以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
本発明の実施形態に係るレーザモジュール10について説明する。なお、図面において、レーザ光の光軸方向を矢印Z、その軸の回転方向を矢印R、光軸と交差する水平方向を矢印X、光軸と交差する垂直方向を矢印Yとして示している。なお、これらの各方向は便宜上示すものであり、レーザモジュール10を使用する際の方向を限定するものではないことは言うまでもない。
図1は、レーザモジュール10の主要部を一部分解してその外観の概略を斜視図にて示したものであり、図2は、レーザモジュール10の概略平面図である。図3はレーザモジュール10の平面の概略断面図(図4のB−B断面図)を示し、図4は、レーザモジュール10の側面の概略断面図(図3のA−A断面)を示したものである。図3及び図4は、発光素子モジュール12の詳細が理解できるように、一部の固定ネジの記載を追加している。
図1に示すように、レーザモジュール10は、発光素子モジュール12,ファイバモジュール14,及びカバー16を備えている。発光素子モジュール12は筐体18に固定される。この発光素子モジュール12には、ファイバモジュール14が装着され、装着後にはカバー16が発光素子モジュール12に固定される。
図3及び図4に示すように、レーザモジュール10を構成する発光素子モジュール12は、半導体レーザ20を備えており、LDホルダ22内に収容されている。半導体レーザ20は、例えばTOパッケージ(例えばφ5.6mmのパッケージ)を用いることができる。また、半導体レーザ20は、例えば可視〜紫外光域の波長のレーザ光を出射する半導体レーザを用いることができるが、本実施形態では、半導体レーザ20は、短波長(例えば530nm以下の波長)のレーザ光を出射するTOパッケージ(例えばφ5.6mmのパッケージ)の高出力半導体レーザを用いている。このLDホルダ22は、ネジ40により、ヒートシンク36に固定される。
半導体レーザ20のレーザ光の出射側には、レンズ24が設けられる。このレンズ24は、外形が略円筒状のレンズホルダ26によって保持されている。このレンズホルダ26の外径はLDホルダ22の内径と略一致にされており、レンズホルダ26はLDホルダ22に固定される。
図5に示すように、レンズホルダ26のレーザ光の射出側には、レンズ24を透過したレーザ光を外部へ出射するための先端が曲面形状または平面形状のガラス部材30が設けられる。なお、同図では先端が曲面形状の場合について示している。このガラス部材30はスタブ28に保持される。
レンズ24は、半導体レーザ20から出射されたレーザ光Lが、ガラス部材30の内部(図5に示すP点)付近に集光されるような開口率を有する。これにより、レンズ24を透過したレーザ光は、ガラス部材30の内部である図5に示すP点付近に集光される。
ガラス部材30は、例えば純粋な石英で構成することが好ましいが、これに限られない。本出願人が出願した特許文献3に記載された実験結果によれば、レーザ光をガラススタブを介して光ファイバに長時間入射させると、光ファイバの入射端に汚染物質の付着が確認され、一般的なガラススタブにはNaが2.0[重量%]、Kが1.3[重量%]含有されていることが分かった。この光ファイバの入射端に付着した汚染物質は、ガラススタブに含まれるNa、Kと、光ファイバのクラッドに含まれるF(フッ素)が反応して反応物質が発生し、光ファイバの入射端に付着したものと考えられる。従って、Na、KとFの化学反応による反応物質の発生を抑えるために、本実施形態におけるガラス部材30のNa及びKのそれぞれの含有量は2.0[重量%]未満であることが望ましい。
また、上記特許文献3にも記載された実験結果によれば、ホウ珪酸ガラスによって構成されたガラススタブを用いた場合、時間経過と共に光損失が増加していることが確認された。ガラススタブに高パワーのレーザ光が長時間照射されたことによって、ガラススタブの組成が変化したり、レーザ光の集光位置付近において微結晶が析出されたりすることによってガラススタブの屈折率等が変化し、光損失増大を招いたと考えられる。特許文献3によれば、上記のホウ珪酸ガラスの光軸方向の長さは2[mm]であり、400[nm]のレーザ光に対する吸収量が0.65[%/mm]未満であった。従って、短波長領域のレーザ光の吸収を抑えて組成変化等の透明部材の特性変化を防ぐために、本実施形態におけるガラス部材30の短波長領域の光吸収量は0.65[%/mm]未満であることが望ましい。
なお、ガラス部材30のNa及びK以外のアルカリ金属の含有量が2.0[重量%]未満としてもよい。
このように、Na及びK(アルカリ金属)のそれぞれの含有量が2.0[重量%]未満のガラス部材30を用いることにより、ガラス部材30に含まれるNa、K(アルカリ金属)と光ファイバのクラッドに含まれるFの化学反応によって発生する反応物質(汚染物質)の発生を抑えることができる。そして、短波長領域のレーザ光の吸収量が0.65[%/mm]未満のガラス部材30を用いることにより、レーザ光の長時間照射によるガラス部材30の特性変化を抑え、光損失の増加を防ぐことができる。
スタブ28は、略円筒形状をしており、中腹部に該円筒形状の外形より大きい直径のフランジ部28Aを有している。このスタブ28の内径は、後述するファイバ54の直径と略同一とされ、スタブ28内にファイバ54が挿入されるようになっている。すなわち、スタブ28のレーザ光の出力端側は、レセプタクル部29Aが設けられたレセプタクル構造となっており、略円筒状の凹部29が形成されている。この略円筒状の凹部29に後述する光ファイバケーブル50内のファイバ54の一端が挿入されるようになっている。
ファイバ54は、光ファイバ(ファイバ素線)54Aの周囲にフェルール54Bが設けられた構成となっている。
また、ファイバ54の先端部の端面は曲面形状又は平面形状(本実施形態では曲面形状)とされ、その端面にはコート膜55が形成されている。このコート膜55の材質は、短波長領域(190[nm]〜530[nm])で高い透明性を持つ材質であり、例えばフッ化物(YF3、LiF、MgF2、NaF、LaF3、BaF2、CaF2、及びAlF3)等を含むコート膜が好ましい。
先端部の端面にコート膜55が成膜されたファイバ54は、コート膜55の最表面とガラス部材30とが当接するようにスタブ28に挿入される。
従来、ファイバ54とガラス部材30との当接は、オプティカルコンタクトを用いていた。導光する光が長波長帯域の光である場合やエネルギー密度がそれ程高くない場合、オプティカルコンタクトを採用することによって光伝播効率が良くなることが知られている。しかし、導光する光がエネルギー密度の高い光の場合や短波長光の場合は、ファイバ54とガラス部材30の当接部における酸化物が反応を起こして反応部分が一体化し、当該反応後にファイバ54をスタブ28から抜くと、反応を起こした部分が破損して光コネクタとして再使用不能、又は光損失が増加していた。特に、導光する光が短波長の場合、導光する光に有機物が反応することによって光ファイバの端部が汚染されることを防ぐ為にUVクリーニングを行うと、オプティカルコンタクトさせた際ファイバ54とガラス部材30と当接させると両者端面間で接着が生じ問題となる。
これに対し、ファイバ54に短波長領域において透明性の高いコート膜55を成膜することにより、ファイバ54とガラス部材30は直接当接されずにコート膜55を介して当接されることになる。従って、ファイバ54とガラス部材30の当接部における酸化物(石英、SiO2等)の反応を防いで当接部の損傷をなくし、安定した性能を持つレーザモジュールを実現することができる。
ここで、コート膜55は、ファイバ54とガラス部材30の当接部におけるファイバ54とガラス部材30同士の化学反応を抑止する膜体であり、常温での物理的当接時にファイバ54とガラス部材30同士の化学反応を抑止するものである。具体的には上述したフッ化物(YF3、LiF、MgF2、NaF、LaF3、BaF2、CaF2、及びAlF3)等を含む膜体が挙げられる。
なお、コート膜55は、単層膜、多層膜の何れでもよい。多層膜の場合は、多層膜の最表面(最上層)の膜がファイバ54やガラス部材30に含まれる石英やSiO2と容易に反応しないものであることが望ましい。また、コート膜55は、ファイバ54の端面に直接成膜されてもよいし、端面にアシスト膜が成膜された後、コート膜55が成膜されてもよい。
また、コート膜55の膜厚は、光損失に影響のない程度の膜厚とする。光ファイバ54Aの屈折率とコート膜55の屈折率は異なるため、コート膜55の光導波方向の膜厚d1と膜体の屈折率Nと光の発振波長λの関係は、
d1×N=(λ/2)×n ・・・(1)
(但し、nは1以上の整数)
であることが望ましい。
また、コート膜55をファイバ54ではなくガラス部材30のファイバ54と当接する側の端面に成膜されていてもよく、双方の端面に成膜して両者を当接させるようにしてもよい。双方の端面に成膜する場合、当接部において反応や一体化が発生しないように、各々のコート膜の最表面は容易に反応が起こらない異種材料によって構成されることが望ましい。
また、双方の端面に成膜する場合の膜厚の合計は式(1)を満足することが望ましい。つまり、例えば、各コート膜の膜厚がそれぞれ等しく(d2)、各コート膜の屈折率が等しい(N)場合、光の発振波長λとの関係は、
d2×N=(λ/4)×n ・・・(2)
(但し、nは1以上の整数)
を満足することが望ましい。一方、各コート膜の膜厚がそれぞれ異なり、且つコート膜が異種材料によって構成されており、屈折率も異なる場合、一方のコート膜の膜厚をd2a、屈折率をNa、他方のコート膜の膜厚をd2b、屈折率をNbとしたとき、光の発振波長λとの関係は、
(d2a×Na)+(d2b×Nb)=(λ/2)×n ・・・(3)
を満足することが望ましい。
また、各コート膜の膜厚を上記の方法で設定する他に、コート膜の膜厚をλ/2以下のフッ化物膜とすると共に、レーザ光の集光位置をコート膜からずらした位置にすることによって、膜質の経時変化を少なくすることができ、長時間に渡ってレーザ光を入射したときの光損失の低下を抑えることができる。この点について以下に説明する。
ファイバ54の先端にコート膜55を成膜する際、後述するコネクタ52が樹脂の場合には、コート膜55の成膜温度を低温(例えば80°C以下)にする必要がある。このような場合、成膜できる材料が限られ特に低吸収のコート膜を形成することが困難なため、本発明のように集光位置をコート膜からずらした位置にすることで光量変動の低下を抑えることができる。
出願人は、出力が200mW、波長が400〜415nmの半導体レーザからのレーザ光を4倍の光学系で集光する構成のレーザモジュールを19台試作し、コート膜上にレーザ光を集光させる(JUSTフォーカス)構成のレーザモジュール、ガラス部材30内にレーザ光を集光させる(ぼかしフォーカス時)構成のレーザモジュールの各々におけるパワー密度と時間との関係がどのようになるかを確認するための信頼性試験を行った。
図7は、MgF2のコート膜55をファイバ54の先端に80°C以下の所定温度で成膜した後に、コート膜上にレーザ光を集光させた(JUSTフォーカス)構成のレーザモジュールにおけるパワー密度と経過時間との関係を示した。なお、コート膜の膜厚は試作機1、2がレーザ光の波長の1/4λ、試作機3〜5が1/2λである。また、JUSTフォーカスにおけるコート膜面上のビーム径は、1〜3μm×28〜29μmであり、集光位置のパワー密度は2.2〜7.2GW/m2であった。この時、光ファイバへの集光NAは、0.18以下であった。
図8には、コート膜上ではなく、ガラス部材30内にレーザ光を集光させた(ぼかしフォーカス)構成のレーザモジュールにおけるパワー密度と経過時間との関係を示した。なお、コート膜の膜厚は試作機6〜12がレーザ光の波長の1/4λ、試作機13〜19が1/2λである。また、ぼかしフォーカスにおけるコート膜面上のビーム径は、5〜10μm×30〜33μmであり、集光位置のパワー密度は0.6〜1.4GW/m2であった。この時、光ファイバへの集光NAは、0.18以下であった。
なお、光ファイバのコア径は60μmであり許容されるNAは0.20のものを用いた。この時、光ファイバへの集光ビームは許容されるNA以下かつコア径以下に集光されているためにフォーカスをぼかしたことによる過剰なロスは発生しなかった。半導体レーザの出力を400mWにして同様の実験を行った場合においても光ファイバ面の光密度に対する光量変動の振る舞いは200mWの場合と略同様の結果が得られた。 なお、前述した他のフッ化物(YF3、LiF、NaF、LaF3、BaF2、CaF2、及びAlF3)についても略同様の結果であった。
図7、8から明らかなように、コート膜に対しぼかしフォーカスの方がJUSTフォーカスの場合と比較して経時による出力変動が圧倒的に小さいことが判る。これは、JUSTフォーカスの場合はコート膜に残存する光吸収のためにコート膜が局所的に発熱し光ファイバから剥離もしくはコート膜自身にクラックが入るためである。
なお、導光する光の波長が短波長領域(190[nm]〜530[nm])の場合には、有機物による汚染を防ぐ為、コート膜55が成膜されていないガラス部材30の端面及びファイバ54の端面の少なくとも一方の端面にUVクリーニングを施してもよい。上述したフッ化物(YF3、LiF、MgF2、NaF、LaF3、BaF2、CaF2、及びAlF3の何れか)を含むコート膜はUV領域(190[nm]〜410[nm])の光に不活性であり、ファイバ54に上記フッ化物からなるコート膜55が成膜されている為、ファイバ54とガラス部材30の当接部における酸化物(石英、SiO2等)の反応を防いで当接部の損傷を抑制することができる。
また、図1において、コート膜55はファイバ54の端面に成膜される薄膜として説明したが、ファイバ54とガラス部材30を直接当接させることがないようにコート膜が配置されていればよく、例えばコート膜を挟み込んだリング状のフランジをスタブ28の内側に配置するような構成でもよい。この場合のコート膜は、短波長領域の光に対する透過性が高い材質によって構成され、例えば、テフロン(登録商標)等が挙げられる。次に、コート膜の他の実施形態について説明する。
コート膜について上記のように設定する他に、コート膜の膜厚をλ/2未満のフッ化物膜とすることによって、膜質の経時変化の少なくすることができ、長時間に渡ってレーザ光を入射してときの光損失の低下を抑えることができることを出願人は確認した。蒸着法で膜厚λ/2、λ/4、λ/6のMgF2膜をそれぞれファイバ54の端面に成膜した3種類のレーザモジュール10を用意し、光出力=160[mW]、波長λ=405[nm]のレーザ光をガラス部材30に入射したときにファイバ54から出射した出射光の光出力の時間変化を示したグラフを図9に示す。g1は膜厚λ/2のグラフ、g2は膜厚λ/4のグラフ、g3は膜厚λ/6のグラフである。尚、縦軸は、入射光の出力値に対する出射光の出力値の割合を示しており、即ち、縦軸に示す光出力が低下するほど、光損失が大きいことを示している。また、このとき、各膜における直径約30[μm]の領域をレーザ光が通過する。なお、レーザ光の集光位置はコート膜上である。
図9より、膜厚が小さいほど、出射光の光出力の低下が少ない(即ち、光損失が少ない)ことが分かる。また、実験後のそれぞれのコート膜を顕微鏡観察したところ、膜厚λ/6の膜の外観変化はほとんど見られなかったが、膜厚λ/4及びλ/2の膜はレーザ光の通過部分と思われる領域の変色が確認された。更に、膜厚λ/2の膜は、変色した部分の周辺に膜のひび割れが確認された。膜厚λ/2とλ/4の膜に見られた変色は、レーザ光の熱によって膜が融解したためと考えられる。この結果より、膜厚が大きいほど、膜によるレーザ光のエネルギー吸収が大きく、この吸収によって膜質が変化し、光損失が大きくなると考えられる。
次に、蒸着法よりもイオンアシスト法で成膜した膜の方が光損失の低減化を図れることを出願人は確認した。図10は、蒸着法とイオンアシスト法のそれぞれの方法で膜厚λ/6のMgF2膜をファイバ54の端面に成膜した2種類のレーザモジュール10を用意し、光出力=160[mW]、波長λ=405[nm]のレーザ光をガラス部材30に入射したときにファイバ54から出射した出射光の光出力の時間変化を示したグラフであり、g4は蒸着法、g5はイオンアシスト法に対応したグラフである。
図10より、蒸着法よりイオンアシスト法で成膜した膜を用いた方が、光出力の低下が少ないことが分かる。また、グラフg4よりよりグラフg5の方が傾きがやや小さいため、図示していないが、1000時間以上経過した後は両成膜法における光出力の差は拡大しているであろうと思われる。イオンアシスト法の場合、成膜前にイオンビーム等でターゲット(ファイバ54の入射端)をクリーニング処理することができる。このため、ターゲットと膜の界面における損失を少なくでき、蒸着法よりも光損失を低減させることができたと考えられる。更に、蒸着法よりイオンアシスト法の方がより緻密な膜質の膜を成膜することができる。従って、イオンアシスト法による膜の方がレーザ光のエネルギー吸収による膜質変化が少なく、光損失を低減させることができたと考えられる。成膜前にターゲットのクリーニングが可能で、蒸着法より緻密な膜質の膜を成膜可能な方法としては、イオンアシスト法の他にイオンプレーティング法、スパッタリング法等が挙げられる。
また図11は、イオンアシスト法で膜厚λ/6、λ/12のMgF2膜をファイバ54の端面にそれぞれ成膜した2種類のレーザモジュール10を用意し、光出力=160[mW]、波長λ=405[nm]のレーザ光をガラス部材30に入射したときにファイバ54から出射した出射光の光出力の時間変化を示したグラフであり、g6は膜厚λ/6、g7は膜厚λ/12のグラフである。図11より、膜厚λ/6と膜厚λ/12の膜とでは、光出力の変化の仕方がほぼ同じであることが分かる。従って、レーザ光の条件が光出力=160[mW]でλ=405[nm]であり、膜厚がλ/6以下であれば、出射光の時間特性はほぼ同等のものが得られると考えられる。
次に、吸収係数の低い材料を使用した膜の方が光損失の低減化を図れることを出願人は確認した。図12は波長248[nm]のパルスレーザによる膜の吸収係数と損傷閾値の関係を示したグラフである("High damage threshold fluoride UV mirrors made by IonBeam Sputtering",J.Dijion,et.,al.,SPIE Vol.3244,pp406-418,1998より引用)。このグラフより、フッ化物膜は損傷閾値が高く、フッ化物膜の中でもMgF2に比べてYF3やLiFの方が損傷閾値が高いことが分かる。そこで、蒸着法で膜厚λ/6のMgF2膜、YF3膜をファイバ54の端面にそれぞれ成膜した2種類のレーザモジュール10を用意し、光出力=160[mW]、波長λ=405[nm]のレーザ光をガラス部材30に入射したときにファイバ54から出射した出射光の光出力の時間変化を測定した。この測定結果を図13に示す。g8はMgF2膜、g9はYF3膜に対応するグラフである。図13より、MgF2膜よりYF3膜の方が光出力の低下が少ないことが分かる。また、MgF2膜よりYF3膜に対するグラフの方が傾きがやや小さいため、図示していないが、1000時間以上経過した後は両膜における光出力の差は拡大しているであろうと思われる。従って、光損失の低減化を図るためには、フッ化物膜(例えば、YF3、LiF、MgF2、NaF、LaF3、BaF2、CaF2及びAlF3の何れか)を用いることが好ましく、更には吸収係数の少ないYF3等を用いることが好ましい。
以上より、光出力=160[mW]、波長=405[nm]のレーザ光をファイバ54に1000時間以上に渡って入射させたとき、入射直後の出射光の光出力に対する1000時間後の出射光の光出力の低下率を10%未満に抑えるためには、ファイバ54の入射端に成膜する膜の膜厚はλ/6以下であることが望ましい。更に、成膜方法はイオンアシスト法、イオンプレーティング法、スパッタリング法等、成膜前にターゲットのクリーニングが可能であって、膜質の緻密な膜を成膜可能な方法を用いることが望ましい。更にレーザ光のエネルギー吸収が少ない膜であることが望ましい。
また、導光する光の波長が短波長領域(190[nm]〜530[nm])の場合には、有機物による汚染を防ぐ為、図5の構成において、コート膜55が成膜されていないガラス部材30の端面およびまたはファイバ54の端面にUVクリーニングを施してもよい。上述したフッ化物(YF3、LiF、MgF2、NaF、LaF3、BaF2、CaF2及びAlF3の何れか)を含むコート膜はUV領域(190[nm]〜410[nm])の光に不活性であり、ファイバ54に上記フッ化物からなるコート膜55が成膜されている為、ガラス部材30とファイバ54の当接部における酸化物(石英、SiO2等)の反応を防いで当接部の損傷を抑制することができる。また、ガラス部材30にもコート膜を成膜した構成において有機物による汚染を防ぐ為にガラス部材30の端面およびまたはファイバ54の端面にUVクリーニングを施す場合もガラス部材30及びファイバ54同士の当接部における化学反応を抑止することができる。
以上、コート膜の変形例について説明したが、これらλ/6以下の膜厚としたコート膜を本願発明の形態、即ち、コート膜上ではなく、ガラス部材30内にレーザ光を集光させる、或いは光ファイバ54Aのコア内にレーザ光を集光させることで、更に保護媒体の劣化を長時間防ぎ光量変動を抑制することができる。
ところで、ガラス部材30を透過したレーザ光Lはファイバ54に入射されるが、図14に示すように、光ファイバ54Aに入射される際のビーム径B1が光ファイバ54Aのコア径B2以下となり、かつ光ファイバ54Aの端部に入射されるレーザ光Lの入射角度θ1が光ファイバ54Aの開口率(NA)で定まる最大入射角θ2以下の角度で入射されることが好ましい。これにより、光損失を抑えることができる。なお、図14では、説明の簡単のためにファイバ54及びガラス部材30の端面は平面形状とし、コート膜55は省略している。
すなわち、レンズ24が、光ファイバ54Aに入射される際のビーム径B1が光ファイバ54Aのコア径B2以下となり、かつ光ファイバ54Aの端部に入射されるレーザ光Lの入射角度θ1が光ファイバ54Aの開口率(NA)で定まる最大入射角θ2以下の角度で入射される位置に配置されることが好ましい。また、この場合、光ファイバ54Aはマルチモード光ファイバで構成すると入力効率が高くなるため好ましい。
一方、図3及び図4に示すように、半導体レーザ20は、その底面(フランジ部分)が熱伝導シート32を介してヒートシンク36に取り付けられる。このヒートシンク36には、半導体レーザ20を駆動するための駆動回路を搭載した基板38がネジ40により固定される。また、半導体レーザ20は、電気接続のためのリード34を備えており、このリード34が基板38に電気的に接続固定(例えばハンダ付け固定)される。
また、ヒートシンク36は、取付穴42を備えており、この取付穴42にネジ40が通されて、筐体18に固定される。なお、ヒートシンク36と筐体18との間には、チラーやペルチエ等の放熱素子を備えて放熱効果を向上させることができる。この放熱素子を備える場合、ヒートシンク36と筐体18との間に限定されるものではなく、放熱効果を向上させることが可能な位置であればよく、放熱素子をヒートシンク36及び筐体18の何れか一方に備えるようにしてもよい。ヒートシンク36は、筐体18へ固定するための機能を有するが、筐体18の一部と見なすことができる。ヒートシンク36は、放熱効果を有する部材として扱うことができ、これらヒートシンク36や放熱素子が放熱手段として機能する。
半導体レーザ20をヒートシンク36を介して基板38に取り付ける場合、半導体レーザ20は発熱性が高いため、放熱効果の向上が要求されることがあり、本実施形態では、熱伝導シート32を介して半導体レーザ20をヒートシンク36に接触させている。
図3及び図4に示すように、上記構成の発光素子モジュール12は、その外観として、筐体18から、ヒートシンク36,半導体レーザ20,LDホルダ22,レンズホルダ26,及びスタブ28が一体構造となる。この発光素子モジュール12には、ファイバモジュール14が接続される。
ファイバモジュール14は、ファイバ54にコネクタ52が取り付けられた構成の光ファイバケーブル50に、直方体形状のアダプタ56を取り付けた構成である。
図5に示すように、コネクタ52の内径は、スタブ28の外径と略同一とされ、フェルール54Bの外径は凹部29の内径と略同一である。これにより、発光素子モジュール12の凹部22にファイバモジュール14のフェルール54Bの一端をほぼ隙間無く挿入して、発光素子モジュール12とファイバモジュール14とを接続することができる。
このように、ガラス部材30とフェルール54Bの端部とがほぼ隙間の無い状態で発光素子モジュール12とファイバモジュール14とを接続することにより、レーザ光の集塵効果によりゴミがガラス部材30やフェルール54Bの端部付近に付着するのを防ぐことができる。
図1に示すように、コネクタ52には、アダプタ56が取り付られる。アダプタ56は、水平方向に幅Lを有する直方体形状に形成されており、幅Lの両端部分は平面56A,56Bに形成されている(図6参照)。アダプタ56のファイバモジュール14の先端側は、少なくともスタブ28のフランジ部28Aが挿入できるように、フランジ部28Aの外径より大きな挿入穴57が設けられる。この挿入穴57には、アダプタストップキー60を挿入するために、アダプタストップキー60の外径形状より大きい穴となるキー挿入穴58が連通されている。
アダプタストップキー60は、切り欠きの長穴60Aが設けられている。この長穴60Aは、スタブ28の直径より大きくフランジ部28Aの直径より小さい径に形成される。キー挿入穴58は、発光素子モジュール12とファイバモジュール14との装着時に、フランジ部28Aの位置より発光素子モジュール12側の位置になるように、フランジ部28Aとレンズホルダ26との間に対応した位置に設けられる。
従って、発光素子モジュール12にファイバモジュール14を装着したときにキー挿入穴58へアダプタストップキー60を挿入することで、アダプタストップキー60の長穴60Aによりフランジ部28Aの光軸方向(Z軸逆方向)の離脱を阻止できる。これにより、発光素子モジュール12とファイバモジュール14との離脱を阻止することができる。
ところで、発光素子モジュール12にファイバモジュール14を接続した状態では、発光素子モジュール12は筐体18に固定されているが、ファイバモジュール14は、光軸CL付近を中心として回転可能である。このため、発光素子モジュール12とファイバモジュール14との接触部分(図3、図4及び図5に示すP点付近)において、表面部分にクラックが発生する可能性がある。また、発光素子モジュール12とファイバモジュール14との相対的な回転によりレーザ光の入射や出射の光学的な接続条件が変動して、光量変動等が生じて性能が変動する可能性がある。
そこで、本実施形態では、発光素子モジュール12とファイバモジュール14との相対的な回転を阻止するべく、カバー16を備えている。このカバー16は、熱伝導性が低い導電性プラスチックにより形成されている。
カバー16は、断面コ字形状で長尺状に形成されており、上面の平面部分(矢印Y及び矢印Z方向の平面部分)が所定距離だけ延設されている。カバー16の断面コ字形状の内側部分は、水平方向(矢印X方向)に幅Lの空間を有するように形成されており、その幅Lの内側部分には、平面16A,16Bが形成されている(図6参照)。このカバー16の内側の幅Lは、ファイバモジュール14のアダプタ56における幅Lと略同一とされ、カバー16内部にアダプタ56が嵌る構成にされている。
カバー16で延設された平面部分には、長穴62が設けられる。この長穴62にネジ40を通してヒートシンク36にカバー16が固定される。このとき、ヒートシンク36に設けられたネジ穴の間隔より長い間隔で長穴62が設けられ、カバー16を固定するときのX軸方向の位置合わせを可能とする構成としている。
発光素子モジュール12にファイバモジュール14を装着した後には、アダプタ56の外形(幅L)の位置に、カバー16の断面コ字状の内部が収まるように、カバー16を水平方向(矢印X方向及び矢印X逆方向)に位置調整をする。この位置調整後に、ネジ40によりヒートシンク36へカバー16を固定する。
図6に示すように、ヒートシンク36へカバー16が固定された後には、アダプタ56は、カバー16の断面コ字状の内部が収まる。このとき、カバー16の内径とアダプタ56の外径は略同一とされているので、カバー16の一方の平面16Aと、アダプタ56の一方の平面56Aとは面接触し、また他方の平面16Bと、アダプタ56の他方の平面56Bとも面接触する。従って、アダプタ56が矢印R方向へ回転しようとすることをカバー16が阻止する。
一方、カバー16は、その平面16A,16Bにより、アダプタ56の回転を阻止するのみであり、応力付与はない。すなわち、ファイバモジュール14は、発光素子モジュール12のスタブ28に回転可能に取り付けられているのみで、その回転は阻止されるが、カバー16から任意方向(矢印X,Y,Zの各方向)の応力が付与されることはない。従って、ファイバモジュール14は応力変形が生じることはなく、光軸ズレ等の性能劣化が発生することもない。
また、カバー16は、熱伝導性が低い導電性プラスチックにより形成されているので、発光素子モジュール12及びファイバモジュール14を断熱することができ、周囲環境の影響を最小限にとどめることができる。従って、レーザモジュール10の環境特性を向上することができる。
なお、アダプタ56の回転を阻止すなわちファイバモジュール14の回転を阻止するために、カバー16を断面コ字形状とし、これに対応するアダプタ56を対峙する平面56A,56Bを有する構成としたが、本発明はこの構造に限定されるものではない。
例えば、アダプタ56(ファイバモジュール14)の回転(矢印R方向の回転)を阻止するためには、回転時のアダプタ56の外側形状の少なくとも1点の回転軌跡上に阻止部材を設けることで、その回転(矢印R方向の回転)を阻止できる。従って、正回転(矢印R方向の回転)と逆回転(矢印R方向の逆回転)を共に阻止するためには、正回転及び逆回転の各々に対応してアダプタ56の外側形状の少なくとも1点の回転軌跡上に阻止部材を設けることで、双方の回転を阻止できる。
以上のように、本実施形態では、ガラス部材30とファイバ54との間にコート膜55を設け、半導体レーザ20からのレーザ光がコート膜55上ではなくガラス部材30の内部に集光するように構成したため、長期間に亘ってコート膜55の劣化を防ぐことができ、光量変動を抑制することができる。
なお、本実施形態では、レーザ光の集光位置がガラス部材30の内部となるように構成した場合について説明したが、図15、16に示すように光ファイバ54Aの内部に集光させるように構成してもよい。なお、図16では、説明の簡単のためにファイバ54及びガラス部材30の端面は平面形状とし、コート膜55は省略している。この場合、レンズ24は、半導体レーザ20から出射されたレーザ光Lが、ガラス部材30の内部(同図に示すP点)付近に集光されるような開口率を有する。これにより、レンズ24を透過したレーザ光は、光ファイバ54Aの内部である図16に示すP点付近に集光される。
また、光ファイバ54Aの内部に集光させる場合も、図16に示すように、光ファイバ54Aに入射される際のビーム径B1が光ファイバ54A(光ファイバコア)のコア径B2以下となり、かつ光ファイバ54Aの端部に入射されるレーザ光Lの入射角度θ1が光ファイバ54Aの開口率(NA)で定まる最大入射角θ2以下の角度で入射されることが好ましい。
すなわち、レンズ24が、光ファイバ54Aに入射される際のビーム径B1が光ファイバ54Aのコア径B2以下となり、かつ光ファイバ54Aの端部に入射されるレーザ光Lの入射角度θ1が光ファイバ54Aの開口率(NA)で定まる最大入射角θ2以下の角度で入射される位置に配置されることが好ましい。
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内で設計上の変更をされたものにも適用可能であるのは勿論である。