JP2015090963A

JP2015090963A - レーザモジュール及びレーザ光生成方法

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Publication number: JP2015090963A
Application number: JP2013231285A
Authority: JP
Inventors: 洋平葛西; Yohei Kasai
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2013-11-07
Filing date: 2013-11-07
Publication date: 2015-05-11

Abstract

【課題】光ファイバを固定する接着材が発火して生じる重大事故を回避することができるレーザモジュールを提供する。【解決手段】レーザモジュール１は、内部にパッケージ内部空間Ｓが形成されたパッケージ筐体１０と、パッケージ内部空間Ｓに配置されたレーザ素子２０と、レーザ素子２０から発せられたレーザ光をパッケージ筐体１０の外部に伝搬する光ファイバ３０と、光ファイバ３０をパッケージ筐体１０に対して固定する接着材３５，３６と、パッケージ内部空間Ｓ内に設けられた有機物からなる燃焼部材５０とを備えている。燃焼部材５０の発火点は、接着材３５，３６の耐熱温度以上発火点未満となっている。【選択図】図２

Description

本発明は、レーザモジュールに係り、特にレーザ素子から発されたレーザ光を外部に出力するレーザモジュールに関するものである。

従来から、レーザ素子と、内部にレーザ素子を収容したパッケージ筐体と、レーザ素子から発せられたレーザ光をパッケージ筐体の外部に伝搬する光ファイバとを備えたレーザモジュールが知られている（例えば、特許文献１参照）。

図１は、このような従来のレーザモジュール５０１の一例を示す断面図である。図１に示すように、光ファイバ５３０の端部は接着材５３５によりフェルール５４０に固定されている。パッケージ筐体５１０の側壁５１１にはスリーブ５１５が形成されており、このスリーブ５１５の内部に上記フェルール５４０が挿入されている。フェルール５４０は接着材５３６によりスリーブ５１５内に固定されている。

パッケージ筐体５１０内には、半導体レーザ素子５２０から出射されたレーザ光を集束するレンズ５２６Ａ，５２６Ｂが配置されており、これらのレンズ５２６Ａ，５２６Ｂによりレーザ素子５２０から発せられたレーザ光は光ファイバ５３０の端部に集光されるようになっている。

このような従来のレーザモジュールにおいて、レーザ素子５２０からのレーザ光の漏れ光が、光ファイバ５３０を固定するために用いられている接着材５３５，５３６に照射されると光吸収により接着材５３５，５３６の温度が上昇する。何らかの原因で光軸ずれが生じて漏れ光のパワーが強くなると、最悪の場合、この接着材５３５，５３６が発火に至ることがある。また、接着材５３５，５３６が長期的に高温環境下に置かれると、漏れ光の吸収率が増加して発熱しやすくなる。そして、さらなる発熱がさらに吸収率を増加させるという負の循環に陥り、やはり最終的には接着材５３５，５３６の発火に至ることがある。

接着材５３５，５３６が発火する前にレーザ光を停止できれば、接着材５３５，５３６の発火を防ぐことができるが、接着材５３５，５３６から発火した状態でレーザ素子５２０からレーザ光が発せられ続けると、接着材５３５，５３６の周囲へ影響が広がり大規模な火災などの重大事故を招くおそれがある。

特開平７−２８７１３０号公報

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、光ファイバを固定する接着材が発火して生じる重大事故を回避して安全性を高めることができるレーザモジュールを提供することを目的とする。

また、本発明は、光ファイバを固定する接着材が発火して生じるレーザモジュールの重大事故を回避して安全性を高めることができるレーザ光生成方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様によれば、光ファイバを固定する接着材が発火して生じる重大事故を回避して安全性を高めることができるレーザモジュールが提供される。このレーザモジュールは、内部にパッケージ内部空間が形成されたパッケージ筐体と、上記パッケージ内部空間に配置されたレーザ素子と、上記レーザ素子から発せられたレーザ光を上記パッケージ筐体の外部に伝搬する光ファイバと、上記光ファイバを上記パッケージ筐体に対して固定する接着材と、上記パッケージ内部空間内に設けられた有機物からなる燃焼部材とを備えている。上記燃焼部材の発火点は、上記接着材の耐熱温度以上発火点未満である。

本発明の第２の態様によれば、光ファイバを固定する接着材が発火して生じるレーザモジュールの重大事故を回避して安全性を高めることができるレーザ光生成方法が提供される。このレーザ光生成方法では、パッケージ筐体内に形成されたパッケージ内部空間に配置されたレーザ素子からレーザ光を出射して、該レーザ光を上記パッケージ筐体に接着材により固定された光ファイバに入射させて上記パッケージ筐体の外部に伝搬させる。発火点が上記接着材の耐熱温度以上発火点未満である有機物からなる燃焼部材を上記パッケージ内部空間に設ける。上記燃焼部材が接着材の耐熱温度以上発火点未満の温度に達した場合に、上記燃焼部材を燃焼させて燃焼により生じた燃焼ガス又は微粒子を上記レーザ素子に付着させて該レーザ素子の機能を停止させる。

ここで、上記接着材に接触するように上記燃焼部材を取り付けることが好ましい。また、上記光ファイバを保持するフェルールに接触するように上記燃焼部材を取り付けることが好ましい。また、上記レーザ素子に対して上記光ファイバ側の位置に上記燃焼部材を取り付けることが好ましい。

本発明によれば、レーザ光の漏れ光の照射や高温下での長期的な使用により接着材の温度が上昇してその耐熱温度を超えると、接着材が発火温度に達する前に燃焼部材が燃焼する。この燃焼により生じた燃焼ガスや微粒子の一部がレーザ素子の端面に付着し、レーザ素子の端面に光学損傷が生じてレーザ発振が停止する。したがって、接着材の温度が上昇して発火する前にレーザ発振を停止させることができるので、大規模な火災といった重大事故を回避して安全性を高めることができる。

従来のレーザモジュールの一例を断面図である。本発明の第１の実施形態におけるレーザモジュールを模式的に示す断面図である。本発明の第２の実施形態におけるレーザモジュールを模式的に示す断面図である。本発明の第３の実施形態におけるレーザモジュールを模式的に示す断面図である。

以下、本発明に係るレーザモジュールの実施形態について図２から図４を参照して詳細に説明する。なお、図２から図４において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図２は、本発明の第１の実施形態におけるレーザモジュール１を模式的に示す断面図である。図２に示すように、本実施形態におけるレーザモジュール１は、側壁１１，１２と、下部壁１３と、上部壁１４とからなるパッケージ筐体１０を備えている。パッケージ筐体１０内には、壁１１，１２，１３，１４によりパッケージ内部空間Ｓが形成されている。このパッケージ内部空間Ｓには半導体レーザ素子２０が配置されている。なお、符号６０はパッケージ筐体１０を冷却するためのヒートシンクである。

また、レーザ素子２０に電力を供給するためのリード２２が、パッケージ筐体１０の側壁１２を貫通して設けられている。このリード２２はボンディングワイヤ２４によりレーザ素子２０に接続されている。

また、レーザモジュール１は、レーザ素子２０から発せられるレーザ光を外部に伝搬する光ファイバ３０を備えている。この光ファイバ３０の端部の周囲はフェルール４０により被覆されており、光ファイバ３０は接着材３５によりフェルール４０に保持及び固定されている。この接着材３５としては、例えば、米国のEpoxy Technology社から入手可能なEPO-TEK 353NDを用いることができる。

パッケージ筐体１０の側壁１１にはスリーブ１５が形成されており、このスリーブ１５の内部に上記フェルール４０が挿入されている。このフェルール４０は接着材３６によりスリーブ１５内に固定されている。この接着材３６としては、例えば、上述したEPO-TEK 353NDを用いることができる。

フェルール４０は、接着材３５や接着材３６からの熱を伝えやすい材料からなることが好ましい。このような熱伝導性の良い材料として、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス鋼などを用いることができる。また、接着材３５や接着材３６からの伝熱性を考慮すると、フェルール４０の厚さは約０．５ｍｍ〜約３ｍｍであることが好ましい。さらに、フェルール４０は、使用する光の波長に対する吸収率が高い材料からなることが好ましい。例えば、近赤外光を使用する場合であれば、近赤外光に対する吸収率が比較的高い材料としてニッケルやステンレス鋼などを用いることができる。

パッケージ筐体１０のパッケージ内部空間Ｓにはレンズ２６Ａ，２６Ｂが配置されており、これらのレンズ２６Ａ，２６Ｂによりレーザ素子２０から発せられたレーザ光が、光ファイバ３０の端部に集光されるようになっている。

図２に示すように、パッケージ筐体１０のパッケージ内部空間Ｓには有機物からなる燃焼部材５０が設けられている。本実施形態では、燃焼部材５０は、側壁１１の内面に取り付けられており、フェルール４０及び接着材３６に接触するように光ファイバ３０の端部近傍に配置される。

この燃焼部材５０は、接着材３５又は接着材３６の耐熱温度（例えば１００℃〜２００℃）以上発火点（例えば５００℃）未満の発火点を有する有機物質からなる。このような燃焼部材５０としては、例えば、ドイツ連邦共和国のPanacol-Elosol社から入手可能なVitralit UC 1609などのシリカフィラー含有エポキシ樹脂を用いることができるが、これに限られるものではない。

このような構成において、レーザ素子２０から発せられたレーザ光は、レンズ２６Ａ，２６Ｂにより光ファイバ３０の端部に集光され、光ファイバ３０によりパッケージ筐体１０の外部に伝搬される。

このとき、レーザ光の漏れ光の照射や高温下での長期的な使用により接着材３５や接着材３６の温度が上昇してその耐熱温度を超えると、接着材３５，３６が発火温度（発火点）に達する前に燃焼部材５０が燃焼する。この燃焼により生じた燃焼ガスや微粒子の一部は、レーザ素子２０の端面に付着する。これによりレーザ素子２０の端面での光吸収が増し、端面の温度が上昇する。最終的には端面が溶融して光学損傷（catastrophic optical damage：ＣＯＤ）が生じてレーザ発振が停止する。このように、本実施形態では、接着材３５や接着材３６の温度が上昇しても、接着材３５や接着材３６が発火温度に達する前に燃焼部材５０を燃焼させてレーザ素子２０にＣＯＤを生じさせることができるので、大規模な火災といった重大事故を回避して安全性を高めることができる。

図３は、本発明の第２の実施形態におけるレーザモジュール１０１を模式的に示す断面図である。図３に示すように、本実施形態におけるレーザモジュール１０１では、フェルール４０がパッケージ筐体１０のパッケージ内部空間Ｓまで延出されており、フェルール４０の端部がパッケージ内部空間Ｓに設置された保持部１７０に保持されている。フェルール４０は接着材１３６により保持部１７０内に固定されている。この接着材１３６としては、例えば、上述したEPO-TEK 353NDを用いることができる。

パッケージ筐体１０のパッケージ内部空間Ｓには、保持部１７０とレーザ素子２０との間にレンズ１２６が配置されており、レーザ素子２０から発せられたレーザ光がレンズ１２６により光ファイバ３０の端部に集光されるようになっている。

本実施形態では、保持部１７０の側面に有機物からなる燃焼部材１５０が取り付けられており、この燃焼部材１５０はフェルール４０及び接着材１３６に接触するように配置されている。この燃焼部材１５０は、第１の実施形態における燃焼部材５０と同様に、接着材１３６，３５，３６の耐熱温度（例えば１００℃〜２００℃）以上発火点（例えば５００℃）未満の発火点を有する有機物質からなる。

本実施形態においても、レーザ光の漏れ光の照射や高温下での長期的な使用により接着材１３６，３５，３６の温度が上昇しても、接着材１３６，３５，３６が発火温度に達する前に燃焼部材１５０が燃焼してレーザ素子２０にＣＯＤを生じさせることができる。したがって、大規模な火災といった重大事故を回避して安全性を高めることができる。

図４は、本発明の第３の実施形態におけるレーザモジュール２０１を模式的に示す断面図である。図４に示すように、本実施形態におけるレーザモジュール２０１は、第１の実施形態における燃焼部材５０をパッケージ筐体１０の上部壁１４の下面に取り付けたものである。このように、燃焼部材５０をパッケージ内部空間Ｓのどの位置に設けてもよい。

ここで、レーザ素子２０に対して光ファイバ３０の反対側（例えば側壁１２）ではレーザ光による発熱が生じにくいため、接着材３５，３６の温度に対する反応性を高めるために、レーザ素子２０に対して光ファイバ３０側に燃焼部材５０を取り付けることが好ましい。なお、ヒートシンク６０が取り付けられる下部壁１３の温度は接着材３５，３６の温度に対して低くなるので、燃焼部材５０を下部壁１３ではなく、側壁１１や上部壁１４に取り付けることが好ましい。

また、接着材３５又は接着材３６の温度に対する反応性をさらに高めるためには、接着材３５又は接着材３６に接触するように燃焼部材５０を取り付けることが好ましい。この場合において、燃焼部材５０が直接接着材３５や接着材３６に接触している必要はなく、他の部材を介して間接的に接触していてもよい。

なお、第２の実施形態においても、本実施形態と同様に、パッケージ筐体１０の上部壁１４の下面やその他の場所に燃焼部材１５０を取り付けてもよい。

上述した実施形態では、光ファイバ３０がフェルール４０を介してスリーブ１５や保持部１７０に固定されている例を説明したが、これに限られず、光ファイバ３０を直接接着材によりパッケージ筐体１０に固定しているレーザモジュールに対しても本発明を適用することができる。

これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

１レーザモジュール
１０パッケージ筐体
１１側壁
１２側壁
１３下部壁
１４上部壁
１５スリーブ
２０半導体レーザ素子
２６Ａレンズ
２６Ｂレンズ
３０光ファイバ
３５接着材
３６接着材
４０フェルール
５０燃焼部材
６０ヒートシンク
１０１レーザモジュール
１２６レンズ
１５０燃焼部材
１７０保持部
２０１レーザモジュール
Ｓパッケージ内部空間

Claims

内部にパッケージ内部空間が形成されたパッケージ筐体と、
前記パッケージ内部空間に配置されたレーザ素子と、
前記レーザ素子から発せられたレーザ光を前記パッケージ筐体の外部に伝搬する光ファイバと、
前記光ファイバを前記パッケージ筐体に対して固定する接着材と、
前記パッケージ内部空間内に設けられた有機物からなる燃焼部材であって、発火点が前記接着材の耐熱温度以上発火点未満である燃焼部材と、
を備えたことを特徴とするレーザモジュール。
前記燃焼部材は、前記接着材に接触するように取り付けられてい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。
前記光ファイバを保持するフェルールをさらに備え、
前記燃焼部材は、前記フェルールに接触するように取り付けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザモジュール。
前記燃焼部材は、前記レーザ素子に対して前記光ファイバ側の位置に取り付けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のレーザモジュール。
パッケージ筐体内に形成されたパッケージ内部空間に配置されたレーザ素子からレーザ光を出射して、該レーザ光を前記パッケージ筐体に接着材により固定された光ファイバに入射させて前記パッケージ筐体の外部に伝搬させるレーザ光生成方法であって、
発火点が前記接着材の耐熱温度以上発火点未満である有機物からなる燃焼部材を前記パッケージ内部空間に設け、
前記燃焼部材が前記接着材の耐熱温度以上発火点未満の温度に達した場合に、前記燃焼部材を燃焼させて燃焼により生じた燃焼ガス又は微粒子を前記レーザ素子に付着させて該レーザ素子の機能を停止させる、
ことを特徴とするレーザ光生成方法。
前記接着材に接触するように前記燃焼部材を取り付けることを特徴とする請求項５に記載のレーザ光生成方法。
前記光ファイバを被覆するフェルールに接触するように前記燃焼部材を取り付けることを特徴とする請求項５又は６に記載のレーザ光生成方法。
前記レーザ素子に対して前記光ファイバ側の位置に前記燃焼部材を取り付けることを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載のレーザ光生成方法。