JP2006054366A - レーザモジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】 汚染物質の付着を抑制して高信頼性が得られ、しかも安価に形成できるレーザモジュールを得る。
【解決手段】 １つもしくは複数の半導体レーザ素子ＬＤ11〜14、ＬＤ21〜24と、そこから発散光状態で出射したレーザビームＢ11〜14、Ｂ21〜24を平行光化するコリメーターレンズＣ11〜14、Ｃ21〜24と、集光光学系15，16と、レーザビームＢ11〜14、Ｂ21〜24の収束位置に入射端面20ａが位置する状態に保持された光ファイバ20とからなるレーザモジュールにおいて、半導体レーザ素子ＬＤ11〜14、ＬＤ21〜24およびコリメーターレンズＣ11〜14、Ｃ21〜24を、気密封止された第１のパッケージ50内に収める。この第１のパッケージ50の窓部54が形成されている面53に、該面53よりも断面積が小さくて気密封止された第２のパッケージ40を固定し、この第２のパッケージ40内に、集光光学系のレンズ15，16、および光ファイバ20の入射端面20ａを含む部分を収める。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体レーザ素子から射出されたレーザビームを光ファイバに結合させるようにしたレーザモジュールに関するものである。
従来、パッケージ内に収容された半導体レーザ素子と、一端（入射端面）がこのパッケージの内部を臨む状態にして該パッケージに固定された光ファイバと、半導体レーザ素子から射出されたレーザビームを光ファイバの入射端面に結合させる集光光学系とを備えてなるレーザモジュールが知られている。このようなレーザモジュールは、一般にピッグテール型レーザモジュールと称され、光通信の分野で広く実用化されている。
また、この種のレーザモジュールの一つとして、例えば特許文献１に示されているように、１つまたは複数の半導体レーザ素子から複数のレーザビームを射出させ、それらのレーザビームを上述のような光ファイバに入射させて、より高強度の１本のレーザビームに合波するようにした合波レーザモジュールも知られている。
上述のようなレーザモジュールの内部においては、半導体レーザと光ファイバの入射端面とが光学的に結合された状態をマイクロメートルオーダの寸法精度で安定的に維持するために、光ファイバおよび集光光学系等は、通常、半田もしくは接着剤等の接着手段を用いて固定されている。
また、通信用レーザモジュールでは、外気の湿気などによるレーザ劣化を防ぐために、一般にパッケージを気密封止することが行われている。いわゆるＣＡＮパッケージに代表される構造は、半導体レーザ素子およびレーザ端面を保護する封止構造として代表的である。なお特許文献１には、上述の半導体レーザ素子、光ファイバおよび集光光学系等を収納したパッケージを気密封止することも開示されている。
このようなレーザモジュールにおいては、気密封止されたパッケージ内に残存する汚染物質が半導体レーザ素子の出射端面、集光光学系および光ファイバ等の光学部品に付着して、レーザ特性を劣化させるという問題が認められている。特に、光密度が高くなる光通過部分においては、物質が付着する作用（集塵作用）が顕著に認められる。さらに、ＧａＮ系半導体レーザ素子等の、350〜500ｎｍ（400ｎｍ帯）の波長帯のレーザビームを射出する半導体レーザ素子を備えたレーザモジュールにおいては、光子エネルギーが高いことから、光と物質との間で光化学反応がより起きやすくなるために、集塵作用がより顕著に現れる。
汚染物質の１つとしては、製造工程の雰囲気中から混入する炭化水素化合物等が挙げられ、この炭化水素が、レーザ光により重合あるいは分解されて分解物が付着し、出力の向上を妨げることが知られている。
また、空中を浮遊している低分子シロキサンが紫外線による光化学反応で酸素と反応し、光学ガラス窓部品にＳｉＯxの形で堆積、付着することが知られており、このため例えば特許文献２に示されるように、大気と接する「窓」部材を定期的に交換することが提案されている。
さらに、上記の集塵作用を抑制するために、種々の提案がなされている。例えば特許文献３には、炭化水素化合物等を分解することを目的とした酸素を100ｐｐｍ以上封止ガスに混入させることが提案されている。
また、例えば特許文献４に示されるように、波長400ｎｍ以下の紫外線を光学部品に照射する光学系において、光学部品の雰囲気を99.9％以上の窒素とすることも提案されている。
さらに、パッケージを封止する直前にパッケージ内部の脱気処理を行うことにより、集塵作用を抑制できることも知られている。
特開2003-298170号公報 特開平11-54852号公報 米国特許第5392305号明細書 特開平11-167132号公報
しかしながら、一般に市販されているＵＶ硬化樹脂による１次被膜およびポリマーによる２次被膜が施された光ファイバを備えた、パッケージに光ファイバが固定されたレーザモジュールの場合、パッケージに光ファイバが固定された状態で脱気処理を行うため、脱気処理装置中にファイバ被膜が存在することとなり、脱気処理中にこの被膜から脱ガス成分が発生し、このガスによりかえってモジュール内部が汚染されることになる。この汚染を防ぐために、予め光ファイバの被覆を全て除去することが考えられるが、被覆のない光ファイバは簡単に折れてしまうため、扱い難く実用性が低い。
前述した特許文献１に開示されるように、半導体レーザ素子、光ファイバおよび集光光学系等を収納したパッケージを気密封止することも、モジュール内部の汚染を防止する上で効果的であるが、そのようにするとパッケージの容積がかなり大型化する。気密封止パッケージの容積が大きくなると、それに従ってパッケージコストも顕著に高くなり、またその組立もより難しくなるので、半導体レーザ素子、光ファイバおよび集光光学系等を収納した大きなパッケージを気密封止すると、レーザモジュールのコストは非常に高くついてしまう。
本発明は上記の事情に鑑み、汚染物質の付着を抑制して高信頼性が得られ、しかも安価に形成できるレーザモジュールを提供することを目的とする。
本発明による第１のレーザモジュールは、前述したように、
１つもしくは複数の半導体レーザ素子と、
該半導体レーザ素子から発散光状態で出射したレーザビームを平行光化するコリメーターレンズと、
該コリメーターレンズを通過したレーザビームを集光して収束させる集光光学系と、
この集光光学系による前記レーザビームの収束位置に入射端面が位置する状態に保持された光ファイバとからなるレーザモジュールにおいて、
少なくとも前記半導体レーザ素子および前記コリメーターレンズが、前記レーザビームを通過させる窓部を有する、気密封止された第１のパッケージ内に収められるとともに、
この第１のパッケージの前記窓部が形成されている面に、該面よりも断面積が小さくて気密封止された第２のパッケージが固定され、
この第２のパッケージ内に、前記集光光学系を構成する少なくとも一部のレンズ、および前記光ファイバの入射端面を含む部分が収められていることを特徴とするものである。
また、本発明による第２のレーザモジュールは、
上記と同様に１つもしくは複数の半導体レーザ素子と、
該半導体レーザ素子から発散光状態で出射したレーザビームを集光して収束させる集光レンズと、
該集光レンズによる前記レーザビームの収束位置に入射端面が位置する状態に保持された光ファイバとからなる合波レーザモジュールにおいて、
少なくとも前記半導体レーザ素子および前記集光レンズが、前記レーザビームを通過させる窓部を有する、気密封止された第１のパッケージ内に収められるとともに、
この第１のパッケージの前記窓部が形成されている面に、該面よりも断面積が小さくて気密封止された第２のパッケージが固定され、
この第２のパッケージ内に、前記光ファイバの入射端面を含む部分が収められていることを特徴とするものである。
なお、上記構成を有する本発明のレーザモジュールにおいては、第１のパッケージの前記窓部が形成されている面の周縁部が、前記第２のパッケージが固定される部分よりも薄肉に形成され、この面に突き当て配置される該第１のパッケージの側壁に対して、前記薄肉の部分が溶接によって固定されていることが望ましい。
また、本発明のレーザモジュールにおいて、第１および／または第２のパッケージは、フラックスフリー半田もしくはＳｉ系有機物を含まない接着剤を使用して、あるいは融着もしくは溶接により気密封止されていることが望ましく、さらにその内部が不活性ガスで満たされているとより好ましい。そしてそのような不活性ガスには、１ｐｐｍ以上の濃度の酸素、ハロゲン族ガス、および／またはハロゲン化合物ガスが含まれていることが望ましい。
他方、本発明によるレーザモジュールは、発振波長が３５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲にある半導体レーザ素子を用いるものであることが望ましい。
また、本発明によるレーザモジュールを構成する半導体レーザ素子は、アレイ状に並べられた複数のシングルキャビティ半導体レーザ素子、１つのマルチキャビティ半導体レーザ素子、アレイ状に並べられた複数のマルチキャビティ半導体レーザ素子、およびシングルキャビティ半導体レーザ素子とマルチキャビティ半導体レーザ素子との組み合わせのうちのいずれかであることが望ましい。
また本発明のレーザモジュールは、半導体レーザ素子として複数のレーザビームを発するものが用いられ、それらのレーザビームが光ファイバにおいて１本に合波される構成となっていることが望ましい。
さらに本発明のレーザモジュールにおいては、半導体レーザ素子が、そこから発せられた複数のレーザビームが、発光軸に垂直な面内に２次元状に並んだ状態で入射するように配置されていることが望ましい。
そして、本発明のレーザモジュールにおいては、前記光ファイバの光出射端面が、コネクタを用いて終端処理されていることが好ましい。
本発明のレーザモジュールは、半導体レーザ素子とコリメーターレンズあるいは集光レンズを第１のパッケージ内に収めて該パッケージを気密封止した構成を有するので、光密度が高くて集塵作用が高い半導体レーザ素子の出射端面や、レンズの光通過面への集塵を抑制することができ、それにより高い信頼性を備えたものとなり得る。また、集光光学系の一部や光ファイバの入射端面を含む部分も第２のパッケージ内に配置されているので、それらの光通過面への集塵も抑制することができ、この点からも信頼性の向上が実現される。
そして本発明のレーザモジュールは、上記第１のパッケージの窓部が形成されている面に、該面よりも断面積が小さくて気密封止された第２のパッケージを固定した構造を有するので、第１のパッケージを大容積のものとして、そこに集光光学系の一部や光ファイバの入射端面を含む部分も全て収納するようにした構造と比較すると、気密封止パッケージ全体の容積を小さくすることができる。そうであれば、容積の増大に応じて顕著に高くなる気密封止パッケージのコストを低く抑えることができ、ひいてはレーザモジュール全体も安価に形成可能となる。
なお、第１のパッケージの窓部が形成されている面に、該第１のパッケージの側壁を突き当て配置してそれらを溶接固定する場合は、溶接部分の体積が大きいほど、より大きな溶接歪が発生する。そのようにして大きな溶接歪が発生すると、該第１のパッケージ内に収納された光学要素同士間の光軸がずれたり、さらには、第１のパッケージと第２のパッケージとの位置関係が狂うことから、それらの内部に収納された光学要素同士間の光軸がずれる可能性もある。
そこで、第１のパッケージの窓部が形成されている面の周縁部を薄肉に形成し、第１のパッケージの側壁にこの薄肉の部分を溶接固定すれば、溶接歪が小さく抑えられ、上述のような光軸ずれが起きることを防止できる。その場合でも、第１のパッケージの窓部が形成されている面の、第２のパッケージが固定される部分は上記薄肉の部分よりも厚く形成されているから、この第２のパッケージが固定される部分の強度が低くて変形してしまう等の問題が起きることは回避できる。
また、第１および／または第２のパッケージが、フラックスフリー半田もしくはＳｉ系有機物を含まない接着剤を使用して、あるいは融着もしくは溶接により気密封止されていれば、汚染の原因となる揮発成分の発生を抑えて、それらによって半導体レーザ素子等が汚染されることを防止できる。
また、第１および／または第２のパッケージの内部が不活性ガスで満たされていれば、該パッケージ内に外部から汚染ガスが侵入することが防止される。さらに、そのような不活性ガスに、１ｐｐｍ以上の濃度の酸素、ハロゲン族ガス、および／またはハロゲン化合物ガスが含まれていると、それらによって炭化水素化合物等を分解する作用が得られ、汚染防止効果がより高められる。
なお、半導体レーザ素子が特に３５０ｎｍ〜５００ｎｍの波長の光を射出するものである場合、光のエネルギーが高く集塵作用が大きくなるため、そのような半導体レーザ素子を用いるレーザモジュールに本発明を適用することは、汚染物質の付着を防止する上で特に効果的である。
また、半導体レーザ素子として複数のレーザビームを発するものが用いられ、それらのレーザビームが光ファイバにおいて１本に合波される構成のレーザモジュールにおいては、光ファイバの入射端面上の光強度が非常に高くなる。そこで、この場合も集塵作用が大きくなるので、そのような合波レーザモジュールに本発明を適用することは、汚染物質の付着を防止する上で特に効果的である。
さらに、半導体レーザ素子が、そこから発せられた複数のレーザビームが、発光軸に垂直な面内に２次元状に並んだ状態で入射するように配置されている場合は、気密封止パッケージは自ずと大容積のものになる。そこで、そのような構成のレーザモジュールに本発明を適用すれば、気密封止パッケージの全体の容積を小さいものとして、コストダウンの効果が特に顕著に得られるようになる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１および図２はそれぞれ、本発明の第１の実施形態によるレーザモジュールの一部破断平面図および一部破断側面図である。図示の通り本実施形態のレーザモジュールは、図２の上下方向に並設された一例として４個のチップ状態の半導体レーザ素子ＬＤ11，ＬＤ12，ＬＤ13，ＬＤ14および同様に並設された４個のチップ状態の半導体レーザ素子ＬＤ21，ＬＤ22，ＬＤ23，ＬＤ24の計８個の半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子ＬＤ11〜14を内側面にロウ材により固定したＣｕ製のＬＤブロック10と、同様に半導体レーザ素子ＬＤ21〜24を内側面にロウ材により固定したＣｕ製のＬＤブロック11とを有している。
またこのレーザモジュールは、上記半導体レーザ素子ＬＤ11，ＬＤ12，ＬＤ13，ＬＤ14から発散光状態で射出されたレーザビームＢ11，Ｂ12，Ｂ13，Ｂ14を各々平行光化する４個のコリメーターレンズＣ11，Ｃ12，Ｃ13，Ｃ14と、これらのコリメーターレンズＣ11，Ｃ12，Ｃ13，Ｃ14を各々個別に保持するレンズホルダＬＨ11，ＬＨ12，ＬＨ13，ＬＨ14と、これらのレンズホルダＬＨ11〜14を固定して前記前記ＬＤブロック10に固定されたＣｕ製のヒートブロック（放熱ブロック）12とを備えるとともに、半導体レーザ素子ＬＤ21，ＬＤ22，ＬＤ23，ＬＤ24から発散光状態で射出されたレーザビームＢ21，Ｂ22，Ｂ23，Ｂ24を各々平行光化する４個のコリメーターレンズＣ21，Ｃ22，Ｃ23，Ｃ24と、これらのコリメーターレンズＣ21，Ｃ22，Ｃ23，Ｃ24を各々個別に保持するレンズホルダＬＨ21，ＬＨ22，ＬＨ23，ＬＨ24と、これらのレンズホルダＬＨ21〜24を固定して前記ＬＤブロック11に固定されたＣｕ製のヒートブロック（放熱ブロック）13とを備えている。上記ＬＤブロック10および11は、第１のパッケージ50を構成するパッケージベース板51上に固定されている。
上記コリメーターレンズＣ11〜14の各々は、例えば有効幅１．１２ｍｍ、有効高さ３．６ｍｍ、焦点距離３ｍｍのトランケート型レンズであり、互いの隙間を０．１５ｍｍとして並設固定されている。他のコリメーターレンズＣ21〜24も同様である。
また、ヒートブロック12のレンズホルダＬＨ11〜14を固定する面は、平坦度が０．３μｍ以下の高精度・高平坦加工がなされている。このヒートブロック12にレンズホルダＬＨ21〜24を介してコリメーターレンズＣ11〜14を固定する構造において、固定時にレンズホルダＬＨ21〜24の位置を調整することにより、コリメーターレンズＣ11〜14のｙ、ｚ方向（図１参照）位置を調整することができる。またヒートブロック12をＬＤブロック10に固定する構造において、固定時にヒートブロック12の位置を調整することにより、コリメーターレンズＣ11〜14のｘ、ｙ方向（図１参照）位置を調整することができる。本実施形態では、レンズ固定精度はｘ、ｙ方向に関して±０．５μｍ、ｚ方向に関して１μｍである。以上の点は、別のヒートブロック13側においても同様である。
第１のパッケージ50は、上記パッケージベース板51と、その上に固定されて周囲４面を囲う側壁52と、この側壁52に突き当て固定された蓋板53とから構成されて気密封止され、半導体レーザ素子ＬＤ11〜14およびＬＤ21〜24と、コリメーターレンズＣ11〜14およびＣ21〜24と、その他の上述したホルダ類等を内部に収容している。なお蓋板53には、レーザビームＢ11〜14およびＢ21〜24をパッケージ外に出射させる、例えば光学ガラス等からなる透明板54が嵌め込まれている。
さらにこのレーザモジュールは、平行光となって上記透明板54から出射したレーザビームＢ11〜14およびＢ21〜24を、図２に表れている面内のみで集光するシリンドリカルレンズ15と、このシリンドリカルレンズ15を通過したレーザビームＢ11〜14およびＢ21〜24を、図１に表れている面内のみで集光するシリンドリカルレンズ16と、これらのシリンドリカルレンズ15および16によるレーザビームＢ11〜14およびＢ21〜24の収束位置に一端（入射端面）20ａが位置するように配設された光ファイバ20とを有している。
上記シリンドリカルレンズ15および16は、気密封止された第２のパッケージ40内に固定されたレンズホルダ41および42にそれぞれ固定されて、該第２のパッケージ40内に収納されている。このパッケージ40の前板43には、円筒状のフェルール保持孔22ａを有するフェルール保持部品22が例えばフラックスフリー半田23によって固定されている。前述した光ファイバ20は、その入射端面20ａ近傍の樹脂被覆を除去し、それにより剥き出しになったファイバ素線20ｂを円筒状のフェルール24の中心の細孔に通し、そして該フェルール24をフェルール保持部品22にフラックスフリー半田25で固定することにより、第２のパッケージ40に接続されている。
半導体レーザ素子ＬＤ11〜14およびＬＤ21〜24としては、発振波長が３５０ｎｍ〜５００ｎｍ程度の範囲にあるＧａＮ系半導体レーザ素子が用いられ、それらは各々サブマウント17を介してＬＤブロック10、11に実装されている。そのような半導体レーザ素子の具体例としては、例えば特開2004-134555号公報に開示されているＩｎＧａＮ系半導体レーザ素子等が挙げられる。一方サブマウント17としては、例えば熱伝導係数が６００Ｗ／ｍＫであるスチール・ダイヤモンド複合材料からなる、１×１×０．２５ｍｍのサイズのものが使用されている。このようなサブマウント17を用いることにより、発熱密度が高い半導体レーザ素子ＬＤ11〜14およびＬＤ21〜24の活性層からの熱拡散を容易にし、それにより、該素子駆動時の温度上昇を抑え、素子の信頼性向上を実現している。このようなサブマウント17の実装方法としては、例えば直接半田でＬＤブロック10、11に固定する方法等が採用可能である。また、該サブマウント17を複数の部品に実装するようにしてもよい。
半導体レーザ素子ＬＤ11〜14およびＬＤ21〜24は、電極パッドを介したボンディングによって、図示外の引出し配線に接続されている。その引出し配線は、第１のパッケージ50の内部と外部とを気密に保つ状態にして、該第１のパッケージ50から外部に引き出されている。
本実施形態では、シリンドリカルレンズ15および16が、平行光となったレーザビームＢ11〜14およびＢ21〜24を光ファイバ20の入射端面20ａ上で収束させる集光レンズを構成しており、それにより、収束したレーザビームＢ11〜14およびＢ21〜24のビーム断面形状の真円化が図られている。しかし集光レンズとしてはこのようなものに限らず、一般的な軸対称の球面レンズや、その種のレンズから光軸を含む一部分を切り出した形のトランケートレンズや、非球面レンズ等も適宜選択使用することができる。
上記構成のレーザモジュールにおいて、半導体レーザ素子ＬＤ11〜14およびＬＤ21〜24から発散光状態で射出されたレーザビームＢ11〜14およびＢ21〜24は、それぞれコリメーターレンズＣ11〜14およびＣ21〜24によって平行光とされ、透明板54を透過して第１のパッケージ50外に出射する。平行光となったレーザビームＢ11〜14およびＢ21〜24は次にシリンドリカルレンズ15および16により集光されて、光ファイバ20の入射端面20ａ上で（より詳しくはそのコア端面上で）で収束する。それにより該レーザビームＢ11〜14およびＢ21〜24が光ファイバ20に入射してそこを伝搬し、合波された高強度のレーザビームＢが光ファイバ20から出射する。
なお、この光ファイバ20の先端部はコネクタ等によって終端処理されていることが好ましいが、それについては後に詳述する。
半導体レーザ素子ＬＤ11〜14およびＬＤ21〜24からは、前方出射光としての上記レーザビームＢ11〜14およびＢ21〜24の他に、それと反対方向にいわゆる後方出射光（図示せず）が発せられる。これらの後方出射光の強度はそれぞれ図示しないフォトダイオードによって検出され、該フォトダイオードの出力に応じて半導体レーザ素子ＬＤ11〜14およびＬＤ21〜24の駆動電流が制御されることにより、いわゆるＡＰＣ（Automatic Power Control）がなされて、合波レーザビームＢの出力が一定化される。
なお、本実施形態のように半導体レーザ素子を複数有するレーザモジュールにおいて上記ＡＰＣを実施する場合には、後方出射光の検出信号を多チャンネルドライバに入力し、該多チャンネルドライバによって各半導体レーザ素子の駆動を制御すればよい。また、上述のように半導体レーザ素子の後方出射光は検出せずに、平行光となって第１のパッケージ50から出射したレーザビームＢ11〜14およびＢ21〜24や、シリンドリカルレンズ15および16で集光された後のレーザビームＢ11〜14およびＢ21〜24をビームスプリッタ等で一部分岐させ、その分岐された光ビームの強度を光検出器で検出し、その検出出力に基づいてＡＰＣを行うことも可能である。
次に、レーザビームＢ11〜14およびＢ21〜24が通過する面の汚染を防止する点について説明する。半導体レーザ素子ＬＤ11〜14およびＬＤ21〜24並びにコリメーターレンズＣ11〜14およびＣ21〜24を内部に収納した第１のパッケージ50は、前述したようにパッケージベース板51、側壁52および蓋板53から構成されて、気密封止されている。
ここで、この第１のパッケージ50を構成する部材どうしの固着および、パッケージベース板51とヒートブロック12，13との固着は、フラックスフリー半田もしくはＳｉ系有機物を含まない接着剤を使用してなされている。これらの部材の固着は、その他に、融着もしくは溶接によりなされてもよい。さらに、第１のパッケージ50の内部に配置される部材の固定、接合も、同様にしてなされている。こうすることにより、汚染の原因となる揮発成分の発生が抑えられる。また、第１のパッケージ50の気密封止の前には、予めその内部に存在する揮発成分を除去するための脱気処理を施すことが好ましい。
なお、上記のＳｉ系有機物を含まない接着剤としては、例えば、特開2001-177166号公報に記載が有る脂環式エポキシ化合物、オキセタニル基を有する化合物、および触媒量のオニウム塩光反応開始剤を含有する接着性組成物であって、シランカップリング剤を含まない接着性組成物からなるもの等が挙げられる。
また、フラックスフリー半田としては、例えば、Ｓｎ−Ｐｂ、Ｓｎ−Ｉｎ、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｉｎ、Ａｕ−Ｓｎ、Ａｇ−Ｓｎ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ等が挙げられる。通常の半田材に含まれるフラックスは汚染の要因となるが、フラックスフリーの半田を用いれば汚染物質を発生させるおそれがない。なお、環境に配慮して鉛フリー半田を使用することが望ましい。
溶接は市販のシーム溶接機、例えば日本アビオニクス社製のシーム溶接機を利用して行うことができる。具体的には、例えば蓋板53に側壁52を突き合わせ、両者が接する部分にシーム溶接機により高電圧を印加することで、第１のパッケージ50の溶接封止を行うことができる。また融着は、市販の融着機、例えば古河電気工業社製のFITEL S-2000を用いて行うことができる。
上記のようにして、内部の汚染物質を十分低減した上で気密封止される第１のパッケージ50内に半導体レーザ素子ＬＤ11〜14およびＬＤ21〜24並びにコリメーターレンズＣ11〜14およびＣ21〜24を配置すれば、光密度が高くて集塵作用が高い半導体レーザ素子ＬＤ11〜14およびＬＤ21〜24の出射端面や、コリメーターレンズＣ11〜14およびＣ21〜24の光通過面への集塵を抑制することができ、それにより本実施形態のレーザモジュールは高い信頼性を備えたものとなり得る。
また、集光レンズとしてのシリンドリカルレンズ15および16も、気密封止された第２のパッケージ40内に配置されているので、これらのシリンドリカルレンズ15および16の光通過面への集塵も抑制することができる。
そして本実施形態のレーザモジュールは、上記第１のパッケージ50の蓋板53に、該蓋板53よりも断面積が小さくて気密封止された第２のパッケージ40を固定した構造を有するので、第１のパッケージ50を大容積のものとして、そこにシリンドリカルレンズ15および16や光ファイバ20の入射端面20ａを含む部分を収納するようにした構造と比較すると、気密封止パッケージ全体の容積を小さくすることができる。そうであれば、容積の増大に応じて顕著に高くなる気密封止パッケージのコストを低く抑えることができ、ひいてはレーザモジュール全体も安価に形成可能となる。
なお、上記第１のパッケージ50の蓋板53に側壁52を突き当て配置してそれらを溶接固定する場合は、溶接部分の体積が大きいほど、より大きな溶接歪が発生する。そのようにして溶接歪が発生すると、該第１のパッケージ50内に収納された光学要素同士間の光軸がずれたり、さらには、第１のパッケージ50と第２のパッケージ40との位置関係が狂うことから、それらの内部に収納された光学要素同士間の光軸がずれる可能性もある。
そこで本実施形態では、第１のパッケージ50の蓋板53の周縁部を薄肉に形成し、この薄肉部53ａを側壁52に溶接固定している。こうすることにより、溶接歪が小さく抑えられ、上述のような光軸ずれが起きることを防止できる。その場合でも、第１のパッケージ50の蓋板53の、第２のパッケージ40が固定される部分は薄肉部53ａよりも厚く形成されているから、この第２のパッケージ40が固定される蓋板53の部分の強度が低くて変形してしまう等の問題が起きることを回避できる。本実施形態においては一例として、上記薄肉部53ａは幅０．８ｍｍで厚み０．１ｍｍとされ、その他の部分の蓋板53の厚みは１ｍｍとされている。
また本実施形態では、第１のパッケージ50が、フラックスフリー半田もしくはＳｉ系有機物を含まない接着剤を使用して気密封止されているので、汚染の原因となる揮発成分の発生を抑えて、それらによって半導体レーザ素子ＬＤ11〜14およびＬＤ21〜24等が汚染されることを防止できる。このような効果は、第１のパッケージ50の構成部材を融着もしくは溶接により接合して気密封止しても、同様に得られるものである。
また、第２のパッケージ40に対して、上述のような気密封止構造を採用した場合も、基本的に上記と同様の効果が得られることになる。
ここで、本実施形態において用いられる半導体レーザ素子ＬＤ11〜14およびＬＤ21〜24は、３５０ｎｍ〜５００ｎｍの波長のレーザビームＢ11〜14およびＢ21〜24を射出するものである。この場合は、レーザビームＢ11〜14およびＢ21〜24のエネルギーが高く集塵作用が大きくなるため、そのような半導体レーザ素子ＬＤ11〜14およびＬＤ21〜24を用いるレーザモジュールに本発明を適用することは、汚染物質の付着を防止する上で特に効果的である。
また本実施形態のように、複数のレーザビームＢ11〜14およびＢ21〜24が光ファイバ20において１本に合波される構成のレーザモジュールにおいては、光ファイバ20の入射端面20ａ上の光強度が非常に高くなる。そこで、この場合も集塵作用が大きくなるので、このような合波レーザモジュールに気密封止パッケージ40を設けることは、汚染物質の付着を防止する上で特に効果的である。
なお本実施形態では、第１のパッケージ50の内部が不活性ガスで満たされて、該パッケージ50内に外部から汚染ガスが侵入することが防止される。そのような不活性ガスとしては、窒素ガス、希ガスなどが挙げられる。また、不活性ガスと、１ｐｐｍ以上の濃度の酸素、ハロゲン族ガスおよびハロゲン化合物ガスの少なくとも１種類のガスとの混合ガスを第１のパッケージ50内に満たしてもよく、例えば、大気と同じ比率の窒素、酸素混合ガスであるクリーンエアを用いてもよい。
封止雰囲気中に１ｐｐｍ以上の濃度の酸素が含まれれば、レーザモジュールの劣化をより効果的に抑制することができる。このような劣化抑制効果の向上が得られるのは、封止雰囲気中に含有される酸素が、炭化水素成分の光分解により発生した固形物を酸化分解するためである。
ハロゲン族ガスとは、塩素ガス（Ｃｌ2）、フッ素ガス（Ｆ2）等のハロゲンガスであり、ハロゲン化合物ガスとは、塩素原子（Ｃｌ）、臭素原子（Ｂｒ）、ヨウ素原子（Ｉ）、フッ素原子（Ｆ）等のハロゲン原子を含有するガス状の化合物である。
ハロゲン化合物ガスとしては、ＣＦ3Ｃｌ、ＣＦ2Ｃｌ2、ＣＦＣｌ3、ＣＦ3Ｂｒ、ＣＣｌ4、ＣＣｌ4−Ｏ2、Ｃ2Ｆ4Ｃｌ2、Ｃｌ−Ｈ2、ＣＦ3Ｂｒ、ＰＣｌ3、ＣＦ4、ＳＦ6、ＮＦ3、ＸｅＦ2、Ｃ3Ｆ8、ＣＨＦ3等が挙げられるが、フッ素又は塩素と炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、硫黄（Ｓ）、キセノン（Ｘｅ）との化合物が好ましく、フッ素原子を含有するものが特に好ましい。
ハロゲン系ガスは微量でも劣化抑制効果を発揮するが、顕著な劣化抑制効果を得るためには、ハロゲン系ガスの含有濃度を１ｐｐｍ以上とするのが好ましい。このような劣化抑制効果が得られるのは、封止雰囲気中に含有されるハロゲン系ガスが有機珪素化合物ガスの光分解により発生した堆積物を分解するためである。
なお第２のパッケージ40の内部も、第１のパッケージ50の内部と同様に不活性ガスで満たし、さらにはそこに１ｐｐｍ以上の濃度の酸素、ハロゲン族ガス、および／またはハロゲン化合物ガスを含ませることが好ましい。それによって得られる効果は、第１のパッケージ50の場合と同様である。
次に、図３を参照して本発明の第２の実施の形態について説明する。なおこの図３において、図１中の要素と同等の要素には同番号を付し、それらについての説明は特に必要のない限り省略する（以下、同様）。
この第２実施形態のレーザモジュールは、第１実施形態のレーザモジュールと比べると、８個のコリメーターレンズＣ11〜14およびＣ21〜24に代えて８個の集光レンズＥＣ11〜14およびＥＣ21〜24が用いられて、シリンドリカルレンズ15および16が省かれている点が基本的に異なるものである。
本実施形態のレーザモジュールにおいて、半導体レーザ素子ＬＤ11〜14およびＬＤ21〜24から射出されたレーザビームＢ11〜14およびＢ21〜24はそれぞれ集光レンズＥＣ11〜14およびＥＣ21〜24により集光されて、全て光ファイバ20の入射端面20ａ上で（より詳しくはそのコア端面上で）収束する。それにより該レーザビームＢ11〜14およびＢ21〜24が光ファイバ20に入射してそこを伝搬し、合波された高強度のレーザビームＢが光ファイバ20から出射する。
以上のように半導体レーザ素子ＬＤ11〜14およびＬＤ21〜24並びに集光レンズＥＣ11〜14およびＥＣ21〜24を第１のパッケージ50内に配置してなる本実施形態のレーザモジュールにおいても、半導体レーザ素子ＬＤ11〜14およびＬＤ21〜24並びに集光レンズＥＣ11〜14およびＥＣ21〜24の汚染防止については、基本的に第１の実施形態におけるのと同様の効果が得られる。
次に図４〜８を参照して、光ファイバ20の終端処理と、それによる光ファイバ同士の接続構造について説明する。なお以下の図４〜８における光ファイバ20が、図１〜３に示した光ファイバ20、つまり終端処理がなされる光ファイバである。また、以下に説明する接続構造は、第１の実施形態のレーザモジュールにも、第２の実施形態のレーザモジュールにも同様に適用され得るものである。
先ず図４に側断面形状を示す光ファイバの接続構造は、２本の光ファイバ20、112の各先端部が挿通されて、該先端部を固定した２つの円筒形のフェルール113、114と、これらのフェルール113、114の各後端部近傍に固定された円形のフランジ115、116と、フェルール113、114が挿通されるコネクタ124と、フランジ115の内側においてフェルール113の外周に取り付けられたＯリング127と、フランジ116の内側においておよびフェルール114の外周に取り付けられたＯリング128とを有している。
つまり本例における光ファイバ20の終端処理は、円筒形のフェルール113を取り付けるものである。
上記フェルール113、114は、セラミック、ガラス、または金属、もしくはそれらの組み合わせからなる材料から形成されたものである。セラミックまたはガラスから形成された場合は、その側面が金属メッキ、もしくはスパッタリングによりメタライズ加工されていることが望ましい。そして、光ファイバ20、112の各先端部を取り付けた後、フェルール113、114の先端は平坦、もしくは球面状に研磨される。
またコネクタ124は、フェルール113、114の外径より僅かに大きい内径のスリーブ管120の両端にそれぞれフランジ部121、122が形成されるとともに、該スリーブ管120の中央付近に、その内部と外部とを連通する貫通孔123ａを有するガス導入部123が形成されてなるものである。上記ガス導入部123の外周にはネジ山が形成され、その部分には、貫通孔123ａを閉じるバルブ125が螺合により取り付けられている。
なお、上記フェルール113、114に対してフランジ115、116は、図中にａなる黒丸で示す箇所において全周に亘って例えば半田で固定されている。この半田としては、有機ガスの発生が無いいわゆるフラックスフリー半田が使用されることが好ましい。
またフェルール113、114をそれぞれ先端側からコネクタ124内に挿通させた後、上記フランジ115、116はそれぞれ間にＯリング127、128を介して、コネクタ124のフランジ部121、122に適宜数のボルト129で固定される。そこで、コネクタ124の内部は外部に対して、Ｏリング127、128およびフランジ115、116によって封止されることになる。また、これにより、フェルール113、114に固定されている２本の光ファイバ20、112のコア先端が互いに同軸状態で圧接し、該光ファイバ20、112が互いに光学的に接続される。なお、上記のＯリング127、128としては、フッ素系樹脂からなるものを用いることが好ましい。
以上のようにして光ファイバ20、112を接続する際、コネクタ124の部分を前述のような不活性ガスの雰囲気中に配し、バルブ125を図示外の真空ポンプに接続してコネクタ124の内部を減圧させることにより、コネクタ124の内部にこの不活性ガスが導入される。その後バルブ125を閉じることにより、フェルール113、114を収めて密閉空間となっているコネクタ124の内部に上記不活性ガスが封入された状態となる。
それにより、もし光ファイバ20、112のコアの先端が全面に亘って接触していない場合は、その接触していない部分が上記不活性ガスと接する状態になる。したがって、前述の集塵効果を引き起こす有機物等と、光ファイバ20、112を伝搬する光とが光化学反応を起こすことがなくなり、光ファイバ20、112の先端で集塵効果が起きることを抑制できる。
本例の場合は、波長が３５０〜５００ｎｍの範囲にあるレーザ光を光ファイバ20、112において伝搬させるようにしており、この波長範囲のレーザ光は上記集塵効果を発現させやすいので、上述のような接続構造の適用が特に効果的であると言える。
なお、不活性ガスをコネクタ124の内部に封入する前に、このコネクタ124の内部を脱気処理にかけると、上記集塵効果をより確実に抑制することができる。
また本例の光ファイバの接続構造は、２本の光ファイバ20、112を融着するものではないから、大がかりな融着機を必要とせずに２本の光ファイバ20、112を簡便に接続できるものとなる。そしてフェルール113、114は、ボルト129を緩めて外すことにより、それぞれコネクタ124から簡単に取り外せるので、２本の光ファイバ20、112を一度接続した後に、簡単に接続し直すこともできる。
さらに本例の光ファイバの接続構造では、ガイドとなるスリーブ管120にフェルール113、114を挿通させるだけで、該フェルール113、114に固定されている光ファイバ20、112同士が自動的に同軸に揃えられるので、光ファイバの調芯作業も容易なものとなる。
なお、上記不活性ガスの好ましいものとしては、窒素ガス、希ガス等が挙げられる。またこの不活性ガスの中に、濃度が１ｐｐｍ以上３０％以下の酸素、ハロゲン族ガス、およびハロゲン化合物ガスのうちの少なくとも一種類以上が含まれることが望ましい。ハロゲン族ガス、およびハロゲン化合物ガスの好適な例は、先に説明した通りである。
不活性ガスの中に１ｐｐｍ以上の濃度の酸素を含ませておくと、光ファイバ20、112の劣化をより効果的に抑制することができる。このような効果の向上が得られるのは、不活性ガス中の酸素が、炭化水素成分の光分解により発生した固形物を酸化分解するためである。なお、このように封止雰囲気中に酸素を含ませるためには、コネクタ124の内部にクリーンエア（大気成分）を封入するようにしてもよい。
また、上記不活性ガスの中に前述した通りのハロゲン族ガスおよびハロゲン化合物ガスの少なくとも一方を含ませておいても、同様に光ファイバ20、112の劣化を抑制することができる。これらのハロゲン系ガスは微量から劣化抑制効果を発揮するが、顕著な劣化抑制効果を得るためには、ハロゲン系ガスの含有濃度を１ｐｐｍ以上とするのが好ましい。このような劣化抑制効果が得られるのは、封止雰囲気中に含有されるハロゲン系ガスが有機珪素化合物ガスの光分解により発生した堆積物を分解するためである。
なお、光ファイバ20、112の先端は互いに密接固定されるので、特にコート膜を形成する必要はない。コート膜が形成されない場合には、屈折率段差が生じることがないので、通常は、伝搬光の結合効率が最も高くなる。
ただし、必要に応じてそれらの先端に適宜のコート膜を形成しても構わない。その場合、被覆するコート膜の最表面層の材料として、珪素（Ｓｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、スズ（Ｓｎ）、またはジルコニウム（Ｚｒ）の酸化物または窒化物等、ハロゲン系ガスに対して反応性を有する材料を使用する場合には、これらの最表面層がエッチングされて、光ファイバ20、112を用いた装置の信頼性が低下する。
したがって、光ファイバ20、112の先端を被覆するコート膜の最表面層の材料としては、例えば、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）またはタンタル（Ｔａ）の酸化物または窒化物のように、ハロゲン系ガスに対して不活性な材料を使用することが好ましい。
また、コネクタ124の内部に不活性ガスを封入するためには、前述のようにするほか、加圧された不活性ガスをバルブ125を通してコネクタ124の内部に導入するようにしてもよい。
さらに、Ｏリング127、128を用いてコネクタ124の内部を封止する代わりに、スリーブ管120にフェルール113、114を圧入することによって封止することもできる。
次に、光ファイバ20の終端処理と、それによる光ファイバ同士の接続構造の別の例について説明する。なお本例においても、光ファイバ20の終端処理は、円筒形のフェルール113を取り付けるものである。
本例の光ファイバの接続構造においては、それぞれ光ファイバ20、112の先端部を固定しているフェルール113、114が１本の円筒状スリーブ管130に挿通され、光ファイバ20、112のコア先端が互いに圧接する状態にして、該フェルール113、114がスリーブ管130に固定されている。この固定は、例えば図中にａなる黒丸で示す箇所において全周に亘って例えば半田封止することによりなされる。この半田による固定を、不活性ガス雰囲気中で行うことにより、スリーブ管130の内部には不活性ガスが封入されることになる。
それにより本例においても、図４の例におけるのと同様の効果を得ることができる。ただしこの構造においては、一度接続した光ファイバ20、112を、各要素をそのまま再使用して接続し直すことは不可能である。
なお、以上説明した各例の接続構造において、不活性ガスに代えて、光ファイバ20、112を伝搬する光に対して透明でかつその光によって分解されない液体を用いても、同様の効果を得ることができる。そのような液体としては、例えば純水を好適に用いることができる。
次に、光ファイバの接続構造の別の例について説明する。図６および図７はそれぞれ、この光ファイバの接続構造の全体斜視形状および側断面形状を示すものである。この光ファイバの接続構造は、一般的なコネクタ140が容器160内に収納されるともに、この容器160内において不活性ガスを循環させる手段が設けられてなるものである。
上記コネクタ140は、２つの円筒形のフェルール113、114の各先端部が挿通されるスリーブ管141と、フェルール113、114に保持された光ファイバ20、112をそれぞれ通過させる孔を有して、該フェルール113、114の後端部を受容する外管143、144と、これらの外管143、144の底面とフェルール113、114との間に各々配置された圧縮バネ145、146とから構成されている。
すなわち、本例における光ファイバ20の終端処理は、フェルール113、外管143および圧縮バネ145を装着しておくことである。
スリーブ管141の両端の外周には雄ネジが形成される一方、外管143、144の先端の内周には雌ネジが形成されて、それらが螺合し得るようになっている。そこで、フェルール113、114の各先端部をスリーブ管141に、後端部を外管143、144にそれぞれ挿通させた後、外管143、144を回してスリーブ管141に螺合させてゆくと、フェルール113、114の先端同士が接触する状態となる。そこからさらに外管143、144を回して締め付けると、圧縮バネ145、146の作用でフェルール113、114の先端同士つまりは光ファイバ20、112の先端同士が圧接する状態になって、これらの光ファイバ20、112が互いに光学的に接続される。
容器160は、上側函体161と下側函体162とからなる上下２つ割構造のものであり、これら上側函体161および下側函体162はヒンジ163を介して揺動可能に保持され、ラッチ金具164により互いに一体化した状態に固定される。そして上側函体161、下側函体162にはそれぞれガス供給口165、ガス排出口166が設けられている。また上側函体161および下側函体162の左右側壁には、各々半円形の開口が形成され、その部分には円筒形のファイバ受け167、168が配設されるようになっている。これらのファイバ受け167、168は、例えばフッ素系ゴム等の弾性部材から形成されて、その中空部に通された光ファイバ20、112との間、および閉じられた状態の函体161、162との間を気密状態に保つようになっている。
ガス供給口165、ガス排出口166はガス循環配管170で接続されており、このガス循環配管170の途中には、前述したような不活性ガスを貯えるタンク171およびガス圧送ポンプ172が介設されている。本例では、以上のガス循環配管170、タンク171およびガス圧送ポンプ172により流体循環装置が構成されている。
光ファイバ20、112はそれぞれファイバ受け167、168に通されてから、コネクタ140を用いて前述の通りにして互いに光学的に接続される。このコネクタ140の部分は下側函体162の底面上に保持され、その上から上側函体161が閉じられ、ラッチ金具164が締められることにより両函体161、162が気密状態を保って一体化する。こうして光ファイバ20、112の先端部を接続させたコネクタ140の部分は、容器160の中に収容された状態になる。なお、両函体161、162の互いに当接することになる端面部分には、フッ素系ゴム等の弾性部材からなるコートを施すことにより、両函体161、162の間の気密状態をより確実なものとすることが望ましい。
コネクタ140の部分が容器160の中に収容されるとガス圧送ポンプ172が駆動され、それにより、タンク171内に貯えられている不活性ガスが容器160内を通して循環される。この不活性ガスとしては、図４に示した例で使用されたものを好適に用いることができる。
そこで、もし光ファイバ20、112のコアの先端が全面に亘って接触していない場合は、その接触していない部分が上記不活性ガスと接する状態になる。したがって、前述の集塵効果を引き起こす有機物等と、光ファイバ20、112を伝搬する光とが光化学反応を起こすことがなくなり、光ファイバ20、112の先端で集塵効果が起きることを抑制できる。
本例の場合も、波長が３５０〜５００ｎｍの範囲にあるレーザ光を光ファイバ20、112において伝搬させるようにしており、この波長範囲のレーザ光は上記集塵効果を発現させやすいので、本接続構造の適用が特に効果的である。
なお、不活性ガスを循環させる前に、コネクタ140の部分を収容した容器160の内部を脱気処理にかけると、上記集塵効果をより確実に抑制することができる。
また本例の光ファイバの接続構造も、２本の光ファイバ20、112を融着するものではないから、大がかりな融着機を必要とせずに２本の光ファイバ20、112を簡便に接続できるものとなる。そしてフェルール113、114は、コネクタ140の外管143および144を緩めて外すことにより、それぞれコネクタ140から簡単に取り外せるので、２本の光ファイバ20、112を一度接続した後に、簡単に接続し直すこともできる。
さらに、本例の光ファイバの接続構造では、ガイドとなるスリーブ管141にフェルール113、114を挿通させるだけで、該フェルール113、114に固定されている光ファイバ20、112同士が自動的に同軸に揃えられるので、光ファイバの調芯作業も容易なものとなる。
なおこの場合も、上記不活性ガスの中に１ｐｐｍ以上の濃度の酸素、ハロゲン族ガスおよびハロゲン化合物ガスの少なくとも一種類を含ませておけば、図４の例において説明した通りの効果を同様に得ることができる。また上記不活性ガスに代えて、純水等の液体が使用可能であることも、図４の例と同様である。
さらに、上側函体161、下側函体162にそれぞれ形成されたガス供給口165、ガス排出口166を閉じたり、あるいは最初から省くことによって容器160を密閉容器とすれば、その中に不活性ガスや純水等の液体を封入して使用することも可能である。
次に図８を参照して、光ファイバの接続構造のさらに別の例について説明する。この光ファイバの接続構造においては、それぞれ光ファイバ20、112の先端部を固定しているフェルール113、114が１本の円筒状スリーブ管180に挿通され、光ファイバ20、112のコア先端が互いに圧接する状態にして、該フェルール113、114がスリーブ管180に固定されている。この固定は、例えば図中にａなる黒丸で示す箇所において全周に亘って例えば半田封止することによりなされる。
なお本例でも、光ファイバ20の終端処理は、フェルール113を装着しておくことである。
上記スリーブ管180の中央付近の一部には、切欠き180ａが形成されている。そして、上述のようにして該スリーブ管180にフェルール113、114が固定された後、この切欠き180ａに溶融状態の低融点ガラス181が流し込まれる。流動するこの溶融状態の低融点ガラスは、光ファイバ20、112の接続部の空気を押し出しながらこの部分に行き渡り、徐々に冷えて固化する。
なお本例の場合も、波長が３５０〜５００ｎｍの範囲にあるレーザ光を光ファイバ20、112において伝搬させるようにしているが、低融点ガラス181はこの波長範囲のレーザ光に対して透明であり、またこの光によって分解されることはないものである。
以上の通り本例においては、コアの先端を含む光ファイバ20、112の先端部が、溶融状態で該先端部に供給された後に固化した低融点ガラス181によって外部と隔絶された状態になっている。そこで、もし光ファイバ20、112のコアの先端が全面に亘って接触していない場合は、その接触していない部分が低融点ガラス181と接するようになる。したがってこの構造においても、前述の集塵効果を引き起こす有機物等と、光ファイバ20、112を伝搬するレーザ光とが光化学反応を起こすことがなくなり、光ファイバ20、112の先端で集塵効果が起きることを確実に抑制できる。
なお、本発明のレーザモジュールに使用される半導体レーザ素子としては、上記実施形態に示したディスクリートなシングルキャビティチップをアレイ状に配置したものの他、１つのマルチキャビティ半導体レーザ素子（ＬＤバー）、複数のマルチキャビティ半導体レーザ素子をアレイ状に配置したもの、あるいはシングルキャビティ半導体レーザ素子とマルチキャビティ半導体レーザ素子の組み合わせ等であってもよい。
また、合波するレーザビームの本数も先に説明した各実施形態における８本に限られるものではなく、それ以外の本数のレーザビームを光ファイバによって合波するようにしてもよい。また本発明は、このような合波は行なわず、半導体レーザ素子から射出された１本のレーザビームを光ファイバに結合するようにしたレーザモジュールに対しても同様に適用可能であり、その場合にも、先に述べたのと同じ汚染防止効果を得ることができる。
本発明の第１の実施形態によるレーザモジュールの一部破断平面図 上記レーザモジュールの一部破断側面図 本発明の第２の実施形態によるレーザモジュールの一部破断平面図 光ファイバ同士の接続構造の例を示す側断面図 光ファイバ同士の接続構造の別の例を示す側断面図 光ファイバ同士の接続構造のさらに別の例を示す全体斜視図 図６に示した構造の側断面図 光ファイバ同士の接続構造のさらに別の例を示す側断面図
符号の説明
15，16 シリンドリカルレンズ（集光レンズ）
20 光ファイバ
20ａ 光ファイバの入射端面
40 第２のパッケージ
50 第１のパッケージ
52 第１のパッケージの側壁
53 第１のパッケージの蓋板
53ａ 蓋板の薄肉部
54 蓋板の透明板
Ｂ11〜14、Ｂ21〜24 レーザビーム
Ｃ11〜14、Ｃ21〜24 コリメーターレンズ
ＥＣ11〜14、ＥＣ21〜24 集光レンズ
ＬＤ11〜14、ＬＤ21〜24 半導体レーザ素子

Claims (11)

  1. １つもしくは複数の半導体レーザ素子と、
    該半導体レーザ素子から発散光状態で出射したレーザビームを平行光化するコリメーターレンズと、
    該コリメーターレンズを通過したレーザビームを集光して収束させる集光光学系と、
    この集光光学系による前記レーザビームの収束位置に入射端面が位置する状態に保持された光ファイバとからなるレーザモジュールにおいて、
    少なくとも前記半導体レーザ素子および前記コリメーターレンズが、前記レーザビームを通過させる窓部を有する、気密封止された第１のパッケージ内に収められるとともに、
    この第１のパッケージの前記窓部が形成されている面に、該面よりも断面積が小さくて気密封止された第２のパッケージが固定され、
    この第２のパッケージ内に、前記集光光学系を構成する少なくとも一部のレンズ、および前記光ファイバの入射端面を含む部分が収められていることを特徴とするレーザモジュール。
  2. １つもしくは複数の半導体レーザ素子と、
    該半導体レーザ素子から発散光状態で出射したレーザビームを集光して収束させる集光レンズと、
    該集光レンズによる前記レーザビームの収束位置に入射端面が位置する状態に保持された光ファイバとからなる合波レーザモジュールにおいて、
    少なくとも前記半導体レーザ素子および前記集光レンズが、前記レーザビームを通過させる窓部を有する、気密封止された第１のパッケージ内に収められるとともに、
    この第１のパッケージの前記窓部が形成されている面に、該面よりも断面積が小さくて気密封止された第２のパッケージが固定され、
    この第２のパッケージ内に、前記光ファイバの入射端面を含む部分が収められていることを特徴とするレーザモジュール。
  3. 前記第１のパッケージの前記窓部が形成されている面の周縁部が、前記第２のパッケージが固定される部分よりも薄肉に形成され、
    この面に突き当て配置される該第１のパッケージの側壁に対して、前記薄肉の部分が溶接によって固定されていることを特徴とする請求項１または２記載のレーザモジュール。
  4. 前記第１および／または第２のパッケージが、フラックスフリー半田もしくはＳｉ系有機物を含まない接着剤を使用して、あるいは融着もしくは溶接により気密封止されていることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載のレーザモジュール。
  5. 前記第１および／または第２のパッケージが、内部が不活性ガスで満たされているものであることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載のレーザモジュール。
  6. 前記不活性ガスに、１ｐｐｍ以上の濃度の酸素、ハロゲン族ガス、および／またはハロゲン化合物ガスが含まれていることを特徴とする請求項５記載のレーザモジュール。
  7. 前記半導体レーザ素子の発振波長が、３５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲にあることを特徴とする請求項１から６いずれか１項記載のレーザモジュール。
  8. 前記半導体レーザ素子が、アレイ状に並べられた複数のシングルキャビティ半導体レーザ素子、１つのマルチキャビティ半導体レーザ素子、アレイ状に並べられた複数のマルチキャビティ半導体レーザ素子、およびシングルキャビティ半導体レーザ素子とマルチキャビティ半導体レーザ素子との組み合わせのうちのいずれかであることを特徴とする請求項１から７いずれか１項記載のレーザモジュール。
  9. 前記半導体レーザ素子として複数のレーザビームを発するものが用いられ、それらのレーザビームが前記光ファイバにおいて１本に合波されることを特徴とする請求項１から８いずれか１項記載のレーザモジュール。
  10. 前記半導体レーザ素子が、そこから発せられた複数のレーザビームが、発光軸に垂直な面内に２次元状に並んだ状態で入射するように配置されていることを特徴とする請求項９記載のレーザモジュール。
  11. 前記光ファイバの前記光出射端面が、コネクタを用いて終端処理されていることを特徴とする請求項１から１０いずれか１項記載のレーザモジュール。
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