JP2013030651A - レーザモジュールの製造方法、及び、それに用いる光ファイバ用ハンド - Google Patents

Abstract

【課題】 信頼性の高いレーザモジュールを製造することができるレーザモジュールの製造方法、及び、それに用いる光ファイバ用ハンドを提供する。
【解決手段】 レーザモジュール１の製造方法は、クラッド１２の一部にメタライズ層１５が設けられた光ファイバ１０、及び、半導体レーザ素子４５を有するレーザモジュール本体ＭＢを準備する準備工程Ｐ１と、光ファイバ１０を配置する配置工程Ｐ２と、光ファイバ１０のメタライズ層１５よりも一方の端部側を光ファイバ用ハンド７０で把持する把持工程Ｐ３と、半導体レーザ素子４５から光を光ファイバ１０に入力して、この光が最も多く光ファイバ１０のコア１１に入力するように、光ファイバ１０を調心する調心工程Ｐ４とを備え、光ファイバ用ハンド７０の光ファイバ１０と接触する接触部材７２Ｒ、７２Ｌの屈折率は、半導体レーザ素子４５から出力される光の波長において、クラッド１２の屈折率以上とされる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、高い強度の光を出力する半導体レーザ素子が搭載される場合であっても、信頼性の高いレーザモジュールを製造することができるレーザモジュールの製造方法、及び、それに用いる光ファイバ用ハンドに関する。

半導体レーザ素子から出力されたレーザ光が光ファイバを介して出力されるレーザモジュールが知られている。このレーザモジュールは、一般的に、基台上に配されたレーザマウント及びファイバマウントと、レーザマウント上に固定された半導体レーザ素子と、ファイバマウント上に固定された光ファイバとを備えており、半導体レーザ素子の光の出力部と、光ファイバの端部との相対的位置が正確に合わされている。そして、半導体レーザ素子から出力される光が、光ファイバの端部からコアに入力する。

半導体レーザ素子の光の出力部と光ファイバの端部との相対的位置を合わせるには、半導体レーザ素子から光ファイバに光を入力して、光ファイバの反対側の端部から出力する光の強度を計測しながら光ファイバを調心する。そして、光ファイバからの光の出力の強度が最も高くなる位置で、光ファイバを固定する（例えば下記特許文献１）。

特開平１１−１０９１７６号公報

ところで、光ファイバは、ファイバマウント上面に形成されたボンディングパッドにはんだにより固定される場合がある。しかし、光ファイバを形成するガラス素材は、はんだ濡れ性が悪く、光ファイバを形成するガラスにはんだを直接固着することは困難である。このため、光ファイバをはんだで固定する場合、光ファイバのボンディングパッドに相当する位置は、メタライズ層と呼ばれる金属層により被覆されている。

光ファイバを調心する最中においては、光ファイバの位置を動かすため、半導体レーザ素子から出力される光は、光ファイバのコアのみならず、クラッドにも結合され伝播する傾向がある。クラッドを伝播する光は、メタライズ層が設けられている位置に到達し、少なくともその光の一部は、メタライズ層に吸収されて熱に変換される。

近年、半導体レーザ素子から高い強度の光が出力されるレーザモジュールがある。このようなレーザモジュールにおいては、強度の高い出力を得るため、一般的にマルチモードで光を発振する半導体レーザ素子を使用しており、このような半導体レーザ素子においては、出力する光の強度を低くすると、光のピーク位置が、光の強度が高い場合のピーク位置と異なるものがある。このためレーザモジュールを製造する際、半導体レーザ素子から高い強度の光を出力して、光ファイバの調心を行いたいという要望がある。しかし、光ファイバの調心時においては、上述のように半導体レーザ素子から出力される光がクラッドを伝播して、メタライズ層で熱に変換されるため、高い強度の光を光ファイバに入射すると、メタライズ層において発生する熱量が大きく、メタライズ層が酸化したり、光ファイバが損傷したりする虞がある。従って、半導体レーザ素子から高い強度の光を光ファイバに入射して、光ファイバの調心を行うと、半導体レーザモジュールの信頼性を損なう虞がある。一方、半導体レーザ素子から出力される光の強度を低くすると、上述のように、半導体レーザ素子から出力される光のピーク位置が、高い強度の光を出力するときと異なるため、光ファイバの調心位置がずれることがあり、やはり、半導体レーザモジュールの信頼性を損なう虞がある。

そこで、本発明は、高い強度の光を出力する半導体レーザ素子が搭載される場合であっても、信頼性の高いレーザモジュールを製造することができるレーザモジュールの製造方法、及び、それに用いる光ファイバ用ハンドを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のレーザモジュールの製造方法は、一方の端部から所定距離クラッドが露出すると共に、露出した前記クラッドの外周面上の一部にメタライズ層が設けられた光ファイバ、及び、半導体レーザ素子と前記光ファイバがマウントされるファイバマウントとを有するレーザモジュール本体、を準備する準備工程と、前記メタライズ層が前記ファイバマウント上の所定位置に配置されるように前記光ファイバを配置する配置工程と、前記光ファイバにおける前記メタライズ層よりも前記一方の端部側を光ファイバ用ハンドにより把持する把持工程と、前記光ファイバが前記光ファイバ用ハンドで把持された状態において、前記半導体レーザ素子から出力する光を前記光ファイバの前記一方の端部から入力して、前記光ファイバのコアに、この光が最も多く入力するように、前記光ファイバを調心する調心工程と、を備え、前記光ファイバ用ハンドにおける前記光ファイバと接触する接触部材の屈折率は、前記光の波長において、前記クラッドの屈折率以上であることを特徴とするものである。

このレーザモジュールの製造方法により製造されるレーザモジュールは、光ファイバのメタライズ層をはんだ付けすることにより光ファイバをファイバマウント上に固定するものである。そして、光ファイバと接触する接触部材が、半導体レーザ素子から出力する光の波長において、クラッドの屈折率以上であるため、クラッドを伝播する光は、光ファイバ用ハンドで把持されている部分において、光ファイバ用ハンドに伝播し易い。従って、半導体レーザ素子から出力する光が、光ファイバの一方の端部からクラッドに入力して伝播する場合においても、この光の少なくとも一部は、メタライズ層に到達する前にクラッドから光ファイバ用ハンドに伝播する。このため高い強度の光を出力する半導体レーザ素子が搭載され、この半導体レーザ素子から光ファイバのコアに高い強度の光を入力して、光ファイバを調心する場合においても、メタライズ層の発熱を抑制することができる。従って、熱によるメタライズ層の酸化や光ファイバの損傷を抑制することができ、信頼性の高いレーザモジュールを製造することができる。

また、クラッドを伝播する光が光ファイバ用ハンドにおいて熱に変換される場合においても、光ファイバ用ハンドが光ファイバと接触する部分は光を透過するため、この熱は、光ファイバと離れた場所において発生する。従って、光ファイバ用ハンドの発熱により光ファイバが損傷することを抑制することができる。

なお、このレーザモジュールの製造方法においては、配置工程よりも把持工程が先に行われても良く、また、配置工程の最中に把持工程が行われても良い。

また、前記半導体レーザ素子は、マルチモードで前記光を発振することとしても良い。

さらに、前記接触部材は、弾性変形するこが好ましい。光ファイバと接触する部分が弾性変形することにより、接触部材が光ファイバと適切に密着することができる。このため、クラッドを伝播する光を光ファイバ用ハンドにより適切に伝播させることができ、メタライズ層が発熱することをより抑制することができる。

またさらに、前記接触部材は、シリコン樹脂から成ることが好ましい。シリコン樹脂は、ヤング率が高く、変形しても元に形状に戻る力が強いため、レーザモジュールを多数製造する場合においても、光ファイバ用ハンドの劣化を低減することができる。さらに、シリコン樹脂は、安価に入手することが可能であり、屈折率の調整も容易であることから、半導体レーザ素子から出力される光の波長や、この光の波長におけるクラッドの屈折率に応じて、適切な屈折率の接触部材を有する光ファイバ用ハンドを容易に準備し易く、製造コストの上昇を抑えることができる。

また、前記接触部材は、ガラスから成る支持部材上に設けられていることが好ましい。弾性変形する接触部材がガラスから成る支持部材上に設けられることで、光ファイバを把持した後に接触部材が不適切に変形することを防止することができ、光ファイバの位置の調節をより適切に行うことができる。そして、光ファイバから接触部材に伝播する光は、更に支持部材に伝播することができ、不要な光をより光ファイバから遠ざけることができる。このため、光ファイバから光ファイバ用ハンドに伝播する光が熱に変換される場合においても、熱の発生位置を光ファイバからより遠い位置にすることができ、熱による光ファイバの損傷をさらに抑制することができる。

さらに、前記支持部材の屈折率は、前記光の波長において、前記接触部材の屈折率以上とされることが好ましい。このように構成することでクラッドから接触部材に伝播する光をより支持部材に伝播することができ、不要な光を光ファイバからより遠ざけることができる。

また、本発明は、半導体レーザ素子から出力される光が、光ファイバを介して出力されるレーザモジュールの製造に用いられる光ファイバ用ハンドであって、前記光ファイバと接触する接触部材の屈折率が、前記光の波長において、前記光ファイバのクラッドの屈折率以上であることを特徴とするものである。

このような光ファイバ用ハンドによれば、クラッドを伝播する不要な光が接触部材に伝播することができる。従って、クラッドを伝播する不要な光の少なくとも一部を除去することができる。このため、レーザモジュールを製造する際、半導体レーザ素子から光ファイバに光を入力して、コアに入力する光の強度が最も高くなるように、光ファイバを調心する場合においても、このような光ファイバ用ハンドで光ファイバを把持することで、クラッドを伝播する光に起因する不要な発熱を抑制することができる。

さらに、前記接触部材は、弾性変形することとしても良く、この場合においては、前記接触部材は、シリコン樹脂から成ることとしても良い。また、前記接触部材は、ガラスから成る支持部材上に設けられていることとしても良く、この場合においては、前記支持部材の屈折率は、前記光の波長において、前記接触部材の屈折率以上とされることとしても良い。

以上のように、本発明によれば、高い強度の光を出力する半導体レーザ素子が搭載される場合であっても、光ファイバの調心を行うことができつつ、信頼性の高いレーザモジュールを製造することができるレーザモジュールの製造方法、及び、それに用いる光ファイバ用ハンドが提供される。

本発明の実施形態により製造されるレーザモジュールの一部を示す図である。 光ファイバの長手方向に垂直な断面の構造を示す図である。 レーザモジュールの製造方法の工程を示すフローチャートである。 配置工程後の様子を示す図である。 光ファイバ用ハンドの構造を示す図である。 把持工程後の様子を示す図である。 調心工程の様子を示す図である。 はんだ付け工程の様子を示す図である。 光ファイバ用ハンドの第１の変形例の構造を示す図である。 光ファイバ用ハンドの第２の変形例の構造を示す図である。 光ファイバ用ハンドの第３の変形例の構造を示す図である。

以下、本発明に係るレーザモジュールの製造方法、及び、それに用いる光ファイバ用ハンドの好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明の実施形態により製造されるレーザモジュールの一部を示す図である。

図１に示すように、レーザモジュール１は、基台２０と、基台２０上に配置されるレーザマウント４０と、レーザマウント４０上に配置される半導体レーザ素子４５と、基台２０上に配置されるファイバマウント３０と、を有するレーザモジュール本体ＭＢと、ファイバマウント３０上にはんだ５０によりはんだ付けされている光ファイバ１０とを主な構成として備える。このレーザモジュール１は、半導体レーザ素子４５から出力されるレーザ光を光ファイバ１０により外部に出力するものである。

レーザモジュール１は、光ファイバ１０の一部を除いて、金属等から成る図示しない筐体内に収められている。基台２０は、例えば、金属やセラミック製の板状の部材から構成されている。基台２０を構成する材料が金属である場合、この金属としては、特に制限されないが、例えば、銅、銅タングステンを挙げることができ、基台２０を構成する材料がセラミックである場合、このセラミックとしては、特に制限されないが、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）等を挙げることができる。また、基台２０は、筐体と同じ材料である場合には、筐体の一部から構成されても良い。

基台２０上に配置されているレーザマウント４０は、略直方体の形状をしており、図示しないはんだ材料により基台２０上に固定されている。このレーザマウント４０を構成する材料としては、特に制限されないが、例えば、ＡｌＮやＡｌ_２Ｏ_３等のセラミックを挙げることができ、中でも、熱伝導性に優れる観点からＡｌＮが好ましい。また、基台２０とレーザマウント４０とが同様の材料から成る場合には、基台２０とレーザマウント４０とが一体成型により形成されても良い。

半導体レーザ素子４５は、レーザマウント４０上に図示しないはんだ材料により固定されている。この半導体レーザ素子４５においては、複数の半導体層が積層されており、これらの半導体層により共振器構造が形成されている。そして、半導体レーザ素子４５の光ファイバ１０側の面から、例えば波長が９００ｎｍ帯のレーザ光が出力する。なお、本実施形態の半導体レーザ素子４５は、出力する光の強度が高くなるように、水平方向にマルチモードで光が発振する構成とされている。このような半導体レーザ素子４５は、一般に素子に流す電流が小さいときには、発振するモードの数が少なく、光の放射パターンが不安定であり、光のピーク位置が一定しなく、素子に流す電流が大きくなるにしたがって、モードの数が増え、光の放射パターンが安定する。

基台２０上に配置されているファイバマウント３０は、略直方体の形状をしており、図示しないはんだ材料により基台２０上に固定されている。このファイバマウント３０を構成する材料としては、特に制限されないが、例えば、レーザマウント４０と同様の材料を挙げることができる。また、基台２０とファイバマウント３０とが同様の材料から成る場合には、基台２０とファイバマウント３０とが一体成型により形成されても良い。

ファイバマウント３０の上面上には、外形が略四角形状のボンディングパッド３３が設けられている。このボンディングパッド３３は、はんだが固定可能なように構成されており、例えば、ファイバマウント３０側にチタン（Ｔｉ）層が積層されており、Ｔｉ層上に白金（Ｐｔ）層が積層されており、Ｐｔ層上に金（Ａｕ）層が積層されており、このＡｕ層の表面が、ボンディングパッド３３のファイバマウント３０側と反対側の表面とされている。

ボンディングパッド３３上には、はんだ５０が固定されている。このはんだ５０としては、例えば、金錫系の共晶はんだを挙げることができ、Ａｕと錫（Ｓｎ）の比としては、Ａｕ８０％−Ｓｎ２０％や、Ａｕ１０％−Ｓｎ９０％を挙げることができる。はんだ５０がＡｕ８０％−Ｓｎ２０％である場合、はんだ５０の融点は約２８０度とされる。

光ファイバ１０は、一方の端部から離れた位置がはんだ５０に固定されており、上述の図示しない筐体内から筐体外に導出されている。図２は光ファイバ１０の長手方向に垂直な断面の構造を示す図である。図２に示すように、光ファイバ１０は、コア１１と、コア１１の外周面を囲むクラッド１２とから構成されている。クラッド１２の屈折率はコア１１の屈折率よりも低くされており、コアは、例えば、ゲルマニウム等の屈折率を上げるドーパントが添加された石英（ガラス）から成り、クラッドは、例えば、何らドーパントが添加されない純粋な石英から構成される。また、特に図示しないが、クラッド１２は、図示しない筐体の外部においては、紫外線硬化樹脂等から成る被覆層で被覆されている。

また、本実施形態においては、光ファイバ１０の端部が、先細りに加工されており、レンズとしての機能を有している。そして、光ファイバ１０の先細りに加工された端部が、半導体レーザ素子４５の出力面に向けられており、半導体レーザ素子４５から出力されるレーザ光がコア１１に入力するように配置されている。

さらに光ファイバ１０は、少なくともはんだ５０に固定される部分が、メタライズ層１５により被覆されており、このメタライズ層１５がはんだ５０に固定されている。このメタライズ層１５は、はんだ５０に濡れやすく、固定され易い構成とされている。メタライズ層の構成としては、特に限定されないが、Ｎｉ層とＡｕ層の積層体から成り、Ｎｉ層がクラッド１２の外周面を被覆しており、Ａｕ層がＮｉ層の外周面を被覆している。また、Ｎｉ層、Ａｕ層の厚さは、特に限定されないが、例えば、Ｎｉ層が２μｍ〜３μｍであり、Ａｕ層が０．１μｍ〜０．２μｍとされる。一般にレーザモジュールにおいては、はんだ付けをフラックス無しで行うため、メタライズ層１５の表面は、酸化を防止し、濡れ性を高めるためＡｕであることが好ましい。光ファイバ側のＮｉ層は、Ａｕの石英に対する密着性を高めるために下地層として形成されているものである。

このようなレーザモジュール１は、図示しない外部からの電力の供給により、半導体レーザ素子４５からレーザ光が出力される。出力されるレーザ光の波長は、上述のように、例えば、９００ｎｍ帯とされる。出力されたレーザ光は、光ファイバ１０のコア１１に入力して、コア１１を伝播して、レーザモジュール１の外部に出力される。

なお、レーザ光が光ファイバ１０に入力するとき、レーザ光は、上述のようにコア１１に入力するが、光ファイバ１０の端面における屈折や、光ファイバ１０及び半導体レーザ素子４５における光軸のずれ等により、レーザ光の一部がクラッド１２に漏れ光として入力する場合がある。この場合、漏れ光は、主にクラッド１２を伝播して、光ファイバ１０がメタライズ層１５で被覆されている部分に到達して、漏れ光の少なくとも一部がメタライズ層１５に吸収され、熱に変換される。このとき生じる熱は、はんだ５０、ファイバマウント３０、及び、基台２０を介して、外部に放出される。

次にレーザモジュール１の製造方法について説明する。

図３は、図１のレーザモジュール１の製造方法の工程を示すフローチャートである。図３に示すように、レーザモジュール１の製造方法は、上述の光ファイバ１０及びレーザモジュール本体ＭＢを準備する準備工程Ｐ１と、光ファイバ１０を所定位置に配置する配置工程Ｐ２と、光ファイバ１０を光ファイバ用ハンドにより把持する把持工程Ｐ３と、光ファイバ１０が光ファイバ用ハンドで把持された状態で、光ファイバ１０を調心する調心工程Ｐ４と、光ファイバ１０をファイバマウント３０上にはんだ付けするはんだ付け工程Ｐ５と、を備える。

＜準備工程Ｐ１＞
まず、レーザモジュール本体ＭＢ、及び、光ファイバ１０を準備する。

レーザモジュール本体ＭＢの準備においては、まず、基台２０、ファイバマウント３０、レーザマウント４０、半導体レーザ素子４５を少なくとも準備する。ファイバマウント３０の準備においては、ファイバマウント３０の上面にボンディングパッド３３を設ける。ボンディングパッド３３は、蒸着法、スパッタ法、めっき法等の成膜加工により設ければ良い。

そして、ファイバマウント３０の下面を図示しないはんだにより基台２０にはんだ付けして、ファイバマウント３０を基台２０に固定する。

また、基台２０にレーザマウント４０を図示しないはんだによりはんだ付けして固定すると共に、レーザマウント４０上に半導体レーザ素子４５を図示しないはんだ材料により固定する。

なお、レーザモジュール本体ＭＢが、上述の図示しない筐体内に設けられる場合には、ファイバマウント３０及びレーザマウント４０が固定された基台２０を筐体の内面に固定する。また、基台２０と筐体が一体である場合には、ファイバマウント３０及びレーザマウント４０を基台２０としての筐体内に、上述の固定の方法と同様の方法により固定する。

光ファイバ１０の準備においては、クラッド１２が被覆層により被覆されている光ファイバを準備して、一方の端部から所定の長さだけ被覆層を剥離してクラッド１２を露出させる。次に、ボンディングパッド３３にはんだ付けされる領域と同等の長さのメタライズ層１５を設ける。このはんだ付けされる領域の長さは、図１に示すように光ファイバ１０がボンディングパッド３３にはんだ付けされる場合において、ボンディングパッド３３における光ファイバ１０の長手方向に沿った幅と同じと考えれば良い。従って、この場合には、メタライズ層１５の長さが、ボンディングパッド３３における光ファイバ１０の長手方向に沿った幅と同等の長さになるようにして、メタライズ層１５を設ければ良い。

メタライズ層１５は、上述のように、例えば、Ｎｉ層とＡｕ層との積層体である場合、めっき法により設けられることが好ましい。めっき法によれば、長さ方向に垂直な断面が円形である光ファイバ１０の側面に対して、より均一な厚さでメタライズ層１５を設けることができるためである。

こうして、一方の端部から所定距離クラッド１２が露出すると共に、露出したクラッド１２の外周面上の一部にメタライズ層１５が設けられた光ファイバ１０、及び、半導体レーザ素子４５と光ファイバ１０がマウントされるファイバマウント３０とを有するレーザモジュール本体ＭＢが準備される。

＜配置工程Ｐ２＞
次に、準備したファイバマウント３０上に、光ファイバ１０、及び、はんだ５０を配置する。

図４は、配置工程Ｐ２後の様子を示す図である。図４に示すように、本工程においては、ファイバマウント３０上のボンディングパッド３３上にメタライズ層１５が位置するように光ファイバ１０を配置する。また、レーザモジュール本体ＭＢが、図示しない筐体内に収められている場合、光ファイバ１０のクラッド１２が露出している部分が筐体内となるように、光ファイバ１０の一部を筐体外から筐体内に導入する。

こうして、メタライズ層１５がファイバマウント３０上の所定位置に配置されるように光ファイバ１０が配置される。

＜把持工程Ｐ３＞
次に光ファイバ１０を光ファイバ用ハンドで把持する。

図５は、この光ファイバ用ハンドの一部を示す図である。図５に示すように、光ファイバ用ハンド７０は、一対の支持部材７１Ｒ、７１Ｌ、及び、支持部材７１Ｒ、７１Ｌのそれぞれの表面上に設けられ、光ファイバ１０と接触する一対の接触部材７２Ｒ、７２Ｌを有する。

接触部材７２Ｒ、７２Ｌは、弾性変形可能で、さらに、半導体レーザ素子４５が出力する光の波長において、屈折率がクラッド１２の屈折率以上とされる。このような接触部材７２Ｒ、７２Ｌの材料としては、シリコン樹脂を挙げることができる。上述のようにクラッド１２が何らドーパントが添加されない純粋な石英から構成される場合、クラッド１２の屈折率は１．４５となるので、この場合、シリコン樹脂は、例えばハロゲン元素が含有されること、屈折率が１．４５以上に調整されれば良い。このようにシリコン樹脂は、屈折率の調整も容易であり、安価に入手できるため、接触部材７２Ｒ、７２Ｌがシリコン樹脂から構成されることにより、半導体レーザ素子４５から出力される光の波長や、この光の波長におけるクラッド１２の屈折率に応じて、適切な屈折率の接触部材を有する光ファイバ用ハンド７２Ｒ、７２Ｌを容易に準備し易い。また、それぞれの接触部材７２Ｒ、７２Ｌが、互いに対向するそれぞれの対向面には、光ファイバ１０が収容可能なように、断面における形状が略半円状の切り欠き７３Ｒ、７３Ｌが形成されている。但し、後述するように光ファイバ用ハンド７０で光ファイバ１０を把持して、光ファイバ１０が、切り欠き７３Ｒ、７３Ｌに収まる際、光ファイバ１０が不要に動かないように、切り欠き７３Ｒ、７３Ｌの外径は、光ファイバ１０のクラッド１２の外径よりも僅かに小さく形成されていることが好ましい。

それぞれの接触部材７２Ｒ、７２Ｌを支える支持部材７１Ｒ、７１Ｌは、然程変形することが無い材料から構成されている。また、一方の支持部材７１Ｌの接触部材７２Ｌが設けられる側は、互いに略垂直な２つの面を有しており、これらの面により矩形の切り欠き７５が形成されている。従って、接触部材７２Ｌは、この支持部材７１Ｌにおける互いに略垂直なそれぞれの面上において、薄く形成される部位Ｐａ、Ｐｂを有している。また、他方の支持部材７１Ｒの接触部材７２Ｒが設けられる側の面は、略平面の形状とされる。従って、接触部材７２Ｒは、薄く形成される部位Ｐｃを有している。この接触部材７２Ｒ、７２Ｌが薄く形成される部位Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃにおいては、接触部材７２Ｒ、７２Ｌが然程変形できない。このため、接触部材７２Ｒ、７２Ｌが、薄く形成される部位が３カ所形成されることで、後述のように光ファイバ１０を把持する際、光ファイバ１０が不安定になることが防止できる。

また、それぞれの支持部材７１Ｒ、７１Ｌは、光透過性の材料から形成されることが好ましく、更に支持部材７１Ｒ、７１Ｌの屈折率が、半導体レーザ素子４５から出力される光の波長において、接触部材７２Ｒ、７２Ｌの屈折率以上であることが好ましい。光透過性の支持部材７１Ｒ、７１Ｌを構成する材料としては、ガラス（石英）を挙げることができ、接触部材７２Ｒ、７２Ｌの屈折率以上である支持部材７１Ｒ、７１Ｌを構成する材料としては、ゲルマニウムが添加されたガラス（石英）を挙げることができる。また、支持部材７１Ｒ、７１Ｌが光透過性の材料である場合、支持部材７１Ｒ、７１Ｌの接触部材７２Ｒ、７２Ｌが設けられる側と反対側には、ステンレス等から成る光熱変換部材が設けられることが好ましい。この光熱変換部材は、図中において省略されている。このような部材が設けられることで、支持部材７１Ｒ、７１Ｌに伝播する光を熱に変換し、光が不要に放射されることを抑制することができる。なお、この光熱変換部材は、図中において省略されている。また、支持部材７１Ｒ、７１Ｌが光透過性を有しない場合、支持部材７１Ｒ、７１Ｌを構成する材料としては、セラミックやステンレスを挙げることができる。

本工程においては、それぞれの支持部材７１Ｒ、７１Ｌが図５において破線矢印で示す方向に図示しない機構により移動して、図６に示すように光ファイバ１０を把持する。具体的には、接触部材７２Ｒ、７２Ｌに形成された切り欠き７３Ｒ、７３Ｌ内に、クラッド１２が露出しているメタライズ層１５よりも半導体レーザ素子４５側（一方の端部側）が収容されて、クラッド１２が接触部材７２Ｒ、７２Ｌに接触するようにして、光ファイバ用ハンド７０で光ファイバ１０を挟み込み把持する。このとき、接触部材７２Ｒ、７２Ｌが弾性変形するため、光ファイバ１０が傷つくことが防止されつつも、支持部材７１Ｒ、７１Ｌは、然程変形しないため、光ファイバ１０は安定して把持される。さらに、シリコン樹脂は、ヤング率が高く、変形しても元に形状に戻る力が強いため、上述のように接触部材７２Ｒ、７２Ｌがシリコン樹脂から構成される場合、レーザモジュール１を多数製造するために多数回把持が行われる場合においても、光ファイバ用ハンド７０の劣化を低減することができる。

なお、本工程は、配置工程Ｐ２の前に行うことが可能な場合には、配置工程Ｐ２の前に行っても良く、配置工程Ｐ２の途中に行っても良い。例えば、レーザモジュール本体ＭＢが上述のように図示しない筐体内に収容されている場合、光ファイバ１０のクラッド１２が露出された部分を筐体内に導入して、次に、光ファイバ用ハンド７０により光ファイバ１０を把持し、その後、メタライズ層１５がボンディングパッド３３上に位置するように光ファイバ１０を配置すればよい。こうして、図６に示すように、メタライズ層１５がボンディングパッド３３上に位置して、光ファイバ１０が光ファイバ用ハンド７０により把持された状態となる。

＜調心工程Ｐ４＞
次に光ファイバ１０を調心する。

この調心においては、まず、光ファイバ１０の一方の端部と、半導体レーザ素子４５の出射部とが対向するように光ファイバ１０の位置を粗調整する。この調整は、光ファイバ用ハンド７０の位置を図７の実線矢印の様に動かして調整することにより行う。但し、この調整は、上述の配置工程中に行っても良い。また、この実線矢印で示された以外の方向にも動かす場合がある。

次に、図７において破線矢印で示すように、半導体レーザ素子４５から光を出力する。このときの光は、レーザモジュール１の使用時に半導体レーザ素子から出力される光と、同じ強度分布となる程度まで強度を高くする。この段階においては、光ファイバ１０の一方の端部と、半導体レーザ素子４５の出射部とが対向するように光ファイバ１０の位置が調整されているため、光は光ファイバ１０に入力する。しかし、この段階においては、一般に、光ファイバ１０は正確に調心されておらず、光が最も適切な状態でコア１１に入力しない。そこで、光ファイバ１０の他方の端部のコア１１から出力される光の強度を観察しながら、光ファイバ用ハンドの位置を微調整することで、光ファイバ１０の位置を微調整し、最も強度の高い光が光ファイバから出力される状態となるように、光ファイバ１０を調心する。こうすることで、半導体レーザ素子４５から出力される光が、光ファイバ１０のコア１１に最も適切に入力される状態とすることができる。

しかし、本工程の最中においては、半導体レーザ素子４５から出力される光が、光ファイバ１０のクラッド１２にも入力する。クラッド１２に入力した光は、クラッド１２を伝播して、光ファイバ用ハンド７０により把持されている部分まで到達する。上述のように、光ファイバ用ハンド７０の接触部材７２Ｒ、７２Ｌは、クラッド１２以上の屈折率であるため、クラッド１２を伝播して光ファイバ用ハンド７０により把持されている部分まで到達する光の少なくとも一部は、クラッド１２から接触部材７２Ｒ、７２Ｌに伝播する。こうして、クラッド１２を伝播する光は、光ファイバ１０から離れる。また、クラッド１２の光ファイバ用ハンド７０により把持されている部分を通過する光は、メタライズ層１５が設けられている部分に到達して、一部がメタライズ層１５に吸収されて熱になる。しかし、既に少なくとも一部の光が光ファイバ用ハンド７０に伝播しているため、メタライズ層１５で発生する熱量は少ない。

こうしてメタライズ層１５等に熱による損傷が与えられることが防止されて、光ファイバ１０は、調心される。

＜はんだ付け工程Ｐ５＞
次に、光ファイバ１０をボンディングパッドにはんだ付けする。

このはんだ付け工程は、上述の光ファイバ用ハンド７０で調心された光ファイバ１０の位置を固定して行う。まず、光ファイバ１０のメタライズ層１５に接触するように、ボンディングパッド３３上にはんだ５０を配置する。そして、このはんだ５０を加熱により溶融して、ボンディングパッド３３及びメタライズ層１５に付着させる。図８は、はんだ付け工程Ｐ５の様子を光ファイバ１０の長手方向に沿って見た図である。図８に示すように、はんだの加熱は、レーザ光Ｌの照射により行われる。レーザ光Ｌは、はんだ５０に直接照射されても良いが、はんだ５０が局所的に溶融したり、はんだ５０が変質することを防止する観点から、図８に示すようにファイバマウント３０に照射されることが好ましい。このようにファイバマウント３０にレーザ光Ｌが照射される場合、ファイバマウント３０における加熱された部分からの熱伝導により、ボンディングパッド３３が加熱されて、更にこの熱がはんだ５０に伝導して、はんだ５０が溶融する。

溶融したはんだ５０は、ボンディングパッド３３の露出している表面全体に濡れ広がり、ボンディングパッド３３に付着すると共に、光ファイバ１０のメタライズ層１５を巻き込むようにしてメタライズ層１５に濡れ広がり付着する。そして、レーザ光Ｌの照射が終了後に、溶融したはんだ５０が固化して、光ファイバ１０がファイバマウント３０に固定され、図１に示すレーザモジュール１を得る。

なお、本工程は、はんだ５０の酸化を防止する観点から不活性ガス雰囲気下において行うことが好ましい。

以上説明したように、本実施形態のレーザモジュール１の製造方法によれば、光ファイバ１０のクラッド１２と接触する接触部材７２Ｒ、７２Ｌが、半導体レーザ素子４５から出力する光の波長において、クラッド１２の屈折率以上であるため、クラッド１２から光ファイバ用ハンド７０に光が伝播し易い。そして、光ファイバ１０のメタライズ層１５よりも、半導体レーザ素子４５側を光ファイバ用ハンド７０で把持するため、半導体レーザ素子４５から出力する光が、光ファイバ１０の一端からクラッド１２に入力して伝播する場合においても、この光の少なくとも一部は、メタライズ層１５に到達する前にクラッド１２から光ファイバ用ハンド７０に伝播する。このため半導体レーザ素子４５から光ファイバ１０に高い強度の光を入力して、光ファイバ１０を調心する場合においても、メタライズ層１５の発熱を抑制することができる。従って、熱によるメタライズ層１５の酸化や光ファイバ１０の損傷を抑制することができ、信頼性の高いレーザモジュール１を製造することができる。

また、クラッド１２を伝播する光が光ファイバ用ハンド７０において熱に変換される場合においても、光ファイバ用ハンド７０が光ファイバ１０と接触する部分は光を透過するため、この熱は、光ファイバ１０と離れた場所において発生する。従って、光ファイバ用ハンド７０の発熱により光ファイバ１０が損傷することを抑制することができる。

以上、本発明について、実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。

例えば、光ファイバ用ハンド７０は、半導体レーザ素子４５から出力される光の波長において、光ファイバ１０と接触する接触部材の屈折率が、クラッド１２の屈折率以上である限りにおいて、適宜変形することができる。

次に、光ファイバ用ハンド７０の変形例について図９〜図１１を参照して詳細に説明する。なお、上記実施形態に対応する構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。

図９は、光ファイバ用ハンド７０の第１の変形例の構造を示す図である。本変形例の光ファイバ用ハンド７０ａは、それぞれの支持部材７１Ｒ、７１Ｌに、断面の形状が半円状の切り欠き７５Ｒ、７５Ｌが形成されている。そして、それぞれの接触部材７２Ｒ、７２Ｌは、この切り欠き７５Ｒ、７５Ｌを形成する支持部材７１Ｒ、７１Ｌの対向面上に一定の厚さで形成されており、上記実施形態と同様の略半円状の切り欠き７３Ｒ、７３Ｌが形成されている。このような光ファイバ用ハンド７０ａによれば、接触部材７２Ｒ、７２Ｌが、一定の厚さであるため、光ファイバ１０を把持する際において、接触部材から光ファイバ１０にかかる力を均等にすることができる。

図１０は、光ファイバ用ハンド７０の第２の変形例の構造を示す図である。本変形例の光ファイバ用ハンド７０ｂは、それぞれの支持部材７１Ｒ、７１Ｌは、上記実施形態と同様の構成であり、それぞれの支持部材７１Ｒ、７１Ｌが、上記実施形態のそれぞれの接触部材７２Ｒ、７２Ｌを兼ねている形態である。従って、本変形例においては、接触部材が弾性変形しない。このような形態の光ファイバ用ハンド７０ｂにおいては、光ファイバ１０を把持する際、光ファイバ１０と接触部材との接触面積が少ないが、光ファイバ１０と接触部材とが接触している部分において、クラッド１２を伝播する光が、光ファイバ用ハンド７０ｂに伝播する。本変形例の光ファイバ用ハンド７０ｂによれば、接触部材が弾性変形しないため、光ファイバを安定して把持することができる。

図１１は、光ファイバ用ハンド７０の第３の変形例の構造を示す図である。本変形例の光ファイバ用ハンド７０ｃは、それぞれの支持部材７１Ｒ、７１Ｌは、上記第１の変形例と略同様の構成であるが、半円状のそれぞれの切り欠き７５Ｒ、７５Ｌの直径が、光ファイバ１０のクラッドの外径と同様とされる。そして、それぞれの支持部材７１Ｒ、７１Ｌが、上記第１の変形例のそれぞれの接触部材７２Ｒ、７２Ｌを兼ねている。従って、本変形例においては、上記第２の変形例と同様に、接触部材が弾性変形しない。このような形態の光ファイバ用ハンド７０ｃによれば、接触部材が弾性変形しないため、光ファイバを安定して把持することができ、かつ、接触部材が光ファイバ１０のクラッド１２と広い面積で接触することができるため、効率良くクラッド１２を伝播する光が光ファイバ用ハンド７０ｃに伝播することができる。

また、上記実施形態において、光ファイバ用ハンドの接触部材が、部位Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃで、厚さがゼロとなり、これらの部位Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃにおいて、支持部材７１Ｒ、７１Ｌが露出していても良い。このように構成することで、更に安定して光ファイバ１０を把持することができる。

以上説明したように、本発明によれば、高い強度の光を出力する半導体レーザ素子が搭載される場合であっても、信頼性の高いレーザモジュールを製造することができるレーザモジュールの製造方法、及び、それに用いる光ファイバ用ハンドが提供され、ファイバレーザ装置に用いる励起光源等の製造に適用可能である。

１・・・レーザモジュール
１０・・・光ファイバ
１１・・・コア
１２・・・クラッド
１５・・・メタライズ層
２０・・・基台
３０・・・ファイバマウント
３３・・・ボンディングパッド
４０・・・レーザマウント
４５・・・半導体レーザ素子
５０・・・はんだ
７０、７０ａ、７０ｂ、７０ｃ・・・光ファイバ用ハンド
７１Ｒ、７１Ｌ・・・支持部材
７２Ｒ、７２Ｌ・・・接触部材
７３Ｒ、７３Ｌ・・・切り欠き
７５、７５Ｒ、７５Ｌ・・・切り欠き
ＭＢ・・・レーザモジュール本体
Ｐ１・・・準備工程
Ｐ２・・・配置工程
Ｐ３・・・把持工程
Ｐ４・・・調心工程
Ｐ５・・・はんだ付け工程

Claims (11)

1. 一方の端部から所定距離クラッドが露出すると共に、露出した前記クラッドの外周面上の一部にメタライズ層が設けられた光ファイバ、及び、半導体レーザ素子と前記光ファイバがマウントされるファイバマウントとを有するレーザモジュール本体、を準備する準備工程と、
   前記メタライズ層が前記ファイバマウント上の所定位置に配置されるように前記光ファイバを配置する配置工程と、
   前記光ファイバにおける前記メタライズ層よりも前記一方の端部側を光ファイバ用ハンドにより把持する把持工程と、
   前記光ファイバが前記光ファイバ用ハンドで把持された状態において、前記半導体レーザ素子から出力する光を前記光ファイバの前記一方の端部から入力して、前記光ファイバのコアに、この光が最も多く入力するように、前記光ファイバを調心する調心工程と、
   を備え、
   前記光ファイバ用ハンドにおける前記光ファイバと接触する接触部材の屈折率は、前記光の波長において、前記クラッドの屈折率以上である
   ことを特徴とするレーザモジュールの製造方法。
2. 前記半導体レーザ素子は、マルチモードで前記光を発振することを特徴とする請求項１に記載のレーザモジュールの製造方法。
3. 前記接触部材は、弾性変形することを特徴とする請求項１または２に記載のレーザモジュールの製造方法。
4. 前記接触部材は、シリコン樹脂から成ることを特徴とする請求項３に記載のレーザモジュールの製造方法。
5. 前記接触部材は、ガラスから成る支持部材上に設けられていることを特徴とする請求項３または４に記載のレーザモジュールの製造方法。
6. 前記支持部材の屈折率は、前記光の波長において、前記接触部材の屈折率以上とされることを特徴とする請求項5に記載のレーザモジュールの製造方法。
7. 半導体レーザ素子から出力される光が、光ファイバを介して出力されるレーザモジュールの製造に用いられる光ファイバ用ハンドであって、
   前記光ファイバと接触する接触部材の屈折率が、前記光の波長において、前記光ファイバのクラッドの屈折率以上である
   ことを特徴とする光ファイバ用ハンド。
8. 前記接触部材は、弾性変形することを特徴とする請求項７に記載の光ファイバ用ハンド。
9. 前記接触部材は、シリコン樹脂から成ることを特徴とする請求項８に記載の光ファイバ用ハンド。
10. 前記接触部材は、ガラスから成る支持部材上に設けられていることを特徴とする請求項８または９に記載の光ファイバ用ハンド。
11. 前記支持部材の屈折率は、前記光の波長において、前記接触部材の屈折率以上とされることを特徴とする請求項１０に記載の光ファイバ用ハンド。

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