JP2002374031A - Convergence system for semiconductor laser - Google Patents

Convergence system for semiconductor laser

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JP2002374031A
JP2002374031A JP2001178754A JP2001178754A JP2002374031A JP 2002374031 A JP2002374031 A JP 2002374031A JP 2001178754 A JP2001178754 A JP 2001178754A JP 2001178754 A JP2001178754 A JP 2001178754A JP 2002374031 A JP2002374031 A JP 2002374031A
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JP
Japan
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laser light
optical waveguide
laser
semiconductor laser
optical
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Application number
JP2001178754A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuo Hasegawa
和男 長谷川
Tadashi Ichikawa
正 市川
Morihiro Matsuda
守弘 松田
Hiroshi Ito
伊藤  博
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Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To attain miniaturization and increase in the output of laser light, and to provide degrees of freedom for alignment. SOLUTION: A convergence system 1 for semiconductor laser is provided with a semiconductor laser bar 20 for emitting a plurality of laser light, while being installed on an Si substrate 10, a rod lens 30 for controlling the focal distance of laser light emitted from the semiconductor laser bar 20, an optical waveguide device 40 for converging the laser light from the rod lens 30, a plurality of optical fibers 50 for guiding the laser light from the optical waveguide device 40, and a condenser lens 60 for converging the laser light emitted from each of the optical fibers 50.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ用集
光系に係り、特に光導波路を用いてレーザ光を集光する
半導体レーザ用集光系に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a condensing system for a semiconductor laser, and more particularly to a condensing system for a semiconductor laser for condensing laser light using an optical waveguide.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】特開平
5−93828号公報では、同公報の図1に示すよう
に、レーザダイオードバー10の放出面12,14,1
6に、光ファイバ束24の光ファイバ18,20,22
をそれぞれ対応させて、レーザ光を集光して高密度化を
図る技術(以下「従来技術1」という。)が提案されて
いる。
2. Description of the Related Art In Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-93828, the emission surfaces 12, 14, 1 of a laser diode bar 10 are shown in FIG.
6, the optical fibers 18, 20, 22 of the optical fiber bundle 24;
Accordingly, a technique for condensing a laser beam to increase the density (hereinafter, referred to as “prior art 1”) has been proposed.

【0003】しかし、レーザダイオードバー10には多
数の放出面が設けられているので、すべての放出面に1
本ずつ光ファイバを接続するのは非常に煩雑であり、放
出面に接続することができる光ファイバの数に限度があ
る。したがって、放出面に光ファイバを接続してレーザ
光を集光したとしても、集光されたレーザ光のエネルギ
ー密度に限界がある。
However, since the laser diode bar 10 has a large number of emission surfaces, one emission surface is provided for all the emission surfaces.
Connecting optical fibers one by one is very cumbersome and limits the number of optical fibers that can be connected to the emission surface. Therefore, even if an optical fiber is connected to the emission surface to condense laser light, there is a limit in the energy density of the condensed laser light.

【0004】一方、多くの放出面から出射されたレーザ
光を集光しようとすると、光ファイバ束24の外径が大
きくなり、実用上、レーザ光を集光することが困難にな
る。すなわち、集光系を小さくするためには、光ファイ
バ束の外径が小さいことが望ましい。
On the other hand, when trying to collect the laser light emitted from many emission surfaces, the outer diameter of the optical fiber bundle 24 becomes large, and it becomes difficult to collect the laser light in practical use. That is, in order to reduce the size of the light focusing system, it is desirable that the outer diameter of the optical fiber bundle be small.

【0005】一方、特開平7−168040号公報で
は、同公報の図2に示すように、複数の光源を有する半
導体レーザー(レーザバー)1bを積層し、積層された
半導体レーザー1bからの出射光を横方向に集束する光
分岐器2b1と、光分岐器2b1からの出射光を縦方向に
集束する光分岐器2b2とを備えた半導体レーザー集光
装置(以下「従来技術2」という。)が提案されてい
る。
On the other hand, in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-168040, as shown in FIG. 2 of the publication, semiconductor lasers (laser bars) 1b having a plurality of light sources are stacked, and light emitted from the stacked semiconductor lasers 1b is emitted. an optical splitter 2b 1 for focusing in the transverse direction, the semiconductor laser light collector comprising an optical splitter 2b 2 for focusing the light emitted from the optical splitter 2b 1 in the vertical direction (hereinafter referred to as "prior art 2". ) Has been proposed.

【0006】しかし、従来技術2では、レーザ光の光軸
調整において、積層された半導体レーザー1bのレーザ
光の出射位置と、光分岐器2b1のレーザ光の入射位置
とを高精度に一致させる必要がある。さらに、光軸調整
後の半導体レーザー1、光分岐器2b1及び光分岐器2
2の配置状態を保持することも困難である。そのた
め、各接続部位における位置の不整合が発生し易く、こ
の結果、効率よくレーザ光を集光することができないと
いう問題があった。
However, the conventional art 2, the optical axis adjustment of the laser beam to match the emitting position of the laser beam of the stacked semiconductor laser 1b, the optical splitter 2b 1 and the incident position of the laser beam with high precision There is a need. Furthermore, the semiconductor laser 1 after optical axis adjustment, the optical splitter 2b 1 and the optical splitter 2
It is also difficult to hold the arrangement state of b 2. For this reason, misalignment of the positions at the connection portions is likely to occur, and as a result, there is a problem that the laser light cannot be efficiently collected.

【0007】特開2000−19362号公報では、ア
レイ型半導体レーザの各光放射部から出射されたレーザ
光を集束する光集束器10を備えたアレイ型半導体レー
ザ用結合装置(以下「従来技術3」という。)が提案さ
れている。
Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2000-19362 discloses an array type semiconductor laser coupling device (hereinafter referred to as “prior art 3”) provided with a light concentrator 10 for converging laser light emitted from each light emitting portion of the array type semiconductor laser. ").).

【0008】しかし、従来技術3では、半導体レーザの
数が増えると、光集束器10の長手方向(レーザ光の入
射方向に平行な方向)の長さが大きくなり、現実的な寸
法では収まりきれない大きさになる問題がある。光集束
器10の長手方向を短くするためには、光集束器に形成
された光導波路を急激に曲げる必要があるが、急激に曲
げるとレーザ光の放射損失が増加する問題が生じる。
However, in the prior art 3, as the number of semiconductor lasers increases, the length of the optical concentrator 10 in the longitudinal direction (the direction parallel to the direction of incidence of the laser beam) increases, which cannot be accommodated in a practical size. There is a problem of not being large. In order to shorten the longitudinal direction of the optical concentrator 10, it is necessary to sharply bend the optical waveguide formed in the optical concentrator, but if it is sharply bent, there is a problem that the radiation loss of laser light increases.

【0009】本発明は、上述した課題を解決するために
提案されたものであり、小型化かつレーザ光の高出力化
を図ると共に位置合わせの自由度をもつことができる半
導体レーザ用集光系を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed to solve the above-mentioned problem, and has a small size, a high output of laser light, and a degree of freedom of alignment for a semiconductor laser. The purpose is to provide.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
複数の発光源を有する半導体レーザ又は1つの発光源を
有する複数の半導体レーザと、一方の端面に形成された
レーザ光入射部と、他方の端面に形成され、かつ各レー
ザ光入射部に入射された前記各発光源からのレーザ光を
結合して出射する1以上のレーザ光出射部と、が形成さ
れた光導波路を有する光導波路デバイスと、冷却機能を
有し、前記半導体レーザ及び前記光導波路デバイスが設
置された設置基板と、を備えている。
According to the first aspect of the present invention,
A semiconductor laser having a plurality of light-emitting sources or a plurality of semiconductor lasers having a single light-emitting source; a laser light incident portion formed on one end face; and a laser light incident portion formed on the other end face and being incident on each laser light incident portion. An optical waveguide device having an optical waveguide formed with at least one laser light emitting unit for combining and emitting laser light from each of the light emitting sources; a semiconductor laser and the optical waveguide having a cooling function; An installation board on which the device is installed.

【0011】請求項1記載の発明によれば、光収束器に
設けられた光導波路は、Y分岐型でもテーパ型であって
もよい。そして、冷却機能を有する設置基板に前記半導
体レーザ及び前記光導波路デバイスが設置されることに
よって、半導体レーザ及び光導波路デバイスを同時に直
接冷却する。これにより、半導体レーザは高出力の発振
特性を得ることができ、光導波路デバイスは熱による損
傷を抑制することができる。
According to the first aspect of the present invention, the optical waveguide provided in the light converging device may be a Y-branch type or a taper type. Then, the semiconductor laser and the optical waveguide device are installed on the installation substrate having a cooling function, whereby the semiconductor laser and the optical waveguide device are directly cooled simultaneously. As a result, the semiconductor laser can obtain high output oscillation characteristics, and the optical waveguide device can suppress damage due to heat.

【0012】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発
明において、前記各レーザ光出射部に一端側が接続さ
れ、他端側からレーザ光を出射する複数の光ファイバ
と、前記複数の光ファイバの他端側から出射されたレー
ザ光を集光する集光レンズと、を更に備えたことを特徴
とする。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a plurality of optical fibers, one end of which is connected to each of the laser light emitting portions, and which emits laser light from the other end, A condenser lens for condensing the laser light emitted from the other end of the fiber.

【0013】請求項2記載の発明によれば、光ファイバ
を用いて集光レンズまでレーザ光を導くことができるの
で、光導波路デバイスの各レーザ光出射部が離れていて
もレーザ光の高密度化を図ることができる。
According to the second aspect of the present invention, since the laser light can be guided to the condenser lens by using the optical fiber, the high density of the laser light can be obtained even if the laser light emitting portions of the optical waveguide device are far apart. Can be achieved.

【0014】請求項3記載の発明は、請求項2記載の発
明において、前記設置基板は、前記光導波路デバイスの
各レーザ光出射部から出射されるレーザ光の光軸又は光
軸近傍に案内溝が形成された光ファイバ保持部材を備
え、前記光ファイバの一端は、前記案内溝に位置合わせ
されていることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the installation substrate is provided with a guide groove at or near an optical axis of laser light emitted from each laser light emitting portion of the optical waveguide device. The optical fiber holding member is formed with the optical fiber, and one end of the optical fiber is aligned with the guide groove.

【0015】請求項3記載の発明によれば、光ファイバ
保持部材に対して高精度かつ容易に案内溝を形成するこ
とができるので、高精度に光導波路デバイスと光ファイ
バの位置合わせを行って、高効率の結合を行うことがで
きる。
According to the third aspect of the present invention, since the guide groove can be easily formed with high precision on the optical fiber holding member, the optical waveguide device and the optical fiber can be positioned with high precision. , High efficiency coupling can be performed.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態について図面を参照しながら詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0017】本発明の実施の形態に係る半導体レーザ用
集光系1は、図1に示すように、Si基板10上に設置
された状態で複数のレーザ光を出射する半導体レーザバ
ー20と、半導体レーザバー20から出射されたレーザ
光の焦点距離を調整するロッドレンズ30と、ロッドレ
ンズ30からのレーザ光を集束する光導波路デバイス4
0と、光導波路デバイス40からのレーザ光を導光する
複数の光ファイバ50と、各光ファイバ50から出射さ
れたレーザ光を集光する集光レンズ60と、を備えてい
る。
As shown in FIG. 1, a semiconductor laser condensing system 1 according to an embodiment of the present invention includes a semiconductor laser bar 20 that emits a plurality of laser beams while being mounted on a Si substrate 10; A rod lens 30 for adjusting the focal length of the laser light emitted from the laser bar 20, and an optical waveguide device 4 for focusing the laser light from the rod lens 30
0, a plurality of optical fibers 50 for guiding the laser light from the optical waveguide device 40, and a condenser lens 60 for condensing the laser light emitted from each optical fiber 50.

【0018】Si基板10は、板状に精密に形成されて
いる。よって、Si基板10は、主面11上に半導体レ
ーザバー20及び光導波路デバイス40が配置される
と、レーザバー20と光導波路デバイス40の高さ方向
の位置を精密に規制する。
The Si substrate 10 is formed precisely in a plate shape. Therefore, when the semiconductor laser bar 20 and the optical waveguide device 40 are arranged on the main surface 11, the Si substrate 10 precisely regulates the position of the laser bar 20 and the optical waveguide device 40 in the height direction.

【0019】また、図2(a)に示すように、Si基板
10の主面11上であって、半導体レーザバー20と光
導波路デバイス40の間には、半導体レーザバー20か
ら出射されるレーザ光の光軸に直交する方向に沿って、
凹部溝12が形成されている。凹部溝12の幅方向の長
さは、ロッドレンズ30の直径よりも小さくなってい
る。そして、ロッドレンズ30は、凹部溝12上に配置
され、位置規制されている。
As shown in FIG. 2A, on the main surface 11 of the Si substrate 10 and between the semiconductor laser bar 20 and the optical waveguide device 40, the laser light emitted from the semiconductor laser bar 20 Along the direction perpendicular to the optical axis,
A concave groove 12 is formed. The length of the concave groove 12 in the width direction is smaller than the diameter of the rod lens 30. Then, the rod lens 30 is arranged on the concave groove 12 and its position is regulated.

【0020】さらに、Si基板10は、熱伝導性が良好
であり、図1に示すように、板状に形成された冷却基板
13によって直接冷却されている。冷却基板13は、そ
の内部に冷媒を通すための図示しない水路を設けてい
る。冷媒供給機14は、冷却基板13に対して、冷媒ホ
ース15及び冷媒入出力ポート16を介して冷媒を供給
し、使用済みの冷媒を出力ポート17及び冷媒ホース1
8を介して回収し、再び冷却用の冷媒を冷却基板13に
供給する。これにより、冷却基板13はSi基板10を
常に冷却することができる。
Furthermore, the Si substrate 10 has good thermal conductivity, and is directly cooled by a plate-shaped cooling substrate 13 as shown in FIG. The cooling board 13 is provided with a water passage (not shown) through which the cooling medium passes. The refrigerant supply device 14 supplies the refrigerant to the cooling board 13 via the refrigerant hose 15 and the refrigerant input / output port 16, and sends the used refrigerant to the output port 17 and the refrigerant hose 1.
8 and supply the cooling medium to the cooling substrate 13 again. Thereby, the cooling substrate 13 can always cool the Si substrate 10.

【0021】したがって、Si基板10は、冷却基板1
3によって常に直接冷却されているので、半導体レーザ
バー20及び光導波路デバイス40を十分に冷却するこ
とができる。この結果、半導体レーザバー20のレーザ
発振の閾値の上昇や、光導波路デバイス40の熱による
損傷を低減することができる。
Therefore, the Si substrate 10 is
3, the semiconductor laser bar 20 and the optical waveguide device 40 can be sufficiently cooled. As a result, it is possible to reduce an increase in the laser oscillation threshold of the semiconductor laser bar 20 and damage to the optical waveguide device 40 due to heat.

【0022】なお、冷媒基板13は、冷媒によってSi
基板10を冷却する水冷式であるが、冷却フィンによっ
てSi基板10を冷却する空冷式であってもよい。
The coolant substrate 13 is made of Si
Although a water-cooling type for cooling the substrate 10 is used, an air-cooling type for cooling the Si substrate 10 by cooling fins may be used.

【0023】半導体レーザバー20は、Si基板10上
において、レーザ光の光軸に直交する方向に所定間隔毎
に配置されている。半導体レーザバー20は、駆動電源
21から供給される駆動電源によって駆動され、図3に
示すように、複数のレーザ光出射部22からレーザ光を
同一方向に出射する。
The semiconductor laser bars 20 are arranged on the Si substrate 10 at predetermined intervals in a direction orthogonal to the optical axis of the laser light. The semiconductor laser bar 20 is driven by a drive power supply supplied from a drive power supply 21, and emits laser light from a plurality of laser light emission units 22 in the same direction as shown in FIG.

【0024】ロッドレンズ30は、図2(a)に示すよ
うに、Si基板10に形成された凹部溝12によって位
置規制され、半導体レーザバー20から出射されたレー
ザ光を集束して、焦点位置の調整されたレーザ光を光導
波路デバイス40に入射させる。
As shown in FIG. 2A, the position of the rod lens 30 is regulated by the concave groove 12 formed in the Si substrate 10, and the rod lens 30 focuses the laser light emitted from the semiconductor laser bar 20 to determine the focal position. The adjusted laser light is incident on the optical waveguide device 40.

【0025】ここで、レーザ光は速軸方向にθ⊥、遅軸
方向にθ//(<θ⊥)となる広がり角を有しており、半
導体レーザバー20と光導波路デバイス40を直接結合
しても、十分な結合効率を得ることができない。そこ
で、半導体レーザバー20と光導波路デバイス40の間
に設置されたロッドレンズ30が、レーザ光の速軸方向
のスポット径と広がり角を変換している。
Here, the laser beam has a divergence angle of θ 速 in the fast axis direction and θ // (<θ⊥) in the slow axis direction, and directly couples the semiconductor laser bar 20 and the optical waveguide device 40. However, sufficient coupling efficiency cannot be obtained. Therefore, the rod lens 30 installed between the semiconductor laser bar 20 and the optical waveguide device 40 converts the spot diameter and the spread angle of the laser beam in the fast axis direction.

【0026】ビーム広がり角θ//は一般に小さいので
(FWHMで10°程度)、半導体レーザバー20と光
導波路デバイス40との距離を短くするだけで高効率な
結合を実現することができる。一方、ビーム広がり角θ
⊥はビーム広がり角θ//ほど小さくないので(FWHM
で50°程度)、ロッドレンズ30の直径を小さくする
必要がある。したがって、半導体レーザバー20と光導
波路デバイス40とを極めて接近させ、ロッドレンズ3
0の直径を小さくする必要がある。
Since the beam divergence angle θ // is generally small (about 10 ° in FWHM), highly efficient coupling can be realized only by shortening the distance between the semiconductor laser bar 20 and the optical waveguide device 40. On the other hand, the beam spread angle θ
Since ⊥ is not as small as the beam divergence angle θ // (FWHM
, The diameter of the rod lens 30 must be reduced. Therefore, the semiconductor laser bar 20 and the optical waveguide device 40 are brought extremely close to each other, and the rod lens 3
It is necessary to reduce the diameter of 0.

【0027】ロッドレンズ30の焦点距離をf、ロッド
レンズ30の媒質の屈折率をn、ロッドレンズ30の半
径をrとすると、焦点距離fは式(1)で表される。
Assuming that the focal length of the rod lens 30 is f, the refractive index of the medium of the rod lens 30 is n, and the radius of the rod lens 30 is r, the focal length f is expressed by equation (1).

【0028】[0028]

【数1】 (Equation 1)

【0029】また、図2(b)に示すように、半導体レ
ーザバー20中のエミッタの幅(活性層の幅方向の長
さ)をwLD、光導波路42の幅をWg、半導体レーザバ
ー20とロッドレンズ30間の距離をS1、ロッドレン
ズ30と光導波路デバイス40間の距離をS2、光導波
路中で伝搬可能な入射角をθとすると、式(2)が成り
立つ。
As shown in FIG. 2B, the width of the emitter (length in the width direction of the active layer) in the semiconductor laser bar 20 is w LD , the width of the optical waveguide 42 is W g , Assuming that the distance between the rod lenses 30 is S 1 , the distance between the rod lens 30 and the optical waveguide device 40 is S 2 , and the incident angle that can propagate in the optical waveguide is θ, equation (2) holds.

【0030】[0030]

【数2】 (Equation 2)

【0031】式(2)より、半径rは、近似的に次の式
(3)を満たすことが必要である。
From the equation (2), the radius r needs to approximately satisfy the following equation (3).

【0032】[0032]

【数3】 (Equation 3)

【0033】また、式(2)より、距離S1,S2は、次
の式(4)を満たすことが必要である。
According to the equation (2), the distances S 1 and S 2 need to satisfy the following equation (4).

【0034】[0034]

【数4】 (Equation 4)

【0035】以上のように、ロッドレンズ30は、式
(3)及び式(4)を満たすように、Si基板10上に
配置されている。
As described above, the rod lens 30 is disposed on the Si substrate 10 so as to satisfy the equations (3) and (4).

【0036】光導波路デバイス40は、図4に示すよう
に、全体的に平面板状に形成された光導波路基板41に
Y分岐型の光導波路42が形成されている。光導波路4
2は、クラッド材料としてSiO2、コア材料としてG
eO2を付加したSiO2を用いて、ステップインデック
ス構造で構成されている。
As shown in FIG. 4, in the optical waveguide device 40, a Y-branch type optical waveguide 42 is formed on an optical waveguide substrate 41 formed as a whole in a flat plate shape. Optical waveguide 4
2 is SiO 2 as a cladding material and G as a core material.
It has a step index structure using SiO 2 to which eO 2 is added.

【0037】光導波路42は、ロッドレンズ30からの
レーザ光が入力される複数のレーザ光入射部43と、レ
ーザ光入射部43の他端面側に形成され、かつレーザ入
射口33から入射されたレーザ光を出射するレーザ光出
射部44とを備えている。
The optical waveguide 42 is formed on a plurality of laser light incident portions 43 to which the laser light from the rod lens 30 is input, and on the other end side of the laser light incident portion 43 and is incident from the laser incident port 33. A laser light emitting unit 44 for emitting laser light.

【0038】各レーザ光入射部43は、光導波路42の
一端側に、半導体レーザバー20の各レーザ出射部22
に対応するようにそれぞれ形成されている。光導波路4
2は、各レーザ光入射部43から互いに平行な直線状に
形成され、さらにレーザ進行方向に進むに従って中心に
集まって結合点45で結合し、結合点45からレーザ光
出射部44までは1本の直線状に形成されている。した
がって、各レーザ光入射部43から入射されたレーザ光
は、光導波路42内部を伝搬して結合点45で結合し、
レーザ光出射部44から出射される。なお、このような
光導波路42は、半導体レーザバー20から出射される
レーザ光の光軸に対して垂直な方向に、複数個形成され
ている。
Each laser beam incident portion 43 is provided at one end of the optical waveguide 42 at each laser emitting portion 22 of the semiconductor laser bar 20.
Respectively. Optical waveguide 4
2 are linearly formed in parallel with each other from the laser beam incident portions 43, and further gather at the center as the laser beam travels, and are joined at a joint point 45; Are formed in a straight line. Therefore, the laser light incident from each laser light incident part 43 propagates inside the optical waveguide 42 and is coupled at the coupling point 45,
The light is emitted from the laser light emitting unit 44. Note that a plurality of such optical waveguides 42 are formed in a direction perpendicular to the optical axis of the laser light emitted from the semiconductor laser bar 20.

【0039】光導波路デバイス40は、PLC(Planar
Lightwave Circuit)技術により製造され、非常に高精
度にパターン形成されている。ここで、PLC技術と
は、光ファイバの作製技術を元にした技術であって、平
面基板上に光回路を作製する技術をいう。一般的には、
Si基板か石英基板上にSiO2膜、このSiO2膜に微
量にTiO2膜やGeO2膜等を添加した膜を作製するこ
とによって光導光路を形成している。なお、光導波路デ
バイス40の製造方法は、PLC技術に限定されず、他
にイオン交換法、熱拡散法等を用いてもよい。したがっ
て、Si基板10上において半導体レーザバー20と光
導波路デバイス40とを一体に固定するだけで、これら
を高精度に位置合わせをして結合することができる。
The optical waveguide device 40 is a PLC (Planar
Lightwave Circuit) technology and are patterned with very high precision. Here, the PLC technique is a technique based on a technique for producing an optical fiber, and refers to a technique for producing an optical circuit on a flat substrate. In general,
A light guide path is formed by producing a SiO 2 film on a Si substrate or a quartz substrate, and a film in which a small amount of a TiO 2 film, a GeO 2 film, or the like is added to the SiO 2 film. Note that the method of manufacturing the optical waveguide device 40 is not limited to the PLC technique, but may use an ion exchange method, a thermal diffusion method, or the like. Therefore, only by integrally fixing the semiconductor laser bar 20 and the optical waveguide device 40 on the Si substrate 10, they can be aligned and coupled with high precision.

【0040】光ファイバ50は、光導波路デバイス40
の各レーザ光出射部44と同じ数だけ設けられている。
光ファイバ50のレーザ光入射側は、図5に示すよう
に、光ファイバ保持部材55によって固定されている。
The optical fiber 50 is connected to the optical waveguide device 40.
And the same number as the respective laser light emitting portions 44.
The laser beam incident side of the optical fiber 50 is fixed by an optical fiber holding member 55 as shown in FIG.

【0041】光ファイバ保持部材55は、Si基板10
の主面11上であって、光導波路デバイス40のレーザ
光出射部44側に設置されている。光ファイバ保持部材
55には、レーザ光出射部44から出射されるレーザ光
の光軸又は光軸近傍にV字溝56が形成されている。そ
して、光ファイバ50のレーザ光入射側をV字溝56に
位置合わせすることによって、光導波路デバイス40と
光ファイバ50との3次元的な光軸調整が不要になり、
パッシブアライメントが可能になる。
The optical fiber holding member 55 is made of the Si substrate 10
Of the optical waveguide device 40 on the side of the laser light emitting section 44. The optical fiber holding member 55 has a V-shaped groove 56 formed at or near the optical axis of the laser light emitted from the laser light emitting section 44. Then, by aligning the laser beam incident side of the optical fiber 50 with the V-shaped groove 56, three-dimensional optical axis adjustment between the optical waveguide device 40 and the optical fiber 50 becomes unnecessary.
Passive alignment becomes possible.

【0042】なお、高精度に製造するためには、レーザ
アプレーションによりV字溝56を作製し、ダイシング
ソーにより光導波路42の端面処理を行うのが好まし
い。その他、光導波路42の各レーザ光出射部44に合
致するように光ファイバーアレイを作製して、当該光フ
ァイバーアレイを接続してもよい。逆に、光ファイバー
アレイに合致するように、光ファイバ保持部材55のV
字溝56を形成してもよい。
In order to manufacture the optical waveguide 42 with high accuracy, it is preferable that the V-shaped groove 56 is formed by laser ablation and the end face treatment of the optical waveguide 42 is performed by a dicing saw. Alternatively, an optical fiber array may be manufactured so as to match each laser light emitting portion 44 of the optical waveguide 42, and the optical fiber array may be connected. Conversely, the V of the optical fiber holding member 55 is adjusted to match the optical fiber array.
The groove 56 may be formed.

【0043】そして、光ファイバ50のレーザ光入射側
から入射されたレーザ光は、レーザ光出射側から出射さ
れる。このように、光導波路デバイス40から出射され
たレーザ光は光ファイバ50を介して集光レンズ60で
集光されるので、光導波路デバイス40と集光レンズ6
0の位置関係の自由度が十分にあり、容易に小型化を図
ることができる。
The laser light incident from the laser light incident side of the optical fiber 50 is emitted from the laser light emission side. As described above, the laser light emitted from the optical waveguide device 40 is condensed by the condenser lens 60 via the optical fiber 50, so that the optical waveguide device 40 and the condenser lens 6
The degree of freedom of the positional relationship of 0 is sufficient, and miniaturization can be easily achieved.

【0044】以上のように、本発明の実施の形態に係る
半導体レーザ用集光系1は、半導体レーザバー20と、
光導波路デバイス40と、光ファイバ保持部材55を有
するSi基板10とを、微細加工工程によりそれぞれ高
精度に加工することができるので、パッシブアライメン
トでの高精度の位置調整を行うことができ、高効率の結
合を得ることができる。さらに、Si基板10、半導体
レーザバー20、光導波路デバイス40に位置合わせ用
のマーカを付すことによって、容易に位置合わせを行う
ことができる。
As described above, the condensing system 1 for a semiconductor laser according to the embodiment of the present invention includes the semiconductor laser bar 20 and
Since the optical waveguide device 40 and the Si substrate 10 having the optical fiber holding member 55 can be each processed with high precision by a fine processing step, high-precision position adjustment by passive alignment can be performed. An efficient combination can be obtained. Further, by attaching a marker for alignment to the Si substrate 10, the semiconductor laser bar 20, and the optical waveguide device 40, the alignment can be easily performed.

【0045】また、半導体レーザ用集光系1は、半導体
レーザバー20と光導波路デバイス40の間にロッドレ
ンズ30を設けることによって、半導体レーザバー20
からのレーザ光を高効率に光導波路デバイス40に結合
することができる。
The condensing system 1 for a semiconductor laser is provided with a rod lens 30 between the semiconductor laser bar 20 and the optical waveguide device 40, so that the
Can be coupled to the optical waveguide device 40 with high efficiency.

【0046】なお、本発明は、上述した実施の形態に限
定されるものではなく、例えば以下のような場合にも適
用することができる。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be applied to, for example, the following cases.

【0047】上述した実施の形態では、図6に示すよう
に、光ファイバ50のレーザ光出射側を束ね、当該光フ
ァイバ50から出射されたレーザ光を集光レンズ60に
よって集光していたが、以下のようにしてもよい。例え
ば図7に示すように、複数の光ファイバ50から出射さ
れたレーザ光を、大口径光ファイバ58に結合させて加
工点まで導き、集光レンズ60で集光してもよい。な
お、光ファイバ50と大口径光ファイバ58との結合
は、突き合わせ接合でもレンズを用いてもよい。
In the above-described embodiment, as shown in FIG. 6, the laser light emitting side of the optical fiber 50 is bundled, and the laser light emitted from the optical fiber 50 is condensed by the condenser lens 60. The following may be adopted. For example, as shown in FIG. 7, laser light emitted from a plurality of optical fibers 50 may be coupled to a large-diameter optical fiber 58, guided to a processing point, and condensed by a condenser lens 60. Note that the optical fiber 50 and the large-diameter optical fiber 58 may be coupled using a butt joint or a lens.

【0048】また例えば、半導体レーザ用集光系1を縦
方向に数段並べてもよいが、この場合、光ファイバ50
の本数が増え、光ファイバ50の束の径が大きくなる問
題がある。そこで、図8に示すように、束ねられた光フ
ァイバ50を高温に保って引き延ばし、緩やかなテーパ
状にすればよい。これにより、光ファイバ50の外径を
小さくすると共に、レーザの高出力化を図ることができ
る。
Further, for example, the light condensing system 1 for semiconductor lasers may be arranged in several stages in the vertical direction.
And the diameter of the bundle of optical fibers 50 increases. Thus, as shown in FIG. 8, the bundled optical fibers 50 may be stretched while being kept at a high temperature to have a gentle taper shape. Thus, the outer diameter of the optical fiber 50 can be reduced, and the output of the laser can be increased.

【0049】なお、上述した説明では、光導波路42は
ステップインデックス構造としたが、低損失の光導波路
であれば特に限定されるものではなく、その他、コア材
料のGeO2の添加量を徐々に変化させた屈折率分布構
造であってもよい。なお、屈折率分布構造の作製は、膜
の組成の異なるものを成膜しておき、後に熱拡散により
屈折率分布を作製してもよいし、徐々に屈折率を変化さ
せながら成膜を行ってもよい。また、合波のための光導
波路42はY分岐を元とする構造であったが、テーパ構
造であってもよい。
In the above description, the optical waveguide 42 has the step index structure. However, the optical waveguide 42 is not particularly limited as long as it is a low-loss optical waveguide. In addition, the addition amount of GeO 2 as a core material is gradually increased. The refractive index distribution structure may be changed. Note that the refractive index distribution structure may be formed by forming a film having a different composition and then forming a refractive index distribution by thermal diffusion, or by forming the film while gradually changing the refractive index. You may. Further, the optical waveguide 42 for multiplexing has a structure based on the Y branch, but may have a tapered structure.

【0050】また、上述した実施の形態では、半導体レ
ーザバー20と光導波路デバイス40の間にロッドレン
ズ30を設けたが、ロッドレンズ30の代わりに、図9
に示すように、分布屈折率レンズ35を設けてもよい。
これにより、半導体レーザバー20から出射されるレー
ザ光を高効率で光導波路デバイス40に結合することが
できる。
In the above-described embodiment, the rod lens 30 is provided between the semiconductor laser bar 20 and the optical waveguide device 40.
As shown in (5), a distributed index lens 35 may be provided.
Thereby, the laser light emitted from the semiconductor laser bar 20 can be coupled to the optical waveguide device 40 with high efficiency.

【0051】また、半導体レーザバー20と光導波路デ
バイス40は、図10に示すように、簡便な突き合わせ
結合であってもよい。あるいは、半導体レーザバー20
と光導波路デバイス40との間に、半導体レーザバー2
0からのレーザ光の開口数(NA)を変換して結合効率
を上げるレンズ(例えば、屈折率分布レンズ、シリンド
リカルレンズ等)を用いてもよい。
Further, as shown in FIG. 10, the semiconductor laser bar 20 and the optical waveguide device 40 may be a simple butting connection. Alternatively, the semiconductor laser bar 20
Between the semiconductor laser bar 2 and the optical waveguide device 40.
A lens (for example, a refractive index distribution lens, a cylindrical lens, or the like) that increases the coupling efficiency by converting the numerical aperture (NA) of the laser light from 0 may be used.

【0052】さらに、本実施の形態では、Si基板10
の主面11上に半導体レーザバー20及び光導波路デバ
イス40を設置したが、本発明はこれに限定されるもの
ではない。例えば、最初に光導波路デバイス40を製造
し、光導波路基板41から光導波路42を構成する誘電
体を除去し、誘電体を除去した部分に半導体レーザバー
20を設置することもできる。
Further, in this embodiment, the Si substrate 10
The semiconductor laser bar 20 and the optical waveguide device 40 are provided on the main surface 11 of the present invention, but the present invention is not limited to this. For example, the optical waveguide device 40 may be manufactured first, the dielectric constituting the optical waveguide 42 may be removed from the optical waveguide substrate 41, and the semiconductor laser bar 20 may be installed in the portion where the dielectric has been removed.

【0053】[0053]

【発明の効果】請求項1記載の発明は、冷却機能を有す
ると共に前記半導体レーザ及び前記光導波路デバイスが
設置された設置基板を備えることによって、半導体レー
ザ及び光導波路デバイスを同時に直接冷却し、これによ
り、高出力の発振特性を得ることができ、光導波路デバ
イスの熱による損傷を抑制することができる。
According to the first aspect of the present invention, a semiconductor laser and an optical waveguide device are simultaneously cooled directly by providing a cooling board and having an installation substrate on which the semiconductor laser and the optical waveguide device are installed. Accordingly, high output oscillation characteristics can be obtained, and damage of the optical waveguide device due to heat can be suppressed.

【0054】請求項2記載の発明は、各レーザ光出射部
に一端側が接続され、他端側からレーザ光を出射する複
数の光ファイバと、複数の光ファイバの他端側から出射
されたレーザ光を集光する集光レンズとを備えることに
より、光ファイバを用いて集光レンズまでレーザ光を導
くことができるので、光導波路デバイスの各レーザ光出
射部が離れていてもレーザ光の高密度化を図ることがで
きる。
According to a second aspect of the present invention, there are provided a plurality of optical fibers each having one end connected to each of the laser light emitting portions and emitting laser light from the other end, and a laser emitted from the other end of the plurality of optical fibers. By providing a condensing lens for condensing light, laser light can be guided to the condensing lens using an optical fiber. Density can be increased.

【0055】請求項3記載の発明は、設置基板は光導波
路デバイスの各レーザ光出射部から出射されるレーザ光
の光軸又は光軸近傍に案内溝が形成された光ファイバ保
持部材を備え、光ファイバの一端は案内溝に位置合わせ
されていることにより、高精度に光導波路デバイスと光
ファイバの位置合わせを行って、高効率の結合を行うこ
とができる。
According to a third aspect of the present invention, the installation substrate includes an optical fiber holding member having a guide groove formed at or near the optical axis of laser light emitted from each laser light emitting portion of the optical waveguide device. Since one end of the optical fiber is aligned with the guide groove, the optical waveguide device and the optical fiber can be aligned with high accuracy, and highly efficient coupling can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態に係る半導体レーザ用集光
系の全体的な構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a condensing system for a semiconductor laser according to an embodiment of the present invention.

【図2】(a)は半導体レーザ用集光系1を構成するS
i基板、半導体レーザバー、ロッドレンズ、光導波路デ
バイスの断面図であり、(b)は半導体レーザ用集光系
1を構成するSi基板、半導体レーザバー、ロッドレン
ズ、光導波路デバイスの正面図である。
FIG. 2 (a) is a view showing a structure of a semiconductor laser focusing system 1;
FIG. 2 is a cross-sectional view of an i-substrate, a semiconductor laser bar, a rod lens, and an optical waveguide device, and FIG. 2B is a front view of a Si substrate, a semiconductor laser bar, a rod lens, and an optical waveguide device that constitute a condensing system 1 for a semiconductor laser.

【図3】半導体レーザバーの概略的な斜視図である。FIG. 3 is a schematic perspective view of a semiconductor laser bar.

【図4】光導波路デバイスに形成された光導波路を説明
するための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining an optical waveguide formed in the optical waveguide device.

【図5】光ファイバ保持部材のV字溝に光ファイバを位
置合わせする状態を説明するための図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining a state in which an optical fiber is aligned with a V-shaped groove of an optical fiber holding member.

【図6】複数の光ファイバから出射されたレーザ光を集
光レンズで集光する状態を説明するための図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a state in which laser light emitted from a plurality of optical fibers is condensed by a condenser lens.

【図7】複数の光ファイバから出射されたレーザ光を、
大口径光ファイバを介して集光レンズで集光する状態を
説明するための図である。
FIG. 7 shows laser light emitted from a plurality of optical fibers,
FIG. 4 is a diagram for explaining a state where light is condensed by a condensing lens via a large-diameter optical fiber.

【図8】複数のテーパ状の光ファイバから出射されたレ
ーザ光を集光レンズで集光して大口径光ファイバで導光
する状態を説明するための図である。
FIG. 8 is a diagram for explaining a state in which laser light emitted from a plurality of tapered optical fibers is condensed by a condenser lens and guided by a large-diameter optical fiber.

【図9】半導体レーザバーと光導波路デバイスの間のS
i基板上に分布屈折率レンズを設置した状態を説明する
ための図である。
FIG. 9 shows S between the semiconductor laser bar and the optical waveguide device.
It is a figure for explaining the state where the distributed index lens was installed on the i substrate.

【図10】半導体レーザバーと光導波路デバイスとを直
接付き合わせた状態を説明するための図である。
FIG. 10 is a diagram for explaining a state in which a semiconductor laser bar and an optical waveguide device are directly attached to each other.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 Si基板 20 半導体レーザバー 30 ロッドレンズ 40 光導波路デバイス 50 光ファイバ 60 集光レンズ Reference Signs List 10 Si substrate 20 Semiconductor laser bar 30 Rod lens 40 Optical waveguide device 50 Optical fiber 60 Condensing lens

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松田 守弘 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 伊藤 博 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 Fターム(参考) 2H037 AA04 BA02 BA03 BA05 BA22 DA04 DA06 DA12 DA18 DA38 2H047 LA12 MA03 MA05 MA07 RA00 TA32 5F073 AB04 AB27 AB28 EA24 EA28 FA13 FA26  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Inventor Morihiro Matsuda 41-Cho, Yokomichi, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture Inside Toyota Central Research Laboratory, Inc. 41, Yokomichi, No. 1 F-term in Toyota Central R & D Laboratories Co., Ltd. (Reference) 2H037 AA04 BA02 BA03 BA05 BA22 DA04 DA06 DA12 DA18 DA38 2H047 LA12 MA03 MA05 MA07 RA00 TA32 5F073 AB04 AB27 AB28 EA24 EA28 FA13 FA26

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数の発光源を有する半導体レーザ又は
1つの発光源を有する複数の半導体レーザと、 一方の端面に形成されたレーザ光入射部と、他方の端面
に形成され、かつ各レーザ光入射部に入射された前記各
発光源からのレーザ光を結合して出射する1以上のレー
ザ光出射部と、が形成された光導波路を有する光導波路
デバイスと、 冷却機能を有し、前記半導体レーザ及び前記光導波路デ
バイスが設置された設置基板と、 を備えた半導体レーザ用集光系。
1. A semiconductor laser having a plurality of light emitting sources or a plurality of semiconductor lasers having one light emitting source; a laser beam incident portion formed on one end face; and a laser beam formed on the other end face. An optical waveguide device having an optical waveguide formed with one or more laser light emitting portions that combine and emit laser light from each of the light emitting sources incident on an incident portion; and the semiconductor having a cooling function. A condensing system for a semiconductor laser, comprising: a mounting substrate on which a laser and the optical waveguide device are mounted.
【請求項2】 前記各レーザ光出射部に一端側が接続さ
れ、他端側からレーザ光を出射する複数の光ファイバ
と、 前記複数の光ファイバの他端側から出射されたレーザ光
を集光する集光レンズと、 を更に備えたことを特徴とする請求項1記載の半導体レ
ーザ用集光系。
2. A plurality of optical fibers each having one end connected to each of the laser light emitting sections and emitting laser light from the other end, and condensing laser light emitted from the other end of the plurality of optical fibers. The condensing system for a semiconductor laser according to claim 1, further comprising:
【請求項3】 前記設置基板は、前記光導波路デバイス
の各レーザ光出射部から出射されるレーザ光の光軸又は
光軸近傍に案内溝が形成された光ファイバ保持部材を備
え、 前記光ファイバの一端は、前記案内溝に位置合わせされ
ていることを特徴とする請求項2記載の半導体レーザ用
集光系。
3. The installation substrate includes an optical fiber holding member having a guide groove formed at or near an optical axis of laser light emitted from each laser light emitting section of the optical waveguide device. 3. The light condensing system for a semiconductor laser according to claim 2, wherein one end of the light guide is aligned with the guide groove.
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