JP2008098316A - 半導体レーザモジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】光学系の調節の負担を従来よりも軽減することが可能な半導体レーザモジュールを提供する。
【解決手段】例えば、１．３μｍ帯等の所定の通信波長帯の光を送信光として出射する半導体レーザ１と、半導体レーザ１を冷却する冷却手段２ａ、２ｂと、パッケージを構成するステム３及びキャップ４と、半導体レーザ１から出射した送信光が入射する結合レンズ５と、端面に結合レンズ５が融着し結合レンズ５を介して送信光が光学的に結合して伝播していく光ファイバ８と、少なくとも結合レンズ５又は光ファイバ８の一部を固定して支持するレンズ台６と、光ファイバ８を保持する光ファイバホルダ７と、冷却手段２ａ、２ｂ及びレンズ台６が配置される台座基板９と、を備え、結合レンズ５が、半導体レーザ１の開口数ＮＡｌの１．４倍以上の開口数の第１のＧＲＩＮレンズ部５ａと、ＳＭＦ８と同程度の開口数の第２のＧＲＩＮレンズ部５ｂとからなる構成を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバと光学的に結合される半導体レーザモジュールに関し、特に支線系および加入者系等において光ファイバと光学的に結合される半導体レーザモジュールに関する。
近年、支線系及び加入者系等（以下、単に加入者系という。）においても、高速データ伝送の観点から単一モードの光ファイバ（以下、単にＳＭＦ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ）という。）が使用され、普及してきている。通常、家庭の通信装置からのアップロード等には、半導体レーザが光源として用いられ、光ファイバと効率良く結合するように配置される。
図７は、マイクロレンズを用いた従来の半導体レーザモジュールの構成の一例を示す断面図である（例えば、特許文献１参照。）。図７において、半導体レーザ７１は、ステム７３とキャップ７４からなるパッケージ内のヒートシンク７２に配置され、スリーブ７７内に保持されたマイクロレンズ７５及び球レンズ７６を介してフェルール７８内のＳＭＦと光学的に結合するようになっている。ここで、半導体レーザ７１からの出射光は、コリメータとして機能するマイクロレンズ７５によって平行ビームに変換され、集光レンズとして機能する球レンズ７６によって、ＳＭＦの断面のコアに集光されてＳＭＦと光学的に結合し、ＳＭＦ内を伝播していく。
この半導体レーザモジュールは、以下のようにして組み立てられる。まず、半導体レーザ７１とマイクロレンズ７５とを位置合わせし、次に、キャップ７４をステム７３に固着して半導体レーザ７１を封止する。次に、球レンズ７６が内部に配置されたスリーブ７７に光ファイバフェルール７８を挿入し、スリーブ７７をキャップ７４上に載せてスリーブ７７とキャップ７４との間でＸ軸及びＹ軸についての位置合わせのための調整を行う。最後に、球レンズ７６とフェルール７８との間でＺ軸についての位置合わせのための調整を行い、光学的な結合が最適となる位置でＹＡＧレーザを用いたスポット溶接により溶接箇所７９ａ、７９ｂを固定する。
図８は、従来のバタフライ型の半導体レーザモジュールの構成の一例を示す断面図である（例えば、特許文献２参照。）。図８において、半導体レーザ８１は、ステム８３とキャップ８４からなるパッケージ内のヒートシンク８２ａ上に配置され、レンズホルダ８６ａ及び支持棒８６ｂによりパッケージ内に保持された集光レンズ８５を介して、光ファイバホルダ８７によって保持されたＳＭＦ８８と光学的に結合するようになっている。ここで、ヒートシンク８２ａは、熱伝導性の良い基板８２ｂを介してペルチェ素子等の電子冷却素子８２ｃと低い熱抵抗で接触するように配置される。また、光学的な結合を確保するための調節は、半導体レーザ８１と集光レンズ８５との間、及び集光レンズ８５と光ファイバホルダ８７との間で、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向の３次元方向について行われる。
特開平０５−１２１８４１号公報 特開平０９−２５１１２０号公報
しかしながら、従来の半導体レーザモジュールでは、半導体レーザとＳＭＦとの間の光学的な結合を高く保持するためには、半導体レーザとＳＭＦと、これらの間に配置されるレンズ系との間で、調節の負担の大きな２次元又は３次元方向の位置合わせが必要であるという問題を有していた。位置合わせに要するこの調節の負担のため、量販市場に適す簡易な組み立て、低価格等を実現することが困難であった。
以上の現状に鑑み、本発明の目的は、光学系の位置合わせに要する調節の負担を従来よりも軽減することが可能な半導体レーザモジュールを提供する。
上記の課題を解決すべく、本発明は以下の構成を提供する。
請求項１に係る発明は、送信光を出射する半導体レーザと、前記半導体レーザから出射した前記送信光が光学的に結合して伝播する光ファイバと、前記光ファイバと前記半導体レーザとの間の光路上に配置され、前記光ファイバの端面に融着した円柱状レンズであって、前記半導体レーザ側に前記半導体レーザの開口数の１．４倍以上の開口数を有し、入射した前記送信光を平行光化する第１のＧＲＩＮレンズ部と、前記光ファイバ側に前記光ファイバと同一の開口数を有し、前記第１のＧＲＩＮレンズ部を透過した送信光を前記光ファイバに光学的に結合させる第２のＧＲＩＮレンズ部とを有する結合レンズと、前記半導体レーザから出射した前記送信光が前記結合レンズ経由で前記光ファイバに光学的に結合可能に、少なくとも前記結合レンズ又は前記光ファイバの一部を固定して支持するレンズ台と、を備えることを特徴とする。
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の半導体レーザモジュールにおいて、前記第２のＧＲＩＮレンズ部が、前記光路方向に内部を伝播する前記送信光の蛇行周期の１／４の長さを有することを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の半導体レーザモジュールにおいて、前記第２のＧＲＩＮレンズ部が、間に光アイソレータが配置可能となるように、前記第１のＧＲＩＮレンズ部に融着したコリメータレンズ部と前記光ファイバに融着した集光レンズ部とに分離されることを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の半導体レーザモジュールにおいて、前記レンズ台が、少なくとも前記結合レンズを内部に固定して支持する溝を有することを特徴とする。
請求項１に係る発明によれば、光ファイバの端面に融着した円柱状レンズであって、半導体レーザ側に半導体レーザの開口数の１．４倍以上の開口数を有し、入射した送信光を平行光化する第１のＧＲＩＮレンズ部と、光ファイバ側に光ファイバと同一の開口数を有し、第１のＧＲＩＮレンズ部を透過した送信光を光ファイバに光学的に結合させる第２のＧＲＩＮレンズ部とを有する結合レンズを用いて送信光をＳＭＦに光学的にため、あたかも１本のＳＭＦを半導体レーザに位置合わせするだけで調節が済み、光学系の位置合わせに要する調節の負担を従来よりも軽減することが可能な半導体レーザモジュールを実現することができる。
請求項２に係る発明によれば、上記請求項１の効果に加えて、前記第２のＧＲＩＮレンズ部が、前記光路方向に内部を伝播する前記送信光の蛇行周期の１／４の長さを有するため、コンパクトでロスを少ない装置を実現することができる。
請求項３に係る発明によれば、上記請求項１又は請求項２の効果に加えて、第２のＧＲＩＮレンズ部が、間に光アイソレータが配置可能となるように、第１のＧＲＩＮレンズ部に融着したコリメータレンズ部と光ファイバに融着した集光レンズ部とに分離されるため、半導体レーザへの戻り光を減少させる光アイソレータが配置可能になり、信頼性を向上させることができる。
請求項４に係る発明によれば、上記請求項１乃至請求項３のいずれか１項の効果に加えて、レンズ台が、少なくとも結合レンズを内部に固定して支持する溝を有するため、さらに光学系の位置合わせに要する調節の負担を従来よりも軽減することができる。
以下、実施例を示した図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明による半導体レーザモジュールの一実施例を模式的に示す断面図である。半導体レーザモジュール１０は、図１（ａ）に示すように、例えば、１．３μｍ帯等の所定の通信波長帯の光を送信光として出射する半導体レーザ１と、半導体レーザ１を冷却する冷却手段２ａ、２ｂと、パッケージを構成するステム３及びキャップ４と、半導体レーザ１から出射した送信光が入射する結合レンズ５と、端面に結合レンズ５が融着し結合レンズ５を介して送信光が光学的に結合して伝播していく光ファイバ８と、少なくとも結合レンズ５又は光ファイバ８の一部を固定して支持するレンズ台６と、光ファイバ８を保持する光ファイバホルダ７と、冷却手段２ａ、２ｂ及びレンズ台６が配置される台座基板９と、を備えるように構成される。
半導体レーザ１は、０．２８〜０．３４等の所定の開口数を有し、出射した送信光が結合レンズ５に入射するように冷却手段２ａ、２ｂを介して台座基板９上に配置される。半導体レーザ１は、熱伝導率の高い冷却部材２ａに搭載され、冷却部材２ａを介してペルチェ素子等からなる電子冷却素子２ｂと熱的に接触し、冷却されるようになっている。ただし、電子冷却素子２ｂは、必ずしも必要ではなく、半導体レーザ１が直接、冷却部材２ａ及び台座基板９を介して外部のヒートシンク等に熱的に接続されるのでもよい。
光ファイバ８は、通常、中心部の相対的に屈折率が高いコアと、その周囲の相対的に屈折率が低いクラッドとからなり、コアの直径は１０μｍ程度、クラッドの直径（ファイバの径）は１２５μｍ程度である。以下、光ファイバとしてＳＭＦを用いるものとして説明する。
結合レンズ５は、ＳＭＦ８と半導体レーザ１との間の光路上に配置され、ＳＭＦ８の端面に融着した円柱状レンズであって、半導体レーザ１から出射した送信光をＳＭＦ８に光学的に結合させるように構成される。図２は、本発明による結合レンズの屈折率分布を模式的に示す説明図である。結合レンズ５は、図２に示すように、光軸に対して軸対称の屈折率分布を有すると共に、円柱状の形状を有する。ここで、結合レンズ５の半径方向の屈折率分布ｎ（ｒ）は、例えば以下の式（１）で表される、光軸で最大値をとる略２次関数をなす。
ｎ（ｒ）＝ｎｏ｛１−（ｇｒ）２／２｝ （１）
ここで、ｎｏは屈折率分布の最大値、ｒは半径方向の距離、ｇはレンズの集光能力を表す定数である。
このような屈折率分布は、例えば、屈折率が徐々に変化する所謂ＧＲＩＮ（ＧＲａｄｅｄ ＩＮｄｅｘ)レンズ等の製造技術（例えば、特開２００５−１１５０９７号公報を参照。）を用いて実現される。具体的には、ゾルゲル法を用いて屈折率勾配を有するドライゲルを生成し、得られたドライゲルを焼成し紡糸することによって実現される。また、結合レンズ５は、ＳＭＦ８側から見て遠端側の部分（以下、第１のＧＲＩＮレンズ部という。）５ａと残りの部分（以下、第２のＧＲＩＮレンズ部という。）５ｂとの２つの円柱状の部分に分かれるのでもよい。以下、結合レンズ５は、ＳＭＦ８と略同じ直径を有し、第１のＧＲＩＮレンズ部５ａと、第１のＧＲＩＮレンズ部５ａよりも開口数の小さい第２のＧＲＩＮレンズ部５ｂとからなるものとして説明する。ここで、「略同じ直径」とは、ＳＭＦ８の直径に対して指定されている、国内外の規格に応じて決められる許容範囲内の直径をいう。具体的には、１２６μｍの最大内径を有するフェルールを使用する場合、５μｍ程度又は１.１％程度の許容範囲内の直径が該当する。
ここで、第１のＧＲＩＮレンズ部５ａは、半導体レーザ１から出射した送信光が結合するために、半導体レーザ１の開口数ＮＡｌよりも大きい開口数ＮＡ１を有する。また、第２のＧＲＩＮレンズ部５ｂは、第１のＧＲＩＮレンズ部５ａの開口数ＮＡ１より小さく、ＳＭＦ８の開口数と略同一の開口数ＡＮ２を有する。第１のＧＲＩＮレンズ部５ａの開口数ＮＡ１は、上記の定数を用いて以下の式（２）で表される。
ＮＡ１＝ｎｏ・ｇ・ｄ （２）
ここで、ｄは第１のＧＲＩＮレンズ部５ａの半径を表す。
図３は、半導体レーザと結合レンズとの位置関係について説明するための概念図である。半導体レーザ１は、図３に示すように、出射側の端面と、対向する第１のＧＲＩＮレンズ部５ａの端面とが所定の距離（以下、レーザレンズ間距離という。）Ｌ離れるように配置される。これは、半導体レーザ１と結合レンズ５が接触することによる破損等を防止するためである。ここで、第１のＧＲＩＮレンズ部５ａは光軸方向の長さがｚ１であり、第２のＧＲＩＮレンズ部５ｂは光軸方向の長さがｚ２であり、第２のＧＲＩＮレンズ部５ｂとＳＭＦ８とは対向する各端面が融着によって光軸を揃えて面接触している。
ここで、第１のＧＲＩＮレンズ部５ａは、入射した送信光が第２のＧＲＩＮレンズ部５ｂとの界面で平行光化されているように、長さｚ１が設定されている。また、第２のＧＲＩＮレンズ部５ｂの長さｚ２は、内部を伝播する光の蛇行周期の１／４に設定されている。本発明による結合レンズ５は、第１のＧＲＩＮレンズ部５ａの開口数ＮＡ１が半導体レーザ１の開口数ＮＡｌの１．４倍以上となるように設定されている。
結合レンズ５は、上記のように半導体レーザ１から引き離して配置されるため、単に第１のＧＲＩＮレンズ部５ａの開口数を半導体レーザ１の開口数より大きくするだけでは、半導体レーザ１と効果的に光学的に結合できない場合があると共に、意図しない迷光を生じさせる原因ともなる。ここで、レーザレンズ間距離Ｌは、通常の半導体レーザモジュールの組み立てにおいて、５０〜１２０μｍに設定される。また、半導体レーザモジュールには、通常、開口数ＮＡｌが０．２８、０．３０、０．３４等の半導体レーザが採用される。
図４は、レーザレンズ間距離に対する第１のＧＲＩＮレンズ部に求められる開口数の関係を示す図である。ここで、図４に示すグラフの縦軸には、第１のＧＲＩＮレンズ部５ａの開口数ＮＡ１を半導体レーザ１の開口数ＮＡｌで割った値をとっている。ここで、図４に示す第１のＧＲＩＮレンズ部５ａに求められる開口数ＮＡ１は、レーザレンズ間距離Ｌを考慮して、以下の式（３）に基づいて決定される。
ＮＡ１≧｛（１／ＮＡｌ）２−（Ｌ／ｄ）２｝（−１／２） （３）
また、図４に示すグラフでは、０．２８、０．３０及び０．３４が半導体レーザ１の開口数ＮＡｌを表すパラメータの値として設定されている。
式（３）に基づいて、レーザレンズ間距離Ｌが０であれば、第１のＧＲＩＮレンズ部５ａの開口数ＮＡ１は、半導体レーザ１の開口数ＮＡｌより大きければよいということがわかる。しかしながら、レーザレンズ間距離Ｌが０でない場合には、この条件だけでは効果的に光学的な結合が得られない。第１のＧＲＩＮレンズ部５ａの開口数ＮＡ１が半導体レーザ１の開口数ＮＡｌの１．４倍以上であれば、図４から明らかなように、通常用いられる開口数の半導体レーザを使用し通常のレーザレンズ間距離で組み立てられることなる。そして、この倍率１．４は、余裕を設けて設定されているため、現実的な位置合わせ誤差等を考慮しても、適切に組み立てできる値になっている。
このように結合レンズ５を構成することによって、第１のＧＲＩＮレンズ部５ａに入射した送信光は、図３に示すように、まず、上記の開口数ＮＡ１を有し長さｚ１の第１のＧＲＩＮレンズ部５ａによって、第２のＧＲＩＮレンズ部５ｂとの界面に向けて平行光に近づくように変換される。次に、この界面に入射した送信光は、ＳＭＦ８の開口数と実質的に同一の開口数を有し伝播する光の蛇行周期の１／４の長さを有する第２のＧＲＩＮレンズ部５ｂによって、ＳＭＦ８に集光させられ、実質的に一定の開口数でＳＭＦ８に光学的に結合し伝播していく。
レンズ台６は、図１に示すように、結合レンズ５とＳＭＦ８の一部とを支持し、半導体レーザ１から出射した送信光が結合レンズ５経由でＳＭＦ８に光学的に結合できるように台座基板９上に配置される。このため、レンズ台６は、例えばＶ溝等の溝が設けられ、この溝に結合レンズ５及びＳＭＦ８が配置されると共にＹＡＧレーザ溶接によって固定されるのでもよい。ここで、冷却部材２ａ上に搭載された半導体レーザ１は電子冷却素子２ｂに半田固定され、電子冷却素子２ｂとレンズ台６とは、それぞれ台座基板９に半田固定されている。そして、台座基板９はパッケージを構成するステム３の底面上に半田固定されている。また、ＳＭＦ８は、光ファイバホルダ７にＹＡＧレーザ溶接によって固定され、さらに光ファイバホルダ７は、ステム３の側面にＹＡＧレーザ溶接によって固定されている。
以下、本発明による結合レンズ５の更なる具体的な形成例について説明する。
「形成例１」
まず、７５．５ｍｌのシリコンテトラメトキシドと１８３．４ｍｌのイソプロパノールとの混合液に２規定、９．２ｍｌの塩酸を添加し、３０分間攪拌した後、９．８ｍｌのチタンテトラｎブトキシドを加える。次に、得られた混合液に０．０１規定のアンモニア水を添加して攪拌し、５０℃で２日間熟成させてウェットゲルを得る。次に、このウェットゲルを６規定の塩酸中に２時間浸漬し、外周部のチタンを溶出させてゲル中にチタンの濃度分布を付与する。浸漬後、７０℃で乾燥させて直径約１０ｍｍのドライゲルを得る。得られたドライゲルを、室温から８００℃まで酸素雰囲気中で１５０℃／ｈｒで昇温し、その後１２５０℃までヘリウム雰囲気中で５０℃/ｈｒで昇温して２時間焼成する。焼成後、１５時間かけて冷却し、円柱状のガラス体にする。これにより、中心から周辺に向かってほぼ２乗カーブで減少するＮＡ２＝０．１１の第２のＧＲＩＮレンズ部の母体が得られる。
次に、７５．５ｍｌのシリコンテトラメトキシドと１８３．４ｍｌのイソプロパノールとの混合液に２規定、９．２ｍｌの塩酸を添加し、３０分間攪拌した後、３０．８ｍｌのチタンテトラｎブトキシドを加える。次に、得られた混合液に０．０１規定のアンモニア水を添加して攪拌し、５０℃で２日間熟成させてウェットゲルを得る。次に、チタン濃度分布を付与する１回目の処理として、このウェットゲルを６規定の塩酸中に２時間浸漬し、得られたウェットゲルをメタノール中に浸漬してゲル中の塩酸分を洗浄する。次に、チタン濃度分布を付与する２回目の処理として、このウェットゲルを６規定の塩酸中に２０分間浸漬すると共に、メタノール中に浸漬してゲル中の塩酸分を洗浄する。次に、チタン濃度分布を付与する３回目の処理として、このウェットゲルを６規定の塩酸中に８分間浸漬すると共に、メタノール中に浸漬してゲル中の塩酸分を洗浄する。次に、７０℃で乾燥させて直径約１０ｍｍのドライゲルを得る。得られたドライゲルを、室温から３５０℃までは１０℃／ｈｒで昇温し、その後１２００℃まで昇温して２時間焼成し、円柱状のガラス体にする。これにより、中心から周辺に向かってほぼ２乗カーブで減少するＮＡ１＝０．５の第１のＧＲＩＮレンズ部の母体が得られる。このように、ウェットゲルに対して複数回、チタン濃度分布の付与を行うことで、ＧＲＩＮレンズの開口数を大きくすることができる。
これらの各母材をカーボンヒータの電気炉に一端から０．０４ｍｍ／ｓの速度で挿入し、他端から紡糸して外径１２５μｍの第１のＧＲＩＮレンズ部及び第２のＧＲＩＮレンズ部の形成に用いるファイバを作製する。次に、ファイバカッタを用いて開口数０．５の第２のＧＲＩＮレンズ部形成用のファイバと開口数が０．１１のＳＭＦとを切断し、さらに放電融着接続器を用いて各切断面を融着させて接続する。次に、ファイバカッタを用いて、ＳＭＦ４に接続されたこのファイバを切断して、内部を伝播する光の蛇行周期の１／４の長さである１３３９μｍに長さを設定し、第２のＧＲＩＮレンズ部５ｂを形成する。同様に、ファイバカッタを用いて第１のＧＲＩＮレンズ部形成用のファイバを切断し、放電融着接続器を用いて、第１のＧＲＩＮレンズ部形成用のファイバを、第２のＧＲＩＮレンズ部５ｂの端面に融着させて接続する。次に、第２のＧＲＩＮレンズ部５ｂに接続されたこのファイバを切断研磨して長さが１６８μｍの第１のＧＲＩＮレンズ部５ａを形成し、ＳＭＦ４に融着した結合レンズ５を得る。
このようにして得られたＳＭＦ４と結合レンズ５とをガラス基板からなるレンズ台６の溝に配置し、さらに、ピーク発振波長が１３３０ｎｍ、水平方向放射半値角度が２０°、垂直方向放射半値角度が２５°のレーザ光を出射する半導体レーザ１を、レーザレンズ間距離Ｌ１として１００μｍ離して配置し、レーザ光を入射させて結合効率を評価したところ、ロスが０.７ｄＢ以下となり高い結合効率が得られた。ただし、この評価では結合レンズの端面に反射防止膜を設けなかったため、反射防止膜を設けた場合に換算して結合損失を算定した。この評価の半導体レーザの動作条件は、動作電流が１６ｍＡ、動作電圧が1.０Ｖである。
結合レンズを構成する各ＧＲＩＮレンズ部は、熱膨張係数が１５×１０−７Ｋ−１以下のＳｉ系ガラスで形成されているため、酸水素バーナ等を用いてＳＭＦと融着させて接続させることができる。その結果、ＳＭＦと結合レンズとの界面から反射されて半導体レーザに戻る光が軽減される。また、接着剤を用いた従来の接続では、強度の強い光が入射して接着剤に吸収され温度上昇を引き起こし、接着剤が変質して光学特性が劣化するという問題があったが、この問題も本発明により解消される。また、ほぼ同じ断面形状を有するＳＭＦとＧＲＩＮレンズとを酸水素バーナ等を用いて融着する場合、融着の際の融けた成分に生ずる表面張力がＳＭＦとＧＲＩＮレンズの双方の中心軸を一致させるように作用する（以下、自己配列効果という。）。この自己配列効果によって、従来、組み立て上の大きな負担となっていた精密な軸合わせを行うことなく、ＳＭＦと結合レンズの中心軸を簡易に一致させることができるため、光学的な結合に要する組立ての負担が大幅に軽減されるという大きな利点がある。
上記では、結合レンズが第１のＧＲＩＮレンズ部及び第２のＧＲＩＮレンズ部の２つのＧＲＩＮレンズ部からなる構成について説明したが、本発明は、第２のＧＲＩＮレンズ部が、間に光アイソレータが配置可能となるように、第１のＧＲＩＮレンズ部に融着したコリメータレンズ部と光ファイバに融着した集光レンズ部（以下、それぞれを間欠ＧＲＩＮレンズ部という。）に分離される場合にも同様に適用される。図５は、２つの間欠ＧＲＩＮレンズ部の間に光アイソレータが挿入される構成の一実施例を示す断面図である。
図５において、光アイソレータ１４は、第１のＧＲＩＮレンズ部５ａと間欠ＧＲＩＮレンズ部５ｃ、５ｄとからなる結合レンズ１５の、間欠ＧＲＩＮレンズ部５ｃと間欠ＧＲＩＮレンズ部５ｄとの間の、レンズ台１６上に配置される。ここで、間欠ＧＲＩＮレンズ部５ｃの長さｚ３は内部を伝播する光の蛇行周期の２／４よりも５％増等の若干長く、間欠ＧＲＩＮレンズ部５ｄは、長さｚ４がこの蛇行周期の１／４よりも５％増等の若干長くなるように構成されている。間欠ＧＲＩＮレンズ部５ｃの長さｚ３は、光が光アイソレータ１４を略平行光化して通過し、間欠ＧＲＩＮレンズ部５ｄの長さｚ４は、光アイソレータ１４を出射した光が間欠ＧＲＩＮレンズ部５ｄによってＳＭＦ８のコアに収束し、ＳＭＦ４と光学的に結合するように、光線方程式に基づいて最適に設定される。これによって、結合レンズ１５とＳＭＦ８との界面からの反射光を効率よく除去しつつ、高い結合効率を得ることができる。
以下、光アイソレータが配置される上記の結合レンズの形成例について、図６を参照して説明する。
「形成例２」
まず、ファイバカッタを用いて、形成例１で説明した第２のＧＲＩＮレンズ部形成用のファイバと開口数が０．１１のＳＭＦとを切断し、放電融着接続器を用いて、上記のようにＳＭＦに融着する。次に、ファイバカッタ等を用いて、第２のＧＲＩＮレンズ部形成用のファイバを、上記の長さである光アイソレータの配置に要する長さと光の蛇行周期の３／４に、研磨に要する長さを合わせた長さを若干超える長さである約７．５ｍｍに切断する。
次に、ファイバカッタを用いて、第１のＧＲＩＮレンズ部形成用のファイバを切断し、上記で形成された第２のＧＲＩＮレンズ部形成用のファイバの切断端面に、放電融着接続器を用いて同様に融着する。次に、第１のＧＲＩＮレンズ部形成用のファイバを切断して、上記の長さである光の蛇行周期の１／４を若干超える長さである１６８μｍに、研磨に要する長さを合わせた長さに切断する。次に、切断された第１のＧＲＩＮレンズ部形成用のファイバと第１のＧＲＩＮレンズ部形成用のファイバとが融着したＳＭＦ４を、予めＶ溝が設けられたガラス基板からなるレンズ台１６の溝に配置し、ＵＶ硬化性樹脂を用いて固定する。
次に、図６（ｂ）に示すように、回転するガラス砥石を用いて、レンズ台１６と共に第２のＧＲＩＮレンズ部形成用のファイバを切断研磨して、間隔３ｍｍ離して、長さ２８３７μｍの第１の間欠ＧＲＩＮレンズ部５ｃと、長さ１４９８μｍの第２の間欠ＧＲＩＮレンズ部５ｄを形成する。次に、回転するガラス砥石を用いて、第１のＧＲＩＮレンズ部形成用のファイバをレンズ台１６と共に端面研磨して、長さ１６８μｍの第１のＧＲＩＮレンズ部５ａを形成する。
このようにして得られた結合レンズ１５を、形成例１で説明した条件と同様の条件で結合効率を評価したところ、ロスが０.７ｄＢ以下となり高い結合効率が得られた。このように製造することによって、各ＧＲＩＮレンズ部５ａ、５ｃ、５ｄとＳＭＦ８との光軸合わせに要する負担を上記と同様に軽減できる。さらに、結合レンズ１５、ＳＭＦ８及びレンズ台１６からなる構成部は、図１に示す結合レンズ５、ＳＭＦ８及びレンズ台６からなる構成部と同様に扱うことが可能となる。
本発明による半導体レーザモジュールの一実施例を模式的に示す断面図である。 本発明による結合レンズの屈折率分布を模式的に示す説明図である。 半導体レーザと結合レンズとの位置関係について説明するための概念図である。 レーザレンズ間距離に対する第１のＧＲＩＮレンズ部に求められる開口数の関係を示す図である。 ２つの間欠ＧＲＩＮレンズ部の間に光アイソレータが挿入される構成の一実施例を示す断面図である。 光アイソレータが配置される結合レンズの形成例を示す説明図である。 マイクロレンズを用いた従来の半導体レーザモジュールの構成の一例を示す断面図である。 従来のバタフライ型の半導体レーザモジュールの構成の一例を示す断面図である。
符号の説明
１ 半導体レーザ
２ 冷却手段
２ａ 冷却部材
２ｂ 電子冷却素子
３ ステム
４ キャップ
５、１５ 結合レンズ
５ａ、５ｂ ＧＲＩＮレンズ部
５ｃ、５ｄ 間欠ＧＲＩＮレンズ部
６、１６ レンズ台
７ 光ファイバホルダ
８ ＳＭＦ
９ 台座基板
１０、２０ 半導体レーザモジュール
１４ 光アイソレータ
７１、８１ 半導体レーザ
７２ ヒートシンク
７３、８３ ステム
７４、８４ キャップ
７５ マイクロレンズ
７６ 球レンズ
７７、８７ スリーブ
７８、８８ フェルール
８２ａ ヒートシンク
８２ｂ 基板
８２ｃ 電子冷却素子
８５ 集光レンズ
８６ａ レンズホルダ
８６ｂ 支持棒

Claims (4)

  1. 送信光を出射する半導体レーザと、
    前記半導体レーザから出射した前記送信光が光学的に結合して伝播する光ファイバと、
    前記光ファイバと前記半導体レーザとの間の光路上に配置され、前記光ファイバの端面に融着した円柱状レンズであって、前記半導体レーザ側に前記半導体レーザの開口数の１．４倍以上の開口数を有し、入射した前記送信光を平行光化する第１のＧＲＩＮレンズ部と、前記光ファイバ側に前記光ファイバと同一の開口数を有し、前記第１のＧＲＩＮレンズ部を透過した送信光を前記光ファイバに光学的に結合させる第２のＧＲＩＮレンズ部とを有する結合レンズと、
    前記半導体レーザから出射した前記送信光が前記結合レンズ経由で前記光ファイバに光学的に結合可能に、少なくとも前記結合レンズ又は前記光ファイバの一部を固定して支持するレンズ台と、を備えることを特徴とする半導体レーザモジュール。
  2. 前記第２のＧＲＩＮレンズ部が、前記光路方向に内部を伝播する前記送信光の蛇行周期の１／４の長さを有することを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザモジュール。
  3. 前記第２のＧＲＩＮレンズ部が、間に光アイソレータが配置可能となるように、前記第１のＧＲＩＮレンズ部に融着したコリメータレンズ部と前記光ファイバに融着した集光レンズ部とに分離されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体レーザモジュール。
  4. 前記レンズ台が、少なくとも前記結合レンズを内部に固定して支持する溝を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の半導体レーザモジュール。
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