JP5211107B2 - レーザモジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザモジュールおよびその製造方法に関し、例えば、レーザ光を高調波光に変換するレーザモジュールおよびその製造方法に関する。

レーザ光を高調波光に変換するレーザモジュールが知られている。このようなレーザモジュールにおいて、レーザダイオードと高調波変換素子とを精度よく光結合させるため、レンズを駆動させる技術が知られている（例えば、特許文献１および２）。

特開２００７−１０９９７８号公報 特開平７−１２８５４６号公報

このようなレーザモジュールにおいては、レンズを用いてレーザダイオードと高調波変換素子との光結合を高精度に行なうことと製造コストの削減を両立することが求められている。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、レーザダイオードと高調波変換素子との光結合を高精度に行い、かつ製造コストを削減することを目的とする。

本発明は、第１上面と、第２上面と、前記第１上面と前記第２上面との間に形成された開口を含む空間に収納される有限系である１つのレンズの上部および側部を覆い下部を覆わないように形成された囲い部と、を備えたベースを配置する工程と、レーザ光を出射するレーザダイオードを前記第１上面上に固定し、前記レーザ光を前記レーザ光の高調波に変換する高調波変換素子を前記第２上面上に固定する工程と、前記レーザダイオードと前記高調波変換素子とを固定する工程の後、前記囲い部内の前記空間に前記レンズを配置して前記ベースの下側から前記開口を介して前記レンズの下部を保持し前記レーザダイオードと前記高調波変換素子とが光結合するように、前記レンズの位置を調整する工程と、前記レンズの位置を調整する工程の後、前記レンズを前記囲い部に固定する工程と、を含むことを特徴とするレーザモジュールの製造方法である。本発明によれば、レーザダイオードと高調波変換素子との光結合を高精度に行い、かつ製造コストを削減することができる。

上記構成において、前記ベースは同じ材料を用い一体に形成されている構成とすることができる。この構成によれば、レーザダイオードと高調波変換素子との光結合のずれを抑制することができる。

上記構成において、前記レンズの位置を調整する工程は、前記レンズを前記レーザ光の光軸方向および前記光軸に直交する２つの方向に移動させることにより、前記レンズの位置を調整する工程を含む構成とすることができる。この構成によれば、レーザダイオードと高調波変換素子との光結合をより精密に行なうことができる。

上記構成において、前記レンズの位置を調整する工程は、前記レンズを前記レーザ光の光軸方向に移動させ、かつ前記レンズを前記光軸方向に直交する２つの方向に対しそれぞれ傾斜させることにより、前記レンズの位置を調整する工程を含む構成とすることができる。この構成によれば、レーザダイオードと高調波変換素子との光結合をより精密に行うことができる。

上記構成において、前記レンズを固定する工程は、前記レンズの上部および側部を前記囲い部に固定する工程を含む構成とすることができる。この構成によれば、レンズをより強固にベースに固定することができる。

本発明は、ベースと、前記ベース上面上に固定され、レーザ光を出射するレーザダイオードと、前記ベース上面上に固定され、前記レーザ光を前記レーザ光の高調波に変換する高調波変換素子と、前記ベースに固定され、前記レーザダイオードと前記高調波変換素子とを光結合させる有限系である１つのレンズと、を具備し、前記ベースは、前記レーザダイオードが固定された前記ベース上面と前記高調波変換素子が固定された前記ベース上面との間に開口を有すると共に、前記開口を含む空間に収納された前記レンズの上部および側部を覆い、下部を覆っていない囲い部を備えることを特徴とするレーザモジュールである。

上記構成において、前記ベースは同じ材料を用い一体に形成されている構成とすることができる。

上記構成において、前記レンズは、前記レンズの上部および側部において前記囲い部に固定されている構成とすることができる。

本発明によれば、レーザダイオードと高調波変換素子との光結合を高精度に行い、かつ製造コストを削減することができる。

図１（ａ）から図１（ｃ）は、実施例１に係るレーザモジュールの製造方法を示す図（その１）である。 図２（ａ）および図２（ｂ）は、実施例１に係るレーザモジュールの製造方法を示す図（その２）である。 図３（ａ）および図３（ｂ）は、実施例１に係るレーザモジュールの製造方法を示す図（その３）である。 図４（ａ）および図４（ｂ）は、実施例１に係るレーザモジュールの製造方法を示す図（その４）である。 図５（ａ）から図５（ｄ）は、実施例１に係るレーザモジュールの製造方法を示す図（その５）である。 図６（ａ）および図６（ｂ）は、実施例２におけるレンズの位置を調整する方法を示す図である。 図７は、実施例３におけるレーザモジュールの断面図である。

以下、図面を参照し実施例について説明する。

図１（ａ）から図５（ｄ）は、実施例１に係るレーザモジュールの製造方法を示す図である。図１（ａ）はベース１０の上面図、図１（ｂ）はＡ−Ａ断面図、図１（ｃ）はＢ−Ｂ断面図である。図１（ａ）から図１（ｃ）のように、ベース１０はレーザダイオードを固定すべき第１上面１２と高調波変換素子を固定すべき第２上面１４とを備えている。第１上面１２と第２上面１４との間には、レンズを収納すべき空間１８が設けられ、レンズの上部および側部を囲むべき囲い部１６が設けられている、囲い部１６の下方は開放されている。すなわち、ベース１０は、レンズの上部および側部を覆い下部を覆わないように形成されている。ベース１０は、例えば、アルミニウム、マグネシウムまたは亜鉛等の金属材料、液晶ポリマー等の剛性の高い樹脂材料で形成される。ベース１０は、例えばダイキャスト法等を用い、一体として成形されている。実施例１においてはベース１０の下面は平坦であるが、ベース１０の下面に凹凸を設けることにより、放熱性を高めることもできる。また、ベース１０にアルマイト処理またはメッキ処理等の表面処理加工を施すこともできる。メッキ処理は、例えば半田の濡れ性のよい処理を行うことができる。

図２（ａ）はベースの上面図、図２（ｂ）はベースのＡ−Ａ断面図である。図２（ａ）および図２（ｂ）のように、ベース１０の第１上面１２上にレーザダイオード２０を固定する。例えば、レーザダイオード２０はサブマウント２２上に半田を用い固定されている。サブマウント２２を第１上面１２上に接着剤２８を用い固定する。接着剤２８としては例えばエポキシ系接着剤を用いることができる。接着剤以外にも半田または溶接を用いることもできる。サブマウント２２は、熱伝導性が高く、放熱性に優れていることが好ましい。サブマウント２２として、例えば窒化アルミニウム、アルミナセラミック等を用いることができる。レーザダイオード２０は、例えば１０６４ｎｍの波長のレーザ光を出射するレーザダイオードである。レーザダイオード２０は、ＤＦＢ（分布帰還）型レーザでもよいし、ファブリペロ型レーザでもよい。また、ＱＷ（量子井戸）型レーザでもよいし、ＱＤ（量子ドット）型レーザでもよい。レーザダイオード２０の上面等に形成されたパッド（不図示）が外部電源に接続されている。パッドに電流を流すことにより、レーザダイオード２０は、レーザ光を出射する。

図３（ａ）はベースの上面図、図３（ｂ）はベースのＡ−Ａ断面図（高調波変換素子については側面図）である。図３（ａ）および図３（ｂ）のように、ベース１０の第２上面１４上に高調波変換素子３０を接着剤３８を用い固定する。接着剤３８としては例えばエポキシ系接着剤を用いることができる。接着剤以外にも半田または溶接を用いることもできる。高調波変換素子３０は、レーザ光をレーザ光の高調波光に変換する。高調波変換素子３０は、例えば擬似位相整合を用いた第２高調波変換素子であり、例えばＰＰＬＮ（Periodically Poled Lithium Niobate）である。ＰＰＬＮの導波路３１付近をレーザ光が伝搬する。ＰＰＬＮは、例えば１０６４ｎｍの波長のレーザ光を５３２ｎｍのグリーン光に変換する。レーザダイオード２０は発光点２４からレーザ光を出射する。一方、高調波変換素子３０は、入射側結合点３４に入射した光を高調波光に変換し、発光点３６から高調波光５２を出射する。高調波変換素子３０を光軸に対し斜めに固定しているのは、レーザ光の反射を抑制するためである。

図４（ａ）はベースの下面図、図４（ｂ）はベースのＡ−Ａ断面図（レンズおよび高調波変換素子は側面図）である。図４（ａ）および図４（ｂ）のように、囲い部１６内の空間１８（すなわちレーザダイオード２０と高調波変換素子３０との間）にレンズ４０を配置する。レンズ４０は、有限系である１つのレンズである。レンズ４０は、例えば硝子レンズまたは樹脂レンズ等である。レンズ４０はクランプ部４２により保持されており、クランプ部４２は駆動部により駆動される。レーザダイオード２０が出射した光軸５１に沿ったレーザ光５０はレンズ４０により高調波変換素子３０の入射側結合点３４に結合する。高調波変換素子３０の発光点３６から光軸５４に沿って出射された高調波光の少なくとも一部は、受光素子４６により電気信号に変換される。駆動部４４は受光素子４６の出力が最大となるように、レンズ４０の位置を調整する。

例えば、レーザダイオードの光軸５１の方向をＺ方向７４、Ｚ方向７４に直交し上下方向をＸ方向７０、Ｘ方向７０およびＺ方向７４にそれぞれ直交する方向をＹ方向７２とする。駆動部４４は、レンズ４０をＸ方向７０およびＹ方向７２に移動することにより、受光素子４６が検出する高調波光の強度が最大になるようにレンズ４０の位置を調整する。次に、駆動部４４は、レンズ４０をＺ方向７４に移動することにより、受光素子４６が検出する高調波光の強度が最大になるようにレンズの位置を調整する。これにより、最初にＸ方向、Ｙ方向のレンズ４０の位置を決め、その後レンズ４０の焦点を合わせることができる。よって、より高精度にレンズ４０の位置を決めることができる。さらに、Ｘ方向およびＹ方向の調整と、Ｚ方向の調整と、を繰り返してもよい。このようにして、駆動部４４は、レーザダイオード２０と高調波変換素子３０とが光結合するように、レンズ４０の位置を調整する。レンズ４０をレンズ４０の側部において接着剤４８を用いベース１０の囲い部１６に固定する。接着剤４８としては、例えば紫外線硬化型樹脂または熱硬化型樹脂を用いることができる。

図５（ａ）は完成したレーザモジュールの上面図（カバーを透視している）、図５（ｂ）はレーザモジュールのＡ−Ａ断面図（レンズおよび高調波変換素子は側面図）、図５（ｃ）はレーザモジュールのＢ−Ｂ断面図である（奥側のベース１０は不図示）。図５（ｄ）はレーザモジュールの下面図である。図５（ａ）から図５（ｄ）のように、レンズ４０は、側部において囲い部１６に接着剤４８を用い固定されている。ベース１０、レーザダイオード２０および高調波変換素子３０を覆うようにカバー６０を設ける。これにより、レーザモジュール１００が完成する。

実施例１によれば、図５（ａ）および図５（ｂ）のように、有限系の１つのレンズ４０を用い、レーザダイオード２０と高調波変換素子３０とを光結合させている。このため、特許文献１および特許文献２のように、無限系レンズを用いレーザダイオード２０と高調波変換素子３０とを光結合させる場合に比べ、部品点数を減らし、小型化および製造コストを削減することができる。しかしながら、有限系の１つのレンズ４０を用いた場合、レーザダイオード２０と高調波変換素子３０とを光結合の調整が難しい。そこで、レンズ４０の位置の複雑な調整が行なわれる。この際、レーザダイオード２０および高調波変換素子３０は上側からベース１０に固定し、レンズ４０は下側から調整する。これにより、レーザダイオード２０および高調波変換素子３０を固定するツールと、レンズ４０を調整する駆動部４４を上下に分けて配置することができる。よって、レーザモジュールの製造装置を簡素化できレーザモジュールの製造コストを削減することができる。

また、囲い部１６がレンズ４０の上部および側部をカバーしているため、その後の工程において、レンズ４０が損傷を受けることを抑制できる。さらに、囲い部１６により、ベース１０が反ることを抑制できる。これにより、レーザダイオード２０と高調波変換素子３０との光結合が製造工程や使用中にずれることを抑制できる。

また、実施例１によれば、ベース１０は同じ材料を用い一体に形成されている。これにより、レーザダイオード２０、高調波変換素子３０およびレンズ４０が一体に形成されたベース１０に固定される。よって、レーザダイオード２０と高調波変換素子３０との光結合が製造工程や使用中にずれることを抑制できる。

さらに、実施例１によれば、レンズ４０をレーザ光５０の光軸５１方向（例えばＺ方向７４）および光軸５１に直交する２つの方向（例えばＸ方向７０およびＹ方向７２）に移動させることにより、レンズ４０の位置を調整する。これにより、レーザダイオード２０と高調波変換素子３０との光結合をより精密に行なうことができる。なお、光軸に直交する２つの方向は、交差していればよいが、互いに直交していることが好ましい。これにより、光軸の調整が容易になる。

図６（ａ）および図６（ｂ）は、実施例２におけるレンズ４０の位置を調整する方法を示す図である。図６（ａ）はベースの下面図、図６（ｂ）はベースの断面図である。図６（ａ）のように、Ｘ方向に対しレンズ４０を傾けるようにレンズ４０の角度８０を調整する。また図６（ｂ）のように、Ｙ方向に対しレンズを傾けるようにレンズ４０の角度８２を調整する。その後、レンズをＺ方向７４に移動させ、レンズ４０の位置を調整する。これにより、より高精度にレンズ４０の位置を決めることができる。

実施例２のように、レンズ４０を光軸５１の方向に移動させ、かつレンズ４０を光軸方向に直交する２つの方向に対しそれぞれ傾斜させることにより、レンズ４０の位置を調整することができる。これにより、レーザダイオード２０と高調波変換素子３０との光結合をより精密に行なうことができる。なお、光軸に直交する２つの方向は、交差していればよいが、互いに直交していることが好ましい。これにより、光軸の調整が容易になる。

図７は、実施例３におけるレーザモジュールの断面図である（奥側のベース１０は不図示）。図７のように、レンズ４０の上部および両側面において、レンズ４０をベース１０の囲い部１６に固定することができる。これにより、レンズ４０をより強固にベース１０に固定することができる。

以上、発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ ベース
１２ 第１上面
１４ 第２上面
１６ 囲い部
１８ 空間
２０ レーザダイオード
３０ 高調波変換素子
４０ レンズ

Claims (8)

1. 第１上面と、第２上面と、前記第１上面と前記第２上面との間に形成された開口を含む空間に収納される有限系である１つのレンズの上部および側部を覆い下部を覆わないように形成された囲い部と、を備えたベースを配置する工程と、
   レーザ光を出射するレーザダイオードを前記第１上面上に固定し、前記レーザ光を前記レーザ光の高調波に変換する高調波変換素子を前記第２上面上に固定する工程と、
   前記レーザダイオードと前記高調波変換素子とを固定する工程の後、前記囲い部内の前記空間に前記レンズを配置して前記ベースの下側から前記開口を介して前記レンズの下部を保持し前記レーザダイオードと前記高調波変換素子とが光結合するように、前記レンズの位置を調整する工程と、
   前記レンズの位置を調整する工程の後、前記レンズを前記囲い部に固定する工程と、
   を含むことを特徴とするレーザモジュールの製造方法。
2. 前記ベースは同じ材料を用い一体に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の製造方法。
3. 前記レンズの位置を調整する工程は、前記レンズを前記レーザ光の光軸方向および前記光軸方向に直交する２つの方向に移動させることにより、前記レンズの位置を調整する工程を含むことを特徴とする請求項１または２記載のレーザモジュールの製造方法。
4. 前記レンズの位置を調整する工程は、前記レンズを前記レーザ光の光軸方向に移動させ、かつ前記レンズを前記光軸方向に直交する２つの方向に対しそれぞれ傾斜させることにより、前記レンズの位置を調整する工程を含むことを特徴とする請求項１または２記載のレーザモジュールの製造方法。
5. 前記レンズを固定する工程は、前記レンズの上部および側部を前記囲い部に固定する工程を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載のレーザモジュールの製造方法。
6. ベースと、
   前記ベース上面上に固定され、レーザ光を出射するレーザダイオードと、
   前記ベース上面上に固定され、前記レーザ光を前記レーザ光の高調波に変換する高調波変換素子と、
   前記ベースに固定され、前記レーザダイオードと前記高調波変換素子とを光結合させる有限系である１つのレンズと、
   を具備し、
   前記ベースは、前記レーザダイオードが固定された前記ベース上面と前記高調波変換素子が固定された前記ベース上面との間に開口を有すると共に、前記開口を含む空間に収納された前記レンズの上部および側部を覆い、下部を覆っていない囲い部を備えることを特徴とするレーザモジュール。
7. 前記ベースは同じ材料を用い一体に形成されていることを特徴とする請求項６記載のレーザモジュール。
8. 前記レンズは、前記レンズの上部および側部において前記囲い部に固定されていることを特徴とする請求項６または７記載のレーザモジュール。

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