JP2014175486A

JP2014175486A - 光学モジュール

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Publication number: JP2014175486A
Application number: JP2013047098A
Authority: JP
Inventors: Maiko Ariga; 麻衣子有賀; Yuta Ishige; 悠太石毛
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2013-03-08
Filing date: 2013-03-08
Publication date: 2014-09-22

Abstract

【課題】光学素子間の光学結合路に接着剤が入り込むことが防止された光学モジュールを提供すること。
【解決手段】基台と、前記基台に載置された第１光学素子と、前記基台に接着剤によって接着され、前記第１光学素子と光学結合する第２光学素子と、を備え、前記第２光学素子は、表面が粗面化された粗面接着領域を有し、前記粗面接着において前記基台に接着されている光学モジュール。好ましくは、前記第２光学素子は、前記第１光学素子の載置領域を挟んだ位置で前記基台に接着される２以上の前記粗面接着領域を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学モジュールに関するものである。

複数の光学素子をモジュール化した光学モジュールとして、たとえば半導体レーザモジュールが開示されている（たとえば特許文献１〜３）。特許文献１〜３に開示される半導体レーザモジュールは、半導体レーザ素子と光学結合するレンズを、半導体レーザ素子が載置された基台に樹脂性の接着剤で接着固定した構造を有する。

ここで、レンズを接着固定する接着剤が半導体レーザ素子のレーザ光出力端側に流れ込み、光学結合路に入り込むと、レンズを介して出力されるレーザ光の強度が減衰したり、レーザ光のエネルギーによって接着剤が焼損等の劣化をしたりするという問題がある。この問題を解決するために、特許文献１〜３では、接着領域と半導体レーザ素子との間に切り欠きを設けたり、接着領域を半導体レーザ素子の両側面の位置としたりしている。

特開２００４−２１４３２６号公報特開２００４−０８７７７６号公報特開２００４−０８７７７４号公報

上述したように、光学結合する２つの光学素子間の光学結合路に接着剤が入り込むと、光の強度の減衰や接着剤の劣化という問題が発生する。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光学素子間の光学結合路に接着剤が入り込むことが防止された光学モジュールを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光学モジュールは、基台と、前記基台に載置された第１光学素子と、前記基台に接着剤によって接着され、前記第１光学素子と光学結合する第２光学素子と、を備え、前記第２光学素子は、表面が粗面化された粗面接着領域を有し、前記粗面接着において前記基台に接着されていることを特徴とする。

また、本発明に係る光学モジュールは、上記発明において、前記第２光学素子は、前記第１光学素子の載置領域を挟んだ位置で前記基台に接着される２以上の前記粗面接着領域を有することを特徴とする。

また、本発明に係る光学モジュールは、上記発明において、前記粗面接着領域の表面粗さの算術平均粗さＲａは０．５μｍより大きいことを特徴とする。

また、本発明に係る光学モジュールは、上記発明において、前記粗面接着領域の表面粗さの最大高さＲｚは０．２μｍより大きいことを特徴とする。

また、本発明に係る光学モジュールは、上記発明において、前記粗面接着領域の面積は１ｍｍ^２以下であることを特徴とする。

また、本発明に係る光学モジュールは、上記発明において、前記第１光学素子は半導体レーザ素子であることを特徴とする。

また、本発明に係る光学モジュールは、上記発明において、前記第２光学素子はレンズであることを特徴とする。

本発明によれば、光学素子間の光学結合路に接着剤が入り込むことが防止されるという効果を奏する。

図１は、実施の形態に係る半導体レーザモジュールの模式的な斜視図である。図２は、図１に示す半導体レーザモジュールの要部平面図である。図３は、図１に示すシリンドリカルレンズを半導体レーザ素子側から見た図である。図４は、シリンドリカルレンズの粗面接着領域に接着剤を塗布する工程を説明する図である。図５は、別の態様のシリンドリカルレンズの粗面接着領域に接着剤を塗布する工程を説明する図である。

以下に、図面を参照して本発明に係る光学モジュールの実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する構成要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各層の厚さや厚さの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。

（実施の形態）
図１は、本発明に係る光学モジュールの実施の形態である半導体レーザモジュールの模式的な斜視図である。図２は、図１に示す半導体レーザモジュールの要部平面図である。図１、２に示すように、この半導体レーザモジュール１０は、基台１と、第１光学素子としての半導体レーザ素子２と、第２光学素子としてのシリンドリカルレンズ３と、を備えている。

基台１は、半導体レーザ素子２を載置し、かつシリンドリカルレンズ３が接着固定されるものである。基台１は、半導体レーザ素子２の動作時の発熱を放熱するために、たとえば熱伝導率が１７０Ｗ／ｍ・Ｋと高い窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなるが、アルミナ、ガラス、シリコンなどの他の材料からなるものでもよい。

半導体レーザ素子２は、基台１に載置されており、不図示の電源装置から駆動電流を供給されて、たとえば光通信の分野で用いられる９８０ｎｍ波長帯、１４８０ｎｍ波長帯、１５５０ｎｍ波長帯などに含まれる波長のレーザ光Ｌを光出力端面２ａから出力する。

シリンドリカルレンズ３は、半導体レーザ素子２の光出力端面２ａと同じ側の面である基台１の側面１ａに接着剤４によって接着されている。シリンドリカルレンズ３は、半導体レーザ素子２と光学結合しており、半導体レーザ素子２から出力されたレーザ光Ｌを略円形のビーム形状に集光またはコリメートし、不図示の光ファイバ等の光学素子に光学結合させる。

接着剤４は、たとえばエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、またはシリコーン樹脂等であって、その硬化特性としては、紫外線硬化性、可視光硬化性、熱硬化性、紫外線および熱のハイブリッド硬化性、可視光および熱のハイブリッド硬化性等であるが、特に限定はされない。

図３は、シリンドリカルレンズ３を半導体レーザ素子２側から見た図である。シリンドリカルレンズ３は、表面が粗面化された２つの円形の粗面接着領域３ａ、３ａを有している。そして、図２にも示すように、シリンドリカルレンズ３は、粗面接着領域３ａ、３ａにおいて基台１に接着されている。なお、粗面接着領域３ａ、３ａは、シリンドリカルレンズ３を基台１に接着したときに、基台１において半導体レーザ素子２が載置される領域を挟んだ位置となるように形成されている。その結果、シリンドリカルレンズ３は、半導体レーザ素子２の載置領域を挟んだ位置で基台１に接着される。

なお、粗面接着領域３ａ、３ａについて、基台１において半導体レーザ素子２が載置される領域を挟んだ位置とは、シリンドリカルレンズ３と半導体レーザ素子２との光学結合路、すなわち、レーザ光Ｌの進路を含む仮想的な面を挟んで、粗面接着領域３ａ、３ａが位置することを意味する。このような仮想面は、たとえば、図２においてはレーザ光Ｌの進路を示す矢線を含み、かつ紙面に垂直な面である。また、このような仮想面からの２つの粗面接着領域３ａ、３ａの距離は等しいことが好ましい。

ここで、図４は、シリンドリカルレンズ３を基台１に接着固定する際に、粗面接着領域３ａ、３ａに接着剤４を塗布する工程を説明する図である。粗面接着領域３ａ、３ａに接着剤４を塗布すると、接着剤４はその流動性によってシリンドリカルレンズ３の表面に広がる。このとき、接着剤４は表面が粗面化された粗面接着領域３ａ、３ａに偏在しやすいので、接着剤４は粗面接着領域３ａ、３ａの外の領域にはほとんど広がらない。その結果、接着剤４は、シリンドリカルレンズ３と半導体レーザ素子２とが光学結合する領域であって、レーザ光Ｌが透過するべき領域３ｂまで広がらない。

つぎに、接着剤４の塗布後にシリンドリカルレンズ３を基台１に当接し、所定の硬化工程を行うことによって、シリンドリカルレンズ３が基台１に接着固定される。このような工程によって、シリンドリカルレンズ３と半導体レーザ素子２との間の光学結合路に接着剤４が入り込むことが防止された半導体レーザモジュール１０を製造することができる。

なお、接着剤４が粗面接着領域３ａ、３ａの外の領域にはほとんど広がらないことによって、シリンドリカルレンズ３を基台１に当接する作業時に、シリンドリカルレンズ３を保持する作業ハンドに接着剤４が付着するおそれがなくなる。そのため、作業性が向上する。

接着剤４は、たとえば粘度が、２０〜１５０,０００ｍＰａ・ｓ（２５℃）のものを適宜使用することができる。好ましい粗面接着領域３ａ、３ａの表面粗さの程度については、接着剤４の粘度や接着剤４の材質とシリンドリカルレンズ３の材料との関係等に応じて、接着剤４が粗面接着領域３ａ、３ａの外の領域にほとんど広がらないような値にすればよい。好ましい粗面接着領域３ａ、３ａの表面粗さとしては、たとえばＪＩＳＢ０６０１：２０００で規定される表面粗さの最大高さＲｚが０．２μｍより大きいことが好ましく、算術平均粗さＲａが０．５μｍより大きいことがより好ましい。

また、シリンドリカルレンズ３に粗面接着領域３ａ、３ａを形成する方法は特に限定されないが、たとえばシリンドリカルレンズ３をプレス加工で成型する場合は、プレス加工時に所望の型を用いることで粗面接着領域３ａ、３ａを有するシリンドリカルレンズ３を作製することができる。または、シリンドリカルレンズにヤスリ等により機械的加工を施したり、エッチングにより化学的加工を施したりすることによって、粗面接着領域を形成してもよい。

なお、シリンドリカルレンズ３において、粗面接着領域３ａ、３ａの面積や形状によって接着剤４が広がる面積、形状をより精密に制御することができる。これによって、基台１とシリンドリカルレンズ３との接着面積、接着面形状をより精密に制御することができる。したがって、基台１とシリンドリカルレンズ３との接着強度を制御、管理しやすい。また、接着剤４の粗面接着領域３ａ、３ａへの供給量を制御することによって、接着剤４の塗布厚さもより精密に制御できる。その結果、シリンドリカルレンズ３によるレーザ光Ｌの集光焦点位置等の、光学結合の程度のばらつきも発生しにくい。

また、接着領域が複数あって、半導体レーザ素子２の載置領域を挟んだ位置にあるときは、接着領域間で接着剤の塗布厚さが異なると、半導体レーザ素子２の光軸とシリンドリカルレンズの光軸とが傾斜し、所望のレーザ光Ｌの焦点位置やコリメート状態が得られない、すなわち所望の光学結合状態が得られない場合がある。しかしながら、この半導体レーザモジュール１０では、２つの粗面接着領域３ａ、３ａに対する接着剤４の塗布厚さをより精密に制御して厚さの差を減少させることができるので、半導体レーザ素子２とシリンドリカルレンズ３との光学結合状態をより精密に制御できる。これによって、所望の光学結合状態の実現がより容易である。

また、粗面接着領域３ａ、３ａの面積については、たとえばシリンドリカルレンズ３の大きさや重さ、シリンドリカルレンズ３に要求される接着強度などによって適宜設定されるが、たとえば１ｍｍ^２以下でよく、０．０２５ｍｍ^２（０．５ｍｍ角）以上が実用的である。

以上説明したように、本実施の形態に係る半導体レーザモジュール１０は、半導体レーザ素子２とシリンドリカルレンズ３と間の光学結合路に接着剤４が入り込むことが防止されたものである。

（シリンドリカルレンズの別の態様）
図５は、別の態様のシリンドリカルレンズの粗面接着領域に接着剤を塗布する工程を説明する図である。図５に示すシリンドリカルレンズ３Ａは、図１〜４に示すシリンドリカルレンズ３とは、表面が粗面化された粗面接着領域３Ａａ、３Ａａが矩形状である点が異なり、その他は同一である。

このシリンドリカルレンズ３Ａにおいても、粗面接着領域３Ａａ、３Ａａに接着剤４を塗布すると、粗面接着領域３Ａａ、３Ａａの外の領域にはほとんど広がらない。したがって、図１に示す半導体レーザモジュール１０において、シリンドリカルレンズ３をシリンドリカルレンズ３Ａに置き換えても、半導体レーザ素子２とシリンドリカルレンズ３Ａと間の光学結合路に接着剤４が入り込むことが防止される効果が発揮される。また、さらには、粗面接着領域３Ａａ、３Ａａが矩形状であることによって、接着面形状がシリンドリカルレンズ３Ａの形状（粗面接着領域３Ａａ、３Ａａが形成されている側面の形状）により即した形状となるため、基台１への接着強度をより高めることができる。

なお、上記実施の形態では、第１光学素子が半導体レーザ素子であり、第２光学素子がシリンドリカルレンズであるが、第１および第２光学素子は他の種類の光学素子でもよい。たとえば、第１光学素子はＬＥＤ等の半導体発光素子または受光素子などでも良い。第２光学素子は、第１光学素子と光学結合されるべき素子であればよく、たとえばロッドレンズ等の他の集光素子、プリズム、またはビームスプリッタなどでもよい。

また、上記実施の形態では、シリンドリカルレンズは、半導体レーザ素子の光出力端面と同じ側にある基台の側面に接着されているが、基台その他の側面、たとえば特許文献２、３のように、半導体レーザ素子の側面と同じ側にある基台の側面に、粗面接着領域において接着されていても、本発明の効果は発揮される。

また、粗面接着領域の数はＮ（Ｎは３以上の整数）あってもよいが、第１光学素子と第２光学素子との光学結合路から等距離であることが好ましく、それらが光学結合路を中心としてＮ回回転対称の位置にあることがより好ましい。

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１基台
１ａ側面
２半導体レーザ素子
２ａ光出力端面
３、３Ａシリンドリカルレンズ
３ａ、３Ａ粗面接着領域
３ｂ領域
４接着剤
１０半導体レーザモジュール
Ｌレーザ光

Claims

基台と、
前記基台に載置された第１光学素子と、
前記第１光学素子との間において前記基台に接着剤によって接着され、前記第１光学素子と光学結合する第２光学素子と、
を備え、前記第２光学素子は、表面が粗面化された粗面接着領域を有し、前記粗面接着において前記基台に接着されていることを特徴とする光学モジュール。
前記第２光学素子は、前記第１光学素子の載置領域を挟んだ位置で前記基台に接着される２以上の前記粗面接着領域を有することを特徴とする請求項１に記載の光学モジュール。
前記粗面接着領域の表面粗さの算術平均粗さＲａは０．５μｍより大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の光学モジュール。
前記粗面接着領域の表面粗さの最大高さＲｚは０．２μｍより大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の光学モジュール。
前記粗面接着領域の面積は１ｍｍ^２以下であることを特徴とする請求項求項１〜４のいずれか一つに記載の光学モジュール。
前記第１光学素子は半導体レーザ素子であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光学モジュール。
前記第２光学素子はレンズであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光学モジュール。