JP5639220B2 - 光ファイバの固定構造、半導体レーザモジュール、光ファイバの固定方法 - Google Patents

光ファイバの固定構造、半導体レーザモジュール、光ファイバの固定方法 Download PDF

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Description

本発明は、光ファイバの位置ずれを防止可能であり、安定して光ファイバを固定可能な光ファイバの固定構造、半導体レーザモジュール、および光ファイバの固定方法に関するものである。
従来用いられている半導体レーザモジュールにおいて、レーザダイオード（半導体レーザ）チップと光ファイバとは光学的に接続されている。この際、光ファイバは、半導体レーザとの光軸を合わせた後、台座上に半田や接着剤等によって固定される。
図１０は、従来の半導体レーザモジュール１００を示す概略図である。半導体レーザモジュール１００は、ベース１０３上に、半導体レーザ台座１０５とファイバ固定台座１０９とが整列して配置される。半導体レーザ台座１０５上には、半導体レーザ１０７が固定される。また、ファイバ固定台座１０９には光ファイバ１１３が接着剤１１１等によって固定される。この状態で、光ファイバ１１３と半導体レーザ１０７とが光学的に結合される。なお、以下の説明において、光ファイバとファイバ固定台座との固定構造を、光ファイバ固定構造と称する。
図１１は、半導体レーザモジュール１００における光ファイバ固定構造１１０を示す図で、図１１（ａ）は側面図、図１１（ｂ）は正面図である。図１１（ａ）に示すように、上面が平坦なファイバ固定台座１０９上には、上方に表面張力で盛り上がるように接着剤１１１が設けられ、接着剤１１１によって光ファイバ１１３が固定される。
光ファイバ固定構造１１０では、光ファイバ１１３の下方のみにおいてファイバ固定台座１０９に固定される。すなわち、光ファイバ１１３の一方側のみがファイバ固定台座１０９に固定される。この場合、光ファイバ１１３の固定部の後方側で軸方向に力が付与されると（図中矢印Ｇ方向）、光ファイバ１１３の先端が上下方にずれるように回転方向のずれが生じる（図中矢印Ｈ方向）。
また、図１１（ｂ）に示すように、このような光ファイバ固定構造１１０では、接着剤１１１が硬化する際の収縮によって、光ファイバ１１３には、ファイバ固定台座１０９方向に力が付与される（図中矢印Ｉ方向）。このように、ファイバ固定台座１０９に対する光ファイバ１１３の位置が、調芯後、事後的に変動する恐れがある。
このような光ファイバの位置ずれは、特にシングルモードのレンズドファイバの場合に大きな問題となる。すなわち、シングルモードのレンズドファイバのように、結合トレランスの特に狭い光学結合系を用いた半導体レーザモジュールにおいては、このような位置ずれが生じることで、半導体レーザと光ファイバとの光結合状態にずれが生じ、半導体レーザモジュールのファイバ端出力が劣化するという問題があった。
特に、波長帯が９８０ｎｍ前後の半導体レーザとの光結合に用いられる光ファイバのように、先端形状が楔状の楔レンズドファイバを用いる場合には、その光結合の特性上、上下高さ方向の光結合トレランスが極端に狭いことから、ファイバ端出力の劣化は更に大きな問題となっていた。
これに対し、ファイバ固定台座に溝または孔を設け、光ファイバ１１３を溝または孔に配置した状態で、溝または孔に接着剤を充填し、光ファイバ１１３をファイバ固定台座に固定する方法がある（例えば、特許文献１、特許文献２）。
特開平０２−３０８１０１号公報 実開昭６１−１４３１１１号公報
図１２（ａ）は、略矩形断面の溝を有するファイバ固定台座１０９ａを用いた光ファイバ固定構造１１０ａを示す図である。光ファイバ固定構造１１０ａは、ファイバ固定台座１０９ａに形成された溝内に光ファイバ１１３が配置され、溝に充填された接着剤１１１によって光ファイバ１１３がファイバ固定台座１０９ａに固定される。
しかし、光ファイバ固定構造１１０ａは、矩形溝に対し、光ファイバ１１３が左右及び下方の３方向でファイバ固定台座１０９ａに固定されるものであるが、このようにしても、接着剤１１１の硬化時の収縮によって、下方及び左右方向（図中矢印Ｊ方向）に光ファイバ１１３が応力を受ける。したがって、接着剤硬化時に光ファイバ１１３の先端位置がずれる恐れがある。
また、図１２（ｂ）は、円形の孔を有するファイバ固定台座１０９ｂを用いた光ファイバ固定構造１１０ｂを示す図である。光ファイバ固定構造１１０ｂは、ファイバ固定台座１０９ｂに形成された孔内に光ファイバ１１３が挿通され、孔に充填された接着剤１１１によって光ファイバ１１３がファイバ固定台座１０９ｂに固定される。
光ファイバ固定構造１１０ｂでは、接着剤１１１の硬化収縮時に、孔内の光ファイバ１１３は、全方向に略均一な応力を受ける（図中矢印Ｋ方向）。しかし、接着剤１１１の硬化収縮時には、光ファイバ１１３の表面が全方向に引っ張られ、圧縮の応力が付与される。また、接着後の温度変化によって、接着剤の膨張や収縮が生じ、光ファイバ１１３の全周に圧縮や引っ張りの応力が付与される。このような場合、接着剤の全周が孔によって規制されているため、応力が解放できず、接着剤１１１がファイバ固定台座１０９ｂまたは光ファイバ１１３表面から剥離したり、ファイバ固定台座１０９ｂの表面に亀裂が生じる等の恐れがある。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、光ファイバの位置ずれを防止し、安定して光ファイバを固定可能な光ファイバの固定構造等を提供することを目的とする。
前述した目的を達するために第１の発明は、光ファイバの固定構造であって、台座と、前記台座に固定部材で固定される光ファイバと、を具備し、前記台座には、前記光ファイバの軸方向に沿って溝が形成され、前記光ファイバは前記溝の内部に配置され、前記溝の内面の互いに対向する固定面に、前記固定部材で固定され、断面において、前記光ファイバと前記固定面との固定方向と略垂直な方向における、前記固定面が前記固定部材によって覆われる領域の範囲内に、前記光ファイバが存在し、前記固定部材は硬化収縮又は凝固収縮する部材であり、前記光ファイバは固定部において全周が前記固定部材に覆われており、前記光ファイバの軸方向から見て、前記光ファイバと前記固定面との固定方向と略垂直な両方向には、前記光ファイバが前記台座に固定されない空間部が形成されることを特徴とする光ファイバの固定構造である。
前記溝は、前記台座の上面に形成され、前記光ファイバは、前記溝の内側面である前記固定面に前記固定部材により固定され、前記溝の底部側には、前記光ファイバが固定された部位における前記固定面同士の間隔とは間隔が変化する、間隔変化部が形成させてもよい。
前記溝は、前記光ファイバの軸方向に複数設けられ、前記光ファイバの先端に近い側の前記溝の長さは、前記光ファイバの先端から遠い側の前記溝の長さよりも短くしてもよい。
第１の発明によれば、台座に形成された溝の一方の対向面にのみ固定部材で光ファイバが固定される。また、光ファイバの固定方向と垂直な方向には、台座と光ファイバとが固定されない空間部が形成される。このため、接着剤の収縮による力が相殺されて、光ファイバの位置ずれが抑制される。また、空間部が形成されるため、接着剤の膨張や収縮時には、空間部が形状変化の逃げ部となる。したがって、光ファイバの外周に過剰な力が付与されることを抑制することができる。
また、光ファイバを左右方向の固定面で固定支持した際に、下方に、溝内面の間隔が変化する間隔変化部を形成することで、硬化前の接着剤が下方に流れることを抑制することができる。したがって、接着剤が下方に流れ、図１２（ａ）に示したように、溝が接着剤で埋まることを抑制することができる。
また、溝が光ファイバの軸方向に複数形成され、光ファイバの先端側の短い溝部と、他方の長い溝部に分けることで、光ファイバをより精度良く台座に固定することができる。例えば、短い溝に光ファイバを固定する場合には、接着剤の使用量も少量で済むため、接着剤による位置ずれの影響を抑えることができる。一方、少量の接着剤では、十分な固定強度を得ることができないため、長い側の溝で光ファイバを固定し、十分な固定強度を確保することができる。
第２の発明は、第１の発明にかかる光ファイバの固定構造を有し、ベースと、前記ベース上に設けられる前記光ファイバの固定構造と、前記光ファイバの固定構造における前記光ファイバと光接続される半導体レーザと、を具備することを特徴とする半導体レーザモジュールである。
前記半導体レーザと前記光ファイバとの間には、レンズと、アイソレータと、が設けられてもよい。
第２の発明によれば、光ファイバと半導体レーザとの光結合状態のずれが小さく、ファイバ端出力の劣化の少ない半導体レーザモジュールを得ることができる。
第３の発明は、光ファイバの固定方法であって、前記光ファイバを、溝を有する台座の前記溝に配置する工程と、前記光ファイバと前記溝の内面の互いに対向する固定面との間に、断面において、前記光ファイバと前記固定面との固定方向と略垂直な方向における、前記固定面が固定部材によって覆われる領域の範囲内に、前記光ファイバを配置し、前記光ファイバの全周を覆うように固定部材を塗布する工程と、前記固定部材を硬化させて、前記台座に前記光ファイバを固定する工程と、を有し、前記固定部材は硬化収縮又は凝固収縮する部材であり、前記光ファイバは、前記光ファイバの軸方向から見て、前記光ファイバと前記固定面との固定方向と略垂直な両方向には、前記光ファイバが前記台座に固定されない空間部が形成されるように固定されることを特徴とする光ファイバの固定方法である。
前記光ファイバの先端に近い側の第１溝の長さは、前記光ファイバの先端から遠い側の第２溝の長さよりも短く、前記光ファイバと前記第１溝の前記固定面との間に前記固定部材を塗布する工程と、前記第１溝の前記固定部材を硬化させて、前記台座に前記光ファイバを固定する工程と、前記光ファイバと前記第２溝の前記固定面との間に前記固定部材を塗布する工程と、前記第２溝の前記固定部材を硬化させて、前記台座に前記光ファイバを固定する工程と、を有し、前記光ファイバは、前記第１溝および前記第２溝において、前記光ファイバの軸方向から見て、前記光ファイバと前記固定面との固定方向と略垂直な両方向には、前記光ファイバが前記台座に固定されない空間部が形成されるように固定されてもよい。
第３の発明によれば、光ファイバと半導体レーザとの光結合状態のずれが小さく、ファイバ端出力の劣化の少ない半導体レーザモジュールを容易に得ることができる。
また、光ファイバの軸方向に複数形成された溝に対し、まず、短い溝に光ファイバを固定するため、光ファイバの先端に近い位置を所領の接着剤で固定することが可能であるため、接着剤による位置ずれの影響を抑えることができる。また、短い溝への固定完了後に、長い側の溝で光ファイバを固定するため、十分な固定強度を確保することができる。
本発明によれば、光ファイバの位置ずれを防止し、安定して光ファイバを固定可能な光ファイバの固定構造等を提供することができる。
（ａ）は半導体レーザモジュール１を示す図であり、（ｂ）はその変形例を示す図。 半導体レーザモジュール１の変形例を示す図。 （ａ）は光ファイバ固定構造１０を示す図、（ｂ）は（ａ）のＡ部拡大図。 （ａ）から（ｃ）は、それぞれ間隔変化部２１ａ、２１ｂ、２１ｃを有する光ファイバ固定構造１０ａ、１０ｂ、１０ｃを示す図。 半導体レーザモジュール１ａを示す図。 半導体レーザモジュール１ｂを示す図。 半導体レーザモジュール１ｂを示す側面図。 （ａ）は半導体レーザモジュール１ｃを示す図であり、（ｂ）は半導体レーザモジュール１ｄを示す図。 製造工程における光強度の変化を示す図。 従来の半導体レーザモジュール１００を示す図。 （ａ）は従来の光ファイバ固定構造１１０示す側面図、（ｂ）は正面図。 （ａ）は従来の光ファイバ固定構造１１０ａ示す正面図、（ｂ）は従来の光ファイバ固定構造１１０ｂ示す正面図。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１（ａ）は、半導体レーザモジュール１の斜視図である。半導体レーザモジュール１は、主に、ベース３、半導体レーザ台座５、半導体レーザ７、ファイバ固定台座９、光ファイバ１３等から構成される。
ベース３は、上部に各構成が設置される板状の部材である。ベース３としては、例えば、ＡｌＮ、ＣｕＷ、Ａｌ２Ｏ３等を用いることができ、熱伝導性に優れる材質であることが望ましい。
ベース３上には、半田等によって半導体レーザ台座５が固定される。半導体レーザ台座５は上部に半導体レーザ７が固定される部材である。半導体レーザ台座５としては、例えば、ＡｌＮ、ＣｕＷ、Ｃｕ、Ｓｉ等を用いることができ、また、半導体レーザ７は、所望の波長のレーザを発光することが可能である、例えばＩｎＰレーザ、ＧａＡｓレーザ、ＧａＡｓＡｌレーザ等を用いることができる。
ベース３上には半導体レーザ台座５と併設するように、ファイバ固定台座９が半田や接着剤等によって固定される。ファイバ固定台座９としては、例えば、ホウケイ酸ガラスや石英ガラス等のガラス材や、ＡｌＮ、ＣｕＷ、Ａｌ２Ｏ３等を用いることができる。なお、図１（ｂ）に示すように、ファイバ固定台座９は、ベース３に対して一体で構成することもできる。また、図２に示すように、半導体レーザ台座５とファイバ固定台座９とを一体で構成してもよい。この場合、一体化された台座が半田等によってベース３に固定される。ここで、図２に示すように、半導体レーザ台座５とファイバ固定台座９とを一体で構成する場合には、ベース３は必ずしも必要ではない。なお、以下の説明においては、ファイバ固定台座９がベース３とは別体で構成され、ベース３上に接合された例について説明する。
ファイバ固定台座９の上面には、光ファイバ１３が接着剤１１によって固定される。接着剤１１としては、例えば、ＵＶ硬化系、熱硬化系、ＵＶ硬化＋熱硬化系、常温放置硬化系などを用いることができる。この状態で、光ファイバ１３と半導体レーザ７とが光学的に結合される。なお、光ファイバ１３を固定するための固定部材としては、接着剤１１ではなく、半田を用いても良い。この場合、半田材として、例えばＡｕＳｎ、ＳｎＡｇＣｕ、ＳｎＢｉ等を用いることができる。なお、以下の説明では、固定部材として接着剤１１を用い、接着剤１１が硬化収縮する例について説明するが、半田を用いた場合において、半田の凝固収縮に対しても同様の効果を得ることができる。
光ファイバ１３と半導体レーザ７との調芯は、例えば、光ファイバ１３に半導体レーザ７から光を入射させた状態で、光ファイバ１３を半導体レーザ７に対して相対移動させて行われる。光ファイバ１３は、光ファイバ１３をチャックしているハンド（図示せず）によって移動させる。光ファイバ１３に接続された光検出器で検出される光強度が最大となるように位置決めを行い、所定以上の強度が検出された状態で位置決め作業を終了する。この状態で、接着剤１１に熱や紫外線を照射する等により、接着剤１１を硬化させる。以上により、光ファイバ１３が適切な位置でファイバ固定台座９上に固定される。
図３は、光ファイバ固定構造１０を示す概略図であり、図３（ａ）は正面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ部拡大図である。ファイバ固定台座９には、固定される光ファイバ１３の軸方向に沿って溝１５が設けられる。溝１５は、上方に開口する。光ファイバ１３は、溝１５に沿って、溝１５の内部に配置される。
光ファイバ１３は、溝１５の内面に対して接着剤１１によって固定されている。この際、溝１５の互いに対向する内側面が、光ファイバ１３の固定面１７となる。すなわち、光ファイバ１３は、溝１５の内側面である対向する固定面１７に対して接着剤１１によって固定される。
この際、図３（ｂ）に示すように、光ファイバ１３の上下方向には、接着剤１１とファイバ固定台座９とが接着されない空間部１９が形成される。すなわち、光ファイバ１３が固定される固定方向に対して、略垂直な上下方向に、空間部１９が設けられる。
なお、光ファイバ１３としては、例えば１２５μｍのレンズドファイバを用いることができる。この際、溝１５の幅（図３（ｂ）の左右方向であって、光ファイバ１３の固定方向の固定面１７同士の間隔）は、例えば２００μｍ〜５００μｍ程度とする。溝１５の幅が大きすぎると、接着剤１１が下部に流れやすくなり、下方の空間を埋めてしまう恐れがある。また、溝１５の幅が狭すぎると、光ファイバ１３の調芯幅が狭くなるためである。
図３（ｂ）に示すように、接着剤１１には、硬化する際の収縮力が付与される。このような力は、接着剤１１の表面から、固定面１７方向への力となる（図中矢印Ｂ方向）。本実施形態では、光ファイバ１３は、両方の固定面１７方向へ引っ張られる。したがって、固定面１７方向（左右方向）の力は略相殺されて、接着剤１１の硬化収縮時における、光ファイバ１３の左右方向への位置ずれを抑制することができる。一方、光ファイバ１３の上下方向に対しては、上下方向に略同様の力が付与され、一方の方向へ光ファイバ１３が引っ張られることがない。したがって、接着剤１１の硬化収縮時における、光ファイバ１３の上下方向の位置ずれを抑制することができる。この際、光ファイバ１３の上下方向の接着剤１１は、左右方向（固定面１７方向）への接着剤１１の収縮に補填される。したがって、光ファイバ１３の表面に対して、過剰な引張力が付与されることがない。
このように、対向する固定面１７に対してのみ光ファイバ１３を固定し、これと垂直な方向に対しては空間部１９を設けるため、空間部１９の方向には光ファイバ１３とファイバ固定台座９とが接合されることがない。このため、接着剤１１が収縮する際に、上下方向、左右方向に生じる応力がそれぞれ対称になり、光ファイバ１３の位置ずれを抑制することができる。
なお、溝１５の深さは、溝１５の幅に対して十分に深くする（例えば、深さを幅の１．５倍以上とする）。溝１５の深さが浅すぎると、接着剤１１が流れて溝１５の底面に付着し、空間部１９を適切に形成することが困難となるためである。また、接着剤１１の粘度は、例えば１０〜２００Ｐａ／ｓとすることが望ましく、さらに望ましくは、１５〜１００Ｐａ／ｓである。接着剤１１の粘度が低すぎると、接着剤１１が下方に流れやすくなる。また、接着剤１１の粘度が高すぎると、光ファイバ１３の調芯が困難となる。このような粘度の調整は、例えばフィラーの含有量によっても調整することができる。フィラーを多く含有させると、粘度を上げることができる。また、フィラーを含有させることで、接着剤１１の硬化時の収縮量を小さくすることもできる。
また、図４（ａ）に示すように、接着剤１１が下方へ流れることを構造的に抑制することもできる。光ファイバ固定構造１０ａは、溝１５の幅が、位置によって異なる。具体的には、光ファイバ１３とファイバ固定台座９とが接着剤１１によって固定される固定部の幅Ｃ（固定面１７同士の間隔）に対して、その下方の溝幅Ｄが大きい。すなわち、固定面１７の下部には、間隔変化部２１ａによって、段差が形成される。このように接着剤１１が塗布された固定面１７の下部が直線ではなく、段差となることで、接着剤１１が下方に流れることを抑制することができる。
このような効果は、図４（ｂ）に示す光ファイバ固定構造１０ｂでも得ることができる。光ファイバ固定構造１０ｂは、光ファイバ１３とファイバ固定台座９とが接着剤１１によって固定される固定部の幅（固定面１７同士の間隔）に対して、その下方の溝幅が小さい。すなわち、固定面１７の下部には、間隔変化部２１ｂによって、段差が形成される。このように、段差の形成方向によらず、間隔を変化させることで、固定面１７から接着剤１１が下方に流れることを抑制することができる。なお、段差はたとえば０．１ｍｍ以上であることが好ましい。
また、図４（ｃ）に示す光ファイバ固定構造１０ｃでも同様の効果を得ることができる。光ファイバ固定構造１０ｃは、固定面１７の下部が、円形に形成される。この場合でも、固定面１７の下部には、間隔変化部２１ｃによって、溝の幅が変化する。このように、固定面１７の下部に、溝１５の幅の変化部が形成されれば、その形態によらず、固定面１７から接着剤１１が下方に流れることを抑制することができる。
また、固定面１７の接着剤の接着面分又は固定面１７全面に対して、すりガラス状に粗く加工して、固定面１７の表面粗さを粗くすることで、接着剤の表面張力効果を高めることができ、接着剤が下方に流れることを抑制することができる。このとき、固定面１７の表面粗さは中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．８μｍ〜２５．０μｍが好ましく、１．０μｍ〜１２．５μｍであることがさらに好ましい。
以上、本実施の形態によれば、光ファイバ１３が対向する一対の固定面１７に固定されるため、接着剤１１の硬化収縮時に、それぞれの固定面１７の方向への力が相殺され、光ファイバ１３の左右方向への位置ずれを抑制することができる。また、光ファイバ１３は、正面視において、左右対称（上下対称）にファイバ固定台座９に固定されるため、光ファイバ１３が後方から引っ張られた際にも、光ファイバ１３の先端に、上下左右の回転方向のずれが生じることを抑制することができる。
また、光ファイバ１３の上下方向には、空間部１９が設けられ、接着剤１１の収縮に伴う引張力は上下方向に対称となる。したがって、光ファイバ１３の上下方向の位置ずれも抑制することができる。この際、空間部１９における接着剤１１の表面は、接着剤１１の収縮を補填するため、光ファイバ１３表面や台座の固定面１７付近に対して過剰な引張力が付与されることがない。このため、光ファイバ１３表面や台座の固定面１７付近の亀裂の発生などを防止することができる。
特に、溝１５の幅に対して深さを十分に深くすることで、接着剤１１が下方に流れて、溝１５の底面に達し、空間部１９が埋まることを防止することができる。また、接着剤１１の粘度を適正範囲とすれば、より確実に空間部１９を確保することができる。さらに、溝１５の接着剤１１による固定部の下方に間隔変化部を形成することで、接着剤１１の下方への流出を確実に確保することができる。
次に、他の実施の形態について説明する。図５は、第２の実施の形態にかかる半導体レーザモジュール１ａを示す図である。なお、以下の説明において、半導体レーザモジュール１と同様の機能を奏する構成については、図１等と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
半導体レーザモジュール１ａは、半導体レーザモジュール１と略同様の構成であるが、溝１５の形成方向が異なる。半導体レーザモジュール１ａでは、溝１５が側方に向けて開口する。すなわち、接着剤１１による固定面１７は、上下方向に対向する。この場合には、溝１５の開口方向および開口方向とは逆方向の左右方向に空間部１９が形成される。この場合であっても、接着剤１１による光ファイバ１３とファイバ固定台座９との固定方向（図中上下方向）に対して、垂直な両方向に空間部が形成される。したがって、半導体レーザモジュール１と同様の効果を得ることができる。
次に、第３の実施の形態について説明する。図６は、第３の実施の形態にかかる半導体レーザモジュール１ｂを示す図である。半導体レーザモジュール１ｂは、半導体レーザモジュール１と略同様の構成であるが、溝１５の構造が異なる。半導体レーザモジュール１ｂの溝１５には分割部２３が設けられ、溝１５が光ファイバ１３の軸方向に複数設けられている。
図７は、半導体レーザモジュール１ｂにおける光ファイバ固定構造１０ｂを示す図である。光ファイバ固定構造１０ｂのファイバ固定台座９ａには、光ファイバ１３の軸方向に溝１５が形成される。また、ファイバ固定台座９ａには、溝１５と直交し、溝１５を分割するように分割部２３が設けられる。したがって、溝１５は、溝１５ａと溝１５ｂに分割される。
光ファイバ１３の先端側（半導体レーザ側）の溝１５ａの長さＥ（光ファイバ１３の軸方向の長さ）は、光ファイバ１３の先端側から遠い側の溝１５ｂの長さＦよりも短い。なお、溝１５ａ、１５ｂともに、互いに対向する固定面１７で接着剤１１によって光ファイバ１３がファイバ固定台座９ａに固定され、これと直交する上下方向のそれぞれに空間部１９が形成される。
このような光ファイバ固定構造１０ｂは、以下のようにして製造される。まず、図６に示したように、ベース３上に、半導体レーザ台座５およびファイバ固定台座９ａを固定し、さらに、半導体レーザ台座５上に半導体レーザ７を固定する。次いで、ファイバ固定台座９ａの溝１５（溝１５ａ、１５ｂ）に光ファイバ１３を配置する。この際、溝１５ａにのみ接着剤を塗布しておく。
光ファイバ１３の位置を調整して、半導体レーザ７との調芯が終了すると、溝１５ａの接着剤１１を熱や紫外線等によって硬化させる。溝１５ａの接着剤１１が硬化し、光ファイバ１３が溝１５ａに固定された後、溝１５ｂに接着剤１１を塗布する。この状態では、すでに光ファイバ１３の調芯は完了しているため、溝１５ｂの接着剤１１は、そのまま硬化させる。
このように、溝１５ａ、１５ｂの二段階で光ファイバ１３をファイバ固定台座９に固定するのは、以下の理由による。光ファイバ１３には、ファイバ固定台座９に固定された状態で、後方からのテンションなど、事後的に力が加わる恐れがある。このため、ある程度以上の固定強度（接合強度）が必要である。このため、光ファイバ１３とファイバ固定台座９ａ（溝１５）との接合面積が必要である。しかし、接合面積を大きくしようとすると、接着剤１１の使用量が多くなる。このため、光ファイバ１３の調芯作業が困難となり、さらに、接着剤１１の収縮の影響も大きくなる。
そこで、光ファイバ固定構造１０ｂでは、まず、光ファイバ１３の先端部に近い位置で、溝１５ａに固定する。溝１５ａは長さが短いため、使用する接着剤１１の使用量も少なくてすみ、調芯作業が容易となる。また、接着剤１１の使用量が少なく、接合長さが短いため、接着剤１１の収縮の影響を小さくすることができる。このため、光ファイバ１３の位置精度をより高めることができる。
また、光ファイバ１３を溝１５ａに固定した後、溝１５ａよりも長さの長い溝１５ｂに光ファイバ１３を固定する。この際、光ファイバ１３の先端側の位置は動かないため、接着剤１１の収縮による影響は小さい。また、溝１５ｂが長いため、光ファイバ１３とファイバ固定台座９ａとの十分な接合面積を確保することができる。したがって、光ファイバ１３の固定強度を確保することができる。
上記機能を充分に発揮するには、溝１５ａの長さＥは、溝１５ｂの長さＦの１／２以下が好ましく、さらに好ましくは、１／３である。
このように、光ファイバ固定構造１０ｂによれば、光ファイバ固定構造１０と同様の効果を得ることができる。また、光ファイバ１３の固定強度を確保しつつ、光ファイバ１３の調芯作業性を高め、光ファイバ１３の位置ずれをより抑制することができる。
次に、第４の実施の形態について説明する。図８（ａ）は、第４の実施の形態にかかる半導体レーザモジュール１ｃを示す図である。半導体レーザモジュール１ｃは、半導体レーザモジュール１と略同様の構成であるが、光ファイバ１３の先端と半導体レーザ７の間に、レンズ２５が設けられる点で異なる。
レンズ２５は、例えば球レンズである。レンズ２５は、レンズホルダ２７によって保持される。なお、レンズホルダ２７は、ベース３上に固定される。光ファイバ１３の先端は、例えば、フラットまたは斜め研磨されたものを用いることができる。このようにすることで、光ファイバ１３と半導体レーザ７とをレンズ２５を介して光接続することができる。
さらに、図８（ｂ）に示す半導体レーザモジュール１ｄのように、光ファイバ１３と半導体レーザ７との間に、レンズ２５ａとアイソレータ２９を設けても良い。また、レンズ２５ａは、球面レンズまたは非球面レンズを用いることができる。レンズ２５ａは、レンズホルダ２７ａによって保持される。また、レンズホルダ２７ａおよびアイソレータ２９は、ベース３上に固定される。アイソレータ２９は、入射した光が反射して戻ることを防止するものである。このようにすることで、光ファイバ１３と半導体レーザ７とをレンズ２５ａおよびアイソレータ２９を介して光接続することができる。なお、図８に示す例では、半導体レーザモジュール１に対して、レンズ２５、２５ａ等を配置した例を示したが、他の半導体レーザモジュールに対して適用することもできる。
本発明の効果について評価した。図１に示すような半導体レーザモジュールについて、調芯後の調芯ずれを測定した。測定方法は、調芯後の接着剤の硬化工程以降について、光ファイバに接続された光検出器で、光強度を検出し、その変化を測定した。結果を図９に示す。
図９の折れ線Ｋは、本発明にかかる半導体レーザモジュール（図１（ａ）の構造）であり、折れ線Ｌは比較例（図１０の構造）である。台座の材質としては、ホウケイ酸ガラス（製品名：テンパックス）を用い、本発明の台座の溝幅は０．２５ｍｍとした。用いた光ファイバの寸法は、φ０．１２５ｍｍとした。なお、結果は省略するが、特殊なφ０．０８０ｍｍの細径ファイバでも同様の結果を得ることができた。接着剤としては、エポキシ系ＵＶ硬化樹脂を用いた。接着剤は、光ファイバに付着して溝に入れたが、少量の接着剤を溝上方より入れた後、光ファイバを溝に入れた場合でも同様の結果であった。
図の横軸は製造工程を示し、縦軸は、光強度の変化率を示す。図中Ｇは、調芯後の光強度であり、これを基準とした。図中Ｈは、接着剤に紫外線を照射している工程であり、１０秒照射毎にデータを採取した。図中Ｉは、その後の放置工程であり、６０秒毎にデータを採取した。なお、放置工程によって接着剤が冷却される。また、図中Ｊは、光ファイバを保持していたチャックを解放した際のものである。
図より明らかなように、接着剤が硬化する際に、比較例Ｌでは、大きく光強度が低下した。これは、接着剤の収縮によって、光ファイバが下方に引っ張られたためと考えられる（図１１（ｂ））。これに対し、本発明Ｋは、光強度の変化が小さい。これは、光ファイバの位置ずれが抑制されたためであり、本発明の効果を確認することができた。
以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ………半導体レーザモジュール
３………ベース
５………半導体レーザ台座
７………半導体レーザ
９、９ａ………ファイバ固定台座
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ………光ファイバ固定構造
１１………接着剤
１３………光ファイバ
１５、１５ａ、１５ｂ………溝
１７………固定面
１９………空間部
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ………間隔変化部
２３………分割部
２５、２５ａ………レンズ
２７、２７ａ………レンズホルダ
２９………アイソレータ
１００………半導体レーザモジュール
１０３………ベース
１０５………半導体レーザ台座
１０７………半導体レーザ
１０９、１０９ａ、１０９ｂ………ファイバ固定台座
１１０、１１０ａ、１１０ｂ………ファイバ固定構造
１１１………接着剤
１１３………光ファイバ

Claims (7)

  1. 光ファイバの固定構造であって、
    台座と、
    前記台座に固定部材で固定される光ファイバと、
    を具備し、
    前記台座には、前記光ファイバの軸方向に沿って溝が形成され、
    前記光ファイバは前記溝の内部に配置され、前記溝の内面の互いに対向する固定面に、前記固定部材で固定され、
    断面において、前記光ファイバと前記固定面との固定方向と略垂直な方向における、前記固定面が前記固定部材によって覆われる領域の範囲内に、前記光ファイバが存在し、
    前記固定部材は硬化収縮又は凝固収縮する部材であり、前記光ファイバは固定部において全周が前記固定部材に覆われており、
    前記光ファイバの軸方向から見て、前記光ファイバと前記固定面との固定方向と略垂直な両方向には、前記光ファイバが前記台座に固定されない空間部が形成されることを特徴とする光ファイバの固定構造。
  2. 前記溝は、前記台座の上面に形成され、
    前記溝の底部側には、前記光ファイバが固定された部位における前記固定面同士の間隔とは間隔が変化する、間隔変化部が形成されることを特徴とする請求項１記載の光ファイバの固定構造。
  3. 前記溝は、前記光ファイバの軸方向に複数設けられ、
    前記光ファイバの先端に近い側の前記溝の長さは、前記光ファイバの先端から遠い側の前記溝の長さよりも短いことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光ファイバの固定構造。
  4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の光ファイバの固定構造を有し、
    ベースと、
    前記ベース上に設けられる前記光ファイバの固定構造と、
    前記光ファイバの固定構造における前記光ファイバと光接続される半導体レーザと、
    を具備することを特徴とする半導体レーザモジュール。
  5. 前記半導体レーザと前記光ファイバとの間には、レンズと、アイソレータと、が設けられることを特徴とする請求項４記載の半導体レーザモジュール。
  6. 光ファイバの固定方法であって、
    前記光ファイバを、溝を有する台座の前記溝に配置する工程と、
    前記光ファイバと前記溝の内面の互いに対向する固定面との間に、
    断面において、前記光ファイバと前記固定面との固定方向と略垂直な方向における、前記固定面が固定部材によって覆われる領域の範囲内に、前記光ファイバを配置し、前記光ファイバの全周を覆うように固定部材を塗布する工程と、
    前記固定部材を硬化させて、前記台座に前記光ファイバを固定する工程と、
    を有し、
    前記固定部材は硬化収縮又は凝固収縮する部材であり、前記光ファイバは、前記光ファイバの軸方向から見て、前記光ファイバと前記固定面との固定方向と略垂直な両方向には、前記光ファイバが前記台座に固定されない空間部が形成されるように固定されることを特徴とする光ファイバの固定方法。
  7. 前記溝は、前記光ファイバの軸方向に複数設けられ、
    前記光ファイバの先端に近い側の第１溝の長さは、前記光ファイバの先端から遠い側の第２溝の長さよりも短く、
    前記光ファイバと前記第１溝の前記固定面との間に前記固定部材を塗布する工程と、
    前記第１溝の前記固定部材を硬化させて、前記台座に前記光ファイバを固定する工程と、
    前記光ファイバと前記第２溝の前記固定面との間に前記固定部材を塗布する工程と、
    前記第２溝の前記固定部材を硬化させて、前記台座に前記光ファイバを固定する工程と、
    を有し、
    前記光ファイバは、前記第１溝および前記第２溝において、前記光ファイバの軸方向から見て、前記光ファイバと前記固定面との固定方向と略垂直な両方向には、前記光ファイバが前記台座に固定されない空間部が形成されるように固定されることを特徴とする請求項６記載の光ファイバの固定方法。
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