JP5834125B1 - 光ファイバモジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】光ファイバ内に生じる漏れ光を効果的に熱に変換して外部へ放出するとともに、光ファイバを支持する部材に使用される接着材などの発火や焼損を防止することができる光ファイバモジュールを提供する。【解決手段】光ファイバモジュール１は、底板１１と側壁１２と蓋体１３とによって内部空間Ｓが規定されたパッケージ筐体１０と、内部空間Ｓ内の底板１１上に配置されたレーザ素子３２と、レーザ素子３２から発せられたレーザ光をパッケージ筐体１０の外部へと伝搬する光ファイバ４０と、レーザ光の波長の光を散乱し、光ファイバ４０の突出端部の外周面を被覆する光散乱体５０と、底板１１上に配置された放熱部８０とを備える。光ファイバ４０は、側壁１２の内面１２Ｂから内部空間Ｓに向かって突出する突出端部を有する。放熱部８０は、光散乱体５０の外周面の一部を覆うとともに、光散乱体５０の外周面の他の一部を内部空間Ｓに露出させる。【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバモジュールに係り、特にレーザ素子から発されたレーザ光を外部に出力する光ファイバモジュールに関するものである。
光ファイバレーザモジュールのレーザ素子から光ファイバに入射されるレーザ光のうち、光ファイバの最大受光角よりも大きな入射角で入射したレーザ光はコアとクラッドの界面で全反射せずに光ファイバ内を伝搬しない漏れ光となる。また、レーザ光の光軸がずれることによって光ファイバのコアに入射しない光が生じることがあり、このような光も漏れ光となる。レーザの出力が高くなるにつれ、このような漏れ光の強度も強くなり、漏れ光による発熱で光ファイバの被覆や光ファイバを固定するための接着剤などが損傷を受ける危険性が生じる。
したがって、このような漏れ光を適切に処理する必要があるが、漏れ光をそのまま光ファイバモジュールの外部へ放出するのは危険であるため、漏れ光を熱に変換してから外部へ放出する必要がある。このため、従来の光ファイバモジュールにおいては、例えば、光ファイバを保持するファイバ保持部の底面を筐体の底板の底面と同一平面上に位置させて、ファイバ保持部を直接ヒートシンクに接触させることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この構成では、ファイバ保持部で発生した熱の放熱経路を短縮することができるので、光ファイバモジュールの放熱性を向上することができ、レーザ光が光ファイバに結合される部分（以下、レーザ結合部という）の周辺の温度上昇を抑えることができる。しかしながら、この構成では、漏れ光の大部分がファイバ保持部の内部に閉じ込められて熱に変換されることになる。近年の光ファイバレーザモジュールの高出力化に伴い、ファイバ保持部で発生する熱量も増加し、光ファイバをファイバ保持部に固定する接着材の耐熱温度を超える発熱が生じ、この接着材の発火や焼損を招くおそれがある。
また、光ファイバの最大受光角よりも大きな入射角で入射するレーザ光を光散乱体によって筐体内に散乱させ、漏れ光を散乱光として筐体内に逃がすことも提案されている（例えば、特許文献２参照）。この構成によれば、レーザ結合部周辺で熱に変換される光パワーを低減することができ、このレーザ結合部周辺の温度上昇を抑えることができる。しかしながら、この構成では、光散乱体によって前方に散乱される光の大部分が光ファイバを保持するファイバ保持部の内部に入り、ファイバ保持部内で熱に変換されてしまうため、特許文献１に記載された構造と同様の問題が生じ得る。
特許第５２２６８５６号 特開２０１３−２５７３６２号公報
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、光ファイバ内に生じる漏れ光を効果的に熱に変換して外部へ放出することができ、光ファイバを固定するための接着材などの発火や焼損を防止することができる光ファイバモジュールを提供することを目的とする。
本発明の一態様によれば、光ファイバ内に生じる漏れ光を効果的に熱に変換して外部へ放出することができ、光ファイバを固定するための接着材などの発火や焼損を防止することができる光ファイバモジュールが提供される。この光ファイバモジュールは、底板と側壁と蓋体とによって内部空間が規定されたパッケージ筐体と、上記内部空間内の上記底板上に配置されたレーザ素子と、上記レーザ素子から発せられたレーザ光を上記パッケージ筐体の外部へと伝搬する光ファイバと、上記レーザ光の波長の光を散乱する光散乱体と、上記底板上に配置された放熱部とを備えている。上記光ファイバは、上記パッケージ筐体の上記側壁の内面から上記内部空間に向かって突出する突出端部を有している。上記光散乱体は、上記光ファイバの突出端部の外周面を被覆している。上記放熱部は、上記光散乱体の少なくとも一部を保持している。前記放熱部のうち前記光散乱体を保持している部分を前記光ファイバの軸方向に垂直な面で切断したときの断面は、上記光散乱体の外周面を覆う部分と、上記光散乱体の外周面を上記内部空間に露出させる部分とから構成されている。
このような構成により、光ファイバ内に生じた漏れ光が光散乱体により散乱されるが、光散乱体の外周面の一部分が内部空間に露出しているため、該漏れ光の一部は光散乱体により内部空間に散乱される。この散乱光は、パッケージ筐体の内面の広い範囲にわたって照射されて吸収されるので、変換される熱の密度を下げることができる。また、光散乱体では該漏れ光の一部が吸収され熱に変換されるが、光散乱体の外周面の他の部分は放熱部によって被覆されているので、この光散乱体で生じた熱を放熱部により底板に伝達して外部に放熱することができる。また、前方に向かう漏れ光の一部も光散乱体で熱に変換され、この熱が放熱部により底板に伝達されるので、放熱部の前方にある光ファイバを保持するファイバ保持部に至る漏れ光の量を減らすことができ、ファイバ保持部で使用される接着材などの発火や焼損を防止することができる。このように、本発明によれば、光ファイバ内に生じる漏れ光を効果的に熱に変換するとともに、光ファイバを固定するための接着材などの発火や焼損を防止することができる。
上記光散乱体の外周面のうち上記内部空間に露出している部分は、上記パッケージ筐体の蓋体に対して露出していてもよい。例えば、光散乱体の下半分を放熱部によって覆い、上半分を蓋体に対して露出してもよい。
また、上記光ファイバモジュールは、上記光散乱体から散乱された光を反射する少なくとも１つの反射部をさらに備えていてもよい。この場合において、上記反射部が、上記光散乱体から散乱された光を上記パッケージ筐体の底板に向けて反射するように構成されていることが好ましい。このような反射部により、光散乱体から内部空間に散乱された光をパッケージ筐体の底板に向けて反射することができるので、底板で散乱光を熱に変換して外部に放熱することができる。
上記光ファイバの軸方向における上記反射部の中心と上記光ファイバの突出端部の端面とが、上記光ファイバの軸方向に垂直な同一平面上にあることが好ましい。このように、上記光ファイバの軸方向における上記反射部の中心の位置を、散乱光の量が最大となる光ファイバの突出端部の端面の中心の位置に合わせることによって、光散乱体により内部空間に散乱される散乱光を最大限に反射部によって反射することができる。
また、上記反射部を前記前記光ファイバの軸方向に垂直な面で切断したときの少なくとも１つの断面が線対称形状を有し、この線対称形状の対称軸が、上記反射部の切断面において上記光ファイバの軸の中心を通ることが好ましい。このように、上記反射部を前記前記光ファイバの軸方向に垂直な面で切断したときの少なくとも１つの断面を線対称形状にすることによって、内部空間に散乱される散乱光を均等に反射することができ、均等な放熱を実現することが可能となる。
また、上記光ファイバモジュールは、上記反射部によって反射された光を吸収する少なくとも１つの吸収部をさらに備えていてもよい。このような構成により、反射部により反射された光が吸収部によって吸収されて熱に変換されるので、反射部により反射された光をより効率的に熱に変換することができる。
上記光散乱体の外周面のうち上記内部空間に露出している部分は、上記パッケージ筐体の底板に対して露出していてもよい。例えば、上記放熱部を、上記光散乱体を保持する保持部と、上記保持部と上記底板とを接続する接続部とから構成し、上記保持部を上記光ファイバの軸方向に垂直な面で切ったときの断面が、上記光散乱体の外周面を覆う上記蓋体側の部分と、上記光散乱体の外周面を上記底板に対して露出させる上記底板側の部分とから構成されていてもよい。
また、上記光ファイバモジュールは、上記光散乱体から散乱された光を吸収する少なくとも１つの吸収部をさらに備えていてもよい。このような構成により、光散乱体から散乱された光が吸収部によって吸収されて熱に変換されるので、光散乱体から散乱された光をより効率的に熱に変換することができる。
上記放熱部は、φ1を上記光ファイバのコアの直径、φ2を上記光散乱体の直径、θmaxを上記光ファイバの最大受光角とすると、下記式（１）を満足する長さＬ以上上記突出端部の端面から上記内部空間に向けて上記光ファイバが延びる方向に突出していてもよい。
Figure 0005834125
このような構成により、光ファイバの最大受光角θmaxよりも大きな入射角で光ファイバに向かうレーザ光の一部を放熱部の側面に当てて熱に変換し、このレーザ光が光ファイバに入射しないようにすることができるので、光ファイバ内に生じる漏れ光の量を減少させることができる。
上記底板をヒートシンクに接続すれば、より効率的な放熱が可能となる。
本発明によれば、光ファイバ内に生じる漏れ光を光散乱体による内部空間への散乱と光散乱体での熱への変換及び放熱部による熱の伝達とによって効果的に熱に変換して外部へ放出することができる。また、前方に向かう漏れ光の一部も光散乱体で熱に変換され、この熱が放熱部により底板に伝達されるので、放熱部の前方にある光ファイバを保持するファイバ保持部に至る漏れ光の量を減らすことができ、ファイバ保持部で使用される接着材などの発火や焼損を防止することができる。
本発明の第１の実施形態における光ファイバモジュールを模式的に示す断面図である 図１のＡ−Ａ'線断面図である。 図２のＢ−Ｂ'線断面図である。 図１に示す光ファイバモジュールにおいて光ファイバの最大受光角よりも大きな入射角で光ファイバに入射したレーザ光の光路を示す模式図である。 図３に示す光ファイバモジュールの放熱部の他の例を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態における光ファイバモジュールを模式的に示す断面図である 図６のＡ−Ａ'線断面図である。 図７のＢ−Ｂ'線断面図である。 本発明の第３の実施形態における光ファイバモジュールを模式的に示す断面図である 図９のＢ−Ｂ'線断面図である。 図１０に示す光ファイバモジュールの放熱部の他の例を示す模式図である。 本発明の第４の実施形態における光ファイバモジュールの光ファイバの突出端部を示す拡大断面図である。
以下、本発明に係る光ファイバモジュールの実施形態について図１から図１２を参照して詳細に説明する。なお、図１から図１２において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図１は本発明の第１の実施形態における光ファイバモジュール１を模式的に示す断面図、図２は図１のＡ−Ａ'線断面図、図３は図２のＢ−Ｂ'線断面図である。図１から図３に示すように、本実施形態における光ファイバモジュール１は、底板１１と、底板１１上に立設された側壁１２と、側壁１２の上部を覆う蓋体１３とからなるパッケージ筐体１０を備えている。また、底板１１の下面にはヒートシンク２０が接続されており、底板１１の熱をヒートシンク２０により外部に放熱するようになっている。
図１から図３に示すように、上述した底板１１、側壁１２、及び蓋体１３によって、パッケージ筐体１０の内部には内部空間Ｓが形成されている。この内部空間Ｓ内には、マウント３１が底板１１の上面１１Ａに配置されており、このマウント３１上に高出力の半導体レーザ素子３２が載置されている。ここで、半導体レーザ素子３２としては、例えば１０Ｗ〜１００Ｗの高出力のレーザダイオードを使用することができる。
また、光ファイバモジュール１は、半導体レーザ素子３２から発せられたレーザ光Ｌをパッケージ筐体１０の外部に伝搬する光ファイバ４０と、光ファイバ４０の端部の外周面を被覆する光散乱体５０とを備えている。光ファイバ４０と光散乱体５０は、パッケージ筐体１０の側壁１２に固定されたファイバ保持部６０内に保持され、側壁１２に形成された貫通孔１２Ａを通って内部空間Ｓ内に導入されている。
また、パッケージ筐体１０の内部空間Ｓには、２つのレンズ支持部７１Ａ，７１Ｂが底板１１の上面１１Ａに設置されており、これらレンズ支持部７１Ａ，７１Ｂ上にレンズ７２Ａ，７２Ｂがそれぞれ載置されている。これらのレンズ７２Ａ，７２Ｂにより、図１に示すように、半導体レーザ素子３２から発せられるレーザ光Ｌが光ファイバ４０の端部の端面４０Ａに集光されるようになっている。
ここで、光散乱体５０は、半導体レーザ素子３２から発せられるレーザ光の波長の光を散乱する材料からなるものである。また、光散乱体５０は、レーザ光の波長における光の吸収が可能な限り少ない材料から形成されていることが好ましい。このような光散乱体５０の材料の例としては、ジルコニア、窒化アルミニウム、アルミナなどのセラミックスや結晶化ガラスなどが挙げられる。
光ファイバ４０は、側壁１２の内面１２Ｂから内部空間Ｓに向かって突出しており、この突出した部分（突出端部）の外周面は上述した光散乱体５０によって被覆されている。なお、図３において、光散乱体５０は、円筒形状の部材として図示されているが、光散乱体５０の形状は円筒形状に限られるものではない。
また、図１から図３に示すように、光散乱体５０の外周面の一部（図３に示す例では下半分）は、底板１１の上面１１Ａに設置された放熱部８０によって覆われている。この放熱部８０は、パッケージ筐体１０の側壁１２の内面１２Ｂの近傍から光ファイバ４０の突出端部の端面４０ＡまでＺ方向に延びている。放熱部８０の底面は底板１１の上面１１Ａに接続固定されている。この放熱部８０は、光散乱体５０で生じた熱を底板１１に逃がす役割を有するので、熱伝導率が高いことが好ましい。また、放熱部８０の外周面に入射した散乱光を反射できるように、放熱部８０の反射率が高いことが好ましい。放熱部８０の反射率を上げるために、放熱部８０の外周面に例えば金メッキを施してもよい。例えば、銅、アルミニウム、鉄、コバルトなどの金属や窒化アルミニウム、炭化シリコンにより放熱部８０を構成することができる。
図３に示すように、放熱部８０の上面のＸ方向中央部付近には、断面が半円形状の溝８１が形成されている。この溝８１は放熱部８０のＺ方向の全長にわたって延びており、この溝８１内に光散乱体５０の下半分が配置されている。このように、放熱部８０は、光散乱体５０の外周面の下半分を覆うとともに、光散乱体５０の上半分を蓋体１３の下面１３Ａに対して露出させるように光散乱体５０を溝８１内に保持している。
例えば、光散乱体５０と放熱部８０とを熱硬化樹脂などの接着材を用いて接着してもよい。あるいは、光散乱体５０の一部をメタライズした後に半田付けによって光散乱体５０を放熱部８０の溝８１に固定してもよい。また、光散乱体５０を上述した溝８１に嵌合させることによって固定してもよい。なお、溝８１の断面形状は必ずしも半円である必要はなく、光散乱体５０の外周面の形状に応じて変更することが可能である。
図４は、光ファイバ４０の最大受光角θmaxよりも大きな入射角θ1で光ファイバ４０に入射したレーザ光Ｌ1の光路を示す模式図である。図４に示すように、光ファイバ４０は、コア４１とクラッド４２によって構成されるが、入射角θ1でコア４１に入射したレーザ光Ｌ1は、コア４１とクラッド４２の界面４３で全反射せずにクラッド４２に入射して漏れ光Ｌ2となる。そして、この漏れ光Ｌ2は、クラッド４２の外周面を被覆している光散乱体５０に至り、この光散乱体５０で散乱される。
本実施形態では、上述したように、光散乱体５０の上半分が内部空間Ｓに露出している。したがって、光散乱体５０の上半分に至った漏れ光Ｌ2は、光散乱体５０により内部空間Ｓに散乱される（図４参照）。このように光散乱体５０によって漏れ光の一部が内部空間Ｓに散乱されるため、この散乱光をパッケージ筐体１０の内面の広い範囲にわたって照射することができる。このため、パッケージ筐体１０で吸収されて熱に変換される単位面積当たりの光パワーを下げることができ、局所的な発熱を抑制しつつ漏れ光の一部を熱に変換することができる。
一方、光散乱体５０の下半分は、上述したように放熱部８０によって被覆されている。光散乱体５０の下半分に至った漏れ光は、わずかながら光散乱体５０で吸収され熱に変換される。この光散乱体５０で生じた熱は放熱部８０により底板１１に伝達され（図４参照）、底板１１に接続されたヒートシンク２０から外部に放熱される。このとき、前方に向かう漏れ光の一部も光散乱体５０で熱に変換され、この熱が放熱部８０を介して底板１１に伝達されるので、放熱部８０の前方にあるファイバ保持部６０に至る漏れ光の量を減らすことができ、ファイバ保持部６０で使用される接着材などの発火や焼損を防止することができる。
なお、ヒートシンク２０がなくても、放熱部８０に吸収された熱を底板１１により放熱することができるが、放熱効率を高めるためには、底板１１にヒートシンク２０を接続することが好ましい。
このように、本実施形態によれば、漏れ光の一部を光散乱体５０により内部空間Ｓに散乱させてパッケージ筐体１０で熱に変換するとともに、漏れ光の他の一部を光散乱体５０で熱に変換してこの熱を放熱部８０により底板１１に伝達することができるので、光ファイバ４０内に生じた漏れ光を効率的に熱に変換して外部へ放出することができる。また、前方に向かう漏れ光の一部が熱に変換されて外部へ放出されるので、ファイバ保持部６０に至る漏れ光の量を減らすことができ、ファイバ保持部６０で使用される接着材などの発火や焼損を防止することができる。
なお、本実施形態においては、光散乱体５０の外周面の下半分が放熱部８０によって被覆されているが、漏れ光を内部空間Ｓに散乱させることができれば、放熱部８０によって被覆される部分はどのような大きさであってもよい。例えば、図５に示すように、光散乱体５０の外周面の半分未満の領域のみが蓋体１３に対して露出するように、放熱部８０が光散乱体５０を覆っていてもよい。
ここで、パッケージ筐体１０の蓋体１３にはヒートシンク２０が直接接続されていないため、蓋体１３の放熱性は底板１１の放熱性に比べて低い。また、蓋体１３は光ファイバモジュール１を扱う者が触れる可能性があるため、蓋体１３が過度に発熱すると光ファイバモジュール１を扱う者が火傷してしまうおそれがある。したがって、以下に述べる本発明の第２の実施形態では、蓋体１３が過度に発熱することを防止するための機構が設けられている。
図６は本発明の第２の実施形態における光ファイバモジュール１０１を模式的に示す断面図、図７は図６のＡ−Ａ'線断面図、図８は図７のＢ−Ｂ'線断面図である。図６から図８に示すように、本実施形態における光ファイバモジュール１０１は、光散乱体５０から散乱された光を反射する反射部１９０と、反射部１９０によって反射された光を吸収する吸収部１９２とを備えている。その他の点は、上述した第１の実施形態と同様である。
図６及び図８に示すように、反射部１９０は、パッケージ筐体１０の蓋体１３の下面１３Ａに設けられており、光散乱体５０から散乱された光を底板１１に向けて反射するように構成されている。ここで、散乱光に対するこの反射部１９０の反射率は、蓋体１３の下面１３Ａの反射率よりも高くなっている。例えば、蓋体１３をステンレスによって形成した場合には、誘電体多層ミラーや金ミラーなどを反射部１９０として用いることができる。このような反射部１９０により、光散乱体５０の上半分から内部空間Ｓに散乱された光を底板１１に向けて反射することができる。
吸収部１９２は、パッケージ筐体１０の底板１１の上面１１Ａに設けられている。本実施形態では、図７及び図８に示すように、放熱部８０に対して光ファイバ４０の軸方向の両側に２つの吸収部１９２Ａ，１９２Ｂが配置されている。例えば、吸収部１９２を一般的な金属よりも比較的吸収率の高い鉄やクロムなどの金属製の部材により構成することができる。あるいは、底板１１の上面１１Ａの一部に黒アルマイト加工処理を施すことによって吸収部１９２を形成することも可能である。また、吸収部１９２の吸収率は高い方が好ましい。吸収部１９２の吸収率を高くすることで、吸収部１９２で積極的に光を吸収して散乱光が他の部材などに照射されるのを防止することができる。また、吸収部１９２の熱伝導率を高くすることで、吸収部１９２内に熱がこもりにくくなるので、吸収部１９２の温度がその耐熱温度を超えて焼損してしまうことを防止することができる。
図６及び図８に示すように、本実施形態では、反射部１９０は、２つの反射面１９１Ａ，１９１Ｂを有する三角柱の形状をしており、これらの反射面１９１Ａ，１９１Ｂにより、放熱部８０の側方に配置された吸収部１９２Ａ，１９２Ｂに向けて光散乱体５０から散乱された光を反射するように構成されている。したがって、反射部１９０の反射面１９１Ａ，１９１Ｂによって反射された光散乱体５０からの散乱光は、それぞれ吸収部１９２Ａ，１９２Ｂにより吸収され熱に変換される。この変換された熱は、底板１１を介してヒートシンク２０に伝達され、このヒートシンク２０により外部に放熱される。
このように、本実施形態では、光散乱体５０の上半分に至った漏れ光は、光散乱体５０により内部空間Ｓに散乱されるが、この散乱光の大部分は、反射部１９０の反射面１９１Ａ，１９１Ｂによって反射され、底板１１の上面１１Ａにある吸収部１９２Ａ，１９２Ｂにそれぞれ照射される。吸収部１９２Ａ，１９２Ｂに照射された散乱光は、吸収部１９２Ａ，１９２Ｂにより吸収され熱に変換される。この変換された熱は、底板１１を介してヒートシンク２０に伝達され、このヒートシンク２０により外部に放熱される。したがって、光散乱体５０により内部空間Ｓに散乱された散乱光の大部分が吸収部１９２Ａ，１９２Ｂに吸収されるので、蓋体１３が過度に発熱することが防止される。また、吸収部１９２Ａ，１９２Ｂにより散乱光を吸収させているので、内部空間Ｓ内に配置された他の部材が散乱光により熱劣化や焼損することを防止することができる。
一方、光散乱体５０の下半分に至った漏れ光の一部は、上述した第１の実施形態と同様に、光散乱体５０により熱に変換され、この熱は放熱部８０により底板１１に伝達されてヒートシンク２０により外部に放熱される。
上述したように半導体レーザ素子３２から発せられたレーザ光は光ファイバ４０の突出端部の端面４０Ａに集光されるので、光ファイバ４０内に生じる漏れ光の量はこの端面４０Ａ近傍において最大となる。したがって、光散乱体５０により内部空間Ｓに散乱される散乱光の量も光ファイバ４０の突出端部の端面４０Ａ近傍で最大となる。本実施形態では、図６に示すように、Ｚ方向における反射部１９０の中心の位置を、散乱光の量が最大となる光ファイバ４０の突出端部の端面４０Ａの中心の位置に合わせることによって、光散乱体５０により内部空間Ｓに散乱される散乱光を最大限に反射部１９０によって反射させるようにしている。すなわち、本実施形態では、Ｚ方向における反射部１９０の中心と光ファイバ４０の突出端部の端面４０Ａの中心とがＹ方向に沿った同一線Ｃ1上に位置するように反射部１９０が配置されている。
また、図８に示すように、反射部１９０のＸＹ断面は二等辺三角形の形状をしているが、この断面形状は、光ファイバ４０の突出端部の端面４０Ａの中心を通りＹ方向に延びる軸Ｃ2に対して線対称となっている。したがって、光散乱体５０により内部空間Ｓに散乱される散乱光は、対称軸Ｃ2の両側にある反射面１９１Ａと反射面１９１Ｂとにより吸収部１９２Ａ，１９２Ｂに向けてそれぞれ均等に反射され、熱に変換される。このように、反射部１９０のＸＹ断面形状が光ファイバ４０の突出端部の端面４０Ａの中心を通りＹ方向に延びる軸Ｃ2に対して線対称となっているので、内部空間Ｓに散乱される散乱光を均等に反射することができ、均等な放熱を実現することが可能となる。
なお、内部空間Ｓに散乱される散乱光の均等な放熱を実現するための構成は図示のものに限られるものではなく、反射部１９０の少なくとも１つの断面が、光ファイバ４０の突出端部の端面４０Ａの中心を通り光ファイバ４０の軸方向に垂直な方向に延びる軸に対して線対称であれば、上述と同様に散乱光の均等な放熱を実現することができる。
また、反射部１９０の形状や位置は、図示のものに限られるものではなく、必要に応じて適宜変更することが可能である。例えば、反射部１９０を直方体形状としてもよく、あるいは反射部１９０をシート状に形成してもよい。また、本実施形態では、１つの反射部１９０が設けられている例を説明したが、複数の反射部１９０を設けることもできる。
さらに、吸収部１９２の形状や位置も、図示のものに限られるものではなく、必要に応じて適宜変更することが可能である。例えば、吸収部１９２を側壁１２の内面のいずれかの領域に形成することもできる。ただし、ヒートシンク２０を底板１１に接続する場合には、放熱効率を高めるために、本実施形態のように底板１１の上面１１Ａに吸収部１９２を形成することが好ましい。また、本実施形態では、２つの吸収部１９２が設けられている例を説明したが、吸収部１９２を１つだけ設けてもよいし、あるいは複数の吸収部１９２を設けることもできる。あるいは、吸収部１９２を設けずに、反射部１９０によって散乱光をパッケージ筐体１０の内面に直接照射するようにしてもよい。
図９は本発明の第３の実施形態における光ファイバモジュール２０１を模式的に示す断面図、図１０は図９のＢ−Ｂ'線断面図である。図９及び図１０に示すように、本実施形態における光ファイバモジュール２０１は、底板１１の上面１１Ａに配置された門形の放熱部２８０と、光散乱体５０から散乱された光を吸収する吸収部２９２とを備えている。
放熱部２８０は、第１の実施形態の放熱部８０と同様に、熱伝導率が高いことが好ましい。また、放熱部２８０の外周面に入射した散乱光を反射できるように、放熱部２８０の反射率が高いことが好ましい。放熱部２８０の反射率を上げるために、放熱部８０の外周面に例えば金メッキを施してもよい。例えば、銅、アルミニウム、鉄、コバルトなどの金属や窒化アルミニウム、炭化シリコンにより放熱部２８０を構成することができる。また、吸収部２９２は、一般的な金属よりも比較的吸収率の高い鉄やクロムなどの金属製の部材から構成することができる。あるいは、底板１１の上面１１Ａの一部に黒アルマイト加工処理を施すことによって吸収部２９２を形成することも可能である。
図１０に示すように、放熱部２８０は、光散乱体５０を保持する保持部２８２と、保持部２８２のＸ方向の縁部下面と底板１１の上面１１Ａとを接続する２つの接続部２８４Ａ，２８４Ｂとを備えている。放熱部２８０の保持部２８２の下面のＸ方向中央部付近には、断面が半円形状の溝２８１が形成されている。この溝２８１は保持部２８２のＺ方向の全長にわたって延びており、この溝２８１内に光散乱体５０の上半分が配置されている。このように、放熱部２８０の保持部２８２は、光散乱体５０の外周面の上半分を覆うとともに、光散乱体５０の下半分を底板１１に対して露出させるように光散乱体５０を溝２８１内に保持している。
例えば、光散乱体５０と放熱部２８０の保持部２８２とを熱硬化樹脂などの接着材を用いて接着してもよい。あるいは、光散乱体５０の一部をメタライズした後に半田付けによって光散乱体５０を保持部２８２の溝２８１に固定してもよい。また、光散乱体５０を上述した溝２８１に嵌合させることによって固定してもよい。なお、溝２８１の断面形状は必ずしも半円である必要はなく、光散乱体５０の外周面の形状に応じて変更することが可能である。
吸収部２９２は、２つの接続部２８４Ａ，２８４Ｂの間の底板１１の上面１１Ａに配置されている。吸収部２９２は、放熱部２８０の保持部２８２の溝２８１に保持された光散乱体５０の下方に位置しており、光散乱体５０により散乱された散乱光が吸収部２９２に照射されるようになっている。したがって、光散乱体５０の下半分（底板１１側の一部）に至った漏れ光は、光散乱体５０により内部空間Ｓに散乱されて吸収部２９２に照射され、吸収部２９２により吸収され熱に変換される。この変換された熱は、底板１１を介してヒートシンク２０に伝達され、このヒートシンク２０により外部に放熱される。本実施形態では、吸収部２９２により散乱光を吸収させているので、内部空間Ｓ内に配置された他の部材が散乱光により熱劣化や焼損することを防止することができる。本実施形態では、図９に示すように、Ｚ方向における吸収部２９２の中心の位置を、散乱光の量が最大となる光ファイバ４０の突出端部の端面４０Ａの中心の位置に合わせることによって、光散乱体５０により散乱される散乱光を最大限に吸収部２９２により吸収できるようにしている。なお、吸収部２９２を設けずに、光散乱体５０からの散乱光を底板１１の上面１１Ａに直接照射するようにしてもよい。
一方、光散乱体５０の上半分に至った漏れ光は、わずかながら光散乱体５０で吸収され熱に変換される。この光散乱体５０で生じた熱は、放熱部２８０の保持部２８２に吸収され、放熱部２８０の接続部２８４Ａ，２８４Ｂを介して底板１１に伝達され、さらにヒートシンク２０に伝達されて、このヒートシンク２０により外部に放熱される。
本実施形態では、光散乱体５０の上半分（蓋体１３側の一部）が放熱部２８０の保持部２８２に覆われているので、蓋体１３に向かう散乱光がほとんどなくなる。したがって、蓋体１３が過度に発熱することを抑制することができ、光ファイバモジュール２０１を扱う者が蓋体１３に触れて火傷してしまうことを防止することができる。
なお、本実施形態における放熱部２８０の接続部２８４Ａ，２８４Ｂは、保持部２８２のＸ方向の縁部下面と底板１１とを接続しているが、保持部２８２と底板１１とを接続するものであれば、保持部２８２のいずれの箇所に接続されるものであってもよい。また、放熱部２８０の接続部２８４Ａ，２８４Ｂの数も２つに限られるものではない。
また、本実施形態においては、光散乱体５０の外周面の上半分が放熱部２８０の保持部２８２によって被覆されているが、漏れ光を底板１１側の内部空間Ｓに散乱させることができれば、保持部２８２によって被覆される部分はどのような大きさであってもよい。例えば、図１１に示すように、光散乱体５０の外周面の半分未満の領域のみが底板１１に対して露出するように、保持部２８２が光散乱体５０を覆っていてもよい。
図１２は、本発明の第４の実施形態における光ファイバモジュールの光ファイバの突出端部を示す拡大断面図である。本実施形態は、上述した第１の実施形態における放熱部８０を、光ファイバ４０の突出端部の端面４０Ａから内部空間Ｓに向けてＺ方向（光ファイバ４０が延びる方向）に長さＬだけ突出させたものである。この長さＬは、φ1を光ファイバ４０のＹＺ断面における直径、φ2を光散乱体５０のＹＺ断面における直径、θmaxを光ファイバ４０の最大受光角とすると、以下の式（２）により定義される。
Figure 0005834125
本実施形態では、図１２に示すように、放熱部８０が上記長さＬだけ内部空間Ｓに向けて突出しているので、光ファイバ４０の最大受光角θmaxよりも大きな入射角で光ファイバ４０に向かうレーザ光は、放熱部８０の側面８０Ａに当たることとなる。この放熱部８０の側面８０Ａに当たったレーザ光は、放熱部８０に吸収されるか、あるいは放熱部８０の側面８０Ａで反射してパッケージ筐体１０の内面に到達する。放熱部８０に吸収されたレーザ光は熱に変換され、変換された熱は、底板１１（図１参照）を介してヒートシンク２０（図１参照）に伝達され、このヒートシンク２０により外部に放熱される。また、放熱部８０の側面８０Ａで反射したレーザ光は光ファイバ４０の突出端部の端面４０Ａから離れたパッケージ筐体１０の内面に到達するため、熱に変換される光パワー密度を低くすることができる。
このように、放熱部８０を光ファイバ４０の突出端部の端面４０Ａから上述した長さＬ以上突出させれば、光ファイバ４０の最大受光角θmaxよりも大きな入射角で光ファイバ４０に向かうレーザ光の一部が光ファイバ４０に入射しなくなるので、光ファイバ４０内に生じる漏れ光の量を減少させることができる。
なお、このような構成は上述した第２の実施形態にも適用できるものである。また、上述した第３の実施形態において、放熱部２８０の保持部２８２を光ファイバ４０の突出端部の端面４０Ａから内部空間Ｓに向けてＺ方向に上述した長さＬ以上突出させてもよい。
上述した実施形態においては、パッケージ筐体１０内に単一の半導体レーザ素子３２が配置される例について述べたが、パッケージ筐体１０内に単一複数の半導体レーザ素子３２を配置してもことは言うまでもない。
なお、本明細書において使用した用語「下面」、「上面」、「底」、「上部」、「上半分」、「下半分」、「下方」、その他の位置関係を示す用語は、図示した実施形態との関連において使用されているのであり、光ファイバモジュールの構成要素の相対的な位置関係によって変化するものである。
これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
１ 光ファイバモジュール
１０ パッケージ筐体
１１ 底板
１１Ａ 上面
１２ 側壁
１２Ａ 貫通孔
１２Ｂ 内面
１３ 蓋体
１３Ａ 下面
２０ ヒートシンク
３１ マウント
３２ 半導体レーザ素子
４０ 光ファイバ
４０Ａ 端面
４１ コア
４２ クラッド
５０ 光散乱体
６０ ファイバ保持部
７１Ａ，７１Ｂ レンズ支持部
７２Ａ，７２Ｂ レンズ
８０ 放熱部
８１ 溝
１０１ 光ファイバモジュール
１９０ 反射部
１９１Ａ，１９１Ｂ 反射面
１９２，１９２Ａ，１９２Ｂ 吸収部
２０１ 光ファイバモジュール
２８０ 放熱部
２８１ 溝
２８２ 保持部
２８４Ａ，２８４Ｂ 接続部
２９２ 吸収部
Ｓ 内部空間

Claims (12)

  1. 底板と側壁と蓋体とによって内部空間が規定されたパッケージ筐体と、
    前記内部空間内の前記底板上に配置されたレーザ素子と、
    前記レーザ素子から発せられたレーザ光を前記パッケージ筐体の外部へと伝搬する光ファイバであって、前記パッケージ筐体の前記側壁の内面から前記内部空間に向かって突出する突出端部を有する光ファイバと、
    前記レーザ光の波長の光を散乱する光散乱体であって、前記光ファイバの突出端部の外周面を被覆する光散乱体と、
    前記底板上に配置された放熱部であって、前記光散乱体の少なくとも一部を保持する放熱部と、
    を備え、
    前記放熱部のうち前記光散乱体を保持している部分を前記光ファイバの軸方向に垂直な面で切断したときの断面が、前記光散乱体の外周面を覆う部分と、前記光散乱体の外周面を前記内部空間に露出させる部分とから構成されることを特徴とする光ファイバモジュール。
  2. 前記光散乱体の外周面のうち前記内部空間に露出している部分は、前記パッケージ筐体の蓋体に対して露出していることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバモジュール。
  3. 前記光散乱体から散乱された光を反射する少なくとも１つの反射部をさらに備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光ファイバモジュール。
  4. 前記反射部が、前記光散乱体から散乱された光を前記パッケージ筐体の底板に向けて反射するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の光ファイバモジュール。
  5. 前記光ファイバの軸方向における前記反射部の中心と前記光ファイバの突出端部の端面とが、前記光ファイバの軸方向に垂直な同一平面上にあることを特徴とする請求項４に記載の光ファイバモジュール。
  6. 前記反射部を前記光ファイバの軸方向に垂直な面で切断したときの少なくとも１つの断面が線対称形状を有し、
    前記線対称形状の対称軸は、前記反射部の切断面において前記光ファイバの軸の中心を通ることを特徴とする請求項４又は５に記載の光ファイバモジュール。
  7. 前記反射部によって反射された光を吸収する少なくとも１つの吸収部をさらに備えることを特徴とする請求項３から請求項６のいずれか一項に記載の光ファイバモジュール。
  8. 前記光散乱体の外周面のうち前記内部空間に露出している部分は、前記パッケージ筐体の底板に対して露出していることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバモジュール。
  9. 前記放熱部は、
    前記光散乱体を保持する保持部と、
    前記保持部と前記底板とを接続する接続部と、
    を備え、
    前記保持部を前記光ファイバの軸方向に垂直な面で切断したときの断面が、前記光散乱体の外周面を覆う前記蓋体側の部分と、前記光散乱体の外周面を前記底板に対して露出させる前記底板側の部分とから構成されることを特徴とする請求項８に記載の光ファイバモジュール。
  10. 前記光散乱体から散乱された光を吸収する少なくとも１つの吸収部をさらに備えることを特徴とする請求項８又は９の記載の光ファイバモジュール。
  11. 前記放熱部は、φ1を前記光ファイバのコアの直径、φ2を前記光散乱体の直径、θmaxを前記光ファイバの最大受光角とすると、以下の式を満足する長さＬ以上前記突出端部の端面から前記内部空間に向けて前記光ファイバが延びる方向に突出していることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の光ファイバモジュール。
    Figure 0005834125
  12. 前記底板がヒートシンクに接続されていることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の光ファイバモジュール。
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