JP6093388B2 - 合波装置、合波装置の製造方法、及び、ｌｄモジュール - Google Patents

Description

本発明は、複数のレーザビームを合波する合波装置及び合波方法に関する。また、そのような合波装置を備えたＬＤモジュールに関する。

ＬＤ（Laser Diode）素子（半導体レーザ素子）から出射されたレーザビームを光ファイバに結合するために、ＬＤモジュールが広く用いられている。このようなＬＤモジュールにおいて、複数のＬＤ素子の各々から出射されたレーザビームを光ファイバに導く導光装置として、特許文献１に記載のマイクロ光学装置が知られている。

図１２は、特許文献１に記載のマイクロ光学装置１０の斜視図である。マイクロ光学装置１０は、図１２に示したように、基板１１、ＬＤバー１２、円柱レンズ１３、第１の鏡列１４、及び第２の鏡列１５を備えている。

ＬＤバー１２は、ｘ軸に沿って並んだ複数のＬＤ素子を備えており、各ＬＤ素子からｚ軸正方向にレーザビームを出射する。各ＬＤ素子からｚ軸正方向に出射されたレーザビームの光軸は、ｚｘ面に平行な第１の平面内でｘ軸に沿って並ぶ。

なお、各ＬＤ素子から出射されたレーザビームの伝搬方向は、ｚ軸正方向を中心に±θｘ方向に分散している。このため、マイクロ光学装置１０においては、ＬＤバー１２の出射端面に対向するように配置された円柱レンズ１３によって、各ＬＤ素子から出射されたレーザビームをコリメートする（伝搬方向をｚ軸正方向に収斂させる）構成が採用されている。

第１の鏡列１４は、ＬＤバー１２を構成する各ＬＤ素子に対向する鏡面１４ａが一体化されたものである。各ＬＤ素子からｚ軸正方向に出射されたレーザビームは、そのＬＤ素子に対向する鏡面１４ａによって、ｙ軸正方向に反射される。また、第２の鏡列１５は、第１の鏡列１４を構成する各鏡面１４ａに対向する鏡面１５ａが一体化されたものである。各鏡面１４ａにてｙ軸正方向に反射されたレーザビームは、その鏡面１４ａに対向する鏡面１５ａによって、ｘ軸正方向に反射される。

なお、ｘ軸正方向側から数えてｉ＋１番目のＬＤ素子から出射されたレーザビームを反射する鏡面１４ａ，１５ａは、ｘ軸正方向側から数えてｉ番目のＬＤ素子から出射されたレーザビームを反射する鏡面１４ａ，１５ｂよりもｚ軸負方向側に配置される。このため、各鏡面１５ａにてｘ軸正方向に反射されたレーザビームの光軸は、ｚｘ平面と平行な第２の平面であって、上述した第１の平面よりもｙ軸正方向側に位置する第２の平面内でｚ軸に沿って並ぶ。

このように、マイクロ光学装置１０は、ＬＤバー１２を構成する各ＬＤ素子から出射されたｚ軸正方向に伝搬するレーザビームからなる第１のビーム束を、第２の鏡列１５を構成する各鏡面１５ａにて反射されたｘ軸方向に伝搬するレーザビームからなる第２のビーム束に変換する機能を有している。

マイクロ光学装置１０を備えたＬＤモジュールにおいて、マイクロ光学装置１０から出力される第２のビーム束（以下、「出力ビーム束」と記載）は、Ｆ軸集束レンズによって集束される。そして、Ｆ軸集束レンズにより集束された出力ビーム束は、その出力ビーム束を構成するレーザビームの交差点、すなわち、Ｆ軸集束レンズの焦点に配置された入射端面から光ファイバに入射する。なお、出力ビーム束を構成するレーザビーム、すなわち、第２の鏡列１５を構成する各鏡面１５ａにて反射されたレーザビームの光軸は互いに平行である。

特開２００４−２５２４２８号公報（公開日：２００４年９月９日）

ＬＤモジュールの小型化を図るためには、Ｆ軸集束レンズの曲率半径を小さくすることによって、Ｆ軸集束レンズの焦点距離を短くすればよい。これにより、光ファイバの入射端面をＦ軸集束レンズに近づけることができるからである。しかしながら、Ｆ軸集束レンズの曲率半径を小さくすると、Ｆ軸集束レンズを透過したレーザビームの光ファイバへの入射角が大きくなり、その結果、結合効率が低下するという問題を生じる。Ｆ軸集束レンズを透過したレーザビームのうち、入射角が光ファイバの受光角を超えるレーザビームは、光ファイバのコアに閉じ込められることなく、損失となるからである。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、結合効率を犠牲することなく、ＬＤモジュールの小型化を実現することにある。また、そのために必要な合波装置を実現することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る合波装置は、光軸が単一の平面に含まれる複数のレーザビームからなるビーム束であって、各レーザビームのＦ軸が上記単一の平面と直交しないビーム束を出力する出力部と、上記出力部から出力されたビーム束を集束する集束レンズと、を備えており、上記出力部から出力されたビーム束であって、上記集束レンズにより集束される前のビーム束を構成する各レーザビームの光軸の延長が１点で交差し、上記集束レンズにより集束された後のビーム束を構成する各レーザビームが交差する交差点が、上記集束レンズの焦点よりも上記集束レンズに近い位置に形成される、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、集束レンズにより集束された後のビーム束を、該ビーム束を構成するレーザビームが交差する交差点に入射端面が配置された光ファイバに入射させる際に、以下の効果を奏する。

すなわち、集束レンズにより集束される前のビーム束を構成する各レーザビームの光軸が平行な場合と比べて、集束レンズにより集束された後のビーム束を構成する各レーザビームが光ファイバに入射する際の入射角を小さくすることができる。これにより、集束レンズにより集束される前のビーム束を構成する各レーザビームの光軸が平行な場合と比べて、光ファイバとの結合効率を高くすることができる。

別の見方をすると、集束レンズにより集束された後のビーム束を構成する各レーザビームが光ファイバに入射する際の入射角を大きくすることなく、すなわち、光ファイバとの結合効率を低下させることなく、集束レンズの曲率半径を小さくすることができる。これにより、集束レンズにより集束される前のビーム束を構成する各レーザビームの光軸が平行な場合と比べて、光ファイバの入射端面の位置が集束レンズに近づけることが可能になる。このため、ＬＤモジュールに上記合波装置を搭載する（ＬＤモジュールに搭載された合波装置に上記の構成を採用する）ことによって、当該ＬＤモジュールの小型化を実現することができる。

また、上記の構成によれば、集束レンズにより集束される前のビーム束を構成する各レーザビームの光軸が互いに平行な場合と比べて、集束レンズにより集束された後のビーム束を構成する各レーザビームを集束レンズの中心付近に入射させることができる。このため、ＬＤモジュールに上記合波装置を搭載することによって、光ファイバとの結合効率が上記Ｆ軸集束レンズの収差の影響によって低下することを防止できる。

本発明に係る合波装置においては、上記出力部から出力された後、上記集束レンズにより集束された後のビーム束を構成する各レーザビームの交差点が、上記集束レンズの外部に形成される、ことが好ましい。

上記の構成によれば、例えば、光ファイバの入射端面を上記交差点に配置することができる。したがって、ＬＤモジュールに上記合波装置を搭載することによって、当該ＬＤモジュールの小型化及び高品質化を実現することができる。

本発明に係る合波装置は、上記ビーム束を構成する各レーザビームの光路上に配置されたＦ軸コリメートレンズであって、該レーザビームのＦ軸方向のビーム広がりをコリメートする位置を基準として、該レーザビームの伝播方向にオフセットされたＦ軸コリメートレンズを更に備えており、各レーザビームの光路上に配置されたＦ軸コリメートレンズのオフセットの量が、該レーザビームのＦ軸方向のビーム径を上記交差点において最小化するように個別に設定されている、ことが好ましい。

また、本発明に係る合波装置は、上記ビーム束を構成する各レーザビームの光路上に配置されたＦ軸コリメートレンズであって、該レーザビームのＦ軸方向のビーム広がりをコリメートする位置を基準として、該レーザビームの伝播方向にオフセットされたＦ軸コリメートレンズを更に備えており、各レーザビームの光路上に配置されたＦ軸コリメートレンズのオフセットの量が一律に設定されており、各レーザビームの光路上に配置されたＳ軸コリメートレンズのビーム出射側端面から上記交差点までの光路長が、該レーザビームのＦ軸方向のビーム径を上記ビーム束のビーム交差点において最小化するように個別に設定されている、ことが好ましい。

上記の構成によれば、上記ビーム束を構成する各レーザビームの交差点において、各レーザビームのビーム径が最小化されるので、上記ビーム束を光ファイバに入射させる際の結合効率を更に高めることができる。

本発明に係る合波装置において、上記出力部は、光軸が単一の平面に含まれる複数のレーザビームからなるビーム束を生成するレーザ光源群と、上記レーザ光源群により生成されたビーム束を構成する各レーザビームを反射するミラーであって、各ミラーにより反射されたレーザビームの光軸が１点で交差するように反射面の向きが調整されたミラーからなるミラー群と、により構成されている、ことが好ましい。

上記の構成によれば、簡単な構成の合波装置を実現することができる。

本発明に係る合波装置においては、上記ミラー群を構成する各ミラーの反射面が、該ミラーにより反射されたレーザビームのビーム径を上記ビーム束のビーム交差点において最小化するように、凹面化されている、ことが好ましい。

上記の構成によれば、上記ビーム束を構成する各レーザビームの交差点において、各レーザビームのビーム径が最小化されるので、上記ビーム束を光ファイバに入射させる際の結合効率を更に高めることができる。

本発明に係る合波装置において、上記ミラー群を構成する各ミラーは、特定の平面上に載置された第１ミラーと、該第１ミラー上に載置された第２ミラーとにより構成された２連ミラーであって、上記第１ミラーは、上記光源群により生成されたレーザビームを反射する第１反射面であって、その法線と上記特定の平面の法線との成す角が４５°となる第１反射面を有しており、上記第２ミラーは、上記第１反射面にて反射されたレーザビームを反射する第２反射面であって、その法線と上記特定の平面の法線との成す角が１３５°となる第２反射面を有しており、上記第２ミラーにより反射されたレーザビームの光軸が１点で交差するように上記第２の反射面の向きが調整されている、ことが好ましい。

上記の構成によれば、上記ビーム束を構成する各レーザビームを１点で交差させるための調整が容易な合波装置であって、コンパクトな合波装置を実現することができる。

本発明に係る合波装置において、上記出力部は、光軸が単一の平面に含まれる複数のレーザビームからなるビーム束であって、各レーザビームのＦ軸が上記単一の平面と直交しないビーム束を生成するレーザ光源群であって、該レーザ光源群を構成する各レーザ光源の向きが、上記複数のレーザビームの光軸が１点で交差するように設定されている、ことが好ましい。

上記の構成によれば、更に簡単な構成の合波装置を実現することができる。

上記課題を解決するために、本発明に係る合波方法は、光軸が単一の平面に含まれる複数のレーザビームからなるビーム束であって、各レーザビームのＦ軸が上記単一の平面と直交しないビーム束を出力する出力工程と、上記出力工程にて出力されたビーム束を集束レンズにより集束する集束工程と、を含んでおり、上記出力工程にて出力されたビーム束であって、上記集束工程にて集束される前のビーム束を構成する各レーザビームの光軸の延長が１点で交差し、上記集束工程にて集束された後のビーム束を構成する各レーザビームが交差する交差点が、上記集束レンズの焦点よりも上記集束レンズに近い位置に形成される、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、上記合波装置と同様の効果を奏する。

なお、上記の合波装置と共に、上記Ｆ軸集束レンズにより集束されたビーム束を構成する各レーザビームの交差点に入射端面が配置された光ファイバとを備えたＬＤモジュールも本発明の範疇に含まれる。

本発明によれば、ＬＤモジュールに上記合波装置を搭載することによって、当該ＬＤモジュールの小型化を実現することができる。

本発明の第１の実施形態に係るＬＤモジュールの構成を示す平面図である。 図１に示すＬＤモジュールが備える単位光学系の構成を示す斜視図である。 図１に示すＬＤモジュールが備える２連ミラーの構成を示す斜視図である。 図３に示す２連ミラーが備える第２ミラーの微小回転により各出力ビームの伝搬方向を微小回転させる際の、第２ミラーの回転角度について説明するための図である。 図４に示す出力ビームの伝搬方向の微小回転を実施する際に、各出力ビームがＦ軸集束レンズよりもｘ軸正方向側の一点において交差するための条件について説明するための図である。 第２ミラーの回転角度を変化させた場合の、Ｆ軸集束レンズの曲率半径に対する光ファイバへの出力ビーム束の結合効率を示すグラフである。 第２ミラーの回転角度を変化させた場合の、光ファイバを設置する位置に対する光ファイバへの出力ビーム束の結合効率を示すグラフである。 図１に示すＬＤモジュールの変形例を示す平面図である。 図８に示すＬＤモジュールを用いる際の各出力ビームの形状の変化を示す図である。（ａ）は、図８のａａ’断面における出力ビームの形状を示す図である。（ｂ）は、図８のｂｂ’断面における出力ビームの形状を示す図である。（ｃ）は、図８のｃｃ’断面における出力ビームの形状を示す図である。（ｄ）は、図８のｄｄ’断面における出力ビーム束の形状を示す図である。（ｅ）は、図８のｅｅ’断面における出力ビーム束の形状を示す図である。（ｆ）は、図８のｆｆ’断面における出力ビーム束の形状を示す図である。 （ａ）は、本発明の第２の実施形態に係るＬＤモジュールの構成を示す平面図である。（ｂ）は、（ａ）に示すＬＤモジュールのａａ’断面を示す断面図である。（ｃ）は、（ａ）に示すＬＤモジュールのｂｂ’断面を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係るＬＤモジュールの構成を示す平面図である。 従来のマイクロ光学装置の構成を示す斜視図である。

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態に係るＬＤモジュールについて、図面に基づいて説明すれば以下の通りである。

〔ＬＤモジュール１の構成〕
本実施形態に係るＬＤモジュール１の構成について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、ＬＤモジュール１の構成を示す平面図である。図２は、ＬＤモジュール１を構成する単位光学系Ｓｉの構成を示す斜視図である。

ＬＤモジュール１は、Ｎ個のＬＤチップＬＤ１〜ＬＤ１０から出射されたレーザビームを光ファイバＯＦに結合するためのものである。なお、本実施形態においては、１０個のＬＤチップＬＤ１〜ＬＤ１０から出射されたレーザビームを光ファイバＯＦに結合するＬＤモジュールを開示するが、本発明はＮ＝１０の場合に限定されない（Ｎは２以上の任意の自然数であり得る）。

ＬＤモジュール１は、図１に示すように、１０個のＬＤチップＬＤ１〜ＬＤ１０の他に、１０個のＦ軸コリメートレンズＦＡＣ１〜ＦＡＣ１０と、１０個のＳ軸コリメートレンズＳＡＣ１〜ＳＡＣ１０と、１０個の２連ミラーＭ１〜Ｍ１０と、基板Ｂと、Ｆ軸集束レンズＦＬと、Ｓ軸集光レンズＳＬとを備えている。ＬＤチップＬＤ１〜ＬＤ１０、Ｆ軸コリメートレンズＦＡＣ１〜ＦＡＣ１０、Ｓ軸コリメートレンズＳＡＣ１〜ＳＡＣ１０、２連ミラーＭ１〜Ｍ１０、Ｆ軸集束レンズＦＬ、及びＳ軸集光レンズＳＬは、何れも、直接、又は、不図示のマウントを介して基板Ｂ上に載置される。

ＬＤモジュール１においては、基板Ｂ、Ｆ軸コリメートレンズＦＡＣ１〜ＦＡＣ１０、Ｓ軸コリメートレンズＳＡＣ１〜ＳＡＣ１０、及び２連ミラーＭ１〜Ｍ１０が、従来のマイクロ光学装置１０（図１２参照）に相当する導光装置を構成する。この導光装置は、従来のマイクロ光学装置１０と同様、ＬＤチップＬＤ１〜ＬＤ１０から出射されたｚ軸正方向に伝搬するレーザビーム（以下、「入力ビーム」とも記載する）からなる入力ビーム束を、略ｘ軸負方向に伝搬するレーザビーム（以下、「出力ビーム」とも記載する）からなる出力ビーム束に変換する機能を有する。

この出力ビーム束の光路上には、Ｆ軸集束レンズＦＬとＳ軸集光レンズＳＬとが配置される。Ｆ軸集束レンズＦＬは、出力ビーム束を構成する各出力ビームを、Ｆ軸方向のビーム間隔が光ファイバＯＦの入射端面において最小になる（好ましくは０になる）ように屈折させる。また、Ｆ軸収束レンズＦＬは、出力ビーム束を構成する各出力ビームを、Ｆ軸方向のビーム径が光ファイバＯＦの入射端面において最小になるように集光する。一方、Ｓ軸集光レンズＳＬは、出力ビーム束を構成する各出力ビームを、Ｓ軸方向のビーム径が光ファイバＯＦの入射端面において最小になるように集光する。

ＬＤモジュール１は、図１に示すように、ＬＤチップＬＤｉと、Ｆ軸コリメートレンズＦＡＣｉと、Ｓ軸コリメートレンズＳＡＣｉと、２連ミラーＭｉとからなる光学系を単位として構成されている。図１においては、ＬＤチップＬＤ１と、Ｆ軸コリメートレンズＦＡＣ１と、Ｓ軸コリメートレンズＳＡＣ１と、２連ミラーＭ１とからなる単位光学系Ｓ１を例示している。

ＬＤモジュール１を構成する各単位光学系Ｓｉは、図２に示すように、ＬＤチップＬＤｉと、Ｆ軸コリメートレンズＦＡＣｉと、Ｓ軸コリメートレンズＳＡＣｉと、２連ミラーＭｉとにより構成される。

図２に示すように、ＬＤチップＬＤｉは、活性層がｚｘ平面と平行になるように、かつ、出射端面がｚ軸正方向を向くように、基板Ｂ上に載置される。このため、ＬＤチップＬＤｉから出射されるレーザビームは、伝搬方向がｚ軸正方向、Ｆ軸がｙ軸と平行、Ｓ軸がｘ軸と平行になる。

なお、図１に示したように、Ｎ個のＬＤチップＬＤ１〜ＬＤ１０は、ｘ軸に沿って並べられる。このため、各ＬＤチップＬＤｉからｚ軸正方向に出射されたレーザビームの光軸は、ｚｘ面に平行な第１の平面内でｘ軸に沿って平行に並ぶことになる。

図２に示すように、ＬＤチップＬＤｉから出射されるレーザビームの光路上には、Ｆ軸コリメートレンズＦＡＣｉとＳ軸コリメートレンズＳＡＣｉとが配置される。Ｆ軸コリメートレンズＦＡＣｉは、ＬＤチップＬＤｉから出射されたレーザビームのＦ軸方向の広がりをコリメートするためのものであり、Ｓ軸コリメートレンズＳＡＣｉは、ＬＤチップＬＤｉから出射されたレーザビームのＳ軸方向の広がりをコリメートするためのものである。Ｆ軸コリメートレンズＦＡＣｉ及びＳ軸コリメートレンズＳＡＣｉを透過したレーザビームは、伝搬方向がｚ軸正方向に収斂されたコリメートビームとなる。なお、ＬＤチップＬＤｉから出射されるレーザビームのＳ軸方向の広がりが十分に小さい場合、Ｓ軸コリメートレンズＳＡＣｉは省略しても構わない。

図２に示すように、ＬＤチップＬＤｉから出射されるレーザビームの光路上には、更に、２連ミラーＭｉが配置される。２連ミラーＭｉは、基板Ｂ上に載置された第１ミラーＭｉ１と、第１ミラーＭｉ１上に載置された第２ミラーＭｉ２とにより構成される。第１ミラーＭｉ１は、ＬＤチップＬＤｉから出射されたレーザビームを反射し、その伝搬方向をｚ軸正方向からｙ軸正方向に変換するためのものであり、「跳ね上げミラー」と呼ばれることもある。また、第２ミラーＭｉ２は、第１ミラーＭｉ１にて反射されたレーザビームを反射し、その伝搬方向をｙ軸正方向から略ｘ軸負方向に変換するためのものであり、「折り返しミラー」と呼ばれることもある。

なお、図１に示したように、ｘ軸負方向側から数えてｉ＋１番目のＬＤチップＬＤｉ＋１から出射されたレーザビームを反射する２連ミラーＭｉ＋１は、ｘ軸負方向側から数えてｉ番目のＬＤチップＬＤｉから出射されたレーザビームを反射する２連ミラーＭｉよりもｚ軸負方向側に配置される。このため、各２連ミラーＭｉにて略ｘ軸負方向に反射されたレーザビームの光軸は、ｚｘ面と平行な第２の平面であって、上述した第１の平面よりもｙ軸正方向側に位置する第２の平面内に並ぶことになる。

ＬＤモジュール１において注目すべき点は、各２連ミラーＭｉにより反射された出力ビームであって、Ｆ軸収束レンズＦＬにより集束される前の出力ビームの光軸の延長が１点で交わる点である。これにより、ＬＤモジュール１は、少なくとも以下の効果を奏する。

（１）隣接する出力ビームの光軸間隔が一定である場合（すなわち、各出力ビームの光軸が平行に並ぶ場合）と比べて、Ｆ軸集束レンズＦＬからビーム交差点までの距離を短くすることができる。換言すれば、ビーム交差点をＦ軸集束レンズＦＬの焦点（隣接する出力ビームの光軸間隔が一定である場合のビーム交差点）よりも手前に形成することができる。これにより、隣接する出力ビームの光軸間隔が一定である場合と比べて、光ファイバＯＦの入射端面をＦ軸集束レンズＦＬに近づけることができる。その結果、ＬＤモジュール１を小型化することができる。

（２）隣接する出力ビームの光軸間隔が一定である場合と比べて、Ｆ軸集束レンズＦＬと各出力ビームとの光軸間隔を小さくすることができる。これにより、Ｆ軸集束レンズＦＬの収差によって、出力ビーム束の集束が阻害されたり、各出力ビームの収斂が阻害されたりすることを回避することができる。その結果、ＬＤモジュール１におけるＬＤチップＬＤ１〜ＬＤ１０と光ファイバＯＦとの結合効率を高効率化することができる。

（３）隣接する出力ビームの光軸間隔が一定である場合と比べて、Ｆ軸集束レンズＦＬにより集束された出力ビーム束を構成する各出力ビームが光ファイバＯＦに入射する際の入射角が小さくなる。このため、結合効率の低下を招来することなく、より曲率半径の小さいＦ軸収束レンズＦＬを使用することが可能になる。これにより、ＬＤモジュール１のサイズを小型化することができる。

〔２連ミラーの構成〕
ＬＤモジュール１が備える２連ミラーＭｉの構成ついて、図３を参照して説明する。図３は、２連ミラーＭｉの構成を示す斜視図である。２連ミラーＭｉは、図３に示すように、第１ミラーＭｉ１と、第２ミラーＭｉ２とにより構成される。

第１ミラーＭｉ１は、少なくとも下面Ａ１と、下面Ａ１と平行な上面Ｂ１と、反射面Ｓ１とを有する多面体状の構造物である。反射面Ｓ１と下面Ａ１とが成す角は、図３に示すように４５°である。

第１ミラーＭｉ１は、下面Ａ１が基板Ｂの上面に当接するように、基板Ｂ上に載置される（図２参照）。これにより、第１ミラーＭｉ１の反射面Ｓ１の法ベクトルと、基板Ｂの上面（ｚｘ面）の法ベクトルとの成す角が４５°になる。また、第１ミラーＭｉ１の向きは、反射面Ｓ１の法線がｙｚ面と平行になるように決められる。これにより、第１ミラーＭｉ１の反射面Ｓ１は、ｚ軸負方向から入射したレーザビームをｙ軸正方向に反射する。

第２ミラーＭｉ２は、少なくとも下面Ａ２と、反射面Ｓ２とを有する多面体状の構造体である。反射面Ｓ２と下面Ａ２との成す角は、図３に示すように４５°である。

第２ミラーＭｉ２は、下面Ａ２が第１ミラーＭｉ１の上面Ｂ１に当接するように、第１ミラーＭｉ１上に載置される。これにより、第２ミラーＭｉ２の反射面Ｓ２の法ベクトルと、基板Ｂの上面（ｚｘ面）の法ベクトルとの成す角が１３５°になる。また、第２ミラーＭｉ２の向きは、反射面Ｓ２の法線がｘｙ面と略平行になるように決められる。これにより、第２ミラーＭｉ２の反射面Ｓ２は、ｙ軸負方向から入射したレーザビームを略ｘ軸負方向に反射する。

この２連ミラーＭｉにおいては、第１ミラーＭｉ１の向きを、ｙ軸を回転軸として微小回転させると、対応する出力ビームの伝搬方向が、ｚ軸を回転軸として微小回転する。また、第２ミラーＭｉ２の向きを、ｙ軸を回転軸として微小回転させると、対応する出力ビームの伝搬方向が、ｙ軸を回転軸として微小回転する。したがって、この２連ミラーＭｉによれば、第１ミラーＭｉ１及び第２ミラーＭｉ２の向きを適宜設定することによって、対応する出力ビームを所望の方向に伝搬させることができる。

ＬＤモジュール１においては、２連ミラーＭ１〜Ｍ１０の各々が備える第１ミラーＭｉ１の向きを、各出力ビームの光軸がｚｘ面と平行になるように設定する。また、２連ミラーＭ１〜Ｍ１０の各々が備える第２ミラーＭｉ２の向きを、Ｆ軸収束レンズＦＬにより集束される前の各出力ビームの光軸の延長が１点で交差するように設定する。

なお、本実施形態においては、第２ミラーＭｉ２を第１ミラーｉ１上に載置する構成について説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、反射面Ｓ２の反射面Ｓ１に対する相対位置が本実施形態のものと変わらなければ、第２ミラーＭｉ２を第１ミラーＭｉ１と一体化する構成を採用してもよい。また、本実施形態においては、２連ミラーＭｉを他の２連ミラーＭｊから分離する構成について説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、２連ミラーＭｉの他の２連ミラーＭｊに対する相対位置が本実施形態のものと変わらなければ、２連ミラーＭｉを他の２連ミラーＭｊと一体化する構成を採用してもよい。また、図１２に示すマイクロ光学装置１０のように、一体化された第２ミラーＭ１２〜Ｍ１０２を、一体化された第１ミラーＭ１１〜Ｍ１０１上に載置する構成を採用しても構わない。

〔第２ミラーの向き〕
２連ミラーＭ１〜Ｍ１０の各々が備える第２ミラーＭｉ２の向きについて、図４を参照して説明する。図４は、２連ミラーＭ１〜Ｍ１０の各々が備える第２ミラーＭｉ２の向きを示す平面図である。なお、以下の説明においては、反射面Ｓ２（図３参照）の法線がｙｚ面と平行になるように向きが定められた第２ミラーＭｉ２を、ｙ軸を回転軸として回転させたときの回転角をθｉとする。この際、ｙ軸正方向から見て時計回りの回転を正方向の回転とする。

本実施形態においては、各入力ビームの光軸が等間隔で平行に並んでいる。このため、各第２ミラーＭｉ２の回転角θｉを下表のように設定することによって、各出力ビームの光軸が１点で交差させている。

なお、θｉ＝θ−Δ×（ｉ−１）となるように各第２ミラーＭｉ２の向きを設定することによって、各出力ビームの光軸を１点で交差させる構成を採用してもよい。ここで、θは、予め定められた正の角（例えば１°）であり、最もｘ軸負方向側に配置された第２ミラーＭ１２の回転角θ１は、θ１＝θとなる。また、Δは、Δ＝２θ／（Ｎ−１）＝２θ／９により与えられる正の角であり、最もｘ軸正方向側にある第２ミラーＭ１０２の回転角θ１０は、θ１０＝−θとなる。ただし、この場合、各入力ビームの光軸は、不等間隔となる。

ただし、このように各第２ミラーＭｉ２の向きを設定する場合、最大回転角θの値を大きくし過ぎるとビーム交差点がＦ軸集束レンズＦＬの内部に形成されてしまう。そうすると、光ファイバＯＦの入射端面上にビーム交差点を形成することが不可能になるので、θの値はこの点を考慮して決定することが好ましい。

ビーム交差点をＦ軸集束レンズＦＬの外部に形成するために最大回転角θに課せられる条件について、図５を参照して説明する。図５は、Ｆ軸集束レンズＦＬの断面を示す断面図である。

Ｆ軸集束レンズＦＬは、屈折率がｎ、曲率半径がＲ、厚みがＴの円柱レンズ（平凸シリンドリカルレンズ）であるものとする。また、第２ミラーＭ１２により反射された出力ビームは、Ｆ軸集束レンズＦＬの入射面（凸面）上の点Ｉ（以下、「入射点Ｉ」とも記載）からＦ軸集束レンズＦＬ内に入射し、Ｆ軸集束レンズＦＬの出射面（平面）上の点Ｏ（以下、「出射点Ｏ」とも記載）からＦ軸集束レンズＦＬ外に出射するものとする。また、入射点ＩとＦ軸集束レンズＦＬの光軸との距離をＬ_１１とし、第２ミラーＭ１２により反射された出力ビームとＦ軸集束レンズＦＬの光軸とが成す角をθ_１１とする。このθ_１１は、第２ミラーＭ１２の回転角θ１＝θに一致する。

ビーム交差点がＦ軸集束レンズＦＬの外部に形成されるための条件は、出射点ＯとＦ軸集束レンズＦＬの光軸との距離Ｌ_１３が正になることである。したがって、Ｌ_１３とθ_１１＝θとの関係を明らかにすれば、ビーム交差点をＦ軸集束レンズＦＬの外部に形成するために最大回転角θ＝θ_１１に課せられる条件が明らかになる。以下、Ｌ_１３とθ_１１＝θとの関係を明らかにする。

Ｌ_１４を図５に示すように定めると、Ｌ_１３＝Ｌ_１１−Ｌ_１４である。また、Ｌ_１２、θ_１４、θ_１３を図５に示すように定めると、Ｌ_１４＝Ｌ_１２ｔａｎ（θ_１４−θ_１３）であり、Ｌ_１２’を図５に示すように定めると、Ｌ_１２＝Ｔ−（Ｒ−Ｌ_１２’）である。したがって、Ｌ_１３＝Ｌ_１１−｛Ｔ−（Ｒ−Ｌ_１２’）｝ｔａｎ（θ_１４−θ_１３）となる。

さらに、Ｌ_１２’は、以下の（１）式で表される。

また、θ_１３は、スネルの法則により、以下の（２）式で表される。ここで、ｎ_０は、空気の屈折率である。

また、θ_１４は、以下の（３）式で表される。

したがって、Ｌ_１３とθ_１１＝θとの関係は、以下の（４）式により与えられる。

すなわち、ビーム交差点をＦ軸集束レンズＦＬの外部に形成するために最大回転角θ＝θ_１１に課せられる条件は、以下の（５）式のようになる。

〔効果の検証〕
出力ビーム束を構成する各出力ビームの光軸が平行に並ぶ構成であっても、Ｆ軸集束レンズＦＬの曲率半径を小さくすれば、ビーム交差点をＦ軸集束レンズＦＬに近づけることができる。しかしながら、この場合、出力ビーム束が光ファイバＯＦに入射する際の結合効率が低下する。これに対して、出力ビーム束を構成する各出力ビームの光軸を１点で交差させる構成を採用すれば、このような結合効率の低下を抑制することができる。この点について、以下、図６を参照して検証する。

図６は、Ｆ軸集束レンズＦＬの曲率半径と、出力ビーム束が光ファイバＯＦの入射端面に入射する際の結合効率との関係を示すグラフである。図６に示すグラフにおいて、横軸は、Ｆ軸集束レンズＦＬの曲率半径（単位はｍｍ）を表し、縦軸は、出力ビーム束を光ファイバＯＦに入射させる際の結合効率（単位は％）を表す。図６においては、最大回転角θを０°、０．５°、１°、１．５°とした場合の結合効率を示している。なお、図６に示す結合効率は、光ファイバＯＦの入射端面の位置を、ビーム交差点に配置したときに得られる結合効率である。

図６に示すように、最大回転角θが０°の場合、すなわち、各出力ビームの光軸が平行に並ぶ場合、Ｆ軸集束レンズＦＬの曲率半径を小さくしていくと、出力ビーム束の光ファイバＯＦへの結合効率が低下していく。このような結合効率の低下が生じる原因としては、各出力ビームが光ファイバＯＦの入射端面に入射する際の入射角が大きくなり、ファイバの受光角を超える成分が増えることが挙げられる。

最大回転角θが正の角度である場合、すなわち、各出力ビームの光軸が一点で交差する場合も、Ｆ軸集束レンズＦＬの曲率半径を小さくしていくと、出力ビーム束の光ファイバＯＦへの結合効率が低下していく。しかしながら、最大回転角θが０°である場合と比べて、結合効率の低下の度合いは小さくなっている。特に、最大回転角θを１°とした場合、Ｆ軸集束レンズＦＬの曲率半径が１０ｍｍのときの結合効率は、最大回転角θを０°とした場合と比べて約３％も高い値を示している。これは、各出力ビームが光ファイバＯＦの入射端面に入射する際の入射角が、最大回転角θを０°とした場合と比べて小さくなっているためであると考えられる。

次に、出力ビーム束を構成する各出力ビームを１点で交差させる構成を採用することによって、大幅な結合効率の低下を招来することなく、光ファイバＯＦの入射端面をＦ軸集束レンズＦＬに近づけ得ることを、図７を参照して検証する。

図７は、ファイバ位置と、出力ビーム束が光ファイバＯＦの入射端面に入射する際の結合効率との関係を示すグラフである。ここで、ファイバ位置とは、ＬＤチップＬＤ１の中心を通るｚ軸に平行な直線から、光ファイバＯＦの入射端面までの距離のことを指す。図７に示すグラフにおいて、横軸は、ファイバ位置（単位はｍｍ）を表し、縦軸は、出力ビーム束を光ファイバＯＦに入射させる際の結合効率（単位は％）を表す。図７においても、最大回転角θを０°、０．５°、１°、１．５°とした場合の結合効率を示している。なお、図７に示す結合効率は、Ｆ軸収束レンズＦＬの曲率半径を、ビーム交差点が光ファイバＯＦの入射端面に形成されるように設定したときに得られる結合効率である。

最大回転角θが０°の場合、すなわち、各出力ビームの光軸が平行に並ぶ場合、光ファイバＯＦの入射端面をＦ軸集束レンズＦＬの出射面に近づけていくと、出力ビーム束の光ファイバＯＦへの結合効率が低下していく。このような結合効率の低下が生じる原因としては、各出力ビームが光ファイバＯＦの入射端面に入射する際の入射角が大きくなり、ファイバの受光角を超える成分が増えることが挙げられる。

最大回転角θが正の角度である場合、すなわち、各出力ビームの光軸が一点で交差する場合も、光ファイバＯＦの入射端面をＦ軸集束レンズＦＬの出射面に近づけていくと、出力ビーム束の光ファイバＯＦへの結合効率が低下していく。しかしながら、最大回転角θが０°である場合と比べて、結合効率の低下の度合いは小さくなっている。特に、最大回転角θが０°の場合と最大回転角θが１°の場合とを比較すると、結合効率の低下を１％未満に抑えながら、光ファイバＯＦの入射端面をＦ軸集束レンズＦＬの出射面に７ｍｍも近づけ得ることが分かる。これは、各出力ビームが光ファイバＯＦの入射端面に入射する際の入射角が、最大回転角θを０°とした場合と比べて小さくなっているためであると考えられる。

〔変形例〕
本実施形態に係るＬＤモジュール１の幾つかの変形例について、図８から図９を参照して説明する。図８は、ＬＤモジュール１の変形例を示す平面図である。図９は、図８に示すＬＤモジュール１を用いる際の各出力ビームの形状の変化を示す図である。

本変形例に係るＬＤモジュール１においては、図８に示すように、Ｆ軸コリメートレンズＦＡＣｉの位置を、ｚ軸正方向（すなわち、ＬＤチップＬＤｉから出射されたレーザ光の伝播方向）に、基準位置からオフセットする構成が採用されている。ここで、基準位置とは、Ｆ軸コリメートレンズＦＡＣｉがＬＤチップＬＤｉから出射されたレーザ光のＦ軸方向のビーム広がりを平行化（コリメート）する作用を発揮する位置のことを指す。基準位置からレーザ光の伝播方向にオフセットされたＦ軸コリメートレンズＦＡＣｉは、ＬＤチップＬＤｉから出射されたレーザ光を集光する作用、すなわち、ビーム径を次第に小さくする作用を発揮することになる。

ＬＤチップＬＤｉから出射されたレーザビームは、Ｆ軸コリメートレンズＦＡＣｉに入射するまでの間、Ｆ軸方向（ｙ軸と平行な方向）及びＳ軸方向（ｘ軸と平行な方向）に広がりながらｚ軸正方向に伝搬する。図９（ａ）は、図８のａａ’断面におけるレーザビームの形状を示す図である。図９（ａ）に示すように、ＬＤチップＬＤ１から出射されたレーザビームのビームスポットＬ１は、Ｆ軸およびＳ軸方向に広がりをもったビームスポットである。

ＬＤ１から出射されたレーザビームは、Ｆ軸コリメートレンズＦＡＣ１に入射し、Ｆ軸方向に集光される。Ｆ軸コリメートレンズＦＡＣ１から出射されたレーザビームは、Ｆ軸方向のビーム径を次第に小さくしながら、ｚ軸正方向に伝搬する。図９（ｂ）は、図８のｂｂ’断面におけるレーザビームの形状を示す図である。図９（ｂ）に示すように、ｂｂ’断面におけるビームスポットＬ１は、ａａ’断面におけるビームスポットＬ１よりも、Ｆ軸方向のビーム径が小さくなっている。

Ｆ軸コリメートレンズＦＡＣ１から出射されたレーザビームは、Ｓ軸コリメートレンズＳＡＣ１に入射し、Ｓ軸方向にコリメートされる。Ｓ軸コリメートレンズＳＡＣ１から出射されたレーザビームは、Ｆ軸方向のビーム径を次第に小さくしながら、ｚ軸正方向に伝搬する。図９（ｃ）は、図８のｃｃ’断面における出力ビームの形状を示す図である。図９（ｃ）に示すように、ｃｃ’断面におけるビームスポットＬ１は、ｂｂ’断面におけるビームスポットＬ１よりも、Ｆ軸方向のビーム径が小さくなっている。

Ｓ軸コリメートレンズＳＡＣ１〜１０の各々から出射されたレーザビームは、対応する２連ミラーＭｉに入射し、伝搬方向を略ｘ軸方向に変換され、Ｆ軸方向を略ｚ軸方向に変換され、Ｓ軸方向を略ｙ軸方向に変換される。２連ミラーＭ１〜Ｍ１０の各々から出射されたレーザビーム（出力ビーム）からなる出力ビーム束は、各出力ビームのＦ軸方向のビーム径を次第に小さくすると共に、各出力ビームの光軸間隔を次第に狭めながら、ｘ軸負方向に伝播する。図９（ｄ）は、図８のｄｄ’断面における出力ビーム束を示す図である。図９（ｄ）に示すように、出力ビーム束を構成する各出力ビームのビームスポットＬ１〜Ｌ１０は、ｚｘ面と平行な平面内に並んでいる。また、図９（ｄ）に示すように、ｄｄ’断面における各ビームスポットＬｉは、ｃｃ’断面における対応するビームスポットＬｉよりも、Ｆ軸方向のビーム径が小さくなっている。

２連ミラーＭ１〜Ｍ１０の各々から出射された出力ビームからなる出力ビーム束は、Ｆ軸集束レンズＦＬに入射し、Ｆ軸方向に収束される。Ｆ軸集束レンズＦＬから出射された出力ビーム束は、各出力ビームのＦ軸方向のビーム径を次第に小さくすると共に、各出力ビームの光軸間隔を次第に狭めながら、ｘ軸負方向に伝播する。図９（ｅ）は、図８のｅｅ’断面における出力ビーム束を示す図である。図９（ｅ）に示すように、ｅｅ’断面における各ビームスポットＬｉは、ｄｄ’断面における対応するビームスポットＬｉよりも、Ｆ軸方向のビーム径が小さくなっている。また、ｅｅ’断面におけるビームスポットＬｉとビームスポットＬｉ＋１との光軸間隔は、ｄｄ’断面におけるビームスポットＬｉとビームスポットＬｉ＋１との光軸間隔よりも狭くなっている。

Ｆ軸集束レンズＦＬから出射された出力ビーム束は、Ｓ軸集光レンズＳＬに入射し、Ｓ軸方向に更に集光される。Ｓ軸集光レンズＳＬから出射された出力ビーム束は、各出力ビームのＦ軸方向及びＳ軸方向のビーム径を次第に小さくすると共に、各出力ビームの光軸間隔を次第に狭めながら、ｘ軸負方向に伝播する。図９（ｆ）は、図８のｆｆ’断面（光ファイバＯＦの入射端面の近傍の断面）における出力ビーム束を示す図である。図９（ｆ）に示すように、Ｓ軸集光レンズＳＬから出射された各出力ビームのビームスポットＬ１〜Ｌ１０は、ｆｆ’断面において互いに重なり合っている。すなわち、各出力ビームの集光点（Ｆ軸方向のビーム径が最小になる点）と、ビーム交差点（各出力ビームが交差する交差点）とが一致している。

以上のように、Ｆ軸コリメートレンズＦＡＣｉによって、各出力ビームをＦ軸方向に集光させることにより、各出力ビームの集光点と、ビーム交差点とを一致させることができる。これにより、各ＬＤチップＬＤｉから出射される出力ビームを更に効率よく光ファイバＯＦに結合させることができる。したがって、本実施形態に係るＬＤモジュール１において、出力ビーム束の光ファイバＯＦへの結合効率を向上させることができる。

なお、本変形例においては、図８に示すように、各Ｆ軸コリメートレンズＦＡＣｉのオフセット量を個別に設定することにより、各出力ビームの集光点を出力ビーム束の交差点に一致させている。具体的には、各Ｆ軸コリメートレンズＦＡＣｉのオフセット量Δｉを、Δ１＞Δ２＞・・・＞Δ１０となるように設定することにより、各出力ビームの集光点を出力ビーム束の交差点に一致させている。

ただし、全ての出力ビームの集光点をビーム交差点と一致させるための構成は、これに限定されない。例えば、各Ｆ軸コリメートレンズＦＡＣｉのオフセット量を一律に設定したうえで、Ｆ軸コリメートレンズＦＡＣｉを透過したレーザビームの集光点が出力ビーム束の交差点と一致するように、各Ｓ軸コリメートレンズＳＡＣｉの出射側端面からビーム交差点（光ファイバＯＦの入射端面）までの距離を個別に設定してもよい。

なお、本変形例においては、各出力ビームを集光するためにＦ軸コリメートレンズＦＡＣｉを用いる構成を採用しているが、これに限定されるものではない。本変形例においては、各出力ビームの集光点と、各出力ビームが交差する交差点とを一致させることができればよく、例えば、第１ミラーＭｉ１および第２ミラーＭｉ２の何れか一方を凹面ミラーに変更し、この凹面ミラーによって各出力ビームを集光する構成としてもよい。この場合には、各凹面ミラーの曲率を個別に設定するか、又は、各凹面ミラーからビーム交差点（光ファイバＯＦの入射端面）までの光路長が一定になるように各凹面ミラーを配置すればよい。

＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態に係るＬＤモジュール１’について、図面に基づいて説明すれば以下の通りである。なお、上述した第１の実施形態と共通する各部材には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

〔ＬＤモジュール１’の構成〕
本実施形態に係るＬＤモジュール１’の構成について、図１０を参照して説明する。図１０は、ＬＤモジュール１’の構成を示す平面図である。

本実施形態に係るＬＤモジュール１’は、Ｎ個のＬＤチップＬＤ１〜ＬＤ１０から出射されたレーザビームを光ファイバＯＦに結合するためのものである。なお、本実施形態に係るＬＤモジュール１’においても、Ｎ＝１０の場合に限定されない（Ｎは２以上の任意の自然数であり得る）。

本実施形態においては、各ＬＤチップＬＤｉを載置する位置を、ｙ軸方向に互いに異ならせ、なおかつ、各ＬＤチップＬＤｉから出射された各出力ビームを、各ミラーＭ１’〜Ｍ１０’によって反射させる構成が採用されている。

ＬＤモジュール１’は、図１０（ａ）に示すように、１０個のＬＤチップＬＤ１〜ＬＤ１０の他に、１０個のＦ軸コリメートレンズＦＡＣ１〜ＦＡＣ１０と、１０個のＳ軸コリメートレンズＳＡＣ１〜ＳＡＣ１０と、１０個のミラーＭ１’〜Ｍ１０’と、基板Ｂと、Ｆ軸集束レンズＦＬと、Ｓ軸集光レンズＳＬとを備えている。ＬＤモジュール１’においては、ＬＤチップＬＤｉと、Ｆ軸コリメートレンズＦＡＣｉと、Ｓ軸コリメートレンズＳＡＣｉと、ミラーＭｉ’とからなる光学系が単位光学系を構成している。

また、図１０（ａ）に示すように、ＬＤチップＬＤ１〜ＬＤ１０、Ｆ軸コリメートレンズＦＡＣ１〜ＦＡＣ１０、Ｓ軸コリメートレンズＳＡＣ１〜ＳＡＣ１０は、ｚｘ面に平行な複数の平面であって、高さ（ｙ軸方向の位置）の異なる複数の平面を有する階段状マウントＳの各平面上にそれぞれ載置される。なお、ここで重要なことは、ＬＤモジュール１’を構成する各光学素子の位置関係であり、各光学素子を階段状マウントＳに載置するか否かは、適宜変更することが可能である。

図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示すＬＤモジュール１’のａａ’断面をｚ軸負方向から見た断面図である。図１０（ｂ）に示すように、階段状マウントＳにおいて、ｘ軸負方向側から数えてｉ＋１番目の平面は、隣接するｉ番目の平面よりもｘ軸正方向側であって、ｉ番目の平面よりもｙ軸正方向側の平面である。したがって、階段状マウントＳの各平面の段差は、ｘ軸正方向側に進むにつれて、ｙ軸正方向側に進む（高くなる）ように構成されている。

なお、本実施形態においては、Ｎ個の単位光学系を載置するために、Ｎ個の段差の異なる平面を有する階段状マウントＳを用いる構成について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、単位光学系Ｓ１を基板Ｂ上に載置し、Ｎ−１個の段差の異なる平面を有する階段状マウントＳ’の各平面に単位光学系Ｓ２〜Ｓ１０を載置する構成としてもよい。また、基板Ｂ上に、Ｎ個の段差の異なる平面を設け、各平面に単位光学系Ｓｉを載置する構成としてもよい。

階段状マウントＳ、ミラーＭ１’〜Ｍ１０’、Ｆ軸集束レンズＦＬ、及びＳ軸集光レンズＳＬは、何れも、直接、又は、不図示のマウントを介して基板Ｂ上に載置される。

ミラーＭｉ’は、ＬＤチップＬＤｉから出射されｚ軸負方向から入射した各出力ビームの伝搬方向を、略ｘ軸負方向に変換する。そのため、各ミラーＭｉ’はｙ軸方向の長さが、基板ＢからＬＤチップＬＤｉから出射された出力ビームと平行な平面までの距離よりも長いミラーを用いる。

そのため、ミラーＭｉ’は、ｚｘ面と平行な面であってＬＤチップＬＤｉから出射された出力ビームと平行な平面上において、ミラーＭｉ’に入射する出力ビームの光軸と、ミラーＭｉ’の反射面との成す角が４５°になるように配置される。また、ＬＤチップＬＤｉからミラーＭｉ’までのｚ軸方向の距離は一定である。したがって、ＬＤチップＬＤｉからｚ軸正方向に出射された各出力ビームの光軸は、ｘｙ面に平行な平面内でｙ軸に沿って並ぶことになる。

図１０（ｃ）に示すように、本実施形態においては、各ミラーＭｉ’をｙ軸に対して微小に傾斜させて配置する。各ミラーＭｉ’は傾斜角度を維持するために、固定具Ｆ（例えば接着剤などであってもよい）により基板Ｂ上に固定される。また、ミラーＭ１’〜Ｍ１０’のｙ軸に対する傾斜角度を、各出力ビームの光軸がＦ軸集束レンズＦＬによらずとも１点で交差するように設定する。

第１の実施形態と同様に、各ミラーＭｉ’によって反射された各出力ビームは、Ｆ軸集束レンズＦＬ、Ｓ軸集光レンズＳＬを透過した後、光ファイバＯＦの入射端面において結合される。

なお、本実施形態においては、ｙ軸方向の長さが互いに異なるミラーＭ１’〜Ｍ１０’を用いる場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ミラーＭ１’〜Ｍ１０’をｙ軸方向の長さが互いに異なるサブマウント上に載置することにより、同じサイズのミラーＭ１’〜Ｍ１０’を用いることができる。

本実施形態においては、上記のような構成を採用することにより、各ＬＤチップＬＤｉから出射される出力ビームの光路上に配置するミラーを１枚のみにすることができる。したがって、ＬＤチップＬＤｉから出射し、光ファイバＯＦの入射端面に伝搬するまでの光路長を短縮することができる。また、部材をひとつ減らすことができるので、コストを安くすることができ、また、光学調整を簡単化することができる。

なお、本実施形態の変形例として、第１の実施形態に係るＬＤモジュール１の変形例と同様に、ＬＤチップＬＤｉから出射される出力ビームを集光させながら光ファイバＯＦに結合させる構成としてもよい。

上記の場合には、各出力ビームの集光点と、各出力ビームが交差する交差点とを一致させることができる。したがって、本実施形態に係るＬＤモジュール１’において、出力ビーム束の光ファイバＯＦへの結合効率を向上させることができる。

＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態に係るＬＤモジュール１”について、図面に基づいて説明すれば以下の通りである。なお、上述した第１の実施形態と共通する各部材には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

〔ＬＤモジュール１”の構成〕
本実施形態に係るＬＤモジュール１”の構成について、図１１を参照して説明する。図１１は、ＬＤモジュール１”の構成を示す平面図である。

本実施形態に係るＬＤモジュール１”は、Ｎ個のＬＤチップＬＤ１〜ＬＤ１０から出射されたレーザビームを光ファイバＯＦに結合するためのものである。なお、本実施形態に係るＬＤモジュール１”においても、Ｎ＝１０の場合に限定されない（Ｎは２以上の任意の自然数であり得る）。

本実施形態においては、ミラーを使用せず、各ＬＤチップＬＤｉを、ｚ軸に対して互いに異なる傾斜角度で傾斜させるように、ｙ軸方向に積層する構成が採用されている。

したがって、ＬＤモジュール１”は、図１１に示すように、Ｎ個のＬＤチップＬＤ１〜ＬＤ１０の他に、Ｎ個のＦ軸コリメートレンズＦＡＣ１〜ＦＡＣ１０と、Ｎ個のＳ軸コリメートレンズＳＡＣ１〜ＳＡＣ１０と、Ｎ個の補助基板Ｂ１〜Ｍ１０と、基板Ｂと、Ｆ軸集束レンズＦＬと、Ｓ軸集光レンズＳＬとを備えている。

また、図１１に示すように、ＬＤチップＬＤ１〜Ｌ１０、Ｆ軸コリメートレンズＦＡＣ１〜ＦＡＣ１０、Ｓ軸コリメートレンズＳＡＣ１〜ＳＡＣ１０は、補助基板Ｂ１〜Ｂ１０にそれぞれ載置される。すなわち、単位光学系Ｓｉは補助基板Ｂｉにそれぞれ載置される。この際、各ＬＤチップＬＤｉから略ｚ軸正方向に伝搬する各出力ビームの光軸を、ｘｙ面に平行な面内でｙ軸に沿って並ぶように、補助基板Ｂｉ上に載置する単位光学系Ｓｉのｘ軸方向の位置を一定に揃える。

補助基板Ｂ１〜Ｂ１０、Ｆ軸集束レンズＦＬ、及びＳ軸集光レンズＳＬは、何れも、直接、又は、不図示のマウントを介して基板Ｂ上に載置される。

なお、本実施形態においては、各ＬＤチップＬＤｉの傾斜角度の調整を容易にするために、単位光学系Ｓ’ｉ（図２に示す単位光学系Ｓｉから２連ミラーＭｉを省いたもの）を基板Ｂ上に載置された補助基板Ｂｉに載置する構成を採用しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、単位光学系Ｓ’ｉを、補助基板Ｂｉを介さず基板Ｂ上に載置する構成としてもよい。

本実施形態においては、ミラーを使用しないため、各ＬＤチップＬＤｉから出射された各出力ビームは、Ｆ軸コリメートレンズＦＡＣｉおよびＳ軸コリメートレンズＳＡＣｉと透過し、Ｆ軸集束レンズＦＬに入射する。この際、補助基板Ｂｉのｚ軸に対する傾斜角度を、各出力ビームの光軸がＦ軸集束レンズＦＬによらずとも１点で交差するように設定する。

第１の実施形態と同様に、Ｆ軸集束レンズＦＬに入射した各出力ビームは、Ｓ軸集光レンズＳＬを透過した後、光ファイバＯＦの入射端面において結合される。

本実施形態においては、上記のような構成を採用することにより、各ＬＤチップＬＤｉから出射される出力ビームの光路上にミラーを配置する必要がない。そのため、ＬＤチップＬＤｉから出射し、光ファイバＯＦの入射端面に伝搬するまでの光路長を短縮することができるという効果を奏する。したがって、本実施形態に係るＬＤモジュール１”の筐体を小型化することができる。

なお、本実施形態の変形例として、第１の実施形態に係るＬＤモジュール１の変形例と同様に、ＬＤチップＬＤｉから出射される出力ビームを集光させながら光ファイバＯＦに結合させる構成としてもよい。

上記の場合には、各出力ビームの集光点と、各出力ビームが交差する交差点とを一致させることができる。したがって、本実施形態に係るＬＤモジュール１”において、出力ビーム束の光ファイバＯＦへの結合効率を向上させることができる。

〔付記事項〕
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、ＬＤモジュールに好適に利用することができる。特に、ＬＤチップを光源とするＬＤモジュールに好適に利用することができる。

１ ＬＤモジュール
ＬＤ１〜ＬＤ１０ ＬＤチップ
ＦＡＣ１〜ＦＡＣ１０ Ｆ軸コリメートレンズ
ＳＡＣ１〜ＳＡＣ１０ Ｓ軸コリメートレンズ
Ｍ１〜Ｍ１０ ２連ミラー
Ｍｉ１ 第１ミラー
Ｓ１ 反射面（第１反射面）
Ｍｉ２ 第２ミラー
Ｓ２ 反射面（第２反射面）
Ｂ 基板
ＦＬ Ｆ軸集束レンズ
ＳＬ Ｓ軸集光レンズ

Claims (9)

1. 光軸が第１の平面に含まれる複数のレーザビームからなるビーム束であって、各レーザビームのＦ軸が上記第１の平面と直交しないビーム束を出力する出力部と、上記出力部から出力されたビーム束を集束する集束レンズと、を備えており、
   上記出力部から出力されたビーム束であって、上記集束レンズにより集束される前のビーム束を構成する各レーザビームの光軸の延長が１点で交差し、上記集束レンズにより集束された後のビーム束を構成する各レーザビームが交差する交差点が、上記集束レンズの焦点よりも上記集束レンズに近い位置に形成される合波装置において、
   上記出力部は、
   光軸が第２の平面に含まれる複数のレーザビームからなるビーム束を生成するＬＤチップ群と、
   上記ＬＤチップ群により生成されたビーム束を構成する各レーザビームを反射するミラーからなるミラー群であって、各ミラーにより反射された各レーザビームの光軸の延長が１点で交差するように各ミラーの反射面の向きが調整されたミラー群と、を備えており、
   上記ミラー群を構成する各ミラーにより反射されたレーザビームは、その光軸が上記第１の平面に含まれ、そのＦ軸が上記第１の平面と直交せず、
   （１）上記ビーム束を構成する各レーザビームの、上記ＬＤチップ群から上記ミラー群までの光路上に配置されたＦ軸コリメートレンズであって、該レーザビームのＦ軸方向のビーム広がりをコリメートする位置を基準として、該レーザビームの伝播方向にオフセットされたＦ軸コリメートレンズを更に備えており、各レーザビームの光路上に配置された上記Ｆ軸コリメートレンズのオフセットの量が、該レーザビームのＦ軸方向のビーム径を上記交差点において最小化するように個別に設定されているか、又は、（２）上記ビーム束を構成する各レーザビームの、上記ＬＤチップ群から上記ミラー群までの光路上に配置されたＦ軸コリメートレンズであって、該レーザビームのＦ軸方向のビーム広がりをコリメートする位置を基準として、該レーザビームの伝播方向にオフセットされたＦ軸コリメートレンズと、上記ビーム束を構成する各レーザビームの、上記Ｆ軸コリメートレンズから上記ミラー群までの光路上に配置されたＳ軸コリメートレンズと、を更に備えており、各レーザビームの光路上に配置された上記Ｆ軸コリメートレンズのオフセットの量が一律に設定されており、各レーザビームの光路上に配置された上記Ｓ軸コリメートレンズのビーム出射側端面から上記交差点までの光路長が、該レーザビームのＦ軸方向のビーム径を上記交差点において最小化するように個別に設定されている、
   ことを特徴とする合波装置。
2. 上記ミラー群を構成する各ミラーの反射面が、該ミラーにより反射されたレーザビームのビーム径を上記交差点において最小化するように、凹面化されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の合波装置。
3. 上記ミラー群を構成する各ミラーは、特定の平面上に載置された第１ミラーと、該第１ミラー上に載置された第２ミラーとにより構成された２連ミラーであり、
   上記第１ミラーは、上記ＬＤチップ群により生成されたレーザビームを反射する第１反射面であって、その法線と上記特定の平面の法線との成す角が４５°となる第１反射面を有しており、
   上記第２ミラーは、上記第１反射面にて反射されたレーザビームを反射する第２反射面であって、その法線と上記特定の平面の法線との成す角が１３５°となる第２反射面を有しており、
   上記ミラー群を構成する各２連ミラーの上記第２ミラーにより反射されたレーザビームの光軸の延長が１点で交差するように、各２連ミラーの上記第２ミラーの向きが調整されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の合波装置。
4. 上記ミラー群を構成する各ミラーは、特定の平面上に立設された板状ミラーであり、
   上記板状ミラーは、上記ＬＤチップ群により生成されたレーザビームを反射する反射面を有しており、
   上記ミラー群を構成する各板状ミラーにより反射されたレーザビームの光軸の延長が１点で交差するように、各板状ミラーの傾きが調整されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の合波装置。
5. 上記交差点が、上記集束レンズの外部に形成される、
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の合波装置。
6. 光軸が第１の平面に含まれるレーザビームＬｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）（ｎは２以上の自然数）を生成するＬＤチップＬＤｉからなるＬＤチップ群であって、レーザビームＬ１，Ｌ２，…，Ｌｎからなる第１ビーム束を生成するＬＤチップ群と、
   上記第１ビーム束を構成する各レーザビームＬｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）を、光軸が第２の平面に含まれ、Ｆ軸が上記第２の平面と直交しないレーザビームＬｉ”に変換する２連ミラーＭｉからなるミラー群であって、上記第１ビーム束をレーザビームＬ１”，Ｌ２”，…，Ｌｎ”からなる第２ビーム束に変換するミラー群と、
   上記第２ビーム束を集束する集束レンズと、を備え、
   上記ミラー群を構成する各２連ミラーＭｉは、特定の平面上に載置され、上記第１ビーム束を構成するレーザビームＬｉを反射することによって、該レーザビームＬｉをレーザビームＬｉ’に変換する第１反射面を有する第１ミラーと、上記第１ミラー上に載置され、上記第１反射面にて反射されたレーザビームＬｉ’を反射することによって、該レーザビームＬｉ’を上記第２ビーム束を構成するレーザビームＬｉ”に変換する第２反射面を有する第２ミラーとにより構成されており、
   上記ミラー群を構成する各２連ミラーＭｉにおいて、上記第１ミラーの向きは、上記第１反射面の法ベクトルの上記特定の平面への射影が上記第１ビーム束を構成するレーザビームＬｉの進行方向と反対方向を向くように設定され、上記第２ミラーの向きは、上記第１反射面の法ベクトルの上記特定の平面への射影と上記第２反射面の法ベクトルの上記特定の平面への射影との成す角が２連ミラーＭｉ毎に異なり、かつ、上記集束レンズにより集束される前の上記第２ビーム束を構成するレーザビームＬ１”，Ｌ２”，…，Ｌｎ”の光軸の延長が１点で交差するように設定されており、
   上記集束レンズにより集束された後の上記第２ビーム束を構成するレーザビームＬ１”，Ｌ２”，…，Ｌｎ”が交差する交差点は、上記集束レンズの焦点よりも上記集束レンズに近い位置に形成されている、
   ことを特徴とする合波装置。
7. 各２連ミラーＭｉにおいて、上記第１反射面の法ベクトルと上記特定の平面の法ベクトルとの成す角は、４５°に設定されており、上記第２反射面の法ベクトルと上記特定の平面の上記法ベクトルとの成す角は、１３５°に設定されている、
   ことを特徴とする請求項６に記載の合波装置。
8. 合波装置の製造方法であって、
   上記合波装置は、光軸が第１の平面に含まれるレーザビームＬｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）（ｎは２以上の自然数）を生成するＬＤチップＬＤｉからなるＬＤチップ群であって、レーザビームＬ１，Ｌ２，…，Ｌｎからなる第１ビーム束を生成するＬＤチップ群と、上記第１ビーム束を構成する各レーザビームＬｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）を、光軸が第２の平面に含まれ、Ｆ軸が上記第２の平面と直交しないレーザビームＬｉ”に変換する２連ミラーＭｉからなるミラー群であって、上記第１ビーム束をレーザビームＬ１”，Ｌ２”，…，Ｌｎ”からなる第２ビーム束に変換するミラー群と、上記第２ビーム束を集束する集束レンズと、を備え、
   上記ミラー群を構成する各２連ミラーＭｉは、特定の平面上に載置され、上記第１ビーム束を構成するレーザビームＬｉを反射することによって、該レーザビームＬｉをレーザビームＬｉ’に変換する第１反射面を有する第１ミラーと、上記第１ミラー上に載置され、上記第１反射面にて反射されたレーザビームＬｉ’を反射することによって、該レーザビームＬｉ’を上記第２ビーム束を構成するレーザビームＬｉ”に変換する第２反射面を有する第２ミラーとにより構成されており、
   当該製造方法は、上記ミラー群を構成する各２連ミラーＭｉについて、上記第１ミラーの向きを、上記第１反射面の法ベクトルの上記特定の平面への射影が上記第１ビーム束を構成するレーザビームＬｉの進行方向と反対方向を向くように設定する工程と、上記第２ミラーの向きを、上記第１反射面の法ベクトルの上記特定の平面への射影と上記第２反射面の法ベクトルの上記特定の平面への射影との成す角が２連ミラーＭｉ毎に異なり、かつ、上記集束レンズにより集束される前の上記第２ビーム束を構成するレーザビームＬ１”，Ｌ２”，…，Ｌｎ”の光軸の延長が１点で交差するように設定する工程と、を含み、
   上記合波装置において、上記集束レンズにより集束された後の上記第２ビーム束を構成するレーザビームＬ１”，Ｌ２”，…，Ｌｎ”が交差する交差点は、上記集束レンズの焦点よりも上記集束レンズに近い位置に形成されている、
   ことを特徴とする合波装置の製造方法。
9. 請求項１〜７の何れか１項に記載の合波装置と、上記交差点に入射端面が配置された光ファイバと、を備えている、
   ことを特徴とするＬＤモジュール。