JP4878208B2 - レーザモジュールおよびその組立装置 - Google Patents

Description

本発明はレーザモジュール、特に詳細には、半導体レーザ等のレーザから発せられたレーザビームを光ファイバに入射させて、その光ファイバからレーザビームを出射させるようにしたレーザモジュールに関するものである。

また本発明は、上述のようなレーザモジュールを組み立てるための装置に関するものである。

従来、例えば特許文献１に示されるように、複数の半導体レーザが発したレーザビームをそれぞれ集光光学系で集光して光ファイバに入射させ、その光ファイバから合波された１本のレーザビームを出射させるようにしたレーザモジュールが公知となっている。

そのようなレーザモジュールが画像露光装置の露光光源やあるいは画像記録装置の記録光源等として用いられる場合、上記レーザとしては小型の半導体レーザが広く適用されているが、近時、半導体レーザの高出力化が進んでいることから、１個の半導体レーザが発したレーザビームを集光光学系で集光して光ファイバに入射させ、その光ファイバからレーザビームを出射させるようにしたレーザモジュールも提供されている。上記特許文献１には、そのように１個のレーザを用いるレーザモジュールも示されている。

ところで、上記構成のレーザモジュールにおいて、発振波長が３５０〜５００ｎｍ程度の短波長レーザが適用された場合は、高エネルギーの短波長レーザビームによる集塵効果のために、レーザモジュール内の光学部品の光通過端面に汚染物質が付着しやすいという問題（いわゆるレーザ汚染）が認められる。その事情は、当然、光ファイバの入射端面についても同様である。そこで前記特許文献１にも示されているように、光ファイバの入射端面を、レーザビームが通過して来るガラス等の透明部材に突き当て配置して、光ファイバの入射端面に汚染物質が付着することを防止することが提案されている。

なおその場合は、光ファイバの入射端部の強度を確保するために、光ファイバの入射端面近傍部分はフェルール内に収容固定され、そのフェルールごと光ファイバの入射端面が透明部材に突き当て配置されるのが一般的となっている。また、そのようなフェルールは使用せずに、光ファイバの入射端面を透明部材と直接加熱接合することも行われている。
特開２００４−２５３７８３号公報

上述のように、光ファイバの入射端面をガラス等の透明部材に突き当て配置する構造は、光ファイバの入射端面に汚染物質が付着することを防止するという所期の目的を達成できるものであるが、その半面、別の問題を招くことがある。

すなわち、フェルールごと光ファイバの入射端面を透明部材に突き当て配置する構造においては、特に光ファイバの入射端面と透明部材とは接合されないものであるが、レーザモジュールの使用を重ねるうちに、それら両者の接触面にレーザビームが照射されることから、それら両者の一部が弱く接合されることがある。そうなっていると、振動や温度変化に伴う熱応力に起因してそれら両者を引き離すような力が作用した際に、上記の弱く接合している部分が剥がれ、その剥がれた面が粗面となってレーザビームが透過し難くなるという問題が生じる。そのような事態は、レーザモジュールから出射するレーザビームの出力低下につながる。

一方、フェルールは使用せずに、光ファイバの入射端面を透明部材と直接加熱接合する構造においては、光ファイバの強度が十分ではなく、レーザモジュールの取扱い中や輸送中の振動によって光ファイバが破壊しやすいという問題が認められる。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、光ファイバの入射端面あるいは透明部材のレーザビーム通過部分が粗面化することによるレーザビームの出力低下、および光ファイバの破壊を防止できるレーザモジュールを提供することを目的とする。

また本発明は、上述のようなレーザモジュールを能率良く最良の状態に組み立てることができる組立装置を提供することを目的とするものである。

本発明によるレーザモジュールは、
レーザ光源と、
このレーザ光源から発せられたレーザビームを集光する集光光学系と、
一端面が入射端面とされ、前記集光光学系により集光された前記レーザビームを前記入射端面から受け入れる位置に配された光ファイバと、
この光ファイバの少なくとも入射端面近傍部分を収容固定したフェルールとを備えてなるレーザモジュールにおいて、
前記光ファイバの入射端面に整合するフェルールの端面に透明部材が接合されて、前記集光光学系によって集光された光ビームが該透明部材を介して前記光ファイバの入射端面に入射するように構成されたことを特徴とするものである。

なお、この本発明によるレーザモジュールにおいて、前記フェルールおよび透明部材は、互いの熱膨張係数の差が３×１０^-6〔1/Ｋ〕以下の材料から形成されていることが望ましい。そのようにする上では、フェルールおよび透明部材が、互いに同一の材料から形成されていることが最も好ましい。

また、光ファイバの入射端面に整合するフェルールの端面と前記透明部材とは、いわゆる常温接合されていることが望ましい。この「常温接合」とは、平滑加工された２つの接合面をプラズマ洗浄および／または紫外線洗浄で高度に洗浄した後、圧力を加えることにより得られる接合状態のことである。この常温接合を適用する場合は、フェルールの端面に加えて、光ファイバの入射端面も同様に透明部材と常温接合させるのが望ましい。

なお、上述の接合を行った後、２つの接合面に短波長の光を照射すると、その接合はさらに安定したものとなる。そのような光は、レーザモジュールを実使用に供する前に照射してもよいし、あるいは、レーザモジュールの実使用に伴って光ファイバの入射端面と透明部材との接合面にレーザビームが照射されるから、そのレーザビームが短波長のものである場合には、それを利用して常温接合を安定化させることも可能である。

ただし、本発明のレーザモジュールにおいて、フェルールの端面と透明部材、あるいはフェルールの端面並びに光ファイバの入射端面と透明部材とは、常温接合に限ることなく、その他の形態で接合されても構わない。そのような接合の形態としては、例えばポッティング（注型封止）、加熱接合、陽極接合、接着等が挙げられる。

また本発明は、レーザ光源として、波長が３５０〜５００ｎｍの範囲にあるレーザビームを発する半導体レーザを有するレーザモジュールに対して適用されることが特に望ましい。

また本発明によるレーザモジュールは、前記レーザ光源を保持するレーザ保持部および、該レーザ光源の光軸方向に延びる摺動面が形成された光学系ホルダ収容部を有するレーザホルダと、
前記集光光学系を保持して、前記光学系ホルダ収容部の前記摺動面が形成された部分に収容された光学系ホルダとをさらに備えていることが望ましい。

一方、本発明によるレーザモジュール組立装置は、特に上述のレーザホルダおよび光学系ホルダをさらに備えているレーザモジュールを組み立てるためのものであって、
前記レーザホルダを保持するレーザホルダ保持手段と、
前記レーザホルダの光学系ホルダ収容部に収容された状態の前記光学系ホルダを保持する光学系ホルダ保持手段と、
前記光ファイバを収容固定したフェルールおよび／またはそれに接合された前記透明部材を保持して、光ファイバの軸方向に微小量ずつ移動可能とされたファイバ端部保持手段と、
前記レーザホルダ保持手段および前記光学系ホルダ保持手段を、前記集光光学系の光軸が前記光ファイバの軸方向と一致する向きに調整可能な調芯手段と、
前記光ファイバの他端面である出射端面から出射したレーザビームの光強度を検出する光検出器とを備えていることを特徴とするものである。

なお、上述の調芯手段は、
球面の一部と、この球面の一部と摺動自在にして緊密に組み合わされた凹面部分とを有するものであって、
前記球面の一部と前記凹面部分の一方が、他方を間に置いて、前記ファイバ端部保持手段に保持された光ファイバの軸方向に１本の法線が整合する状態にして該光ファイバと向き合う状態に配置され、
前記球面の一部と前記凹面部分の他方が、前記レーザホルダ保持手段と連結されている構成のものであることが望ましい。

本発明のレーザモジュールにおいては、フェルールの端面に接合された透明部材が光ファイバの入射端面も覆う状態となるので、光ファイバの入射端面に外部から汚染物質が付着することが防止される。

そしてこのレーザモジュールにおいては、光ファイバを固定した、それよりも太いフェルールの端面に透明部材が接合されているので、振動や温度変化に伴う熱応力が作用しても、透明部材がフェルールから簡単に剥がれることはなくなる。したがって、光ファイバの入射端面と透明部材とが前述のような理由で自然に弱く接合していたとしても、それらが剥がれることが防止される。そこで、光ファイバの入射端面あるいは透明部材の剥がれた面が粗面となってレーザビームが透過し難くなり、そのためにレーザビームの出力が低下することを確実に防止可能となる。

また、光ファイバの少なくとも入射端面近傍部分はフェルールに収容固定されているので、光ファイバはフェルールによって補強され、よって、レーザモジュールの取扱い中や輸送中の振動によって光ファイバが簡単に破壊されることがなくなる。

そして、本発明によるレーザモジュールにおいて、特にフェルールおよび透明部材が互いに同一の材料から形成される等により、互いの熱膨張係数の差が３×１０^-6〔1/Ｋ〕以下となっている場合は、高温または低温の環境下での熱応力の発生を抑制できるので、レーザモジュールの温度変化に対する信頼性を高めることができる。

なお、レーザ光源として、波長が３５０〜５００ｎｍの範囲にある短波長レーザビームを発する半導体レーザを備えたレーザモジュールにおいては、高エネルギーの短波長レーザビームによる集塵効果のために、光ファイバの入射端面や透明部材の光通過端面に汚染物質が付着し易くなっている。そこで、その種のレーザモジュールに本発明を適用した場合は、レーザ汚染によるレーザビームの出力低下を特に効果的に防止可能となる。

また、本発明によるレーザモジュールが、特にレーザ光源を保持するレーザ保持部および、該レーザ光源の光軸方向に延びる摺動面が形成された光学系ホルダ収容部を有するレーザホルダと、前記集光光学系を保持して、光学系ホルダ収容部の前記摺動面が形成された部分に収容された光学系ホルダとをさらに備えている場合は、後述する本発明のレーザモジュール組立装置によって、能率良く最良の状態に組立可能となる。

すなわち本発明によるレーザモジュール組立装置は、特に上述のレーザホルダおよび光学系ホルダをさらに備えているレーザモジュールを組み立てるためのものであって、
前記レーザホルダを保持するレーザホルダ保持手段と、
前記レーザホルダの光学系ホルダ収容部に収容された状態の前記光学系ホルダを保持する光学系ホルダ保持手段と、
前記光ファイバを収容固定したフェルールおよび／またはそれに接合された前記透明部材を保持して、光ファイバの軸方向に微小量ずつ移動可能とされたファイバ端部保持手段と、
前記レーザホルダ保持手段および前記光学系ホルダ保持手段を、前記集光光学系の光軸が前記光ファイバの軸方向と一致する向きに調整可能な調芯手段と、
前記光ファイバの他端面である出射端面から出射した光の強度を検出する光検出器とを備えているので、調芯手段によりレーザホルダ保持手段および光学系ホルダ保持手段を、集光光学系の光軸が光ファイバの軸方向と一致する向きに調整した状態で、ファイバ端部保持手段により、フェルールおよびそれに接合された透明部材を光ファイバの軸方向に微小量ずつ移動させることが可能となっている。そこで、そのようにフェルールおよびそれに接合された透明部材を移動させる毎に、光ファイバの出射端面から出射したレーザビームの光強度を上記光検出器により検出すれば、その光強度が最大となるフェルールおよび透明部材の移動位置を見つけることができる。そのようなフェルールおよび透明部材の移動位置は、フェルールに固定された光ファイバにレーザビームが最大効率で結合する位置であるので、その状態でフェルールおよび透明部材と、レーザホルダおよび光学系ホルダとの相対位置を固定すれば、レーザビームが光ファイバに最大効率で結合する最良の状態にレーザモジュールを組み立てることが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態によるレーザモジュールの一部破断側面形状を示すものである。図示の通りこのレーザモジュール１０は、レーザ光源としてのチップ状態の半導体レーザ１１と、この半導体レーザ１１から発せられたレーザビームＢを集光する集光レンズ１２と、一端面が入射端面１３ａ、他端面が出射端面１３ｂとされ、集光レンズ１２により集光されたレーザビームＢを入射端面１３ａから受け入れる位置に配された光ファイバ１３と、この光ファイバ１３の少なくとも入射端面近傍部分を収容固定したガラス製のフェルール１４と、光ファイバ１３の入射端面１３ａ並びにそれと整合するフェルール１４の後端面１４ａに接合された透明部材１５とを有している。

上記半導体レーザ１１は、例えば発光幅が１０μｍ、出力が５００ｍＷのマルチモードブロードエリアレーザである。この半導体レーザ１１は、概略円板状のステム１６、キャップ１７および該キャップ１７の光出射窓１７ａを閉じる窓ガラス１８からなるいわゆるＣＡＮパッケージ２０の中に配設されている。すなわち、ステム１６には銅等からなる放熱性の良いヒートブロック１９が固定され、このヒートブロック１９に例えばＡｕＳｎロウ材を用いて半導体レーザ１１が実装されている。このようにして半導体レーザ１１が実装された後、ステム１６に対して例えば低抵抗溶接によりキャップ１７が接合され、ＣＡＮパッケージ２０の内部が封止される。なお、ＣＡＮパッケージ２０の内部には、不活性ガスを充填させておくことが望ましい。

半導体レーザ１１は、ステム１６を貫通するリード２１を介して、パッケージ外の半導体レーザ駆動回路（図示せず）と接続される。そして上記ＣＡＮパッケージ２０は、円筒状部分３０ａおよびフランジ部３０ｂを有するステンレス製のレーザホルダ３０内に保持されている。つまり上記円筒状部分３０ａがレーザ保持部とされ、その内周面にＣＡＮパッケージ２０のステム１６が圧入固定されている。なお、このような圧入固定によらず、その他ＹＡＧ溶接等の溶接、半田、あるいは接着剤等によって上記円筒状部分３０ａにステム１６を固定することも可能である。

上記レーザホルダ３０の円筒状部分３０ａの内周面は、上述のようにしてＣＡＮパッケージ２０が（つまり半導体レーザ１１が）そこに保持された状態では、半導体レーザ１１の光軸方向に延びる状態となるが、この円筒状部分３０ａは光学系ホルダ収容部も構成している。すなわち、円筒状部分３１ａおよびフランジ部３１ｂを有する光学系ホルダ３１の円筒状部分３１ａ内に集光レンズ１２が接着固定され、この円筒状部分３１ａがレーザホルダ３０の円筒状部分３０ａ内に嵌合固定されている。ここで集光レンズ１２は、円筒状部分３１ａに対して接着の他、圧入等によって固定されても構わない。なお本例の集光レンズ１２としては、倍率４倍のレンズが用いられている。

光ファイバ１３としては、ＮＡが０．２２で、コア径が５０μｍのマルチモードファイバが適用されている。一方、集光レンズ１２によって集光されたレーザビームＢの入射ＮＡは０．２である。また透明部材１５は一例として、屈折率１．５で厚さ（光の進行方向のサイズ）が約１．０ｍｍのガラスから形成されている。この場合、該透明部材１５の内部におけるレーザビームＢのＮＡは０．１２７となる。

光ファイバ１３の入射端面１３ａに近い部分は、被覆が剥がされて素線状態とされ、その部分がフェルール１４内に収容固定されている。そしてこのフェルール１４の後端面１４ａ並びに光ファイバ１３の入射端面１３ａと、透明部材１５の前端面１５ａとが、前述の常温接合により接合されている。すなわち、それらの後端面１４ａ並びに入射端面１３ａと、透明部材１５の前端面１５ａとは、平滑化加工された後に紫外線洗浄され、次いで適当な圧力で加圧しながら突き合わせることにより、強固に接合される。

本実施形態では、株式会社テクノビジョン製紫外線オゾン洗浄装置ＵＶ−３１２を用い、ピーク波長２５３．７ｎｍ／１８４．９ｎｍで、パワー密度１０ｍＷ／ｃｍ²の紫外線を１０００秒間照射することによって上記の紫外線洗浄を行った。

なお、上記常温接合における加圧中に、接合面に短波長の光を照射すると、より安定な接合状態が得られる。本実施形態の場合、フェルール１４は透明なガラスであるので、そこを透過させて斜方から接合面に短波長の光ビームを照射することができる。具体的に本例では、波長４０５ｎｍでパワー密度１１００Ｗ／ｍｍ²の紫外線を４時間照射した。あるいは、光ファイバ１３の出力側から短波長の光ビームを照射してもよい。そうする場合は、ファイバコア部に輝度の高い光が照射されるので、非常に安定した接合が得られる。

なお図４には、上記波長４０５ｎｍの紫外線を照射するに当たって、安定した接合が得られる照射条件（紫外線の照射時間およびパワー密度）を示してある。図中の直線よりも右側にある条件下では安定した接合が得られる一方、該直線よりも左側にある条件下では安定した接合を得ることができない。

透明部材１５は概略円柱状に形成され、透明部材ホルダ３２内に収容固定されている。そしてこの透明部材ホルダ３２が、前記光学系ホルダ３１に固定されている。これらのホルダ３２および３１も一例としてステンレス製とされ、それら両者はＹＡＧ溶接により固定されている。なおそれらの固定は、ＹＡＧ溶接の他、接着剤や半田を用いて行ってもよい。

以上の構成を有する本実施形態のレーザモジュール１０においては、半導体レーザ１１から発せられたレーザビームＢが集光レンズ１２によって集光され、光ファイバ１３の入射端面１３ａ上で収束する。そこでレーザビームＢがこの入射端面１３ａから光ファイバ１３のコア（図示せず）内に入射し、そこを導波して、光ファイバ１３の出射端面１３ｂから出射する。

なお、上記透明部材ホルダ３２を光学系ホルダ３１に固定する際には、該光学系ホルダ３１の前端面３１ｃ上で透明部材ホルダ３２を動かしながら、光ファイバ１３の出射端面１３ｂから出射するレーザビームＢの光強度を検出し、該光強度が最大となる位置で透明部材ホルダ３２が固定される。

そして本実施形態のレーザモジュール１０においては、光ファイバ１３の入射端面１３ａおよびフェルールの後端面１４aに透明部材１５が接合されているので、この入射端面１３ａに外部から汚染物質が付着することが防止される。したがって、前述したようなレーザ汚染により、レーザモジュール１０の出力が低下することを確実に防止できる。特に本実施形態では、光ファイバ１３の入射端面１３ａに透明部材１５を常温接合する際、それらの接合面に高輝度の短波長光が照射されるので、非常に安定した接合が得られている。それにより、光ファイバ１３の入射端面１３ａと透明部材１５との接合部がレーザモジュール１０の実使用中にレーザ汚染する可能性が極めて低く抑えられ、高い信頼性が得られる。

また、本例においてレーザビームＢの波長は４００ｎｍ前後であって、先に説明した通りレーザ汚染が発生しやすくなっているので、このレーザ汚染による出力低下を特に効果的に防止可能となる。

そしてこのレーザモジュール１０においては、光ファイバ１３の入射端面１３ａだけではなく、該入射端面１３ａおよびそれと整合するフェルール１４の後端面１４ａに透明部材１５が接合されているので、振動や温度変化に伴う熱応力が作用しても、透明部材１５と光ファイバ１３とが簡単に剥離することはなくなる。したがって、それら両者が剥がれ、その剥がれた面が粗面となってレーザビームＢが透過し難くなり、そのためにレーザビームＢの出力が低下することを防止可能となる。

また、光ファイバ１３の少なくとも入射端面近傍部分はフェルール１４に収容固定されているので、光ファイバ１３はフェルール１４によって補強され、よって、レーザモジュール１０の取扱い中や輸送中の振動によって光ファイバ１３が簡単に破壊されるようなこともなくなる。

そして、本実施形態のレーザモジュール１０においては、特にフェルール１４および透明部材１５が互いに同一のガラスから形成されているので、それら両者の熱膨張係数は略等しくなっている。そこで、高温または低温の環境下での熱応力の発生を抑制できるので、レーザモジュール１０の温度変化に対する信頼性も高くなっている。

より具体的には、フェルール１４および透明部材１５が、互いの熱膨張係数の差が３×１０^-6〔1/Ｋ〕以下の材料から形成されていると、上記の効果が顕著に得られる。特に、本実施形態のように透明部材１５と光ファイバ１３の入射端面１３ａとが接合される場合は、フェルール１４および透明部材１５に加えて光ファイバ１３も、互いの熱膨張係数の差が３×１０^-6〔1/Ｋ〕以下の材料から形成されることが望ましい。透明部材１５および光ファイバ１３が、互いの熱膨張係数の差が３×１０^-6〔1/Ｋ〕以下の材料から形成された場合、それらの接合部の形状が直径３０μｍの例において、５０℃の温度変化が有ったときの熱膨張による横方向（光ファイバ１３の軸に直交する方向）の変位は４．５×１０^-3μｍ以下となり、極めて安定した接合状態が得られることが確認された。なお、以上のことは、透明部材１５と光ファイバ１３とを常温接合する場合に限らず、その他の接着等によって接合する場合にも同様に言えることである。

なお本実施形態において、透明部材１５の後端面（入射端面）は、集光レンズ１２の光軸に対して所定角度傾いた傾斜面とされている。そうすることにより、該後端面で反射したレーザビームＢが、この後端面に至るまでの光路を逆に辿って半導体レーザ１１まで戻り、そこでいわゆる戻り光ノイズを発生させることを防止できる。

次に図２を参照して、本発明の別の実施形態によるレーザモジュール１００について説明する。なおこの図２において、図１中の要素と同等の要素には同番号を付してあり、それらについての説明は特に必要の無い限り省略する（以下、同様）。

本実施形態のレーザモジュール１００は図１のレーザモジュール１０と比べると、フェルール１４の後端面１４ａと透明部材１５の前端面１５ａとが、ポッティングにより接合されている点が異なる。すなわち、フェルール１４および透明部材１５の外周面上において、前者の後端面１４ａと後者の前端面１５ａとの間にポッティング用樹脂３５が滴下され、その樹脂が両端面１４ａ、１５ａ間に浸透することにより、それらの端面どうしが接合される。また、光ファイバ１３と透明部材１５の端面は接合されず接触した状態にある。

なおポッティング用の樹脂としては、ある程度高い粘性を有するものが選択使用され、それが光ファイバ１３の入射端面１３ａまで浸入しないように考慮されている。また、フェルール１４の後端面１４ａと透明部材１５の前端面１５ａの縁部は、ポッティング用の樹脂が両者間に入りやすくなるように、適宜面取り加工を施しておくことが好ましい。また、このようなポッティングによる接合は、先に説明した常温接合と併せて実施し、それにより極めて強固な接合状態を得るようにしてもよい。

さらには、比較的粘性が低い接着剤をフェルール１４の後端面１４ａと透明部材１５の前端面１５ａとの間に浸入させて、それにより端面１４ａおよび１５ａを接着するようにしてもよい。その場合は、端面１４ａおよび１５ａの双方あるいは一方に、光ファイバ１３の外側に位置する環状溝を形成し、そこに余剰の接着剤が捕捉されるようにして、粘性が低い接着剤が光ファイバ１３の入射端面１３ａまで到達しないようにすることが望ましい。

なお、コア径が小さい光ファイバに高輝度の短波長領域のビームを集光させると、光ファイバ入射端面（より詳しくはコア端面）のパワー密度が高くなり、汚染しやすくなる。実験的、経験的に、このパワー密度が１０Ｗ／ｍｍ²以下程度なら、汚染し難いことが解っている。図１および図２に示す構成においては、半導体レーザ１１の出力が５００ｍＷで、透明部材１５の屈折率が１．５、厚さが１．０ｍｍのとき、光ファイバ入射端面のパワー密度が約１０Ｗ／ｍｍ²となるので、透明部材１５の厚さは１．０ｍｍ以上とするのが望ましい。

他方、半導体レーザ１１の出力が１Ｗの場合は、同様に透明部材１５の屈折率が１．５、厚さが１．４ｍｍのとき、光ファイバ入射端面のパワー密度が約１０Ｗ／ｍｍ²となるので、その場合、透明部材１５の厚さは１．４ｍｍ以上とするのが望ましい。

次に図３を参照して、既述のレーザモジュール１０あるいは１００を組み立てる装置の実施形態について説明する。なおここでは、レーザモジュール１０を組み立てる場合を例に挙げて説明するが、レーザモジュール１００を組み立てる場合も、工程は基本的に同じである。

図３に示すレーザモジュール組立装置３００は、テーブル４０と、下面Ｐが球面の一部をなす形状とされて上部にテーブル４０を固定した揺動台５０と、上記下面Ｐと摺動自在にして緊密に組み合わされた凹面形状の上面Ｑを有する球面受け５１と、テーブル４０と連結されて該テーブル４０とともにレーザホルダ保持手段を構成するクランプ１４４と、光学系ホルダ３１を保持する光学系ホルダ保持手段４５と、透明部材ホルダ３２を保持するファイバ端部保持手段４６と、光ファイバ１３から出射するレーザビームＢの光強度を検出するレーザパワーメータ４８とから構成されている。

球面受け５１は、上記凹面の１本の法線がｚ方向を向き、そして間に揺動台５０を置いて光ファイバ１３と向き合う状態に配設されている。また本装置３００において、レーザホルダ３０を固定するクランプ１４４は、球面受け５１側に連結されている。そしてこれらのクランプ１４４の下側を向いた先端面、つまりレーザホルダ３０のフランジ部３０を抑える部分は、ｚ方向に対して正確に直角な向きとなるように形成されている。

ファイバ端部保持手段４６は、透明部材ホルダ３２を保持することによって間接的に光ファイバ１３の端部を保持し、その保持している光ファイバ１３の軸方向（矢印ｚ方向）に微小量ずつ移動可能とされ、さらにこのｚ方向と直交する２方向すなわち矢印ｘ、ｙ方向にも移動可能に形成されている。なお上記ｚ方向は、球面受け５１の下面に対して直角な方向で、これが基準方向となる。

一方光学系ホルダ保持手段４５は、光学系ホルダ３１のフランジ部３１ｂの近傍部分を把持することによって該光学系ホルダ３１を保持し、上記ｚ方向にファイバ端部保持手段４６と同期して移動可能に形成されている。

次に、上記構成を有するレーザモジュール組立装置３００の作用について説明する。まず本装置による組立ての前工程において、予めＣＡＮパッケージ２０がレーザホルダ３０内に固定され、集光レンズ１２が光学系ホルダ３１に固定され、透明部材１５に透明部材ホルダ３２が固定される。そしてレーザホルダ３０の円筒状部分３０ａ内に光学系ホルダ３１が組み込まれ、その状態でレーザホルダ３０がテーブル４０の上にセットされる。

次いでクランプ１４４が作動され、該クランプ１４４の先端面によってレーザホルダ３０のフランジ部３０が上方から抑え付けられる。このとき、テーブル４０上のレーザホルダ３０が、その筒軸方向がｚ方向と一致していない状態にあれば、フランジ部３０が上述の通りのクランプ１４４によって抑え付けられることにより、揺動台５０が球面受け５１の上で滑動してｘ軸周りおよび／またはｙ軸周りに揺動し、レーザホルダ３０はその筒軸方向がｚ方向と一致する状態に保持されるようになる。その後揺動台５０は、この状態を維持するように図示外のロック機構によりロックされる。

こうして、半導体レーザ１１および集光レンズ１２の光軸方向が光ファイバ１３の軸方向と一致する状態にして、レーザホルダ３０がテーブル４０上に保持されることになる。

次に、以上の状態を保ったまま光学系ホルダ３１が光学系ホルダ保持手段４５に把持され、またファイバ端部保持手段４６により透明部材ホルダ３２が保持される。次いでファイバ端部保持手段４６がｚ方向（下向き方向）に移動され、透明部材ホルダ３２が、光学系ホルダ３１の前端面３１ｃに圧接される。なおこの際の圧接力を、例えば光学系ホルダ３１やテーブル４０に設置したロードセル等の荷重測定手段によって検出し、その圧接力が適正値に設定されるようにするのが望ましい。

次に、上記圧接を保ったまま、光学系ホルダ保持手段４５およびファイバ端部保持手段４６が、図示外の駆動手段によってｚ方向に微小量ずつピッチ移動される。この移動は、例えば上向き方向とされ、そして移動ピッチは例えば５〜１０μｍ程度とされる。この光学系ホルダ保持手段４５およびファイバ端部保持手段４６の移動に伴って、透明部材ホルダ３２および光学系ホルダ３１がピッチ移動するが、光学系ホルダ３１はレーザホルダ３０の円筒状部分３０ａ内で摺動しつつ移動するので、半導体レーザ１１と集光レンズ１２との間の距離が変えられる。そしてこの光学系ホルダ３１の移動方向は、該光学系ホルダ３１の向きが前述の通りに設定されていることにより、ファイバ端部保持手段４６に間接的に保持されている光ファイバ１３の軸方向と一致する。

以上のようにして透明部材ホルダ３２および光学系ホルダ３１がピッチ移動されるとき、半導体レーザ１１は連続的に駆動され、またそれら両ホルダ３２，３１が停止する毎に、光ファイバ１３から出射するレーザビームＢの光強度がレーザパワーメータ４８によって検出される。そしてこの光強度を検出しながら、ファイバ端部保持手段４６が（つまり光ファイバ１３が）ｘ、ｙ方向に所定範囲移動され、その移動範囲内で得られた最大光強度が、ピッチ移動の各停止位置毎に記録あるいは記憶される。

上述した透明部材ホルダ３２および光学系ホルダ３１のピッチ移動、並びに各停止位置における最大光強度の検出は、ｚ方向の所定範囲に亘って行われる。それが終了すると、検出された最大光強度の中で最大値が得られた停止位置が求められ、透明部材ホルダ３２および光学系ホルダ３１がその停止位置に設定される。この状態は、半導体レーザ１１と集光レンズ１２との間の距離が最適な状態、つまり、集光レンズ１２で集光されたレーザビームＢの収束位置が、正確に光ファイバ１３の入射端面１３ａ上に存在する状態である。そこでこの状態を保ったまま、光学系ホルダ３１がレーザホルダ３０に固定される。この固定は、例えばＹＡＧ溶接によって行われるが、その他に、接着剤等を利用して行っても構わない。

次に、光学系ホルダ保持手段４５に対してファイバ端部保持手段４６をｘ、ｙ方向に所定範囲移動させ、レーザパワーメータ４８が検出するレーザビームＢの光強度が最大となるファイバ端部保持手段４６のｘ、ｙ方向位置を求める。そしてファイバ端部保持手段４６を（つまり光ファイバ１３を）そのｘ、ｙ方向位置に保った状態で、透明部材ホルダ３２が光学系ホルダ３１に固定される。この固定も、例えばＹＡＧ溶接によって行われるが、その他に、接着剤等を利用して行っても構わない。

なお、透明部材ホルダ３２および光学系ホルダ３１のピッチ移動、並びに各停止位置における最大光強度の検出を行うとき、最大光強度が得られたファイバ端部保持手段４６のｘ、ｙ方向位置を記録あるいは記憶しておき、透明部材ホルダ３２を光学系ホルダ３１に固定する際には、ファイバ端部保持手段４６をその記録あるいは記憶されたｘ、ｙ方向位置に設定するようにしてもよい。しかし、レーザホルダ３０と光学系ホルダ３１との固定にＹＡＧ溶接を適用したような場合は、光学系ホルダ３１がｘ、ｙ方向に微小量動くことも有り得るので、透明部材ホルダ３２を光学系ホルダ３１に固定するに当たっては、上述のようにして再度、レーザビームＢの光強度が最大となるファイバ端部保持手段４６のｘ、ｙ方向位置を求めるようにするのが好ましい。

なお、以上説明したレーザモジュール組立装置３００においては、光学系ホルダ３１がｚ方向のみに移動する構成とされているが、調芯のためにこの光学系ホルダ３１をｘ、ｙ方向に移動させ得る機構を適用してもよい。

また、以上説明したレーザモジュール組立装置３００においては、光ファイバ１３に対してレーザホルダ３０および光学系ホルダ３１を揺動させることにより、半導体レーザ１１および集光レンズ１２の光軸を光ファイバ１３の軸と一致させる調芯を行っているが、それとは反対に、光ファイバ１３を保持しているファイバ端部保持手段４６の方を揺動させることによって調芯することも可能である。

また本発明によるレーザモジュールは、図５に示す実施形態のレーザモジュール１０′のように、フェルール１４および透明部材１５を筒状のスリーブ６０内に収容して、さらに強度向上を計ってもよい。その場合は、例えばフェルール１４の周面の一部を、接着剤６１によってスリーブ６０の端面に接着する等により、該フェルール１４および透明部材１５をスリーブ６０に固定するのが望ましい。

本発明の一実施形態によるレーザモジュールの一部破断側面図 本発明の別の実施形態によるレーザモジュールの一部破断側面図 本発明の一実施形態によるレーザモジュール組立装置の一部破断側面図 常温接合するための紫外線照射条件を示すグラフ 本発明のさらに別の実施形態によるレーザモジュールの一部破断側面図

符号の説明

１０、１０′、１００ レーザモジュール
１１ 半導体レーザ
１２ 集光レンズ
１３ 光ファイバ
１４ フェルール
１５ 透明部材
３０ レーザホルダ
３１ 光学系ホルダ
３２ 透明部材ホルダ
３５ ポッティング用樹脂
４０ テーブル
４５ 光学系ホルダ保持手段
４６ ファイバ端部保持手段
４８ レーザパワーメータ
１４４ クランプ
３００ レーザモジュール組立装置

Claims (4)

1. レーザ光源と、
   このレーザ光源から発せられたレーザビームを集光する集光光学系と、
   一端面が入射端面とされ、前記集光光学系により集光された前記レーザビームを前記入射端面から受け入れる位置に配された光ファイバと、
   この光ファイバの少なくとも入射端面近傍部分を収容固定したフェルールとを備えてなるレーザモジュールにおいて、
   前記光ファイバの入射端面に整合するフェルールの端面に透明部材が接合されて、前記集光光学系によって集光された光ビームが該透明部材を介して前記光ファイバの入射端面に入射するように構成され、
   前記フェルールの端面並びに光ファイバの入射端面と前記透明部材とが、常温接合され、
   前記レーザ光源が、波長が３５０〜５００ｎｍの範囲にあるレーザビームを発する半導体レーザであることを特徴とするレーザモジュール。
2. 前記フェルールおよび透明部材が、互いの熱膨張係数の差が３×１０^-6〔1/Ｋ〕以下の材料から形成されていることを特徴とする請求項１記載のレーザモジュール。
3. 前記フェルールおよび透明部材が、互いに同一の材料から形成されていることを特徴とする請求項２記載のレーザモジュール。
4. 前記レーザ光源を保持するレーザ保持部および、該レーザ光源の光軸方向に延びる摺動面が形成された光学系ホルダ収容部を有するレーザホルダと、
   前記集光光学系を保持して、前記光学系ホルダ収容部の前記摺動面が形成された部分に収容された光学系ホルダとをさらに備えていることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載のレーザモジュール。

Images