JP6798295B2

JP6798295B2 - 光モジュール

Info

Publication number: JP6798295B2
Application number: JP2016238693A
Authority: JP
Inventors: 隆俊池上
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2016-12-08
Filing date: 2016-12-08
Publication date: 2020-12-09
Anticipated expiration: 2036-12-08
Also published as: JP2018098256A

Description

本発明は、光モジュールに関するものである。

ベース部材上に半導体レーザ素子を配置した光モジュールが知られている（たとえば、特許文献１〜４参照）。このような光モジュールは、表示装置、光ピックアップ装置、光通信装置など、種々の装置の光源として用いられる。

特開２００９−９３１０１号公報特開２００７−３２８８９５号公報特開２００７−１７９２５号公報特開２００７−６５６００号公報

上記光モジュールにおいては、ベース部材上に半導体レーザ素子のほか、半導体レーザ素子からの光の偏波状態の制御、光路の制御などを目的として偏光子が配置される場合がある。このような場合、半導体レーザ素子からの光の偏光子における損失を低減することが求められる。

そこで、偏光子における半導体レーザ素子からの光の損失を低減することが可能な光モジュールを提供することを目的の１つとする。

本発明に従った光モジュールは、第１搭載面を有するベース部材と、第１搭載面上に配置され、第１支持面を有する第１支持部材と、第１支持面上に配置される第１半導体レーザ素子と、ベース部材上に配置され、第１半導体レーザ素子からの光を透過する偏光子と、を備える。第１支持面は、偏光子の透過軸と第１半導体レーザ素子からの光の偏波方向とのなす角が小さくなるように、第１搭載面に対して傾斜している。

上記光モジュールによれば、偏光子における半導体レーザ素子からの光の損失を低減することが可能な光モジュールを提供することができる。

光モジュールの構造を示す概略斜視図である。光モジュールの構造を示す概略斜視図である。光モジュールの構造を示す概略平面図である。第１赤色レーザダイオードの支持状態を示す概略断面図である。第２赤色レーザダイオードの支持状態を示す概略断面図である。第１赤色レーザダイオードの支持状態の変形例を示す概略断面図である。

［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。本願の光モジュールは、第１搭載面を有するベース部材と、第１搭載面上に配置され、第１支持面を有する第１支持部材と、第１支持面上に配置される第１半導体レーザ素子と、ベース部材上に配置され、第１半導体レーザ素子からの光を透過する偏光子と、を備える。第１支持面は、偏光子の透過軸と第１半導体レーザ素子からの光の偏波方向とのなす角が小さくなるように、第１搭載面に対して傾斜している。

一般に、半導体レーザ素子は、半導体基板と、当該半導体基板上に形成されたエピ層とを有する半導体積層体を含む。そして、半導体レーザ素子の偏波方向は、半導体積層体の積層方向に垂直な方向に沿った方向となる。そのため、たとえば半導体レーザ素子から出射される光を、ベース部材の搭載面に平行な透過軸を有する偏光子を透過させる場合、搭載面に平行な支持面を有する支持部材の支持面上に、半導体積層体の厚み方向と支持面とが垂直となるように、半導体レーザ素子が配置される。

しかし、このようなベース部材上における半導体レーザ素子および偏光子の配置が、偏光子における半導体レーザ素子からの光の損失を増大させていることに本発明者は着眼した。具体的には、以下のような理由により偏光子における光の損失が増大している。

半導体レーザ素子を構成する半導体積層体は、半導体基板上にエピ層が形成された構造を有する。エピ層は、半導体基板上に半導体層がエピタキシャル成長により積層されて形成される。このとき、たとえばｃ軸方向に結晶を成長させる場合、良好なステップフロー成長を維持して高品質な結晶からなる半導体層を成長させるために、基板を構成する結晶のｃ面に対して傾斜した主面を有する基板（オフ角を有する基板）が準備され、当該主面上に半導体層が積層される。その結果、半導体積層体の厚み方向は、結晶のｃ軸方向に対してオフ角の分だけ傾斜する。そして、このような半導体レーザ素子が、上記搭載面に平行な支持面を有する支持部材の支持面上に、半導体積層体の厚み方向と支持面とが垂直となるように配置されると、半導体レーザ素子からの光の偏光方向がオフ角の分だけ偏光子の透過軸に対して傾斜する。その結果、本来透過すべき半導体レーザ素子からの光の一部が偏光子において遮断され、光の損失が増大する。

これに対し、本願の光モジュールにおいては、第１半導体レーザ素子を支持する第１支持部材の第１支持面が、偏光子の透過軸と第１半導体レーザ素子からの光の偏波方向とのなす角が小さくなるように、第１搭載面に対して傾斜している。そのため、偏光子において遮断される光の量が減少し、光の損失が低減される。このように、本願の光モジュールによれば、偏光子における半導体レーザ素子からの光の損失を低減することが可能な光モジュールを提供することができる。

ここで、第１半導体レーザ素子からの光を透過する偏光子とは、第１半導体レーザ素子からの出射光の大半、具体的には９０％以上、好ましくは９９％以上を透過させつつ、出射光にわずかに含まれる偏光方向の異なる光を遮断する偏光子を意味する。

上記光モジュールは、第１半導体レーザ素子からの光を透過する出射窓を有し、ベース部材、第１支持部材、第１半導体レーザ素子および偏光子を取り囲む保護部材をさらに備えていてもよい。このように、１つのパッケージ内に上記ベース部材、第１支持部材、第１半導体レーザ素子および偏光子を配置した構造とすることにより、光モジュールの取り扱いを容易にすることができる。

上記光モジュールにおいて、第１半導体レーザ素子は、赤色の光を出射する赤色半導体レーザ素子であってもよい。赤色半導体レーザ素子の製造においては、比較的オフ角の大きい基板が採用される場合が多い。そのため、上述のようにオフ角に起因する光の損失を低減可能な本願の光モジュールは、赤色半導体レーザ素子を含む光モジュールに好適である。

上記光モジュールは、ベース部材上に配置され、緑色の光を出射する緑色半導体レーザ素子と、ベース部材上に配置され、青色の光を出射する青色半導体レーザ素子と、ベース部材上に配置され、赤色半導体レーザ素子からの光、緑色半導体レーザ素子からの光および青色半導体レーザ素子からの光を合波する合波フィルタをさらに備えていてもよい。このようにすることにより、所望の色の光を形成することが容易となる。

上記光モジュールにおいて、ベース部材は、第２搭載面をさらに有していていもよい。光モジュールは、第２搭載面上に配置され、第２支持面を有する第２支持部材と、第２支持面上に配置され、出射光が偏光子において反射する第２半導体レーザ素子と、をさらに備えていてもよい。そして、第２支持面は、偏光子の透過軸と第２半導体レーザ素子からの光の偏波方向とのなす角が９０°に近づくように、第２搭載面に対して傾斜していてもよい。このようにすることにより、第２半導体レーザ素子からの光のうち、偏光子において反射されずに透過する光の量を減少させることができる。

ここで、第２半導体レーザ素子からの光が偏光子において反射される状態とは、偏光子が、第２半導体レーザ素子からの出射光の大半、具体的には９０％以上、好ましくは９９％以上を反射させつつ、出射光にわずかに含まれる偏光方向の異なる光を透過する状態を意味する。

上記光モジュールにおいて、第１半導体レーザからの光の波長と第２半導体レーザからの光の波長との差は３０ｎｍ以下であってもよい。偏光子は、第１半導体レーザ素子からの光と第２半導体レーザ素子からの光とを合波する偏波合成フィルタであってもよい。このようにすることにより、波長の差の小さい第１半導体レーザ素子および第２半導体レーザ素子からの光を、偏波合成フィルタにおける損失を抑制しつつ合波した光を得ることができる。

［本願発明の実施形態の詳細］
次に、本発明にかかる光モジュールの一実施の形態を、図１〜図５を参照しつつ説明する。図２は、図１のキャップ４０を取り外した状態に対応する図である。以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

図１および図２を参照して、本実施の形態における光モジュール１は、平板状の形状を有するステム１０と、ステム１０の一方の主面１０Ａ上に配置され、光を形成する光形成部２０と、光形成部２０を覆うようにステム１０の一方の主面１０Ａ上に接触して配置されるキャップ４０と、ステム１０の他方の主面１０Ｂ側から一方の主面１０Ａ側まで貫通し、一方の主面１０Ａ側および他方の主面１０Ｂ側の両側に突出する複数のリードピン４５とを備えている。ステム１０とキャップ４０とは、たとえば溶接されることにより気密状態とされている。すなわち、光形成部２０は、ステム１０とキャップ４０とによりハーメチックシールされている。ステム１０とキャップ４０とにより取り囲まれる空間には、たとえば乾燥空気などの水分が低減（除去）された気体が封入されている。キャップ４０には、光形成部２０からの光を透過する出射窓４１が形成されている。出射窓４１は主面が互いに平行な平板状の形状を有していてもよいし、光形成部２０からの光を集光または拡散させるレンズ形状を有していてもよい。ステム１０およびキャップ４０は、保護部材を構成する。

図２および図３を参照して、光形成部２０は、板状の形状を有するベース部材であるベース板６０を含む。ベース板６０は、長方形状の平面形状を有する。ベース板６０の一方側の表面である搭載面６０Ａの一の長辺に対応する領域に沿って５つの半導体レーザ素子が配置される。

具体的には、上記搭載面６０Ａにおいて一の長辺の一方の端部に対応する領域に、第１チップ搭載領域６１が配置される。第１チップ搭載領域６１は、周囲の領域に比べてベース板６０の厚みが大きい直方体状の領域である。その結果、第１チップ搭載領域６１の高さは、周囲の領域に比べて高くなっている。第１チップ搭載領域６１上には、平板状の第１サブマウント７１が配置されている。そして、第１サブマウント７１上に、半導体レーザ素子である第１赤色レーザダイオード５１が配置されている。

ベース板６０の第１チップ搭載領域６１から見て第１赤色レーザダイオード５１の出射方向に隣接する領域には、第１受光素子としての第１フォトダイオード９１が配置されている。第１フォトダイオード９１は、受光面９１Ａを有する。

ベース板６０の一方の主面の一の長辺に対応する領域において、第１チップ搭載領域６１に隣接する搭載面６０Ａ上には、第１ベースブロック６２が配置される。第１ベースブロック６２は、互いに平行な第１保持面６２Ａと第２保持面６２Ｂとを含む階段状のブロックである。上段面が第１保持面６２Ａであり、下段面が第２保持面６２Ｂである。第１保持面６２Ａおよび第２保持面６２Ｂは、ベース板６０の搭載面６０Ａに交差する（直交する）面である。

第１保持面６２Ａ上には、平板状の第２サブマウント７２が配置されている。第１チップ搭載領域６１において第１サブマウント７１が配置される面を含む平面と、第１保持面６２Ａを含む平面とは、交差する。第１チップ搭載領域６１において第１サブマウント７１が配置される面を含む平面と、第１保持面６２Ａを含む平面とは、直交する。そして、第２サブマウント７２上に、半導体レーザ素子である第２赤色レーザダイオード５２が配置されている。第１赤色レーザダイオード５１と第２赤色レーザダイオード５２との発振波長の差は１０ｎｍ以下である。第１赤色レーザダイオード５１および第２赤色レーザダイオード５２は、いずれも赤色の光（レーザ光）を出射する。

第２保持面６２Ｂ上には、ワイヤポスト１０３が配置される。ワイヤポスト１０３は、たとえば絶縁体からなるベース体の表面に導体である金属が蒸着された構造を有する。より具体的には、ワイヤポスト１０３は、柱状の形状を有するベース体と、ベース体の互いに交差する少なくとも２つの面にわたって形成される導体膜とを含む。また、第２保持面６２Ｂ上には、第２受光素子としての第２フォトダイオード９２が配置されている。第２フォトダイオード９２は、受光面９２Ａを有する。受光面９１Ａを含む平面と受光面９２Ａを含む平面とは交差する。より具体的には、受光面９１Ａを含む平面と受光面９２Ａを含む平面とは直交する。第２フォトダイオード９２は、第２赤色レーザダイオード５２から見て、光の出射方向に隣接する領域に配置される。

第１ベースブロック６２は、第３保持面６２Ｃを含む。第３保持面６２Ｃは、第１保持面６２Ａおよび第２保持面６２Ｂに交差（直交）する面である。第３保持面６２Ｃは、ベース板６０の搭載面６０Ａに沿う（平行な）面である。第３保持面６２Ｃ上には、アイランド１０４が配置される。アイランド１０４は、たとえば絶縁体からなるベース体の表面に導体である金属が蒸着された構造を有する。より具体的には、アイランド１０４は、板状の形状を有するベース体と、ベース体の表面に形成された導体膜とを含む。

ベース板６０の一方の主面（搭載面６０Ａ）の一の長辺に対応する領域において、第２チップ搭載領域である第１ベースブロック６２から見て第１チップ搭載領域６１とは反対側に、第３チップ搭載領域６３が配置される。第３チップ搭載領域６３は、周囲の領域に比べてベース板６０の厚みが大きい直方体状の領域である。その結果、第３チップ搭載領域６３の高さは、周囲の領域に比べて高くなっている。第３チップ搭載領域６３上には、平板状の第３サブマウント７３が配置されている。第３チップ搭載領域６３において第３サブマウント７３が配置される面を含む平面と、第１保持面６２Ａを含む平面とは、交差する。より具体的には、第３チップ搭載領域６３において第３サブマウント７３が配置される面を含む平面と、第１保持面６２Ａを含む平面とは、直交する。そして、第３サブマウント７３上に、半導体レーザ素子である第１緑色レーザダイオード５３が配置されている。

ベース板６０の第３チップ搭載領域６３から見て第１緑色レーザダイオード５３の出射方向に隣接する領域には、第３受光素子としての第３フォトダイオード９３が配置されている。第３フォトダイオード９３は、受光面９３Ａを有する。受光面９２Ａを含む平面と受光面９３Ａを含む平面とは交差する。より具体的には、受光面９２Ａを含む平面と受光面９３Ａを含む平面とは直交する。

ベース板６０の一方の主面の一の長辺に対応する領域において、第３チップ搭載領域６３から見て第１ベースブロック６２とは反対側に隣接する搭載面６０Ａ上には、第４チップ搭載領域としての第２ベースブロック６４が配置される。第２ベースブロック６４は、互いに平行な第１保持面６４Ａと第２保持面６４Ｂとを含む階段状のブロックである。上段面が第１保持面６４Ａであり、下段面が第２保持面６４Ｂである。第１保持面６４Ａおよび第２保持面６４Ｂは、ベース板６０の搭載面６０Ａに交差する（直交する）面である。

第１保持面６４Ａ上には、平板状の第４サブマウント７４が配置されている。第３チップ搭載領域６３において第３サブマウント７３が配置される面を含む平面と、第１保持面６４Ａを含む平面とは、交差する。第３チップ搭載領域６３において第３サブマウント７３が配置される面を含む平面と、第１保持面６４Ａを含む平面とは、直交する。そして、第４サブマウント７４上に、半導体レーザ素子である第２緑色レーザダイオード５４が配置されている。第１緑色レーザダイオード５３と第２緑色レーザダイオード５４との発振波長の差は１０ｎｍ以下である。第１緑色レーザダイオード５３および第２緑色レーザダイオード５４は、いずれも緑色の光（レーザ光）を出射する。

第２保持面６４Ｂ上には、ワイヤポスト１０１が配置される。ワイヤポスト１０１は、たとえば絶縁体からなるベース体の表面に導体である金属が蒸着された構造を有する。より具体的には、ワイヤポスト１０１は、柱状の形状を有するベース体と、ベース体の互いに交差する少なくとも２つの面にわたって形成される導体膜とを含む。また、第２保持面６４Ｂ上には、第４受光素子としての第４フォトダイオード９４が配置されている。第４フォトダイオード９４は、受光面９４Ａを有する。受光面９３Ａを含む平面と受光面９４Ａを含む平面とは交差する。より具体的には、受光面９３Ａを含む平面と受光面９４Ａを含む平面とは直交する。第４フォトダイオード９４は、第２緑色レーザダイオード５４から見て、光の出射方向に隣接する領域に配置される。

第２ベースブロック６４は、第３保持面６４Ｃを含む。第３保持面６４Ｃは、第１保持面６４Ａおよび第２保持面６４Ｂに交差（直交）する面である。第３保持面６４Ｃは、ベース板６０の搭載面６０Ａに沿う（平行な）面である。第３保持面６４Ｃ上には、アイランド１０２が配置される。アイランド１０２は、たとえば絶縁体からなるベース体の表面に導体である金属が蒸着された構造を有する。より具体的には、アイランド１０２は、板状の形状を有するベース体と、ベース体の表面に形成された導体膜とを含む。

ベース板６０の一方の主面（搭載面６０Ａ）の一の長辺に対応する領域において、第２ベースブロック６４から見て第３チップ搭載領域６３とは反対側に、第５チップ搭載領域６５が配置される。第５チップ搭載領域６５は、上記一の長辺の他方の端部に対応する領域に配置される。第５チップ搭載領域６５は、周囲の領域に比べてベース板６０の厚みが大きい直方体状の領域である。その結果、第５チップ搭載領域６５の高さは、周囲の領域に比べて高くなっている。第５チップ搭載領域６５上には、平板状の第５サブマウント７５が配置されている。第５チップ搭載領域６５において第５サブマウント７５が配置される面を含む平面と、第１保持面６４Ａを含む平面とは、交差する。より具体的には、第５チップ搭載領域６５において第５サブマウント７５が配置される面を含む平面と、第１保持面６４Ａを含む平面とは、直交する。そして、第５サブマウント７５上に、半導体レーザ素子である青色レーザダイオード５５が配置されている。

ベース板６０の第５チップ搭載領域６５から見て青色レーザダイオード５５の出射方向に隣接する領域には、第５受光素子としての第５フォトダイオード９５が配置されている。第５フォトダイオード９５は、受光面９５Ａを有する。受光面９４Ａを含む平面と受光面９５Ａを含む平面とは交差する。より具体的には、受光面９４Ａを含む平面と受光面９５Ａを含む平面とは直交する。

第１フォトダイオード９１、第２フォトダイオード９２、第３フォトダイオード９３、第４フォトダイオード９４および第５フォトダイオード９５は、それぞれ第１赤色レーザダイオード５１、第２赤色レーザダイオード５２、第１緑色レーザダイオード５３、第２緑色レーザダイオード５４および青色レーザダイオード５５からの光を直接受光する位置に設置される。本実施の形態においては、全てのレーザ素子のそれぞれに対応して受光素子が配置される。第１フォトダイオード９１および第２フォトダイオード９２は、赤色の光を受光可能なフォトダイオードである。第３フォトダイオード９３および第４フォトダイオード９４は、緑色の光を受光可能なフォトダイオードである。第５フォトダイオード９５は、青色の光を受光可能なフォトダイオードである。

第１フォトダイオード９１は、第１赤色レーザダイオード５１の出射方向において、第１赤色レーザダイオード５１と第１レンズ８１との間に配置される。第２フォトダイオード９２は、第２赤色レーザダイオード５２の出射方向において、第２赤色レーザダイオード５２と第２レンズ８２との間に配置される。第３フォトダイオード９３は、第１緑色レーザダイオード５３の出射方向において、第１緑色レーザダイオード５３と第３レンズ８３との間に配置される。第４フォトダイオード９４は、第２緑色レーザダイオード５４の出射方向において、第２緑色レーザダイオード５４と第４レンズ８４との間に配置される。第５フォトダイオード９５は、青色レーザダイオード５５の出射方向において、青色レーザダイオード５５と第５レンズ８５との間に配置される。

第１フォトダイオード９１から見て第１赤色レーザダイオード５１とは反対側のベース板６０上には、平板状の第１レンズ支持部８１Ｂが配置される。そして、第１レンズ支持部８１Ｂ上には、第１レンズ８１が配置される。第２フォトダイオード９２から見て第２赤色レーザダイオード５２とは反対側のベース板６０上には、平板状の第２レンズ支持部８２Ｂが配置される。そして、第２レンズ支持部８２Ｂ上には、第２レンズ８２が配置される。第３フォトダイオード９３から見て第１緑色レーザダイオード５３とは反対側のベース板６０上には、平板状の第３レンズ支持部８３Ｂが配置される。そして、第３レンズ支持部８３Ｂ上には、第３レンズ８３が配置される。第４フォトダイオード９４から見て第２緑色レーザダイオード５４とは反対側のベース板６０上には、平板状の第４レンズ支持部８４Ｂが配置される。そして、第４レンズ支持部８４Ｂ上には、第４レンズ８４が配置される。第５フォトダイオード９５から見て青色レーザダイオード５５とは反対側のベース板６０上には、平板状の第５レンズ支持部８５Ｂが配置される。そして、第５レンズ支持部８５Ｂ上には、第５レンズ８５が配置される。

第１レンズ８１、第２レンズ８２、第３レンズ８３、第４レンズ８４および第５レンズ８５は、それぞれ表面がレンズ面となっている部分であるレンズ部８１Ａ、レンズ部８２Ａ、レンズ部８３Ａ、レンズ部８４Ａおよびレンズ部８５Ａを有している。第１レンズ８１、第２レンズ８２、第３レンズ８３、第４レンズ８４および第５レンズ８５は、レンズ部８１Ａ，８２Ａ，８３Ａ，８４Ａ，８５Ａとレンズ部８１Ａ，８２Ａ，８３Ａ，８４Ａ，８５Ａ以外の領域とが一体成型されている。第１レンズ支持部８１Ｂ、第２レンズ支持部８２Ｂ、第３レンズ支持部８３Ｂ、第４レンズ支持部８４Ｂおよび第５レンズ支持部８５Ｂにより、第１レンズ８１、第２レンズ８２、第３レンズ８３、第４レンズ８４および第５レンズ８５のレンズ部８１Ａ，８２Ａ，８３Ａ，８４Ａ，８５Ａの中心軸、すなわちレンズ部８１Ａ，８２Ａ，８３Ａ，８４Ａ，８５Ａの光軸は、それぞれ第１赤色レーザダイオード５１、第２赤色レーザダイオード５２、第１緑色レーザダイオード５３、第２緑色レーザダイオード５４および青色レーザダイオード５５の光軸に一致するように調整されている。第１レンズ８１、第２レンズ８２、第３レンズ８３、第４レンズ８４および第５レンズ８５は、それぞれ第１赤色レーザダイオード５１、第２赤色レーザダイオード５２、第１緑色レーザダイオード５３、第２緑色レーザダイオード５４および青色レーザダイオード５５から出射される光のスポットサイズを変換する。第１レンズ８１、第２レンズ８２、第３レンズ８３、第４レンズ８４および第５レンズ８５により、第１赤色レーザダイオード５１、第２赤色レーザダイオード５２、第１緑色レーザダイオード５３、第２緑色レーザダイオード５４および青色レーザダイオード５５から出射される光のスポットサイズが一致するようにスポットサイズが変換される。

第１レンズ８１から見て第１赤色レーザダイオード５１とは反対側のベース板６０上には、平板状の第１フィルタ支持部８６Ｂが配置される。そして、第１フィルタ支持部８６Ｂ上には、第１フィルタ８６が配置される。第１フィルタ８６は、波長選択性フィルタである。第１フィルタ８６は、赤色の光を反射する。

第２レンズ８２から見て第２赤色レーザダイオード５２とは反対側のベース板６０上には、平板状の第２フィルタ支持部８７Ｂが配置される。そして、第２フィルタ支持部８７Ｂ上には、第２フィルタ８７が配置される。第２フィルタ８７は、赤色偏波合成フィルタ（偏光子）である。

第３レンズ８３から見て第１緑色レーザダイオード５３とは反対側のベース板６０上には、平板状の第３フィルタ支持部８８Ｂが配置される。そして、第３フィルタ支持部８８Ｂ上には、第３フィルタ８８が配置される。第３フィルタ８８は、波長選択性フィルタである。第３フィルタ８８は、赤色の光を透過し、緑色の光を反射する。

第４レンズ８４から見て第２緑色レーザダイオード５４とは反対側のベース板６０上には、平板状の第４フィルタ支持部８９Ｂが配置される。そして、第４フィルタ支持部８９Ｂ上には、第４フィルタ８９が配置される。第４フィルタ８９は、緑色偏波合成フィルタ（偏光子）である。

第５レンズ８５から見て青色レーザダイオード５５とは反対側のベース板６０上には、平板状の第５フィルタ支持部９０Ｂが配置される。そして、第５フィルタ支持部９０Ｂ上には、第５フィルタ９０が配置される。第５フィルタ９０は、波長選択性フィルタである。第５フィルタ９０は、赤色の光および緑色の光を透過し、青色の光を反射する。

第１フィルタ８６、第２フィルタ８７、第３フィルタ８８、第４フィルタ８９および第５フィルタ９０は、それぞれ互いに平行な主面を有する平板状の形状を有している。第１フィルタ８６、第２フィルタ８７、第３フィルタ８８、第４フィルタ８９および第５フィルタ９０は、合波フィルタである。

図３を参照して、第１赤色レーザダイオード５１、第１フォトダイオード９１、第１レンズ８１および第１フィルタ８６は、第１赤色レーザダイオード５１の光の出射方向に沿う方向（Ｙ軸方向）に並んで配置されている。第２赤色レーザダイオード５２、第２フォトダイオード９２、第２レンズ８２および第２フィルタ８７は、第２赤色レーザダイオード５２の光の出射方向に沿う方向（Ｙ軸方向）に並んで配置されている。第１緑色レーザダイオード５３、第３フォトダイオード９３、第３レンズ８３および第３フィルタ８８は、第１緑色レーザダイオード５３の光の出射方向に沿う方向（Ｙ軸方向）に並んで配置されている。第２緑色レーザダイオード５４、第４フォトダイオード９４、第４レンズ８４および第４フィルタ８９は、第２緑色レーザダイオード５４の光の出射方向に沿う方向（Ｙ軸方向）に並んで配置されている。青色レーザダイオード５５、第５フォトダイオード９５、第５レンズ８５および第５フィルタ９０は、青色レーザダイオード５５の光の出射方向に沿う方向（Ｙ軸方向）に並んで配置されている。

第１フィルタ８６、第２フィルタ８７、第３フィルタ８８、第４フィルタ８９および第５フィルタ９０は、第１赤色レーザダイオード５１、第２赤色レーザダイオード５２、第１緑色レーザダイオード５３、第２緑色レーザダイオード５４および青色レーザダイオード５５からの光の出射方向に交差する方向、より具体的には直交する方向（Ｘ軸方向）に沿って並んで配置されている。第１フィルタ８６、第２フィルタ８７、第３フィルタ８８、第４フィルタ８９および第５フィルタ９０の主面は、それぞれ第１赤色レーザダイオード５１、第２赤色レーザダイオード５２、第１緑色レーザダイオード５３、第２緑色レーザダイオード５４および青色レーザダイオード５５からの光の出射方向に対して傾斜している。より具体的には、第１フィルタ８６、第２フィルタ８７、第３フィルタ８８、第４フィルタ８９および第５フィルタ９０の主面は、それぞれ第１赤色レーザダイオード５１、第２赤色レーザダイオード５２、第１緑色レーザダイオード５３、第２緑色レーザダイオード５４および青色レーザダイオード５５からの光の出射方向（Ｙ軸方向）に対して４５°傾斜している。

図２を参照して、本実施の形態の光モジュール１は、ステム１０と光形成部２０との間に、電子冷却モジュール３０をさらに含んでいる。電子冷却モジュール３０は、吸熱板（図示しない）と、放熱板３２と、電極を挟んで吸熱板と放熱板３２との間に並べて配置される半導体柱３３とを含む。吸熱板および放熱板３２は、たとえばアルミナからなっている。吸熱板がベース板６０の他方の主面６０Ｂに接触して配置される。放熱板３２は、ステム１０の一方の主面１０Ａに接触して配置される。本実施の形態において、電子冷却モジュール３０はペルチェモジュール（ペルチェ素子）である。そして、電子冷却モジュール３０に電流を流すことにより、吸熱板に接触するベース板６０の熱がステム１０へと移動し、ベース板６０が冷却される。その結果、第１赤色レーザダイオード５１、第２赤色レーザダイオード５２、第１緑色レーザダイオード５３、第２緑色レーザダイオード５４および青色レーザダイオード５５の温度上昇が抑制される。このように、レーザダイオードの温度を適正な範囲に維持することで、所望の色の光を精度よく形成することが可能となる。

また、図２および図３を参照して、ベース板６０の搭載面６０Ａにおいて隣り合うレンズ８１〜８５の間およびフィルタ８６〜９０の間には、アイランド１０５〜１０８が配置される。より具体的には、ベース板６０の搭載面６０Ａにおいて隣り合うレンズ８１〜８５の間からフィルタ８６〜９０の間にまで延びるように、それぞれ凹部が形成されており、当該凹部内に位置するように、アイランド１０５〜１０８が配置されている。アイランド１０５〜１０８は、たとえば絶縁体からなるベース体の表面に導体である金属が蒸着された構造を有する。

次に、本実施の形態における光モジュール１の動作について説明する。図３を参照して、第１赤色レーザダイオード５１から出射された赤色の光は、光路Ｌ_１に沿って進行する。このとき、第１フォトダイオード９１の受光面９１Ａに赤色の光の一部が直接入射する。これにより第１赤色レーザダイオード５１から出射された赤色の光の強度が把握され、把握された光の強度と出射されるべき目標の光の強度との差に基づいて第１赤色レーザダイオード５１に供給される電力が調整される。第１フォトダイオード９１上を通過した赤色の光は、第１レンズ８１のレンズ部８１Ａに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば第１赤色レーザダイオード５１から出射された赤色の光がコリメート光に変換される。第１レンズ８１においてスポットサイズが変換された赤色の光は、光路Ｌ_１に沿って進行し、第１フィルタ８６に入射する。第１フィルタ８６は、赤色の光を反射する波長選択性フィルタである。そのため、第１赤色レーザダイオード５１から出射された光は第１フィルタ８６において反射されて光路Ｌ_２に沿って進行する。そして、第１赤色レーザダイオード５１から出射された光は、第２フィルタ８７、第３フィルタ８８、第４フィルタ８９および第５フィルタ９０を透過して光路Ｌ_３、光路Ｌ_４、光路Ｌ_５および光路Ｌ_６に沿ってさらに進行し、キャップ４０の出射窓４１を通って光モジュール１の外部へと出射する。

第２赤色レーザダイオード５２から出射された赤色の光は、光路Ｌ_７に沿って進行する。このとき、第２フォトダイオード９２の受光面９２Ａに赤色の光の一部が直接入射する。これにより第２赤色レーザダイオード５２から出射された赤色の光の強度が把握され、把握された光の強度と出射されるべき目標の光の強度との差に基づいて第２赤色レーザダイオード５２に供給される電力が調整される。第２フォトダイオード９２上を通過した赤色の光は、第２レンズ８２のレンズ部８２Ａに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば第２赤色レーザダイオード５２から出射された赤色の光がコリメート光に変換される。第２レンズ８２においてスポットサイズが変換された赤色の光は、光路Ｌ_７に沿って進行し、第２フィルタ８７に入射する。第２フィルタ８７は、赤色の光のうち振動方向が横方向（Ｘ軸方向）である光を透過し、振動方向が縦方向（Ｚ軸方向）である光を反射する偏波合成フィルタである。一方、第１赤色レーザダイオード５１からの光の振動方向はＸ軸方向であり、第２赤色レーザダイオード５２からの光の振動方向はＺ軸方向である。そのため、第２赤色レーザダイオード５２から出射された光は第２フィルタ８７において反射されて光路Ｌ_３に合流する。その結果、第２赤色レーザダイオード５２からの赤色の光は第１赤色レーザダイオード５１からの赤色の光と合波され、光路Ｌ_３に沿って進行する。そして、第２赤色レーザダイオード５２から出射された光は、第３フィルタ８８、第４フィルタ８９および第５フィルタ９０を透過して光路Ｌ_４、光路Ｌ_５および光路Ｌ_６に沿ってさらに進行し、キャップ４０の出射窓４１を通って光モジュール１の外部へと出射する。

第１緑色レーザダイオード５３から出射された緑色の光は、光路Ｌ_８に沿って進行する。このとき、第３フォトダイオード９３の受光面９３Ａに緑色の光の一部が直接入射する。これにより第１緑色レーザダイオード５３から出射された緑色の光の強度が把握され、把握された光の強度と出射されるべき目標の光の強度との差に基づいて第１緑色レーザダイオード５３に供給される電力が調整される。第３フォトダイオード９３上を通過した緑色の光は、第３レンズ８３のレンズ部８３Ａに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば第１緑色レーザダイオード５３から出射された緑色の光がコリメート光に変換される。第３レンズ８３においてスポットサイズが変換された緑色の光は、光路Ｌ_８に沿って進行し、第３フィルタ８８に入射する。第３フィルタ８８は、赤色の光を透過し、緑色の光を反射する波長選択性フィルタである。そのため、第１緑色レーザダイオード５３から出射された光は第３フィルタ８８において反射されて光路Ｌ_４に合流する。その結果、第１緑色レーザダイオード５３からの緑色の光は、第１赤色レーザダイオード５１からの赤色の光および第２赤色レーザダイオード５２からの赤色の光と合波され、光路Ｌ_４に沿って進行する。そして、第１緑色レーザダイオード５３から出射された光は、第４フィルタ８９および第５フィルタ９０を透過して光路Ｌ_５および光路Ｌ_６に沿ってさらに進行し、キャップ４０の出射窓４１を通って光モジュール１の外部へと出射する。

第２緑色レーザダイオード５４から出射された緑色の光は、光路Ｌ_９に沿って進行する。このとき、第４フォトダイオード９４の受光面９４Ａに緑色の光の一部が直接入射する。これにより第２緑色レーザダイオード５４から出射された緑色の光の強度が把握され、把握された光の強度と出射されるべき目標の光の強度との差に基づいて第２緑色レーザダイオード５４に供給される電力が調整される。第４フォトダイオード９４上を通過した緑色の光は、第４レンズ８４のレンズ部８４Ａに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば第２緑色レーザダイオード５４から出射された緑色の光がコリメート光に変換される。第４レンズ８４においてスポットサイズが変換された緑色の光は、光路Ｌ_９に沿って進行し、第４フィルタ８９に入射する。第４フィルタ８９は、緑色の光のうち振動方向が横方向（Ｘ軸方向）である光を透過し、振動方向が縦方向（Ｚ軸方向）である光を反射する偏波合成フィルタである。一方、第１緑色レーザダイオード５３からの光の振動方向はＸ軸方向であり、第２緑色レーザダイオード５４からの光の振動方向はＺ軸方向である。そのため、第２緑色レーザダイオード５４から出射された光は第４フィルタ８９において反射されて光路Ｌ_５に合流する。また、第４フィルタ８９は、赤色の光を透過する。その結果、第２緑色レーザダイオード５４からの緑色の光は第１赤色レーザダイオード５１からの赤色の光、第２赤色レーザダイオード５２からの赤色の光および第１緑色レーザダイオード５３からの緑色の光と合波され、光路Ｌ_５に沿って進行する。そして、第２緑色レーザダイオード５４から出射された光は、第５フィルタ９０を透過して光路Ｌ_６に沿ってさらに進行し、キャップ４０の出射窓４１を通って光モジュール１の外部へと出射する。

青色レーザダイオード５５から出射された青色の光は、光路Ｌ_１０に沿って進行する。このとき、第５フォトダイオード９５の受光面９５Ａに青色の光の一部が直接入射する。これにより青色レーザダイオード５５から出射された青色の光の強度が把握され、把握された光の強度と出射されるべき目標の光の強度との差に基づいて青色レーザダイオード５５に供給される電力が調整される。第５フォトダイオード９５上を通過した青色の光は、第５レンズ８５のレンズ部８５Ａに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば青色レーザダイオード５５から出射された青色の光がコリメート光に変換される。第５レンズ８５においてスポットサイズが変換された青色の光は、光路Ｌ_１０に沿って進行し、第５フィルタ９０に入射する。第５フィルタ９０は、赤色の光および緑色の光を透過し、青色の光を反射する波長選択性フィルタである。そのため、青色レーザダイオード５５から出射された光は第５フィルタ９０において反射されて光路Ｌ_６に合流する。その結果、青色レーザダイオード５５からの青色の光は、第１赤色レーザダイオード５１からの赤色の光、第２赤色レーザダイオード５２からの赤色の光、第１緑色レーザダイオード５３からの緑色の光および第２緑色レーザダイオード５４からの緑色の光と合波され、光路Ｌ_６に沿って進行し、キャップ４０の出射窓４１を通って光モジュール１の外部へと出射する。

このようにして、キャップ４０の出射窓４１から、赤色、緑色および青色の光が合波されて形成された光が出射する。

ここで、図４および図５を参照して、本実施の形態における第１赤色レーザダイオード５１および第２赤色レーザダイオード５２の支持状態の詳細について説明する。図４は、第１赤色レーザダイオード５１周辺を拡大した断面図である。図５は、第２赤色レーザダイオード５２周辺を拡大した断面図である。

図４を参照して、本実施の形態においては、第１チップ搭載領域６１の第１搭載面６１Ａ上に、第１支持面としての固定面７１Ａを有する第１支持部材としての第１サブマウント７１が配置される。そして、第１サブマウント７１の固定面７１Ａ上に、第１赤色レーザダイオード５１が配置される。第１赤色レーザダイオード５１は、固定面７１Ａに対して、たとえばはんだによって接合される。第１支持面としての固定面７１Ａは、偏光子である第２フィルタ８７の透過軸と第１赤色半導体レーザ素子５１からの光の偏波方向とのなす角が小さくなるように、第１搭載面６１Ａに対して傾斜している。

より具体的には、偏波合成フィルタである第２フィルタ８７は、透過軸が第１搭載面６１Ａと平行になるようにベース板６０上に配置されている。そして、第１赤色レーザダイオード５１を構成する半導体積層体のｃ面５１Ａと第２フィルタ８７の透過軸とのなす角が小さくなるように（ｃ面５１Ａと第２フィルタ８７の透過軸とのなす角が０°、すなわち両者が平行になるように）、固定面７１Ａが第１搭載面６１Ａに対して傾斜している。別の観点から説明すると、第１赤色レーザダイオード５１を構成する半導体積層体のｃ面５１Ａと第１チップ搭載領域６１の第１搭載面６１Ａとのなす角が小さくなるように（ｃ面５１Ａと第１搭載面６１Ａとのなす角が０°、すなわち両者が平行になるように）、固定面７１Ａが第１搭載面６１Ａに対して傾斜している。これにより、第１赤色レーザダイオード５１からの光の偏波方向は、より厳密に第２フィルタ８７の透過軸と平行となる。そのため、本実施の形態の光モジュール１においては、第２フィルタ８７において遮断される第１赤色レーザダイオード５１からの光の量が減少し、光の損失が低減される。その結果、光モジュール１は、偏光子における半導体レーザ素子からの光の損失を低減することが可能な光モジュールとなっている。

また、図５を参照して、本実施の形態においては、第２チップ搭載領域としての第１ベースブロック６２は、第２搭載面としての第１保持面６２Ａを有する。第１保持面６２Ａ上には、第２支持面としての固定面７２Ａを有する第２支持部材としての第２サブマウント７２が配置される。そして、第２サブマウント７２の固定面７２Ａ上に、第２赤色レーザダイオード５２が配置される。第２赤色レーザダイオード５２は、固定面７２Ａに対して、たとえばはんだによって接合される。第２支持面としての固定面７２Ａは、偏光子である第２フィルタ８７の透過軸と第２赤色レーザダイオード５２からの光の偏波方向とのなす角が９０°に近づくように、第１保持面６２Ａに対して傾斜している。

より具体的には、偏波合成フィルタである第２フィルタ８７は、透過軸が第１保持面６２Ａと平行になるようにベース板６０上に配置されている。そして、第２赤色レーザダイオード５２を構成する半導体積層体のｃ面５２Ａと第２フィルタ８７の透過軸とのなす角が９０°に近づくように（ｃ面５２Ａと第２フィルタ８７の透過軸とのなす角が９０°、すなわち両者が垂直となるように）、固定面７２Ａが第１保持面６２Ａに対して傾斜している。

別の観点から説明すると、第２赤色レーザダイオード５２を構成する半導体積層体のｃ面５２Ａと第１ベースブロック６２の第１保持面６２Ａとのなす角が小さくなるように（ｃ面５２Ａと第１保持面６２Ａとのなす角が０°、すなわち両者が平行になるように）、固定面７２Ａが第１保持面６２Ａに対して傾斜している。これにより、第２赤色レーザダイオード５２からの光の偏波方向は、より厳密に第２フィルタ８７の透過軸と垂直になる。そのため、本実施の形態の光モジュール１においては、第２フィルタ８７において透過することにより失われる第２赤色レーザダイオード５２からの光の量が減少し、光の損失が低減される。その結果、光モジュール１は、偏光子における半導体レーザ素子からの光の損失を低減することが可能な光モジュールとなっている。

次に、図６を参照して、本実施の形態における第１赤色レーザダイオード５１の支持状態の変形例について説明する。図６は、上記図４に対応する領域の変形例を示す概略断面図である。本変形例における光モジュール１は、基本的には上記実施の形態の光モジュール１と同様の構造を有し、同様に動作するとともに同様の効果を奏する。しかし、本変形例における光モジュール１は、以下に説明するように、第１サブマウント７１への第１赤色レーザダイオード５１の固定の態様において、上記実施の形態の場合とは異なっている。

図６および図４を参照して、上記実施の形態においては、固定面７１Ａは、第１搭載面６１Ａに対して傾斜していない。すなわち、固定面７１Ａと第１搭載面６１Ａとは平行である。そして、固定面７１Ａと第１赤色レーザダイオード５１との間に、第１支持面７１Ｃを有する傾斜部材７１Ｂが配置される。傾斜部材７１Ｂは、たとえばはんだである。

本変形例において、第１支持面７１Ｃは、偏光子である第２フィルタ８７の透過軸と第１赤色半導体レーザ素子からの光の偏波方向とのなす角が小さくなるように、第１搭載面６１Ａに対して傾斜している。そのため、本変形例の光モジュール１においても、第２フィルタ８７において遮断される第１赤色レーザダイオード５１からの光の量が減少し、光の損失が低減される。その結果、光モジュール１は、偏光子における半導体レーザ素子からの光の損失を低減することが可能な光モジュールとなっている。

なお、上記実施の形態においては、オフ角の大きい半導体基板が採用される第１赤色レーザダイオード５１および第２赤色レーザダイオード５２を支持する固定面７１Ａ（または第１支持面７１Ｃ）および固定面７２Ａが、第１搭載面６１Ａおよび第１保持面６２Ａに対して傾斜する場合について説明したが、赤色以外の光を出射する半導体レーザ素子、たとえば第１緑色レーザダイオード５３および第２緑色レーザダイオード５４が、第１赤色レーザダイオード５１および第２赤色レーザダイオード５２と同様に傾斜して保持されてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって規定され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本願の光モジュールは、構成部品として偏光子を含む光モジュールに、特に有利に適用され得る。

１光モジュール
１０ステム
１０Ａ，１０Ｂ主面
２０光形成部
３０電子冷却モジュール
３２放熱板
３３半導体柱
４０キャップ
４１出射窓
４５リードピン
５１第１赤色レーザダイオード
５１Ａｃ面
５２第２赤色レーザダイオード
５２Ａｃ面
５３第１緑色レーザダイオード
５４第２緑色レーザダイオード
５５青色レーザダイオード
６０ベース板
６０Ａ搭載面
６０Ｂ主面
６１第１チップ搭載領域
６１Ａ第１搭載面
６２第１ベースブロック
６２Ａ第１保持面
６２Ｂ第２保持面
６２Ｃ第３保持面
６３第３チップ搭載領域
６４第２ベースブロック
６４Ａ第１保持面
６４Ｂ第２保持面
６４Ｃ第３保持面
６５第５チップ搭載領域
７１第１サブマウント
７１Ａ固定面
７１Ｂ傾斜部材
７１Ｃ第１支持面
７２第２サブマウント
７２Ａ固定面
７３第３サブマウント
７４第４サブマウント
７５第５サブマウント
８１第１レンズ
８１Ａ，８２Ａ，８３Ａ，８４Ａ，８５Ａレンズ部
８１Ｂ第１レンズ支持部
８２第２レンズ
８２Ｂ第２レンズ支持部
８３第３レンズ
８３Ｂ第３レンズ支持部
８４第４レンズ
８４Ｂ第４レンズ支持部
８５第５レンズ
８５Ｂ第５レンズ支持部
８６第１フィルタ
８６Ｂ第１フィルタ支持部
８７第２フィルタ
８７Ｂ第２フィルタ支持部
８８第３フィルタ
８８Ｂ第３フィルタ支持部
８９第４フィルタ
８９Ｂ第４フィルタ支持部
９０第５フィルタ
９０Ｂ第５フィルタ支持部
９１第１フォトダイオード
９１Ａ，９２Ａ，９３Ａ，９４Ａ，９５Ａ受光面
９２第２フォトダイオード
９３第３フォトダイオード
９４第４フォトダイオード
９５第５フォトダイオード
１０１ワイヤポスト
１０２アイランド
１０３ワイヤポスト
１０４アイランド
１０５，１０６，１０７，１０８アイランド

Claims

第１搭載面を有するベース部材と、
前記第１搭載面上に配置され、第１支持面を有する第１支持部材と、
前記第１支持面上に配置される第１半導体レーザ素子と、
前記ベース部材上に配置され、前記第１半導体レーザ素子からの光を透過する偏光子と、を備え、
前記第１支持面は、前記偏光子の透過軸と前記第１半導体レーザ素子を構成する半導体積層体のｃ面とが平行になるように、前記第１搭載面に対して傾斜している、光モジュール。
前記第１半導体レーザ素子からの光を透過する出射窓を有し、前記ベース部材、前記第１支持部材、前記第１半導体レーザ素子および前記偏光子を取り囲む保護部材をさらに備える、請求項１に記載の光モジュール。
前記第１半導体レーザ素子は、赤色の光を出射する赤色半導体レーザ素子である、請求項１または請求項２に記載の光モジュール。
前記ベース部材上に配置され、緑色の光を出射する緑色半導体レーザ素子と、
前記ベース部材上に配置され、青色の光を出射する青色半導体レーザ素子と、
前記ベース部材上に配置され、前記赤色半導体レーザ素子からの光、前記緑色半導体レーザ素子からの光および前記青色半導体レーザ素子からの光を合波する合波フィルタをさらに備える、請求項３に記載の光モジュール。
前記ベース部材は、第２搭載面をさらに有し、
前記光モジュールは、
前記第２搭載面上に配置され、第２支持面を有する第２支持部材と、
前記第２支持面上に配置され、出射光が前記偏光子において反射する第２半導体レーザ素子と、をさらに備え、
前記第２支持面は、前記偏光子の透過軸と前記第２半導体レーザ素子からの光の偏波方向とのなす角が９０°に近づくように、前記第２搭載面に対して傾斜している、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の光モジュール。
前記第１半導体レーザ素子からの光の波長と前記第２半導体レーザ素子からの光の波長との差は３０ｎｍ以下であり、
前記偏光子は、前記第１半導体レーザ素子からの光と前記第２半導体レーザ素子からの光とを合波する偏波合成フィルタである、請求項５に記載の光モジュール。