JP4094478B2 - 半導体レーザモジュールにおける光ファイバアレイとレーザダイオードアレイとを調心する方法および半導体レーザモジュール - Google Patents
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【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザダイオードと、その出力光を取り出す光ファイバとが一体に構成された半導体レーザモジュールにおいて、レーザダイオードを集積してなるレーザダイオードアレイと、光ファイバを基板上に配列してなる光ファイバアレイとを調心する半導体レーザモジュールにおける光ファイバアレイとレーザダイオードアレイとを調心する方法およびこの調心方法を適用した半導体レーザモジュールに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般的に、半導体レーザモジュールは、レーザダイオード(Laser Diode、以下「LD」と略す。)と、LDから出力された光を結合させる光ファイバと、LDの出力をモニタするフォトダイオード(Photo Diode、以下「PD」と略す。)などのLD出力モニタ素子とを、少なくとも備えたモジュールである。
【0003】
このような半導体レーザモジュールの内部では、LDから出力された光が光ファイバに入力される際に最大となるように、LDと光ファイバとが厳密に位置合わせ(調心)されている。さらに、調心された状態を維持するように、LDおよび光ファイバが所定位置に固定されている。光ファイバの固定には、レーザ溶接、半田、接着剤のいずれか、または、これらのいくつかが組み合わされて用いられている(例えば、特許文献1参照。)。
【0004】
また、産業用に利用される高出力の半導体レーザモジュールには、多数のLDが並列に配列されたLDアレイが備えられており、このLDアレイは15〜60程度のエミッタが横一列に並んだ構造をしている。このような構成の半導体レーザモジュールでは、駆動時に全てのエミッタから発光することにより、連続発振で20〜40Wの高出力を実現している。そのため、LDアレイから出力された光を効率よく光ファイバへ入力するためには、各エミッタからの出力光を集光する機構が必要となる。これを実現するための一手段として、エミッタの数と同数の光ファイバを用意して、この光ファイバを各エミッタと対向させて調心、固定した後、光ファイバを出力端で纏めて、エミッタからの出力光を集光する方法が考案されている(例えば、特許文献2参照。)。
【0005】
【特許文献1】
特開2000−341196号公報
【特許文献2】
米国特許第4,818,062号明細書
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上述のLDアレイを用いた半導体レーザモジュールでは、光ファイバの断面積をLDアレイのエミッタ以上とし、かつ、光ファイバの入力側の端面とLDアレイのエミッタとの距離を10μm程度まで近づければ、理論上90%以上の光の結合効率を得ることが可能である。
【0007】
しかしながら、上述のように、各エミッタに対して光ファイバを1本ずつ調心する方法では、エミッタの数と同じ回数の光ファイバの調心、固定の工程が必要となる。
また、半導体レーザモジュールに用いられるLDアレイでは、LDのエミッタ間隔が200μm以下と非常に小さい上に、このエミッタに結合させる光ファイバの径も同程度に小さい。そのため、光ファイバの固定に用いられる接着剤が硬化する際の体積変化(主に収縮)などにより、光ファイバが調心位置からずれてしまうと、簡単に修正することができない。このようなことは、製品の歩留まり低下の原因となる。
【0008】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、LDアレイと光ファイバアレイとの高結合度を維持しつつ、製造工数の削減および歩留まりを向上する半導体レーザモジュールにおける光ファイバアレイとレーザダイオードアレイとを調心する方法およびこの調心方法を適用した半導体レーザモジュールを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、光ファイバが基板上に配列されてなる光ファイバアレイと、該光ファイバアレイの入力端に向けてレーザビームを照射するレーザダイオードが集積されてなるレーザダイオードアレイと、該レーザダイオードアレイが配された筐体とを備えた半導体レーザモジュールにおける光ファイバアレイとレーザダイオードアレイとを調心する方法において、前記光ファイバアレイの基板に突設された脚部における前記基板との接合部近傍に、他の部分よりも幅の小さい細幅部を設け、前記脚部を、前記筐体に設けられた光ファイバアレイ固定部の溝部に収納し、前記光ファイバアレイと前記レーザダイオードアレイとを調心した後、前記脚部を半田によって前記溝部に固定する半導体レーザモジュールにおける光ファイバアレイとレーザダイオードアレイとを調心する方法を提供する。
【0010】
本発明は、光ファイバが基板上に配列されてなる光ファイバアレイと、該光ファイバアレイの入力端に向けてレーザビームを照射するレーザダイオードが集積されてなるレーザダイオードアレイと、該レーザダイオードアレイが配された筐体とを備えた半導体レーザモジュールにおける光ファイバアレイとレーザダイオードアレイとを調心する方法において、前記光ファイバアレイの基板に突設された脚部における前記基板との接合部近傍に、貫通孔を設け、前記脚部を、前記筐体に設けられた光ファイバアレイ固定部の溝部に収納し、前記光ファイバアレイと前記レーザダイオードアレイとを調心した後、前記脚部を半田によって前記溝部に固定する半導体レーザモジュールにおける光ファイバアレイとレーザダイオードアレイとを調心する方法を提供する。
【0011】
上記半導体レーザモジュールの調心方法において、前記溝部を、断熱層を介して前記筐体に固定することが好ましい。
上記半導体レーザモジュールの調心方法において、前記溝部における前記断熱層との接合部近傍に、他の部分よりも幅の小さい細幅部を設けることが好ましい。
【0012】
また、本発明は、光ファイバが基板上に配列されてなる光ファイバアレイと、該光ファイバアレイの入力端に向けてレーザビームを照射するレーザダイオードが集積されてなるレーザダイオードアレイと、該レーザダイオードアレイが配された筐体とを備えた半導体レーザモジュールにおいて、前記光ファイバアレイの基板に突設された脚部と、該脚部を収納する前記筐体に設けられた光ファイバアレイ固定部の溝部とを備え、前記脚部における前記基板との接合部近傍に、他の部分よりも幅の小さい細幅部が設けられ、前記脚部が半田によって前記溝部に固定された半導体レーザモジュールを提供する。
本発明は、光ファイバが基板上に配列されてなる光ファイバアレイと、該光ファイバアレイの入力端に向けてレーザビームを照射するレーザダイオードが集積されてなるレーザダイオードアレイと、該レーザダイオードアレイが配された筐体とを備えた半導体レーザモジュールにおいて、前記光ファイバアレイの基板に突設された脚部と、該脚部を収納する前記筐体に設けられた光ファイバアレイ固定部の溝部とを備え、前記脚部における前記基板との接合部近傍に、貫通孔が設けられ、前記脚部が半田によって前記溝部に固定された半導体レーザモジュールを提供する。
【0013】
また、本発明は、光ファイバが基板上に配列されてなる光ファイバアレイと、該光ファイバアレイの入力端に向けてレーザビームを照射するレーザダイオードが集積されてなるレーザダイオードアレイと、該レーザダイオードアレイが配された筐体とを備えた半導体レーザモジュールにおいて、前記光ファイバアレイの基板に突設された脚部と、該脚部を収納する前記筐体に設けられた光ファイバアレイ固定部の溝部とを備えた半導体レーザモジュールを提供する。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図1は、本発明の半導体レーザモジュールの調心方法により、LDアレイと光ファイバアレイを構成する光ファイバとの調心を行った半導体レーザモジュールの一例を示す概略斜視図である。図2は、図1の半導体レーザモジュールの平面図である。
図1に示すように、この例の半導体レーザモジュールは、各種構成部品が収納または取り付けられる筐体1と、筐体1上に固定されているサブマウント2と、サブマウント2上に配置されているLDアレイ3と、複数(多数)の光ファイバ4を基板5上に配列してなる光ファイバアレイ6とから概略構成されている。
【0015】
LDアレイ3は、光ファイバアレイ6を構成する光ファイバ4の入力端に向けてレーザビームを照射する多数のLDが並列に配列されてなるものであり、多数の(LDの数に応じた)エミッタが横一列に並んだ構造をしている。
【0016】
光ファイバアレイ6は、V溝などの光ファイバ収納溝(図示略)が形成された基板5に、複数の光ファイバ4が高精度に配列されたものである。光ファイバアレイ6において、複数の光ファイバ4は、超精密加工技術により高精度に形成された光ファイバ収納溝に収納され等間隔に配列され、接着剤などにより固定されている。
【0017】
また、光ファイバアレイ6の基板5には、光ファイバ収納溝が延在する方向(光ファイバ4が延在する方向)と垂直な方向の両側面に、棒状の脚部7、7が突設されている。そして、この脚部7、7が、筐体1上に設けられた2個の光ファイバアレイ固定部8、8の上面に形成された溝部8aにそれぞれ収納され、半田によって固定されている。
【0018】
次に、本発明の半導体レーザモジュールの調心方法について説明する。
本発明において、LDアレイ3と光ファイバ4とを調心するには、まず、複数(多数)の光ファイバ4を基板5の光ファイバ収納溝に収納し、接着剤などにより固定する。
次いで、基板5に突設された脚部7、7を光ファイバアレイ固定部8の溝部8aに収納する。
【0019】
次いで、この状態で、LDアレイ3と基板5との位置を微調整して調心する。ここで、LDアレイ3と基板5との位置を微調整するには、LDアレイ3が取り付けられているサブマウント2を筐体1に固定し、0.1μm単位での微動が可能な精密ステージに取り付けられた調整用冶具で基板5を把持した状態でLDアレイ3を発光させ、光ファイバアレイ6からの出力が最大となるように基板5の位置を、精密ステージを用いて調整する。また、精密ステージにはサブマウント2を固定した筐体1を取り付け、基板5の位置を固定して筐体1の位置を調整してもよい。
【0020】
次いで、LDアレイ3と光ファイバ4とが調心された状態を維持したまま、半田によって、脚部7、7を光ファイバアレイ固定部8の溝部8aに固定する。
【0021】
また、図3(a)に示すように、脚部7における基板5との接合部近傍には、他の部分よりも幅の小さい細幅部7aを設けてもよい。あるいは、図3(b)に示すように、脚部7における基板5との接合部近傍には、貫通孔7bを設けてもよい。
このようにすれば、脚部7の熱伝導路が小さくなり、筐体1から脚部7を介して光ファイバアレイ6に伝わる熱量が少なくなるから、より効率的に脚部7のみを加熱することで作業性を上昇させることが可能な上に、光ファイバアレイ6の過剰加熱による悪影響を抑制することができる。
【0022】
また、図4(a)に示すように、光ファイバアレイ固定部8の溝部8aを、断熱層9を介して光ファイバアレイ固定部8の本体部8bに固定してもよい。
断熱層9を形成する材料としては、熱による体積変化の少ない材料が望ましく、例えば、セラミックスなどが挙げられる。
【0023】
このようにすれば、断熱層9により筐体1と溝部8aが断熱され、溝部8aから本体部8bを介して筐体1に伝わる熱量が少なくなるから、より効率的に脚部8aのみを加熱することで作業性を上昇させることが可能となる。
【0024】
さらに、図4(b)に示すように、溝部8aを、断熱層9を介して本体部8bに固定する際に、溝部8aにおける断熱層9との接合部近傍には、他の部分よりも幅の小さい細幅部8cを設けてもよい。
このようにすれば、断熱層9による断熱に加えて、断熱層9から溝部8aへの熱伝導路が小さくなり、さらに断熱効果が向上する。
【0025】
なお、図1および図4では、光ファイバアレイ固定部8を、溝部8aと本体部8bとを有する構成としたが、本発明はこれに限定されず、光ファイバ固定部8を溝部8aのみからなる構成としてもよい。この場合、溝部8aは断熱層9のみを介して筐体1に固定される。
【0026】
また、上述の半導体レーザモジュールの調心方法では、光ファイバアレイ6を構成する光ファイバ4の本数を、LDアレイ3のエミッタ数と同数とし、かつ、光ファイバ4を、LDアレイ3のエミッタ間隔と等間隔に配列することが好ましい。このような構成とすれば、LDアレイ3と光ファイバアレイ6とを対向させて調心する際に、高結合度を実現することができる。
【0027】
なお、上述の半導体レーザモジュールの調心方法では、図1に示したように、光ファイバアレイ6の基板5に脚部7を2個設ける例を示したが、本発明はこれに限定されず、基板5には脚部を3個以上設けてもよい。
【0028】
上述の半導体レーザモジュールの調心方法では、光ファイバアレイ6を構成する基板5には、超精密加工技術により高精度に複数の光ファイバ収納溝が等間隔に形成されている。したがって、この光ファイバ収納溝に収納された複数の光ファイバ4も、高精度かつ等間隔に配列されている。ゆえに、上述のように、LDアレイ3と基板5とを調心することにより、LDアレイ3と光ファイバ4とを調心することができる。さらに、調心後の光ファイバアレイ6の脚部7、7を光ファイバアレイ固定部8の溝部8aに固定することにより、LDアレイ3と光ファイバ4との高結合度が維持される。
【0029】
また、LDアレイ3と結合する光ファイバ4を、あらかじめ基板5の光ファイバ収納溝に固定することにより、LDアレイ3と複数の光ファイバ4との調心を一括に行うことができる。これにより、LDアレイ3と光ファイバ4との調心、固定の工数を削減することができる。
【0030】
さらに、基板5上における光ファイバ4の整列および固定の工程と、LDアレイ3と光ファイバ4との調心、固定の工程とを分離し、基板5を加熱により流動する半田によって固定するので、調心、固定後に光ファイバ4の位置ずれが発生しても、容易に修正することができる。したがって、製品の歩留まりを向上することができる。
【0031】
また、半田は硬化する際に体積変化の少ない材料であるから、脚部7、7を溝部8aに半田によって固定した際に、光ファイバ4が調心位置からずれることがない。
【0032】
図5は、本発明の半導体レーザモジュールの調心方法により、LDアレイと光ファイバとの調心を行った半導体レーザモジュールの他の例を示す概略平面図である。
この例の半導体レーザモジュールでは、光ファイバアレイ16を構成する複数(多数)の光ファイバ14が基板15上の一方の端部側で1つに纏められ、大口径ファイバ19に接続されている。大口径ファイバ19の先端にはフェルール20が取り付けられており、このフェルール20を介して、基板15上で1つに纏められた光ファイバ14が接続されている。
【0033】
基板15の光ファイバ14が1つに纏められる側の端部には、フェルール20を固定するためのV溝(図示略)が設けられている。そして、フェルール20は、このV溝に固定され、複数の光ファイバ14が1つに纏められてなる集合部の端部と位置合わせがなされている。
【0034】
さらに、複数の光ファイバ14を1つに纏められて集合部を設けることにより、光ファイバアレイ16の基板15が大きくなるので、基板15には、4個の棒状の脚部17が突設されている。そして、この脚部17が、筐体1上に設けられた4個の光ファイバアレイ固定部18の上面に形成された溝部18aにそれぞれ収納され、半田によって固定されている。
【0035】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、あらかじめ基板の光ファイバ収納溝に固定することにより、LDアレイと複数の光ファイバとの調心を一括に行うことができる。これにより、LDアレイと光ファイバとの高結合度を実現することができる上に、LDアレイと光ファイバとの調心、固定の工数を削減することができる。
また、光ファイバアレイを半田によって固定するから、LDアレイと光ファイバとの調心、固定後に光ファイバの位置ずれが発生しても、容易に修正することができる。したがって、製品の歩留まりを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の半導体レーザモジュールの調心方法により、LDアレイと光ファイバとの調心を行った半導体レーザモジュールの一例を示す概略斜視図である。
【図2】 図1の半導体レーザモジュールの平面図である。
【図3】 脚部の他の例を示す概略図である。
【図4】 光ファイバアレイ固定部の溝部と本体部との間に断熱層を設けた例を示す概略図である。
【図5】 本発明の半導体レーザモジュールの調心方法により、LDアレイと光ファイバとの調心を行った半導体レーザモジュールの他の例を示す概略平面図である。
【符号の説明】
1・・・筐体、2・・・サブマウント、3・・・LDアレイ、4,14・・・光ファイバ、5,15・・・基板、6,16・・・光ファイバアレイ、7,17・・・脚部、7a・・・細幅部、8,18・・・光ファイバアレイ固定部、8a,18a・・・溝部、8b・・・本体部、8c・・・細幅部、9・・・断熱層、19・・・大口径ファイバ、20・・・フェルール。
Claims (6)
- 光ファイバが基板上に配列されてなる光ファイバアレイと、該光ファイバアレイの入力端に向けてレーザビームを照射するレーザダイオードが集積されてなるレーザダイオードアレイと、該レーザダイオードアレイが配された筐体とを備えた半導体レーザモジュールにおける光ファイバアレイとレーザダイオードアレイとを調心する方法において、
前記光ファイバアレイの基板に突設された脚部における前記基板との接合部近傍に、他の部分よりも幅の小さい細幅部を設け、
前記脚部を、前記筐体に設けられた光ファイバアレイ固定部の溝部に収納し、前記光ファイバアレイと前記レーザダイオードアレイとを調心した後、前記脚部を半田によって前記溝部に固定することを特徴とする半導体レーザモジュールにおける光ファイバアレイとレーザダイオードアレイとを調心する方法。 - 光ファイバが基板上に配列されてなる光ファイバアレイと、該光ファイバアレイの入力端に向けてレーザビームを照射するレーザダイオードが集積されてなるレーザダイオードアレイと、該レーザダイオードアレイが配された筐体とを備えた半導体レーザモジュールにおける光ファイバアレイとレーザダイオードアレイとを調心する方法において、
前記光ファイバアレイの基板に突設された脚部における前記基板との接合部近傍に、貫通孔を設け、
前記脚部を、前記筐体に設けられた光ファイバアレイ固定部の溝部に収納し、前記光ファイバアレイと前記レーザダイオードアレイとを調心した後、前記脚部を半田によって前記溝部に固定することを特徴とする半導体レーザモジュールにおける光ファイバアレイとレーザダイオードアレイとを調心する方法。 - 前記溝部を、断熱層を介して前記筐体に固定することを特徴とする請求項1または2記載の半導体レーザモジュールにおける光ファイバアレイとレーザダイオードアレイとを調心する方法。
- 前記溝部における前記断熱層との接合部近傍に、他の部分よりも幅の小さい細幅部を設けることを特徴とする請求項3記載の半導体レーザモジュールにおける光ファイバアレイとレーザダイオードアレイとを調心する方法。
- 光ファイバが基板上に配列されてなる光ファイバアレイと、該光ファイバアレイの入力端に向けてレーザビームを照射するレーザダイオードが集積されてなるレーザダイオードアレイと、該レーザダイオードアレイが配された筐体とを備えた半導体レーザモジュールにおいて、
前記光ファイバアレイの基板に突設された脚部と、該脚部を収納する前記筐体に設けられた光ファイバアレイ固定部の溝部とを備え、前記脚部における前記基板との接合部近傍に、他の部分よりも幅の小さい細幅部が設けられ、前記脚部が半田によって前記溝部に固定されたことを特徴とする半導体レーザモジュール。 - 光ファイバが基板上に配列されてなる光ファイバアレイと、該光ファイバアレイの入力端に向けてレーザビームを照射するレーザダイオードが集積されてなるレーザダイオードアレイと、該レーザダイオードアレイが配された筐体とを備えた半導体レーザモジュールにおいて、
前記光ファイバアレイの基板に突設された脚部と、該脚部を収納する前記筐体に設けられた光ファイバアレイ固定部の溝部とを備え、前記脚部における前記基板との接合部近傍に、貫通孔が設けられ、前記脚部が半田によって前記溝部に固定されたことを特徴とする半導体レーザモジュール。
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