JP4875389B2 - 半導体レーザモジュール - Google Patents

Description

本発明は、光通信分野、加工や溶接などの産業分野、および医療分野などで使用される半導体レーザモジュールに関するものである。

従来から、光ファイバからレーザ光を出力する半導体レーザモジュールの製造工程において、金属メッキなどの金属被覆が施され、先端部が楔形状に加工された光ファイバを、基板上の所定の位置に固定された半導体レーザ素子に所定の間隔で対向して配置し、半導体レーザ素子の活性層から出射するレーザ光が最大の結合効率で光ファイバに結合するように光ファイバを調芯した後、ＹＡＧレーザや電熱ヒーターによって金錫半田などの固定剤を溶融して、光ファイバ保持手段上に光ファイバを固定する方法が知られている（特許文献１参照）。

一方、半導体レーザモジュールの製造工程において、金属被覆が施され、先端部が楔形状に加工された光ファイバを、金属フェルールなどの光ファイバ保持手段に金錫半田などの固定剤を用いて挿通固定し、金属フェルールを挟持部材により挟持して光ファイバを調芯した後、基板上にＹＡＧレーザなどで金属フェルールを溶接して固定する方法も知られている（特許文献２参照）。

特開２０００−１８３４４５号公報 特開２００２−３３３５５４号公報

ところが、半導体レーザ素子からの出射光を楔形状の先端部を有する光ファイバに結合しようとする場合、出射光を光ファイバに１００％結合することはできず、光ファイバに結合しない非結合光が必ず発生する。この非結合光の大部分は、光ファイバの周囲を前方に進行し、光ファイバを光ファイバ保持手段に固定している半田剤や接着剤などの固定剤（保持部固定剤）に照射される。

特に、レーザ加工の分野や医療分野で使用される半導体レーザモジュールは、半導体レーザ素子からの出射光の強度が非常に大きいので、発生する非結合光の強度も大きくなる。例えば半導体レーザ素子からの出射光の光ファイバへの結合効率が８０％の場合、光ファイバからの光出力として５Ｗを得ようとすると、１．２Ｗ程度の非結合光が発生していることになる。このように非結合光の強度が大きくなると、半田剤も溶融させる可能性がある。また、固定剤として接着剤を用いる場合は、さらに低い非結合光の強度でも接着剤が溶融、もしくは劣化する可能性がある。

このように固定剤が溶融もしくは劣化すると、固定剤の成分が飛散し半導体レーザ素子の光出射端面に付着し、付着した飛散成分が光吸収を起こして発熱し、光出射端面が損傷して半導体レーザモジュールの故障を引き起こす可能性があるという課題がある。また、結合効率が最大の位置で固定されていた光ファイバはその位置からずれてしまうため、結合ロスが増大し、半導体レーザモジュールの信頼性の低下や故障の可能性があるという課題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、故障や信頼性の低下を防止できる半導体レーザモジュールを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る半導体レーザモジュールは、活性層を有する半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子に対向して配置され前記活性層に垂直方向での断面が楔形状である先端部を有する光ファイバと、保持部固定剤により前記光ファイバを固定して保持する光ファイバ保持手段と、前記半導体レーザ素子と前記光ファイバ保持手段とを固定する基板と、前記光ファイバを挿通する孔を有し前記保持部固定剤と前記半導体レーザ素子の間に配置される壁部材と、を備え、前記壁部材の孔の直径をＤ、前記半導体レーザ素子と前記壁部材との間隔をＬ、前記半導体レーザ素子の前記活性層に垂直方向でのファーフィールドパターンにおいてピーク強度の１／ｅ²の強度となるビーム広がり角をφ、前記光ファイバの先端部の開き角度をθ、前記光ファイバの直径をｄ、前記半導体レーザ素子と前記光ファイバの先端部との間隔をｚとすると、ｔａｎ（φ／２）＞ｔａｎ（θ／２）／［１＋（２ｚ／ｄ）ｔａｎ（θ／２）］＞Ｄ／（２Ｌ）が成り立つことを特徴とする。

また、この発明に係る半導体レーザモジュールは、上記発明において、前記壁部材は、該壁部材の孔に充填された孔部固定剤により前記光ファイバに固定されていることを特徴とする。

また、この発明に係る半導体レーザモジュールは、上記発明において、前記壁部材は、前記光ファイバ保持手段の前記半導体レーザ素子側に固定されていることを特徴とする。

また、この発明に係る半導体レーザモジュールは、上記発明において、前記壁部材は、前記半導体レーザ素子と前記光ファイバ保持手段の間において前記基板に固定されていることを特徴とする。

また、この発明に係る半導体レーザモジュールは、上記発明において、前記壁部材は、前記光ファイバ保持手段の一部に形成されていることを特徴とする。

また、この発明に係る半導体レーザモジュールは、上記発明において、前記光ファイバ保持手段は、該光ファイバ保持手段を挟持する挟持手段を介して前記基板に固定されていることを特徴とする。

また、この発明に係る半導体レーザモジュールは、上記発明において、前記挟持手段は、基部と、該基部に立設され前記光ファイバ保持手段を挟持する２つの起立壁と、を有することを特徴とする。

また、この発明に係る半導体レーザモジュールは、上記発明において、前記挟持手段は、前記光ファイバ保持手段を配置する溝部の両側に凹部を有する基部と、前記凹部に嵌め込まれ前記光ファイバ保持手段を挟持する挟持部材と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、前記の不等式が成り立つことにより、壁部材によって非結合光が光ファイバ保持部において光ファイバを固定する保持部固定剤に到達するのを防止できるので、保持部固定剤が溶融や劣化することによる故障や信頼性の低下を防止できる半導体レーザモジュールを実現できるという効果を奏する。

以下に、図面を参照して本発明に係る半導体レーザモジュールの実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１に係る半導体レーザモジュールについて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体レーザモジュールを模式的に表した縦断側面図である。図２は、図１に示す半導体レーザモジュールのＸ１−Ｘ１線断面図である。

まず、本実施の形態１に係る半導体レーザモジュール１００の構成について説明する。図１および２に示すように、半導体レーザモジュール１００は、活性層を有する半導体レーザ素子１０１と、光ファイバ１０２と、円板状の壁部材１０３と、保持部固定剤１０４と、ヒートシンク１０５と、サブマウント１０６と、ブロック状の光ファイバ保持手段１０７と、基板１０８と、パッケージ１０９と、蓋１１０とを備える。

光ファイバ１０２は金属被覆が施され、先端部が半導体レーザ素子１０１に対向して配置されている。光ファイバ保持手段１０７は保持部固定剤１０４により光ファイバ１０２を半導体レーザ素子１０１の活性層と位置合わせした状態で固定して保持する。基板１０８は光ファイバ保持手段１０７を固定するとともに、ヒートシンク１０５とサブマウント１０６とを介して半導体レーザ素子１０１も固定する。壁部材１０３は光ファイバ１０２の直径とほぼ同じ直径の孔１０３ａを有する。光ファイバ１０２は孔１０３ａに互いに中心がほぼ一致するように挿通される。また、壁部材１０３は保持部固定剤１０４と半導体レーザ素子１０１の間に配置され、孔１０３ａの内壁と光ファイバ１０２との隙間に充填された孔部固定剤１１３により光ファイバ１０２に固定されている。また、パッケージ１０９の光ファイバ挿入口は挿入部固定剤１１１により封止されている。

図３は、光ファイバ１０２の半導体レーザ素子１０１に対向して配置される先端部を模式的に表した断面図である。図３においては、半導体レーザ素子１０１の活性層に垂直方向での断面を示す。図３に示すように、光ファイバ１０２は、直径１０５μｍのコア１０２ａと外径１２５μｍのクラッド１０２ｂを有し、ＮＡが０．１５もしくは０．２２のマルチモード光ファイバであり、先端部１０２ｃが楔形状に加工されたものである。先端部１０２ｃの開き角度は１１０°であり、球面状に研磨された先端半径Ｒは７μｍである。

半導体レーザ素子１０１は、ＧａＡｓ系の材料からなり、活性層における発光部の幅が１００μｍ、レーザ発振波長が９１５〜９８０ｎｍの横マルチモードレーザダイオードである。出射光の光半導体レーザ素子１０１の活性層に垂直方向でのファーフィールドパターンは図４に示すようにほぼガウス型の形状を有しており、半値幅で約３３°であり、ピーク強度の１／ｅ²の強度となるビーム広がり角は約７０°である。一方、水平方向のファーフィールドパターンは半値幅で約１０°である。

保持部固定剤１０４、孔部固定剤１１３、挿入部固定剤１１１は、半田や接着剤である。半田の具体例は、金錫半田（ＡｕＳｎ）、錫鉛半田（ＰｂＳｎ）、錫銀銅半田（ＳｎＡｇＣｕ）などである。接着剤の具体例は、エポキシ系、アクリル系、ＵＶ硬化樹脂系などの接着剤である。

ヒートシンク１０５、サブマウント１０６、基板１０８は、半導体レーザ素子１０１から発生する熱を放熱するために、熱伝導率が高い材質で構成されている。熱伝導率が高い材質の具体例は、銅−タングステン合金（ＣｕＷ）、ダイヤモンド、窒化アルミ（ＡｌＮ）などである。

光ファイバ保持手段１０７は、半導体レーザ素子１０１の活性層と位置合わせした状態で光ファイバ１０２を保持部固定剤１０４で固定するためのブロック状の部品である。光ファイバ保持手段１０７の材質の具体例は、ＡｌＮやＡｌ₂Ｏ₃などのセラミックスや、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、ステンレス（ＳＵＳ）などの金属である。

つぎに、半導体レーザモジュール１００の動作について説明する。半導体レーザ素子１０１は、活性層の端面からレーザ光を出射する。出射光は半導体レーザ素子１０１に対向して配置された光ファイバ１０２の楔形状の先端部１０２ｃと８０％程度の結合効率で結合し、光ファイバ１０２のもう一端からは所望の強度の光が出力する。このとき光ファイバと結合しない非結合光が存在する。この非結合光は光ファイバ１０２の周囲を前方に進行するが、壁部材１０３によって遮断される。その結果、非結合光が保持部固定剤１０４に到達することが防止できる。

また、壁部材１０３の孔１０３ａには孔部固定剤１１３が充填されているが、半導体レーザ素子１０１、光ファイバ１０２、壁部材１０３について以下の不等式が成り立つことにより、非結合光が孔部固定剤１１３に到達することも防止できる。

すなわち、図５に示すように、壁部材１０３の孔１０３ａの直径をＤ、半導体レーザ素子１０１と壁部材１０３との間隔をＬ、半導体レーザ１０１の活性層１０１ａに垂直方向でのファーフィールドパターンにおいてピーク強度の１／ｅ²の強度となるビーム広がり角をφ、光ファイバ１０２の先端部の開き角度をθ、光ファイバ１０２の直径をｄ、半導体レーザ素子１０１と光ファイバ１０２の先端部との間隔をｚとすると、式（１）が成り立つ。

ｔａｎ（φ／２）＞ｔａｎ（θ／２）／［１＋（２ｚ／ｄ）ｔａｎ（θ／２）］＞Ｄ／（２Ｌ） ・・・ （１）

その結果、半導体レーザ素子１０１の活性層１０１ａの端面から見た場合に孔１０３ａは光ファイバ１０２の陰に隠れるので、非結合光が孔部固定剤１１３に到達することが防止される。したがって、孔部固定剤１１３が溶融、劣化することがなく、固定剤の成分が飛散し半導体レーザ素子の光出射端面に付着して半導体レーザモジュールの故障を引き起こすことを防止できる。また、なんらかの原因で孔部固定剤１１３に隙間が発生したとしても、その隙間から非結合光が保持部固定剤１０４に到達するということも防止できる。

なお、壁部材１０３は、半導体レーザ素子１０１からの出射光を透過や吸収しない、反射率が高い材質で形成される。壁部材１０３の吸収係数が高いと、壁部材１０３が非結合光を吸収して温度が上昇してしまい、壁部材１０３を光ファイバ１０２に固定している孔部固定剤１１３を溶融もしくは劣化させる可能性がある。壁部材の材質の具体例は、アルミニウム（Ａｌ）、ＳＵＳ、あるいは銅（Ｃｕ）などの金属である。また、壁部材１０３は、反射率が低い樹脂材料で形成した後に表面に反射率の高い金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）のメッキを施して反射率を高めたものや、Ａｌ、ＳＵＳ、Ｃｕなどで形成した後に表面にＡｕやＡｇのメッキを施したものでもよい。

つぎに、本発明の実施の形態１に係る半導体レーザモジュール１００の製造工程のうち主要なものについて説明する。まず、サブマウント１０６上にヒートシンク１０５を介して半導体レーザ素子１０１をＡｕＳｎなどの半田剤で固定し、その後、これを基板１０８上の所定の位置に半田剤で固定する。

つぎに、基板１０８上の所定の位置に光ファイバ保持手段１０７を半田剤で固定する。このとき光ファイバ保持手段１０７を固定する位置は、光ファイバ保持手段１０７と半導体レーザ素子１０１の間に壁部材１０３が配置されることを考慮して決定する。

一方、光ファイバ１０２を壁部材１０３の孔１０３ａに挿通し、孔１０３ａに孔部固定剤１１３を充填し、壁部材１０３を光ファイバ１０２に固定する。このときの先端からの固定位置（Ｌ−ｚ）は、半導体レーザモジュールの製造が完了した後にＤ，Ｌ，φ，θ，ｄ，ｚ間に式（１）の関係が成り立つように決定する。

しかる後、光ファイバ１０２の楔形状の先端部１０２ｃを半導体レーザ素子１０１の活性層１０１ａの端面に対向して配置し、半導体レーザ素子１０１を駆動して活性層の端面からレーザ光を出射させて、光ファイバ１０２のもう一端から出力する光の強度をモニタしながら、光ファイバ１０２を半導体レーザ素子１０１に対して前後、左右、上下並びに光ファイバ１０２の中心軸周りに動かして調芯を行う。そして、モニタした光出力強度が最大となる位置、すなわち半導体レーザ素子１０１からの出射光の光ファイバ１０２への結合効率が最大となる位置において、光ファイバ保持手段１０７上に保持部固定剤１０４を供給し、光ファイバ１０２を光ファイバ保持手段１０７上に固定する。保持部固定剤１０４が半田剤である場合にはＹＡＧレーザの照射により保持部固定剤１０４を溶融して固定する。

なお、保持部固定剤１０４を溶融する際に、溶融温度が高すぎると保持部固定剤１０４の成分が飛散する可能性があるが、本実施の形態１では、保持部固定剤１０４と半導体レーザ素子１０１の間に壁部材１０３が配置され、かつ孔１０３ａが固定剤により充填されていることにより飛散成分の半導体レーザ素子１０１への到達を防止できるので、飛散成分が半導体レーザ素子１０１の光出射端面に付着して故障を引き起こすことを防止できる。

以上説明したように、本実施の形態１に係る半導体レーザモジュール１００は、壁部材１０３によって非結合光が保持部固定剤１０４や孔部固定剤１１３に到達するのを防止できるので、これらの固定剤が溶融したり劣化したりすることによる故障や信頼性の低下を防止できる半導体レーザモジュールとなる。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係る半導体レーザモジュールについて説明する。本実施の形態２に係る半導体レーザモジュールは、実施の形態１に係る半導体レーザモジュールとは、壁部材が光ファイバ保持手段の半導体レーザ素子側に固定されているなどの点で異なる。壁部材の孔の直径Ｄ、半導体レーザ素子と壁部材との間隔Ｌ、半導体レーザの活性層に垂直方向でのファーフィールドパターンにおけるピーク強度の１／ｅ²の強度となるビーム広がり角φ、光ファイバの先端部の開き角度θ、光ファイバ１の直径ｄ、半導体レーザ素子と光ファイバの先端部との間隔ｚについて、式（１）が成り立つ点は、実施の形態１と同じである。

図６は、本実施の形態２に係る半導体レーザモジュールを模式的に表した縦断側面図である。図７は、図６に示す半導体レーザモジュールのＸ２−Ｘ２線断面図である。

図６および７に示すように、本実施の形態２に係る半導体レーザモジュール２００は、実施の形態１に係る半導体レーザモジュール１００と同様に、活性層を有する半導体レーザ素子２０１と、光ファイバ２０２と、光ファイバ２０２を挿通する孔２０３ａを有する円板状の壁部材２０３と、保持部固定剤２０４と、ヒートシンク２０５と、サブマウント２０６と、光ファイバ保持手段２０７と、基板２０８と、パッケージ２０９と、蓋２１０とを備える。

半導体レーザモジュール２００においては、壁部材２０３が光ファイバ保持手段２０７の半導体レーザ素子２０１側に固定されている。また、孔２０３ａは固定剤で充填されていない。このため、図７においては、孔２０３ａの内壁と光ファイバ２０２との隙間から保持部固定剤２０４が見える。

半導体レーザモジュール１００の場合と同様に、半導体レーザ素子２０１からの出射光は光ファイバ２０２の楔形状の先端部と８０％程度の結合効率で結合するが、光ファイバと結合する光の周辺には非結合光が存在する。この非結合光は光ファイバ２０２の周囲を前方に進行するが、壁部材２０３によって遮断される。その結果、非結合光が保持部固定剤２０４に到達することが防止できる。

壁部材２０３の孔２０３ａの内壁と光ファイバ２０２との間には隙間があるが、半導体レーザ素子２０１、光ファイバ２０２、壁部材２０３について前述の式（１）が成り立っている。その結果、半導体レーザ素子２０１の活性層の端面から見た場合に孔２０３ａは光ファイバ２０２の陰に隠れるので、非結合光が孔１０３ａの内壁と光ファイバ２０２との隙間から保持部固定剤２０４に到達して保持部固定剤２０４を溶融するということが防止できる。

半導体レーザモジュール２００の製造工程においては、あらかじめ光ファイバ保持手段２０７の半導体レーザ素子２０１側に壁部材２０３を孔２０３ａが半導体レーザ素子２０１の活性層と同じ高さとなるように固定しておく。つぎに、基板２０８上の所定の位置に光ファイバ保持手段２０７を半田剤で固定する。このときの固定位置は、半導体レーザモジュールの製造が完了した後に式（１）の関係が成り立つように式（１）中の各パラメータを考慮して決定する。その後、壁部材２０３の孔２０３ａに光ファイバ２０２を挿通し、調芯を行う。半導体レーザモジュール１００の場合とは異なり光ファイバ２０２には壁部材２０３が固定されていないので、調芯が一層容易となる。

本実施の形態２に係る半導体レーザモジュール２００は、壁部材２０３によって非結合光が保持部固定剤２０４に到達するのを防止できるので、保持部固定剤２０４が溶融したり劣化したりすることによる故障や信頼性の低下を防止できる半導体レーザモジュールとなる。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３に係る半導体レーザモジュールについて説明する。本実施の形態３に係る半導体レーザモジュールは、実施の形態２に係る半導体レーザモジュールとは、壁部材が半導体レーザ素子と光ファイバ保持手段の間において基板に固定されているなどの点で異なる。壁部材の孔の直径Ｄ、半導体レーザ素子と壁部材との間隔Ｌ、半導体レーザの活性層に垂直方向でのファーフィールドパターンにおけるピーク強度の１／ｅ²の強度となるビーム広がり角φ、光ファイバの先端部の開き角度θ、光ファイバ１の直径ｄ、半導体レーザ素子と光ファイバの先端部との間隔ｚについて、式（１）が成り立つ点は、実施の形態１と同じである。

図８は、本実施の形態３に係る半導体レーザモジュールを模式的に表した縦断側面図である。図９は、図８に示す半導体レーザモジュールのＸ３−Ｘ３線断面図である。図８および９に示すように、本実施の形態３に係る半導体レーザモジュール３００は、壁部材３０３が半導体レーザ素子３０１と光ファイバ保持手段３０７の間において基板３０８に固定されている。

本実施の形態３に係る半導体レーザモジュール３００も、壁部材３０３によって非結合光が保持部固定剤３０４に到達するのを防止できるので、保持部固定剤３０４が溶融したり劣化したりすることによる故障や信頼性の低下を防止できる半導体レーザモジュールとなる。

（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４に係る半導体レーザモジュールについて説明する。本実施の形態４に係る半導体レーザモジュールは、実施の形態２に係る半導体レーザモジュールとは壁部材が光ファイバ保持手段の半導体レーザ素子側に固定されているなどの点で同様であるが、光ファイバ保持手段が該光ファイバ保持手段を挟持する挟持手段を介して基板に固定されているなどの点で異なる。壁部材の孔の直径Ｄ、半導体レーザ素子と壁部材との間隔Ｌ、半導体レーザの活性層に垂直方向でのファーフィールドパターンにおけるピーク強度の１／ｅ²の強度となるビーム広がり角φ、光ファイバの先端部の開き角度θ、光ファイバ１の直径ｄ、半導体レーザ素子と光ファイバの先端部との間隔ｚについて、式（１）が成り立つ点は、実施の形態１と同じである。

図１０は、本実施の形態４に係る半導体レーザモジュールを模式的に表した縦断側面図である。なお、説明のため、保持部固定剤４０４、光ファイバ保持手段４０７、挟持手段４１２は側面図で示す。図１１は、図１０に示す半導体レーザモジュールのＸ４−Ｘ４線断面図である。図１０および１１に示すように、本実施の形態４に係る半導体レーザモジュール４００は、半導体レーザモジュール２００とは異なり、ブロック状の光ファイバ保持手段４０７が光ファイバ保持手段４０７を挟持する挟持手段４１２を介して基板４０８に固定されている。この挟持手段４１２は、基部４１２ａと、基部４１２ａに立設され光ファイバ保持手段４０７を挟持する２つの起立壁４１２ｂ、４１２ｃとを有する部品である。起立壁４１２ｂ、４１２ｃは光ファイバ保持手段４０７を溶接部４１４において固定する。

半導体レーザモジュール４００の製造工程においては、基板４０８上の所定の位置に挟持手段４１２を基部４１２ａにおいて半田剤で、あるいはＹＡＧレーザ溶接などを用いて固定する。

一方、あらかじめ、光ファイバ保持手段４０７に壁部材４０３を固定しておく。また、光ファイバ４０２を壁部材４０３の孔４０３ａに挿通し、保持部固定剤４０４により光ファイバ保持手段４０７に固定しておく。このように調芯の前にあらかじめ光ファイバ４０２を保持部固定剤４０４により光ファイバ保持手段４０７に固定しておくので、後の工程で調芯をしてから保持部固定剤４０４を光ファイバ４０２の固定のために溶融しなくてもよい。したがって、製造工程における保持部固定剤４０４の溶融による成分の飛散はない。なお、このときの壁部材４０３および光ファイバ４０２の固定位置は、半導体レーザモジュールの製造が完了した後に式（１）の関係が成り立つように式（１）中の各パラメータを考慮して決定する。

つぎに、壁部材４０３および光ファイバ４０２を固定した光ファイバ保持手段４０７を挟持手段４１２の起立壁４１２ｂと起立壁４１２ｃの間に配置し、光ファイバ保持手段４０７を前後方向（図１０の左右方向）又は上下方向（図１０、１１の上下方向）に、また、光ファイバ保持手段４０７を挟持手段４１２ごと左右方向（図１１の左右方向）に動かして光ファイバ４０２の調芯を行う。そして、半導体レーザ素子４０１からの出射光の光ファイバ４０２への結合効率が最大となる位置において、光ファイバ保持手段４０７を挟持手段４１２の起立壁４１２ｂ、４１２ｃにＹＡＧレーザ溶接し、挟持手段４１２を基板４０８にＹＡＧレーザにより溶接固定する。光ファイバ保持手段４０７や挟持手段４１２の材質は、ＹＡＧレーザ溶接ができる材質であり、具体的にはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、ＳＵＳなどの金属である。

本実施の形態４に係る半導体レーザモジュール４００も、壁部材４０３によって非結合光が保持部固定剤４０４に到達するのを防止できるので、保持部固定剤４０４が溶融したり劣化したりすることによる故障や信頼性の低下を防止できる半導体レーザモジュールとなる。

（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５に係る半導体レーザモジュールについて説明する。本実施の形態５に係る半導体レーザモジュールは、実施の形態４に係る半導体レーザモジュールとは光ファイバ保持手段が挟持手段を介して基板に固定されているなどの点で同様であるが、光ファイバ保持手段が金属フェルールであるなどの点で異なる。壁部材の孔の直径Ｄ、半導体レーザ素子と壁部材との間隔Ｌ、半導体レーザの活性層に垂直方向でのファーフィールドパターンにおけるピーク強度の１／ｅ²の強度となるビーム広がり角φ、光ファイバの先端部の開き角度θ、光ファイバ１の直径ｄ、半導体レーザ素子と光ファイバの先端部との間隔ｚについて、式（１）が成り立つ点は、実施の形態１と同じである。

図１２は、本実施の形態５に係る半導体レーザモジュールを模式的に表した縦断側面図である。なお、説明のため、保持部固定剤５０４、光ファイバ保持手段５０７、挟持手段５１２は側面図で示す。また、点線で囲まれた部分の一部断面拡大図も同時に示す。この一部断面拡大図においては光ファイバ保持手段５０７の断面を符号５０７ａで示している。図１３は、図１２に示す半導体レーザモジュールのＸ５−Ｘ５線断面図である。図１２および１３に示すように、本実施の形態５に係る半導体レーザモジュール５００は、半導体レーザモジュール４００とは異なり、中心軸に光ファイバ５０２の直径とほぼ同じの直径の孔を有する円筒状の金属フェルールである光ファイバ保持手段５０７が挟持手段５１２を介して基板５０８に固定されている。また、壁部材５０３は孔部固定剤５１３により孔５０３ａに挿通する光ファイバ５０２へ固定されている。挟持手段５１２は、挟持手段４１２と同様の構成を有する部品である。光ファイバ保持手段５０７や挟持手段５１２の材質は、ＹＡＧレーザ溶接ができる材質であり、具体的にはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、ＳＵＳなどの金属である。

半導体レーザモジュール５００の製造工程においては、あらかじめ図１２中の一部断面拡大図において示すように、光ファイバ５０２を光ファイバ保持手段５０７の孔に挿通し、保持部固定剤５０４により光ファイバ保持手段５０７に固定しておく。つぎに、光ファイバ５０２を壁部材５０３の孔５０３ａに挿通し、孔５０３ａに孔部固定剤５１３を充填し、壁部材５０３を光ファイバ保持手段５０７に固定しておく。

このように調芯の前にあらかじめ光ファイバ５０２を保持部固定剤５０４により光ファイバ保持手段５０７に固定しておくので、実施の形態１に係る半導体レーザモジュール１００と同様に、製造工程において保持部固定剤５０４の溶融による成分の飛散はない。なお、このときの壁部材５０３および光ファイバ５０２の固定位置は、半導体レーザモジュールの製造が完了した後に式（１）の関係が成り立つように式（１）中の各パラメータを考慮して決定する。

本実施の形態５に係る半導体レーザモジュール５００も、壁部材５０３によって非結合光が保持部固定剤５０４や孔部固定剤５１３に到達するのを防止できるので、これらの固定剤が溶融したり劣化したりすることによる故障や信頼性の低下を防止できる半導体レーザモジュールとなる。

なお、図１２に示すように、本実施の形態５においては光ファイバ保持手段５０７と壁部材５０３とを別個に固定している。しかし、本実施の形態５の変形例として、図１４に示すように光ファイバ保持手段５０７と壁部材５０３とを保持部固定剤５０４により一緒に固定してもよい。すなわち、保持部固定剤５０４は孔部固定剤の役割も果たしている。この場合、製造工程においては、光ファイバ５０２を光ファイバ保持手段５０７に挿通し、光ファイバ５０２を壁部材５０３の孔５０３ａに挿通し、保持部固定剤５０４により光ファイバ保持手段５０７に光ファイバ５０２と壁部材５０３とを一緒に固定するので、製造工程が簡略化される。また、壁部材５０３が直接的に保持部固定剤５０４を介して光ファイバ保持手段５０７に支持されているので、調芯が一層容易となる。

（実施の形態６）
次に、本発明の実施の形態６に係る半導体レーザモジュールについて説明する。本実施の形態６に係る半導体レーザモジュールは、実施の形態５に係る半導体レーザモジュールとは光ファイバ保持手段が金属フェルールであるなどの点で同様であるが、壁部材が光ファイバ保持手段の一部に形成されているなどの点で異なる。壁部材の孔の直径Ｄ、半導体レーザ素子と壁部材との間隔Ｌ、半導体レーザの活性層に垂直方向でのファーフィールドパターンにおけるピーク強度の１／ｅ²の強度となるビーム広がり角φ、光ファイバの先端部の開き角度θ、光ファイバ１の直径ｄ、半導体レーザ素子と光ファイバの先端部との間隔ｚについて、式（１）が成り立つ点は、実施の形態１と同じである。

図１５は、本実施の形態６に係る半導体レーザモジュールを模式的に表した縦断側面図である。なお、説明のため、保持部固定剤６０４、光ファイバ保持手段６０７、壁部材６０７ａ、挟持手段６１２は側面図で示す。図１６は、図１５に示す半導体レーザモジュールのＸ６−Ｘ６線断面図である。図１５および１６に示すように、本実施の形態６に係る半導体レーザモジュール６００は、半導体レーザモジュール５００とは異なり、壁部材６０７ａが金属フェルールである光ファイバ保持手段６０７の一部に形成されている。この壁部材６０７ａは、光ファイバ保持手段６０７の一部に中心軸の孔よりも深い位置まで溝を刻設することで形成できるので、壁部材を別途用意する必要がない。また、保持部固定部材６０４は、刻設した溝の内部に供給される。

半導体レーザモジュール６００の製造工程においては、調芯の前にあらかじめ光ファイバ６０２を光ファイバ保持手段６０７および壁部材６０７ａの孔に挿通し、保持部固定剤６０４により光ファイバ保持手段６０７に固定しておく。したがって、半導体レーザモジュール５００と同様に、製造工程において保持部固定剤６０４の溶融による成分の飛散はない。

本実施の形態６に係る半導体レーザモジュール６００も、壁部材６０７ａによって非結合光が保持部固定剤６０４に到達するのを防止できるので、保持部固定剤６０４が溶融したり劣化したりすることによる故障や信頼性の低下を防止できる半導体レーザモジュールとなる。

（実施の形態７）
次に、本発明の実施の形態７に係る半導体レーザモジュールについて説明する。本実施の形態７に係る半導体レーザモジュールは、実施の形態５に係る半導体レーザモジュールとは光ファイバ保持手段が金属フェルールであるなどの点で同様であるが、光ファイバ保持手段を挟持する挟持手段が異なる。壁部材の孔の直径Ｄ、半導体レーザ素子と壁部材との間隔Ｌ、半導体レーザの活性層に垂直方向でのファーフィールドパターンにおけるピーク強度の１／ｅ²の強度となるビーム広がり角φ、光ファイバの先端部の開き角度θ、光ファイバ１の直径ｄ、半導体レーザ素子と光ファイバの先端部との間隔ｚについて、式（１）が成り立つ点は、実施の形態１と同じである。

図１７は、本実施の形態７に係る半導体レーザモジュールを模式的に表した縦断側面図である。なお、説明のため、保持部固定剤７０４、光ファイバ保持手段７０７、挟持手段７１２は側面図で示す。図１８は、図１７に示す半導体レーザモジュールの挟持手段を模式的に表した斜視図である。図１７および１８に示すように、本実施の形態７に係る半導体レーザモジュール７００においては、金属フェルールである光ファイバ保持手段７０７を挟持する挟持手段７１２が、光ファイバ保持手段７０７を配置する溝部７１２ｂの両側に凹部７１２ｃを有する基部７１２ａと、凹部７１２ｃに嵌め込まれ光ファイバ保持手段７０７を挟持する挟持部材７１２ｄとを有する部品である。

半導体レーザモジュール７００の製造工程においては、光ファイバ７０２を光ファイバ保持手段７０７に挿通し保持部固定剤７０４により固定し、壁部材７０３を固定した後、光ファイバ保持手段７０７を挟持手段７１２の基部７１２ａの溝部７１２ｂに配置するとともに、凹部７１２ｃに挟持部材７１２ｄを嵌め込む。挟持部材７１２ｄは凹部７１２ｃに嵌め込んだ状態で光ファイバ保持手段７０７の長手方向と直角の方向に移動させることができる。そして、光ファイバ保持手段７０７を前後、左右、上下に動かして光ファイバ７０２の調芯を行った後、挟持部材７１２ｄを移動させて光ファイバ保持手段７０７を両側から挟持して、光ファイバ保持手段７０７と挟持部材７１２ｄ、および挟持部材７１２ｄと基部７１２ａをＹＡＧレーザ溶接により溶接部７１４において溶接する。このような挟持手段７１２を用いれば、光ファイバ保持手段７０７を動かして調芯を行うための隙間を十分に確保でき、調芯後は光ファイバ保持手段７０７を確実に挟持することができる。挟持手段７１２の材質は、ＹＡＧレーザ溶接ができる材質であり、具体的にはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、ＳＵＳなどの金属である。

本実施の形態７に係る半導体レーザモジュール７００も、壁部材７０３によって非結合光が保持部固定剤７０４や孔部固定剤７１３に到達するのを防止できるので、これらの固定剤が溶融したり劣化したりすることによる故障や信頼性の低下を防止できる半導体レーザモジュールとなる。

なお、上記実施の形態において、壁部材の形状は円形に限らず、非結合光の遮断効果を高めるなどのために適宜変更してもよい。また、上記実施の形態２〜４において、光ファイバの調芯後に壁部材の孔に固定剤を充填し、光ファイバをより確実に固定してもよい。

本発明の実施の形態１に係る半導体レーザモジュールを模式的に表した縦断側面図である。 図１に示す半導体レーザモジュールのＸ１−Ｘ１線断面図である。 光ファイバの半導体レーザ素子に対向して配置される先端部を模式的に表した断面図である。 半導体レーザ素子の活性層に垂直方向でのファーフィールドパターンを示す図である。 半導体レーザ素子、光ファイバ、壁部材の関係を説明する図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体レーザモジュールを模式的に表した縦断側面図である。 図６に示す半導体レーザモジュールのＸ２−Ｘ２線断面図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体レーザモジュールを模式的に表した縦断側面図である。 図８に示す半導体レーザモジュールのＸ３−Ｘ３線断面図である。 本発明の実施の形態４に係る半導体レーザモジュールを模式的に表した縦断側面図である。 図１０に示す半導体レーザモジュールのＸ４−Ｘ４線断面図である。 本発明の実施の形態５に係る半導体レーザモジュールを模式的に表した縦断側面図である。 図１２に示す半導体レーザモジュールのＸ５−Ｘ５線断面図である。 本発明の実施の形態５の変形例を説明する図である。 本発明の実施の形態６に係る半導体レーザモジュールを模式的に表した縦断側面図である。 図１５に示す半導体レーザモジュールのＸ６−Ｘ６線断面図である。 本発明の実施の形態７に係る半導体レーザモジュールを模式的に表した縦断側面図である。 図１７に示す半導体レーザモジュールの挟持手段を模式的に表した斜視図である。

符号の説明

１００〜７００ 半導体レーザモジュール
１０１〜７０１ 半導体レーザ素子
１０１ａ 活性層
１０２〜７０２ 光ファイバ
１０２ａ コア
１０２ｂ クラッド
１０２ｃ 先端部
１０３〜７０３、６０７ａ 壁部材
１０３ａ〜５０３ａ 孔
１０４〜７０４ 保持部固定剤
１０５〜７０５ ヒートシンク
１０６〜７０６ サブマウント
１０７〜７０７ 光ファイバ保持手段
１０８〜７０８ 基板
１０９〜７０９ パッケージ
１１０〜７１０ 蓋
１１１〜７１１ 挿入部固定剤
１１３〜７１３ 孔部固定剤
４１２〜７１２、 挟持手段
４１２ａ〜７１２ａ 基部
４１２ｂ〜６１２ｂ、４１２ｃ〜６１２ｃ 起立壁
４１４〜７１４ 溶接部
７１２ｂ 溝部
７１２ｃ 凹部
７１２ｄ 挟持部材

Claims (9)

1. 活性層を有する半導体レーザ素子と、
   前記半導体レーザ素子に対向して配置され前記活性層に垂直方向での断面が楔形状である先端部を有するマルチモード光ファイバと、
   保持部固定剤により前記マルチモード光ファイバを固定して保持する光ファイバ保持手段と、
   前記半導体レーザ素子と前記光ファイバ保持手段とを固定する基板と、
   前記マルチモード光ファイバが挿通されている孔を有し前記保持部固定剤と前記半導体レーザ素子との間に配置された、前記半導体レーザ素子の出射光を透過せず、かつ該出射光の吸収により温度上昇しない程度の吸収を有する高反射率の壁部材と、
   を備え、前記壁部材の孔の直径をＤ、前記半導体レーザ素子と前記壁部材との間隔をＬ、前記半導体レーザ素子の出射光の前記活性層に垂直方向でのファーフィールドパターンにおいてピーク強度の１／ｅ²の強度となるビーム広がり角をφ、前記マルチモード光ファイバの先端部の開き角度をθ、前記マルチモード光ファイバの直径をｄ、前記半導体レーザ素子と前記光ファイバの先端部との間隔をｚとすると、
   ｔａｎ（φ／２）＞ｔａｎ（θ／２）／［１＋（２ｚ／ｄ）ｔａｎ（θ／２）］、かつ ｔａｎ（θ／２）／［１＋（２ｚ／ｄ）ｔａｎ（θ／２）］＞Ｄ／（２Ｌ）
   が成り立つことを特徴とする半導体レーザモジュール。
2. 前記半導体レーザ素子の出射光は横マルチモードであることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザモジュール。
3. 前記壁部材は、該壁部材の孔に充填された孔部固定剤により前記マルチモード光ファイバに固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザモジュール。
4. 前記壁部材は、前記光ファイバ保持手段の前記半導体レーザ素子側に固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザモジュール。
5. 前記壁部材は、前記半導体レーザ素子と前記光ファイバ保持手段の間において前記基板に固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザモジュール。
6. 前記壁部材は、前記光ファイバ保持手段の一部に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザモジュール。
7. 前記光ファイバ保持手段は、該光ファイバ保持手段を挟持する挟持手段を介して前記基板に固定されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の半導体レーザモジュール。
8. 前記挟持手段は、基部と、該基部に立設され前記光ファイバ保持手段を挟持する２つの起立壁と、を有することを特徴とする請求項７に記載の半導体レーザモジュール。
9. 前記挟持手段は、前記光ファイバ保持手段を配置する溝部の両側に凹部を有する基部と、前記凹部に嵌め込まれ前記光ファイバ保持手段を挟持する挟持部材と、を有することを特徴とする請求項７に記載の半導体レーザモジュール。

Images