JP2004045667A - Fiber module - Google Patents

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吉田 敬
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永野 和彦
Yoji Okazaki
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inexpensive multiplex laser light source capable of obtaining high output. <P>SOLUTION: After laser beams B1-B7 respectively emitted from a plurality of semiconductor lasers LD1-LD7 are converged by a converging optical system composed of collimator lenses 11-17 and a converging lens 20 for instance, they are coupled to a multi-mode optical fiber 30 and multiplexed. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源と、そこから発せられた光が入射される光ファイバーとを備えてなるファイバーモジュールに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、紫外域のレーザービームを発生させる装置として、半導体レーザー励起固体レーザーから発せられた赤外光を紫外域の第3高調波に変換する波長変換レーザーや、エキシマレーザーや、Arレーザーが実用に供されている。
【0003】
さらには近時、例えば1998年発行のJpn.Appl.phys.Lett.,Vol.37.p.L1020に示されるように、400nm近傍の波長のレーザービームを発するGaN系半導体レーザーも提供されている。
【0004】
このような波長のレーザービームを発する光源は、350〜420nmの紫外領域を含んだ所定の波長域(以下「紫外域」という)に感度を有する感光材料を露光する露光装置において、露光用光源として適用することも考えられている。その場合の露光用光源は、当然ながら、感光材料を感光させるのに十分な出力を備えることが求められる。
【0005】
しかし上記エキシマレーザーは、装置が大型で、コストやメンテナンスコストも高いという問題がある。
【0006】
また、赤外光を紫外域の第3高調波に変換する波長変換レーザーは、波長変換効率が非常に低いことから、高出力を得るのは極めて困難になっている。現在のところは、30Wの半導体レーザーで固体レーザー媒質を励起して10Wの基本波(波長1064nm)を発振させ、それを3Wの第2高調波(波長532nm)に変換し、それら両者の和周波である1Wの第3高調波(波長355nm)を得る、というのが現在の実用レベルである。その場合の半導体レーザーの電気−光効率は50%程度であり、そして紫外光への変換効率は1.7%程度と非常に低いものとなっている。そしてこのような波長変換レーザーは、高価な光波長変換素子を用いるために、コストがかなり高いものとなっている。
【0007】
またArレーザーは電気−光効率が0.005%と非常に低く、寿命が1000時間程度と非常に短いという問題がある。
【0008】
一方、GaN系半導体レーザーについては、低転位のGaN結晶基板が得られないことから、ELOGという成長方法によって約5μm程度の低転位領域を作り出し、その上にレーザー領域を形成して高出力化と高信頼性を実現する試みがなされている。しかし、こうして作製されるGaN系半導体レーザーにおいても、大面積に亘って低転位の基板を得るのが難しいので、500mW〜1W級の高出力なものは未だ商品化されていない。
【0009】
また、半導体レーザーの高出力化の別の試みとして、例えば1つで100mWの光を出力するキャビティを100個形成することで10Wの出力を得るようなことも考えられているが、100個程度の多数のキャビティを高歩留まりで作成することは、ほとんど現実性が無いと言える。特に、シングルキャビティの場合でも99%以上の高歩留まり化は困難であるGaN系半導体レーザーにあっては、なおさらである。
【0010】
本出願人は上記の事情に鑑み、高出力が得られる低コストの合波レーザー光源を先に提案した(特願2001−273849号)。この特願2001−273849号の合波レーザー光源は、複数の半導体レーザーと、1本のマルチモード光ファイバーと、前記複数の半導体レーザーからそれぞれ出射したレーザービームを集光した上で前記マルチモード光ファイバーに結合させる集光光学系とを備えてなることを特徴とするものである。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
上述の合波レーザー光源は、半導体レーザーや集光光学系がパッケージに収容されるとともに、光ファイバーの一端部もこのパッケージの中に収められてファイバーモジュールを構成することが多い。そのようなファイバーモジュールにおいて光ファイバーの一端部は、上記パッケージの内部に固定されたファイバーホルダーやブラケット等に固定されるが、従来、この光ファイバーの固定は、金属筒(フェルール)付きの光ファイバーをYAG溶接したり、あるいはロウ材で固定する手法を用いてなされて来た。
【0012】
しかし、光ファイバーの固定精度はYAG溶接する場合で±1〜5μm、ロウ材で固定する場合で±5〜数十μm程度であり、そのため、レーザービームの収束位置に対して光ファイバーを正確に調芯して配置することができず、両者の結合効率は前者の場合で80%程度、後者の場合で60〜80%程度にとどまっている。また従来、光ファイバーを接着剤で固定することもなされているが、その場合の光ファイバーの固定精度も上記と同様である。
【0013】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、入射光と光ファイバーとの結合効率を向上させることができるファイバーモジュールを提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明によるファイバーモジュールは、前述したように光ファイバーと、この光ファイバーの一端部を保持する保持部材と、光源と、この光源が発する光を前記光ファイバーに、その一端面から入射させる光学系とを備えてなるファイバーモジュールにおいて、光ファイバーが保持部材に対して、薄層化された紫外線硬化型接着剤によって接着固定されていることを特徴とするものである。なお上記紫外線硬化型接着剤の厚みは、1μm以下であることが望ましい。
【0015】
一方、上記構成を有する本発明のファイバーモジュールにおいて、保持部材は透明部材から構成されることが好ましい。
【0016】
また本発明は、先に述べた特願2001−273849号の合波レーザー光源のように、複数の半導体レーザーと、1本のマルチモード光ファイバーと、上記複数の半導体レーザーからそれぞれ出射したレーザービームを集光した上でマルチモード光ファイバーに結合させる集光光学系とを備えてなる合波レーザー装置に適用されるのが望ましい。
【0017】
そのようにする場合は、複数の半導体レーザーが、各々の活性層と平行な方向に発光点が1列に並ぶように配設され、集光光学系が、前記発光点の並び方向の開口径が該方向に直角な方向の開口径よりも小さく形成されて、各半導体レーザー毎に設けられた複数のコリメーターレンズ、およびこれらのコリメーターレンズで平行光化された複数のレーザービームをそれぞれ集光して前記マルチモード光ファイバーの端面で収束させる集光レンズから構成されていることが特に望ましい。
【0018】
また、上記複数のコリメーターレンズは互いに一体化されて、レンズアレイとして構成されることが望ましい。
【0019】
他方、上記複数の半導体レーザーを実装するブロックは、複数に分割され、互いに張り合わせて一体化されていることが望ましい。
【0020】
また複数の半導体レーザーは、一列に並べて配置する場合には3〜10個、さらに好ましくは6または7個設けられることが望ましい。またこの半導体レーザーとしては、発光幅が1.5〜5μm、さらに好ましくは2〜3μmのものが用いられるのが望ましい。そしてこの半導体レーザーとしては、GaN系半導体レーザーが用いられることが望ましい。
【0021】
一方上記マルチモード光ファイバーとしては、コア径が50μm以下で、NA(開口数)が0.3以下のものが用いられることが望ましい。さらに、このマルチモード光ファイバーとしては、コア径×NAの値が7.5μm以下のものが用いられることが望ましい。
【0022】
また本発明のファイバーモジュールによって上記合波レーザー光源を構成する場合、複数の半導体レーザーは、レーザービームの照射を受ける側から見た状態で2次元的に配列固定されていることが望ましい。
【0023】
またその場合の合波レーザー光源は、上述したマルチモード光ファイバーを1本だけ用いて構成されてもよいが、好ましくは、該マルチモード光ファイバーを複数用いて、それらのマルチモード光ファイバーの各々に複数の半導体レーザーおよび集光光学系を組み合わせ、各マルチモード光ファイバーから高出力のレーザービームを発するように構成することもできる。そのようにする場合、複数のマルチモード光ファイバーは少なくとも出射端部において1次元アレイ状、あるいは、バンドル状に配設されるのが望ましい。
【0024】
【発明の効果】
本発明者の研究によると、前述したように光ファイバーを接着剤、YAG溶接、あるいはロウ材で固定する従来技術において十分な固定精度が得られないのは、特にその固定部分に製造時や使用時に温度変化が加わった際、熱による膨張、収縮が生じるためであることが判明した。
【0025】
この知見に鑑みて本発明のファイバーモジュールでは、光ファイバーを保持部材に対して、薄層化された紫外線硬化型接着剤によって接着固定するようにしたので、この接着部分に温度変化が加わった際の膨張、収縮を少なく抑えることができ、十分な固定精度を得ることが可能になる。具体的には、紫外線硬化型接着剤を1μm以下程度の薄層にしておくことにより、入射させる光と光ファイバーとの結合効率を90%以上まで高めることができる。
【0026】
なお本発明のファイバーモジュールにおいて、保持部材が透明部材から構成されている場合は、紫外線硬化型接着剤に紫外線を照射して硬化させる際に、その紫外線が保持部材によって遮られることを防止できるから、紫外線の照射方向を自由に設定可能となり、それにより良好な作業性を実現できる。
【0027】
また、本発明のファイバーモジュールによって構成される前述の合波レーザー光源は、複数の半導体レーザーからそれぞれ出射したレーザービームを集光してマルチモード光ファイバーに結合させる極めて簡単な構成のものであって、特に作製が困難な要素も必要としないので、低コストで形成可能となる。
【0028】
またそのような合波レーザー光源において、特に複数の半導体レーザーが、各々の活性層と平行な方向に発光点が1列に並ぶように配設され、集光光学系が、前記発光点の並び方向の開口径が該方向に直角な方向の開口径よりも小さく形成されて、各半導体レーザー毎に設けられた複数のコリメーターレンズ、およびこれらのコリメーターレンズで平行光化された複数のレーザービームをそれぞれ集光して前記マルチモード光ファイバーの端面で収束させる集光レンズから構成された場合には、複数の半導体レーザーの配置ピッチをより短くして、より高密度に配置できるようになる。このように複数の半導体レーザーをより高密度に配置しておくと、複数のレーザービームの光ファイバー端面における位置ずれがより小さく抑えられるようになるので、複数の半導体レーザー、マルチモード光ファイバーおよび集光光学系の組立位置精度を比較的緩くできるという効果が得られ、さらに、この組立位置精度を緩くできることから、合波本数をより多くして高出力化できる。その理由は、後に実施の形態に沿って詳しく説明する。
【0029】
また、上述のような複数のコリメーターレンズが互いに一体化されてレンズアレイとして構成される場合は、複数のコリメーターレンズが1個ずつ別体に形成される場合と比較して、各レンズの周辺部に大きな非有効領域ができてしまうことを避けられるから、各レンズを互いにより近接させて配置可能となる。そうであれば、複数の半導体レーザーをよりさらに高密度に配置できるので、上記の組立位置精度を緩くできるという効果、合波本数をより多くして高出力化できるという効果がさらに顕著なものとなる。
【0030】
さらにこの場合は、コリメーターレンズの位置調整作業が、1つのレンズアレイの位置を調整するだけで済むので、この作業が簡素化される。
【0031】
また、印刷、医用画像の分野や、PCB(プリント・サーキット・ボード)、PDP(プラズマディスプレイ)、LCD(液晶ディスプレイ)等による画像を感光材料に露光する場合等においては、上記マルチモード光ファイバーとしてコア径が50μm以下のものを用いると、露光スポットを微細なものにして高精細な画像を露光できるようになる。また、そのマルチモード光ファイバーのNAが0.3以下であると、上述のような高精細画像を露光する上で十分な焦点深度が確保され、鮮鋭度の高い画像を露光可能となる。
【0032】
また、マルチモード光ファイバーとしてコア径×NAの値が7.5μm以下のものを用いる場合、それらの組合せとしては例えば50μm×0.15、40μm×0.188、30μm×0.25、25μm×0.3等が挙げられる。このような特性のマルチモード光ファイバーを用いると、そのNAと同程度のNAのコリメーターレンズで各半導体レーザーからのレーザービームを平行光化でき、NA=0.3の集光レンズで25μm以下のスポットに合波レーザービームを集光させることも可能になる。それにより、高解像度と十分な焦点深度を確保できるようになる。
【0033】
他方、上記複数の半導体レーザーを実装するブロックが複数に分割され、互いに張り合わせて一体化されている場合は、1つのブロックに半導体レーザーを全て実装する場合と比較して、実装の歩留まりを向上させることができる。例えば、1つの半導体レーザーの実装歩留まりが98%の場合、6個の半導体レーザーを1つのブロックに全て実装する場合の全体の実装歩留まりは86%(=0.98×100)であり、それに対して3個ずつ2つのブロックに実装する場合のそれは、2つのブロックを接合する歩留まりはほぼ100%を実現できるので、94%(=0.98×100)に向上する。
【0034】
また上述のような合波レーザー光源において、半導体レーザーが3個以上設けられれば、従来知られている偏光合波では2個の半導体レーザーからのレーザービームしか合波できないのに対し、それを上回る高出力の合波ビームを得ることが能になる。ただし、1つの半導体レーザーの実装歩留まりが通常その程度であるように98%であるとすると、半導体レーザーを10個設ける場合には、実装歩留まりが82%まで低下する。それ以上の歩留まり低下は現実上避けなければならないないので、本発明の好ましい実施の形態においては、この半導体レーザーの数の上限を10個とする。
【0035】
さらに、半導体レーザーの数が10個一列に並べて配置される場合、画像形成用のコア径50μm以下でNA0.3以下、もしくはコア径×NA=7.5μm以下のマルチモード光ファイバーを用いたとき、求められる実装精度は0.1μm未満と非常に厳しい値になってしまうが、一列に並べる半導体レーザーの数を6または7個としておくことにより、求められる実装精度は0.3〜1μm未満と著しく緩和される。また、半導体レーザーの数が6または7個の場合は、3個の場合と比べて2倍以上の高出力を得ることができる。
【0036】
また半導体レーザーとして発光幅が1.5μm以上のものを適用することにより、例えばそれがGaN系半導体レーザーである場合は、完全単一横モード構造のものの最大出力(30mW程度)と比較して、高い出力(50mW以上)を得ることができる。一方、半導体レーザーとして発光幅が5μm以下のものを適用することにより、画像形成用のコア径50μm以下でNA0.3以下、もしくはコア径×NA=7.5μm以下のマルチモード光ファイバーに対して半導体レーザーが3個以上の集光結合系を構成可能となる。また、半導体レーザーとして発光幅が2〜3μmのものを適用することにより、前記の画像形成用の光学系において半導体レーザーが6または7個の集光結合系を構成可能となる。
【0037】
また複数の半導体レーザーを、レーザービームの照射を受ける側から見た状態で2次元的に配列すれば、多数の半導体レーザーを高密度に配置できるから、1本のマルチモード光ファイバーにより多数のレーザービームを入射させることが可能となって、より高出力の合波レーザービームを得ることができる。
【0038】
他方、上記の合波レーザー光源が、複数のマルチモード光ファイバーを少なくとも出射端部において1次元アレイ状、あるいはバンドル状に配設してなる場合は、それらの光ファイバーから高出力のレーザービームを1次元あるいは2次元に整列した状態で出射させることができる。そうであれば、整列して出射する複数のレーザービームの各々を、変調部がライン状、あるいは2次元状に配列されてなるGLVやDMD等の空間光変調素子の各変調部に入射させて、画像露光等のために効率良く変調させることができる。
【0039】
【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を説明する。
【0040】
図3、4および5はそれぞれ、本発明の第1の実施の形態による紫外光高輝度合波ファイバーモジュールの平面形状、側面形状および部分正面形状を示すものである。また図1および2は、このファイバーモジュールの一部を拡大して示すものである。なおこのファイバーモジュールは、前述したような合波レーザー光源を構成するものである。
【0041】
まず図1の平面図に示すようにこの合波レーザー光源は、銅からなるヒートブロック10上に配列固定された一例として7個のチップ状態の横マルチモードGaN系半導体レーザーLD1,LD2,LD3,LD4,LD5,LD6およびLD7と、各GaN系半導体レーザーLD1,LD2,LD3,LD4,LD5,LD6およびLD7に対してそれぞれ設けられたコリメーターレンズ11,12,13,14,15,16および17と、1つの集光レンズ20と、1本のマルチモード光ファイバー30とを有している。
【0042】
なおこの図1では、コリメーターレンズ11〜17および集光レンズ20の形状は概略的に示してある。また、それらの取付状態の詳細については後に説明する。なお、ヒートブロック10に対するGaN系半導体レーザーLD1〜7の取付状態を図2に示す。
【0043】
GaN系半導体レーザーLD1〜7は、発振波長が例えば全て共通の405nmであり、最大出力も全て共通の100mWである。これらのGaN系半導体レーザーLD1,LD2,LD3,LD4,LD5,LD6およびLD7から発散光状態で出射したレーザービームB1,B2,B3,B4,B5,B6およびB7は、それぞれコリメーターレンズ11,12,13,14,15,16および17によって平行光化される。
【0044】
平行光とされたレーザービームB1〜7は、集光レンズ20によって集光され、マルチモード光ファイバー30のコア30aの入射端面上で収束する。本例ではコリメーターレンズ11〜17および集光レンズ20によって集光光学系が構成され、それとマルチモード光ファイバー30とによって合波光学系が構成されている。すなわち、集光レンズ20によって上述のように集光されたレーザービームB1〜7がこのマルチモード光ファイバー30のコア30aに入射してそこを伝搬し、1本のレーザービームBに合波されてマルチモード光ファイバー30から出射する。なおマルチモード光ファイバー30としては、ステップインデックス型のもの、グレーデッドインデックス型のもの、およびそれらの複合型のものが全て適用可能である。
【0045】
次に、この紫外光高輝度合波ファイバーモジュールの全体的な構成について、図3、4および5を参照して詳しく説明する。図3、4および5はそれぞれ、この紫外光高輝度合波ファイバーモジュールの平面形状、側面形状および部分正面形状を示すものである。なおこれらの図では、コリメーターレンズ11〜17および集光レンズ20の形状や取付状態を詳しく示してある。
【0046】
本例においてモジュールを構成する光学要素は、上方が開口した箱状のパッケージ40内に収容され、このパッケージ40の上記開口がパッケージ蓋41によって閉じられることにより、該パッケージ40およびパッケージ蓋41が画成する閉空間内に密閉保持される。
【0047】
パッケージ40の底面にはベース板42が固定され、このベース板42の上面に前記ヒートブロック10が取り付けられ、このヒートブロック10にコリメーターレンズ11〜17を保持するコリメーターレンズホルダ44が固定されている。さらにベース板42の上面には、集光レンズ20を保持する集光レンズホルダ45と、ファイバーブロック43とが固定されている。そしてこのファイバーブロック43には、マルチモード光ファイバー30の入射端部を保持するファイバーホルダ46が固定されている。またGaN系半導体レーザーLD1〜7に駆動電流を供給する配線類47は、パッケージ40の横壁面に形成された開口を通してパッケージ外に引き出されている。
【0048】
なお図3においては、図の煩雑化を避けるために、GaN系半導体レーザーLD1〜7のうち1つのGaN系半導体レーザーLD7にのみ番号を付し、同様にコリメーターレンズ11〜17のうち1つのコリメーターレンズ17にのみ番号を付してある。
【0049】
図5は、上記コリメーターレンズ11〜17の取付部分の正面形状を示すものである。ここに示されるように各コリメーターレンズ11〜17は、非球面円形レンズの光軸を含む領域を細長く切り取った形とされたものであり、例えば樹脂あるいは光学ガラスをモールド成形することによって形成される。図6の(1)および(2)にはそれぞれ、それらを代表して1つのコリメーターレンズ17の拡大側面形状および正面形状を、要部の寸法(単位はmm)も入れて示してある。
【0050】
図5および6に示される通りコリメーターレンズ11〜17は、GaN系半導体レーザーLD1〜7の発光点の並び方向(図5の左右方向)の開口径が該方向に直角な方向(図5の上下方向)の開口径よりも小さく形成されて、上記発光点の並び方向に密接配置されている。
【0051】
一方GaN系半導体レーザーLD1〜7としては、発光幅が2μmで、活性層と平行な方向、直角な方向の拡がり角が一例としてそれぞれ10°、30°の状態で各々レーザービームB1〜7を発するものが用いられている。これらのGaN系半導体レーザーLD1〜7は、活性層と平行な方向に発光点が1列に並ぶように配設されている。
【0052】
したがって、各発光点から発せられたレーザービームB1〜7は、上述のように細長い形状とされた各コリメーターレンズ11〜17に対して、拡がり角最大の方向が開口径大の方向と一致し、拡がり角最小の方向が開口径小の方向と一致する状態で入射することになる。つまり、細長い形状とされた各コリメーターレンズ11〜17は、入射するレーザービームB1〜7の楕円形の断面形状に対応して、非有効部分を極力少なくして使用されることになる。本実施の形態では具体的に、コリメーターレンズ11〜17の開口径は水平方向、垂直方向で各々1.1mm、4.6mmであり、それらに入射するレーザービームB1〜7の水平方向、垂直方向のビーム径は各々0.9mm、2.6mmである。また、コリメーターレンズ11〜17の各焦点距離f=3mm、NA=0.6、レンズ配置ピッチ=1.25mmである。
【0053】
また図7の(1)および(2)はそれぞれ、集光レンズ20の拡大側面形状および正面形状を、要部の寸法(単位はmm)も入れて示すものである。ここに示されるように集光レンズ20も、非球面円形レンズの光軸を含む領域を細長く切り取って、コリメーターレンズ11〜17の並び方向つまり水平方向に長く、それと直角な方向に短い形状とされている。そして該集光レンズ20の焦点距離f=12.5mm、NA=0.3である。この集光レンズ20も、例えば樹脂あるいは光学ガラスをモールド成形することによって形成される。
【0054】
他方、マルチモード光ファイバー30としては、三菱電線工業株式会社製のグレーデッドインデックス型光ファイバーを基本として、コア中心部がグレーデッドインデックスで外周部がステップインデックスである、コア径=25μm、NA=0.3、端面コートの透過率=99.5%以上のものが用いられている。本例の場合、先に述べたコア径×NAの値は7.5μmである。
【0055】
本実施の形態の構成においては、レーザービームB1〜7のマルチモード光ファイバー30への結合効率が0.9となる。したがって、GaN系半導体レーザーLD1〜7の各出力が100mWのときには、出力630mW(=100mW×0.9×7)の合波レーザービームBが得られることになる。
【0056】
次に、マルチモード光ファイバー30の固定構造について、図3および4に戻って説明する。ファイバーブロック43は透明なガラスから形成されて、ベース板42に紫外線硬化型接着剤によって接着固定されている。またファイバーホルダ46も透明なガラスから形成されて、ファイバーブロック43に紫外線硬化型接着剤によって接着固定されている。さらにマルチモード光ファイバー30の入射端部も、ファイバーホルダ46の上面に、紫外線硬化型接着剤によって接着固定されている。なおパッケージ40の横壁面にはファイバー封止部48が形成されており、それに対応する部分に金属筒(図示せず)を有するマルチモード光ファイバー30は、該ファイバー封止部48にロウ材を用いて固定されている。
【0057】
ここでファイバーホルダ46の上面は高平坦度に加工され、それによりマルチモード光ファイバー30は、紫外線硬化型接着剤を厚み1μm以下の薄層状態にして固定されている。ファイバーホルダ46の上面に大きな凹凸が有ると、紫外線硬化型接着剤をこのような薄層状態にすることは不可能である。
【0058】
またファイバーブロック43のベース板42およびファイバーホルダ46との固定面も、さらにファイバーホルダ46のファイバーブロック43への固定面も高平坦度に加工され、それによりファイバーブロック43はベース板42に対して、またこのファイバーブロック43とファイバーホルダ46も、紫外線硬化型接着剤を厚み1μm以下の薄層状態にして固定されている。
【0059】
以上のようにして、ベース板42、ファイバーブロック43、ファイバーホルダ46およびマルチモード光ファイバー30が、紫外線硬化型接着剤を厚み1μm以下の薄層状態にして固定されていると、その紫外線硬化型接着剤に温度変化が加わった際の膨張、収縮を少なく抑えることができ、十分な固定精度を得ることが可能になる。本実施の形態では具体的に、合波レーザービームBとマルチモード光ファイバー30との結合効率は90%以上となっている。
【0060】
また本実施の形態では、保持部材であるファイバーブロック43およびファイバーホルダ46が透明なガラスから形成されているので、紫外線硬化型接着剤に紫外線を照射して硬化させる際に、紫外線がファイバーブロック43およびファイバーホルダ46によって遮られることを防止できる。そこで、紫外線の照射方向を自由に設定可能となり、それにより良好な作業性を実現できる。
【0061】
次に、図8および9を参照して本発明の第2の実施の形態によるファイバーモジュールについて説明する。なおこれらの図8および9において、図3〜5中の要素と同等の要素には同番号を付してあり、それらについての説明は特に必要のない限り省略する。
【0062】
図8はこの第2の実施の形態によるファイバーモジュールの側面形状を示すものであり、また図9はその光ファイバー固定部の側面形状を拡大して示すものである。図示されるようにこのファイバーモジュールにおいては、第1の実施の形態で用いられたファイバーブロック43およびファイバーホルダ46が省かれ、マルチモード光ファイバー30はパッケージ40の横壁面内側に固定されたファイバーブラケット49の側面に固定されている。
【0063】
この場合も、ファイバーブラケット49のパッケージ40に対する固定面、およびファイバー固定面であるその側面は高平坦度に加工され、それによりファイバーブラケット49はパッケージ40に対して、またマルチモード光ファイバー30はファイバーブラケット49に対して、紫外線硬化型接着剤を厚み1μm以下の薄層状態にして固定されている。
【0064】
なお図9において、ファイバーブラケット49のパッケージ40に対する接着範囲をaで、マルチモード光ファイバー30のファイバーブラケット49に対する接着範囲をbで示してある。またマルチモード光ファイバー30は、ここにcで示す範囲において、ファイバー封止部48にロウ材を用いて固定されている。
【0065】
以上のように、マルチモード光ファイバー30がファイバーブラケット49に対して、紫外線硬化型接着剤を厚み1μm以下の薄層状態にして固定されていることにより、本実施の形態でも、その紫外線硬化型接着剤に温度変化が加わった際の膨張、収縮を少なく抑えることができ、十分な固定精度を得ることができる。
【0066】
また本実施の形態では、パッケージ40の横壁面内側に固定されたファイバーブラケット49にマルチモード光ファイバー30を固定して、ファイバーブロック43およびファイバーホルダ46を省くことができるので、ファイバーモジュール全体を小型軽量に形成可能となる。
【0067】
ここで、上記ファイバーブロック43とファイバーホルダ46のように、ガラス部材どうしを紫外線硬化型接着剤で接着する工程について詳しく説明する。一方のガラス部材の表面は鏡面とし、他方のガラス部材の表面には研磨剤で0.15μm以上の凹凸を付け、それらの表面を面合わせして数10gの荷重をかけることにより、接着剤の厚みを0.3μm程度にする。その場合、上記凹凸を付けた面の表面粗さを最大高さRmaxで0.3μm程度にすると、接着剤の厚みを0.3μm程度にすることができる。
【0068】
具体的に上記ファイバーブロック43とファイバーホルダ46に関しては、ファイバーホルダ46の表面をスリガラス面として、それら両者間に凹凸による隙間を設ける。またファイバーブロック43と鋼鈑からなるベース板42に関しては、ベース板42に機械加工跡を設ける。またファイバーブラケット49の表面は、スリガラス面とする。
【0069】
なお紫外線硬化型接着剤としては、アウトガスを発生しないものを適用するのが好ましい。そうすることにより、パッケージ40内に配置されている光学要素がアウトガスによって劣化することを防止して、ファイバーモジュールの長寿命化を達成することができる。
【0070】
以上、合波レーザー光源を構成する本発明の実施の形態について説明したが、本発明はそれに限らず、光を集光して光ファイバーに入射させるように構成されたファイバーモジュール一般に適用可能で、そして前述した効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態によるファイバーモジュールの一部を示す平面図
【図2】上記ファイバーモジュールを構成する半導体レーザーの部分を示す斜視図
【図3】上記ファイバーモジュールの全体を示す平面図
【図4】上記ファイバーモジュールの側面図
【図5】上記ファイバーモジュールの部分正面図
【図6】上記ファイバーモジュールに用いられたコリメーターレンズの側面図(1)と正面図(2)
【図7】上記ファイバーモジュールに用いられた集光レンズの側面図(1)と正面図(2)
【図8】本発明の第2の実施の形態によるファイバーモジュールを示す側面図
【図9】図8のファイバーモジュールの一部を拡大して示す側面図
【符号の説明】
10  ヒートブロック
11〜17  コリメーターレンズ
20  集光レンズ
30  マルチモード光ファイバー
30a  マルチモード光ファイバーのコア
40 パッケージ
41  パッケージ蓋
42  ベース板
43  ファイバーブロック
46  ファイバーホルダ
48  ファイバー封止部
49  ファイバーブラケット
LD1〜7  GaN系半導体レーザー
B1〜7  レーザービーム
B  合波されたレーザービーム
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fiber module including a light source and an optical fiber into which light emitted from the light source is incident.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, wavelength conversion lasers, excimer lasers, and Ar lasers that convert infrared light emitted from semiconductor laser-excited solid-state lasers into third harmonics in the ultraviolet region have been put to practical use as devices that generate ultraviolet laser beams. It is provided.
[0003]
Furthermore, recently, for example, Jpn. Appl. phys. Lett. , Vol. 37. p. As shown in L1020, a GaN-based semiconductor laser that emits a laser beam having a wavelength near 400 nm is also provided.
[0004]
A light source that emits a laser beam having such a wavelength is used as an exposure light source in an exposure apparatus that exposes a photosensitive material having sensitivity in a predetermined wavelength region (hereinafter referred to as “ultraviolet region”) including an ultraviolet region of 350 to 420 nm. It is also considered to apply. In this case, the light source for exposure is naturally required to have a sufficient output for exposing the photosensitive material.
[0005]
However, the excimer laser has a problem that the apparatus is large, and the cost and maintenance cost are high.
[0006]
In addition, a wavelength conversion laser that converts infrared light into the third harmonic in the ultraviolet region has extremely low wavelength conversion efficiency, so that it is extremely difficult to obtain a high output. At present, a solid laser medium is excited with a 30 W semiconductor laser to oscillate a 10 W fundamental wave (wavelength 1064 nm), which is converted into a 3 W second harmonic (wavelength 532 nm), and the sum frequency of both of them. The current practical level is to obtain a third harmonic of 1 W (wavelength 355 nm). In this case, the electro-optical efficiency of the semiconductor laser is about 50%, and the conversion efficiency to ultraviolet light is very low, about 1.7%. Such a wavelength conversion laser is considerably expensive because it uses an expensive optical wavelength conversion element.
[0007]
In addition, the Ar laser has a problem that the electro-optical efficiency is very low as 0.005% and the lifetime is as short as about 1000 hours.
[0008]
On the other hand, since a low dislocation GaN crystal substrate cannot be obtained for a GaN-based semiconductor laser, a low dislocation region of about 5 μm is created by a growth method called ELOG, and a laser region is formed thereon to increase the output. Attempts have been made to achieve high reliability. However, even in the GaN-based semiconductor laser manufactured in this way, it is difficult to obtain a substrate with a low dislocation over a large area, so that a high output of 500 mW to 1 W class has not yet been commercialized.
[0009]
As another attempt to increase the output power of a semiconductor laser, for example, it may be possible to obtain 10 W output by forming 100 cavities that output 100 mW light by one. It can be said that creating a large number of cavities at a high yield is almost unrealistic. This is especially true for GaN-based semiconductor lasers where it is difficult to achieve a high yield of 99% or more even in the case of a single cavity.
[0010]
In view of the above circumstances, the present applicant has previously proposed a low-cost combined laser light source capable of obtaining a high output (Japanese Patent Application No. 2001-274349). The combined laser light source disclosed in Japanese Patent Application No. 2001-274349 is composed of a plurality of semiconductor lasers, a single multimode optical fiber, and a laser beam emitted from each of the plurality of semiconductor lasers, and then focused on the multimode optical fiber. And a condensing optical system to be coupled.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described combined laser light source, a semiconductor laser and a condensing optical system are housed in a package, and one end portion of an optical fiber is also housed in the package to constitute a fiber module. In such a fiber module, one end of the optical fiber is fixed to a fiber holder or a bracket fixed inside the package. Conventionally, this optical fiber is fixed by YAG welding of an optical fiber with a metal tube (ferrule). It has been made by using a method of fixing with brazing material.
[0012]
However, the fixing accuracy of the optical fiber is ± 1 to 5 μm when YAG welding is performed, and ± 5 to several tens μm when fixing with brazing material. Therefore, the optical fiber is accurately aligned with respect to the convergence position of the laser beam. Therefore, the coupling efficiency between the two is only about 80% in the former case and about 60 to 80% in the latter case. Conventionally, the optical fiber is also fixed with an adhesive, but the fixing accuracy of the optical fiber in that case is the same as described above.
[0013]
This invention is made | formed in view of said situation, and it aims at providing the fiber module which can improve the coupling efficiency of incident light and an optical fiber.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
As described above, the fiber module according to the present invention includes an optical fiber, a holding member that holds one end of the optical fiber, a light source, and an optical system that causes the light emitted from the light source to enter the optical fiber from one end surface thereof. The fiber module is characterized in that the optical fiber is bonded and fixed to the holding member with a thinned ultraviolet curable adhesive. The thickness of the ultraviolet curable adhesive is desirably 1 μm or less.
[0015]
On the other hand, in the fiber module of the present invention having the above-described configuration, the holding member is preferably formed of a transparent member.
[0016]
Further, the present invention provides a plurality of semiconductor lasers, one multimode optical fiber, and laser beams respectively emitted from the plurality of semiconductor lasers, as in the combined laser light source of Japanese Patent Application No. 2001-274349 described above. It is desirable to be applied to a combined laser device including a condensing optical system that condenses and couples to a multimode optical fiber.
[0017]
In this case, a plurality of semiconductor lasers are arranged so that the light emitting points are arranged in a line in a direction parallel to each active layer, and the condensing optical system has an aperture diameter in the direction in which the light emitting points are arranged. Is formed smaller than the opening diameter in a direction perpendicular to the direction, and a plurality of collimator lenses provided for each semiconductor laser and a plurality of laser beams collimated by these collimator lenses are collected. It is particularly desirable that it is composed of a condensing lens that converges light and converges at the end face of the multimode optical fiber.
[0018]
The plurality of collimator lenses are preferably integrated with each other to form a lens array.
[0019]
On the other hand, it is desirable that the block on which the plurality of semiconductor lasers are mounted is divided into a plurality of pieces and is bonded together to be integrated.
[0020]
In the case where a plurality of semiconductor lasers are arranged in a line, it is desirable that 3 to 10 semiconductor lasers, more preferably 6 or 7 semiconductor lasers are provided. As this semiconductor laser, it is desirable to use one having a light emission width of 1.5 to 5 μm, more preferably 2 to 3 μm. As this semiconductor laser, a GaN semiconductor laser is preferably used.
[0021]
On the other hand, as the multi-mode optical fiber, it is desirable to use one having a core diameter of 50 μm or less and an NA (numerical aperture) of 0.3 or less. Furthermore, it is desirable to use a multimode optical fiber having a core diameter × NA value of 7.5 μm or less.
[0022]
Further, when the above-described combined laser light source is constituted by the fiber module of the present invention, it is desirable that the plurality of semiconductor lasers are two-dimensionally arranged and fixed as viewed from the side receiving the laser beam irradiation.
[0023]
In this case, the combined laser light source may be configured by using only one multimode optical fiber as described above. Preferably, a plurality of multimode optical fibers are used, and a plurality of multimode optical fibers are used. A combination of a semiconductor laser and a condensing optical system can also be configured to emit a high-power laser beam from each multimode optical fiber. In such a case, it is desirable that the plurality of multimode optical fibers be arranged in a one-dimensional array form or a bundle form at least at the emission end.
[0024]
【The invention's effect】
According to the inventor's research, as described above, sufficient fixing accuracy cannot be obtained in the prior art in which the optical fiber is fixed with adhesive, YAG welding, or brazing material. It was found that the expansion and contraction due to heat occurred when the temperature change was applied.
[0025]
In view of this knowledge, in the fiber module of the present invention, since the optical fiber is bonded and fixed to the holding member with the thinned ultraviolet curable adhesive, when the temperature change is applied to this bonded portion Expansion and contraction can be suppressed to a small extent, and sufficient fixing accuracy can be obtained. Specifically, the coupling efficiency between the incident light and the optical fiber can be increased to 90% or more by making the ultraviolet curable adhesive into a thin layer of about 1 μm or less.
[0026]
In the fiber module of the present invention, when the holding member is made of a transparent member, when the ultraviolet curable adhesive is cured by irradiating with ultraviolet rays, the ultraviolet rays can be prevented from being blocked by the holding member. The irradiation direction of ultraviolet rays can be freely set, thereby realizing good workability.
[0027]
Further, the above-described combined laser light source configured by the fiber module of the present invention has a very simple configuration in which laser beams respectively emitted from a plurality of semiconductor lasers are condensed and coupled to a multimode optical fiber, In particular, since an element that is difficult to manufacture is not required, it can be formed at low cost.
[0028]
In such a combined laser light source, in particular, a plurality of semiconductor lasers are arranged so that the light emitting points are arranged in a line in a direction parallel to each active layer, and a condensing optical system is arranged in the arrangement of the light emitting points. A plurality of collimator lenses provided for each semiconductor laser, and a plurality of lasers collimated by these collimator lenses, having an aperture diameter in a direction smaller than an aperture diameter in a direction perpendicular to the direction In the case of a condensing lens for condensing the beams and converging them at the end face of the multimode optical fiber, the arrangement pitch of the plurality of semiconductor lasers can be made shorter and arranged at a higher density. By arranging a plurality of semiconductor lasers at a higher density in this way, the positional deviation of the plurality of laser beams at the end face of the optical fiber can be suppressed to a smaller level. The effect that the assembly position accuracy of the system can be relatively relaxed can be obtained, and furthermore, since this assembly position accuracy can be relaxed, the number of combined waves can be increased to increase the output. The reason will be described in detail later along the embodiment.
[0029]
In addition, when a plurality of collimator lenses as described above are integrated with each other and configured as a lens array, each lens is compared with a case where a plurality of collimator lenses are formed separately. Since it can be avoided that a large ineffective area is formed in the peripheral portion, the lenses can be arranged closer to each other. If so, since a plurality of semiconductor lasers can be arranged at a higher density, the effect that the above assembly position accuracy can be loosened, and the effect that the number of combined waves can be increased to increase the output is further remarkable. Become.
[0030]
Furthermore, in this case, the collimator lens position adjustment operation is only required to adjust the position of one lens array, and thus this operation is simplified.
[0031]
Also, in the fields of printing and medical images, and when exposing images on photosensitive materials such as PCBs (Printed Circuit Boards), PDPs (Plasma Displays), LCDs (Liquid Crystal Displays), etc., the core is used as the multimode optical fiber. When a diameter of 50 μm or less is used, it becomes possible to expose a high-definition image with a fine exposure spot. Further, when the NA of the multimode optical fiber is 0.3 or less, a sufficient depth of focus is ensured for exposing a high-definition image as described above, and an image with high sharpness can be exposed.
[0032]
Further, when a multimode optical fiber having a core diameter × NA of 7.5 μm or less is used, the combinations thereof are, for example, 50 μm × 0.15, 40 μm × 0.188, 30 μm × 0.25, 25 μm × 0. .3 etc. When a multimode optical fiber having such characteristics is used, a laser beam from each semiconductor laser can be collimated with a collimator lens having the same NA as that NA, and a condensing lens with NA = 0.3 is 25 μm or less. It is also possible to focus the combined laser beam on the spot. As a result, high resolution and a sufficient depth of focus can be ensured.
[0033]
On the other hand, when the block on which the plurality of semiconductor lasers are mounted is divided into a plurality of parts and integrated with each other, the mounting yield is improved as compared with the case where all the semiconductor lasers are mounted on one block. be able to. For example, when the mounting yield of one semiconductor laser is 98%, the total mounting yield when all six semiconductor lasers are mounted in one block is 86% (= 0.98 6 × 100). On the other hand, in the case where three blocks are mounted on two blocks, the yield of joining the two blocks can be almost 100%, so that it is improved to 94% (= 0.98 3 × 100).
[0034]
In addition, in the combined laser light source as described above, if three or more semiconductor lasers are provided, the conventionally known polarization multiplexing can combine only laser beams from two semiconductor lasers, but it exceeds that. It is possible to obtain a high-power combined beam. However, if the mounting yield of one semiconductor laser is 98% so that it is usually about that level, when 10 semiconductor lasers are provided, the mounting yield decreases to 82%. Since further reduction in yield must be avoided in practice, in the preferred embodiment of the present invention, the upper limit of the number of semiconductor lasers is 10.
[0035]
Further, when 10 semiconductor lasers are arranged in a line, when a multimode optical fiber having a core diameter for image formation of 50 μm or less and NA of 0.3 or less, or core diameter × NA = 7.5 μm or less is used, Although the required mounting accuracy is very severe, less than 0.1 μm, the required mounting accuracy is significantly less than 0.3-1 μm by setting the number of semiconductor lasers arranged in a row to 6 or 7. Alleviated. Further, when the number of semiconductor lasers is 6 or 7, it is possible to obtain a high output more than twice as compared with the case where there are three semiconductor lasers.
[0036]
In addition, by applying a semiconductor laser having a light emission width of 1.5 μm or more, for example, when it is a GaN-based semiconductor laser, compared to the maximum output (about 30 mW) of a complete single transverse mode structure, High output (50 mW or more) can be obtained. On the other hand, by applying a semiconductor laser having a light emission width of 5 μm or less, a semiconductor for a multimode optical fiber having a core diameter for image formation of 50 μm or less and NA of 0.3 or less, or core diameter × NA = 7.5 μm or less. It becomes possible to construct a condensing coupling system having three or more lasers. In addition, by applying a semiconductor laser having a light emission width of 2 to 3 μm, it is possible to configure a 6 or 7 condensing coupling system in the optical system for image formation.
[0037]
If a plurality of semiconductor lasers are two-dimensionally arranged as viewed from the side irradiated with the laser beam, a large number of semiconductor lasers can be arranged at a high density. Can be made incident, and a combined laser beam with higher output can be obtained.
[0038]
On the other hand, when the above combined laser light source has a plurality of multimode optical fibers arranged in a one-dimensional array or bundle at least at the emission end, a high-power laser beam is one-dimensionally transmitted from these optical fibers. Alternatively, it can be emitted in a two-dimensionally aligned state. If so, each of a plurality of laser beams that are aligned and emitted is incident on each modulation unit of a spatial light modulation element such as a GLV or DMD in which the modulation units are arranged in a line or two-dimensional form. , And can be modulated efficiently for image exposure and the like.
[0039]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0040]
3, 4 and 5 show the planar shape, side shape and partial front shape of the ultraviolet light high-intensity multiplexing fiber module according to the first embodiment of the present invention. 1 and 2 are enlarged views of a part of the fiber module. This fiber module constitutes a combined laser light source as described above.
[0041]
First, as shown in the plan view of FIG. 1, this combined laser light source is an example in which seven multi-chip lateral multimode GaN-based semiconductor lasers LD1, LD2, LD3 are arranged and fixed on a heat block 10 made of copper. LD4, LD5, LD6 and LD7 and collimator lenses 11, 12, 13, 14, 15, 16 and 17 provided for the respective GaN-based semiconductor lasers LD1, LD2, LD3, LD4, LD5, LD6 and LD7, respectively. And one condensing lens 20 and one multimode optical fiber 30.
[0042]
In FIG. 1, the shapes of the collimator lenses 11 to 17 and the condenser lens 20 are schematically shown. Details of the mounting state will be described later. 2 shows how the GaN-based semiconductor lasers LD1 to 7 are attached to the heat block 10. As shown in FIG.
[0043]
The GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 have a common oscillation wavelength of 405 nm, for example, and a maximum output of 100 mW. Laser beams B1, B2, B3, B4, B5, B6, and B7 emitted in a divergent light state from these GaN-based semiconductor lasers LD1, LD2, LD3, LD4, LD5, LD6, and LD7 are collimator lenses 11, 12 respectively. , 13, 14, 15, 16 and 17 are collimated.
[0044]
The parallel laser beams B1 to B7 are collected by the condenser lens 20 and converge on the incident end face of the core 30a of the multimode optical fiber 30. In this example, the collimating lenses 11 to 17 and the condensing lens 20 constitute a condensing optical system, and the multimode optical fiber 30 constitutes a multiplexing optical system. That is, the laser beams B1 to B7 condensed as described above by the condensing lens 20 are incident on the core 30a of the multimode optical fiber 30 and propagate there, and are combined into one laser beam B to be multiplexed. The light is emitted from the mode optical fiber 30. As the multimode optical fiber 30, a step index type, a graded index type, and a composite type thereof can all be applied.
[0045]
Next, the overall configuration of the ultraviolet light high-intensity multiplexing fiber module will be described in detail with reference to FIGS. 3, 4 and 5 show the planar shape, side shape and partial front shape of the ultraviolet light high-intensity multiplexing fiber module, respectively. In these drawings, the shapes and mounting states of the collimator lenses 11 to 17 and the condenser lens 20 are shown in detail.
[0046]
In this example, the optical elements constituting the module are accommodated in a box-shaped package 40 having an upper opening, and the opening of the package 40 is closed by the package lid 41, whereby the package 40 and the package lid 41 are defined. It is hermetically held in a closed space.
[0047]
A base plate 42 is fixed to the bottom surface of the package 40, the heat block 10 is attached to the top surface of the base plate 42, and a collimator lens holder 44 that holds the collimator lenses 11 to 17 is fixed to the heat block 10. ing. Further, a condensing lens holder 45 that holds the condensing lens 20 and a fiber block 43 are fixed to the upper surface of the base plate 42. A fiber holder 46 that holds the incident end of the multimode optical fiber 30 is fixed to the fiber block 43. Further, the wirings 47 for supplying a driving current to the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 are drawn out of the package through openings formed in the lateral wall surface of the package 40.
[0048]
In FIG. 3, in order to avoid complication of the drawing, only one GaN-based semiconductor laser LD 7 among the GaN-based semiconductor lasers LD 1 to 7 is numbered, and similarly, one of the collimator lenses 11 to 17. Only the collimator lens 17 is numbered.
[0049]
FIG. 5 shows the front shape of the mounting portion of the collimator lenses 11-17. As shown here, each of the collimator lenses 11 to 17 has a shape obtained by cutting a region including the optical axis of an aspherical circular lens into an elongated shape, and is formed by molding a resin or optical glass, for example. The 6 (1) and (2) respectively show the enlarged side surface shape and front surface shape of one collimator lens 17 on behalf of them, including the dimensions (unit: mm) of the main part.
[0050]
As shown in FIGS. 5 and 6, the collimator lenses 11 to 17 have directions in which the aperture diameters in the direction in which the light emission points of the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 are aligned (the left-right direction in FIG. It is formed smaller than the opening diameter in the vertical direction) and is closely arranged in the direction in which the light emitting points are arranged.
[0051]
On the other hand, the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 emit laser beams B1 to B7 having an emission width of 2 μm and divergence angles in a direction parallel to and perpendicular to the active layer, respectively, as 10 ° and 30 °, for example. Things are used. These GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 are arranged so that the light emitting points are arranged in a line in a direction parallel to the active layer.
[0052]
Therefore, the laser beams B1 to B7 emitted from the respective light emitting points coincide with the direction of the large aperture diameter in the direction of the maximum divergence angle with respect to the respective collimator lenses 11 to 17 having the elongated shape as described above. The incident light is incident in a state where the direction with the smallest divergence angle coincides with the direction in which the aperture diameter is small. That is, each of the collimator lenses 11 to 17 having a long and narrow shape is used with the ineffective portion as small as possible corresponding to the elliptical cross-sectional shape of the incident laser beams B1 to B7. Specifically, in this embodiment, the aperture diameters of the collimator lenses 11 to 17 are 1.1 mm and 4.6 mm in the horizontal direction and the vertical direction, respectively, and the horizontal and vertical directions of the laser beams B1 to 7 incident thereon. The direction beam diameters are 0.9 mm and 2.6 mm, respectively. Further, the focal lengths f 1 of the collimator lenses 11 to 17 are 3 mm, NA is 0.6, and the lens arrangement pitch is 1.25 mm.
[0053]
Further, (1) and (2) in FIG. 7 show the enlarged side surface shape and front surface shape of the condenser lens 20, respectively, including the dimensions (unit: mm) of the main part. As shown here, the condensing lens 20 also has a shape in which the region including the optical axis of the aspherical circular lens is cut into an elongated shape and is long in the alignment direction of the collimator lenses 11 to 17, that is, in the horizontal direction, and short in the direction perpendicular thereto. Has been. The focal length f 2 of the condenser lens 20 is 12.5 mm, and NA = 0.3. The condensing lens 20 is also formed by molding resin or optical glass, for example.
[0054]
On the other hand, the multimode optical fiber 30 is based on a graded index type optical fiber manufactured by Mitsubishi Cable Industries, Ltd., the core center portion is a graded index and the outer peripheral portion is a step index. Core diameter = 25 μm, NA = 0. 3. The transmittance of the end coat is 99.5% or more. In the case of this example, the value of the core diameter × NA described above is 7.5 μm.
[0055]
In the configuration of the present embodiment, the coupling efficiency of the laser beams B1 to B7 to the multimode optical fiber 30 is 0.9. Therefore, when each output of the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 is 100 mW, a combined laser beam B having an output of 630 mW (= 100 mW × 0.9 × 7) is obtained.
[0056]
Next, the fixing structure of the multimode optical fiber 30 will be described with reference to FIGS. The fiber block 43 is made of transparent glass, and is bonded and fixed to the base plate 42 with an ultraviolet curable adhesive. The fiber holder 46 is also made of transparent glass, and is bonded and fixed to the fiber block 43 with an ultraviolet curable adhesive. Further, the incident end portion of the multimode optical fiber 30 is also bonded and fixed to the upper surface of the fiber holder 46 with an ultraviolet curable adhesive. A fiber sealing portion 48 is formed on the lateral wall surface of the package 40, and the multimode optical fiber 30 having a metal tube (not shown) in the corresponding portion uses a brazing material for the fiber sealing portion 48. Is fixed.
[0057]
Here, the upper surface of the fiber holder 46 is processed with high flatness, whereby the multi-mode optical fiber 30 is fixed in a thin layer state having a thickness of 1 μm or less of an ultraviolet curable adhesive. If the upper surface of the fiber holder 46 has large irregularities, it is impossible to make the ultraviolet curable adhesive into such a thin layer state.
[0058]
Also, the fixing surface of the fiber block 43 to the base plate 42 and the fiber holder 46 and the fixing surface of the fiber holder 46 to the fiber block 43 are processed to have a high flatness, whereby the fiber block 43 is fixed to the base plate 42. The fiber block 43 and the fiber holder 46 are also fixed in a thin layer state of an ultraviolet curable adhesive having a thickness of 1 μm or less.
[0059]
As described above, when the base plate 42, the fiber block 43, the fiber holder 46, and the multimode optical fiber 30 are fixed in a thin layer state having a thickness of 1 μm or less of the ultraviolet curable adhesive, the ultraviolet curable adhesive is bonded. Expansion and contraction when a temperature change is applied to the agent can be suppressed, and sufficient fixing accuracy can be obtained. In the present embodiment, specifically, the coupling efficiency between the combined laser beam B and the multimode optical fiber 30 is 90% or more.
[0060]
In the present embodiment, since the fiber block 43 and the fiber holder 46 that are holding members are formed of transparent glass, the ultraviolet ray is absorbed by the fiber block 43 when the ultraviolet curable adhesive is cured by irradiating the ultraviolet ray. Further, it can be prevented from being blocked by the fiber holder 46. Therefore, it is possible to freely set the irradiation direction of the ultraviolet rays, thereby realizing good workability.
[0061]
Next, a fiber module according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 and 9, the same elements as those in FIGS. 3 to 5 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted unless particularly necessary.
[0062]
FIG. 8 shows a side shape of the fiber module according to the second embodiment, and FIG. 9 shows an enlarged side shape of the optical fiber fixing portion. As shown in the drawing, in this fiber module, the fiber block 43 and the fiber holder 46 used in the first embodiment are omitted, and the multimode optical fiber 30 is a fiber bracket 49 fixed on the inner side of the lateral wall surface of the package 40. It is fixed to the side.
[0063]
Also in this case, the fixing surface of the fiber bracket 49 to the package 40 and the side surface which is the fiber fixing surface are processed to have a high flatness, whereby the fiber bracket 49 is to the package 40 and the multimode optical fiber 30 is to the fiber bracket. 49, an ultraviolet curable adhesive is fixed in a thin layer state having a thickness of 1 μm or less.
[0064]
In FIG. 9, the bonding range of the fiber bracket 49 to the package 40 is indicated by a, and the bonding range of the multimode optical fiber 30 to the fiber bracket 49 is indicated by b. In addition, the multimode optical fiber 30 is fixed to the fiber sealing portion 48 using a brazing material within a range indicated by c.
[0065]
As described above, since the multimode optical fiber 30 is fixed to the fiber bracket 49 in a thin layer state having a thickness of 1 μm or less, the ultraviolet curable adhesive is also used in this embodiment. Expansion and contraction when the temperature change is applied to the agent can be suppressed, and sufficient fixing accuracy can be obtained.
[0066]
In this embodiment, the multimode optical fiber 30 can be fixed to the fiber bracket 49 fixed to the inner side of the lateral wall of the package 40, and the fiber block 43 and the fiber holder 46 can be omitted. Can be formed.
[0067]
Here, a detailed description will be given of a process of bonding glass members with an ultraviolet curable adhesive like the fiber block 43 and the fiber holder 46. The surface of one glass member is a mirror surface, and the surface of the other glass member is provided with irregularities of 0.15 μm or more with an abrasive, and the surfaces are faced to each other and a load of several tens of grams is applied. The thickness is about 0.3 μm. In that case, if the surface roughness of the surface with the irregularities is about 0.3 μm at the maximum height Rmax, the thickness of the adhesive can be made about 0.3 μm.
[0068]
Specifically, with respect to the fiber block 43 and the fiber holder 46, the surface of the fiber holder 46 is a ground glass surface, and a gap due to irregularities is provided between them. Further, regarding the base plate 42 made of the fiber block 43 and the steel plate, a machining mark is provided on the base plate 42. The surface of the fiber bracket 49 is a ground glass surface.
[0069]
In addition, it is preferable to apply what does not generate | occur | produce outgas as an ultraviolet curable adhesive. By doing so, it is possible to prevent the optical element disposed in the package 40 from being deteriorated by the outgas, and to achieve a long life of the fiber module.
[0070]
As described above, the embodiment of the present invention that constitutes the combined laser light source has been described. However, the present invention is not limited thereto, and is generally applicable to a fiber module configured to collect light and enter the optical fiber, and The effect mentioned above is produced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a part of a fiber module according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing a portion of a semiconductor laser constituting the fiber module. FIG. 4 is a side view of the fiber module. FIG. 5 is a partial front view of the fiber module. FIG. 6 is a side view of the collimator lens used in the fiber module. )
FIG. 7 is a side view (1) and a front view (2) of a condenser lens used in the fiber module.
8 is a side view showing a fiber module according to a second embodiment of the present invention. FIG. 9 is an enlarged side view showing a part of the fiber module of FIG.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Heat block 11-17 Collimator lens 20 Condensing lens 30 Multimode optical fiber 30a Core of multimode optical fiber 40 Package 41 Package lid 42 Base plate 43 Fiber block 46 Fiber holder 48 Fiber sealing part 49 Fiber bracket LD1-7 GaN system Semiconductor laser B1-7 Laser beam B Combined laser beam

Claims (3)

光ファイバーと、
この光ファイバーの一端部を保持する保持部材と、
光源と、
この光源が発する光を前記光ファイバーに、その一端面から入射させる光学系とを備えてなるファイバーモジュールにおいて、
前記光ファイバーが前記保持部材に、薄層化された紫外線硬化型接着剤によって接着固定されていることを特徴とするファイバーモジュール。
With optical fiber,
A holding member for holding one end of the optical fiber;
A light source;
In a fiber module comprising an optical system that makes light emitted from this light source incident on the optical fiber from one end face thereof,
A fiber module, wherein the optical fiber is bonded and fixed to the holding member with a thinned ultraviolet curable adhesive.
前記保持部材が透明部材からなることを特徴とする請求項1記載のファイバーモジュール。The fiber module according to claim 1, wherein the holding member is made of a transparent member. 前記光ファイバーとしてのマルチモード光ファイバーと、
前記光源としての複数の半導体レーザーと、
これらの半導体レーザーからそれぞれ出射したレーザービームを集光した上で前記光ファイバーに入射させる、前記光学系としての集光光学系とを備えたことを特徴とする請求項1または2記載のファイバーモジュール。
A multimode optical fiber as the optical fiber;
A plurality of semiconductor lasers as the light source;
The fiber module according to claim 1, further comprising a condensing optical system as the optical system that condenses laser beams respectively emitted from these semiconductor lasers and makes the laser beams enter the optical fiber.
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