JP2005165105A - Optical coupling element, method for manufacturing the same and utilization of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高出力レーザ光用の光結合素子に関し、特に半導体レーザアレイと光ファイバアレイとを接続するための安価で容易に製造できる光結合素子とその製造方法、及び該光結合素子の利用に関する。 The present invention relates to an optical coupling element for high-power laser light, and in particular, an optical coupling element that can be easily manufactured at low cost for connecting a semiconductor laser array and an optical fiber array, a manufacturing method thereof, and use of the optical coupling element About.
高出力光源の一つとして半導体レーザアレイが提供されている。また、この半導体レーザアレイからの出力光を光ファイバと結合させるための光結合素子として、光ファイバアレイが用いられている。その一般的な結合方法では、光ファイバアレイの入射端を半導体レーザアレイの発光面にできるだけ近づけて配置し、両者を突き合わせることで光結合させている。このような光結合構造において、より効率よく光結合させるためには、光ファイバアレイ上に並べられる光ファイバを、半導体レーザアレイの発光点の周期に合わせて、できるだけ精度よく配置しなければならない。 A semiconductor laser array is provided as one of high-power light sources. An optical fiber array is used as an optical coupling element for coupling output light from the semiconductor laser array with an optical fiber. In the general coupling method, the incident end of the optical fiber array is arranged as close as possible to the light emitting surface of the semiconductor laser array, and the two are abutted to achieve optical coupling. In such an optical coupling structure, in order to perform optical coupling more efficiently, the optical fibers arranged on the optical fiber array must be arranged as accurately as possible according to the period of the light emitting point of the semiconductor laser array.
従来の一般的な光ファイバアレイには、光ファイバ固定用溝が設けてあり、この溝を利用して光ファイバを配置するようになっている。光ファイバを精度よく配置するためには、光ファイバアレイ上の光ファイバ固定用溝を極めて小さい機械的公差で作製する必要がある。このため、一般的に光ファイバ固定用溝は、エッチングや研削による加工方法で作製されている。このような光ファイバアレイ構造は、これまでに様々な形状のものが提案されている(例えば、特許文献1〜3参照。)。
しかしながら、極めて小さい機械的公差をもって作製された光ファイバ固定用溝を有する光ファイバアレイを製造するのは容易ではなく、製造コストが高くなってしまう。また、エッチングや研削により作製する必要があるため、その材質も限られる。 However, it is not easy to manufacture an optical fiber array having an optical fiber fixing groove manufactured with extremely small mechanical tolerances, resulting in an increase in manufacturing cost. Moreover, since it is necessary to produce by etching or grinding, the material is also limited.
本発明は前記事情に鑑みてなされ、安価で容易に製造できる光ファイバアレイ等の光結合素子とその製造方法及びその利用の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an optical coupling element such as an optical fiber array that can be easily manufactured at low cost, a manufacturing method thereof, and use thereof.
前記目的を達成するため、本発明は、光結合素子基部が収まる凹部と、光ファイバ固定用溝を有し、前記凹部の両側に配置された架設部とを有する製造治具を用い、前記光ファイバ固定溝に光ファイバを固定するとともに、前記凹部に光結合素子基部を収容して光結合素子基部の表面に光ファイバを接触せしめ、次いで光結合素子基部の表面に光ファイバを接着固定し、次いで接着固定された光ファイバの一端側に光入射可能な端面処理を施して光結合素子を得ることを特徴とする光結合素子の製造方法を提供する。
また本発明は、前記製造方法により製造された、光ファイバ固定用溝を有しない光結合素子を提供する。
本発明の光結合素子において、この光結合素子が複数本の光ファイバが並列状態で固定された光ファイバアレイであることが好ましい。
また本発明は、前記光結合素子と半導体レーザアレイとを備え、光結合素子と半導体レーザアレイとを光結合することにより光ファイバに高出力レーザ光を導波させる高出力光源を提供する。
さらに本発明は、前記高出力光源を励起用光源として用いる固体レーザシステムを提供する。
In order to achieve the above object, the present invention uses a manufacturing jig having a concave portion in which an optical coupling element base is accommodated, and an optic fiber fixing groove and a bridge portion disposed on both sides of the concave portion. An optical fiber is fixed in the fiber fixing groove, the optical coupling element base is accommodated in the recess, the optical fiber is brought into contact with the surface of the optical coupling element base, and then the optical fiber is bonded and fixed to the surface of the optical coupling element base. Next, an optical coupling element manufacturing method is provided, wherein an optical coupling element is obtained by performing an end face treatment that allows light incidence on one end side of an optical fiber that is bonded and fixed.
Moreover, this invention provides the optical coupling element which does not have the groove | channel for optical fiber fixation manufactured by the said manufacturing method.
In the optical coupling element of the present invention, the optical coupling element is preferably an optical fiber array in which a plurality of optical fibers are fixed in parallel.
The present invention also provides a high-power light source comprising the optical coupling element and the semiconductor laser array, and optically coupling the optical coupling element and the semiconductor laser array to guide high-power laser light through an optical fiber.
Furthermore, the present invention provides a solid-state laser system that uses the high-power light source as an excitation light source.
本発明の光結合素子の製造方法によれば、光結合素子基部を収容する凹部を有する製造治具に光ファイバを架設するための位置精度の高い光ファイバ固定用溝を設けることにより、光結合素子基部には光ファイバ固定用溝を設けることなく、光結合素子基部の表面に製造治具に架設した光ファイバを接着固定することで、低コストで簡単に光ファイバアレイ等の光結合素子を製造することができる。
また、光結合素子基部には光ファイバ固定用溝を設ける必要がなくなったことで、光結合素子基部の材料の選択自由度が広がり、例えば加工性に富んだステンレス鋼を光結合素子基部材料として用いることが可能となる。これにより、安価で精度の高い光結合素子を提供することができる。
According to the method for manufacturing an optical coupling element of the present invention, an optical fiber fixing groove having a high positional accuracy for laying an optical fiber is provided in a manufacturing jig having a concave portion for accommodating the optical coupling element base. Without providing an optical fiber fixing groove in the element base, an optical fiber installed on a manufacturing jig is bonded and fixed to the surface of the optical coupling element base, so that an optical coupling element such as an optical fiber array can be easily formed at low cost. Can be manufactured.
In addition, since it is no longer necessary to provide an optical fiber fixing groove in the optical coupling element base, the degree of freedom of selection of the material of the optical coupling element base is increased. For example, stainless steel having high workability is used as the optical coupling element base material. It can be used. Thereby, an inexpensive and highly accurate optical coupling element can be provided.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図1は本発明の光結合素子の製造方法の一例を説明するための平面図、図2は本発明の光結合素子の一例を示す斜視図、図3は本発明の製造方法において好適に用いられる製造治具の斜視図である。これらの図中、符号1は製造治具、2は凹部、3は光ファイバ、4は光ファイバ固定溝、5は架設部、6は光結合素子基部、7は台座、8は光結合素子(光ファイバアレイ)である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a plan view for explaining an example of the manufacturing method of the optical coupling element of the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing an example of the optical coupling element of the present invention, and FIG. 3 is preferably used in the manufacturing method of the present invention. It is a perspective view of a manufacturing jig. In these drawings,
本発明の製造方法では、図3に示すような製造治具1を用いる。この製造治具1は、中央に光結合素子基部6を収容するための凹部2を有する平面視コ字状をなしており、その凹部2の両側には、複数の光ファイバ固定用溝4を有する架設部5が突設されている。これらの架設部5は、凹部2に光結合素子基部6を収容した状態で、光結合素子基部6の上面に架設した光ファイバ3を接触させることができるような突出高さ、溝深さ及び配置位置で設けられている。
In the manufacturing method of the present invention, a
それぞれの架設部5に設けられた光ファイバ固定用溝4は、複数の架設部5の光ファイバ固定用溝4に光ファイバ3を固定した状態で、光結合素子基部6の上面に対し、適切な位置及び配置間隔となるよう精密に位置調整されている。この光ファイバ固定用溝4の溝形状は、使用する光ファイバ3の形状に適したものとする。例えば、断面形状が円形である丸光ファイバを使用するときはV字形溝、断面形状が四角形である矩形光ファイバの場合は矩形形溝にする。
The optical
本例示においては、それぞれの架設部5に多数の光ファイバ固定用溝4を、多数の光ファイバ3を正確に並列した状態で架設し、多数の光ファイバ3が接着固定された光結合素子8(光ファイバアレイ)を製造する場合を示しているが、光ファイバ3の本数は特に限定されるものではなく、製造する光結合素子8の種類に応じて1本又は複数本とすることができる。
In this example, a plurality of optical
この製造治具1の凹部2に収容される光結合素子基部6は、その上面側に突出した複数の台座7を備えている。これらの台座7は突出高さを一定としても良いし、或いは図2に示すように一部の被覆を除去した光ファイバ3を台座7上に接着固定した際に、光ファイバ3の裸線部分3a(被覆除去部分)を接着固定する台座部分よりも、光ファイバ3の被覆部分3bを接着固定する台座部分の突出高さが低くなるよう、適宜調整して形成することができる。
The optical
本発明において、光結合素子基部6には光ファイバ固定用溝を設ける必要がなくなったことから、光結合素子基部6の材料の選択自由度が広がり、従来より基部材料として用いられるシリコン、セラミックス、石英ガラスなどの他に、加工性に富んだステンレス鋼などを光結合素子基部材料として用いることが可能となる。
In the present invention, since there is no need to provide an optical fiber fixing groove in the optical
前述した製造治具1と光結合素子基部6とを用い、本発明の製造方法に従って光結合素子を製造する手順を説明する。
まず、製造治具1の架設部5に複数本の光ファイバ3を並列状態で固定する。この光ファイバ3は、光結合素子8の種類に応じて各種の光ファイバの中から選択使用でき、例えばシングルモード光ファイバ、マルチモード光ファイバ、高出力レーザ用大口径光ファイバなどを用いることができる。また架設した光ファイバ3は、端面処理する側の被覆の一部を除去しておく。
A procedure for manufacturing an optical coupling element according to the manufacturing method of the present invention using the
First, a plurality of
次いで、図1に示すように、製造治具1の凹部2に光結合素子基部6を収容する。この光結合素子基部6を収容し、必要に応じて図示しない押圧手段によって光ファイバを下方に押圧した際、光結合素子基部6の台座7上面には、架設した光ファイバ3が接触する。
Next, as shown in FIG. 1, the optical
次いで、光結合素子基部6の台座7上面に接触した光ファイバ3を台座7に接着固定する。この接着固定は、光ファイバと各種光部品との接着用に用いられている従来公知の各種接着剤を用いて行うことができ、その接着剤としては、例えばエポキシ系接着剤、シアノアクリレート系接着剤、ウレタン系接着剤、ホットメルト系接着剤などが挙げられる。
Next, the
次いで、光結合素子基部6の台座7上面に接着固定した光ファイバ3の一方側を適当な位置で切断し、光ファイバ3の他方側を架設部5の光ファイバ固定溝4から外し、製造治具1から、光結合素子8を取り外す。
次いで、この光結合素子8に接着固定された光ファイバ3の一端側に光入射可能な端面処理を施し、これによって図2に示す光結合素子8が得られる。この端面処理は、光結合素子基部6の一端側を光ファイバ3の端面とともに研磨加工するなどの方法により行うことができる。
Next, one side of the
Next, an end face treatment capable of entering light is applied to one end side of the
前述したように製造された図2に示す光結合素子8は、光結合素子基部6の台座7上面に多数の光ファイバ3が並列状態で接着固定されてなり、この光結合素子基部6自体には光ファイバ固定用溝を有しないことを特徴としている。光結合素子8に固定された光ファイバ3は、半導体レーザアレイの発光点の周期に合わせて精度よく配置されている。各光ファイバ3の端面は、半導体レーザアレイの発光点から出射されたレーザ光が効率よく入射されるように、反射防止膜や斜め研磨等の反射防止のための端面処理を施すことができる。本発明の光結合素子8は、光ファイバアレイなどの光結合素子を使用する光通信分野、光応用分野などに適用することができ、例えば光導波路と光ファイバとを結合させる場合にも利用できる。
The
この光結合素子8は、光結合素子基部6に光ファイバ固定用溝を有していないので、安価で簡単に製造することができる。
また光結合素子基部6に光ファイバ固定用溝を形成する必要がないので、光結合素子基部6の材料の選択自由度が広がり、例えば加工性に富んだステンレス鋼を光結合素子基部材料として用いることが可能となる。これにより、安価で精度の高い光結合素子8を提供することができる。
Since the
In addition, since it is not necessary to form an optical fiber fixing groove in the optical
図1に示す本発明の製造方法に従い、光結合素子として図2に示す構造の光ファイバアレイを製造した。
使用した製造治具は、図3に示すコ字状であり、長さ132mm、幅50mm、架設部上端までの高さ6.5mm、凹部30mm×17mm、架設部の幅0.5mmである。3本の架設部に500μm間隔で深さ500μmのV溝を19本形成した。このV溝の機械公差は20μm以内であった。
この製造治具の架設部に、シングルモード光ファイバ(クラッド外径125μm、被覆外径0.25mm)を19本並列状態で架設した。
次に、製造治具の凹部にステンレス鋼製の光結合素子基部(長さ10mm,幅25mm、高さ6mm)を収容し、その上面に接触した光ファイバをアクリル系接着剤で台座上に接着固定した。
次に、光結合素子基部6の一端の位置で光ファイバを切断し、さらに光結合素子基部6の一端側を鏡面研磨して、光ファイバの端面処理を行い、光ファイバアレイを製造した。
According to the manufacturing method of the present invention shown in FIG. 1, an optical fiber array having the structure shown in FIG. 2 was manufactured as an optical coupling element.
The used manufacturing jig is U-shaped as shown in FIG. 3, and has a length of 132 mm, a width of 50 mm, a height to the upper end of the erection part of 6.5 mm, a recess of 30 mm × 17 mm, and a erection part width of 0.5 mm. Nineteen V-grooves having a depth of 500 μm were formed at intervals of 500 μm on three erected portions. The mechanical tolerance of the V groove was within 20 μm.
Nineteen single-mode optical fibers (cladding outer diameter 125 μm, coating outer diameter 0.25 mm) were installed in parallel in the installation part of the manufacturing jig.
Next, a stainless steel optical coupling element base (
Next, the optical fiber was cut at the position of one end of the optical
図4に、本実施例により製造された光ファイバアレイ端面における光ファイバ位置について、設計中心位置からのずれ量のヒストグラムを示す。図4(a)は水平方向のずれの度数分布、(b)は垂直方向のずれの度数分布を示す。
本製造方法により、水平・垂直方向に±3μm以下の精度で光ファイバを配置できることがわかる。
FIG. 4 shows a histogram of the amount of deviation from the design center position for the optical fiber position on the end face of the optical fiber array manufactured according to this embodiment. FIG. 4A shows the frequency distribution of deviation in the horizontal direction, and FIG. 4B shows the frequency distribution of deviation in the vertical direction.
It can be seen that the optical fiber can be arranged with an accuracy of ± 3 μm or less in the horizontal and vertical directions by this manufacturing method.
1…製造治具、2…凹部、3…光ファイバ、4…光ファイバ固定溝、5…架設部、6…光結合素子基部、7…台座、8…光結合素子。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
A solid-state laser system using the high-power light source according to claim 4 as an excitation light source.
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