定の比率を有していることから、後端面
から出射されるレーザビームの量を計測することで前端
面から出射されるレーザビームの量を推定しているので
ある。

【０００４】しかし半導体レーザ光源の前端面から出射
されるレーザビームのすべてが光ファイバに結合されて
いるわけではなく、約８０％程度が結合され、残りの２
０％は未結合迷光として図７に示すように半導体レーザ
モジュール１０１内に散乱し、半導体レーザモジュール
１０１の図示しないパッケージ等の壁面に反射して半導
体受光素子１０５に到達している。またいわゆるファイ
バグレーティングによって３％程度反射し、戻ってくる
レーザビームも半導体レーザ光源１０３を通って半導体
受光素子１０５に入ってくる。

【０００５】従って半導体受光素子１０５が検知するレ
ーザビームは、半導体レーザ光源１０３の後端面から出
射される検知用の本来のレーザビームの他に半導体レー
ザ光源１０３の後端面以外から出射されたレーザビーム
の一部が含まれていることになる。

【０００６】また光ファイバは温度変化や経時変化によ
って位置ずれを生ずるため、位置ずれが生ずると光ファ
イバにおけるレーザビームの結合効率が低下し、光ファ
イバに結合しなかった未結合迷光は増加する傾向にあ
る。未結合迷光が増加すると半導体受光素子が検知する
レーザビームの量も増加してしまうため、半導体レーザ
光源の前端面から出射される本来のレーザビームの量を
正確に判断できなくなってしまう。

【０００７】例えば結合効率が１０％下がると半導体レ
ーザモジュール内の結合効率は半導体レーザ光源の前端
面から出射されるレーザビームの約９．５％も増加して
しまい、これは半導体レーザ光源の後端面から出射され
るレーザビームの約２倍に相当する。また半導体受光素
子として比較的安価なＳｉ系のものを使用した場合に
は、受光面積が大きくなってしまい、半導体受光素子が
受光する未結合迷光の量が大幅に増えてしまう。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように半導体受光
素子によって検知されるレーザビームに上記未結合迷光
の成分が多く含まれると半導体受光素子から出力される
電流値が変動してしまい、上記前端面から出射されるレ
ーザビームと、後端面から出射されるレーザビームの比
率や光ファイバの結合効率に基づいて半導体レーザ光源
の前端面から出射される本来のレーザビームの量を判断
することは非常に困難になってしまう。

【０００９】従って、本発明は、半導体レーザ光源の前
端面から出射される本来のレーザビームの量を正確に判
断するため、光ファイバに結合されなかった未結合迷光
の半導体受光素子への侵入を防止する半導体レーザモジ
ュールにおける未結合迷光の遮蔽構造を提供することを
課題とするものである。

【００１０】

【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、半導体レーザ光源の後
端面から出射されるレーザビームは一様の軌跡を描き、
また半導体受光素子における受光面に対する投影形状も
一定であることに着目し本発明に到達した。

【００１１】即ち、本発明の半導体レーザモジュールに
おける未結合迷光の遮蔽構造は光ファイバの入力端に向
けて主にレーザビームを出射する半導体レーザ光源と、
半導体レーザ光源の後端面から出射されるレーザビーム
を検知光として受光する半導体受光素子とを備える半導
体レーザモジュールにおいて、前記半導体レーザ光源及
び半導体受光素子の取付部位近傍には半導体レーザ光源
の後端面以外から出射されたレーザビームのうち光ファ
イバに結合されなかった未結合迷光の半導体受光素子へ
の侵入を前記検知光の軌跡ないしは投影形状に基づいて
防止する遮蔽手段が設けられていることを特徴とするも
のである。

【００１２】また本発明の半導体レーザモジュールにお
ける未結合迷光の遮蔽構造において、前記遮蔽手段は前
記検知光の投影形状に対応した半導体受光素子の受光面
に形成される絞りによって構成してもよい。また本発明
の半導体レーザモジュールにおける未結合迷光の遮蔽構
造において、前記遮蔽手段は半導体受光素子と半導体レ
ーザ光源との間に設けられる遮蔽マスクであり、当該遮
蔽マスクには前記検知光の当該位置における投影形状に
対応した開口を形成することによって構成してもよい。

【００１３】また本発明の半導体レーザモジュールにお
ける未結合迷光の遮蔽構造において、前記遮蔽手段は半
導体レーザ光源の後端面側の部位から半導体受光素子の
受光面側の部位までの空間を少なくとも遮蔽する遮蔽シ
ールドによって構成してもよい。また本発明の半導体レ
ーザモジュールにおける未結合迷光の遮蔽構造におい
て、前記半導体レーザ光源及び半導体受光素子の取付部
位近傍の半導体レーザモジュールを構成する諸部材の表
面には未結合迷光を拡散ないしは吸収する拡散吸収処理
が施されていてもよい。

【００１４】

【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は本発明の未結合迷光の遮蔽
構造を適用した半導体レーザモジュールを示す斜視図、
図２は同上平面図である。

【００１５】図１、２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の上面に光源用台座５を介して半
導体レーザ光源７と半導体受光素子９とが設けられてい
る。光源用台座５は台座３に固定されており、半導体レ
ーザ光源７及び半導体受光素子９は光源用台座５に固定
されている。図１、２において符号１１は、光源用台座
５と半導体レーザ光源７との間に必要に応じて設けられ
るサブマウントである。

【００１６】台座３の上面には光ファイバ１３を保持す
るための一例として金属製の板材を屈曲ないし湾曲して
形成されるクリップ式の光ファイバ保持部材１５が設け
られている。なお、図１、２に示す実施の形態にあって
は光ファイバ１３の光軸方向に直列に二基の光ファイバ
保持部材１５を配置する構成としたが、一基のみの光フ
ァイバ保持部材１５によって光ファイバ１３を保持する
構成とすることも可能である。また、二基の光ファイバ
保持部材１５は、その一部が互いに接合していて一体と
なっていてもよい。

【００１７】光ファイバ１３は中心に位置するファイバ
線１７と、その周囲に形成されている金属フェルール１
９とから構成されており、入力端２１から入射したレー
ザビームをファイバ線１７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ビームを反射させながら
レーザビームが光ファイバ１３内を進行する構造になっ
ている。

【００１８】光ファイバ１３の入力端２１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２３が形成さ
れている。このレンズ部分２３は半導体レーザ光源７か
らのレーザビームを光ファイバ１３のコア内に収束させ
てレーザビームの結合効率を高める作用を有するもので
ある。

【００１９】次にこのような半導体レーザモジュール１
に適用される本発明の未結合迷光の遮蔽構造２５につい
て説明する。半導体レーザ光源７の前端面から出射され
るレーザビームのうち光ファイバ１３に結合されるのは
上述のように約８０％、そしてレンズ部分２３のカット
面等に反射して結合されなかった未結合迷光が約２０％
である。本発明の未結合迷光の遮蔽構造２５は光ファイ
バ１３に結合されなかった約２０％の未結合迷光の半導
体受光素子９への侵入を防止する目的で設けられてい
る。

【００２０】具体的には半導体受光素子９の受光面には
半導体レーザ光源７の後端面から出射されるレーザビー
ムの投影形状に対応した絞り２７が形成されており、こ
の絞り２７が本発明の未結合迷光の遮蔽構造２５となっ
ている。絞り２７の形状は楕円形となっている。これ
は、半導体レーザ光源７から出射されるレーザビームの
断面形状が一般に円形ないし楕円形を有していること
と、半導体レーザ光源７の後端面から出射されるレーザ
ビームが直接半導体受光素子９の受光面に反射して戻っ
てこないように半導体受光素子９は幾分傾斜して配置さ
れることとに関係している。

【００２１】また絞り２７の大きさは、半導体レーザ光
源７の種類及び半導体レーザ光源７と半導体受光素子９
との間隔が常に一定である場合には、固定しておくこと
も可能であるが、カメラの絞りのようにその大きさを調
節し得るような可動式の絞り２７を採用することも可能
である。因みにこのような絞り２７を半導体受光素子９
の受光面に形成した場合には、半導体レーザ光源７の後
端面以外から出射されパッケージの内壁面等に向けて飛
散し反射した未結合迷光が半導体受光素子９に入る確率
が小さくなるので、半導体レーザ光源７の後端面から出
射されるレーザビームをより正確に測定することができ
る。

【００２２】本発明の半導体レーザモジュールにおける
未結合迷光の遮蔽構造２５は以上述べた構成を基本とす
るものであるが、かかる構成に限定されるものではな
く、以下述べるような部分的構成の変更も可能である。

【００２３】例えば図３に示すように上記実施の形態に
おいて採用した絞り２７に代えて、半導体受光素子９と
半導体レーザ光源７との間にシート状の遮蔽マスク２９
を適用することも可能である。遮蔽マスク２９には、半
導体レーザ光源７の後端面から出射されるレーザビーム
の、該遮蔽マスク２９の存する位置における投影形状に
対応した開口３１が形成されている。このような構成と
することによっても前記実施の形態と同様に未結合迷光
の半導体受光素子９への侵入は効果的に防止される。

【００２４】また上記図３に示す実施の形態において遮
蔽マスク２９の形状をシート状に平面的に形成するので
はなく、図４に示すように中空コーン状に立体的に形成
することも可能である。このような構成とした場合には
半導体受光素子９における半導体レーザ光源７の後端面
から出射される検知光として作用する本来のレーザビー
ムのみが確実に半導体受光素子９の受光面に到達し、側
方からの未結合迷光の侵入は完全に防止される。

【００２５】また図５に示すように上記遮蔽マスク２９
に代えて遮蔽シールド３３を適用することも可能であ
る。即ち、半導体レーザ光源７の後端面側の部位から半
導体受光素子９の受光面側の部位までの空間を遮蔽する
筐体状の遮蔽シールド３３を光源用台座５上に設けるこ
とで本発明の未結合迷光の遮蔽構造２５を構成する。こ
のような構成とすることによっても、図示のように光フ
ァイバ１３のレンズ部分２３のカット面等に反射して光
ファイバ１３に結合されなかった未結合迷光が遮蔽シー
ルド３３によって遮蔽シールド３３の内部に侵入するこ
とはできないから、半導体受光素子９には光ファイバ１
３の後端面から出射されるレーザ光のみが到達する。

【００２６】なお、図５において遮蔽シールド３３の半
導体レーザ光源７側の部位にはギャップ３５が設けられ
ている。このギャップ３５は半導体レーザ光源７の感度
を良くするためと位置調節を可能にするために設けられ
るものであるが、未結合迷光の侵入を極力少なくするた
め、できるだけ小さく設定することが好ましい。

【００２７】また図示は省略するが、半導体レーザ光源
７及び半導体受光素子９の取付部位近傍の半導体レーザ
モジュール１を構成する諸部材の表面に光ファイバ１３
に結合されなかった未結合迷光を拡散ないし吸収する拡
散吸収処理を施すようにすることも可能である。拡散吸
収処理としては、該諸部材の表面を梨地状ないしざらめ
状に粗して到達した未結合迷光を拡散させるようにした
もの、到達した未結合迷光を吸収する作用を奏する反射
率の極めて低いシート素材等を該諸部材の表面に貼設し
たものが一例として採用できる。

【００２８】この他、図６に示すように半導体受光素子
９と半導体レーザ光源７との間に光ファイバ１３におけ
るレンズ部分２３と同様の作用を奏する収光レンズ３７
を設け、半導体受光素子９の受光面におけるレーザビー
ムの投影面積を極めて小さく設定することも可能であ
る。勿論この場合には、半導体受光素子９の受光面に設
けられる絞り２７等も当該レーザビームの投影面積に応
じて小さく設定することになる。このような構成を採用
した場合には未結合迷光の半導体受光素子９への侵入は
より一層少なくなる。

【００２９】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、半導体受光素
子によって検知されるレーザビームは半導体レーザ光源
の後端面から出射される検知光として作用する本来のレ
ーザビームのみとなるから、光ファイバに結合されたレ
ーザビームの計測がより正確となる。

【００３０】請求項２の発明によれば、絞りの外方に到
達した未結合迷光は半導体受光素子内に侵入することは
できないから、光ファイバに結合されたレーザビームの
計測の精度が向上する。

【００３１】請求項３の発明によれば、遮蔽マスクを半
導体受光素子の受光面に貼設した場合には上記請求項２
の発明と同様の効果が得られ、遮蔽マスクを半導体受光
素子と半導体レーザ光源の中間位置に設けた場合には、
光ファイバにおけるレンズ部分のカット面等に反射して
返ってくる未結合迷光の侵入をより前段の反射直後の段
階で防止することができる。

【００３２】請求項４の発明によれば、半導体レーザモ
ジュールにおけるパッケージの内壁面で反射する未結合
迷光に対して遮蔽効果が発揮される。

【００３３】請求項５の発明によれば、半導体レーザモ
ジュールにおけるパッケージの内壁面に飛散した未結合
迷光を拡散ないし吸収するから、半導体レーザ光源の後
端面から出射されるレーザビームの領域内に未結合迷光
が侵入することが防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の未結合迷光の遮蔽構造を適用した半
導体レーザモジュールを示す斜視図である。

【図２】 本発明の未結合迷光の遮蔽構造を適用した半
導体レーザモジュールを示す平面図である。

【図３】 本発明の未結合迷光の遮蔽構造における他の
実施の形態を示す斜視図である。

【図４】 本発明の未結合迷光の遮蔽構造における他の
実施の形態を示す側面図である。

【図５】 本発明の未結合迷光の遮蔽構造における他の
実施の形態を示す縦断側面図である。

【図６】 本発明の未結合迷光の遮蔽構造における他の
実施の形態を示す側面図である。

【図７】 従来の半導体レーザモジュールにおける未結
合迷光の侵入による問題点を示す側面図である。

【符号の説明】

１ 半導体レーザモジュール ３ 台座 ５ 光源用台座 ７ 半導体レーザ光源 ９ 半導体受光素子 １１ サブマウント １３ 光ファイバ １５ 光ファイバ保持部材 １７ ファイバ線 １９ 金属フェルール ２１ 入力端 ２３ レンズ部分 ２５ 未結合迷光の遮蔽構造 ２７ 絞り ２９ 遮蔽マスク ３１ 開口 ３３ 遮蔽シールド ３５ ギャップ ３７ 収光レンズ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ファイバの入力端に向けてレーザビー
   ムを出射する半導体レーザ光源と、半導体レーザ光源の
   後端面から出射されるレーザビームを検知光として受光
   する半導体受光素子とを備える半導体レーザモジュール
   において、前記半導体レーザ光源及び半導体受光素子の
   取付部位近傍には半導体レーザ光源の後端面以外から出
   射されたレーザビームのうち光ファイバに結合されなか
   った未結合迷光の半導体受光素子への侵入を前記検知光
   の軌跡ないしは投影形状に基づいて防止する遮蔽手段が
   設けられていることを特徴とする半導体レーザモジュー
   ルにおける未結合迷光の遮蔽構造。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記遮蔽手段は前記
   検知光の投影形状に対応した半導体受光素子の受光面に
   形成される絞りであることを特徴とする半導体レーザモ
   ジュールにおける未結合迷光の遮蔽構造。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記遮蔽手段は半導
   体受光素子と半導体レーザ光源との間に設けられる遮蔽
   マスクであり、当該遮蔽マスクには前記検知光の当該位
   置における投影形状に対応した開口が形成されているこ
   とを特徴とする半導体レーザモジュールにおける未結合
   迷光の遮蔽構造。
4. 【請求項４】 請求項１において、前記遮蔽手段は半導
   体レーザ光源の後端面側の部位から半導体受光素子の受
   光面側の部位までの空間を少なくとも遮蔽する遮蔽シー
   ルドであることを特徴とする半導体レーザモジュールに
   おける未結合迷光の遮蔽構造。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかにおいて、前記
   半導体レーザ光源及び半導体受光素子の取付部位近傍の
   半導体レーザモジュールを構成する諸部材の表面には、
   未結合迷光を拡散ないしは吸収する拡散吸収処理が施さ
   れていることを特徴とする半導体レーザモジュールにお
   ける未結合迷光の遮蔽構造。