JP2007305902A - Laser module and its assembling device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はレーザモジュール、特に詳細には、半導体レーザ等のレーザから発せられたレーザビームを光ファイバに入射させて、その光ファイバからレーザビームを出射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。 The present invention relates to a laser module, and more particularly to a laser module in which a laser beam emitted from a laser such as a semiconductor laser is incident on an optical fiber and the laser beam is emitted from the optical fiber.
また本発明は、上述のようなレーザモジュールを組み立てるための装置に関するものである。 The present invention also relates to an apparatus for assembling the laser module as described above.
従来、例えば特許文献1に示されるように、複数の半導体レーザが発したレーザビームをそれぞれ集光光学系で集光して光ファイバに入射させ、その光ファイバから合波された1本のレーザビームを出射させるようにしたレーザモジュールが公知となっている。
Conventionally, as disclosed in, for example,
そのようなレーザモジュールが画像露光装置の露光光源やあるいは画像記録装置の記録光源等として用いられる場合、上記レーザとしては小型の半導体レーザが広く適用されているが、近時、半導体レーザの高出力化が進んでいることから、1個の半導体レーザが発したレーザビームを集光光学系で集光して光ファイバに入射させ、その光ファイバからレーザビームを出射させるようにしたレーザモジュールも提供されている。上記特許文献1には、そのように1個のレーザを用いるレーザモジュールも示されている。
When such a laser module is used as an exposure light source for an image exposure apparatus or a recording light source for an image recording apparatus, a small semiconductor laser has been widely used as the laser. As a result, the laser module that condenses the laser beam emitted from one semiconductor laser by the condensing optical system and enters the optical fiber and emits the laser beam from the optical fiber is also provided. Has been.
ところで、上記構成のレーザモジュールにおいて、発振波長が350〜500nm程度の短波長レーザが適用された場合は、高エネルギーの短波長レーザビームによる集塵効果のために、レーザモジュール内の光学部品の光通過端面に汚染物質が付着しやすいという問題(いわゆるレーザ汚染)が認められる。その事情は、当然、光ファイバの入射端面についても同様である。そこで前記特許文献1にも示されているように、光ファイバの入射端面を、レーザビームが通過して来るガラス等の透明部材に突き当て配置して、光ファイバの入射端面に汚染物質が付着することを防止することが提案されている。
By the way, in the laser module having the above configuration, when a short wavelength laser having an oscillation wavelength of about 350 to 500 nm is applied, the light of the optical components in the laser module is collected due to the dust collection effect by the high energy short wavelength laser beam. There is a problem (so-called laser contamination) that contaminants tend to adhere to the passage end face. Naturally, the same applies to the incident end face of the optical fiber. Therefore, as shown in
なおその場合は、光ファイバの入射端部の強度を確保するために、光ファイバの入射端面近傍部分はフェルール内に収容固定され、そのフェルールごと光ファイバの入射端面が透明部材に突き当て配置されるのが一般的となっている。また、そのようなフェルールは使用せずに、光ファイバの入射端面を透明部材と直接加熱接合することも行われている。
上述のように、光ファイバの入射端面をガラス等の透明部材に突き当て配置する構造は、光ファイバの入射端面に汚染物質が付着することを防止するという所期の目的を達成できるものであるが、その半面、別の問題を招くことがある。 As described above, the structure in which the incident end face of the optical fiber is disposed to abut against a transparent member such as glass can achieve the intended purpose of preventing contamination from adhering to the incident end face of the optical fiber. On the other hand, it can lead to other problems.
すなわち、フェルールごと光ファイバの入射端面を透明部材に突き当て配置する構造においては、特に光ファイバの入射端面と透明部材とは接合されないものであるが、レーザモジュールの使用を重ねるうちに、それら両者の接触面にレーザビームが照射されることから、それら両者の一部が弱く接合されることがある。そうなっていると、振動や温度変化に伴う熱応力に起因してそれら両者を引き離すような力が作用した際に、上記の弱く接合している部分が剥がれ、その剥がれた面が粗面となってレーザビームが透過し難くなるという問題が生じる。そのような事態は、レーザモジュールから出射するレーザビームの出力低下につながる。 That is, in the structure in which the incident end face of the optical fiber is abutted against the transparent member together with the ferrule, the incident end face of the optical fiber and the transparent member are not particularly joined. Since the laser beam is irradiated on the contact surface, a part of both may be weakly bonded. If so, when a force acting to separate them due to thermal stress due to vibration or temperature change is applied, the weakly joined part is peeled off, and the peeled surface is a rough surface. This causes a problem that the laser beam is difficult to transmit. Such a situation leads to a decrease in the output of the laser beam emitted from the laser module.
一方、フェルールは使用せずに、光ファイバの入射端面を透明部材と直接加熱接合する構造においては、光ファイバの強度が十分ではなく、レーザモジュールの取扱い中や輸送中の振動によって光ファイバが破壊しやすいという問題が認められる。 On the other hand, in the structure in which the incident end face of the optical fiber is directly heated and joined to the transparent member without using a ferrule, the strength of the optical fiber is not sufficient, and the optical fiber is broken due to vibration during handling of the laser module or transportation The problem of being easy to do is recognized.
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、光ファイバの入射端面あるいは透明部材のレーザビーム通過部分が粗面化することによるレーザビームの出力低下、および光ファイバの破壊を防止できるレーザモジュールを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and a laser capable of preventing a decrease in output of a laser beam due to roughening of an incident end face of an optical fiber or a laser beam passing portion of a transparent member, and destruction of the optical fiber. The purpose is to provide modules.
また本発明は、上述のようなレーザモジュールを能率良く最良の状態に組み立てることができる組立装置を提供することを目的とするものである。 It is another object of the present invention to provide an assembling apparatus capable of efficiently assembling the above laser module in the best state.
本発明によるレーザモジュールは、
レーザ光源と、
このレーザ光源から発せられたレーザビームを集光する集光光学系と、
一端面が入射端面とされ、前記集光光学系により集光された前記レーザビームを前記入射端面から受け入れる位置に配された光ファイバと、
この光ファイバの少なくとも入射端面近傍部分を収容固定したフェルールとを備えてなるレーザモジュールにおいて、
前記光ファイバの入射端面に整合するフェルールの端面に透明部材が接合されて、前記集光光学系によって集光された光ビームが該透明部材を介して前記光ファイバの入射端面に入射するように構成されたことを特徴とするものである。
The laser module according to the present invention comprises:
A laser light source;
A condensing optical system for condensing a laser beam emitted from the laser light source;
An optical fiber disposed at a position where one end surface is an incident end surface and receives the laser beam condensed by the condensing optical system from the incident end surface;
In a laser module comprising a ferrule that accommodates and fixes at least a portion near the incident end face of the optical fiber,
A transparent member is bonded to the end face of the ferrule that matches the incident end face of the optical fiber so that the light beam condensed by the condensing optical system enters the incident end face of the optical fiber via the transparent member. It is characterized by having been comprised.
なお、この本発明によるレーザモジュールにおいて、前記フェルールおよび透明部材は、互いの熱膨張係数の差が3×10-6〔1/K〕以下の材料から形成されていることが望ましい。そのようにする上では、フェルールおよび透明部材が、互いに同一の材料から形成されていることが最も好ましい。 In the laser module according to the present invention, it is desirable that the ferrule and the transparent member are made of a material having a difference in thermal expansion coefficient of 3 × 10 −6 [1 / K] or less. In doing so, it is most preferable that the ferrule and the transparent member are formed of the same material.
また、光ファイバの入射端面に整合するフェルールの端面と前記透明部材とは、いわゆる常温接合されていることが望ましい。この「常温接合」とは、平滑加工された2つの接合面をプラズマ洗浄および/または紫外線洗浄で高度に洗浄した後、圧力を加えることにより得られる接合状態のことである。この常温接合を適用する場合は、フェルールの端面に加えて、光ファイバの入射端面も同様に透明部材と常温接合させるのが望ましい。 Further, it is desirable that the end face of the ferrule aligned with the incident end face of the optical fiber and the transparent member are so-called room temperature bonded. The “room temperature bonding” is a bonding state obtained by applying pressure after two smooth bonded surfaces are highly cleaned by plasma cleaning and / or ultraviolet cleaning. When this room temperature bonding is applied, it is desirable that the incident end face of the optical fiber is similarly bonded to the transparent member at the room temperature in addition to the end face of the ferrule.
なお、上述の接合を行った後、2つの接合面に短波長の光を照射すると、その接合はさらに安定したものとなる。そのような光は、レーザモジュールを実使用に供する前に照射してもよいし、あるいは、レーザモジュールの実使用に伴って光ファイバの入射端面と透明部材との接合面にレーザビームが照射されるから、そのレーザビームが短波長のものである場合には、それを利用して常温接合を安定化させることも可能である。 In addition, after performing the above-mentioned joining, if the light of a short wavelength is irradiated to two joining surfaces, the joining will become more stable. Such light may be irradiated before the laser module is put into actual use, or a laser beam is irradiated onto the joint surface between the incident end face of the optical fiber and the transparent member in accordance with the actual use of the laser module. Therefore, when the laser beam has a short wavelength, it is possible to stabilize the room temperature bonding by using the laser beam.
ただし、本発明のレーザモジュールにおいて、フェルールの端面と透明部材、あるいはフェルールの端面並びに光ファイバの入射端面と透明部材とは、常温接合に限ることなく、その他の形態で接合されても構わない。そのような接合の形態としては、例えばポッティング(注型封止)、加熱接合、陽極接合、接着等が挙げられる。 However, in the laser module of the present invention, the end face of the ferrule and the transparent member, or the end face of the ferrule and the incident end face of the optical fiber and the transparent member may be joined in other forms without being limited to room temperature joining. Examples of such bonding forms include potting (casting sealing), heat bonding, anodic bonding, and adhesion.
また本発明は、レーザ光源として、波長が350〜500nmの範囲にあるレーザビームを発する半導体レーザを有するレーザモジュールに対して適用されることが特に望ましい。 Further, the present invention is particularly preferably applied to a laser module having a semiconductor laser that emits a laser beam having a wavelength in the range of 350 to 500 nm as a laser light source.
また本発明によるレーザモジュールは、前記レーザ光源を保持するレーザ保持部および、該レーザ光源の光軸方向に延びる摺動面が形成された光学系ホルダ収容部を有するレーザホルダと、
前記集光光学系を保持して、前記光学系ホルダ収容部の前記摺動面が形成された部分に収容された光学系ホルダとをさらに備えていることが望ましい。
Further, a laser module according to the present invention includes a laser holder having a laser holding portion for holding the laser light source, and an optical system holder accommodating portion in which a sliding surface extending in the optical axis direction of the laser light source is formed,
It is desirable that the optical system holder further includes an optical system holder that holds the condensing optical system and is accommodated in a portion where the sliding surface of the optical system holder accommodating portion is formed.
一方、本発明によるレーザモジュール組立装置は、特に上述のレーザホルダおよび光学系ホルダをさらに備えているレーザモジュールを組み立てるためのものであって、
前記レーザホルダを保持するレーザホルダ保持手段と、
前記レーザホルダの光学系ホルダ収容部に収容された状態の前記光学系ホルダを保持する光学系ホルダ保持手段と、
前記光ファイバを収容固定したフェルールおよび/またはそれに接合された前記透明部材を保持して、光ファイバの軸方向に微小量ずつ移動可能とされたファイバ端部保持手段と、
前記レーザホルダ保持手段および前記光学系ホルダ保持手段を、前記集光光学系の光軸が前記光ファイバの軸方向と一致する向きに調整可能な調芯手段と、
前記光ファイバの他端面である出射端面から出射したレーザビームの光強度を検出する光検出器とを備えていることを特徴とするものである。
On the other hand, a laser module assembling apparatus according to the present invention is for assembling a laser module that further includes the above-mentioned laser holder and optical system holder,
Laser holder holding means for holding the laser holder;
An optical system holder holding means for holding the optical system holder in a state of being accommodated in an optical system holder housing portion of the laser holder;
A fiber end holding means that holds the ferrule accommodating and fixing the optical fiber and / or the transparent member bonded to the ferrule, and is movable by a minute amount in the axial direction of the optical fiber;
An alignment means capable of adjusting the laser holder holding means and the optical system holder holding means in a direction in which the optical axis of the condensing optical system coincides with the axial direction of the optical fiber;
And a photodetector for detecting the light intensity of the laser beam emitted from the emission end face which is the other end face of the optical fiber.
なお、上述の調芯手段は、
球面の一部と、この球面の一部と摺動自在にして緊密に組み合わされた凹面部分とを有するものであって、
前記球面の一部と前記凹面部分の一方が、他方を間に置いて、前記ファイバ端部保持手段に保持された光ファイバの軸方向に1本の法線が整合する状態にして該光ファイバと向き合う状態に配置され、
前記球面の一部と前記凹面部分の他方が、前記レーザホルダ保持手段と連結されている構成のものであることが望ましい。
The alignment means described above is
It has a part of a spherical surface and a concave part that is slidably and closely combined with a part of the spherical surface,
One of the spherical surface and one of the concave surface portions is placed between the other and the normal fiber is aligned in the axial direction of the optical fiber held by the fiber end holding means. Placed in a state facing each other,
It is desirable that a part of the spherical surface and the other of the concave surface portion are connected to the laser holder holding means.
本発明のレーザモジュールにおいては、フェルールの端面に接合された透明部材が光ファイバの入射端面も覆う状態となるので、光ファイバの入射端面に外部から汚染物質が付着することが防止される。 In the laser module of the present invention, since the transparent member joined to the end face of the ferrule also covers the incident end face of the optical fiber, it is possible to prevent contaminants from adhering to the incident end face of the optical fiber from the outside.
そしてこのレーザモジュールにおいては、光ファイバを固定した、それよりも太いフェルールの端面に透明部材が接合されているので、振動や温度変化に伴う熱応力が作用しても、透明部材がフェルールから簡単に剥がれることはなくなる。したがって、光ファイバの入射端面と透明部材とが前述のような理由で自然に弱く接合していたとしても、それらが剥がれることが防止される。そこで、光ファイバの入射端面あるいは透明部材の剥がれた面が粗面となってレーザビームが透過し難くなり、そのためにレーザビームの出力が低下することを確実に防止可能となる。 In this laser module, since the transparent member is bonded to the end face of the ferrule having a thicker optical fiber fixed thereto, the transparent member can be easily removed from the ferrule even when thermal stress due to vibration or temperature change acts. It will not peel off. Therefore, even if the incident end face of the optical fiber and the transparent member are naturally weakly bonded for the reasons described above, they are prevented from peeling off. Therefore, the incident end face of the optical fiber or the peeled surface of the transparent member becomes rough and it is difficult for the laser beam to pass therethrough, so that it is possible to reliably prevent the output of the laser beam from decreasing.
また、光ファイバの少なくとも入射端面近傍部分はフェルールに収容固定されているので、光ファイバはフェルールによって補強され、よって、レーザモジュールの取扱い中や輸送中の振動によって光ファイバが簡単に破壊されることがなくなる。 Further, since at least the vicinity of the incident end face of the optical fiber is accommodated and fixed by the ferrule, the optical fiber is reinforced by the ferrule, so that the optical fiber can be easily broken by vibration during handling or transportation of the laser module. Disappears.
そして、本発明によるレーザモジュールにおいて、特にフェルールおよび透明部材が互いに同一の材料から形成される等により、互いの熱膨張係数の差が3×10-6〔1/K〕以下となっている場合は、高温または低温の環境下での熱応力の発生を抑制できるので、レーザモジュールの温度変化に対する信頼性を高めることができる。 In the laser module according to the present invention, when the difference between the thermal expansion coefficients of each other is 3 × 10 −6 [1 / K] or less, particularly because the ferrule and the transparent member are made of the same material. Since it is possible to suppress the generation of thermal stress in a high or low temperature environment, the reliability of the laser module with respect to temperature changes can be improved.
なお、レーザ光源として、波長が350〜500nmの範囲にある短波長レーザビームを発する半導体レーザを備えたレーザモジュールにおいては、高エネルギーの短波長レーザビームによる集塵効果のために、光ファイバの入射端面や透明部材の光通過端面に汚染物質が付着し易くなっている。そこで、その種のレーザモジュールに本発明を適用した場合は、レーザ汚染によるレーザビームの出力低下を特に効果的に防止可能となる。 In addition, in a laser module equipped with a semiconductor laser that emits a short-wavelength laser beam having a wavelength in the range of 350 to 500 nm as a laser light source, an optical fiber is incident due to a dust collection effect by a high-energy short-wavelength laser beam. Contaminants easily adhere to the end face and the light passing end face of the transparent member. Therefore, when the present invention is applied to such a laser module, it is possible to effectively prevent a decrease in the output of the laser beam due to laser contamination.
また、本発明によるレーザモジュールが、特にレーザ光源を保持するレーザ保持部および、該レーザ光源の光軸方向に延びる摺動面が形成された光学系ホルダ収容部を有するレーザホルダと、前記集光光学系を保持して、光学系ホルダ収容部の前記摺動面が形成された部分に収容された光学系ホルダとをさらに備えている場合は、後述する本発明のレーザモジュール組立装置によって、能率良く最良の状態に組立可能となる。 In addition, a laser module according to the present invention includes a laser holder having a laser holding portion for holding a laser light source, an optical system holder housing portion having a sliding surface extending in the optical axis direction of the laser light source, and the light condensing If the optical system holder is further provided with an optical system holder that is accommodated in the portion of the optical system holder accommodating portion where the sliding surface is formed, the laser module assembling apparatus of the present invention, which will be described later, can improve efficiency. It can be assembled in the best condition.
すなわち本発明によるレーザモジュール組立装置は、特に上述のレーザホルダおよび光学系ホルダをさらに備えているレーザモジュールを組み立てるためのものであって、
前記レーザホルダを保持するレーザホルダ保持手段と、
前記レーザホルダの光学系ホルダ収容部に収容された状態の前記光学系ホルダを保持する光学系ホルダ保持手段と、
前記光ファイバを収容固定したフェルールおよび/またはそれに接合された前記透明部材を保持して、光ファイバの軸方向に微小量ずつ移動可能とされたファイバ端部保持手段と、
前記レーザホルダ保持手段および前記光学系ホルダ保持手段を、前記集光光学系の光軸が前記光ファイバの軸方向と一致する向きに調整可能な調芯手段と、
前記光ファイバの他端面である出射端面から出射した光の強度を検出する光検出器とを備えているので、調芯手段によりレーザホルダ保持手段および光学系ホルダ保持手段を、集光光学系の光軸が光ファイバの軸方向と一致する向きに調整した状態で、ファイバ端部保持手段により、フェルールおよびそれに接合された透明部材を光ファイバの軸方向に微小量ずつ移動させることが可能となっている。そこで、そのようにフェルールおよびそれに接合された透明部材を移動させる毎に、光ファイバの出射端面から出射したレーザビームの光強度を上記光検出器により検出すれば、その光強度が最大となるフェルールおよび透明部材の移動位置を見つけることができる。そのようなフェルールおよび透明部材の移動位置は、フェルールに固定された光ファイバにレーザビームが最大効率で結合する位置であるので、その状態でフェルールおよび透明部材と、レーザホルダおよび光学系ホルダとの相対位置を固定すれば、レーザビームが光ファイバに最大効率で結合する最良の状態にレーザモジュールを組み立てることが可能となる。
That is, the laser module assembling apparatus according to the present invention is for assembling a laser module that further includes the above-mentioned laser holder and optical system holder,
Laser holder holding means for holding the laser holder;
An optical system holder holding means for holding the optical system holder in a state of being accommodated in an optical system holder housing portion of the laser holder;
A fiber end holding means that holds the ferrule accommodating and fixing the optical fiber and / or the transparent member bonded to the ferrule, and is movable by a minute amount in the axial direction of the optical fiber;
An alignment means capable of adjusting the laser holder holding means and the optical system holder holding means in a direction in which the optical axis of the condensing optical system coincides with the axial direction of the optical fiber;
And a photodetector for detecting the intensity of the light emitted from the exit end face which is the other end face of the optical fiber, so that the laser holder holding means and the optical system holder holding means are In a state where the optical axis is adjusted to coincide with the axial direction of the optical fiber, the fiber end holding means can move the ferrule and the transparent member bonded thereto in minute amounts in the axial direction of the optical fiber. ing. Therefore, every time the ferrule and the transparent member bonded to the ferrule are moved as described above, if the light intensity of the laser beam emitted from the emission end face of the optical fiber is detected by the photodetector, the ferrule having the maximum light intensity is obtained. And the moving position of the transparent member can be found. Since the moving position of the ferrule and the transparent member is a position where the laser beam is coupled to the optical fiber fixed to the ferrule with the maximum efficiency, the ferrule and the transparent member, the laser holder, and the optical system holder are in that state. If the relative position is fixed, it is possible to assemble the laser module in the best condition where the laser beam is coupled to the optical fiber with maximum efficiency.
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は、本発明の一実施形態によるレーザモジュールの一部破断側面形状を示すものである。図示の通りこのレーザモジュール10は、レーザ光源としてのチップ状態の半導体レーザ11と、この半導体レーザ11から発せられたレーザビームBを集光する集光レンズ12と、一端面が入射端面13a、他端面が出射端面13bとされ、集光レンズ12により集光されたレーザビームBを入射端面13aから受け入れる位置に配された光ファイバ13と、この光ファイバ13の少なくとも入射端面近傍部分を収容固定したガラス製のフェルール14と、光ファイバ13の入射端面13a並びにそれと整合するフェルール14の後端面14aに接合された透明部材15とを有している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a partially broken side view of a laser module according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, this
上記半導体レーザ11は、例えば発光幅が10μm、出力が500mWのマルチモードブロードエリアレーザである。この半導体レーザ11は、概略円板状のステム16、キャップ17および該キャップ17の光出射窓17aを閉じる窓ガラス18からなるいわゆるCANパッケージ20の中に配設されている。すなわち、ステム16には銅等からなる放熱性の良いヒートブロック19が固定され、このヒートブロック19に例えばAuSnロウ材を用いて半導体レーザ11が実装されている。このようにして半導体レーザ11が実装された後、ステム16に対して例えば低抵抗溶接によりキャップ17が接合され、CANパッケージ20の内部が封止される。なお、CANパッケージ20の内部には、不活性ガスを充填させておくことが望ましい。
The
半導体レーザ11は、ステム16を貫通するリード21を介して、パッケージ外の半導体レーザ駆動回路(図示せず)と接続される。そして上記CANパッケージ20は、円筒状部分30aおよびフランジ部30bを有するステンレス製のレーザホルダ30内に保持されている。つまり上記円筒状部分30aがレーザ保持部とされ、その内周面にCANパッケージ20のステム16が圧入固定されている。なお、このような圧入固定によらず、その他YAG溶接等の溶接、半田、あるいは接着剤等によって上記円筒状部分30aにステム16を固定することも可能である。
The
上記レーザホルダ30の円筒状部分30aの内周面は、上述のようにしてCANパッケージ20が(つまり半導体レーザ11が)そこに保持された状態では、半導体レーザ11の光軸方向に延びる状態となるが、この円筒状部分30aは光学系ホルダ収容部も構成している。すなわち、円筒状部分31aおよびフランジ部31bを有する光学系ホルダ31の円筒状部分31a内に集光レンズ12が接着固定され、この円筒状部分31aがレーザホルダ30の円筒状部分30a内に嵌合固定されている。ここで集光レンズ12は、円筒状部分31aに対して接着の他、圧入等によって固定されても構わない。なお本例の集光レンズ12としては、倍率4倍のレンズが用いられている。
The inner peripheral surface of the
光ファイバ13としては、NAが0.22で、コア径が50μmのマルチモードファイバが適用されている。一方、集光レンズ12によって集光されたレーザビームBの入射NAは0.2である。また透明部材15は一例として、屈折率1.5で厚さ(光の進行方向のサイズ)が約1.0mmのガラスから形成されている。この場合、該透明部材15の内部におけるレーザビームBのNAは0.127となる。
As the
光ファイバ13の入射端面13aに近い部分は、被覆が剥がされて素線状態とされ、その部分がフェルール14内に収容固定されている。そしてこのフェルール14の後端面14a並びに光ファイバ13の入射端面13aと、透明部材15の前端面15aとが、前述の常温接合により接合されている。すなわち、それらの後端面14a並びに入射端面13aと、透明部材15の前端面15aとは、平滑化加工された後に紫外線洗浄され、次いで適当な圧力で加圧しながら突き合わせることにより、強固に接合される。
The portion of the
本実施形態では、株式会社テクノビジョン製紫外線オゾン洗浄装置UV−312を用い、ピーク波長253.7nm/184.9nmで、パワー密度10mW/cm2の紫外線を1000秒間照射することによって上記の紫外線洗浄を行った。 In the present embodiment, the ultraviolet ray cleaning apparatus UV-312 manufactured by Technovision Co., Ltd. is used, and the above ultraviolet ray cleaning is performed by irradiating ultraviolet rays having a peak wavelength of 253.7 nm / 184.9 nm and a power density of 10 mW / cm 2 for 1000 seconds. Went.
なお、上記常温接合における加圧中に、接合面に短波長の光を照射すると、より安定な接合状態が得られる。本実施形態の場合、フェルール14は透明なガラスであるので、そこを透過させて斜方から接合面に短波長の光ビームを照射することができる。具体的に本例では、波長405nmでパワー密度1100W/mm2の紫外線を4時間照射した。あるいは、光ファイバ13の出力側から短波長の光ビームを照射してもよい。そうする場合は、ファイバコア部に輝度の高い光が照射されるので、非常に安定した接合が得られる。
It should be noted that a more stable bonding state can be obtained by irradiating the bonding surface with light having a short wavelength during pressurization in the room temperature bonding. In the case of this embodiment, since the
なお図4には、上記波長405nmの紫外線を照射するに当たって、安定した接合が得られる照射条件(紫外線の照射時間およびパワー密度)を示してある。図中の直線よりも右側にある条件下では安定した接合が得られる一方、該直線よりも左側にある条件下では安定した接合を得ることができない。 FIG. 4 shows the irradiation conditions (ultraviolet irradiation time and power density) at which stable bonding is obtained when irradiating the ultraviolet rays having the wavelength of 405 nm. While stable bonding can be obtained under conditions on the right side of the straight line in the figure, stable bonding cannot be obtained under conditions on the left side of the straight line.
透明部材15は概略円柱状に形成され、透明部材ホルダ32内に収容固定されている。そしてこの透明部材ホルダ32が、前記光学系ホルダ31に固定されている。これらのホルダ32および31も一例としてステンレス製とされ、それら両者はYAG溶接により固定されている。なおそれらの固定は、YAG溶接の他、接着剤や半田を用いて行ってもよい。
The
以上の構成を有する本実施形態のレーザモジュール10においては、半導体レーザ11から発せられたレーザビームBが集光レンズ12によって集光され、光ファイバ13の入射端面13a上で収束する。そこでレーザビームBがこの入射端面13aから光ファイバ13のコア(図示せず)内に入射し、そこを導波して、光ファイバ13の出射端面13bから出射する。
In the
なお、上記透明部材ホルダ32を光学系ホルダ31に固定する際には、該光学系ホルダ31の前端面31c上で透明部材ホルダ32を動かしながら、光ファイバ13の出射端面13bから出射するレーザビームBの光強度を検出し、該光強度が最大となる位置で透明部材ホルダ32が固定される。
When the
そして本実施形態のレーザモジュール10においては、光ファイバ13の入射端面13aおよびフェルールの後端面14aに透明部材15が接合されているので、この入射端面13aに外部から汚染物質が付着することが防止される。したがって、前述したようなレーザ汚染により、レーザモジュール10の出力が低下することを確実に防止できる。特に本実施形態では、光ファイバ13の入射端面13aに透明部材15を常温接合する際、それらの接合面に高輝度の短波長光が照射されるので、非常に安定した接合が得られている。それにより、光ファイバ13の入射端面13aと透明部材15との接合部がレーザモジュール10の実使用中にレーザ汚染する可能性が極めて低く抑えられ、高い信頼性が得られる。
In the
また、本例においてレーザビームBの波長は400nm前後であって、先に説明した通りレーザ汚染が発生しやすくなっているので、このレーザ汚染による出力低下を特に効果的に防止可能となる。 Further, in this example, the wavelength of the laser beam B is around 400 nm, and laser contamination is likely to occur as described above. Therefore, it is possible to particularly effectively prevent a decrease in output due to this laser contamination.
そしてこのレーザモジュール10においては、光ファイバ13の入射端面13aだけではなく、該入射端面13aおよびそれと整合するフェルール14の後端面14aに透明部材15が接合されているので、振動や温度変化に伴う熱応力が作用しても、透明部材15と光ファイバ13とが簡単に剥離することはなくなる。したがって、それら両者が剥がれ、その剥がれた面が粗面となってレーザビームBが透過し難くなり、そのためにレーザビームBの出力が低下することを防止可能となる。
In this
また、光ファイバ13の少なくとも入射端面近傍部分はフェルール14に収容固定されているので、光ファイバ13はフェルール14によって補強され、よって、レーザモジュール10の取扱い中や輸送中の振動によって光ファイバ13が簡単に破壊されるようなこともなくなる。
Further, since at least the vicinity of the incident end face of the
そして、本実施形態のレーザモジュール10においては、特にフェルール14および透明部材15が互いに同一のガラスから形成されているので、それら両者の熱膨張係数は略等しくなっている。そこで、高温または低温の環境下での熱応力の発生を抑制できるので、レーザモジュール10の温度変化に対する信頼性も高くなっている。
And in the
より具体的には、フェルール14および透明部材15が、互いの熱膨張係数の差が3×10-6〔1/K〕以下の材料から形成されていると、上記の効果が顕著に得られる。特に、本実施形態のように透明部材15と光ファイバ13の入射端面13aとが接合される場合は、フェルール14および透明部材15に加えて光ファイバ13も、互いの熱膨張係数の差が3×10-6〔1/K〕以下の材料から形成されることが望ましい。透明部材15および光ファイバ13が、互いの熱膨張係数の差が3×10-6〔1/K〕以下の材料から形成された場合、それらの接合部の形状が直径30μmの例において、50℃の温度変化が有ったときの熱膨張による横方向(光ファイバ13の軸に直交する方向)の変位は4.5×10-3μm以下となり、極めて安定した接合状態が得られることが確認された。なお、以上のことは、透明部材15と光ファイバ13とを常温接合する場合に限らず、その他の接着等によって接合する場合にも同様に言えることである。
More specifically, when the
なお本実施形態において、透明部材15の後端面(入射端面)は、集光レンズ12の光軸に対して所定角度傾いた傾斜面とされている。そうすることにより、該後端面で反射したレーザビームBが、この後端面に至るまでの光路を逆に辿って半導体レーザ11まで戻り、そこでいわゆる戻り光ノイズを発生させることを防止できる。
In the present embodiment, the rear end surface (incident end surface) of the
次に図2を参照して、本発明の別の実施形態によるレーザモジュール100について説明する。なおこの図2において、図1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無い限り省略する(以下、同様)。
Next, referring to FIG. 2, a
本実施形態のレーザモジュール100は図1のレーザモジュール10と比べると、フェルール14の後端面14aと透明部材15の前端面15aとが、ポッティングにより接合されている点が異なる。すなわち、フェルール14および透明部材15の外周面上において、前者の後端面14aと後者の前端面15aとの間にポッティング用樹脂35が滴下され、その樹脂が両端面14a、15a間に浸透することにより、それらの端面どうしが接合される。また、光ファイバ13と透明部材15の端面は接合されず接触した状態にある。
The
なおポッティング用の樹脂としては、ある程度高い粘性を有するものが選択使用され、それが光ファイバ13の入射端面13aまで浸入しないように考慮されている。また、フェルール14の後端面14aと透明部材15の前端面15aの縁部は、ポッティング用の樹脂が両者間に入りやすくなるように、適宜面取り加工を施しておくことが好ましい。また、このようなポッティングによる接合は、先に説明した常温接合と併せて実施し、それにより極めて強固な接合状態を得るようにしてもよい。
As the potting resin, a resin having a certain degree of high viscosity is selected and used so that it does not enter the
さらには、比較的粘性が低い接着剤をフェルール14の後端面14aと透明部材15の前端面15aとの間に浸入させて、それにより端面14aおよび15aを接着するようにしてもよい。その場合は、端面14aおよび15aの双方あるいは一方に、光ファイバ13の外側に位置する環状溝を形成し、そこに余剰の接着剤が捕捉されるようにして、粘性が低い接着剤が光ファイバ13の入射端面13aまで到達しないようにすることが望ましい。
Furthermore, an adhesive having a relatively low viscosity may be allowed to enter between the
なお、コア径が小さい光ファイバに高輝度の短波長領域のビームを集光させると、光ファイバ入射端面(より詳しくはコア端面)のパワー密度が高くなり、汚染しやすくなる。実験的、経験的に、このパワー密度が10W/mm2以下程度なら、汚染し難いことが解っている。図1および図2に示す構成においては、半導体レーザ11の出力が500mWで、透明部材15の屈折率が1.5、厚さが1.0mmのとき、光ファイバ入射端面のパワー密度が約10W/mm2となるので、透明部材15の厚さは1.0mm以上とするのが望ましい。
Note that when a high-luminance short-wavelength region beam is focused on an optical fiber having a small core diameter, the power density of the optical fiber incident end face (more specifically, the core end face) increases, and contamination tends to occur. Experimentally and empirically, it has been found that if this power density is about 10 W / mm 2 or less, contamination is difficult. In the configuration shown in FIGS. 1 and 2, when the output of the
他方、半導体レーザ11の出力が1Wの場合は、同様に透明部材15の屈折率が1.5、厚さが1.4mmのとき、光ファイバ入射端面のパワー密度が約10W/mm2となるので、その場合、透明部材15の厚さは1.4mm以上とするのが望ましい。
On the other hand, when the output of the
次に図3を参照して、既述のレーザモジュール10あるいは100を組み立てる装置の実施形態について説明する。なおここでは、レーザモジュール10を組み立てる場合を例に挙げて説明するが、レーザモジュール100を組み立てる場合も、工程は基本的に同じである。
Next, an embodiment of an apparatus for assembling the
図3に示すレーザモジュール組立装置300は、テーブル40と、下面Pが球面の一部をなす形状とされて上部にテーブル40を固定した揺動台50と、上記下面Pと摺動自在にして緊密に組み合わされた凹面形状の上面Qを有する球面受け51と、テーブル40と連結されて該テーブル40とともにレーザホルダ保持手段を構成するクランプ144と、光学系ホルダ31を保持する光学系ホルダ保持手段45と、透明部材ホルダ32を保持するファイバ端部保持手段46と、光ファイバ13から出射するレーザビームBの光強度を検出するレーザパワーメータ48とから構成されている。
The laser
球面受け51は、上記凹面の1本の法線がz方向を向き、そして間に揺動台50を置いて光ファイバ13と向き合う状態に配設されている。また本装置300において、レーザホルダ30を固定するクランプ144は、球面受け51側に連結されている。そしてこれらのクランプ144の下側を向いた先端面、つまりレーザホルダ30のフランジ部30を抑える部分は、z方向に対して正確に直角な向きとなるように形成されている。
The
ファイバ端部保持手段46は、透明部材ホルダ32を保持することによって間接的に光ファイバ13の端部を保持し、その保持している光ファイバ13の軸方向(矢印z方向)に微小量ずつ移動可能とされ、さらにこのz方向と直交する2方向すなわち矢印x、y方向にも移動可能に形成されている。なお上記z方向は、球面受け51の下面に対して直角な方向で、これが基準方向となる。
The fiber end holding means 46 holds the end of the
一方光学系ホルダ保持手段45は、光学系ホルダ31のフランジ部31bの近傍部分を把持することによって該光学系ホルダ31を保持し、上記z方向にファイバ端部保持手段46と同期して移動可能に形成されている。
On the other hand, the optical system holder holding means 45 holds the
次に、上記構成を有するレーザモジュール組立装置300の作用について説明する。まず本装置による組立ての前工程において、予めCANパッケージ20がレーザホルダ30内に固定され、集光レンズ12が光学系ホルダ31に固定され、透明部材15に透明部材ホルダ32が固定される。そしてレーザホルダ30の円筒状部分30a内に光学系ホルダ31が組み込まれ、その状態でレーザホルダ30がテーブル40の上にセットされる。
Next, the operation of the laser
次いでクランプ144が作動され、該クランプ144の先端面によってレーザホルダ30のフランジ部30が上方から抑え付けられる。このとき、テーブル40上のレーザホルダ30が、その筒軸方向がz方向と一致していない状態にあれば、フランジ部30が上述の通りのクランプ144によって抑え付けられることにより、揺動台50が球面受け51の上で滑動してx軸周りおよび/またはy軸周りに揺動し、レーザホルダ30はその筒軸方向がz方向と一致する状態に保持されるようになる。その後揺動台50は、この状態を維持するように図示外のロック機構によりロックされる。
Next, the
こうして、半導体レーザ11および集光レンズ12の光軸方向が光ファイバ13の軸方向と一致する状態にして、レーザホルダ30がテーブル40上に保持されることになる。
Thus, the
次に、以上の状態を保ったまま光学系ホルダ31が光学系ホルダ保持手段45に把持され、またファイバ端部保持手段46により透明部材ホルダ32が保持される。次いでファイバ端部保持手段46がz方向(下向き方向)に移動され、透明部材ホルダ32が、光学系ホルダ31の前端面31cに圧接される。なおこの際の圧接力を、例えば光学系ホルダ31やテーブル40に設置したロードセル等の荷重測定手段によって検出し、その圧接力が適正値に設定されるようにするのが望ましい。
Next, the
次に、上記圧接を保ったまま、光学系ホルダ保持手段45およびファイバ端部保持手段46が、図示外の駆動手段によってz方向に微小量ずつピッチ移動される。この移動は、例えば上向き方向とされ、そして移動ピッチは例えば5〜10μm程度とされる。この光学系ホルダ保持手段45およびファイバ端部保持手段46の移動に伴って、透明部材ホルダ32および光学系ホルダ31がピッチ移動するが、光学系ホルダ31はレーザホルダ30の円筒状部分30a内で摺動しつつ移動するので、半導体レーザ11と集光レンズ12との間の距離が変えられる。そしてこの光学系ホルダ31の移動方向は、該光学系ホルダ31の向きが前述の通りに設定されていることにより、ファイバ端部保持手段46に間接的に保持されている光ファイバ13の軸方向と一致する。
Next, with the pressure contact maintained, the optical system holder holding means 45 and the fiber end holding means 46 are pitch-shifted by a minute amount in the z direction by a driving means (not shown). This movement is, for example, an upward direction, and the movement pitch is, for example, about 5 to 10 μm. As the optical system holder holding means 45 and the fiber end holding means 46 move, the
以上のようにして透明部材ホルダ32および光学系ホルダ31がピッチ移動されるとき、半導体レーザ11は連続的に駆動され、またそれら両ホルダ32,31が停止する毎に、光ファイバ13から出射するレーザビームBの光強度がレーザパワーメータ48によって検出される。そしてこの光強度を検出しながら、ファイバ端部保持手段46が(つまり光ファイバ13が)x、y方向に所定範囲移動され、その移動範囲内で得られた最大光強度が、ピッチ移動の各停止位置毎に記録あるいは記憶される。
As described above, when the
上述した透明部材ホルダ32および光学系ホルダ31のピッチ移動、並びに各停止位置における最大光強度の検出は、z方向の所定範囲に亘って行われる。それが終了すると、検出された最大光強度の中で最大値が得られた停止位置が求められ、透明部材ホルダ32および光学系ホルダ31がその停止位置に設定される。この状態は、半導体レーザ11と集光レンズ12との間の距離が最適な状態、つまり、集光レンズ12で集光されたレーザビームBの収束位置が、正確に光ファイバ13の入射端面13a上に存在する状態である。そこでこの状態を保ったまま、光学系ホルダ31がレーザホルダ30に固定される。この固定は、例えばYAG溶接によって行われるが、その他に、接着剤等を利用して行っても構わない。
The pitch movement of the
次に、光学系ホルダ保持手段45に対してファイバ端部保持手段46をx、y方向に所定範囲移動させ、レーザパワーメータ48が検出するレーザビームBの光強度が最大となるファイバ端部保持手段46のx、y方向位置を求める。そしてファイバ端部保持手段46を(つまり光ファイバ13を)そのx、y方向位置に保った状態で、透明部材ホルダ32が光学系ホルダ31に固定される。この固定も、例えばYAG溶接によって行われるが、その他に、接着剤等を利用して行っても構わない。
Next, the fiber end holding means 46 is moved by a predetermined range in the x and y directions with respect to the optical system holder holding means 45, and the fiber end holding at which the light intensity of the laser beam B detected by the
なお、透明部材ホルダ32および光学系ホルダ31のピッチ移動、並びに各停止位置における最大光強度の検出を行うとき、最大光強度が得られたファイバ端部保持手段46のx、y方向位置を記録あるいは記憶しておき、透明部材ホルダ32を光学系ホルダ31に固定する際には、ファイバ端部保持手段46をその記録あるいは記憶されたx、y方向位置に設定するようにしてもよい。しかし、レーザホルダ30と光学系ホルダ31との固定にYAG溶接を適用したような場合は、光学系ホルダ31がx、y方向に微小量動くことも有り得るので、透明部材ホルダ32を光学系ホルダ31に固定するに当たっては、上述のようにして再度、レーザビームBの光強度が最大となるファイバ端部保持手段46のx、y方向位置を求めるようにするのが好ましい。
In addition, when the pitch movement of the
なお、以上説明したレーザモジュール組立装置300においては、光学系ホルダ31がz方向のみに移動する構成とされているが、調芯のためにこの光学系ホルダ31をx、y方向に移動させ得る機構を適用してもよい。
In the laser
また、以上説明したレーザモジュール組立装置300においては、光ファイバ13に対してレーザホルダ30および光学系ホルダ31を揺動させることにより、半導体レーザ11および集光レンズ12の光軸を光ファイバ13の軸と一致させる調芯を行っているが、それとは反対に、光ファイバ13を保持しているファイバ端部保持手段46の方を揺動させることによって調芯することも可能である。
In the laser
また本発明によるレーザモジュールは、図5に示す実施形態のレーザモジュール10′のように、フェルール14および透明部材15を筒状のスリーブ60内に収容して、さらに強度向上を計ってもよい。その場合は、例えばフェルール14の周面の一部を、接着剤61によってスリーブ60の端面に接着する等により、該フェルール14および透明部材15をスリーブ60に固定するのが望ましい。
Further, in the laser module according to the present invention, the
10、10′、100 レーザモジュール
11 半導体レーザ
12 集光レンズ
13 光ファイバ
14 フェルール
15 透明部材
30 レーザホルダ
31 光学系ホルダ
32 透明部材ホルダ
35 ポッティング用樹脂
40 テーブル
45 光学系ホルダ保持手段
46 ファイバ端部保持手段
48 レーザパワーメータ
144 クランプ
300 レーザモジュール組立装置
DESCRIPTION OF
Claims (9)
このレーザ光源から発せられたレーザビームを集光する集光光学系と、
一端面が入射端面とされ、前記集光光学系により集光された前記レーザビームを前記入射端面から受け入れる位置に配された光ファイバと、
この光ファイバの少なくとも入射端面近傍部分を収容固定したフェルールとを備えてなるレーザモジュールにおいて、
前記光ファイバの入射端面に整合するフェルールの端面に透明部材が接合されて、前記集光光学系によって集光された光ビームが該透明部材を介して前記光ファイバの入射端面に入射するように構成されたことを特徴とするレーザモジュール。 A laser light source;
A condensing optical system for condensing a laser beam emitted from the laser light source;
An optical fiber disposed at a position where one end surface is an incident end surface and receives the laser beam condensed by the condensing optical system from the incident end surface;
In a laser module comprising a ferrule that accommodates and fixes at least a portion near the incident end face of the optical fiber,
A transparent member is bonded to the end face of the ferrule that matches the incident end face of the optical fiber so that the light beam condensed by the condensing optical system enters the incident end face of the optical fiber via the transparent member. A laser module characterized by being configured.
前記集光光学系を保持して、前記光学系ホルダ収容部の前記摺動面が形成された部分に収容された光学系ホルダとをさらに備えてい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。 A laser holder having a laser holding portion for holding the laser light source, and an optical system holder accommodating portion in which a sliding surface extending in the optical axis direction of the laser light source is formed;
The optical system holder further comprising an optical system holder that holds the condensing optical system and is housed in a portion of the optical system holder housing portion where the sliding surface is formed. A laser module according to claim 1.
前記レーザホルダを保持するレーザホルダ保持手段と、
前記レーザホルダの光学系ホルダ収容部に収容された状態の前記光学系ホルダを保持する光学系ホルダ保持手段と、
前記光ファイバを収容固定したフェルールおよび/またはそれに接合された前記透明部材を保持して、光ファイバの軸方向に微小量ずつ移動可能とされたファイバ端部保持手段と、
前記レーザホルダ保持手段および前記光学系ホルダ保持手段を、前記集光光学系の光軸が前記光ファイバの軸方向と一致する向きに調整可能な調芯手段と、
前記光ファイバの他端面である出射端面から出射したレーザビームの光強度を検出する光検出器とを備えたことを特徴とするレーザモジュール組立装置。 An apparatus for assembling the laser module according to claim 7,
Laser holder holding means for holding the laser holder;
An optical system holder holding means for holding the optical system holder in a state of being accommodated in an optical system holder housing portion of the laser holder;
A fiber end holding means that holds the ferrule accommodating and fixing the optical fiber and / or the transparent member bonded to the ferrule, and is movable by a minute amount in the axial direction of the optical fiber;
An alignment means capable of adjusting the laser holder holding means and the optical system holder holding means in a direction in which the optical axis of the condensing optical system coincides with the axial direction of the optical fiber;
An apparatus for assembling a laser module, comprising: a photodetector for detecting a light intensity of a laser beam emitted from an emission end face which is the other end face of the optical fiber.
前記球面の一部と前記凹面部分の一方が、他方を間に置いて、前記ファイバ端部保持手段に保持された光ファイバの軸方向に1本の法線が整合する状態にして該光ファイバと向き合う状態に配置され、
前記球面の一部と前記凹面部分の他方が、前記レーザホルダ保持手段と連結されていることを特徴とする請求項8記載のレーザモジュール組立装置。
The aligning means has a part of a spherical surface and a concave part that is slidably and closely combined with a part of the spherical surface,
One of the spherical surface and one of the concave surface portions is placed between the other and the normal fiber is aligned in the axial direction of the optical fiber held by the fiber end holding means. Placed in a state facing each other,
9. The laser module assembling apparatus according to claim 8, wherein a part of the spherical surface and the other of the concave surface portion are connected to the laser holder holding means.
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