JP6145194B2 - Ldモジュール - Google Patents
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Description
LDチップ端面に形成されるミラーの反射率をR1,R2とし、共振器長をLとすると、ミラー損失αmは、下記式(2)で表すことができる。
したがって、光取り出し効率η=αm/g=αm/(αwg+αm)は、下記式(3)で表すことができる。
=ln(1/(R1・R2))/(2L・αwg+ln(1/(R1・R2)))
・・・(3)
上記式(3)によれば、共振器長Lを長くすると、光取り出し効率ηが低下することが分かる。これは、共振器長Lを長くすると、電気光変換効率が低下することを意味する。
本発明の第1の実施形態に係るLDモジュール1について、図1を参照して説明する。図1において、(a)は、LDモジュール1の平面図であり、(b)は、LDモジュール1の側面図であり、(c)は、LDモジュール1のAA’断面の矢視断面図であり、(d)は、LDモジュール1のBB’断面の矢視断面図である。
本発明の第2の実施形態に係るLDモジュール2について、図2を参照して説明する。図2は、LDモジュール2の平面図である。
本発明の第3の実施形態に係るLDモジュール3について、図3を参照して説明する。図3は、LDモジュール3の平面図である。
最後に、上述したLDモジュール1,2,3が備えるLD11,21a〜c,31a〜c(以下、単に「LD」と記載)の活性層幅(エミッタ幅)のより好ましい値について、図5を参照して説明する。
上記の式を用いることにより、LD出射端面における活性層幅Wを、LDから出力されるレーザ光のビームパラメータ積が、光ファイバのビームパラメータ積よりも小さくなるように、あるいは、光ファイバのビームパラメータ積の(1/2)1/2倍よりも小さくなるように、設計段階で定めることができる。
本実施形態に係るLDモジュールは、活性層を有するマルチモードレーザダイオードであって、出射端面からレーザ光を出射するマルチモードレーザダイオードと、コアを有するマルチモードファイバであって、入射端面から上記レーザ光が入射するマルチモードファイバと、上記マルチモードレーザダイオードと上記マルチモードファイバとの間に介在する光学系と、を備え、上記マルチモードレーザダイオードのエミッタ幅は、上記マルチモードファイバの上記入射端面における上記コアの直径よりも大きく、上記光学系は、上記マルチモードファイバの上記入射端面における上記レーザ光のビーム径が、上記マルチモードファイバの上記入射端面における上記コアの直径よりも小さくなるように、上記レーザ光を収束する、ことを特徴とする。
=ηi×(I−Ith)×hν×η/I×(Vth+Rd×I)
=ηi×(J−Jth)×hν×S×η/(J・S×Vth+(J・S)2×ρ/S)
=ηi×(J−Jth)×hν×η/(J×Vth+J2×ρ) ・・・(4)
ここで、ηiは注入効率、Iは駆動電流、Ithは閾値電流、hνは光子のエネルギー、ηは光取り出し効率、Vthは閾値電圧、Rdは微分抵抗、Jは駆動電流密度、Jthは閾値電流密度、Sは有効断面積である。
マルチモードレーザダイオードでは、活性層幅(エミッタ幅)を広げると、ビームウエスト半径ω0/2が活性層幅に応じて大きくなるので、BPPが大きくなる。すなわち、ビームの光ファイバへの結合効率が低下する。しかしながら、ビーム発散角は、LDの熱レンズ効果で代表されるように、活性層領域の温度によって値が変化する。
すなわち、活性層幅を拡げることによって、活性層で生じる発熱を低減させ、ビーム発散角を小さくすることができれば、活性層幅を拡げてビームウエスト半径が大きくなるとしても、BPPが大きくなることを抑制することができる。すなわち、活性層幅Wを拡げることで、光の結合効率を犠牲にすることなく信頼性を向上させることが可能になる。上述した内容と組み合わせると、活性層幅を拡げることでモジュール全体の電力変換効率を犠牲にせずに信頼性を向上させることが可能になる。
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。
11,21a〜c,31a〜c LD(マルチモードレーザダイオード)
11S 出射端面
111 活性層
12、22、32 光ファイバ(マルチモードファイバ)
12S 入射端面
121 コア
13,23,33 光学系
131,231a〜c,331a〜c S軸コリメートレンズ(コリメートレンズ)
132,232,332 S軸集光レンズ(集光レンズ)
233a〜c,333a〜c F軸コリメートレンズ(コリメートレンズ)
234,334 F軸集光レンズ(集光レンズ)
336a〜c,336 2連ミラー
Claims (4)
- 活性層を有するマルチモードレーザダイオードであって、出射端面からレーザ光を出射するマルチモードレーザダイオードと、コアを有するマルチモードファイバであって、入射端面から上記レーザ光が入射するマルチモードファイバと、上記マルチモードレーザダイオードと上記マルチモードファイバとの間に介在する光学系と、を備え、
上記マルチモードレーザダイオードのエミッタ幅は、上記マルチモードファイバの上記入射端面における上記コアの直径よりも大きく、
上記光学系は、上記マルチモードレーザダイオードから出射された、発散光である上記レーザ光を、上記活性層と平行な面内で屈折させ、平行光に変換するコリメートレンズ、及び、上記コリメートレンズから出射された上記平行光を収束光に変換する集光レンズを有し、上記マルチモードファイバの上記入射端面における上記レーザ光のビーム径が、上記マルチモードファイバの上記入射端面における上記コアの直径よりも小さくなるように、上記レーザ光を収束し、
上記マルチモードレーザダイオードは、出力するレーザ光のビームパラメータ積が上記エミッタ幅の関数として極小値を持つように構成され、当該極小値が上記マルチモードファイバのビームパラメータ積以下となるマルチモードレーザダイオードであり、上記エミッタ幅は、上記マルチモードレーザダイオードから出力されるレーザ光のビームパラメータ積が上記マルチモードファイバのビームパラメータ積以下になるように設定されている、
ことを特徴とするLDモジュール。 - 上記エミッタ幅は、上記マルチモードレーザダイオードから出力されるレーザ光のビームパラメータ積が上記マルチモードファイバのビームパラメータ積の略(1/2)1/2になるように設定されている、
ことを特徴とする請求項1に記載のLDモジュール。 - 上記マルチモードファイバは、その中心軸が上記マルチモードレーザダイオードから出射されるレーザ光の光軸と直交するように配置されており、
当該LDモジュールは、上記マルチモードレーザダイオードから出射されるレーザ光を反射し、上記マルチモードファイバへと導くミラーを備えている、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のLDモジュール。 - 上記ミラーは、基板上に載置された第1ミラーであって、上記マルチモードレーザダイオードから出射された上記レーザ光を反射する第1反射面を有する第1ミラー、及び、上記第1ミラー上に載置された第2ミラーであって、上記第1反射面にて反射された上記レーザ光を反射する第2反射面を有する第2ミラーにより構成された2連ミラーである、
ことを特徴とする請求項3に記載のLDモジュール。
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