JP5387930B1 - 発光素子・光ファイバ結合モジュール及びその部品 - Google Patents
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Abstract
結合効率の高い発光素子・光ファイバ結合モジュールの構造を簡単にし、モジュールを小型化する。
GRINレンズの一端面に直径方向の稜線を有し、その両側が前記稜線を突出させるように傾斜した傾斜面となっており、前記稜線を含む部分が曲面となっている部品の稜線がある端面と反対側の端面に、前記GRINレンズよりも開口数の小さな第二のGRINレンズを融着し、該第二のGRINレンズの反対側の端面に光ファイバを融着し、前記部品の稜線のある端面に対向して発光素子を配置する。前記稜線を、発光素子から出射される楕円形ビームの短径に平行になるようにすると、発光素子の出射ビームの長辺が前記部品内に入射するとき臨界角が大きくなり、発光素子の高出力ビームを高効率で前記部品内に入射させることができる。
GRINレンズの一端面に直径方向の稜線を有し、その両側が前記稜線を突出させるように傾斜した傾斜面となっており、前記稜線を含む部分が曲面となっている部品の稜線がある端面と反対側の端面に、前記GRINレンズよりも開口数の小さな第二のGRINレンズを融着し、該第二のGRINレンズの反対側の端面に光ファイバを融着し、前記部品の稜線のある端面に対向して発光素子を配置する。前記稜線を、発光素子から出射される楕円形ビームの短径に平行になるようにすると、発光素子の出射ビームの長辺が前記部品内に入射するとき臨界角が大きくなり、発光素子の高出力ビームを高効率で前記部品内に入射させることができる。
Description
本発明は、光通信において使用されるレーザダイオード等の発光素子と光ファイバとを高効率で結合した発光素子・光ファイバ結合モジュール、及びこの発光素子・光ファイバ結合モジュールを製造するための発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品に関する。
下記特許文献1には、レーザダイオード等の発光素子と光ファイバとを高効率で結合する発光素子・光ファイバ結合モジュールが開示されている。これは、内部に発光素子を取り付けた筒状のケーシングの端面に貫通孔を形成し、該貫通孔から前記ケーシング内に、光ファイバの先端に第二のGRINレンズを融着し更にその先端に前記第二のGRINレンズよりも開口数の大きな第一のGRINレンズを融着した光ファイバ部品の先端がケーシング内の発光素子に対向するように差し込まれており、固定手段により前記光ファイバ部品が前記貫通孔に固定されると共に前記貫通孔が密封されているものである。
GRINレンズ(Graded Indexレンズ)とは、中心から半径方向にかけて屈折率分布を有することでレンズとして作用する光ファイバであり、屈折率分布は二乗分布又は二乗分布に近い分布が望ましい。光ファイバ又はGRINレンズの開口数とは、臨界角(光が光ファイバやGRINレンズにその軸線に対して傾いて入射する場合、光が光ファイバやGRINレンズ内に進入可能な軸線に対する最大角度)の正弦値である。
発光素子から放射された光は順次第一のGRINレンズ、第二のGRINレンズを経て光ファイバに進入していくが、第一のGRINレンズの開口数NA1は第二のGRINレンズの開口数NA2よりも大きいので、第一のGRINレンズとして開口数の大きな(望ましくは、発光素子の開口数NAsよりも大きな)ものを採用し、発光素子から放射された光を効率よく第一のGRINレンズ内に進入させることができる。また、第二のGRINレンズの開口数NA2がNA1よりも小さいので、開口数の十分小さなものを選択でき、これにより第二のGRINレンズから光ファイバに至る光の臨界角を小さくできる(開口数が小さいとGRINレンズ内を蛇行して進む光の蛇行周期が長くなり、第二のGRINレンズから出ていく光の軸線に対する角度も小さくなる)ので、第二のGRINレンズから光ファイバへ光が効率よく進入する。
この発光素子・光ファイバ結合モジュールは、光ファイバの開口数(NAf)、第一のGRINレンズの開口数(NA1)、第二のGRINレンズの開口数(NA2)及び発光素子の開口数(NAs)が、
NAf ≦ NA2 < NAs ≦ NA1
を満足するように構成されていることが望ましい。発光素子の開口数とは、放射半値全角θの正弦関数である。NAs≦NA1であるので、発光素子から放射された光が全て第一のGRINレンズ内に進入し、光の損失がなくなる。また、NAf≦NA2<NAsであるので、第二のGRINレンズから光ファイバに至る光の臨界角が小さくなり、第二のGRINレンズから光ファイバへ光が効率よく進入する。したがって、全体として発光素子から出射された光が効率よく光ファイバへ進入する。なお、通常はNAf=0.15、NAs=0.43である。
NAf ≦ NA2 < NAs ≦ NA1
を満足するように構成されていることが望ましい。発光素子の開口数とは、放射半値全角θの正弦関数である。NAs≦NA1であるので、発光素子から放射された光が全て第一のGRINレンズ内に進入し、光の損失がなくなる。また、NAf≦NA2<NAsであるので、第二のGRINレンズから光ファイバに至る光の臨界角が小さくなり、第二のGRINレンズから光ファイバへ光が効率よく進入する。したがって、全体として発光素子から出射された光が効率よく光ファイバへ進入する。なお、通常はNAf=0.15、NAs=0.43である。
レーザダイオードは、出力を高くするほど出射ビームが扁平な楕円になり、アスペクト比が大きくなる。なおかつ楕円の短軸と長軸とで出射ポイントがずれる。図18は、レーザダイオード7のクラッド層に挟まれた活性層70からビームbが出射する様子の説明図である。出射ビームbの形状は楕円形で、短軸Dpの出射ポイントpと長軸Dqの出射ポイントqはΔAsだけずれている。出射ポイントのずれΔAsは、例えば数十ミクロンである。
出力の大きなレーザダイオードの出射ビーム長軸の開口数NAsは0.43以上になるが、このような高開口数のGRINレンズをゾルゲル法で歩留まりよく製造するのは非常に困難である。これらの事情により、高アスペクト比のレーザダイオードを高効率で光ファイバ(特にシングルモードファイバや偏波保持ファイバなどのコア径の非常に小さなファイバ)に結合するためには、従来はシリンドリカル(円筒)レンズ等の光学素子を発光体とファイバとの間に介する必要があり、構造が複雑でかつ小型化するには限界があった。本発明は、発光素子・光ファイバ結合に用いるGRINレンズの、発光素子の出射ビームの長軸における開口数をGRINレンズの本来の開口数よりも大きくして、結合効率の高い発光素子・光ファイバ結合モジュールの構造を簡単かつ小型化することを課題とするものである。
また、アスペクト比の大きな発光素子に対応できる発光素子・光ファイバ結合モジュールとして、使用可能な発光素子の範囲を広くすることも課題とする。
また、アスペクト比の大きな発光素子に対応できる発光素子・光ファイバ結合モジュールとして、使用可能な発光素子の範囲を広くすることも課題とする。
図1の発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品において、GRINレンズは、一端面に直径方向の稜線10を有し、その両側が前記稜線を突出させるように傾斜した傾斜面11となっている。図2の上段に示されるように、稜線10は尖っていないで、稜線10を含む周囲部分は曲面となっている。このため、稜線部分に入射した光は拡散することなく効率よくGRINレンズ内に進入する。
稜線10を含む周囲部分は曲面にするには、稜線が尖った状態で研磨した後に、放電加工により稜線の周囲を曲面にすることができる。また、GRINレンズをフェルールやアレイに装着して研磨する場合は、稜線部分を曲面研磨することが可能である。
稜線10を含む周囲部分は曲面にするには、稜線が尖った状態で研磨した後に、放電加工により稜線の周囲を曲面にすることができる。また、GRINレンズをフェルールやアレイに装着して研磨する場合は、稜線部分を曲面研磨することが可能である。
図2の上段は、稜線10と平行な方向から見たときの臨界角θ1、下段は稜線10と直角の方向から見たときの臨界角θ2を示している。図2下段の場合、レーザダイオード7から部品1内に入射するレーザ光の光路は、平端面と同じであるから、臨界角θ2は部品1のGRINレンズ本来の臨界角になる。図2上段の場合、レーザダイオード7から出射したレーザ光は傾斜面11で大きく屈折するため、臨界角θ1はθ2よりも大きくなる。
図3は、発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品1の外周部の屈折率を1.5としたときの傾斜角αと臨界角θ1,θ2の関係を表している。このように、αが大きくなるにつれてθ1が大きくなる。
θ1がレーザダイオード7の出射ビームの長辺に対応するように、部品1とレーザダイオード7を配置することで、レーザダイオード7の高出力ビームを高効率で部品1内に入射させることができる。
〔請求項1〕
本発明は、一端面に直径方向の稜線を有し、その両側が前記稜線を突出させるように傾斜した傾斜面となっており、前記稜線を含む部分が曲面となっている第一のGRINレンズの、前記稜線がある端面と反対側の端面に、該第一のGRINレンズよりも開口数の大きな第二のGRINレンズを融着し、該第二のGRINレンズの反対側の端面に光ファイバを融着したことを特徴とする発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品である。
本発明は、一端面に直径方向の稜線を有し、その両側が前記稜線を突出させるように傾斜した傾斜面となっており、前記稜線を含む部分が曲面となっている第一のGRINレンズの、前記稜線がある端面と反対側の端面に、該第一のGRINレンズよりも開口数の大きな第二のGRINレンズを融着し、該第二のGRINレンズの反対側の端面に光ファイバを融着したことを特徴とする発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品である。
第一のGRINレンズの開口数をNA1、第二のGRINレンズの開口数をNA2、光ファイバの開口数をNAfとすると、NAf<NA2>NA1となる。
GRINレンズが一つの場合、及び第一のGRINレンズの開口数が第二のGRINレンズの開口数よりも大きい場合は、第一のGRINレンズの長さを僅かに変えただけで、光の回折の効果により、ビームウェストまでの距離が大きく変化するが、第一のGRINレンズの開口数を第二のGRINレンズの開口数よりも小さくすると、第一のGRINレンズの長さを変えたときのビームウェストまでの距離の変化が比較的小さくなるので、ビームウェストまでの距離を所望の距離にコントロールしやすくなる。また、第一のGRINレンズの開口数が小さくなるので、ビームウェストの径を大きくできる。
〔請求項2〕
また本発明は、内部に発光素子を取り付け可能な筒状のケーシングの端面に貫通孔を形成し、該貫通孔から前記ケーシング内に、請求項1の部品の前記第一のGRINレンズの先端が差し込まれており、固定手段により前記部品が前記貫通孔に固定されると共に前記貫通孔が密封されていることを特徴とする発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品である。
また本発明は、内部に発光素子を取り付け可能な筒状のケーシングの端面に貫通孔を形成し、該貫通孔から前記ケーシング内に、請求項1の部品の前記第一のGRINレンズの先端が差し込まれており、固定手段により前記部品が前記貫通孔に固定されると共に前記貫通孔が密封されていることを特徴とする発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品である。
ケーシング内部に、第一のGRINレンズ先端面に対向させて発光素子を装着し、ケーシング背面に蓋をして内部を真空、不活性ガス雰囲気又は樹脂を充填することで、高効率の発光素子・光ファイバ結合モジュールを容易に製作できる。
〔請求項3〕
また本発明は、請求項2の発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品において、前記貫通孔が前記端面に複数形成され、それぞれの貫通孔に請求項1の部品が固定されていることを特徴とする光ファイバ発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品である。
また本発明は、請求項2の発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品において、前記貫通孔が前記端面に複数形成され、それぞれの貫通孔に請求項1の部品が固定されていることを特徴とする光ファイバ発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品である。
この発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品のケーシング内部に、それぞれの第一のGRINレンズ先端面に対向させて発光素子を装着し、ケーシング背面に蓋をして内部を真空、不活性ガス雰囲気又は樹脂を充填することで、アレイ状の高効率発光素子・光ファイバ結合モジュールを容易に製造することができる。
〔請求項4〕
また本発明は、請求項1の部品の、前記第一のGRINレンズの稜線がある端面に対向して発光素子を配置した発光素子・光ファイバ結合モジュールであって、前記稜線が該発光素子から出射される楕円形ビームの短径に平行であることを特徴とする発光素子・光ファイバ結合モジュールである。
また本発明は、請求項1の部品の、前記第一のGRINレンズの稜線がある端面に対向して発光素子を配置した発光素子・光ファイバ結合モジュールであって、前記稜線が該発光素子から出射される楕円形ビームの短径に平行であることを特徴とする発光素子・光ファイバ結合モジュールである。
稜線が発光素子から出射される楕円形ビームの短径に平行になるように、第一のGRINレンズと発光素子を配置すれば、図2上段に示すように、レーザダイオード7の出射ビームの長辺が第一のGRINレンズ内に入射するとき臨界角が、大きな臨界角θ1となり、レーザダイオード7の高出力ビームを高効率で第一のGRINレンズ内に入射させることができる。
請求項1の部品と発光素子を対向して配置し、固定する手段は、どのようなものでもよく、請求項1の部品と発光素子が所定の位置関係で固定されてさえいれば、発光素子のビームを高効率で光ファイバのコアに入射させることができる。
〔請求項5〕
また本発明は、請求項2の部品の、前記第一のGRINレンズの稜線がある端面に対向して、発光素子を前記ケーシング内に固定した発光素子・光ファイバ結合モジュールであって、前記稜線が該発光素子から出射される楕円形ビームの短径に平行であることを特徴とする発光素子・光ファイバ結合モジュールである。
また本発明は、請求項2の部品の、前記第一のGRINレンズの稜線がある端面に対向して、発光素子を前記ケーシング内に固定した発光素子・光ファイバ結合モジュールであって、前記稜線が該発光素子から出射される楕円形ビームの短径に平行であることを特徴とする発光素子・光ファイバ結合モジュールである。
この発光素子・光ファイバ結合モジュールは、請求項4の発光素子・光ファイバ結合モジュールと同様に高効率であり、請求項2の発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品を用いて容易に製作できる。
〔請求項6〕
また本発明は、請求項3の部品の、前記各第一のGRINレンズの稜線がある端面に対向して、発光素子を前記ケーシング内に固定した発光素子・光ファイバ結合モジュールであって、各第一のGRINレンズ稜線が、各発光素子から出射される楕円形ビームの短径に平行であることを特徴とする発光素子・光ファイバ結合モジュールである。
また本発明は、請求項3の部品の、前記各第一のGRINレンズの稜線がある端面に対向して、発光素子を前記ケーシング内に固定した発光素子・光ファイバ結合モジュールであって、各第一のGRINレンズ稜線が、各発光素子から出射される楕円形ビームの短径に平行であることを特徴とする発光素子・光ファイバ結合モジュールである。
この発光素子・光ファイバ結合モジュールは、請求項5の発光素子・光ファイバ結合モジュールと同様に高効率であり、請求項3の発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品を用いてアレイ状の発光素子・光ファイバ結合モジュールを容易に製作できる。
本発明は、発光素子・光ファイバ結合に用いるGRINレンズの、発光素子の楕円形状出射ビームの長軸における臨界角を、GRINレンズの平端面の臨界角よりも大きくすることができ、発光素子と光ファイバ結合効率を高めることができる。
また、アスペクト比の大きな発光素子に対応できるので、使用可能な発光素子の範囲がきわめて広くなる。
また、アスペクト比の大きな発光素子に対応できるので、使用可能な発光素子の範囲がきわめて広くなる。
図1の発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品1は、円柱状のGRINレンズの一端に稜線10と傾斜面11を形成し、他端を軸線に直角な平端面としたものである。稜線10はGRINレンズの直径方向、すなわち、軸線を通り軸線と直角をなしている。傾斜面11は、稜線10の両側に、稜線を突出させるように傾斜して形成されている。したがって、この端部を稜線と平行な側方から見ると、図4(a)に示すように山形になっている。傾斜面11の傾斜角αは、例えば5°〜30°にすることができる。この部品1は、例えば、GRINレンズをフェルールに挿入・仮固定し、先端を研磨して稜線と傾斜面を形成することで製作できる。
図4の発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品2は、図1の部品1(第一のGRINレンズ)の平端面に第二のGRINレンズ5を融着し、その他端にシングルモード光ファイバ6を融着したものである。
第一のGRINレンズの軸長さZ1は、中心部のガラスの屈折率をn0、GRINレンズの半径をd1、発光素子との距離をLとしたときに、
Z1=(n0*d1/NA1)arctan(d1/(NA1*L))
であることが望ましい。これにより、第一のGRINレンズに進入した光が、その終端において平行光線となり、効率よく第二のGRINレンズに入射する。
この場合、図18に示すように、出射ビームの出射ポイントが長軸と短軸ではΔAsずれているので、長軸と短軸のLが異なるが、長軸の実際のNA1は短軸のそれよりも大きい(θ1>θ2)ために、長軸について求めたZ1と短軸について求めたZ1の差が、先端面が平坦な従来の場合に比べて小さくなり、この点からも本発明の発光素子・光ファイバ結合モジュールは結合効率が向上している。
第一のGRINレンズの軸長さZ1は、中心部のガラスの屈折率をn0、GRINレンズの半径をd1、発光素子との距離をLとしたときに、
Z1=(n0*d1/NA1)arctan(d1/(NA1*L))
であることが望ましい。これにより、第一のGRINレンズに進入した光が、その終端において平行光線となり、効率よく第二のGRINレンズに入射する。
この場合、図18に示すように、出射ビームの出射ポイントが長軸と短軸ではΔAsずれているので、長軸と短軸のLが異なるが、長軸の実際のNA1は短軸のそれよりも大きい(θ1>θ2)ために、長軸について求めたZ1と短軸について求めたZ1の差が、先端面が平坦な従来の場合に比べて小さくなり、この点からも本発明の発光素子・光ファイバ結合モジュールは結合効率が向上している。
第二のGRINレンズ5の長さは、伝播する光線の蛇行周期の略1/4の長さあるいはその奇数倍の長さが適当である。第二のGRINレンズの集光性は第一のGRINレンズに比べ小さい(開口数が小さい)ので、緩やかな角度で集光することとなり、光が効率よく光ファイバに進入する。
第一のGRINレンズの開口数をNA1、第二のGRINレンズの開口数をNA2、光ファイバの開口数をNAfとすると、NAf<NA2<NA1となっている。
第一のGRINレンズの開口数をNA1、第二のGRINレンズの開口数をNA2、光ファイバの開口数をNAfとすると、NAf<NA2<NA1となっている。
図4に示すように、レーザダイオード7から出た光は効率よく第一のGRINレンズ1に進入し、その終端において平行光線となり、効率よく第二のGRINレンズ5に進入し、その終端において光ファイバ6の軸に集光し、効率よくコアに進入する。
部品2の先端面に対向して、稜線10が発光素子から出射される楕円形ビームの短径に平行になるように、レーザダイオード7を配置し、発光素子・光ファイバ結合モジュール2Aを形成している。
図4において、上段の(a)は稜線10と平行な方向から見た側面図、下段の(b)は稜線10と直角の方向から見た側面図である。(a)において、出射ビームの長径は、第一のGRINレンズ本来の臨界角(平端面における臨界角)よりも大きな臨界角となっている第一のGRINレンズ内に進入できるので、レーザダイオード長径の開口数が第一のGRINレンズの開口数よりも大きい場合であっても、効率よくレーザ光がGRINレンズ内に進入する。(b)において、出射ビームの短径は第一のGRINレンズ本来の臨界角となっている第一のGRINレンズ内に進入するが、短径であるためにレーザダイオードの開口数は小さい。
図5は、発本発明の比較例である光素子・光ファイバ結合モジュール用部品3の断面図である。筒状のケーシング30はステンレスなどの金属製で、前端が端面で閉塞され、内部にレーザダイオードを収納できるものである。端面には貫通孔31が形成され、これに図4の部品2の先端がケーシング30の内部に向かって差し込まれている。光ファイバ6の先端部を除く部分は光ファイバ被覆60で覆われ、保護されている。部品2の先端部外周には金属被覆32が形成されている。金属被覆は銅、ステンレスなどの金属を部品2の先端部外周に蒸着して形成することができる。また、これらの金属のパイプに部品3の先端部を挿入して形成することもできる。貫通孔31からケーシング30の内部に向かって部品2が差し込まれ、ハンダ33(固定手段)で貫通孔部分に固定されている。溶けたハンダは毛細管現象で貫通孔と部品2先端の間の隙間に充填され、金属被覆32は貫通孔部分に接着されると共に、貫通孔は完全に密封される。部品2の先端部でケーシング30の外側にある部分は、補強及び保護のため、保護シール34で被覆されている。保護シールは、例えば樹脂コーティングなどである。
図6は本発明の比較例である発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品3Aの断面図である。これが前記図5の発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品3と異なるのは、ケーシング30’の端面に貫通孔が複数個形成されている点である。各貫通孔には、図5の場合と同様に、部品2がハンダ33で固定され、貫通孔が密封されている。
図7は本発明の比較例である発光素子・光ファイバ結合モジュール4の断面図である。これは、前記の発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品3のケーシング30の内部にレーザダイオード7を取り付け、背面を蓋40で閉塞すると共に、ケーシング内部を真空にしたものである。レーザダイオード7は、調整機構41によって、部品2の軸と同軸になるように、また、レーザダイオード7と第一のGRINレンズとの距離Lが次の関係式に近くなるように調整され、固定される。
Z1=(n0*d1/NA1)arctan(d1/(NA1*L))
調整機構は、従来の発光素子・光ファイバ結合モジュールに用いられているものと同じ機構を用いることができる。
Z1=(n0*d1/NA1)arctan(d1/(NA1*L))
調整機構は、従来の発光素子・光ファイバ結合モジュールに用いられているものと同じ機構を用いることができる。
図8は本発明の比較例であるアレイ状の発光素子・光ファイバ結合モジュール4Aの断面図である。これは、図6の発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品3Aのケーシング30’の内部に、複数個のレーザダイオード7を、各部品2に対向して取り付け、背面を蓋40’で閉塞すると共に、ケーシング内部を真空にしたものである。
図9,10は本発明の比較例であるアレイ状の発光素子・光ファイバ結合モジュール4Bに関し、図9は横断面図、図10は縦断面図である。モジュール4Bにおいて、発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品2の稜線10の方向が、前記図8のモジュール4Aの場合に対し直角になっている。レーザダイオード7は、3個の発光点を有し、各発光点が発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品2に対向している。レーザダイオードの活性層70は稜線10に平行であり、したがって、稜線10がレーザダイオード(発光素子)から出射される楕円形ビームの短径に平行になっている。
図11の発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品8は、図1の部品1(第一のGRINレンズ)の平端面に第二のGRINレンズ5を融着し、その他端にシングルモード光ファイバ6を融着したものである。
第一のGRINレンズの軸長さZ1は、中心部のガラスの屈折率をn0、GRINレンズの半径をd1、発光素子との距離をLとしたときに、
Z1=(n0*d1/NA1)arctan(d1/(NA1*L))
であることが望ましい。これにより、第一のGRINレンズに進入した光が、その終端において平行光線となり、効率よく第二のGRINレンズに入射する。
この場合、図18に示すように、出射ビームの出射ポイントが長軸と短軸ではΔAsずれているので、長軸と短軸のLが異なるが、長軸の実際のNA1は短軸のそれよりも大きい(θ1>θ2)ために、長軸について求めたZ1と短軸について求めたZ1の差が、先端面が平坦な従来の場合に比べて小さくなり、この点からも本発明の発光素子・光ファイバ結合モジュールは結合効率が向上している。
第一のGRINレンズの軸長さZ1は、中心部のガラスの屈折率をn0、GRINレンズの半径をd1、発光素子との距離をLとしたときに、
Z1=(n0*d1/NA1)arctan(d1/(NA1*L))
であることが望ましい。これにより、第一のGRINレンズに進入した光が、その終端において平行光線となり、効率よく第二のGRINレンズに入射する。
この場合、図18に示すように、出射ビームの出射ポイントが長軸と短軸ではΔAsずれているので、長軸と短軸のLが異なるが、長軸の実際のNA1は短軸のそれよりも大きい(θ1>θ2)ために、長軸について求めたZ1と短軸について求めたZ1の差が、先端面が平坦な従来の場合に比べて小さくなり、この点からも本発明の発光素子・光ファイバ結合モジュールは結合効率が向上している。
第二のGRINレンズ5の長さは、伝播する光線の蛇行周期の略1/4の長さあるいはその奇数倍の長さが適当である。第二のGRINレンズの集光性は第一のGRINレンズに比べ大きい(開口数が大きい)点で、図4の発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品2、及び発光素子・光ファイバ結合モジュール2Aとは異なっている。第一のGRINレンズ1の開口数をNA1、第二のGRINレンズ5の開口数をNA2、光ファイバの開口数をNAfとすると、NAf<NA2>NA1となっている。第一のGRINレンズ1の開口数NA1が第二のGRINレンズ5の開口数NA2よりも小さいので、第一のGRINレンズ1とレーザダイオード7の距離を所望の距離にコントロールしやすくなる。
また、アスペクト比の大きな発光素子に対応できるので、使用可能な発光素子の範囲がきわめて広くなる。
また、アスペクト比の大きな発光素子に対応できるので、使用可能な発光素子の範囲がきわめて広くなる。
部品8の先端面に対向して、稜線10が発光素子から出射される楕円形ビームの短径に平行になるように、レーザダイオード7を配置し、発光素子・光ファイバ結合モジュール8Aを形成している。
図12は本発明の実施形態である発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品3の断面図である。これは、図5の発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品3における部品2を部品8に変えたものである。
図13は本発明の実施形態である発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品3Cの断面図である。これは、図6の発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品3Aにおける部品2を部品8に変えたものである。
図14は本発明の実施形態である発光素子・光ファイバ結合モジュール4の断面図である。これは、図7の発光素子・光ファイバ結合モジュール4において、部品2を部品8に変えたものである。
図15は本発明の実施形態であるアレイ状の発光素子・光ファイバ結合モジュール4Dの断面図である。これは、図8のアレイ状の発光素子・光ファイバ結合モジュール4Aにおける部品2を部品8に変えたものである。
図16,17は本発明の実施形態であるアレイ状の発光素子・光ファイバ結合モジュール4Eに関し、図16は横断面図、図17は縦断面図である。これは、図9,10のアレイ状の発光素子・光ファイバ結合モジュール4Bにおいて、部品2を部品8に変えたものである。
本発明の発光素子・光ファイバ結合モジュールは、ハイパワーの半導体レーザを、特にシングルモードファイバや偏波保持ファイバに高効率に結合でき、光通信における汎用性のあるモジュールとして使用できるほか、レーザ加工、医療、測定などの分野で幅広く使用できる。本発明の発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品は、任意の発光素子を取り付け、光通信、レーザ加工、医療、測定などの幅広い分野に使用できる。
1 発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品
10 稜線
11 傾斜面
2 発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品
2A 発光素子・光ファイバ結合モジュール
3 発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品
30 ケーシング
31 貫通孔
32 金属被覆
33 ハンダ
34 保護シール
3A 発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品
3B 発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品
3C 発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品
4 発光素子・光ファイバ結合モジュール
4A 発光素子・光ファイバ結合モジュール
4B 発光素子・光ファイバ結合モジュール
4C 発光素子・光ファイバ結合モジュール
4D 発光素子・光ファイバ結合モジュール
4E 発光素子・光ファイバ結合モジュール
40 蓋
41 調整機構
4A 発光素子・光ファイバ結合モジュール
4B 発光素子・光ファイバ結合モジュール
5 第二のGRINレンズ
6 光ファイバ
60 光ファイバ被覆
7 レーザダイオード
70 活性層
8 発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品
8A 発光素子・光ファイバ結合モジュール
10 稜線
11 傾斜面
2 発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品
2A 発光素子・光ファイバ結合モジュール
3 発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品
30 ケーシング
31 貫通孔
32 金属被覆
33 ハンダ
34 保護シール
3A 発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品
3B 発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品
3C 発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品
4 発光素子・光ファイバ結合モジュール
4A 発光素子・光ファイバ結合モジュール
4B 発光素子・光ファイバ結合モジュール
4C 発光素子・光ファイバ結合モジュール
4D 発光素子・光ファイバ結合モジュール
4E 発光素子・光ファイバ結合モジュール
40 蓋
41 調整機構
4A 発光素子・光ファイバ結合モジュール
4B 発光素子・光ファイバ結合モジュール
5 第二のGRINレンズ
6 光ファイバ
60 光ファイバ被覆
7 レーザダイオード
70 活性層
8 発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品
8A 発光素子・光ファイバ結合モジュール
Claims (6)
- 一端面に直径方向の稜線を有し、その両側が前記稜線を突出させるように傾斜した傾斜面となっており、前記稜線を含む部分が曲面となっている第一のGRINレンズの、前記稜線がある端面と反対側の端面に、該第一のGRINレンズよりも開口数の大きな第二のGRINレンズを融着し、該第二のGRINレンズの反対側の端面に光ファイバを融着したことを特徴とする発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品。
- 内部に発光素子を取り付け可能な筒状のケーシングの端面に貫通孔を形成し、該貫通孔から前記ケーシング内に、請求項1の部品の前記第一のGRINレンズの先端が差し込まれており、固定手段により前記部品が前記貫通孔に固定されると共に前記貫通孔が密封されていることを特徴とする発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品。
- 請求項2の発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品において、前記貫通孔が前記端面に複数形成され、それぞれの貫通孔に請求項1の部品が固定されていることを特徴とする光ファイバ発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品。
- 請求項1の部品の、前記第一のGRINレンズの稜線がある端面に対向して発光素子を配置した発光素子・光ファイバ結合モジュールであって、前記稜線が該発光素子から出射される楕円形ビームの短径に平行であることを特徴とする発光素子・光ファイバ結合モジュール。
- 請求項2の部品の、前記第一のGRINレンズの稜線がある端面に対向して、発光素子を前記ケーシング内に固定した発光素子・光ファイバ結合モジュールであって、前記稜線が該発光素子から出射される楕円形ビームの短径に平行であることを特徴とする発光素子・光ファイバ結合モジュール。
- 請求項3の部品の、前記各第一のGRINレンズの稜線がある端面に対向して、発光素子を前記ケーシング内に固定した発光素子・光ファイバ結合モジュールであって、各第一のGRINレンズ稜線が、各発光素子から出射される楕円形ビームの短径に平行であることを特徴とする発光素子・光ファイバ結合モジュール。
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WO (1) | WO2014016939A1 (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021150369A (ja) * | 2020-03-17 | 2021-09-27 | 豊田合成株式会社 | レーザー光源モジュール |
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WO2005031415A2 (en) * | 2003-09-25 | 2005-04-07 | Corning Incorporated | Fiber lens with multimode pigtail |
JPWO2007057974A1 (ja) * | 2005-11-21 | 2009-04-30 | 東洋ガラス株式会社 | 発光素子・光ファイバ結合モジュール及び発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品 |
-
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- 2012-07-26 JP JP2012543390A patent/JP5387930B1/ja active Active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2021150369A (ja) * | 2020-03-17 | 2021-09-27 | 豊田合成株式会社 | レーザー光源モジュール |
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