JP3290888B2 - Laser length measuring device and manufacturing method thereof - Google Patents

Laser length measuring device and manufacturing method thereof

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JP3290888B2
JP3290888B2 JP13166496A JP13166496A JP3290888B2 JP 3290888 B2 JP3290888 B2 JP 3290888B2 JP 13166496 A JP13166496 A JP 13166496A JP 13166496 A JP13166496 A JP 13166496A JP 3290888 B2 JP3290888 B2 JP 3290888B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザのコー
ヒレンシ(可干渉性)を利用した位置決めセンサ、変位
センサ、マイクロマシンなどに使用されるレーザ測長器
およびその製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser measuring device used for a positioning sensor, a displacement sensor, a micromachine, and the like utilizing coherency of a semiconductor laser, and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】図17は従来のレーザ測長器(ジャーナ
ル オブ モダン オプティクス(Journal of Modern
Optics, Vol. 35, No. 6 (1988)993-1005,「Silicon-b
ased Integrated Optics Technology for Optical Sens
or Applications(シリコンをベースとした光センサの
集積技術)」))を示す図である。図に示すように、石
英系光導波路を有するSi基板21にレンズ23、ビー
ムスプリッタ24、位相シフタ25、ミラー26が設け
られ、Si基板21に半導体レーザ22およびホトダイ
オード28が外付けで接着実装され、測定対象物7まで
の距離Lを測定する。
2. Description of the Related Art FIG. 17 shows a conventional laser measuring device (Journal of Modern Optics).
Optics, Vol. 35, No. 6 (1988) 993-1005, "Silicon-b
ased Integrated Optics Technology for Optical Sens
or Applications (Silicon-based optical sensor integration technology))). As shown in the figure, a lens 23, a beam splitter 24, a phase shifter 25, and a mirror 26 are provided on a Si substrate 21 having a quartz optical waveguide, and a semiconductor laser 22 and a photodiode 28 are externally bonded and mounted on the Si substrate 21. , The distance L to the measurement object 7 is measured.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなレ
ーザ測長器においては、半導体レーザ22、ホトダイオ
ード28がSi基板21に外付けで接着実装されている
から、半導体レーザ22、ホトダイオード28を三次元
的に位置合わせする必要があるから、光導波路と半導体
レーザ22、ホトダイオード28との接続作業が困難で
あるので、製造が容易ではなく、また装置が大型とな
る。
However, in such a laser length measuring device, since the semiconductor laser 22 and the photodiode 28 are externally bonded and mounted on the Si substrate 21, the semiconductor laser 22 and the photodiode 28 are tertiary. Since it is necessary to originally perform alignment, it is difficult to connect the optical waveguide to the semiconductor laser 22 and the photodiode 28, so that manufacturing is not easy and the device becomes large.

【0004】本発明は上述の課題を解決するためになさ
れたもので、製造が容易であり、また小型であるレーザ
測長器およびその製造方法を提供することを目的とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and has as its object to provide a laser length measuring device which is easy to manufacture and small in size, and a method of manufacturing the same.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明においては、半導体レーザの出射光を測定対
象物に照射し、上記測定対象物からの反射、散乱光を検
出し、干渉光に基づいて上記測定対象物の移動量を測定
するレーザ側長器において、同一基板上に配置された、
第1、第2の端面から出射する半導体レーザと、少なく
とも2個のホトダイオードと、下部クラッド層、コア層
および上部クラッド層からなる第1〜第3の膜状光導波
路とを設け、上記第1の膜状光導波路の一端は上記半導
体レーザの上記第1の端面と光結合し、他端は上記測定
対象物に対向配置し、上記第2の膜状光導波路の一端は
上記半導体レーザの上記第2の端面と光結合し、中間に
は第1の間隙を設け、かつ上記第2の膜状光導波路は中
央を境にした上記第1の間隙の一方部は上記第1の間隙
の他方部に比して使用波長の(1/4+整数)倍の光路
長差を有するように形成し、上記第3の膜状光導波路は
上記第1の膜状光導波路および上記第2の膜状光導波路
と交差するように形成し、上記第2の膜状光導波路の上
記半導体レーザと光結合している端と反対側の端部ある
いは上記第3の膜状光導波路の上記第2の膜状光導波路
と交差している側の端部の少なくとも一方の端部に光結
合した2個のホトダイオードを設け、上記第1の膜状光
導波路と上記第3の膜状光導波路との交差部にはハーフ
ミラーの機能を持つ第1の溝を設け、上記第2の膜状光
導波路と上記第3の膜状光導波路との交差部にはハーフ
ミラーの機能を持つ第2の溝を設ける。
In order to achieve this object, according to the present invention, an object to be measured is irradiated with light emitted from a semiconductor laser, reflected and scattered light from the object is detected, and interference light is detected. In the laser-side elongate measuring the moving amount of the object to be measured based on the, disposed on the same substrate,
A semiconductor laser emitting from the first and second end faces, at least two photodiodes, and first to third film-shaped optical waveguides including a lower cladding layer, a core layer, and an upper cladding layer; One end of the film-shaped optical waveguide is optically coupled to the first end face of the semiconductor laser, the other end is disposed to face the object to be measured, and one end of the second film-shaped optical waveguide is connected to the semiconductor laser. Optically coupled to the second end face, a first gap is provided in the middle, and the second film-shaped optical waveguide is formed such that one part of the first gap bordering the center is the other of the first gap. The third film-shaped optical waveguide is formed so as to have an optical path length difference of (1 / + integer) times the used wavelength as compared with the portion, and the first film-shaped optical waveguide and the second film-shaped The semiconductor laser of the second film-shaped optical waveguide is formed so as to intersect with the optical waveguide. Two optically coupled to at least one of the end opposite to the coupled end or the end of the third film-shaped optical waveguide that intersects with the second film-shaped optical waveguide A first groove having a function of a half mirror is provided at an intersection of the first film-shaped optical waveguide and the third film-shaped optical waveguide, and the second film-shaped optical waveguide is A second groove having a function of a half mirror is provided at the intersection with the third film-shaped optical waveguide.

【0006】この場合、上記第1の膜状光導波路の中間
に第2の間隙を設け、上記第2の間隙の上記半導体レー
ザ側を凸円弧状に形成し、上記第2の膜状光導波路の中
間の第3の間隙を設け、上記第3の間隙の上記半導体レ
ーザ側を凸円弧状に形成する。
In this case, a second gap is provided in the middle of the first film optical waveguide, and the semiconductor laser side of the second gap is formed in a convex arc shape, and the second film optical waveguide is formed. Is provided, and the semiconductor laser side of the third gap is formed in a convex arc shape.

【0007】また、上記第1、第2の溝を周囲と異なる
屈折率の材料で満たす。
Further, the first and second grooves are filled with a material having a different refractive index from the surroundings.

【0008】また、上記第1の膜状光導波路の他端にシ
リンドリカルレンズを配設する。
Further, a cylindrical lens is provided at the other end of the first film-shaped optical waveguide.

【0009】また、上記第1〜第3の膜状光導波路の材
質をフッ素化ポリイミドあるいは石英系ガラスとする。
The material of the first to third film-shaped optical waveguides is fluorinated polyimide or quartz glass.

【0010】また、上記のレーザ測長器を製造する方法
において、Si基板、SiC基板またはAlN基板に上
記第1〜第3の膜状光導波路を形成したのち、半導体レ
ーザチップ、ホトダイオードチップの活性層の高さと上
記第1〜第3の膜状光導波路の上記コア層の中心の高さ
とをほぼ一致させて、上記半導体レーザチップ、上記ホ
トダイオードチップをボンディングする。
In the method of manufacturing a laser length measuring device, the first to third film-shaped optical waveguides are formed on a Si substrate, a SiC substrate or an AlN substrate, and then the semiconductor laser chip and the photodiode chip are activated. The semiconductor laser chip and the photodiode chip are bonded such that the height of the layer substantially coincides with the height of the center of the core layer of the first to third film-shaped optical waveguides.

【0011】また、上記のレーザ測長器を製造する方法
において、Si基板、SiC基板またはAlN基板に上
記ホトダイオードを形成し、上記第1〜第3の膜状光導
波路を形成したのち、半導体レーザチップの活性層の高
さと上記第1〜第3の膜状光導波路の上記コア層の中心
の高さとをほぼ一致させて、上記半導体レーザチップを
ボンディングする。
In the method for manufacturing a laser length measuring device, the photodiode is formed on a Si substrate, a SiC substrate or an AlN substrate, and the first to third film-shaped optical waveguides are formed. The semiconductor laser chip is bonded such that the height of the active layer of the chip is substantially equal to the height of the center of the core layer of the first to third film-shaped optical waveguides.

【0012】また、上記のレーザ測長器を製造する方法
において、同一基板上に上記半導体レーザ、上記ホトダ
イオードを形成したのち、上記第1〜第3の膜状光導波
路を上記半導体レーザの上記第1、第2の端面、上記ホ
トダイオードの受光端面を覆って形成する。
In the method of manufacturing a laser length measuring device, the semiconductor laser and the photodiode are formed on the same substrate, and then the first to third film-shaped optical waveguides are connected to the semiconductor laser. First, the second end face is formed so as to cover the light receiving end face of the photodiode.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】図1は本発明に係るレーザ測長器
を示す概略平面図、図2は図1のA−A拡大断面図、図
3は図1のB−B拡大断面図である。図に示すように、
GaAsからなる基板5555にモノリシックに半導体
レーザ1、半導体レーザ1と同じ断面構造であるホトダ
イオード2111、2112、2211、2212、2
221、2222、フッ素化ポリイミドからなる第1〜
第3の膜状光導波路31〜33が設けられ、膜状光導波
路31の一端は半導体レーザ1の第1の端面(エッチド
ミラー)11と光結合され、膜状光導波路31の他端は
測定対象物7に対向配置され、膜状光導波路32の一端
は半導体レーザの第2の端面(エッチドミラー)12と
光結合され、膜状光導波路33は膜状光導波路31およ
び膜状光導波路32と交差するように形成され、膜状光
導波路32の半導体レーザ1と光結合している端と反対
側の端部にホトダイオード2221、2222が光結合
され、膜状光導波路33の膜状光導波路31と交差して
いる側の端部にホトダイオード2211、2212が光
結合され、膜状光導波路33の膜状光導波路32と交差
している側の端部にホトダイオード2111、2112
が光結合されている。また、膜状光導波路31〜33は
それぞれ下部クラッド層3131、コア層3132、上
部クラッド層3133から構成され、膜状光導波路31
の他端にシリンドリカルレンズ4が配設され、シリンド
リカルレンズ4は縦方向すなわち基板5555と直角な
方向に広がった光ビームをほぼ平行光線にする。また、
膜状光導波路31、32に全反射ミラー1031、10
32が設けられ、また膜状光導波路32の中間には間隙
322が設けられ、膜状光導波路32の中央を境にして
間隙322の一方部は間隙322の他方部に比して使用
波長の(1/4+整数)倍の光路長差を有するように形
成されている。すなわち、大気中の波長をλ、整数をm
とすれば、間隙322の光路長差dは次式で表される。
FIG. 1 is a schematic plan view showing a laser length measuring device according to the present invention, FIG. 2 is an enlarged sectional view taken along line AA of FIG. 1, and FIG. 3 is an enlarged sectional view taken along line BB of FIG. is there. As shown in the figure,
The semiconductor laser 1 is monolithically mounted on a substrate 5555 made of GaAs, and the photodiodes 2111, 2112, 2211, 2212, and 2 have the same sectional structure as the semiconductor laser 1.
221, 2222, first to fluorinated polyimide
Third film optical waveguides 31 to 33 are provided. One end of the film optical waveguide 31 is optically coupled to the first end face (etched mirror) 11 of the semiconductor laser 1, and the other end of the film optical waveguide 31 is One end of the film optical waveguide 32 is optically coupled to the second end face (etched mirror) 12 of the semiconductor laser, and the film optical waveguide 33 is formed of the film optical waveguide 31 and the film optical waveguide 31. The photodiodes 2221 and 2222 are optically coupled to the end of the film-shaped optical waveguide 32 opposite to the end optically coupled to the semiconductor laser 1, and are formed so as to intersect with the optical waveguide 32. Photodiodes 2211 and 2212 are optically coupled to the end on the side intersecting with the optical waveguide 31, and the photodiodes 2111 and 2112 are provided on the end of the film optical waveguide 33 on the side intersecting with the film optical waveguide 32.
Are optically coupled. Each of the film-shaped optical waveguides 31 to 33 includes a lower clad layer 3131, a core layer 3132, and an upper clad layer 3133.
A cylindrical lens 4 is disposed at the other end of the lens, and the cylindrical lens 4 converts a light beam spread in a vertical direction, that is, a direction perpendicular to the substrate 5555, into a substantially parallel light beam. Also,
Total reflection mirrors 1031 and 1031 are provided on the film-shaped optical waveguides 31 and 32.
32, a gap 322 is provided in the middle of the film-shaped optical waveguide 32, and one end of the gap 322 with respect to the center of the film-shaped optical waveguide 32 has a wavelength of the used wavelength as compared with the other part of the gap 322. It is formed so as to have an optical path length difference of (1/4 + integer) times. That is, the wavelength in the atmosphere is λ, and the integer is m
Then, the optical path length difference d of the gap 322 is expressed by the following equation.

【0014】[0014]

【数1】d(n−1)={(1/4)+m}・λ 本実施の形態ではm=1を選んで光路長差d=1.94
μm(n:1.54)とした。また、膜状光導波路31
と膜状光導波路33との交差部の上部クラッド層313
3の一部に光の進行方向に対して角度を有する第1の溝
313がエッチングにより形成され、溝313はハーフ
ミラー51の機能を持ち、膜状光導波路32と膜状光導
波路33との交差部の上部クラッド層3133の一部に
光の進行方向に対して角度を有する第2の溝323がエ
ッチングにより形成され、溝323はハーフミラー52
の機能を持つ。そして、溝313、323は周囲と異な
る屈折率の材料で満たされている。なお、ハーフミラー
51、52の特性すなわち透過する光量と反射する光量
との比率は溝313、323の幅によって制御すること
ができ、溝313、323の幅を大きくすると反射率を
大きくすることができる。また、膜状光導波路31の中
間に第2の間隙311がエッチングにより設けられ、間
隙311の半導体レーザ1側が凸円弧状に形成され、膜
状光導波路32の中間に間隙322でもある第3の間隙
321が設けられ、間隙321の半導体レーザ1側が凸
円弧状に形成され、間隙311、321は横方向すなわ
ち基板5555と平行な方向に広がった光ビームをほぼ
平行光線にするレンズ機能を有する。そして、座標を図
1に示すようにレンズ形状先端を原点にしたX軸、Y軸
とし、間隙311(321)のレンズ形状を表わすパラ
メータをC、mとしたとき、間隙311(321)の形
状は次式で表せる2次曲線のパターン形状を有する。
## EQU1 ## d (n-1) = {(1/4) + m} .λ In this embodiment, m = 1 is selected and the optical path length difference d = 1.94.
μm (n: 1.54). Also, the film-shaped optical waveguide 31
Cladding layer 313 at the intersection of the optical waveguide 33 and the optical waveguide 33
A first groove 313 having an angle with respect to the light traveling direction is formed in a part of the groove 3 by etching, and the groove 313 has a function of the half mirror 51, and is formed between the film-shaped optical waveguide 32 and the film-shaped optical waveguide 33. A second groove 323 having an angle with respect to the traveling direction of light is formed in a part of the upper cladding layer 3133 at the intersection by etching, and the groove 323 is formed by the half mirror 52.
With the function of. The grooves 313 and 323 are filled with a material having a different refractive index from the surroundings. Note that the characteristics of the half mirrors 51 and 52, that is, the ratio between the amount of transmitted light and the amount of reflected light can be controlled by the width of the grooves 313 and 323, and the reflectance can be increased by increasing the width of the grooves 313 and 323. it can. Further, a second gap 311 is provided in the middle of the film-shaped optical waveguide 31 by etching, and the semiconductor laser 1 side of the gap 311 is formed in a convex arc shape. A gap 321 is provided, the semiconductor laser 1 side of the gap 321 is formed in a convex arc shape, and the gaps 311 and 321 have a lens function of converting a light beam spread in a lateral direction, that is, a direction parallel to the substrate 5555, into a substantially parallel light beam. Then, as shown in FIG. 1, when the coordinates are represented by the X axis and the Y axis with the origin of the lens shape as the origin, and the parameters representing the lens shape of the gap 311 (321) are C and m, the shape of the gap 311 (321) Has a quadratic curve pattern shape expressed by the following equation.

【0015】[0015]

【数2】Y=CX2/{1+√(1−C2mX2)} なお、第1の間隙と第3の間隙とを別の箇所に設けても
よい。また、半導体レーザ1は活性層4444を有して
おり、半導体レーザ1に表面オーミック電極82、裏面
オーミック電極83が設けられ、表面オーミック電極8
2に電極パッド81が接続されている。
Y = CX 2 / {1 + √ (1−C 2 mX 2 )} Note that the first gap and the third gap may be provided at different positions. The semiconductor laser 1 has an active layer 4444. The semiconductor laser 1 is provided with a front ohmic electrode 82 and a back ohmic electrode 83.
2 is connected to an electrode pad 81.

【0016】つぎに、図1〜図3に示したレーザ測長器
の動作について説明する。半導体レーザ1の電極パッド
81から電流を流し、表面オーミック電極82から裏面
オーミック電極83に電流を注入すると、半導体レーザ
1が発振し、半導体レーザ1の端面11、12の活性層
4444付近から光ビーム61、62が出射し、光ビー
ム61、62は膜状光導波路31、32を縦方向の束縛
を受けながら、横方向に広がりながら伝達していくが、
間隙311、321で光ビーム61、62はほぼ平行光
線となり、膜状光導波路32を通過する光ビーム62は
間隙322によって膜状光導波路32の中心を境に左と
右とがお互いに90度の位相差を有する光ビームになっ
て伝達していく。その後、光ビーム62はハーフミラー
52により光ビーム621、622に分光され、光ビー
ム61はハーフミラー51により光ビーム611、61
2に分光され、光ビーム611は膜状光導波路31の外
部に出射して、外部の反射率の高い測定対象物7に当た
ったのち、再び膜状光導波路31に入射し、入射した光
ビーム611の一部はハーフミラー51で反射し、反射
した光ビーム6111はハーフミラー52により光ビー
ム61111、61112に分光され、ハーフミラー5
2を透過した光ビーム61111はホトダイオード21
11、2112に受光され、光ビーム622もホトダイ
オード2111、2112に受光され、光ビーム612
はホトダイオード2211、2212に受光される。ま
た、ハーフミラー52で反射した光ビーム61112は
ホトダイオード2221、2222に受光され、光ビー
ム621もホトダイオード2221、2222に受光さ
れる。そして、測定対象物7の変位(移動)にともない
ホトダイオード2111、2112には図4に示すよう
な位相が90度異なった正弦波曲線IA、IBが得られる
が、厳密にいえば間隙322により位相が正確に90度
異なる光路長差dを形成することは困難であり、誤差δ
が発生する。しかし、ホトダイオード2111とホトダ
イオード2112との信号の差と和を比較することによ
り必ず位相が90度異なった信号を得ることができるか
ら、変位の測定精度を0.1μm以下にすることができ
る。
Next, the operation of the laser measuring device shown in FIGS. 1 to 3 will be described. When a current flows from the electrode pad 81 of the semiconductor laser 1 and a current is injected from the front ohmic electrode 82 to the back ohmic electrode 83, the semiconductor laser 1 oscillates and a light beam is emitted from the vicinity of the active layer 4444 on the end faces 11 and 12 of the semiconductor laser 1. 61 and 62 are emitted, and the light beams 61 and 62 are transmitted while spreading in the horizontal direction while being constrained in the film-shaped optical waveguides 31 and 32 in the vertical direction.
The light beams 61 and 62 become substantially parallel light beams in the gaps 311 and 321, and the left and right sides of the light beam 62 passing through the film-shaped optical waveguide 32 are 90 degrees from the center of the film-shaped optical waveguide 32 by the gap 322. And transmitted as a light beam having a phase difference of Thereafter, the light beam 62 is split into the light beams 621 and 622 by the half mirror 52, and the light beam 61 is split into the light beams 611 and 61 by the half mirror 51.
2, the light beam 611 is emitted to the outside of the film-shaped optical waveguide 31, and hits the measurement object 7 having high external reflectance. Then, the light beam 611 is again incident on the film-shaped optical waveguide 31. A part of the light beam 611 is reflected by the half mirror 51, and the reflected light beam 6111 is split into light beams 61111 and 61112 by the half mirror 52,
The light beam 61111 transmitted through the photodiode 21
11 and 2112, the light beam 622 is also received by the photodiodes 2111 and 2112, and the light beam 612 is received.
Are received by the photodiodes 2211 and 2212. The light beam 61112 reflected by the half mirror 52 is received by the photodiodes 2221 and 2222, and the light beam 621 is also received by the photodiodes 2221 and 2222. Then, the sinusoidal curve I A displacement in the photodiode 2111, 2112 with the (moving) a phase as shown in FIG. 4 different 90-degree measurement object 7, although I B obtained, gap 322 strictly speaking It is difficult to form an optical path length difference d having a phase that differs by exactly 90 degrees due to the error δ
Occurs. However, by comparing the difference and the sum of the signals of the photodiodes 2111 and 2112, a signal having a phase difference of 90 degrees can always be obtained, so that the displacement measurement accuracy can be made 0.1 μm or less.

【0017】つぎに、図1〜図3に示したレーザ測長器
の製造方法を説明する。まず、酸二無水物6FDAと有
機ジアミンTFDBとの共重合により得られた6FDA
/TFDBと、同様にして得られたPMDA/TFDB
の混合比を変えた2種類のフッ素化ポリイミド(両者の
屈折率は1.533、1.541であり、屈折率差Δn
=0.008)の重合体を作製しておく。つぎに、半導
体レーザ1と6つのホトダイオード2111、211
2、2211、2212、2221、2222を作製す
る。この場合、図5、図6に示すように、半導体レーザ
1およびフオトダイオード2111、2112、221
1、2212、2221、2222のリッジの上の面に
表面オーミック電極82を設け、絶縁膜333、パッド
電極膜81を形成する。この場合、半導体レーザ1の端
面11、12は活性層4444より下5.5μm、上
2.5μmの計8μmの深さを純塩素の反応性ガスを用
いてエッチングして形成する。つぎに、図7に示すよう
に、屈折率1.533のフッ素化ポリイミドを塗付した
後、べークをして脱水反応をおこさせ、膜状光導波路3
1〜33の下部クラッド層3131を形成する。下部ク
ラッド層3131の厚さTは半導体レーザ1の端面1
1、12近傍を除いたところでは、目標4μmに対して
3.9μmであった。つぎに、図8に示すように、下部
クラッド層3131と屈折率の異なる屈接率1.541
のフッ素化ポリイミド材を塗付、焼結して、コア層31
32を形成する。この場合、屈折率差Δnが0.008
と小さく制御できることから、シングルモードが得られ
るコア層3132の厚さは3.5μmであるので、この
ときのコア層3132の厚み目標を3μmとする。実際
にも3.0μmとほぼ目標通りであった。この後、図9
に示すように、酸素プラズマにさらされた部分がSiO
2に変化する感光性レジストであるSPP(Silicone-ba
sed positive photoresist)レジスト91を用いて光を
導波するための伝搬路をホトリソグラフした後、酸素ガ
ス雰囲気中で半導体レーザ1の端面11、12の近傍に
発生する斜面部分101(図8)を反応性エッチングで
取り除く。その時のエッチング深さは多少オーバぎみで
4μmであった。また、コア層3132の端面と半導体
レーザ1の端面11、12の端面との間に幅L1が10
μmの隙間(ギャップ)102を形成する。この反応性
エッチングにおいて、下部クラッド層3131は半導体
レーザ1、ホトダイオード2111、2112、221
1、2212、2221、2222上に残された状態に
なっている。したがって、コア層3132をオーバエッ
チングしても、半導体レーザ1の端面11、12がフッ
素化ポリイミドで覆われているため、エッチングの際の
イオン衝撃を半導体レーザ1の端面11、12が受ける
ことがないことから、半導体レーザ1の特性の劣化を引
き起こさない。また、コア層3132の中心はエッチン
グの底面から5.4μmで活性層4444の高さ5.5
μmとのずれL2は0.1μmしかなく、しかもコア層
3132が3μmと厚いために、十分に半導体レーザ1
から出射した光ビームがコア層3132内へ伝達してい
く。つぎに、図10に示すように、再度クラッド層材を
下部クラッド層3131の形成と同様の手順で塗付、焼
結して、上層クラッド層3133を作製すると同時に、
半導体レーザ1とコア層3132との間にある隙間10
2をも埋める。この場合、フッ素化ポリイミドの粘度が
高いために平坦化にも有効で、塗布、ベーク後、半導体
レーザ1の端面11、12付近の段差は大幅減少した。
つぎに、上部クラッド層3133に幅が10〜30μm
でありかつ光軸に対して75°傾斜した溝313、32
3を設け、ハーフミラ−51、52を形成する。つぎ
に、図11に示すように、3層構造のフッ素化ポリイミ
ドをSPPレジスト91を用いたホトリソグラフ技術と
酸素プラズマによる反応性イオンエッチングにより加工
して膜状光導波路31〜33を形成する。膜状光導波路
31〜33の加工において全反射ミラ−1031、10
32を形成する以外に、間隙311、321(322)
の加工を同時に行なう。さらには、三層のフッ素化ポリ
イミド層をエッチングすると同時に電極パッド81の上
にあるフッ素化ポリイミド層も窓開けする。酸素プラズ
マでエッチングするとAuなどはエッチレートが小さい
ためにストッパとして機能し、窓開けされた電極パッド
81が安易に形成される。つぎに、図12に示すよう
に、裏面薄片化研磨をして厚さ約100μmにし、裏面
オーミック電極83を形成する。つぎに、銅へッダにボ
ンディングされたSiのヒートシンク(図示せず)にレ
ーザ測長器のチップをAuSnはんだで加熱ボンディン
グする。
Next, a method of manufacturing the laser measuring device shown in FIGS. 1 to 3 will be described. First, 6FDA obtained by copolymerization of acid dianhydride 6FDA and organic diamine TFDB
/ TFDB and PMDA / TFDB obtained in the same manner
(The refractive indices of both are 1.533 and 1.541, and the refractive index difference Δn
= 0.008). Next, the semiconductor laser 1 and the six photodiodes 2111 and 211
2, 22, 211, 2212, 2221, 2222 are produced. In this case, as shown in FIGS. 5 and 6, the semiconductor laser 1 and the photodiodes 2111, 2112, 221 are used.
A surface ohmic electrode 82 is provided on the upper surface of the ridge of each of 1, 2, 212, 2221, 2222, and an insulating film 333 and a pad electrode film 81 are formed. In this case, the end faces 11 and 12 of the semiconductor laser 1 are formed by etching a total depth of 8 μm of 5.5 μm below and 2.5 μm above the active layer 4444 using a reactive gas of pure chlorine. Next, as shown in FIG. 7, after applying a fluorinated polyimide having a refractive index of 1.533, the film-shaped optical waveguide 3 was baked to cause a dehydration reaction.
The lower cladding layers 3131 of 1 to 33 are formed. The thickness T of the lower cladding layer 3131 is the end face 1 of the semiconductor laser 1.
Except for the vicinity of 1 and 12, it was 3.9 μm against the target of 4 μm. Next, as shown in FIG. 8, a refractive index 1.541 different from the lower cladding layer 3131 and having a different refractive index.
Of the fluorinated polyimide material, and sintering the core layer 31
32 are formed. In this case, the refractive index difference Δn is 0.008
Since the thickness of the core layer 3132 at which a single mode can be obtained is 3.5 μm, the target thickness of the core layer 3132 at this time is 3 μm. Actually, it was 3.0 μm, which was almost the target. After this, FIG.
As shown in FIG. 5, the portion exposed to the oxygen plasma is SiO 2
A photosensitive resist changes 2 SPP (Silicone-ba
After photolithography of a propagation path for guiding light using a sed positive resist (resist 91), a slope portion 101 (FIG. 8) generated near the end faces 11 and 12 of the semiconductor laser 1 in an oxygen gas atmosphere is removed. Remove with reactive etching. The etching depth at that time was 4 μm, which was slightly oversized. The width L 1 is 10 between the end face of the core layer 3132 and the end faces 11 and 12 of the semiconductor laser 1.
A gap 102 of μm is formed. In this reactive etching, the lower cladding layer 3131 includes the semiconductor laser 1, the photodiodes 2111, 2112, and 221.
1, 2222, 2221, 2222. Therefore, even if the core layer 3132 is over-etched, the end faces 11 and 12 of the semiconductor laser 1 may be subjected to ion bombardment during etching because the end faces 11 and 12 of the semiconductor laser 1 are covered with the fluorinated polyimide. Therefore, the characteristics of the semiconductor laser 1 do not deteriorate. The center of the core layer 3132 is 5.4 μm from the bottom of the etching and the height of the active layer 4444 is 5.5.
there is only 0.1μm deviation L 2 is the [mu] m, moreover for the core layer 3132 is 3μm and thick, well semiconductor laser 1
The light beam emitted from is transmitted into the core layer 3132. Next, as shown in FIG. 10, the clad layer material is applied again and sintered in the same procedure as the formation of the lower clad layer 3131 to produce the upper clad layer 3133.
The gap 10 between the semiconductor laser 1 and the core layer 3132
Fill 2 as well. In this case, since the viscosity of the fluorinated polyimide was high, it was effective for flattening. After coating and baking, the steps near the end faces 11 and 12 of the semiconductor laser 1 were greatly reduced.
Next, the upper cladding layer 3133 has a width of 10 to 30 μm.
And grooves 313 and 32 inclined at 75 ° with respect to the optical axis.
3 are provided, and half mirrors 51 and 52 are formed. Next, as shown in FIG. 11, fluorinated polyimide having a three-layer structure is processed by a photolithographic technique using an SPP resist 91 and reactive ion etching using oxygen plasma to form film optical waveguides 31 to 33. In processing the film-shaped optical waveguides 31 to 33, total reflection mirrors 1031 and 1031 are used.
32, gaps 311, 321 (322)
Are performed simultaneously. Further, the three fluorinated polyimide layers are etched and, at the same time, the fluorinated polyimide layers on the electrode pads 81 are opened. When etching is performed using oxygen plasma, Au or the like functions as a stopper because the etching rate is small, and the electrode pad 81 having a window is easily formed. Next, as shown in FIG. 12, the back surface is thinned and polished to a thickness of about 100 μm, and the back surface ohmic electrode 83 is formed. Next, the chip of the laser length measuring device is heat-bonded to the Si heat sink (not shown) bonded to the copper header with AuSn solder.

【0018】本実施の形態では、1.5mm以下のレー
ザ測長器のチップが単に半導体レーザ1の作製のブレー
ナ技術とフッ素化ポリイミド光導波路作製技術のみで、
2インチ基板において歩留り60%で約250個同時に
容易に形成され、従来の数cmの大きさと比べると1桁
小さくなった。また、間隙311、321は横方向に広
がった光ビームをほぼ平行光線にするレンズ機能を有す
るから、測定を精度よく行なうことができる。また、溝
313、323が周囲と異なる屈折率の材料で満たされ
ているから、溝313、323内にゴミ等が入ることが
ないので、確実に測定することができる。また、シリン
ドリカルレンズ4は縦方向に広がった光ビームをほぼ平
行光線にするから、測定対象物7までの距離が大きいと
きにも測定することができる。また、フッ素化ポリイミ
ドからなる膜状光導波路31〜33を用いているから、
光ビームを確実に伝達することができるので、確実に測
定することができる。
In the present embodiment, the chip of the laser length measuring device of 1.5 mm or less is formed only by the Braina technology for manufacturing the semiconductor laser 1 and the fluorinated polyimide optical waveguide manufacturing technology.
Approximately 250 pieces were easily formed simultaneously on a 2-inch substrate at a yield of 60%, which was one digit smaller than the conventional size of several cm. In addition, since the gaps 311 and 321 have a lens function of converting the light beam spread in the horizontal direction into substantially parallel rays, the measurement can be performed with high accuracy. Further, since the grooves 313 and 323 are filled with a material having a refractive index different from that of the surroundings, dust and the like do not enter the grooves 313 and 323, so that the measurement can be reliably performed. Further, since the cylindrical lens 4 converts the light beam spread in the vertical direction into a substantially parallel light beam, measurement can be performed even when the distance to the measurement object 7 is large. Further, since the film-shaped optical waveguides 31 to 33 made of fluorinated polyimide are used,
Since the light beam can be reliably transmitted, the measurement can be reliably performed.

【0019】なお、上述実施の形態においては、基板と
してGaAsからなる基板5555を使用したが、In
Pなどからなる高波長用の基板でも同様のことがいえ、
本発明は基板の種類を限定するものではない。また、上
述実施の形態においては、フッ素化ポリイミドからなる
膜状光導波路31〜33を用いたが、石英系ガラスから
なる第1〜第3の膜状光導波路を用いてもよく、この場
合にも光ビームを確実に伝達することができるから、確
実に測定することができる。
In the above embodiment, the substrate 5555 made of GaAs is used.
The same can be said for a substrate for high wavelengths such as P.
The present invention does not limit the type of the substrate. Further, in the above-described embodiment, the film-shaped optical waveguides 31 to 33 made of fluorinated polyimide are used. However, first to third film-shaped optical waveguides made of quartz glass may be used. Can reliably transmit the light beam, so that the measurement can be reliably performed.

【0020】図13は本発明に係る他のレーザ測長器を
示す図である。図に示すように、ヒートシンクとしても
機能するSi基板100に6つのホトダイオード333
1〜3336が形成され、Si基板100に設けられた
電極パターン3337に半導体レーザチッブ301がボ
ンディングされ、膜状光導波路31、32の途中に全反
射ミラー1030、1031、1032、1033が設
けられている。
FIG. 13 is a diagram showing another laser length measuring device according to the present invention. As shown in the figure, six photodiodes 333 are provided on a Si substrate 100 which also functions as a heat sink.
1 to 3336 are formed, the semiconductor laser chip 301 is bonded to the electrode pattern 3337 provided on the Si substrate 100, and total reflection mirrors 1030, 1031, 1032, and 1033 are provided in the middle of the film-shaped optical waveguides 31 and 32. .

【0021】つぎに、図13に示したレーザ測長器の製
造方法を説明する。まず、図14に示すように、Si基
板100に6つのホトダイオード3331〜3336を
形成し、半導体レーザチッブ301をボンディングする
ための電極パターン3337を形成する。この場合、電
極パターン3337としては下地との密着性を高めるた
めに、数十〜数百ÅのCrを付けた後、Auを堆積す
る。つぎに、図15に示すように、フッ素化ポリイミド
からなる下部クラッド層、コア層、上部クラッド層を図
5等で説明した方法と同様にして形成した後、SPPレ
ジストをマスクにして酸素プラズマでドライエッチング
することにより膜状光導波路31〜33を作製する。こ
の場合、コア層の中心の高さが半導体レーザチップ30
1およびフオトダイオード3331〜3336の活性層
の中心部の高さとがほぼ一致するように、下部クラッド
層の厚さおよびコア層の厚さを決定する。具体的には、
下部クラッド層の厚さを5μm、コア層の厚さを4μm
にした。また、半導体レーザチップ301の活性層の深
さを表面から4.5μmにして、電極パターン3337
の厚さを0.5μmとし、半導体レーザチップ301に
厚さ2μmのAuSnはんだ膜をEB蒸着により堆積す
る。さらに、膜状光導波路31〜33を形成すると同時
に、膜状光導波路31、32の途中に平行光線にするた
めのレンズ形状の間隙311、321を形成するととも
に、膜状光導波路32には更に90度位相差を形成する
ための間隙322を設け、膜状光導波路31、32の途
中には全反射ミラー1030、1031、1032、1
033を設ける。つぎに、図16に示すように、半導体
レーザチップ301を数μm精度でボンディングする。
また、上部クラッド層に溝313、323を形成するこ
とにより、ハーフミラー51、55を作製する。なお、
半導体レーザチップ301の大きさの精度を決定する劈
開精度は10μmの精度しか得られないので、膜状光導
波路31、32間のギャップ37を20〜30μm程余
裕をみて作製する。また、活性層の高さ位置精度は半導
体レーザチップ301の結晶成長の膜厚精度で決まる活
性層の深さ、電極パターン3337およびはんだ膜の厚
さにより左右されるが、いずれもサブμm精度範囲の制
御が可能なために、ジャンクションダウン(表面を下に
して)で置いて加熱するだけで、半導体レーザチップ3
01を問題なくポンディングできる。また、Si基板1
00と平行な方向は数μm精度でボンディングすればよ
いので、問題はない。
Next, a method of manufacturing the laser length measuring device shown in FIG. 13 will be described. First, as shown in FIG. 14, six photodiodes 3331 to 3336 are formed on a Si substrate 100, and an electrode pattern 3337 for bonding the semiconductor laser chip 301 is formed. In this case, as the electrode pattern 3337, in order to increase the adhesion to the base, tens to hundreds of Cr is applied, and then Au is deposited. Next, as shown in FIG. 15, a lower clad layer, a core layer, and an upper clad layer made of fluorinated polyimide are formed in the same manner as described with reference to FIG. The film-shaped optical waveguides 31 to 33 are manufactured by dry etching. In this case, the height of the center of the core layer is
The thickness of the lower cladding layer and the thickness of the core layer are determined so that the heights of the lower cladding layer and the center of the active layer of the photodiodes 3331 to 3336 substantially coincide with each other. In particular,
The thickness of the lower cladding layer is 5 μm and the thickness of the core layer is 4 μm
I made it. The depth of the active layer of the semiconductor laser chip 301 is set to 4.5 μm from the surface, and the electrode pattern 3337 is formed.
Is set to 0.5 μm, and a 2 μm thick AuSn solder film is deposited on the semiconductor laser chip 301 by EB evaporation. Further, at the same time when the film-shaped optical waveguides 31 to 33 are formed, lens-shaped gaps 311 and 321 for forming parallel rays are formed in the film-shaped optical waveguides 31 and 32. A gap 322 for forming a 90-degree phase difference is provided, and total reflection mirrors 1030, 1031, 1032, 1 are provided in the middle of the film-shaped optical waveguides 31, 32.
033 is provided. Next, as shown in FIG. 16, the semiconductor laser chip 301 is bonded with a precision of several μm.
Further, the half mirrors 51 and 55 are manufactured by forming the grooves 313 and 323 in the upper clad layer. In addition,
Since the cleavage accuracy for determining the size accuracy of the semiconductor laser chip 301 is only 10 μm, the gap 37 between the film-shaped optical waveguides 31 and 32 is manufactured with a margin of about 20 to 30 μm. The height accuracy of the active layer depends on the depth of the active layer, which is determined by the thickness accuracy of the crystal growth of the semiconductor laser chip 301, and the thickness of the electrode pattern 3337 and the solder film. Can be controlled by simply placing and heating with the junction down (surface down).
You can bond 01 without any problem. Also, the Si substrate 1
There is no problem since bonding in the direction parallel to 00 may be performed with a precision of several μm.

【0022】図13に示したレーザ測長器、図14等で
説明した製造方法においては、半導体レーザチッブ30
1をSi基板100の表面にボンディングにより取り付
けているから、半導体レーザチップ301を二次元的に
位置合わせすればよいので、膜状光導波路31、32と
半導体レーザとの接続作業が容易であるので、製造が容
易であり、また装置が小型となる。また、図1等に示し
たレーザ測長器と比べて半導体レーザチップ301のポ
ンディング工程が増えるものの、既にベースにヒートシ
ンクが使用されているために、レーザ測長器のチップを
さらにヒートシンクにポンディングする必要がない。ま
た、半導体レーザの活性層が露出している面をエッチン
グで形成する必要がなく、通常の劈開で良いので、エッ
チング技術のない場合でも信頼性の高い、高寿命のレー
ザ側長器を実現できる。また、半導体レーザチップ30
1として1μm以下の波長のものを用いると、Siが高
い感度を有し、しかも受光面積を大きくできるために、
高いS/N比が得られる。
In the manufacturing method described with reference to the laser length measuring device shown in FIG.
Since the semiconductor laser chip 301 is attached to the surface of the Si substrate 100 by bonding, the semiconductor laser chip 301 may be aligned two-dimensionally, so that the work of connecting the film-shaped optical waveguides 31 and 32 and the semiconductor laser is easy. It is easy to manufacture and the device is small. Also, although the number of bonding steps of the semiconductor laser chip 301 is increased as compared with the laser length measuring device shown in FIG. 1 and the like, since the heat sink is already used for the base, the laser length measuring device chip is further pumped to the heat sink. There is no need to load. In addition, since it is not necessary to form the exposed surface of the active layer of the semiconductor laser by etching and it is sufficient to perform normal cleavage, a highly reliable and long-life laser-side elongate device can be realized even without etching technology. . The semiconductor laser chip 30
When a wavelength of 1 μm or less is used as 1, Si has high sensitivity and can increase the light receiving area.
A high S / N ratio is obtained.

【0023】なお、上述実施の形態においては、Si基
板100にホトダイオード3331〜3336、膜状光
導波路31〜33を形成したが、SiC基板またはAl
N基板にホトダイオード、第1〜第3の膜状光導波路を
形成してもよい。また、上述実施の形態においては、S
i基板100にホトダイオード3331〜3336を形
成し、膜状光導波路31〜33を形成したのち、半導体
レーザチップ301をボンディングしたが、Si基板、
SiC基板またはAlN基板に第1〜第3の膜状光導波
路を形成したのち、半導体レーザチップ、ホトダイオー
ドチップの活性層の高さと第1〜第3の膜状光導波路の
コア層の中心の高さとをほぼ一致させて、半導体レーザ
チップ、ホトダイオードチップをボンディングしてもよ
く、この場合には半導体レーザチッブ、ホトダイオード
チップをSi基板、SiC基板またはAlN基板の表面
にボンディングにより取り付けているから、半導体レー
ザチップ、ホトダイオードチップを二次元的に位置合わ
せすればよいので、第1〜第3の膜状光導波路と半導体
レーザ、ホトダイオードとの接続作業が容易であるた
め、製造が容易であり、また装置が小型となる。
In the above-described embodiment, the photodiodes 3331 to 3336 and the film-shaped optical waveguides 31 to 33 are formed on the Si substrate 100.
A photodiode and first to third film-shaped optical waveguides may be formed on the N substrate. Further, in the above embodiment, S
After the photodiodes 3331 to 3336 were formed on the i-substrate 100 and the film-shaped optical waveguides 31 to 33 were formed, the semiconductor laser chip 301 was bonded.
After forming the first to third film-shaped optical waveguides on the SiC substrate or the AlN substrate, the height of the active layer of the semiconductor laser chip or the photodiode chip and the height of the center of the core layer of the first to third film-shaped optical waveguides. And the semiconductor laser chip and the photodiode chip may be bonded to each other so that the semiconductor laser chip and the photodiode chip are attached to the surface of the Si substrate, the SiC substrate or the AlN substrate by bonding. Since the chip and the photodiode chip need only be aligned two-dimensionally, the connection work between the first to third film-shaped optical waveguides, the semiconductor laser, and the photodiode is easy, so that the manufacturing is easy, and the device is easy to use. It becomes small.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るレー
ザ測長器においては、第1〜第3の膜状光導波路と半導
体レーザ、ホトダイオードとの接続作業が容易であるか
ら、製造が容易であり、また装置が小型になる。
As described above, in the laser measuring device according to the present invention, the connection between the first to third film-shaped optical waveguides, the semiconductor laser, and the photodiode is easy, and therefore, the manufacturing is easy. And the device becomes smaller.

【0025】また、第1の膜状光導波路の中間に第2の
間隙を設け、第2の間隙の半導体レーザ側を凸円弧状に
形成し、第2の膜状光導波路の中間の第3の間隙を設
け、第3の間隙の半導体レーザ側を凸円弧状に形成した
ときには、横方向に広がった光ビームをほぼ平行光線に
するレンズ機能を有するから、測定を精度よく行なうこ
とができる。
Further, a second gap is provided in the middle of the first film-shaped optical waveguide, and the semiconductor laser side of the second gap is formed in a convex arc shape, and the third gap in the middle of the second film-shaped optical waveguide is formed. When the third gap is formed and the semiconductor laser side of the third gap is formed in a convex arc shape, it has a lens function of converting a light beam spread in the lateral direction into a substantially parallel light beam, so that measurement can be performed with high accuracy.

【0026】また、第1、第2の溝を周囲と異なる屈折
率の材料で満たしたときには、第1、第2の溝内にゴミ
等が入ることがないから、確実に測定することができ
る。
Further, when the first and second grooves are filled with a material having a different refractive index from the surroundings, dust and the like do not enter the first and second grooves, so that the measurement can be performed reliably. .

【0027】また、第1の膜状光導波路の他端にシリン
ドリカルレンズを配設したときには、また、縦方向に広
がった光ビームをほぼ平行光線にすることができるか
ら、測定対象物までの距離が大きいときにも測定するこ
とができる。
When a cylindrical lens is provided at the other end of the first film-shaped optical waveguide, the light beam spread in the vertical direction can be made substantially parallel, so that the distance to the object to be measured can be increased. Can be measured even when is large.

【0028】また、第1〜第3の膜状光導波路の材質を
フッ素化ポリイミドあるいは石英系ガラスとしたときに
は、光ビームを確実に伝達することができるから、確実
に測定することができる。
Further, when the material of the first to third film-shaped optical waveguides is made of fluorinated polyimide or quartz glass, the light beam can be transmitted reliably, so that the measurement can be performed reliably.

【0029】また、Si基板、SiC基板またはAlN
基板に第1〜第3の膜状光導波路を形成したのち、半導
体レーザチップ、ホトダイオードチップの活性層の高さ
と第1〜第3の膜状光導波路のコア層の中心の高さとを
ほぼ一致させて、半導体レーザチップ、ホトダイオード
チップをボンディングしたときには、半導体レーザチッ
プ、ホトダイオードチップを二次元的に位置合わせすれ
ばよいので、第1〜第3の膜状光導波路と半導体レー
ザ、ホトダイオードとの接続作業が容易であるため、製
造が容易であり、また装置が小型となる。
Also, a Si substrate, a SiC substrate or an AlN
After forming the first to third film-shaped optical waveguides on the substrate, the height of the active layer of the semiconductor laser chip or the photodiode chip substantially matches the height of the center of the core layer of the first to third film-shaped optical waveguides. When the semiconductor laser chip and the photodiode chip are bonded to each other, the semiconductor laser chip and the photodiode chip may be aligned two-dimensionally. Therefore, the connection between the first to third film-shaped optical waveguides and the semiconductor laser and the photodiode is performed. Since the work is easy, the manufacture is easy and the device is small.

【0030】また、Si基板、SiC基板またはAlN
基板にホトダイオードを形成し、第1〜第3の膜状光導
波路を形成したのち、半導体レーザチップの活性層の高
さと第1〜第3の膜状光導波路のコア層の中心の高さと
をほぼ一致させて、半導体レーザチップをボンディング
したときには、半導体レーザチップを二次元的に位置合
わせすればよいので、第1、第2の膜状光導波路と半導
体レーザとの接続作業が容易であるので、製造が容易で
あり、また装置が小型となる。
Further, a Si substrate, a SiC substrate or an AlN
After forming a photodiode on the substrate and forming the first to third film optical waveguides, the height of the active layer of the semiconductor laser chip and the height of the center of the core layer of the first to third film optical waveguides are determined. When the semiconductor laser chips are bonded almost in alignment with each other, the semiconductor laser chips may be aligned two-dimensionally, so that the connection work between the first and second film-shaped optical waveguides and the semiconductor laser is easy. It is easy to manufacture and the device is small.

【0031】また、同一基板上に半導体レーザ、ホトダ
イオードを形成したのち、第1〜第3の膜状光導波路を
半導体レーザの第1、第2の端面、ホトダイオードの受
光端面を覆って形成したときには、第1〜第3の膜状光
導波路と半導体レーザ、ホトダイオードとの接続作業が
容易であるから、容易に製造することができ、また装置
が小型になる。
After the semiconductor laser and the photodiode are formed on the same substrate, the first to third film-shaped optical waveguides are formed so as to cover the first and second end faces of the semiconductor laser and the light receiving end face of the photodiode. Since the work of connecting the first to third film-shaped optical waveguides to the semiconductor laser and the photodiode is easy, it can be easily manufactured and the device can be downsized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係るレーザ測長器を示す概略平面図で
ある。
FIG. 1 is a schematic plan view showing a laser length measuring device according to the present invention.

【図2】図1のA−A拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged sectional view taken along line AA of FIG.

【図3】図1のB−B拡大断面図である。FIG. 3 is an enlarged sectional view taken along line BB of FIG. 1;

【図4】図1〜図3に示したレーザ測長器の動作を説明
するためのグラフである。
FIG. 4 is a graph for explaining the operation of the laser measuring device shown in FIGS. 1 to 3;

【図5】図1〜図3に示したレーザ測長器の製造方法の
説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a method of manufacturing the laser length measuring device shown in FIGS.

【図6】図5の一部詳細図である。FIG. 6 is a partial detailed view of FIG. 5;

【図7】図1〜図3に示したレーザ測長器の製造方法の
説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a method of manufacturing the laser length measuring device shown in FIGS.

【図8】図1〜図3に示したレーザ測長器の製造方法の
説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram of a method of manufacturing the laser length measuring device shown in FIGS.

【図9】図1〜図3に示したレーザ測長器の製造方法の
説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram of a method for manufacturing the laser length measuring device shown in FIGS.

【図10】図1〜図3に示したレーザ測長器の製造方法
の説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram of a method of manufacturing the laser length measuring device shown in FIGS.

【図11】図1〜図3に示したレーザ測長器の製造方法
の説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram of a method of manufacturing the laser length measuring device shown in FIGS.

【図12】図1〜図3に示したレーザ測長器の製造方法
の説明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram of a method of manufacturing the laser length measuring device shown in FIGS.

【図13】本発明に係る他のレーザ測長器を示す図であ
る。
FIG. 13 is a diagram showing another laser length measuring device according to the present invention.

【図14】図13に示したレーザ測長器の製造方法の説
明図である。
FIG. 14 is an explanatory diagram of a method of manufacturing the laser length measuring device shown in FIG.

【図15】図13に示したレーザ測長器の製造方法の説
明図である。
15 is an explanatory diagram of a method of manufacturing the laser length measuring device shown in FIG.

【図16】図13に示したレーザ測長器の製造方法の説
明図である。
FIG. 16 is an explanatory diagram of a method of manufacturing the laser length measuring device shown in FIG.

【図17】従来のレーザ測長器を示す図である。FIG. 17 is a view showing a conventional laser length measuring device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半導体レーザ 11、12…第1、第2の端面 100…Si基板 2111、2112…ホトダイオード 2211、2212…ホトダイオード 2221、2222…ホトダイオード 301…半導体レーザチップ 31〜33…第1〜第3の膜状光導波路 311、321…第2、第3の間隙 313、323…第1、第2の溝 322…第1の間隙 3331〜3336…ホトダイオード 4…シリンドリカルレンズ 51、52…ハーフミラー 5555…基板 7…測定対象物 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor laser 11, 12 ... 1st, 2nd end face 100 ... Si substrate 2111, 2112 ... Photodiode 2211, 2212 ... Photodiode 2221, 2222 ... Photodiode 301 ... Semiconductor laser chip 31-33 ... 1st-3rd film -Shaped optical waveguides 311, 321: second and third gaps 313, 323-first and second grooves 322-first gaps 3331 to 336-photodiodes 4-cylindrical lenses 51, 52-half mirrors 5555-substrate 7 … Measurement target

フロントページの続き (72)発明者 鍔本 美恵子 東京都武蔵野市御殿山一丁目1番3号 エヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロ ジ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−5106(JP,A) 特開 昭63−262504(JP,A) 特開 平4−30341(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/00 - 11/30 G01B 9/02 G02B 6/12 - 6/14 Continuation of front page (72) Inventor Mieko Tsubamoto 1-3-1 Gotenyama, Musashino-shi, Tokyo NTT Advanced Technology Co., Ltd. (56) References JP-A-62-5106 (JP, A JP-A-63-262504 (JP, A) JP-A-4-30341 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01B 11/00-11/30 G01B 9 / 02 G02B 6/12-6/14

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体レーザの出射光を測定対象物に照射
し、上記測定対象物からの反射、散乱光を検出し、干渉
光に基づいて上記測定対象物の移動量を測定するレーザ
側長器において、 同一基板上に配置された、第1、第2の端面から出射す
る半導体レーザと、少なくとも2個のホトダイオード
と、下部クラッド層、コア層および上部クラッド層から
なる第1〜第3の膜状光導波路とを設け、 上記第1の膜状光導波路の一端は上記半導体レーザの上
記第1の端面と光結合し、他端は上記測定対象物に対向
配置し、 上記第2の膜状光導波路の一端は上記半導体レーザの上
記第2の端面と光結合し、中間には第1の間隙を設け、
かつ上記第2の膜状光導波路の中央を境にした上記第1
の間隙の一方部は上記第1の間隙の他方部に比して使用
波長の(1/4+整数)倍の光路長差を有するように形
成し、 上記第3の膜状光導波路は上記第1の膜状光導波路およ
び上記第2の膜状光導波路と交差するように形成し、 上記第2の膜状光導波路の上記半導体レーザと光結合し
ている端と反対側の端部あるいは上記第3の膜状光導波
路の上記第2の膜状光導波路と交差している側の端部の
少なくとも一方の端部に光結合した2個のホトダイオー
ドを設け、 上記第1の膜状光導波路と上記第3の膜状光導波路との
交差部にはハーフミラーの機能を持つ第1の溝を設け、 上記第2の膜状光導波路と上記第3の膜状光導波路との
交差部にはハーフミラーの機能を持つ第2の溝を設けた
ことを特徴とするレーザ測長器。
1. A laser-side length for irradiating a measurement object with light emitted from a semiconductor laser, detecting reflection and scattered light from the measurement object, and measuring a movement amount of the measurement object based on interference light. A semiconductor laser emitting from the first and second end faces, at least two photodiodes, a lower cladding layer, a core layer, and an upper cladding layer disposed on the same substrate. A film-shaped optical waveguide, one end of the first film-shaped optical waveguide is optically coupled to the first end face of the semiconductor laser, and the other end is arranged to face the object to be measured; One end of the optical waveguide is optically coupled to the second end face of the semiconductor laser, a first gap is provided in the middle,
And the first film-shaped optical waveguide at the center of the second film-shaped optical waveguide.
One of the gaps is formed so as to have an optical path length difference of (1 / + integer) times the used wavelength as compared to the other of the first gap, and the third film-shaped optical waveguide is The second film-shaped optical waveguide is formed so as to intersect with the first film-shaped optical waveguide and the second film-shaped optical waveguide. Two photodiodes optically coupled to at least one of the ends of the third film-shaped optical waveguide that intersect with the second film-shaped optical waveguide are provided, and the first film-shaped optical waveguide is provided. A first groove having a function of a half mirror is provided at an intersection of the second film-shaped optical waveguide and the third film-shaped optical waveguide. Is a laser measuring device provided with a second groove having a function of a half mirror.
【請求項2】上記第1の膜状光導波路の中間に第2の間
隙を設け、上記第2の間隙の上記半導体レーザ側を凸円
弧状に形成し、上記第2の膜状光導波路の中間の第3の
間隙を設け、上記第3の間隙の上記半導体レーザ側を凸
円弧状に形成したことを特徴とする請求項1に記載のレ
ーザ側長器。
2. A second gap is provided in the middle of said first film optical waveguide, and said semiconductor laser side of said second gap is formed in a convex arc shape. 2. The laser side elongator according to claim 1, wherein an intermediate third gap is provided, and the semiconductor laser side of the third gap is formed in a convex arc shape.
【請求項3】上記第1、第2の溝を周囲と異なる屈折率
の材料で満たしたことを特徴とする請求項1に記載のレ
ーザ側長器。
3. The laser-side elongate device according to claim 1, wherein the first and second grooves are filled with a material having a different refractive index from the surroundings.
【請求項4】上記第1の膜状光導波路の他端にシリンド
リカルレンズを配設したことを特徴とする請求項1に記
載のレーザ測長器。
4. A laser length measuring device according to claim 1, wherein a cylindrical lens is provided at the other end of said first film-shaped optical waveguide.
【請求項5】上記第1〜第3の膜状光導波路の材質をフ
ッ素化ポリイミドあるいは石英系ガラスとしたことを特
徴とする請求項1に記載のレーザ測長器。
5. The laser length measuring device according to claim 1, wherein the first to third film optical waveguides are made of fluorinated polyimide or quartz glass.
【請求項6】請求項1〜5に記載のレーザ測長器を製造
する方法において、Si基板、SiC基板またはAlN
基板に上記第1〜第3の膜状光導波路を形成したのち、
半導体レーザチップ、ホトダイオードチップの活性層の
高さと上記第1〜第3の膜状光導波路の上記コア層の中
心の高さとをほぼ一致させて、上記半導体レーザチッ
プ、上記ホトダイオードチップをボンディングすること
を特徴とするレーザ測長器の製造方法。
6. A method for manufacturing a laser length measuring device according to claim 1, wherein the Si substrate, the SiC substrate, or the AlN
After forming the first to third film-shaped optical waveguides on the substrate,
Bonding the semiconductor laser chip and the photodiode chip such that the height of the active layer of the semiconductor laser chip and the photodiode chip substantially coincides with the height of the center of the core layer of the first to third film-shaped optical waveguides; A method for manufacturing a laser length measuring device, comprising:
【請求項7】請求項1〜5に記載のレーザ測長器を製造
する方法において、Si基板、SiC基板またはAlN
基板に上記ホトダイオードを形成し、上記第1〜第3の
膜状光導波路を形成したのち、半導体レーザチップの活
性層の高さと上記第1〜第3の膜状光導波路の上記コア
層の中心の高さとをほぼ一致させて、上記半導体レーザ
チップをボンディングすることを特徴とするレーザ測長
器の製造方法。
7. The method for manufacturing a laser length measuring device according to claim 1, wherein the Si substrate, the SiC substrate, or the AlN
After forming the photodiode on the substrate and forming the first to third film optical waveguides, the height of the active layer of the semiconductor laser chip and the center of the core layer of the first to third film optical waveguides are determined. And bonding the semiconductor laser chip so that the height of the semiconductor laser chip is substantially equal to the height of the semiconductor laser chip.
【請求項8】請求項1〜5に記載のレーザ測長器を製造
する方法において、同一基板上に上記半導体レーザ、上
記ホトダイオードを形成したのち、上記第1〜第3の膜
状光導波路を上記半導体レーザの上記第1、第2の端
面、上記ホトダイオードの受光端面を覆って形成するこ
とを特徴とするレーザ測長器の製造方法。
8. A method for manufacturing a laser length measuring device according to claim 1, wherein said semiconductor laser and said photodiode are formed on the same substrate, and then said first to third film-shaped optical waveguides are formed. A method for manufacturing a laser length measuring device, wherein the semiconductor laser is formed so as to cover the first and second end faces and the light receiving end face of the photodiode.
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