JP2008077003A - Optical module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、信号光と可視光によるガイド光を光ファイバに結合させる光モジュールに関する。詳しくは、信号光とガイド光を別光路で導光して光ファイバに結合させることで、信号光の損失を防ぐものである。 The present invention relates to an optical module that couples signal light and guide light by visible light to an optical fiber. Specifically, the loss of the signal light is prevented by guiding the signal light and the guide light through separate optical paths and coupling them to the optical fiber.
半導体レーザから出射されたレーザ光を光ファイバに結合させる光モジュールとして、近年、数十ワット(W)以上の高出力を持つ高出力の半導体レーザを搭載したファイバカップルモジュールが、固体レーザ励起、プラスチック溶接、半田付け等の光源として活用されている。 As an optical module that couples laser light emitted from a semiconductor laser to an optical fiber, a fiber-coupled module equipped with a high-power semiconductor laser having a high output of several tens of watts (W) or more has recently been solid-state pumped, plastic It is used as a light source for welding and soldering.
ファイバカップルモジュールは、半導体レーザ単体に比べて、光ファイバから出射されるレーザ光のビームプロファイルが等方的であること、光ファイバにより所望の場所へレーザ光を照射できる等の利点を持つ。これらの利点により、ファイバカップルモジュールは、半導体レーザ単体で適用しえなかったアプリケーションへの適用が可能となり、高出力半導体レーザの応用分野を拡げている。 The fiber couple module has advantages in that the beam profile of the laser beam emitted from the optical fiber is isotropic and that the laser beam can be irradiated to a desired location by the optical fiber, as compared with the semiconductor laser alone. Due to these advantages, the fiber couple module can be applied to applications that cannot be applied by a single semiconductor laser, thereby expanding the application field of high-power semiconductor lasers.
さて、このようなファイバカップルモジュールに搭載される高出力半導体レーザは、波長領域が近赤外領域であり人間の目では認識できない。そのため、レーザ光が照射されるスポット位置を人の目により確認することは不可能である。 Now, the high-power semiconductor laser mounted on such a fiber coupled module has a wavelength region in the near infrared region and cannot be recognized by human eyes. Therefore, it is impossible to confirm the spot position where the laser beam is irradiated by human eyes.
これに対して、ファイバカップルモジュールが適用されるアプリケーションの中には、レーザ光が対象物に照射されていることを視認したいという要望がある場合が多い。このような問題を解決するため、赤色等の可視のレーザ光を近赤外の信号光と同一の光ファイバへ結合させるモジュールが開発されている。 On the other hand, among applications to which the fiber couple module is applied, there is often a demand for visually recognizing that an object is irradiated with laser light. In order to solve such a problem, a module for coupling visible laser light such as red to the same optical fiber as the near-infrared signal light has been developed.
異なる波長の光を同一の光ファイバに結合させる方法としては、光路中に波長選択手段を備え、波長の異なる光を合波して光ファイバに結合する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 As a method for coupling light of different wavelengths to the same optical fiber, a technique has been proposed in which wavelength selection means is provided in the optical path, and light of different wavelengths is combined and coupled to the optical fiber (for example, Patent Documents). 1).
そして、信号光とガイド光とを同一の光ファイバへ結合させる方法としては、反射率に波長分散のあるダイクロイックミラーを用いて合波する技術が一般的である。 As a method of coupling the signal light and the guide light to the same optical fiber, a technique of combining them using a dichroic mirror having a wavelength dispersion in reflectance is common.
図8は、ダイクロイックミラーを用いた従来の光モジュールの一例を示す構成図である。従来の光モジュール100は、信号光Csの光路中にダイクロイックミラー101が配置され、近赤外の信号光Csと、可視光であるガイド光Cgは、互いの光に対して垂直にダイクロイックミラー101に入射する。この場合、ダイクロイックミラー101は、信号光Csに対しては透過率が高く、ほぼ全ての光がダイクロイックミラー101を透過し、ガイド光Cgに対しては反射率が高く、ほぼ全ての光がダイクロイックミラー101で反射される。 FIG. 8 is a block diagram showing an example of a conventional optical module using a dichroic mirror. In the conventional optical module 100, a dichroic mirror 101 is disposed in the optical path of the signal light Cs. The near-infrared signal light Cs and the guide light Cg that is visible light are perpendicular to each other's light. Is incident on. In this case, the dichroic mirror 101 has a high transmittance with respect to the signal light Cs, almost all light passes through the dichroic mirror 101, and has a high reflectance with respect to the guide light Cg, so that almost all light is dichroic. Reflected by the mirror 101.
ダイクロイックミラー101は、合波した光の光軸が一致するように配置され、ダイクロイックミラー101で合波されたガイド光Csと信号光Cgは、フォーカスレンズ102で集光されて光ファイバ103に結合する。 The dichroic mirror 101 is arranged so that the optical axes of the combined light coincide with each other, and the guide light Cs and the signal light Cg combined by the dichroic mirror 101 are collected by the focus lens 102 and coupled to the optical fiber 103. To do.
ダイクロイックミラー101の素子構造は、反射膜に誘電体多層膜が用いられる。誘電体多層膜の膜数を増やせば、所定の波長の光に対して透過率を1に近づけることが可能となる。仮に、信号光Csに対してダイクロイックミラー101の透過率が1であれば、信号光Csはダイクロイックミラー101による損失は発生しない。 In the element structure of the dichroic mirror 101, a dielectric multilayer film is used as a reflection film. If the number of dielectric multilayer films is increased, the transmittance can be made close to 1 for light of a predetermined wavelength. If the transmittance of the dichroic mirror 101 is 1 with respect to the signal light Cs, the signal light Cs is not lost by the dichroic mirror 101.
但し、ダイクロイックミラー101の透過率を完全に1にすることは不可能であり、数%の吸収や反射成分が生じる。従って、ダイクロイックミラーを用いた合波は、信号光Csに損失を生じさせる。信号光の損失量としては、半導体レーザが高出力となると、数百Wの信号光では数Wとなる。 However, it is impossible to make the transmittance of the dichroic mirror 101 completely 1, and absorption and reflection components of several percent occur. Therefore, the multiplexing using the dichroic mirror causes a loss in the signal light Cs. The amount of loss of signal light is several watts for signal light of several hundred watts when the semiconductor laser has a high output.
また、信号光Csの損失分は、ダイクロイックミラー101により吸収されるか、もしくは反射、散乱され、モジュール内に閉じ込められて、最終的に筐体や内部素子に吸収される。これにより、信号光の損失により発生したエネルギーが熱源となる。 Further, the loss of the signal light Cs is absorbed by the dichroic mirror 101, or reflected and scattered, confined in the module, and finally absorbed by the casing and internal elements. Thereby, the energy generated by the loss of signal light becomes a heat source.
信号光の光路中にダイクロイックミラー等の波長選択光学素子を配置して、信号光とガイド光を合波させる従来の光モジュールでは、信号光に損失が生じ、信号光の強度が減じられる。 In a conventional optical module in which a wavelength selection optical element such as a dichroic mirror is arranged in the optical path of the signal light to combine the signal light and the guide light, loss occurs in the signal light, and the intensity of the signal light is reduced.
また、信号光の損失分は、波長選択光学素子で吸収されるか、モジュール内で散乱を繰り返すこととなる。数百Wクラスの半導体レーザを用いた場合、数%の損失でも数Wのエネルギーとなり、損失分のエネルギーは波長選択光学素子やモジュール内部の発熱源となるため、モジュールの信頼性が低下する。 Further, the loss of the signal light is absorbed by the wavelength selection optical element or is repeatedly scattered in the module. When a semiconductor laser of several hundred W class is used, even if the loss is several percent, it becomes energy of several W, and the energy of the loss becomes a wavelength selection optical element or a heat generation source inside the module, so that the reliability of the module is lowered.
更に、波長の異なる光を合波するダイクロイックミラー等の波長選択光学素子は、誘電体多層膜により反射率(透過率)に波長分散を持たせた素子で、比較的高価な光学素子である。このため、製品コストが上昇する。 Furthermore, a wavelength selection optical element such as a dichroic mirror that multiplexes light having different wavelengths is an element that has wavelength dispersion in reflectance (transmittance) by a dielectric multilayer film, and is a relatively expensive optical element. For this reason, product cost rises.
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、信号光の損失を防いだ光モジュールを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide an optical module that prevents loss of signal light.
上述した課題を解決するため、本発明の光モジュールは、信号光を出射する第1の発光手段と、可視光のガイド光を出射する第2の発光手段と、第1の発光手段から出射された信号光を光ファイバに導光し、信号光を光ファイバに結合させる第1の導光手段と、第2の発光手段から出射されたガイド光を、信号光と別光路で光ファイバに導光し、ガイド光を光ファイバに結合させる第2の導光手段とを備えたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, an optical module of the present invention is emitted from a first light emitting unit that emits signal light, a second light emitting unit that emits visible light guide light, and a first light emitting unit. The guide light emitted from the first light guiding means for guiding the signal light to the optical fiber and coupling the signal light to the optical fiber and the second light emitting means are guided to the optical fiber by a separate optical path from the signal light. And second light guiding means for coupling the guide light to the optical fiber.
本発明の光モジュールでは、第1の発光手段から出射された信号光は、第1の導光手段で光ファイバに導光されて、光ファイバに結合する。第2の発光手段から出射されたガイド光は、第2の導光手段で信号光とは別光路で光ファイバに導光されて、信号光を結合させた同一の光ファイバに結合する。 In the optical module of the present invention, the signal light emitted from the first light emitting means is guided to the optical fiber by the first light guiding means and coupled to the optical fiber. The guide light emitted from the second light emitting means is guided to the optical fiber by an optical path different from the signal light by the second light guiding means, and is coupled to the same optical fiber to which the signal light is coupled.
光ファイバに結合された信号光とガイド光は、光ファイバを伝搬され、光ファイバから出射して、対象物を照射する。光ファイバから出射された信号光とガイド光は、同一の位置を照射する。 The signal light and the guide light coupled to the optical fiber are propagated through the optical fiber, emitted from the optical fiber, and irradiate the object. The signal light and the guide light emitted from the optical fiber irradiate the same position.
ガイド光は可視光であるので、信号光が不可視光であっても、信号光の照射位置をガイド光の照射位置で視認可能となる。 Since the guide light is visible light, the irradiation position of the signal light can be visually recognized at the irradiation position of the guide light even if the signal light is invisible light.
本発明の光モジュールによれば、ガイド光を信号光とは別光路で光ファイバに導光するので、信号光の光路中に、ガイド光を合波する光学素子が不要となり、信号光の損失を防ぐことができる。従って、ガイド光を導入したことにより、信号光の強度が減じられることが無い。 According to the optical module of the present invention, since the guide light is guided to the optical fiber by an optical path different from the signal light, an optical element for multiplexing the guide light is not necessary in the optical path of the signal light, and the signal light is lost. Can be prevented. Therefore, the intensity of the signal light is not reduced by introducing the guide light.
また、信号光の損失を防ぐことができるので、光の損失に伴うエネルギーがモジュール内部で発生せず、高信頼性を得ることができる。 In addition, since loss of signal light can be prevented, energy associated with the loss of light is not generated inside the module, and high reliability can be obtained.
更に、ガイド光の光路は、反射ミラーなどを用いて形成することができるので、コスト上昇を抑えることができる。 Furthermore, since the optical path of the guide light can be formed using a reflection mirror or the like, an increase in cost can be suppressed.
以下、図面を参照して本発明の光モジュールの実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the optical module of the present invention will be described with reference to the drawings.
<本実施の形態の光モジュールの構成例>
図1は、本実施の形態の光モジュールの一例を示す構成図で、図1(a)は、本実施の形態の光モジュール1Aの平面図、図1(b)は、光モジュール1Aの側面図である。
<Configuration example of optical module of this embodiment>
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an example of an optical module according to the present embodiment. FIG. 1A is a plan view of the optical module 1A according to the present embodiment, and FIG. 1B is a side view of the optical module 1A. FIG.
本実施の形態の光モジュール1Aは、信号光Csを放射するバーレーザ2と、ガイド光Cgを放射する可視レーザ3と、バーレーザ2から放射される信号光Csを光ファイバ4に結合させる第1の光学素子群5と、可視レーザ3から放射されるガイド光Cgを信号光Csとは別光路で光ファイバ4に結合させる第2の光学素子群6を備える。
The optical module 1A of the present embodiment includes a
信号光Csとガイド光Cgとを別光路で同一の光ファイバ4に結合させる別光路法と称す結合方法では、信号光Csを光ファイバ4に結合するために必要な第1の光学素子群5に対して、ダイクロイックミラー等の新たに機能を追加する光学素子を用いないので、ガイド光Cgを導入したことにより信号光Csに損失が生じることがない。従って、損失の発生による信頼性の低下も防止される。
In a coupling method referred to as a separate optical path method in which the signal light Cs and the guide light Cg are coupled to the same
別光路法としては、以下に示す2つの方法が考えられる。図2及び図3は、信号光とガイド光を別光路とした別光路法の概念を示す説明図である。図2に示す別光路法は、図2(a)に示すように、信号光Csとガイド光Cgの光路を平行にして空間的に分離する。そして、空間的に分離して別光路とした信号光Csとガイド光Cgをフォーカスレンズ50に入射させ、光ファイバ4へ結合させる方法である。
As another optical path method, the following two methods can be considered. 2 and 3 are explanatory diagrams showing the concept of another optical path method in which signal light and guide light are different optical paths. The separate optical path method shown in FIG. 2 spatially separates the optical paths of the signal light Cs and the guide light Cg in parallel as shown in FIG. Then, the signal light Cs and the guide light Cg, which are spatially separated and separated from each other, are incident on the
このように、信号光Csとガイド光Cgを空間的に分離して別光路とした別光路法を空間的な別光路法と称す。空間的な別光路法におけるファイバ入射端での2つの光のビームイメージを図2(b)に示す。光ファイバ4は、コア40と、コア40を覆うクラッド41と、クラッド41を覆う被覆材42とを備え、空間的な別光路法では、光ファイバ4の入射端43における信号光CsのビームスポットBsの結合中心位置と、ガイド光CgのビームスポットBgの結合中心位置は同一であり、角度多重と呼ばれる光多重方式となる。
As described above, another optical path method in which the signal light Cs and the guide light Cg are spatially separated to form separate optical paths is referred to as a spatial separate optical path method. FIG. 2B shows a beam image of two lights at the fiber entrance end in the spatial separate optical path method. The
図3に示す別光路法は、図3(a)に示すように、信号光Csとガイド光Cgの放射方向をわずかにずらし、角度的に別光路とする。そして、角度的に別光路とした信号光Csとガイド光Cgをフォーカスレンズ50に入射させ、光ファイバ4へ結合させる方法である。
In the separate optical path method shown in FIG. 3, as shown in FIG. 3A, the radiation directions of the signal light Cs and the guide light Cg are slightly shifted so as to be angularly separate optical paths. Then, the signal light Cs and the guide light Cg having different optical paths are incident on the
このように、信号光Csとガイド光Cgを角度的に分離して別光路とした別光路法を角度的な別光路法と称す。角度的な別光路法におけるファイバ入射端での2つの光のビームイメージを図3(b)に示す。角度的な別光路法では、光ファイバ4の入射端40における信号光CsのビームスポットBsの結合中心位置と、ガイド光CgのビームスポットBgの結合中心位置はずれ、位置多重と呼ばれる光多重方式となる。
As described above, the separate optical path method in which the signal light Cs and the guide light Cg are angularly separated to form separate optical paths is referred to as an angular separate optical path method. FIG. 3B shows a beam image of two lights at the fiber entrance end in the angularly different optical path method. In the angular separate optical path method, the coupling center position of the beam spot Bs of the signal light Cs at the
次に、図1を参照に空間的な別光路法を適用した光モジュールの詳細について説明する。バーレーザ2は第1の発光手段の一例で、レーザダイオード(LD)のslow(水平)方向に図示しないエミッタが例えば20個程度並んだ発光デバイスで、ヒートシンク等に実装されてバーLDパッケージを構成する。なお、エミッタが20個程度並んだ構成では、バーレーザ2の全幅は10mm程度である。
Next, the details of the optical module to which the spatial separate optical path method is applied will be described with reference to FIG. The
バーレーザ2から放射されるレーザ光は、波長が近赤外で800〜1000nm程度が一般的で、特に、900nm帯は、ほぼ完全に不可視である。このため、バーレーザ2から放射されるレーザ光を信号光として利用する場合、可視のガイド光の必要性が高い。
The laser light emitted from the
可視レーザ3は第2の発光手段の一例で、数十mWクラスの横シングルモードLDが有用で、波長は可視であれば構わない。
The
光ファイバ4は、コア40の屈折率がクラッド41の屈折率より若干大きくなるように構成されて、コア40に結合された光が、コア40に閉じ込められて伝搬される。また、クラッド41の屈折率が被覆材42の屈折率より若干大きくなるように構成されて、クラッド41に結合された光は、クラッド41に閉じ込められて伝搬される。光ファイバ4としては、通常、コア径が100〜600μm、NA(開口数)が0.2程度のものが用いられる。
The
第1の光学素子群5は第1の導光手段の一例で、フォーカスレンズ50と、FAC(fast axis collimating)レンズ51と、ビームシェイパ52Aと、コリメートレンズ53を備える。
The first
FACレンズ51は、バーレーザ2から放射された信号光Csのfast(垂直)方向の放射角を狭めてほぼ平行光化する素子である。FACレンズ51は、通常、焦点距離が1mm程度のロッドレンズで、バーレーザ2のバーLDパッケージに接着等で実装されている。
The
ビームシェイパ52Aは、光路変換装置等と称され、バーレーザ2から放射される信号光Csのfast方向とslow方向のビーム品質を等方化させる素子である。バーレーザ2からは、例えば、slow方向が100μm〜300μm、fast方向が1μm以下の極端に扁平した出射パターンで信号光が放射される。ビームシェイパ52Aは、このような扁平した信号光をslow方向で分割してfast方向に積み重ねることで、狭い領域へ集光する素子であり、例えば、光の反射を2回利用したものや、屈折によりfast方向とslow方向を入れ替えるもの等が市販されている。また、ビームシェイパ51の材質はガラスや金属等である。
The beam shaper 52A is called an optical path changing device or the like, and is an element that makes the beam quality of the signal light Cs emitted from the
コリメートレンズ53は、ビームシェイパ52Aで等方化された信号光Csのslow方向を平行光化する素子で、例えばシリンドリカルレンズが用いられる。
The collimating
フォーカスレンズ50は集光手段の一例で、コリメートレンズ53で平行光化された信号光Csを光ファイバ4へ集光させる素子で、焦点距離が数十mm程度のガラス材レンズが有用である。
The
第2の光学素子群6は第2の導光手段の一例で、コリメートレンズ60と、反射ミラー61Aを備える。コリメートレンズ60は、可視レーザ3から放射されたガイド光Cgのfast方向の放射角を狭めてほぼ平行光化する素子で、焦点距離が数mm程度のレンズが用いられる。
The second
反射ミラー61Aは反射手段の一例で、コリメートレンズ60で平行光化されたガイド光Cgの光路を、信号光Csの光路と平行にして、フォーカスレンズ53に入射させる素子であり、レーザのミラーとして一般的な例えばアルミニウム(Al)や金(Au)等の材料が用いられる。
The
反射ミラー61Aは、信号光Csの光路外に、信号光Csの光路に対して本例では45度で設置され、信号光Csに対して垂直方向に放射されるガイド光Cgを反射して光路を90度変換し、ガイド光Cgの光路を信号光Csの光路と平行にする。
The
信号光Csと光路が平行になったガイド光Cgは、フォーカスレンズ50に入射し、信号光Csとは別光路で光ファイバ4に集光される。なお、反射手段は、プリズム等の屈折素子でもよい。
The guide light Cg having the optical path parallel to the signal light Cs is incident on the
光モジュール1Aは、バーレーザ2、可視レーザ3、第1の光学素子群5及び第2の光学素子群6等が図示しないパッケージに実装され、光ファイバ4が接続されてモジュール化される。
In the optical module 1A, a
<本実施の形態の光モジュールの変形例>
図4は、本実施の形態の光モジュールの変形例を示す構成図で、図4(a)は、変形例の光モジュール1Bの平面図、図4(b)は、光モジュール1Bの側面図である。なお、図1に示す光モジュール1Aと同じ構成の部品については、同じ番号を付して説明する。
<Modification of Optical Module of this Embodiment>
4A and 4B are configuration diagrams showing a modification of the optical module of the present embodiment. FIG. 4A is a plan view of the optical module 1B of the modification, and FIG. 4B is a side view of the optical module 1B. It is. Note that parts having the same configuration as those of the optical module 1A shown in FIG.
変形例の光モジュール1Bは、反射を利用して光路を90度変換し、バーレーザ2から放射される信号光Csのfast方向とslow方向のビーム品質を等方化するビームシェイパ52Bを備える。また、可視レーザ3から放射されるガイド光Cgの反射角度を鋭角にして、信号光Csとガイド光Cgを平行とする反射ミラー61Bを備える。
The optical module 1B according to the modification includes a beam shaper 52B that converts the optical path by 90 degrees using reflection, and isotropically qualifies the beam quality of the signal light Cs emitted from the
このように、信号光Csとガイド光Cgの光路が反射後に平行となる配置であれば、反射ミラーは、いかなる位置や角度でも良い。また、角度的な別光路法の場合も、同等な光学素子配置で実現が可能である。 As described above, the reflection mirror may have any position and angle as long as the optical paths of the signal light Cs and the guide light Cg are parallel after reflection. In addition, the angular separate optical path method can also be realized with an equivalent optical element arrangement.
<本実施の形態の光モジュールの動作例>
次に、本実施の形態の光モジュールの動作例について説明する。バーレーザ2から放射された信号光Csは、FACレンズ51を通過すると、fast方向の放射角が狭められて平行光化される。
<Operation example of optical module of this embodiment>
Next, an operation example of the optical module according to the present embodiment will be described. When the signal light Cs emitted from the
FACレンズ51で平行光化された信号光Csは、ビームシェイパ52Aを通過すると、fast方向とslow方向のビーム品質が等方化される。ビームシェイパ52Aで等方化された信号光Csは、コリメートレンズ53を通過すると、slow方向の放射角が狭められて平行光化される。コリメートレンズ53で平行光化された信号光Csは、フォーカスレンズ50を通過すると、光ファイバ4の入射端へ集光される。
When the signal light Cs collimated by the
そして、光ファイバ4の入射端へ集光された信号光Csは、光ファイバ4のコア40に入射し、コア40を伝搬されて、光ファイバ4の図示しない出射端から出射し、対象物を照射する。
Then, the signal light Cs collected at the incident end of the
一方、可視レーザ3から放射されたガイド光Cgは、コリメートレンズ60を通過すると、fast方向とslow方向の放射角が狭められて平行光化される。
On the other hand, when the guide light Cg radiated from the
コリメートレンズ60で平行光化されたガイド光Cgは、反射ミラー61Aで反射することで、信号光Csとは別光路で、光路が信号光Csと平行にされる。反射ミラー61Aで信号光Csと光路が平行になったガイド光Cgは、フォーカスレンズ53に入射し、フォーカスレンズ53を通過すると、信号光Csとは別光路で光ファイバ4の入射端へ集光される。
The guide light Cg that has been collimated by the
そして、光ファイバ4の入射端へ集光されたガイド光Cgは、本例では光ファイバ4のクラッド41に入射するようにし、クラッド41を伝搬されて、光ファイバ4の図示しない出射端から出射し、対象物を照射する。
The guide light Cg collected at the incident end of the
光ファイバ4の図示しない出射端から出射された信号光Csは、波長が近赤外でほぼ不可視である。これに対して、光ファイバ4の図示しない出射端から出射されたガイド光Cgは、可視領域の波長であるので視認できる。よって、信号光Csの照射位置を視覚で確認できることになる。
The signal light Cs emitted from the emission end (not shown) of the
<クラッドモードでガイド光を伝搬する作用効果例>
本実施の形態の光モジュール1Aでは、信号光Csとガイド光Cgを別光路とした別光路法で光ファイバ4へ結合させる際に、ガイド光Cgはクラッドモードで伝搬させることが望ましい。次に、クラッドモードでガイド光Cgを伝搬させる理由について説明する。
<Examples of effects of propagating guide light in clad mode>
In the optical module 1A of the present embodiment, when the signal light Cs and the guide light Cg are coupled to the
図5は、光ファイバのコアへの光の結合原理を示す動作説明図である。通常、光ファイバ4への光の結合は、光をコア40に閉じ込めるために、光ファイバ4の入射端43でのビームCの大きさ(スポット径)を、図5(a)に示すように、コア40の直径よりも小さくし、光ファイバ4へのビームCの入射角度θが、図5(b)に示すように、光ファイバ4のNAに応じた入射許容角度θNA以内に収まる角度で結合させる。
FIG. 5 is an operation explanatory view showing the principle of coupling light to the core of the optical fiber. Normally, the coupling of light to the
信号光Csにおいては、出来る限り多くの光を光ファイバ4へ結合させるために、光ファイバ4の入射端43でのコア40の面積、及びNAのほぼ全域を利用し結合させ、高輝度化することが望ましい。
In the signal light Cs, in order to couple as much light as possible to the
従って、別光路法でガイド光Cgを光ファイバ4へ結合させる場合、コア40への空間及び角度は信号光Csのために空けておき、クラッドモードへ結合させることが望ましい。
Therefore, when the guide light Cg is coupled to the
図6は、フォーカスレンズの焦点距離とビーム位置と光ファイバへの入射角度の関係を示す説明図で、別光路法でガイド光Cgをクラッドモードへ結合させる具体的な方法を次に説明する。 FIG. 6 is an explanatory diagram showing the relationship between the focal length of the focus lens, the beam position, and the incident angle to the optical fiber. A specific method for coupling the guide light Cg to the cladding mode by another optical path method will be described next.
信号光Csの光路とガイド光Cgの光路を平行にしてフォーカスレンズ50に入射し、光ファイバ4に集光させる空間的な別光路法では、ガイド光CgをNA以上の入射角度で入射させ光ファイバ4へ結合させる。そのための数値計算を説明する。光ファイバ4への入射角度θは、フォーカスレンズ50へ入射する信号光Csの光ファイバ4の光軸中心からのビーム位置をYs、ガイド光Cgのビーム位置をYg、フォーカスレンズ50の焦点距離をfとすると、以下の(1)式のように表される。
In the spatial separate optical path method in which the optical path of the signal light Cs and the optical path of the guide light Cg are made parallel to enter the
tanθ=Y/f・・・(1) tan θ = Y / f (1)
光ファイバ4において、コアモードのNAは、コア40とクラッド41を構成する材料の屈折率差によって決まる。一般的に、コア40とクラッド41を構成する材料はガラスで屈折率は1.5〜1.6程度、屈折率差Δnは0.01程度で、NAは0.2である。NA(=sinθNA)が0.2の時、tanθNAは0.204であるので、信号光Csがコアモードで伝搬するには、信号光Csのビーム位置Ysを用いて、以下の(2)式を満たせばよい。
In the
0.204≧Ys/f・・・(2) 0.204 ≧ Ys / f (2)
一方、クラッドモードのNAは、クラッド41とその外側の被覆材42の材料の屈折率によって決まる。クラッド41を被覆する被覆材42の材料は、シリコン樹脂やポリアミド樹脂等が一般的で、その屈折率は1.4〜1.5程度であり、NAは0.3程度である。従って、ガイド光Cgをクラッドモードで伝搬させるには、ガイド光Cgのビーム位置Ygを用いて、以下の(3)式を満たせばよい。
On the other hand, the NA of the cladding mode is determined by the refractive index of the material of the cladding 41 and the covering
0.3≧Yg/f≧0.204・・・(3) 0.3 ≧ Yg / f ≧ 0.204 (3)
以上の算出方法に従って、フォーカスレンズ50の焦点距離fや、フォーカスレンズ50に入射するビーム位置Yを選択することにより、ガイド光Cgのクラッドモードへの結合が実現できる。
By selecting the focal length f of the
なお、角度的な別光路法においても、同様にフォーカスレンズの焦点距離とフォーカスレンズへの入射角度のずらし量を選択することで、ガイド光のクラッドモードへの結合が実現できる。 Also in the angular separate optical path method, the coupling of the guide light to the clad mode can be realized by selecting the focal length of the focus lens and the shift amount of the incident angle to the focus lens.
図7は、光ファイバの出射端でのビームプロファイルを示す説明図で、図7(a)は、光ファイバ4の出射端44におけるコアモードでの光強度を示し、図7(b)は、クラッドモードでの光強度を示す。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a beam profile at the exit end of the optical fiber, FIG. 7A shows the light intensity in the core mode at the exit end 44 of the
図7(a)に示すように、コアモードではコア40の径W1でビームが出射され、図7(b)に示すように、クラッドモードではクラッド41の径W2でビームが出射される。従って、コアモードとクラッドモードでは、ビーム径が異なる。これに対して、クラッドモードでのビーム中心位置Osとクラッドモードでのビーム中心位置Ogは、コア40とクラッド41の中心位置が同じであれば、同一である。
As shown in FIG. 7A, in the core mode, the beam is emitted with the diameter W1 of the core 40, and as shown in FIG. 7B, the beam is emitted with the diameter W2 of the clad 41. Therefore, the beam diameter is different between the core mode and the clad mode. On the other hand, the beam center position Os in the clad mode and the beam center position Og in the clad mode are the same if the center positions of the
ガイド光Cgは、光ファイバ4から出射される光を対象物に集光させた場合に、信号光Csと同一の中心位置を持てば視認の機能を果たす。これにより、ガイド光Cgがクラッドモードであっても、ガイド光Cgの中心位置は信号光Csの中心位置と同一であるので、ガイド光としての機能は十分に果たす。
When the light emitted from the
本発明は、結晶成長装置等の成膜装置の熱源等に使用可能である。また、医療用途にも適用可能である。医療用途の場合、信号光として可視光の赤色レーザが使用される場合がある。但し、対象物となる人体の組織が赤色系であると、信号光の視認が困難となる。このため、信号光が不可視の赤外光に限らず、可視光や紫外光であっても、対象物と色の異なる可視光をガイド光としても良い。例えば、医療用途では、ガイド光として緑色レーザを使用すると良い。 The present invention can be used as a heat source of a film forming apparatus such as a crystal growth apparatus. Moreover, it is applicable also to a medical use. In the case of medical use, a visible red laser may be used as signal light. However, when the tissue of the human body that is the target is red, it is difficult to visually recognize the signal light. For this reason, the signal light is not limited to invisible infrared light, and visible light having a color different from that of the object may be used as the guide light, even if it is visible light or ultraviolet light. For example, in medical applications, a green laser may be used as guide light.
1A,1B・・・光モジュール、2・・・バーレーザ、3・・・可視レーザ、4・・・光ファイバ、5・・・第1の光学素子群、6・・・第2の光学素子群、40・・・コア、41・・・クラッド、42・・・被覆材、50・・・フォーカスレンズ、61A,61B・・・反射ミラー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1A, 1B ... Optical module, 2 ... Bar laser, 3 ... Visible laser, 4 ... Optical fiber, 5 ... 1st optical element group, 6 ... 2nd
Claims (5)
可視光のガイド光を出射する第2の発光手段と、
前記第1の発光手段から出射された前記信号光を光ファイバに導光し、前記信号光を前記光ファイバに結合させる第1の導光手段と、
前記第2の発光手段から出射された前記ガイド光を、前記信号光と別光路で前記光ファイバに導光し、前記ガイド光を前記光ファイバに結合させる第2の導光手段と
を備えたことを特徴とする光モジュール。 First light emitting means for emitting signal light;
A second light emitting means for emitting visible light guide light;
First light guiding means for guiding the signal light emitted from the first light emitting means to an optical fiber, and coupling the signal light to the optical fiber;
A second light guiding unit configured to guide the guide light emitted from the second light emitting unit to the optical fiber through a separate optical path from the signal light, and to couple the guide light to the optical fiber. An optical module characterized by that.
ことを特徴とする請求項1記載の光モジュール。 The second light guide means emits the light path of the guide light emitted from the second light emitting means and is guided from the first light emitting means to the optical fiber by the first light guide means. In parallel with the optical path of the signal light, the guide light is guided to the optical fiber through a separate optical path from the signal light, and the guide light is incident on a condensing means for condensing the signal light on the optical fiber. The optical module according to claim 1, wherein the optical module collects light on the optical fiber.
ことを特徴とする請求項1記載の光モジュール。 The second light guide means emits the light path of the guide light emitted from the second light emitting means and is guided from the first light emitting means to the optical fiber by the first light guide means. A condensing unit that makes a predetermined angle with respect to the optical path of the signal light, guides the guide light to the optical fiber through an optical path different from the signal light, and condenses the signal light on the optical fiber. The optical module according to claim 1, wherein the guide light is incident and condensed on the optical fiber.
ことを特徴とする請求項1記載の光モジュール。 The first light guide unit couples the signal light to the optical fiber in a core mode, and the second light guide unit couples the guide light to the optical fiber in a clad mode. The optical module according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1記載の光モジュール。 The second light guide means reflects the guide light emitted from the second light emitting means outside the optical path of the signal light, and the optical path of the guide light is separated from the optical path of the signal light by the optical path. The optical module according to claim 1, further comprising reflecting means for guiding light to the optical fiber.
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