JP4515298B2 - レーザー装置の組立方法 - Google Patents

Description

本発明はレーザー装置、特に詳細には、集光レンズ等の光学部品やそのホルダを、装置本体側に接着固定する構成を有するレーザー装置の組立方法に関するものである。

従来、例えば特許文献１および２に示されるように、複数本のレーザービームを１本の光ファイバーに入力させて合波することにより、高出力のレーザービームを得るようにしたレーザー装置が知られている。このレーザー装置は基本的に、複数本のレーザービームを発する１つまたは複数の半導体レーザーと、１本の光ファイバーと、上記半導体レーザーから出射した複数本のレーザービームを集光した上で光ファイバーに結合させる集光光学系とから構成されている。

この種のレーザー装置において、上記集光光学系を構成するコリメートレンズ、集光レンズ等の光学部品や、それらを保持するためのホルダ等は、通常かなり小型のものとなる。従来、特にそのような小型の部品をレーザー装置本体側に固定するために、特許文献２にも示されているように、接着剤による固定構造が広く適用されている。
特開２００３−３４４６０９号公報 特開２００４−１３４６４１号公報

しかし、上述のように小型の光学部品やホルダ等を接着剤によって装置本体側に固定する構造においては、従来、それらの光学部品やホルダ等が、所望の姿勢から傾いて固定されてしまうという問題が発生しやすくなっていた。

以下、この点について、上記半導体レーザー、集光光学系および光ファイバーの入射端部が、パッケージ内に配置されてなるレーザー装置を例に挙げて詳しく説明する。ここで、光ファイバーの入射端部はコア軸がパッケージの底面と平行となる状態に固定され、またパッケージの底面上にはレンズ固定用の直方体状のホルダが固定され、このホルダの上面に、上記コア軸と光軸を一致させて１つの集光レンズが接着固定されるとする。なお集光レンズは、一般的な円形の軸対称レンズの一部が光軸と平行に切り取られた形とされ、その切り取られた面が接着面とされて、上記ホルダの上面に接着固定されるものとする。

そのような集光レンズを接着固定する場合、該集光レンズの光軸を光ファイバーのコア軸と一致させるためには、その前提として、まず集光レンズの光軸がパッケージ底面と平行になっている必要がある。ここで、取付面となるホルダの上面がパッケージの底面と平行になっているならば、そのホルダ上面に集光レンズの上記接着面を普通に押し当てれば（つまり接着面をホルダ上面に倣わせれば）、集光レンズは光軸がパッケージ底面と平行になる状態に設定される筈である。

ところが本発明者の研究によると、そのように集光レンズの接着面をホルダ上面に倣わせても、集光レンズの光軸がパッケージ底面と平行にならないことがあることが判った。これは、集光レンズの接着面をホルダ上面に押し当てている際、その押し当てる力の向きや分布等に応じて集光レンズの向きが変わってしまうからである。このような集光レンズの傾きは非常に小さいものであるが、それでも、この傾きが生じると集光レンズの光軸と光ファイバーのコア軸とが一致しなくなるので、該集光レンズで集光したレーザービームの光ファイバーに対する入力効率が低下してしまう。

以上、レーザー装置本体側つまりパッケージ底面にホルダが固定され、そのホルダに光学部品としての集光レンズが接着固定される場合の問題点について説明したが、光学部品を固定するホルダをサブマウント化し、それを、パッケージ底面に固定された固定台に接着固定するような構造においては、上記と同様の理由でホルダが傾いて接着固定されることもある。すなわち、例えば上記固定台の垂直面に、サブマウントとしての直方体状ホルダの側面を接着固定し、そのホルダの上面にレンズ等の光学部品を固定するようにした場合は、ホルダの側面（接着面）を固定台の垂直面（取付面）に倣わせて接着すれば、ホルダの上面が水平になると考えられるところ、上記と同じ理由によりホルダの側面が固定台の取付面に対して傾いて接着されてしまい、ホルダ上面が水平にならないのである。

また以上は、複数本のレーザービームを１本の光ファイバーに入射させて１本に合波するようにしたレーザー装置における問題を説明したが、レンズ等の光学部品やホルダの接着面が、装置本体側の部材の取付面に対して傾いて接着されてしまうという問題は、その他のレーザー装置においても同様に発生し得るものである。

本発明は上記の事情に鑑みて、レンズ等の光学部品、あるいはそれを固定するホルダの接着面を、装置本体側の部材の取付面に対して正確に平行な状態で接着固定することができるレーザー装置の組立方法を提供することを目的とする。

本発明によるレーザー装置の組立方法は、接着部品とそれを固定する固定部材の双方に参照面を形成しておき、所定の基準方向に対する両参照面の角度を測定して、接着部品の接着面と固定部材の取付面との角度関係を確認できるようにしたものであり、具体的には、
前述した集光レンズのようにレーザービームが入射および／または出射する光学部品、あるいはそれを固定したホルダであって、一部に平坦な接着面が形成された接着部品と、
前記接着面が接着される取付面を有して該取付面に前記接着部品を接着保持し、装置本体側に固定された固定部材とを備えてなるレーザー装置を組み立てる方法であって、
前記固定部材に、前記取付面に対して予め定められた所定の角度関係に設定された平坦な参照面を形成し、
前記接着部品に、前記接着面に対して予め定められた所定の角度関係に設定された平坦な参照面を形成し、
装置本体側に固定された固定部材の参照面の、所定の基準方向に対する角度を測定した後、
接着部品の参照面の前記基準方向に対する角度を測定しながら該接着部品の向きを調整し、
この角度が、固定部材の取付面とその参照面との角度関係、接着部品の接着面とその参照面との角度関係、および固定部材の参照面について測定された前記角度から定まる所定角度になって、前記接着面が前記取付面に対して平行になる状態で接着部品を固定部材に接着固定することを特徴とするものである。

なお上記の固定部材は、前述したパッケージ底面等の装置本体に直接固定されたものであってもよいし、あるいは、別の部材を介して装置本体に固定されたものであってもよい。したがって、例えば先に述べたように、光学部品を固定するホルダをサブマウント化し、それを、パッケージ底面に固定された固定台に接着固定するようにした構造においては、固定台を固定部材とし、ホルダを接着部品として本発明を適用することもできるし、あるいは、ホルダを固定部材とし、光学部品を接着部品として本発明を適用することもできる。

ここで、上記固定部材の参照面および接着部品の参照面の面粗さＲａは、0.08μｍ未満とされていることが望ましい。また、そのようにされる場合は、その面粗さＲａが0.08μｍ未満とされている参照面と、接着剤によって接着される面の面粗さＲａは、0.15μｍ以上0.35μｍ未満とされることが望ましい。

また本発明は、先に述べたように光ファイバーと、１本または複数本のレーザービームを発するレーザー光源と、このレーザー光源が発するレーザービームを前記光ファイバーに、その一端面から入射させる光学系とを備えてなるレーザー装置に適用されるのが特に好ましく、その場合は、上記光学系を構成する光学部品あるいはそれを固定したホルダの少なくとも１つに、参照面が形成される。

なお、この本発明によるレーザー装置の組立方法においては、
固定部材の取付面と参照面とを互いに平行に設定するとともに、接着部品の接着面と参照面とを互いに平行に設定しておき、
前記固定部材の参照面を、前記基準方向に対して所定角度に設定し、
接着部品の参照面の前記基準方向に対する角度が、固定部材の参照面の前記基準方向に対する角度と一致した状態で接着部品を固定部材に接着固定することが望ましい。

また、上記基準方向に対する角度は、例えばレーザーオートコリメーターを好適に利用して測定することができる。

本発明によるレーザー装置の組立方法は、装置本体側に固定された固定部材の参照面の、基準方向に対する角度を測定した後、接着部品の参照面の前記基準方向に対する角度を測定しながら該接着部品の向きを調整し、この角度が、固定部材の取付面とその参照面との角度関係、接着部品の接着面とその参照面との角度関係、および固定部材の参照面について測定された前記角度から定まる所定角度になった状態で接着部品をホルダに接着固定するようにしたので、接着部品の接着面が固定部材の取付面と正確に平行になる状態で両者を接着することが可能になる。

例えば、固定部材の取付面と参照面とを互いに平行に設定し、また接着部品の接着面と参照面とを互いに平行に設定した場合は、接着部品の参照面の基準方向に対する角度が、固定部材の参照面の基準方向に対する角度と一致したとき、接着部品の接着面と固定部材の取付面は互いに平行になっている。したがってこの状態下で、両面の間に接着剤を点着する等によってそれらを接着すれば、接着部品の接着面が固定部材の取付面に対して平行になっている状態で、接着部品が固定部材に固定されるようになる。

なお、上記基準方向に対する角度をレーザーオートコリメーターによって測定すれば、この角度を極めて高い精度で測定することができ、ひいては、接着部品の接着面を固定部材の取付面に対して高精度で平行にすることが可能となる。

一方、本発明のレーザー装置においては、固定部材に、その取付面に対して所定の角度関係に設定された平坦な参照面が形成されるとともに、接着部品に、その接着面に対して所定の角度関係に設定された平坦な参照面が形成されているので、それら両参照面を利用して取付面と接着面とが互いに平行になっているかどうかを検査することができる。そこで、このレーザー装置を組み立てた後にそのような検査を行って、取付面と接着面とが所定精度で平行になっていない不良品を見つけ出すことが可能になる。また、上記構成を有する本発明のレーザー装置は、例えば不良品と判定された後、接着部品を固定部材から取り外して再組立するような場合に、本発明によるレーザー装置の組立方法を実施できるものとなる。

なお、固定部材および接着部品の両参照面の基準方向に対する角度測定を高精度で行うためには、先に述べたレーザーオートコリメーターのように、該参照面でレーザービームを反射させる光学的手法を用いることが望ましい。それらの参照面の面粗さＲａが0.08μｍ未満とされている場合は、該参照面におけるレーザービームの散乱が少なく抑えられるので、そのような光学的手法による角度測定を極めて良好に行うことが可能となる。

さらに、上述のように面粗さＲａが0.08μｍ未満とされている参照面と、接着剤によって接着される面の面粗さＲａが0.15μｍ以上0.35μｍ未満と比較的粗くされた場合は、それら両面の間に接着剤が浸透しやすくなり、良好な接着効果を得ることができる。

また本発明が、先に述べたように光ファイバーと、１本または複数本のレーザービームを発するレーザー光源と、このレーザー光源が発するレーザービームを前記光ファイバーに、その一端面から入射させる光学系とを備えてなるレーザー装置に適用された場合は、光学系の光軸と光ファイバーのコア軸とを正確に同芯に揃えることが可能になり、そこで、レーザービームの光ファイバーに対する入力効率を十分高く確保できるようになる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１、図２および図３はそれぞれ、本発明の一実施形態である紫外光高輝度合波レーザー装置の平面形状、側面形状および部分正面形状を示すものである。図示の通りこの合波レーザー光源は、熱伝導性の高いヒートブロック10上に配列固定された一例として７個のチップ状態の横マルチモードＧａＮ系半導体レーザーＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４，ＬＤ５，ＬＤ６およびＬＤ７と、各ＧａＮ系半導体レーザーＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４，ＬＤ５，ＬＤ６およびＬＤ７にそれぞれ対応するコリメートレンズ11，12，13，14，15，16および17が一体的に形成されてなるコリメートレンズアレイ18と、１つの集光レンズ20と、１本のマルチモード光ファイバー30とを有している。

ＧａＮ系半導体レーザーＬＤ１〜７は、発振波長が例えば全て共通の405ｎｍであり、最大出力も全て共通の300ｍＷである。なお本実施形態では、これらのＧａＮ系半導体レーザーＬＤ１〜７としてシングルモードのものが用いられているが、マルチモードの半導体レーザーを適用することも可能である。

これらのＧａＮ系半導体レーザーＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４，ＬＤ５，ＬＤ６およびＬＤ７から発散光状態で出射したレーザービームＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６およびＢ７は、それぞれコリメートレンズアレイ18のコリメートレンズ11，12，13，14，15，16および17によって平行光化される。なお図３は、図２におけるＡ−Ａ線位置からこのコリメートレンズアレイ18側を見た状態を示している。

平行光とされたレーザービームＢ１〜７は、集光レンズ20によって集光され、マルチモード光ファイバー30のコア30ａの入射端面上で収束する。本例ではコリメートレンズ11〜17および集光レンズ20によって集光光学系が構成され、それとマルチモード光ファイバー30とによって合波光学系が構成されている。すなわち、集光レンズ20によって上述のように集光されたレーザービームＢ１〜７がマルチモード光ファイバー30のコア30ａに入射してそこを伝搬し、１本のレーザービームＢに合波されてマルチモード光ファイバー30から出射する。なおマルチモード光ファイバー30としては、ステップインデックス型のもの、グレーデッドインデックス型のもの、およびそれらの複合型のものが全て適用可能である。

本実施形態において合波レーザー装置を構成する光学要素は、上方が開口した箱状のパッケージ40内に収容され、このパッケージ40の上記開口がパッケージ蓋41によって閉じられることにより、該パッケージ40およびパッケージ蓋41が画成する閉空間内に密閉保持される。またマルチモード光ファイバー30の入射側の端部は、フェルール31に保持された上で、パッケージ40の側壁部に固定されている。

パッケージ40の底面にはベース板42が固定され、このベース板42の上面に前記ヒートブロック10が取り付けられ、このヒートブロック10の上面10ａにＧａＮ系半導体レーザーＬＤ１〜７が固定される一方、その前面10ｂに、コリメートレンズアレイ18を保持するコリメートレンズホルダ44が固定されている。さらに、ベース板42の上面にはレンズ固定台45が固定され、このレンズ固定台45の前面45ａに、集光レンズ20を保持する集光レンズホルダ46が固定されている。またＧａＮ系半導体レーザーＬＤ１〜７に駆動電流を供給する配線類47は、パッケージ40の側壁部に形成された開口を通してパッケージ外に引き出されている。

図３に示されるようにコリメートレンズアレイ18の各コリメートレンズ11〜17は、非球面円形レンズの光軸を含む領域を細長く切り取った形とされたものであり、このようなコリメートレンズアレイ18は、例えば光学ガラスをモールド成形することによって形成される。そしてコリメートレンズ11〜17は、ＧａＮ系半導体レーザーＬＤ１〜７の発光点の並び方向（図３の左右方向）の開口径が該方向に直角な方向（図３の上下方向）の開口径よりも小さく形成されて、上記発光点の並び方向に密接配置されている。

一方ＧａＮ系半導体レーザーＬＤ１〜７としては、発光幅が２μｍで、活性層と平行な方向、直角な方向の拡がり角が一例としてそれぞれ10°、30°の状態で各々レーザービームＢ１〜７を発するものが用いられている。これらのＧａＮ系半導体レーザーＬＤ１〜７は、活性層と平行な方向に発光点が１列に並ぶように配設されている。

したがって、各発光点から発せられたレーザービームＢ１〜７は、上述のように細長い形状とされた各コリメートレンズ11〜17に対して、拡がり角最大の方向が開口径大の方向と一致し、拡がり角最小の方向が開口径小の方向と一致する状態で入射することになる。つまり、細長い形状とされた各コリメートレンズ11〜17は、入射するレーザービームＢ１〜７の楕円形の断面形状に対応して、非有効部分を極力少なくして使用されることになる。本実施形態では具体的に、コリメートレンズ11〜17の有効開口径は水平方向、垂直方向で各々1.1ｍｍ、3.6ｍｍであり、それらに入射するレーザービームＢ１〜７の水平方向、垂直方向のビーム径は各々0.9ｍｍ、2.6ｍｍである。またコリメートレンズ11〜17の各焦点距離ｆ１＝３ｍｍ、ＮＡ（開口数）＝0.6、レンズ配置ピッチ＝1.2ｍｍである。

一方集光レンズ20は、非球面円形レンズの光軸を含む領域を細長く切り取って、コリメートレンズ11〜17の並び方向つまり水平方向に長く、それと直角な方向に短い形状とされている。そして該集光レンズ20の焦点距離ｆ２＝23.15ｍｍ、倍率＝7.7である。この集光レンズ20も、例えば光学ガラスをモールド成形することによって形成される。なお、この集光レンズ20およびコリメートレンズアレイ18は、ガラスの他、合成樹脂から形成することも可能である。

またマルチモード光ファイバー30としては、コア径＝60μｍ、ＮＡ＝0.23、端面コートの透過率＝99.5％、内部ロス＝98.5％のステップインデックス型のものが用いられている。

本実施形態の構成において、レーザービームＢ１〜７のマルチモード光ファイバー30への結合効率は0.9となる。したがって、ＧａＮ系半導体レーザーＬＤ１〜７の各出力が300ｍＷのときには、出力1.89Ｗ（＝300ｍＷ×0.9×７）の合波レーザービームＢが得られることになる。

上記構成の合波レーザー装置においては、レーザービームＢ１〜７のマルチモード光ファイバー30への結合効率を高く確保する上で、コリメートレンズアレイ18および集光レンズ20は、光軸がマルチモード光ファイバー30のコア軸（入射端におけるコア軸。以下同様）と正確に平行になった状態で固定されなければならない。以下、そのような固定構造を実現するための方法について説明する。

まず、コリメートレンズアレイ18およびコリメートレンズホルダ44等の固定構造を説明する。本実施形態においてヒートブロック10は熱伝導性および研磨加工性に優れたＡｌＮ（窒化アルミニウム）から直方体状に形成され、下面は金蒸着によってメタライズされ、その下面が、Ａｕメッキを施したベース板42上に低融点半田等を用いて固定されている。ベース板42は例えばＣｕＷ、ＣｕＭｏ、Kovar等から形成されて、パッケージ40の底面に固定されている。

なお直方体状のヒートブロック10は、その前面10ｂがベース板42に対して高精度で直角となる状態に固定される。またこの前面10ｂは鏡面仕上げされて、コリメートレンズホルダ44が固定される取付面とされるとともに、後述する参照面とされている。

ＧａＮ系半導体レーザーＬＤ１〜７は、融点が280℃のＡｕＳｎ合金をロウ材として用いて、ヒートブロック10の上面10ａに実装される。この実装に際しては、まずその融点より低い第１の温度に設定されたロウ材によって、ヒートブロック10の上面10ａにＧａＮ系半導体レーザーＬＤ１〜７が１個ずつ仮固定される。全てのＧａＮ系半導体レーザーＬＤ１〜７が仮固定された後、リフロー炉において上記融点を超える第２の温度に昇温させてロウ材が溶融され、ＧａＮ系半導体レーザーＬＤ１〜７が固定される。なお一例として上記第１の温度および第２の温度は、それぞれ150℃、330℃に設定される。

こうすることにより、全てのチップ状ＧａＮ系半導体レーザーＬＤ１〜７が実装完了するまでに、未実装部のロウ材が融点を超えてしまうことがなくなるので、ロウ材の酸化を防止して、安定した高精度（例えば寸法誤差が±0.1μｍ程度）での実装が可能となる。

一方マルチモード光ファイバー30の入射側の端部は、それを保持しているフェルール31がパッケージ40の側壁部に例えばロウ材を用いて封止固定されることにより、該パッケージ40に固定される。このときマルチモード光ファイバー30は、そのコア軸が、ヒートブロック10の前面10ｂに対して高精度で直角となる状態に固定される。

次に、コリメートレンズホルダ44の接着固定に先立って、図４に示すようにレーザーオートコリメーター50と、ベース板42の上に載置されたミラー51とを用いて、ヒートブロック10の取付面および参照面である前面10ｂの、基準方向に対する角度が測定される。本実施形態では、レーザーオートコリメーター50から発せられたレーザービームＢｒをミラー51で反射させることにより進行方向を90°変え、ヒートブロック前面10ｂに垂直入射させるようにしており、ミラー51で反射後のレーザービームＢｒの進行方向ｚが上記基準方向とされる。

レーザーオートコリメーター50は、ヒートブロック前面10ｂで反射し、ミラー51で再反射して戻って来たレーザービームＢｒを受光して、基準方向ｚに対するヒートブロック前面10ｂの角度を測定する。この角度は、基準方向ｚに対して直角で互いも直角なｘ軸、ｙ軸周りの各傾き角θx、θyで規定される。すなわち、例えば基準方向ｚに対してヒートブロック前面10ｂが完全に直角になっている場合は、傾き角θx＝θy＝０°となる。なおｙ軸方向は、レーザーオートコリメーター50から発せられて下方に向かうレーザービームＢｒの進行方向と同じである。この測定された傾き角θx、θyは記録用紙等に記録されたり、あるいは記憶手段に記憶される。

次に図５に示すように、例えばコリメートレンズホルダ44を把持する把持部52ａを有するメカニカルハンド52を用いて、接着面であるその後面44ａがヒートブロック前面10ｂに軽く当接する状態にコリメートレンズホルダ44が保持される。なおメカニカルハンド52としては、例えば把持部52ａを３軸方向に平行移動、かつ３軸周りに回転移動させることができる６軸のものが用いられる。コリメートレンズホルダ後面44ａをヒートブロック前面10ｂに当接させる力は、例えばメカニカルハンド52の中に組み込んだロードセル等を利用して、所定の値に維持することができる。

また、上述のようにコリメートレンズホルダ44を保持させるに当たっては、参照面としてのその前面44ｂの基準方向ｚに対する角度が継続的に測定される。この角度測定はヒートブロック前面10ｂの角度測定と同様にしてなされ、また測定角度も同様に前述の傾き角θx、θyで規定される。

このときメカニカルハンド52は、継続的に測定されている傾き角θx、θyが、前述のヒートブロック前面10ｂについて測定された傾き角θx、θyと各々一致し、かつコリメートレンズホルダ44をｘ、ｙ方向の所定位置に配するように操作され、その状態になったところでメカニカルハンド52が停止される。次に、ヒートブロック前面10ｂとそれに軽く当接しているコリメートレンズホルダ44の後面44ａとの間に接着剤が点着され、それを硬化させることによって、コリメートレンズホルダ44がヒートブロック前面10ｂに接着固定される。

なおコリメートレンズホルダ44を上述のようにｘ、ｙ方向の所定位置に配するためには、その後面44ａをヒートブロック前面10ａの上で滑らせながら位置規定すればよいので、作業は容易になされ得る。

ここでコリメートレンズホルダ44は、その後面44ａと前面44ｂとが互いに高精度（誤差±15″程度）で平行となるように形成されている。そうであれば、上述のようにコリメートレンズホルダ44の前面44ｂについて測定されている傾き角θx、θyが、ヒートブロック前面10ｂについて測定された傾き角θx、θyと各々一致しているということは、後面44ａがヒートブロック前面10ｂに対して平行になっていることを意味する。したがって、その状態を保ちながらコリメートレンズホルダ44をヒートブロック前面10ｂに接着固定すれば、後面44ａがヒートブロック前面10ｂと高精度で平行になった状態でコリメートレンズホルダ44が固定される。

またこのとき、予め精密測定されているコリメートレンズホルダ44の外形寸法に基づいてメカニカルハンド52の動作が制御されて、該コリメートレンズホルダ44のｚ軸周りの角度位置が所定位置に設定され、それにより該コリメートレンズホルダ44は、その上面44ｃがベース板42に対して高精度で平行となる状態で固定される。

なお、上に数値を挙げたコリメートレンズホルダ44の後面44ａと前面44ｂとの平行度は、それらの面を研磨加工することにより容易に実現可能である。

また上記接着剤としては一例として紫外線硬化型のものが用いられるが、前述の通りコリメートレンズホルダ44は紫外線透過性のガラスから形成されているので、硬化用の紫外線はこのコリメートレンズホルダ44を透過して、接着剤に十分照射されるようになる。

その後メカニカルハンド52は、把持部52ａをパッケージ40の外に退避させるように操作される。次に図６に示すように再度レーザーオートコリメーター50を用いて、固定されたコリメートレンズホルダ44の上面44ｃの、基準方向に対する角度が測定される。この場合の基準方向は、レーザーオートコリメーター50から発せられて下方に向かうレーザービームＢｒの進行方向（これは図４、５におけるものと同じである）とされる。つまりここでは、基準方向ｙに対するコリメートレンズホルダ上面44ｃの角度は、ｘ軸、ｚ軸周りの各傾き角φx、φzで規定される。すなわち、例えば基準方向ｙに対してコリメートレンズホルダ上面44ｃが完全に直角になっている場合は、傾き角φx＝φz＝０°となる。この測定された傾き角φx、φzは記録用紙等に記録されたり、あるいは記憶手段に記憶される。

次に図７に示すように、再度メカニカルハンド52を用いてコリメートレンズアレイ18が、その下面（接着面）18ａがコリメートレンズホルダ44の上面44ｃに軽く当接する状態に保持される。このようにコリメートレンズアレイ18を保持させるに当たっては、その上面18ｂの基準方向ｙに対する角度が継続的に測定される。この角度測定はコリメートレンズホルダ上面44ｃの角度測定と同様にしてなされ、測定角度も同様に前述の傾き角φx、φzで規定される。

このときメカニカルハンド52は、継続的に測定されている傾き角φx、φzが、コリメートレンズホルダ上面44ｃについて測定された傾き角φx、φzと各々一致し、かつコリメートレンズアレイ18をｘ、ｚ方向所定位置に配するように操作され、その状態になったところでメカニカルハンド52が停止される。次に、コリメートレンズホルダ上面44ｃとそれに軽く当接しているコリメートレンズアレイ18の下面18ａとの間に接着剤が点着され、それを硬化させることによって、コリメートレンズアレイ18がコリメートレンズホルダ上面44ｃに接着固定される。

なおコリメートレンズアレイ18を上述のようにｘ、ｚ方向所定位置に配するためには、その下面18ａをコリメーターレンズホルダ上面44ｃの上で滑らせながら位置規定すればよいので、作業は容易になされ得る。

ここでコリメートレンズアレイ18は、その下面18ａと上面18ｂとが互いに高精度で平行となるように形成されている。そうであれば、上述のようにコリメートレンズアレイ18の上面18ｂについて測定されている傾き角φx、φzが、コリメートレンズホルダ上面44ｃについて測定された傾き角φx、φzと各々一致しているということは、下面18ａが、コリメートレンズホルダ上面44ｃに対して平行になっていることを意味する。したがって、その状態を保ってコリメートレンズアレイ18をコリメートレンズホルダ上面44ｃに接着固定すれば、下面18ａがコリメートレンズホルダ上面44ｃと高精度で平行になった状態でコリメートレンズアレイ18が固定される。

またこのとき、例えばコリメートレンズアレイ18の外形寸法に基づいてメカニカルハンド52の動作が制御されて、該コリメートレンズアレイ18のｙ軸周りの角度位置が所定位置に設定され、それにより、該コリメートレンズアレイ18はコリメートレンズ11〜17の光軸がマルチモード光ファイバー30のコア軸と平行になる状態で固定される。

上述のようにメカニカルハンド52の動作を制御して、コリメートレンズアレイ18のｙ軸周りの角度位置や、コリメートレンズホルダ44のｚ軸周りの角度位置を所定位置に設定しても、それだけでは、各部材の面合わせを精度良く行うことは困難であり、その点に鑑みて本発明では、参照面を利用した面合わせを採用しているものである。

なおコリメートレンズアレイ18を高精度モールド加工することにより、その下面18ａと上面18ｂとの平行度を、誤差±15″程度の高精度にすることができる。したがって、上面18ｂを参照面とした角度測定により、最大誤差30″で、下面18ａをコリメートレンズホルダ上面44ｃと平行に位置合わせすることができる。なお、コリメートレンズアレイ18の下面18ａおよび上面18ｂのレンズ並び方向に対する平行度も、誤差±15″程度と高精度にすることができる。

また上記接着剤としては一例として紫外線硬化型のものが用いられるが、前述の通りコリメートレンズホルダ44は紫外線透過性のガラスから形成され、またコリメートレンズアレイ18も同様であるので、硬化用の紫外線はコリメートレンズホルダ44およびコリメートレンズアレイ18を透過して、接着剤に十分照射されるようになる。

以上の通りにしてコリメートレンズホルダ44がヒートブロック10に、そしてコリメートレンズアレイ18がコリメートレンズホルダ44に接着固定されれば、コリメートレンズアレイ18は、その各コリメートレンズ11〜17の光軸がマルチモード光ファイバー30のコア軸と高精度で平行になった状態で固定されるようになる。

なお以上説明した構造においては、ヒートブロック10とコリメートレンズホルダ44とについて考えると、前者、後者がそれぞれ本発明における固定部材、接着部品に相当し、コリメートレンズホルダ44とコリメートレンズアレイ18とについて考えると、前者、後者がそれぞれ本発明における固定部材、接着部品に相当する。

次に図２に戻って、集光レンズ20および集光レンズホルダ46等の固定構造について説明する。集光レンズホルダ46を固定するレンズ固定台45は、ヒートブロック10と同様にＡｌＮを用いて直方体状に形成され、下面は金蒸着によってメタライズされ、その下面が、Ａｕメッキを施したベース板42上に低融点半田等を用いて固定される。このときレンズ固定台45は、その前面45ａがヒートブロック10の前面10ｂと平行となる状態に固定される。そのためには、図５に示したレーザーオートコリメーター50およびメカニカルハンド52を用いて、コリメートレンズホルダ44の前面44ｂをヒートブロック前面10ｂと平行にした手法を適用することも可能である。

上述のように固定されたレンズ固定台45に対してまず集光レンズホルダ46が接着固定され、次いでその上面46ｃに集光レンズ20が接着固定される。集光レンズホルダ46は例えば紫外線透過性のガラスを用いて直方体状に形成されたものであり、それをレンズ固定台45の前面45ａに接着固定するに当たっては、前述したコリメートレンズホルダ44をヒートブロック10の前面10ｂに接着固定した際の手法を同様に適用することができる。すなわちこの場合は、集光レンズホルダ46の前面46ｂが参照面として利用され、接着面となる後面46ａがレンズ固定台前面45ａと高精度で平行となる状態に該集光レンズホルダ46が接着固定される。

なお、上記集光レンズホルダ46の後面46ａと前面46ｂとの平行度は、誤差±15″程度とすることができる。そのような高精度の平行度は、後面46ａおよび前面46ｂを研磨加工することによって実現可能である。

次に、接着固定された集光レンズホルダ46の上面46ｃに、集光レンズ20が接着固定される。この集光レンズ20は、前述した通り水平方向に長い形状とされたものであるが、集光レンズホルダ46への接着面となる下面20ａと、参照面となる上面20ｂとが高精度で互いに平行となるように形成されている。この集光レンズ20を集光レンズホルダ上面46ｃに接着固定するに当たっては、前述したコリメートレンズアレイ18をコリメートレンズホルダ44の上面44ｃに接着固定した際の手法を同様に適用することができる。すなわちこの場合は、集光レンズ20の上面20ｂが参照面として利用され、接着面である下面20ａが集光レンズホルダ46の上面46ｃと高精度で平行となる状態に該集光レンズ20が接着固定される。

なお集光レンズ20の下面20ａと上面20ｂとの平行度は、誤差±15″程度とすることができる。そのような高精度の平行度は、下面20ａおよび上面20ｂを研磨加工することによって実現可能である。また、参照面とされる集光レンズ20の上面20ｂと光軸との平行度も、誤差±15″程度とすることができる。

以上説明した構造においては、レンズ固定台45と集光レンズホルダ46とについて考えると、前者、後者がそれぞれ本発明における固定部材、接着部品に相当し、集光レンズホルダ46と集光レンズ20とについて考えると、前者、後者がそれぞれ本発明における固定部材、接着部品に相当する。

以上の通りにして集光レンズ20は、その光軸がマルチモード光ファイバー30のコア軸と高精度で一致した状態で、集光レンズホルダ46に固定されるようになる。そして、それに加えてコリメートレンズアレイ18も、前述したように各コリメートレンズ11〜17の光軸がマルチモード光ファイバー30のコア軸と高精度で平行になった状態で固定されているので、レーザービームＢ１〜７のマルチモード光ファイバー30への結合効率が高く確保される。

また、以上説明のように合波レーザー装置を組み立てる場合の他、組立てが完了した合波レーザー装置において良品、不良品の判定のためにコリメートレンズアレイ18や集光レンズ20等の傾きを測定する場合に、各参照面を利用してコリメートレンズアレイ18や集光レンズ20等の傾きを測定することも可能である。さらには、組立て完了後の合波レーザー装置を分解して再度組み立てる場合に、同様に各参照面を利用してコリメートレンズアレイ18や集光レンズ20等の傾きを測定することも可能である
なお、基準方向に対する角度が測定される参照面となるヒートブロック10の前面10ｂ、コリメートレンズホルダ44の前面44ｂと上面44ｃ、コリメートレンズアレイ18の上面18ｂ、レンズ固定台45の前面45ａ、集光レンズホルダ46の前面46ｂと上面46ｃ、および集光レンズ20の上面20ｂは、レーザーオートコリメーター50から発せられたレーザービームＢｒを散乱させずに良好に反射させるために、面粗さＲａが0.08μｍ未満の鏡面に仕上げされることが望ましい。参照面がこの程度の面粗さＲａになっている場合は、一般に誤差±５″程度の精度で、基準方向に対する角度を測定可能である。

他方、上述のような参照面と接着される接着面、すなわち具体的に挙げればコリメートレンズホルダ44の後面44ａ、コリメートレンズアレイ18の下面18ａ、集光レンズホルダ46の後面46ａ、および集光レンズ20の下面20ａは、参照面との間に接着剤を良好に浸透させるために、参照面よりも粗く形成されるのが好ましい。例えば参照面の面粗さＲａが上述のように0.08μｍ未満とされる場合、接着面の面粗さＲａは0.15μｍ以上0.35μｍ以下の範囲にあることが望ましい。なお面粗さＲａは、例えば触針式粗さ測定器で測定することができる。

また本実施形態では、固定部材の取付面と参照面とは互いに平行に設定されているが、それに限らず、取付面に対して参照面が所定角度、例えば90°をなすように設定しておいても構わない。これは、接着部品の接着面と参照面についても同様である。

また、コリメートレンズホルダ44に用いるガラスは、装置の使用時や保管時に受ける温度変化によってヒートブロック10との接着部に発生する熱応力を低減するために、このヒートブロック10の材料であるＡｌＮと線膨張係数が近いものを用いることが望ましい。同様に、コリメートレンズアレイ18に用いるガラスは、コリメートレンズホルダ44の材料のガラスと線膨張係数が近いものを用いることが望ましい。これは、レンズ固定台45、集光レンズホルダ46および集光レンズ20との間にも言えることである。

また以上説明した実施形態では、ヒートブロック10およびレンズ固定台45の材料としてＡｌＮが用いられているが、この材料としてはその他にＣｕやＣｕ合金も好適に用いることができる。さらに、これらのヒートブロック10およびレンズ固定台45は、一体的に形成されても構わない。

また以上説明した実施形態では、コリメートレンズアレイ18と集光レンズ20とが採用されているが、例えば前記特許文献１に示されるように、それら両者の機能を合わせ持つ１つの集光レンズを採用した合波レーザー装置も提案されており、本発明はそのような集光レンズを用いるレーザー装置に対しても同様に適用可能である。

さらに、以上は合波レーザー光源として構成された実施形態について説明したが、本発明はそれに限らず、光学部品、あるいはそれを固定したホルダであって、一部に平坦な接着面が形成された接着部品と、それを保持して装置本体側に固定される固定部材とを備えてなるレーザー装置の全てに適用可能である。

本発明の一実施形態による合波レーザー装置の一部破断平面図 上記合波レーザー装置の一部破断側面図 上記合波レーザー装置の部分正面図 上記合波レーザー装置の組立方法を説明する図 上記合波レーザー装置の組立方法を説明する図 上記合波レーザー装置の組立方法を説明する図 上記合波レーザー装置の組立方法を説明する図

符号の説明

10 ヒートブロック
11〜17 コリメートレンズ
18 コリメートレンズアレイ
20 集光レンズ
30 マルチモード光ファイバー
40 パッケージ
41 パッケージ蓋
42 ベース板
44 コリメートレンズホルダ
45 レンズ固定台
46 集光レンズホルダ
50 レーザーオートコリメーター
52 メカニカルハンド
ＬＤ１〜７ ＧａＮ系半導体レーザー
Ｂ１〜７ レーザービーム
Ｂ 合波されたレーザービーム

Claims (6)

1. レーザービームが入射および／または出射する光学部品、あるいはそれを固定したホルダであって、一部に平坦な接着面が形成された接着部品と、
   前記接着面が接着される取付面を有して該取付面に前記接着部品を接着保持し、装置本体側に固定された固定部材とを備えてなるレーザー装置を組み立てる方法であって、
   前記固定部材に、前記取付面に対して予め定められた所定の角度関係に設定された平坦な参照面を形成し、
   前記接着部品に、前記接着面に対して予め定められた所定の角度関係に設定された平坦な参照面を形成し、
   装置本体側に固定された固定部材の参照面の、所定の基準方向に対する角度を測定した後、
   接着部品の参照面の前記基準方向に対する角度を測定しながら該接着部品の向きを調整し、
   この角度が、固定部材の取付面とその参照面との角度関係、接着部品の接着面とその参照面との角度関係、および固定部材の参照面について測定された前記角度から定まる所定角度になって、前記接着面が前記取付面に対して平行になる状態で接着部品を固定部材に接着固定することを特徴とするレーザー装置の組立方法。
2. 前記固定部材の取付面と参照面とを互いに平行に設定するとともに、前記接着部品の接着面と参照面とを互いに平行に設定しておき、
   前記固定部材の参照面を、前記基準方向に対して所定角度に設定し、
   接着部品の参照面の前記基準方向に対する角度が、固定部材の参照面の前記基準方向に対する角度と一致した状態で接着部品を固定部材に接着固定することを特徴とする請求項１記載のレーザー装置の組立方法。
3. 前記基準方向に対する角度を、レーザーオートコリメーターによって測定することを特徴とする請求項１または２記載のレーザー装置の組立方法。
4. 前記固定部材の参照面および接着部品の参照面の面粗さＲａを、0.08μｍ未満としておくことを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載のレーザー装置の組立方法。
5. 面粗さＲａが0.08μｍ未満とされている前記参照面と、接着剤によって接着される面の面粗さＲａを、0.15μｍ以上0.35μｍ未満としておくことを特徴とする請求項４記載のレーザー装置の組立方法。
6. 前記レーザー装置が、
   光ファイバーと、１本または複数本のレーザービームを発するレーザー光源と、このレーザー光源が発するレーザービームを前記光ファイバーに、その一端面から入射させる光学系とを備えてなり、
   前記光学系を構成する光学部品、あるいはそれを固定したホルダの少なくとも１つに、前記参照面が形成されているものであることを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載のレーザー装置の組立方法。

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