JP2019015769A - 光結合モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】光学素子数を低減でき、小型化できる光結合モジュール。【解決手段】半導体レーザ１ａの光をコリメートして第１コリメート光を出力するコリメートレンズ２ａ、半導体レーザ１ａの発光面と略直交する面に発光面が位置するように配置された半導体レーザ１ｂの光をコリメートして第２コリメート光を出力するコリメートレンズ２ｂ、半導体レーザ１ｂの発光面と対向する面に発光面が位置するように配置された半導体レーザ１ｃの光をコリメートして第３コリメート光を出力するコリメートレンズ２ｃ、第２コリメート光を第１コリメート光と平行方向へ反射させる第１反射面と第１反射面と直角な面で且つ第３コリメート光を第１コリメート光と平行方向へ反射させる第２反射面とを有する直角プリズムからなるプリズムミラー３、半導体レーザ１ａ〜１ｃを保持する筐体１０とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の光源からの光を結合して出力する光結合モジュールに関する。
光結合モジュールは、複数の光源の出射光を結合して同軸上に出射し、あるいは、１本の光ファイバに入射させる。光結合モジュールとしては、波長の違いを利用し波長選択性のある光学素子を用いた波長多重方式、ミラーやプリズムを用いた空間結合方式が採用されている。
小型の光結合モジュールでは、それぞれの光源からの光軸の方向を変えるミラーやプリズムの数及び大きさが、モジュール全体のサイズ、コスト、波長の制約に大きく影響する。
波長多重方式により、複数の光源からの光を結合する場合、各光源の波長に合わせた波長選択素子を使用する必要がある。このため、波長選択素子の数を減らすことは難しい。また、光源の波長の組み合わせによっては、複数の光源からの光を結合することはできない。
空間結合方式では、特許文献１，２に示すように、同一平面上に併設された複数の光源からそれぞれ出射されたレーザビームをコリメートレンズでコリメートした後、１個の集光レンズで集光している。
特開２００２−２０２４４２号公報 特開２００４−０７７７７９号公報
しかしながら、特許文献１，２に記載されたレーザ光源にあっては、各光源には外形サイズがあるため、各光源間の距離は外形サイズよりも小さくすることはできなかった。また、複数の光源を同一平面上で一方向に沿って併設しているため、各コリメート光を同軸上に揃えることができなかった。このため、集光レンズのサイズが大きくなり、光結合モジュールのサイズも大きくなっていた。
本発明の課題は、光学素子数を低減できるとともに、小型化することができる光結合モジュールを提供する。
本発明に係る光結合モジュールは、上記課題を解決するために、第１の半導体レーザと、前記第１の半導体レーザの光をコリメートして第１コリメート光を出力する第１レンズと、前記第１の半導体レーザの発光面と略直交する面に発光面が位置するように配置された第２の半導体レーザと、前記第２の半導体レーザの光をコリメートして第２コリメート光を出力する第２レンズと、前記第２の半導体レーザの発光面と対向する面に発光面が位置するように配置された第３の半導体レーザと、前記第３の半導体レーザの光をコリメートして第３コリメート光を出力する第３レンズと、前記第２コリメート光を前記第１コリメート光と平行方向へ反射させる第１反射面と、前記第１反射面と直角な面で且つ前記第３コリメート光を前記第１コリメート光と平行方向へ反射させる第２反射面とを有する直角プリズムからなるプリズムミラーと、第１半導体レーザ乃至第３の半導体レーザを保持する筐体とを備えることを特徴とする。
また、本発明に係る光結合モジュールは、前記プリズムミラーの上部空間を通過した前記第１コリメート光と、前記プリズムミラーから出射された前記第２コリメート光、前記第３コリメート光を集光してファイバに入射する集光レンズを備える。
本発明によれば、第１の半導体レーザに対して、第２の半導体レーザを略直交して配置し、第２の半導体レーザと第３の半導体レーザとを対向して配置させ、プリズムミラーにより、第２コリメート光を第１コリメート光と平行方向へ反射させ、第３コリメート光を第１コリメート光と平行方向へ反射させて、第１コリメート光乃至第３コリメート光をファイバに入射させる。
即ち、各コリメート光を同軸上に揃えることができるため、集光レンズのサイズを小さくできるから、光結合モジュールを小型化できる。また、プリズムミラーを用いることにより、光学素子数を低減できる。
本発明の実施例１の筐体に取り付けられた光結合モジュールの構成図である。 本発明の実施例１の光結合モジュールの詳細な構成図である。 本発明の実施例１の光結合モジュールの集光レンズへのコリメート光入射位置を示す図である。 本発明の実施例２の光結合モジュールの構成図である。 本発明の実施例２の光結合モジュールの集光レンズへのコリメート光入射位置を示す図である。 本発明の実施例３の光結合モジュールの構成図である。
以下、本発明の実施形態に係る光結合モジュールを図面を参照しながら詳細に説明する。
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１の光結合モジュールの構成を示す図である。この光結合モジュールは、レーザビームをファイバに結合した光結合モジュールであり、光結合モジュールが直方体からなる筐体１０に取り付けられている。
筐体１０の３つの側面１０Ａ〜１０Ｃには、半導体レーザ１ａ〜１ｃが取り付けられている。筐体１０の側面１０Ｄには、穴部１０ａが形成され、穴部１０ａを通して半導体レーザ１ａ〜１ｃからのレーザ光がファイバ５に入射される。
図２は、本発明の実施例１の光結合モジュールの詳細な構成図である。光結合モジュールは、半導体レーザ１ａ〜１ｃ、コリメートレンズ２ａ〜２ｃ、プリズムミラー３、集光レンズ４、ファイバ５を備えている。半導体レーザ１ａ〜１ｃの各々は、楕円ビームを出射する。
半導体レーザ１ａは、本発明の第１の半導体レーザに対応し、レーザ光をコリメートレンズ２ａに出射する。コリメートレンズ２ａは、本発明の第１レンズに対応し、半導体レーザ１ａに対向して配置され、半導体レーザ１ａのレーザ光をコリメートして第１コリメート光をプリズムミラー３の上部空間を通過させる。
半導体レーザ１ｂは、本発明の第２の半導体レーザに対応し、半導体レーザ１ａの発光面１ａｅと略直交する面に発光面１ｂｅが位置するように配置され、レーザ光をコリメートレンズ２ｂに出射する。コリメートレンズ２ｂは、本発明の第２レンズに対応し、半導体レーザ１ｂに対向して配置され、半導体レーザ１ｂのレーザ光をコリメートして第２コリメート光をプリズムミラー３の第１反射面３Ａに出射する。
半導体レーザ１ｃは、本発明の第３の半導体レーザに対応し、半導体レーザ１ｂの発光面１ｂｅと対向する面に発光面１ｃｅが位置するように配置され、レーザ光をコリメートレンズ２ｃに出射する。コリメートレンズ２ｃは、本発明の第３レンズに対応し、半導体レーザ１ｃに対向して配置され、半導体レーザ１ｃのレーザ光をコリメートして第３コリメート光をプリズムミラー３の第２反射面３Ｂに出射する。
プリズムミラー３は、コリメートレンズ２ｂとコリメートレンズ２ｃとの間で且つコリメートレンズ２ａと集光レンズ４との間に配置されている。プリズムミラー３は、第２コリメート光を第１コリメート光と平行方向へ反射させる第１反射面３Ａと、第１反射面３Ａと直角な面で且つ第３コリメート光を第１コリメート光と平行方向へ反射させる第２反射面３Ｂとを有する直角プリズムからなる。
また、半導体レーザ１ａ〜１ｃは、集光レンズ入射面における第１コリメート光のファスト軸方向に対して、第２コリメート光と第３コリメート光のファスト軸方向が同心円状にそれぞれ１２０度回転させた位置に配置されるように、筐体１０に取り付けられている。
次に、このように構成された実施例１の光結合モジュールの動作を説明する。まず、ファイバ５の配置面と対向する面に取り付けられた半導体レーザ１ａからの出射光は、ファスト軸方向が筐体１０の底面に対して平行な楕円形であり、コリメートレンズ２ａを通り、プリズムミラー３の上部空間を通過して、集光レンズ４に入射される。
半導体レーザ１ａに対して、半導体レーザ１ｂを略直交して配置し、半導体レーザ１ｂと半導体レーザ１ｃとを対向して配置し、第１コリメート光がプリズムミラー３の上部空間を通過し、第１反射面３Ａで第２コリメート光を第１コリメート光と平行方向へ反射させ、第２反射面３Ｂで第３コリメート光を第１コリメート光と平行方向へ反射させる。
そして、第１コリメート光乃至第３コリメート光を集光レンズ４で集光してファイバ５に入射させる。図３に、集光レンズ４へのコリメート光入射位置を示す。図３に示すように、集光レンズ４に入射される３つのコリメート光Ｃ１〜Ｃ３がレンズ中心から同心円上にそれぞれ１２０度回転させた位置となる。
即ち、各光の球面収差の影響を抑制でき、各コリメート光を同軸上に揃えることができるため、集光レンズ４のサイズを小さくできるから、光結合モジュールを小型化できる。また、プリズムミラー３を用いることにより、光学素子数を低減できる。
（実施例２）
図４は、本発明の実施例２の光結合モジュールの構成図である。実施例２の光結合モジュールでは、半導体レーザ１ａ〜１ｃが、集光レンズ入射面における第２コリメート光と第３コリメート光のファスト軸方向が平行で且つ第１コリメート光のファスト軸方向と直交するように、筐体１０に取り付けられる。
この場合には、図４に示すように、図２に示す半導体レーザ１ｂ，１ｃを、時計方向に３０度回転させた位置に設定する。図４に示す半導体レーザ１ｂの溝１１ｂ、半導体レーザ１ｃの溝１１ｃが、図２に示す半導体レーザ１ｂの溝１１ｂ、半導体レーザ１ｃの溝１１ｃに対して、時計方向に３０度回転している。
このため、図５に示すように、集光レンズ入射面における第２コリメート光Ｃ２ａと第３コリメート光Ｃ３ａのファスト軸方向が平行で且つ第１コリメート光Ｃ１のファスト軸方向と直交するように、配置される。
集光レンズ４の球面収差を考慮する必要がない場合には、実施例２の光結合モジュールの形態にすることで、さらに、集光レンズ４を小さくすることができる。
（実施例３）
図６は、本発明の実施例３の光結合モジュールの構成図である。実施例３の光結合モジュールは、実施例１，２の光結合モジュールに対して、集光レンズ４を削除したものである。図６に示すように、ファイバ５ａの直径がコリメート光Ｃ１〜Ｃ３に対して、十分に大きい場合には、集光レンズ４を削除して、プリズムミラー３からのレーザ光を直接、ファイバ５ａに入射させても良い。
このような場合には、集光レンズ４がなくなるので、小型化及び低コスト化を図ることができる。
本発明は、光結合モジュール等に適用可能である。
１ａ〜１ｃ 半導体レーザ
１ａｅ〜１ｃｅ 発光面
２ａ〜２ｃ コリメートレンズ
３ プリズムミラー
３Ａ 第１反射面
３Ｂ 第２反射面
４ 集光レンズ
５ ファイバ
１０ 筐体
１０Ａ〜１０Ｄ 筐体の側面
１０ａ 穴部
Ｃ１ 第１コリメート光
Ｃ２ 第２コリメート光
Ｃ３ 第３コリメート光

Claims (4)

  1. 第１の半導体レーザと、
    前記第１の半導体レーザの光をコリメートして第１コリメート光を出力する第１レンズと、
    前記第１の半導体レーザの発光面と略直交する面に発光面が位置するように配置された第２の半導体レーザと、
    前記第２の半導体レーザの光をコリメートして第２コリメート光を出力する第２レンズと、
    前記第２の半導体レーザの発光面と対向する面に発光面が位置するように配置された第３の半導体レーザと、
    前記第３の半導体レーザの光をコリメートして第３コリメート光を出力する第３レンズと、
    前記第２コリメート光を前記第１コリメート光と平行方向へ反射させる第１反射面と、前記第１反射面と直角な面で且つ前記第３コリメート光を前記第１コリメート光と平行方向へ反射させる第２反射面とを有する直角プリズムからなるプリズムミラーと、
    前記第１の半導体レーザ乃至第３の半導体レーザを保持する筐体と、
    を備えることを特徴とする光結合モジュール。
  2. 前記プリズムミラーの上部空間を通過した前記第１コリメート光と、前記プリズムミラーから出射された前記第２コリメート光、前記第３コリメート光を集光してファイバに入射する集光レンズを備えることを特徴とする請求項１記載の光結合モジュール。
  3. 前記各々のコリメート光は、楕円ビームからなり、
    前記第１の半導体レーザ乃至第３の半導体レーザは、前記集光レンズ入射面における前記第１コリメート光のファスト軸方向に対して、前記第２コリメート光と前記第３コリメート光のファスト軸方向が同心円状にそれぞれ１２０度回転させた位置に配置されるように、前記筐体に取り付けられていることを特徴とする請求項２記載の光結合モジュール。
  4. 前記各々のコリメート光は、楕円ビームからなり、
    前記第１の半導体レーザ乃至第３の半導体レーザは、前記集光レンズ入射面における前記第２コリメート光と前記第３コリメート光のファスト軸方向が平行で且つ前記第１コリメート光のファスト軸方向と直交するように、前記筐体に取り付けられていることを特徴とする請求項２記載の光結合モジュール。
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