JP2005215426A - Semiconductor laser module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体レーザから発した光を、レンズを介して光ファイバに入射し、なおかつ半導体レーザを変調することにより光信号の伝送を行うための光ファイバ結合光学系に使用する半導体レーザモジュールに関するものである。 The present invention relates to a semiconductor laser module used in an optical fiber coupling optical system for transmitting light signals from a semiconductor laser by entering the optical fiber through a lens and modulating the semiconductor laser. Is.
図2に光ファイバ結合光学系を構成する部品の配置図を示す。モジュール本体1に取付けられた半導体レーザ2から出射した光3はレンズ4を介して、フェルール5に接着され保持された光ファイバ6の光入射側端面上に結像される。フェルール5はフェルール保持具7に挿入されている。このとき、光ファイバ照射光8を効率よく光ファイバ6に入射させるためには、光ファイバ照射光8の結像スポットの大きさと光ファイバ中の光が伝搬する領域(以下、コアと呼ぶ)の大きさとをできるだけ合致させることが必要になる。そのためには、レンズ4は半導体レーザ2の発光部を光ファイバ6のコア径に適した大きさに拡大する必要が有り、半導体レーザ2の発光部とコア径の大きさから決まる所定の倍率を有するレンズ(或いは、レンズ組)を使用する。半導体レーザ2の発光部の大きさは通常1〜2μm程度であり、半導体レーザ2として発振波長が可視光のレーザ、光ファイバ6として単一モード光ファイバを用いる場合には、コア部の大きさは4〜5μmになり非常に小さい。このため、光ファイバ結合光学系を組み立てる際には、レーザ出射光を効率良くコア部に入射するために、結像スポットと光ファイバ6のコア部とを微調治具を用いてサブミクロンオーダーで精密位置合わせする。位置合わせ後は、フェルール5とフェルール保持具7とがレーザ溶接等により接合され、次いで、モジュール本体1とフェルール保持具7とが溶接固定される。
FIG. 2 shows an arrangement diagram of components constituting the optical fiber coupling optical system. The
一般に、半導体レ−ザモジュールは長期間にわたり安定した信頼性を保持することが要求される。このためには、半導体レ−ザの発光強度とビームプロファイル、レンズの光透過率、光ファイバに入射させる光ファイバ照射光とコア部との位置精度などを安定に保つことが必要であるが、とくに短波長のレーザを用いる半導体レ−ザモジュールにおいては、光ファイバ入射面のように強烈なレーザ光が照射される部位では、光ファイバをフェルールに取付ける際に使用する接着剤からのアウトガスがエネルギー密度の高いレーザ光によって光化学反応し、表面に付着し、固体または液体物質として蓄積してしまい、光ファイバへの結合効率を著しく低下させる現象があり問題となっていた。 In general, a semiconductor laser module is required to maintain stable reliability over a long period of time. For this purpose, it is necessary to stably maintain the emission intensity and beam profile of the semiconductor laser, the light transmittance of the lens, the positional accuracy between the optical fiber irradiation light incident on the optical fiber and the core portion, In particular, in a semiconductor laser module using a short-wavelength laser, outgas from the adhesive used to attach the optical fiber to the ferrule is the energy at the site where intense laser light is irradiated, such as the incident surface of the optical fiber. A photochemical reaction is caused by a high-density laser beam, which adheres to the surface, accumulates as a solid or liquid substance, and has a problem that the coupling efficiency to the optical fiber is remarkably lowered.
上記課題は、半導体レーザから発した光を、レンズを介してフェルールに保持された光ファイバに結合するための光結合系において、前記光ファイバは先端部の被覆が除去されて前記フェルールの内孔に挿入され、該フェルールの内孔に充填された接着剤により先端部で固定され、且つその先端面が研磨されており、さらに、前記光ファイバ入射面を含む前記フェルール先端面に光透過性かつガスバリア性を有する部材を形成せしめることによって解決される。 An object of the present invention is to provide an optical coupling system for coupling light emitted from a semiconductor laser to an optical fiber held by a ferrule through a lens. Inserted into the ferrule, and fixed at the tip by an adhesive filled in the inner hole of the ferrule, and its tip is polished, and further, the ferrule tip including the optical fiber entrance surface is light transmissive and The problem is solved by forming a member having gas barrier properties.
本発明によれば、光ファイバをフェルールに取付ける際に使用する接着剤からのアウトガスがエネルギー密度の高いレーザ光によって光化学反応し、表面に付着し、固体または液体物質として蓄積してしまい、光ファイバへの結合効率を著しく低下させる現象を防止することができる。 According to the present invention, the outgas from the adhesive used when attaching the optical fiber to the ferrule is photochemically reacted by the laser beam having a high energy density, adheres to the surface, and accumulates as a solid or liquid substance. It is possible to prevent a phenomenon in which the coupling efficiency to is significantly reduced.
以下、図面により本発明の実施例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は光ファイバ結合光学系を構成する部品の配置図である。モジュール本体1に取付けられた半導体レーザ2から出射した光3はレンズ4を介して、フェルール5に接着され保持された光ファイバ6の光入射側端面上に結像される。フェルール5はフェルール保持具7に挿入されている。このとき、光ファイバ照射光8を効率よく光ファイバ6に入射させるためには、光ファイバ照射光8の結像スポットの大きさと光ファイバ中の光が伝搬する領域(以下、コアと呼ぶ)の大きさとをできるだけ合致させることが必要になる。そのためには、レンズ4は半導体レーザ2の発光部を光ファイバ6のコア径に適した大きさに拡大する必要が有り、半導体レーザ2の発光部とコア径の大きさから決まる所定の倍率を有するレンズ(或いは、レンズ組)を使用する。半導体レーザ2の発光部の大きさは通常1〜2μm程度であり、半導体レーザ2として発振波長が可視光のレーザ、光ファイバ6として単一モード光ファイバを用いるの場合には、コア部の大きさは4〜5μmになり非常に小さい。このため、光ファイバ結合光学系を組み立てる際には、レーザ出射光を効率良くコア部に入射するために、結像スポットと光ファイバ6のコア部とを微調治具を用いてサブミクロンオーダーで精密位置合わせする。
FIG. 1 is a layout view of components constituting an optical fiber coupling optical system. The
図3にフェルール5と光ファイバ6の詳細図を示す。光ファイバ6は光ファイバの芯線12と被覆11からなり、光ファイバ6の先端は被覆11が除去されて、露出した芯線12がフェルール5の内孔に挿入されている。このフェルール5は、露出した芯線12を挿入する先端部の保持部9と保持部9が嵌合された外側保持部10より構成される。一般に、先端部の保持部9はジルコニア、硬質ガラス等のセラミック類、あるいはステンレスが用いられ、外側保持部10はステンレスが用いられる。通常、光ファイバ芯線12のフェルール5への保持は、図4に示すように、フェルール5に充填された接着剤13に行われ、接着剤13としては熱硬化性のエポキシ樹脂が用いられる。
FIG. 3 shows a detailed view of the
結像スポットと光ファイバ6のコア部との位置合わせ後は、フェルール5とフェルール保持具7とがレーザ溶接等により接合(図2の黒点部)され、次いで、モジュール本体1とフェルール保持具7とが溶接固定(図2の黒点部)される。
After the alignment of the imaging spot and the core portion of the optical fiber 6, the
一般に、半導体レ−ザモジュールは長期間にわたり安定した信頼性を保持することが要求される。このためには、半導体レ−ザ2の発光強度とビームプロファイル、レンズの光透過率、光ファイバ6に入射させる光ファイバ照射光8の結像スポットとコア部との位置精度などを安定に保つことが必要であるが、とくに短波長のレーザを用いる半導体レ−ザモジュールにおいては、光ファイバ入射面のように強烈なレーザ光が照射される部位では、光ファイバをフェルールに取付ける際に使用する接着剤が、コア部に結合されずクラッド部に漏れた透過光によって劣化、光損傷する。これによって発生するアウトガスがエネルギー密度の高いレーザ光によって光化学反応し、表面に付着し、固体または液体物質として蓄積してしまい、光ファイバへの結合効率を著しく低下させる現象があり問題となっていた。
In general, a semiconductor laser module is required to maintain stable reliability over a long period of time. For this purpose, the emission intensity and beam profile of the
ここで、光ファイバ6に入射する光の強度を10(mW)、光ファイバのコア部の大きさをφ4(μm)として光ファイバ入射端における光エネルギー密度を算出すると、次式のように非常に高エネルギーになる。
光エネルギー密度=10(mW)/(π・(4/2)2)(μm2)=0.8(mW/μm2)
=800(W/mm2) … (1)
このため、コア部に結合されずクラッド部に漏れた透過光は、フェルール内孔と光ファイバとの界面に介在する接着剤を照射し、これによって接着剤が劣化、光損傷して接着剤からアウトガスが発生する。接着剤の光吸収率は波長が短くなるほど大きくなるので、この現象も波長の短い半導体レーザを用いた場合に発生し易くなる。フェルール内孔と光ファイバとの界面から発生したアウトガスは前述した機構、および光圧による光ピンセット効果により光集光部である光ファイバ入射面のコア部に付着物が蓄積されていく。この現象を放置すると、経時的に半導体レーザモジュールの光利用効率を低下させていくことになる。
Here, when the intensity of light incident on the optical fiber 6 is 10 (mW) and the size of the core portion of the optical fiber is φ4 (μm), the optical energy density at the optical fiber entrance end is calculated as follows: Become high energy.
Light energy density = 10 (mW) / (π · (4/2) 2 ) (μm 2 ) = 0.8 (mW / μm 2 )
= 800 (W / mm 2 ) (1)
For this reason, the transmitted light leaked to the clad part without being coupled to the core part irradiates the adhesive intervening at the interface between the ferrule inner hole and the optical fiber. Outgassing occurs. Since the light absorptance of the adhesive increases as the wavelength becomes shorter, this phenomenon also tends to occur when a semiconductor laser with a shorter wavelength is used. Outgas generated from the interface between the ferrule inner hole and the optical fiber accumulates deposits on the core portion of the optical fiber incident surface, which is the light condensing portion, due to the mechanism described above and the optical tweezer effect by the light pressure. If this phenomenon is left unattended, the light utilization efficiency of the semiconductor laser module will be lowered over time.
なお、光ファイバをフェルールに取付ける際に使用する接着剤としては、通常、熱硬化性のエポキシ樹脂が用いられる。 In addition, as an adhesive used when attaching an optical fiber to a ferrule, a thermosetting epoxy resin is usually used.
そこで、本発明の実施例では、上記問題を解決するために、上述した半導体レーザモジュールの図5に示す光ファイバ入射面拡大図において、光ファイバ芯線12を構成するコア部14、クラッド部15、接着剤13を含むフェルール先端面に光透過性かつガスバリア性を有する部材16を形成せしめる。光透過性かつガスバリア性を有する部材としては、SiO2膜を作るための前駆体を含む液状化合物を塗布し、前記液状化合物を転化して成すSiO2膜を用いる。この前駆体を含む液状化合物としては、ポリシラザンを含む溶液、あるいは珪素化合物溶液、あるいはシロキサン溶液を用いる。例えば、ポリシラザン溶液の場合、Si−N(珪素と窒素)結合をもつ化合物を基本ユニットとした有機溶剤に可溶な無機ポリマーである。このため、このポリマーの有機溶媒溶液を塗布液として使用し、高温処理することによって焼成すれば、高純度シリカ(アモルファスSiO2)膜が形成される。あるいは、常温環境でも高純度シリカ(アモルファスSiO2)膜が形成される溶液もある。市販されている商品としては、東燃(株)の東燃ポリシラザン等がある。なお、塗布方法としては、ディッピング、スプレー法等がある。
Therefore, in the embodiment of the present invention, in order to solve the above problem, in the enlarged view of the optical fiber incident surface shown in FIG. 5 of the semiconductor laser module described above, the
このように、光ファイバ入射面を含むフェルール先端面に形成したSiO2膜はガスバリア性を有しているため、光ファイバとフェルール界面の接着剤からアウトガスが発生してもガスがファイバ入射面側にくるのを防止できるため、入射面の汚染を防ぐことができる。 Thus, since the SiO 2 film formed on the ferrule tip surface including the optical fiber entrance surface has gas barrier properties, even if outgas is generated from the adhesive at the interface between the optical fiber and the ferrule, the gas is on the fiber entrance surface side. Therefore, contamination of the incident surface can be prevented.
図6は上述した半導体レーザモジュールを複数個用いて光記録装置用の光源として応用した例である。 FIG. 6 shows an example in which a plurality of the semiconductor laser modules described above are used as a light source for an optical recording apparatus.
それぞれ独立した複数の半導体レーザ光源17〜21(図中では5個にしている)から出射したレーザ光は、非図示のカップリングレンズを介して、それぞれに対応する複数本の光ファイバ22〜26に入射する。これらの半導体レーザ17〜21、カップリングレンズ、光ファイバ22〜26の各々は、半導体レーザの発光部、レンズの光軸、光ファイバの光伝搬部(以下、コア部という)が同一軸上に位置調整されパッケージ化された半導体レーザモジュール部27〜31を構成している。
Laser light emitted from a plurality of independent semiconductor
光ファイバの光出射端は、互いに近接させ等間隔で配置固定された光ファイバアレイ部32を形成している。光ファイバアレイ部32を出射した光はその後、光学系33を介して回転多面鏡34、走査レンズ35により光記録部材36上に複数の光スポットとして結像し、これらの光スポットを光変調して走査することにより光記録部材36には印字・画像情報が記録される。
The light emitting ends of the optical fibers form an optical
光記録装置の記録速度および解像度は年々増加する傾向にあるため、光源である半導体レーザ光源17〜21はより一層のハイパワー、短波長のものが望まれている。一方、半導体レーザ光源17〜21から発した光を伝搬する光ファイバ22〜26も、それに対応した構成のものが望まれており、上記した光記録装置において、光記録部材上を走査する光スポットはガウスビームあることが望ましいため、使用される光ファイバは単一モード光ファイバである。
Since the recording speed and resolution of optical recording devices tend to increase year by year, semiconductor
このような構成をもつ光記録装置において、大元の半導体レーザモジュール部27〜31の光利用効率変動はそのまま印刷品質の変動に直結する。このため、半導体レーザモジュール内の光ファイバ入射面に図5で説明したようなSiO2膜を形成することは、印刷品質を向上させる手段として有効である。なお、上述したSiO2膜の形成は光ファイバの入射側のみでなく、図7に示す光ファイバアレイ32を構成する各光ファイバ出射端においても同様に有効である。
In the optical recording apparatus having such a configuration, fluctuations in the light utilization efficiency of the original semiconductor
1…モジュール本体、2…半導体レーザ、3…出射光、4…レンズ、5…フェルール、6…光ファイバ、7…フェルール保持具、8…光ファイバ照射光、9…フェルール先端保持部、10…フェルール外側保持部、11…光ファイバの被覆、12…光ファイバの芯線、13…接着剤、14…光ファイバのコア部、15…光ファイバのクラッド部、16…ガスバリア性部材、17〜21…半導体レーザ、22〜26…光ファイバ、27〜…半導体レーザモジュール、32…光ファイバアレイ、33…光学系、34…回転多面鏡、35…走査レンズ、36…光記録部材。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Module main body, 2 ... Semiconductor laser, 3 ... Emitted light, 4 ... Lens, 5 ... Ferrule, 6 ... Optical fiber, 7 ... Ferrule holder, 8 ... Optical fiber irradiation light, 9 ... Ferrule tip holding | maintenance part, 10 ... Ferrule outer side holding part, 11 ... coating of optical fiber, 12 ... core wire of optical fiber, 13 ... adhesive, 14 ... core part of optical fiber, 15 ... cladding part of optical fiber, 16 ... gas barrier member, 17-21 ... Semiconductor lasers, 22 to 26 optical fibers, 27 to semiconductor laser modules, 32 optical fiber arrays, 33 optical systems, 34 rotating polygon mirrors, 35 scanning lenses, and 36 optical recording members.
Claims (11)
The liquid compound containing the precursor for making the SiO 2 film, a solution containing a polysilazane or a silicon compound solution or semiconductor laser module according to claim 10, wherein the use of a siloxane solution,.
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