JP2003344719A - レーザ集光機用保持具、及びレーザ集光機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光回路等の導波系に最小限の調整だけでレー
ザビームを効率良く入射させ、かつ半導体レーザバーを
効率的に冷却可能なレーザ集光機用保持具を提供する。 【解決手段】 保持部材２０に台形の突起状とされた第
１の位置決め部２４と、二つの突起２８の間に凹部２９
を有する第２の位置決め部２６を一体的に設ける。ロッ
ドレンズ１４は、凹部２９に嵌め込むことで位置決めで
きる。半導体レーザバー１２は、第１の位置決め部２４
の頂部に活性層側を向けて配置すれば、高さ方向の位置
決めは終了し、後は、半導体レーザバー１２とロッドレ
ンズ１４との距離を設定するだけでレーザ集光機１０に
おける半導体レーザバー１２とロッドレンズ１４との位
置決めを簡単に終了することができる。半導体レーザバ
ー１２は、発熱源である活性層側を保持部材２０に接触
させているので冷却効率が良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のレーザビー
ムを光回路等の導波系に向けて出射するレーザ集光機に
係り、特に、複数の発光部が一列に並んだ半導体レーザ
バーからの出射光を、光ファイバや光回路等の導波系に
最小限の調整だけで効率良く入射させるためのレーザ集
光機に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザバーから出射された複数の
レーザビームを１個に集束して出射する光結合装置が特
開平１１−３４６０２８号公報等に提案されている。

【０００３】特開平１１−３４６０２８号公報に記載の
光結合装置では、半導体レーザバーから出射されたレー
ザビームをマイクロレンズで集光し、光導波路の入射口
に入射させているが、これを実際に実現するためには、
半導体レーザバーとマイクロレンズ及び光導波路の光軸
を一致させ、かつこれらの部品を決った位置に配置し固
定する必要がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１１−３４６０２８号公報には、そのための方策につい
て記載がなく、実際に複数のレーザビームを１個に集束
して出射することは困難であった。

【０００５】また、特開２０００−１９３６２号公報に
は、複数のマイクロレンズの代りに１個のシリンドリカ
ルレンズを用いる装置が提案されているが、同様に部品
を決った位置に配置し固定するための方策について記載
がなく、実際に複数のレーザビームを１個に集束して出
射することは困難であった。

【０００６】さらに、レーザの出力が大きくなると、半
導体レーザバーの発熱が大きくなり、効率的に半導体レ
ーザバーを冷却する必要があるが、効率的に半導体レー
ザバーを冷却する方法は未だ提案されていなかった。

【０００７】本発明は、上記問題を解決すべく成された
もので、半導体レーザバー及びロッドレンズの位置決め
が容易であり、光ファイバや光回路等の導波系に最小限
の調整だけでレーザビームを効率良く入射させ、かつ半
導体レーザバーを効率的に冷却可能なレーザ集光機用保
持具、及びレーザ集光機を提供することが目的である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に記載の発明は、レーザビームを出射する光
放出部を有する活性層を半導体基板上に備え、複数の光
放出部を直線状に配置した半導体レーザバーと、前記半
導体レーザバーのレーザビーム出射側に設けられ、導波
系の入射部に向けてレーザービームを出射するロッドレ
ンズと、を保持するレーザ集光機用保持具であって、前
記半導体レーザバーの活性層側表面に接触して前記半導
体レーザバーの位置決めを行う第１の位置決め部と、前
記ロッドレンズに接触して前記ロッドレンズの位置決め
を行う第２の位置決め部と、を一体的に設けたことを特
徴としている。

【０００９】次に、請求項１に記載のレーザ集光機用保
持具の作用を説明する。

【００１０】請求項１に記載のレーザ集光機用保持具に
は、半導体レーザバーの位置決めを行う第１の位置決め
部と、ロッドレンズの位置決めを行う第２の位置決め部
とを一体的に備えているので、半導体レーザバーとロッ
ドレンズとを各々所定の位置に設置するだけで両者の相
対的な位置関係が最適になる。

【００１１】半導体レーザバーの活性層は、半導体基板
に比較して極めて薄いため、半導体基板の厚み誤差より
も活性層の厚み誤差は極めて小さいものとなる。

【００１２】請求項１に記載のレーザ集光機用保持具で
は、半導体レーザバーの活性層側を第１の位置決め部に
接触させるので、半導体基板の厚み誤差を無視すること
ができ、半導体基板を第１の位置決め部に接触させるよ
りも精度良く位置決めすることができる。

【００１３】これにより、半導体レーザバーから出射し
た複数のレーザービームをロッドレンズに入射させ、ロ
ッドレンズを通過したレーザビームを導波系の入射部に
入射させることができる。

【００１４】半導体レーザバーの活性層はレーザビーム
の出射時に発熱するが、発生した熱は第１の位置決め部
を介してレーザ集光機用保持具全体に伝達され放熱され
る。

【００１５】半導体レーザバーは、発熱源である活性層
側から放熱を行うので、半導体基板を介して放熱するよ
りも効率的に放熱することができ、冷却対策が容易にな
る。

【００１６】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
のレーザ集光機用保持具において、前記保持手段は、平
板状の基部を備え、前記第１の位置決め部は、前記基部
の片面に一体的に設けられ前記半導体レーザバーの活性
層側表面に頂部を接触させて前記片面から前記半導体レ
ーザバーを離間させる突起であり、前記第２の位置決め
部は、前記片面に一体的に設けられ、前記ロッドレンズ
を嵌め込む凹部である、ことを特徴としている。

【００１７】次に、請求項２に記載のレーザ集光機用保
持具の作用を説明する。

【００１８】請求項２に記載のレーザ集光機用保持具で
は、半導体レーザバーを基部の片面より突起の高さ分だ
け浮かせることができるので、半導体レーザバーから出
射されるレーザビームが拡散する場合であっても、該レ
ーザビームは保持具表面でけられることなくロッドレン
ズへ入射できる。

【００１９】また、半導体レーザバーを基部より浮かせ
ることにより、半導体レーザバーを第１の位置決め部に
載せて半田で接合する場合、余剰の半田が半導体レーザ
バーの上面である基板側に回り込んでショートする事を
防止できる。

【００２０】一方、ロッドレンズは、凹部に嵌め込むこ
とにより容易に位置決めすることができる。

【００２１】請求項３に記載のレーザ集光機は、請求項
１または請求項２に記載のレーザ集光機用保持具に、レ
ーザビームを出射する光放出部を有する活性層を半導体
基板上に備え、複数の光放出部を直線状に配置した半導
体レーザバーと、導波系の入射部に向けてレーザービー
ムを出射するロッドレンズと、を位置決め固定したこと
を特徴としている。

【００２２】次に、請求項３に記載のレーザ集光機の作
用を説明する。

【００２３】請求項３に記載のレーザ集光機では、半導
体レーザバーから出射した複数のレーザービームをロッ
ドレンズに入射させ、ロッドレンズを通過したレーザビ
ームを導波系の入射部に入射させることができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態の一例を詳細に説明する。

【００２５】図１には、本発明のレーザ集光機の一実施
形態が斜視図にて示されている。

【００２６】図１に示すように、本実施形態のレーザ集
光機１０は、半導体レーザバー１２、ロッドレンズ１
４、及び保持部材２０から構成されている。

【００２７】本実施形態に用いる半導体レーザバー１２
は、一定厚みの矩形の平板形状を呈している。

【００２８】図２に示すように、半導体レーザバー１２
は、レーザビームを出射する光放出部（図示せず）を有
する活性層１６を半導体基板１８の片面に備え、一端面
１２Ａ側に複数の光放出部を直線状に等間隔に配置した
一般的に知られている構造のものであり、該一端面１２
Ａから直角方向にレーザービームが出射される。

【００２９】ロッドレンズ１４は、半導体レーザバー１
２から出射されたレーザビームを後述する光集束器３０
の入射部に集光する役目をするものであり、本実施形態
では一定径の円柱形状を呈している。

【００３０】保持部材２０は、金属等の導体材料であっ
ても良いし、シリコン等の半導体材料、あるいはセラミ
ックス等の不導体材料であっても良い。

【００３１】図１及び図２に示すように、保持部材２０
は、平板状の基部２２を備えている。

【００３２】基部２２の上面には、半導体レーザーバー
の位置決めを行う台形の突起状とされた第１の位置決め
部２４が一体的に設けられている。

【００３３】第１の位置決め部２４の頂部２４Ａは、基
部２２と平行でかつ平面状に形成されている。

【００３４】頂部２４Ａは、平面形状が矩形であり、半
導体レーザバー１２よりも小さく形成されている。

【００３５】半導体レーザバー１２は、活性層１６側を
頂部２４Ａに接触させて第１の位置決め部２４に取り付
けられている。

【００３６】半導体レーザバー１２は、例えば、第１の
位置決め部２４または半導体レーザバー１２の何れか一
方の接触面に半田層を設けておき、該半田層を溶かして
固化させることで第１の位置決め部２４に固定すること
ができる。

【００３７】半導体レーザバー１２の活性層１６側に電
極が設けられている場合、第１の位置決め部２４に該電
極と接続する金属膜の配線パターンを形成し、電極と配
線パターンとを半田付けすることで半導体レーザバー１
２を保持部材２０に固定することができる。

【００３８】なお、保持部材２０が不導体材料で形成さ
れている場合には、表面に金属膜の配線パターンを蒸着
などによって形成し、半導体レーザバー１２との電気的
導通を取ることが望ましい。

【００３９】このように第１の位置決め部２４に取り付
けられた半導体レーザバー１２から出射されるレーザー
ビームの光軸Ｃは、基部２２の上面と平行である。

【００４０】ロッドレンズ１４は、半導体レーザバー１
２のレーザビーム出射側に配置されている。

【００４１】ロッドレンズ１４は、基部２２の上面に設
けられた第２の位置決め部２６によって位置決めされて
いる。

【００４２】第２の位置決め部２６は、ロッドレンズ１
４の長手方向両側に、各々一対の突起２８を備えてい
る。本実施形態の突起２８は台形状であり、基部２２に
一体的に設けられている。

【００４３】二つの突起２８の間の凹部２９にロッドレ
ンズ１４が嵌り込んでおり、ロッドレンズ１４は、突起
２８の側面と基部２２の上面に当接して位置決めされて
いる。

【００４４】ロッドレンズ１４と保持部材２０との固定
は、半導体レーザバー１２と同様に何れか一方に半田層
を設け、半田を溶かして固化させればよい。なお、ロッ
ドレンズ１４は電気的導通は必要ないので、接着剤で保
持部材２０に固定しても良い。

【００４５】このようにロッドレンズ１４及び半導体レ
ーザバー１２を位置決め固定すると、半導体レーザバー
１２から出射されるレーザービームの光軸Ｃとロッドレ
ンズ１４の軸芯とは基部２２の上面からの高さが一致す
るようになっている。

【００４６】なお、半導体レーザバー１２の各光放出部
（一端面１２Ａ）とロッドレンズ１４の中心との距離
（Ｌ１）は、後述する光集束器３０に対応して所定の値
に設定する必要がある。

【００４７】半導体レーザバー１２の一端面とロッドレ
ンズ１４の中心との距離（Ｌ１）を決めるには、例え
ば、基部２２の上面に半導体レーザバー１２の一端面１
２Ａを合わせる基準線等の目印（図示せず）を設けた
り、図３に示すように、基部２２の上面に半導体レーザ
バー１２の一端面１２Ａを当接させる突起３１を一対を
設ける、冶具（図示せず）を用いる等の方法があり、必
要に応じて選択すれば良い。

【００４８】保持部材２０のロッドレンズ側の端面２０
Ａは、後述する光集束器３０との位置決め用の基準面と
されており、ロッドレンズ１４の軸芯と平行に形成され
ている。

【００４９】保持部材２０のロッドレンズ側には、光集
束器３０が配置されている。

【００５０】光集束器３０は、半導体レーザバー１２の
光放射部と同じ数の光導波路３２を備えている。

【００５１】各光導波路３２は、保持部材２０と反対方
向に向うにしたがって互いに接近し、最終的には１本に
結合される。

【００５２】各光導波路３２の保持部材２０側の端部は
レーザービームの入射口とされ、光集束器３０の保持部
材２０側の一端に一直線状に、半導体レーザバー１２の
光放射部と同一間隔で配置されている。

【００５３】光集束器３０の保持部材２０側の端面３０
Ａは、保持部材２０との位置決め用の基準面とされてお
り、保持部材２０の端面２０Ａと密着するようになって
いる。

【００５４】本実施形態では、二つの突起２８の中心
（ロッドレンズ１４の軸芯）から端面２０Ａまでの距離
（Ｌ２）は、本実施形態では、ロッドレンズ１４から出
射されたレーザビームが光導波路３２の入射口に集光す
るように設定されている。

【００５５】したがって、本実施形態では、光集束器３
０の端面３０Ａに保持部材２０の端面２０Ａを密着させ
ると、ロッドレンズ１４から出射されたレーザビームが
光導波路３２の入射口にて集光し、レーザビームを光導
波路３２に高効率に入射させることができる。

【００５６】各光導波路３２に入射したレーザビーム
は、最終的に１本のレーザビームにまとめられ、光集束
器３０の保持部材２０とは反対側の端面の出射口３４か
らは高出力のレーザービームが出射される。 （作用）次に、本実施形態のレーザ集光機１０の作用を
説明する。

【００５７】半導体レーザバー１２から出射されたレー
ザービームは、ロッドレンズ１４に入射して光集束器３
０の入射部に入射し、光集束器３０の出射口３４から高
出力のレーザービームが出射される。

【００５８】半導体レーザバー１２は、基部２２から離
されて固定されているので、半導体レーザバー１２から
出射された拡散するレーザビームがけられることなくロ
ッドレンズ１４へ入射させることができる。

【００５９】ここで、半導体レーザバー１２の活性層１
６はレーザビームの出射時に発熱するが、発生した熱は
第１の位置決め部２４を介して基部２２に伝達され放熱
される。

【００６０】このレーザ集光機１０では、発熱源である
活性層１６側から放熱するので、半導体基板１８を介し
て放熱するよりも効率的に放熱することができ、冷却効
率が良い。

【００６１】また、ロッドレンズ１４を第２の位置決め
部２６の突起２８間に嵌め込み、半導体レーザバー１２
を第１の位置決め部２４の頂部２４Ａに配置すれば、高
さ方向の位置決めは終了し、後は、半導体レーザバー１
２とロッドレンズ１４との距離（Ｌ１）を設定するだけ
でレーザ集光機１０における半導体レーザバー１２とロ
ッドレンズ１４との位置決めを簡単に終了することがで
きる。

【００６２】半導体レーザバー１２は、活性層１６側を
第１の位置決め部２４に接触させるので、半導体基板１
８を第１の位置決め部２４に接触させるよりも精度良く
位置決めできる。

【００６３】また、保持部材２０のロッドレンズ側の端
面２０Ａを、光集束器３０との位置決め用の基準面とし
たので、保持部材２０と光集束器３０との位置関係を容
易に決めるでき、高効率に光導波路３２にレーザビーム
を入射させることができる。

【００６４】なお、保持部材２０の製作方法としては、
切削等の機械加工でも可能であるが、高精度な加工が簡
便にできることから、材料をシリコンとし、異方性エッ
チング技術を用いて加工することが好ましい。

【００６５】さらに、半導体レーザバー１２の冷却効率
を高めるために、保持部材２０にヒートシンクやペルチ
ェ素子を取り付けたり、冷却水を流す冷却水用流路を形
成しても良い。

【００６６】上記実施形態では、基部２２に第１の位置
決め部２４を１個設けたが、図４に示すように、基部２
２に第１の位置決め部２４を複数（図４の例では３個）
設け、一つの保持部材２０に複数個の半導体レーザバー
１２を位置決め固定しても良い。この場合でも、１本の
ロッドレンズ１４で集光が可能である。

【００６７】上記実施形態では、ロッドレンズ１４は、
長手方向の片側において、二つの突起２８と基部２２の
上面との３ヶ所に接触させて位置決めを行っていたが、
図５に示すように、突起２８と突起２８との間の凹部２
９をＶ字状の溝とし、二ヶ所に接触させて位置決めを行
っても良い。

【００６８】上記実施形態では、二つの突起２８の間に
ロッドレンズ１４を嵌め込んでロッドレンズ１４の位置
決めを行ったが、例えば、図６に示すように、半導体レ
ーザバー１２側の突起２８に押し付けるようにして固定
すれば、光集束器３０側の突起２８は省略することもで
きる。

【００６９】上記実施形態では保持部材２０と、光集束
器３０とが別体であったが、保持部材２０と、光集束器
３０とは一体であっても良い。

【００７０】なお、光集束器３０に代えて、光ファイバ
アレイを用いても良い。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように本発明のレーザ集光
機用保持具、及びレーザ集光機によれば、半導体レーザ
バー及びロッドレンズを容易に位置決めでき、光回路等
の導波系に対して最小限の調整だけで効率良くレーザビ
ームを入射させることができ、さらに、半導体レーザバ
ーを効率的に冷却することができる、という優れた効果
を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】レーザ集光機の一実施形態を示す斜視図であ
る。

【図２】図１に示すレーザ集光機の側面図である。

【図３】レーザ集光機の変形例を示す斜視図である。

【図４】レーザ集光機の他の変形例を示す斜視図であ
る。

【図５】レーザ集光機の他の変形例を示す第２の位置決
め部付近の側面図である。

【図６】レーザ集光機の他の変形例を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１０ レーザ集光機 １２ 半導体レーザバー １４ ロッドレンズ １６ 活性層 １８ 半導体基板 ２０ 保持部材（保持手段） ２２ 基部 ２４ 第１の位置決め部（突起） ２９ 凹部（第２の位置決め部）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前田 光俊 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 松原 弘幸 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 AA00 BA03 BA05 BA23 CA17 DA03 DA05 DA06 DA11 DA12 5F073 AB05 AB27 AB28 FA16 FA22 FA23

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザビームを出射する光放出部を有す
   る活性層を半導体基板上に備え、複数の光放出部を直線
   状に配置した半導体レーザバーと、 前記半導体レーザバーのレーザビーム出射側に設けら
   れ、導波系の入射部に向けてレーザービームを出射する
   ロッドレンズと、 を保持するレーザ集光機用保持具であって、 前記半導体レーザバーの活性層側表面に接触して前記半
   導体レーザバーの位置決めを行う第１の位置決め部と、
   前記ロッドレンズに接触して前記ロッドレンズの位置決
   めを行う第２の位置決め部と、を一体的に設けたことを
   特徴とするレーザ集光機用保持具。
2. 【請求項２】 前記保持手段は、平板状の基部を備え、 前記第１の位置決め部は、前記基部の片面に一体的に設
   けられ前記半導体レーザバーの活性層側表面に頂部を接
   触させて前記片面から前記半導体レーザバーを離間させ
   る突起であり、 前記第２の位置決め部は、前記片面に一体的に設けら
   れ、前記ロッドレンズを嵌め込む凹部である、ことを特
   徴とする請求項１に記載のレーザ集光機用保持具。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載のレーザ
   集光機用保持具に、レーザビームを出射する光放出部を
   有する活性層を半導体基板上に備え、複数の光放出部を
   直線状に配置した半導体レーザバーと、導波系の入射部
   に向けてレーザービームを出射するロッドレンズと、を
   位置決め固定したことを特徴とするレーザ集光機。