JPH08222806A - 光ファイバ結合光学系 - Google Patents
光ファイバ結合光学系Info
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- JPH08222806A JPH08222806A JP2268195A JP2268195A JPH08222806A JP H08222806 A JPH08222806 A JP H08222806A JP 2268195 A JP2268195 A JP 2268195A JP 2268195 A JP2268195 A JP 2268195A JP H08222806 A JPH08222806 A JP H08222806A
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- optical fiber
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、光信号の伝送を行う光ファイバ結
合光学系に関するものであり、その目的は、環境温度の
変化に対して、レーザチップ、レンズ、光ファイバの相
対位置を高精度に保つことで、位置ずれに伴う光ファイ
バに入射する光量の変動をおさえ、入射効率の安定した
光ファイバ結合光学系を提供することである。 【構成】 レンズ３が実装されたレンズ保持具９と、レ
ンズ３の光軸上に取り付けられた半導体レーザ１と、光
ファイバ４が保持された光ファイバ保持具１０とを設置
するための半導体レーザ保持具８とからなる。
合光学系に関するものであり、その目的は、環境温度の
変化に対して、レーザチップ、レンズ、光ファイバの相
対位置を高精度に保つことで、位置ずれに伴う光ファイ
バに入射する光量の変動をおさえ、入射効率の安定した
光ファイバ結合光学系を提供することである。 【構成】 レンズ３が実装されたレンズ保持具９と、レ
ンズ３の光軸上に取り付けられた半導体レーザ１と、光
ファイバ４が保持された光ファイバ保持具１０とを設置
するための半導体レーザ保持具８とからなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザから発し
た光をレンズを介して光ファイバに入射することで、光
信号の伝送を行う光ファイバ結合光学系に関するもので
ある。
た光をレンズを介して光ファイバに入射することで、光
信号の伝送を行う光ファイバ結合光学系に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】図１は光ファイバ結合光学系を構成する
各部品の配置図である。半導体レーザ１から出射した光
２はレンズ３を介して、光ファイバ４の光入射側端面上
に結像される。この時、光ファイバ照射光５を効率よく
光ファイバ４に入射させるためには、結像スポット６の
大きさと光ファイバ４中の光が伝搬する領域４-ａ（以
下、コアと言う）の大きさとをできるだけ合致させるこ
とが必要である。そのために、レンズ３は半導体レーザ
１の発光部を光ファイバ４のコア径に適した大きさに拡
大するために、発光部とコア径の大きさから決まる所定
の倍率を有するレンズ（あるいは、レンズ組）を使用す
る。
各部品の配置図である。半導体レーザ１から出射した光
２はレンズ３を介して、光ファイバ４の光入射側端面上
に結像される。この時、光ファイバ照射光５を効率よく
光ファイバ４に入射させるためには、結像スポット６の
大きさと光ファイバ４中の光が伝搬する領域４-ａ（以
下、コアと言う）の大きさとをできるだけ合致させるこ
とが必要である。そのために、レンズ３は半導体レーザ
１の発光部を光ファイバ４のコア径に適した大きさに拡
大するために、発光部とコア径の大きさから決まる所定
の倍率を有するレンズ（あるいは、レンズ組）を使用す
る。
【０００３】しかしながら、半導体レーザ１に６７０
［ｎｍ］付近の赤色光域の波長をもつレーザを使い、光
ファイバ４に単一モードファイバを用いて光を伝送させ
ることを考えた場合、光ファイバ４のコア４-ａの大き
さ及び結像スポット６の大きさが共に４［μｍ］程度に
なるため、半導体レーザ１の発光部の１［μｍ］程度の
位置ずれ、もしくは光ファイバ４の２〜３［μｍ］程度
の位置ずれが、光ファイバ４への光入射効率を著しく劣
化させる。そのため、光ファイバ結合光学系の組立時に
は、半導体レーザ１、レンズ３、光ファイバ４の精密な
位置合わせが必要で、なおかつ、温度上昇などの外部環
境の変化に対してもこれらの位置精度を保たなくてはな
らない。
［ｎｍ］付近の赤色光域の波長をもつレーザを使い、光
ファイバ４に単一モードファイバを用いて光を伝送させ
ることを考えた場合、光ファイバ４のコア４-ａの大き
さ及び結像スポット６の大きさが共に４［μｍ］程度に
なるため、半導体レーザ１の発光部の１［μｍ］程度の
位置ずれ、もしくは光ファイバ４の２〜３［μｍ］程度
の位置ずれが、光ファイバ４への光入射効率を著しく劣
化させる。そのため、光ファイバ結合光学系の組立時に
は、半導体レーザ１、レンズ３、光ファイバ４の精密な
位置合わせが必要で、なおかつ、温度上昇などの外部環
境の変化に対してもこれらの位置精度を保たなくてはな
らない。
【０００４】半導体レーザ１の構造は、図２に示すよう
に発光部のレーザチップ１-ａがヒートシンク１-ｂ上に
取付けられており、さらにこのヒートシンク１-ｂが円
形の台座１-ｃの上に接合されている。レーザチップ１-
ａはちょうど台座１-ｃの中心に位置する構造になって
いる。また、台座１-ｃにはレーザチップ１-ａから発し
た光の強度をモニタするためのホトダイオード１-ｆが
設けられており、これらがカバーガラス１-ｄの付いた
キャップ１-ｅによって密封されている。一般的にヒー
トシンク１-ｂの部材にはレーザチップ１-ａでの発熱を
逃がすために熱伝導率のよい銅が、台座１-ｃの部材に
は銅や鉄が使われる。
に発光部のレーザチップ１-ａがヒートシンク１-ｂ上に
取付けられており、さらにこのヒートシンク１-ｂが円
形の台座１-ｃの上に接合されている。レーザチップ１-
ａはちょうど台座１-ｃの中心に位置する構造になって
いる。また、台座１-ｃにはレーザチップ１-ａから発し
た光の強度をモニタするためのホトダイオード１-ｆが
設けられており、これらがカバーガラス１-ｄの付いた
キャップ１-ｅによって密封されている。一般的にヒー
トシンク１-ｂの部材にはレーザチップ１-ａでの発熱を
逃がすために熱伝導率のよい銅が、台座１-ｃの部材に
は銅や鉄が使われる。
【０００５】ここで、台座１-ｃに使われる部材の線膨
張係数をα、台座１-ｃの直径をｄとすると、環境温度
にΔＴの温度変化が生じた場合、台座１-ｃは直径方向
に、即ち光軸に対して垂直方向にαｄΔＴだけ熱膨張を
おこす。例えば、線膨張係数をα＝１２×１０~6(鉄の
場合)、台座１-ｃの直径を標準品として多用されている
ｄ＝９［ｍｍ］、環境温度変化をΔＴ＝４０［℃］とす
ると、αｄΔＴ＝０.００４３２［ｍｍ］、即ち台座１-
ｃの直径が４.３２［μｍ］だけ大きくなることにな
る。この熱膨張により、固定台８に圧入された台座１-
ｃの内部には応力が生じ、半導体レーザ１の発光部であ
るレーザチップ１-ａは光軸から位置ずれを起こすこと
になる。レンズ３の倍率をｍ倍とすると、結像スポット
６の位置ずれ量もｍ倍に拡大されるため、結像スポット
６は光ファイバ４のコア４-ａの位置からずれ、光入射
効率を著しく劣化させる原因となっている。同様に、レ
ーザチップ１-ａ、レンズ３、光ファイバ４の光軸方向
の相対位置変動も、結像スポット６が光ファイバ４の光
入射側端面上でデフォーカスされるために光入射効率を
劣化させる原因となる。
張係数をα、台座１-ｃの直径をｄとすると、環境温度
にΔＴの温度変化が生じた場合、台座１-ｃは直径方向
に、即ち光軸に対して垂直方向にαｄΔＴだけ熱膨張を
おこす。例えば、線膨張係数をα＝１２×１０~6(鉄の
場合)、台座１-ｃの直径を標準品として多用されている
ｄ＝９［ｍｍ］、環境温度変化をΔＴ＝４０［℃］とす
ると、αｄΔＴ＝０.００４３２［ｍｍ］、即ち台座１-
ｃの直径が４.３２［μｍ］だけ大きくなることにな
る。この熱膨張により、固定台８に圧入された台座１-
ｃの内部には応力が生じ、半導体レーザ１の発光部であ
るレーザチップ１-ａは光軸から位置ずれを起こすこと
になる。レンズ３の倍率をｍ倍とすると、結像スポット
６の位置ずれ量もｍ倍に拡大されるため、結像スポット
６は光ファイバ４のコア４-ａの位置からずれ、光入射
効率を著しく劣化させる原因となっている。同様に、レ
ーザチップ１-ａ、レンズ３、光ファイバ４の光軸方向
の相対位置変動も、結像スポット６が光ファイバ４の光
入射側端面上でデフォーカスされるために光入射効率を
劣化させる原因となる。
【０００６】この対策として、特公平５-５２９２７号
公報には、半導体レーザ保持具に熱伝導性の良いものを
用い、温度検出器、温度調節器、放熱器及び駆動回路で
半導体レーザを一定温度にすることが記載されている。
前記公報によれば、一定温度であるために、この部材の
熱膨張が問題になることはない。しかし、前記の温度調
節機構を用いることは高価であり、かつこれら自身の寿
命等の信頼性が問題になっている。
公報には、半導体レーザ保持具に熱伝導性の良いものを
用い、温度検出器、温度調節器、放熱器及び駆動回路で
半導体レーザを一定温度にすることが記載されている。
前記公報によれば、一定温度であるために、この部材の
熱膨張が問題になることはない。しかし、前記の温度調
節機構を用いることは高価であり、かつこれら自身の寿
命等の信頼性が問題になっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、環境
温度の変化に対して、レーザチップ、レンズ、光ファイ
バの相対位置を高精度に保つことで、位置ずれに伴う光
ファイバに入射する光量の変動をおさえ、入射効率の安
定した光ファイバ結合光学系を提供することである。
温度の変化に対して、レーザチップ、レンズ、光ファイ
バの相対位置を高精度に保つことで、位置ずれに伴う光
ファイバに入射する光量の変動をおさえ、入射効率の安
定した光ファイバ結合光学系を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、環境温度の変化に対してレーザチッ
プ、レンズ、光ファイバの相対位置変動を防止するため
に、半導体レーザの構成部品である台座の熱膨張は以下
の条件を満足させる。 α・ｒ≦｛√(ln２・(ω2＋ωF 2）/２)｝/(４０ｍ)×１
０~3 ただし、 α：台座の線膨張係数［℃~1］ ｒ：台座の半径［ｍｍ］ ｍ：光学系の倍率 ２ω：結像スポット径［μｍ] ２ωF：光ファイバのコア径［μｍ] また、半導体レーザ保持具は以下の条件を満足する。 β・Ｌ≦(ωF/ω＋ω/ωF)πωωF/(４０ｍλ)×１０~3 ただし、 β：半導体レーザ保持具の線膨張係数［℃~1］ Ｌ：台座から光ファイバの光入射側端面までの距離［ｍ
ｍ］ λ：半導体レーザの発振波長［ｎｍ］ ｍ：光学系の倍率 ２ω：結像スポット径［μｍ] ２ωF：光ファイバのコア径［μｍ］
に、本発明では、環境温度の変化に対してレーザチッ
プ、レンズ、光ファイバの相対位置変動を防止するため
に、半導体レーザの構成部品である台座の熱膨張は以下
の条件を満足させる。 α・ｒ≦｛√(ln２・(ω2＋ωF 2）/２)｝/(４０ｍ)×１
０~3 ただし、 α：台座の線膨張係数［℃~1］ ｒ：台座の半径［ｍｍ］ ｍ：光学系の倍率 ２ω：結像スポット径［μｍ] ２ωF：光ファイバのコア径［μｍ] また、半導体レーザ保持具は以下の条件を満足する。 β・Ｌ≦(ωF/ω＋ω/ωF)πωωF/(４０ｍλ)×１０~3 ただし、 β：半導体レーザ保持具の線膨張係数［℃~1］ Ｌ：台座から光ファイバの光入射側端面までの距離［ｍ
ｍ］ λ：半導体レーザの発振波長［ｎｍ］ ｍ：光学系の倍率 ２ω：結像スポット径［μｍ] ２ωF：光ファイバのコア径［μｍ］
【０００９】
【作用】本発明によれば、半導体レーザの構成部品であ
る台座に上記の条件を満足させることにより、半導体レ
ーザ台座の熱膨張量を所定以下に抑え、環境温度の変化
に対してレーザチップ、レンズ、光ファイバの相対位置
を高精度に保ち、位置ずれに伴う光ファイバに入射する
光量の変動を抑え、入射効率を著しく低下させることの
ない光ファイバ結合光学系を実現する。
る台座に上記の条件を満足させることにより、半導体レ
ーザ台座の熱膨張量を所定以下に抑え、環境温度の変化
に対してレーザチップ、レンズ、光ファイバの相対位置
を高精度に保ち、位置ずれに伴う光ファイバに入射する
光量の変動を抑え、入射効率を著しく低下させることの
ない光ファイバ結合光学系を実現する。
【００１０】
（実施例１）本発明の一実施例に基づく光ファイバ結合
光学系を図１を用いて説明する。この光ファイバ結合光
学系は、半導体レーザ１と、レンズ３が実装されたレン
ズ保持具９と、光ファイバ４が保持された光ファイバ保
持具１０とを設置するための半導体レーザ保持具８とか
らなり、レンズ３の光軸上には半導体レーザ１の発光部
であるレーザチップ１−ａと光ファイバ４のコア４-ａ
が同一直線上になるように配置されている。
光学系を図１を用いて説明する。この光ファイバ結合光
学系は、半導体レーザ１と、レンズ３が実装されたレン
ズ保持具９と、光ファイバ４が保持された光ファイバ保
持具１０とを設置するための半導体レーザ保持具８とか
らなり、レンズ３の光軸上には半導体レーザ１の発光部
であるレーザチップ１−ａと光ファイバ４のコア４-ａ
が同一直線上になるように配置されている。
【００１１】半導体レーザ１の構造は、図２に示すよう
に発光部のレーザチップ１-ａがヒートシンク１-ｂ上に
取付けられており、さらにこのヒートシンク１-ｂが円
形の台座１-ｃの上に接合されている。レーザチップ１-
ａはちょうど台座１-ｃの中心に位置する構造になって
いる。また、台座１-ｃにはレーザチップ１-ａから発し
た光の強度をモニタするためのホトダイオード１-ｆが
設けられており、これらがカバーガラス１-ｄの付いた
キャップ１-ｅによって密封されている。
に発光部のレーザチップ１-ａがヒートシンク１-ｂ上に
取付けられており、さらにこのヒートシンク１-ｂが円
形の台座１-ｃの上に接合されている。レーザチップ１-
ａはちょうど台座１-ｃの中心に位置する構造になって
いる。また、台座１-ｃにはレーザチップ１-ａから発し
た光の強度をモニタするためのホトダイオード１-ｆが
設けられており、これらがカバーガラス１-ｄの付いた
キャップ１-ｅによって密封されている。
【００１２】半導体レーザ保持具８には半導体レーザ１
の構成部品である台座１-ｃが、レンズ３の光軸に対し
て垂直に嵌合されることによって取り付けられる。ま
た、半導体レーザ保持具８、レンズ保持具９及び光ファ
イバ保持具１０は同軸構造をしている。半導体レーザ１
から出射した光は、レンズ３を介して光ファイバ４の光
入射側端面上に結像される。レンズ３は、できるだけ多
くの光を光ファイバ４のコア４-ａに入射させるため
に、半導体レーザ１の発光部とコア４-ａの径の大きさ
から決めた所定の倍率を有している。
の構成部品である台座１-ｃが、レンズ３の光軸に対し
て垂直に嵌合されることによって取り付けられる。ま
た、半導体レーザ保持具８、レンズ保持具９及び光ファ
イバ保持具１０は同軸構造をしている。半導体レーザ１
から出射した光は、レンズ３を介して光ファイバ４の光
入射側端面上に結像される。レンズ３は、できるだけ多
くの光を光ファイバ４のコア４-ａに入射させるため
に、半導体レーザ１の発光部とコア４-ａの径の大きさ
から決めた所定の倍率を有している。
【００１３】ここで、従来の技術の項でも述べたよう
に、光源である半導体レーザ１の発光部１-ａ及び光フ
ァイバ４の光が伝搬する領域であるコア４-ａの大きさ
はともに数ミクロンであるため、発光部１-ａの僅かの
位置ずれが光ファイバ４への光入射効率を著しく劣化さ
せることになる。そこで、結像スポット６とコア４-ａ
との位置ずれによって光ファイバ４に入射する光量がど
のように変化するかを説明する。結像スポット６とコア
４-ａに、位置ずれが全くないときの光ファイバ４へ入
射する光量を１とするとき、結像スポット６とコア４-
ａとの光軸に対して垂直方向の位置ずれ量δ［μｍ］と
光ファイバに入射する光量η1の関係は次式で表され
る。 η1＝exp｛−２δ2/（ω2＋ωF 2）｝……（1） ただし、 ２ω：結像スポット径［μｍ］ ２ωF：光ファイバのコア径［μｍ］ ここで、レンズ３の横倍率をｍ倍として（1）式を、半
導体レーザ１の発光部１-ａの光軸に対して垂直方向の
位置ずれ量δ′［μｍ］との関係に書き直すと、 η1＝exp｛−２ｍ2δ′2/（ω2＋ωF 2）｝……（2） となる。そこで、光ファイバに入射する光量が半減する
値、即ちη1＝０.５になってしまうときの発光部の位置
ずれ量δ′を（2）式より算出すると、 δ′＝｛√(ln２・（ω2＋ωF 2）/２)｝/ｍ×１０~3［ｍｍ］……（3） であることがわかる。つまり、光ファイバに入射する光
量の最大値の半分を許容限界量とすると、発光部１ーａ
の光軸に対して垂直方向の位置ずれは、（3）式で与え
られる値以下にしなくてはならないことになる。この位
置ずれ量を、環境温度の変化とこれに伴う半導体レーザ
１の台座の熱膨張による発光部１-ａの位置ずれとして
考えてみる。
に、光源である半導体レーザ１の発光部１-ａ及び光フ
ァイバ４の光が伝搬する領域であるコア４-ａの大きさ
はともに数ミクロンであるため、発光部１-ａの僅かの
位置ずれが光ファイバ４への光入射効率を著しく劣化さ
せることになる。そこで、結像スポット６とコア４-ａ
との位置ずれによって光ファイバ４に入射する光量がど
のように変化するかを説明する。結像スポット６とコア
４-ａに、位置ずれが全くないときの光ファイバ４へ入
射する光量を１とするとき、結像スポット６とコア４-
ａとの光軸に対して垂直方向の位置ずれ量δ［μｍ］と
光ファイバに入射する光量η1の関係は次式で表され
る。 η1＝exp｛−２δ2/（ω2＋ωF 2）｝……（1） ただし、 ２ω：結像スポット径［μｍ］ ２ωF：光ファイバのコア径［μｍ］ ここで、レンズ３の横倍率をｍ倍として（1）式を、半
導体レーザ１の発光部１-ａの光軸に対して垂直方向の
位置ずれ量δ′［μｍ］との関係に書き直すと、 η1＝exp｛−２ｍ2δ′2/（ω2＋ωF 2）｝……（2） となる。そこで、光ファイバに入射する光量が半減する
値、即ちη1＝０.５になってしまうときの発光部の位置
ずれ量δ′を（2）式より算出すると、 δ′＝｛√(ln２・（ω2＋ωF 2）/２)｝/ｍ×１０~3［ｍｍ］……（3） であることがわかる。つまり、光ファイバに入射する光
量の最大値の半分を許容限界量とすると、発光部１ーａ
の光軸に対して垂直方向の位置ずれは、（3）式で与え
られる値以下にしなくてはならないことになる。この位
置ずれ量を、環境温度の変化とこれに伴う半導体レーザ
１の台座の熱膨張による発光部１-ａの位置ずれとして
考えてみる。
【００１４】台座１-ｃに使われる部材の線膨張係数を
α［℃~1］、台座１-ｃの直径をｄ［ｍｍ］とすると、
環境温度にΔＴ［℃］の温度変化が生じた場合、台座１
-ｃは直径方向に、即ち光軸に対して垂直方向にαｄΔ
Ｔ［ｍｍ］だけ熱膨張をおこす。この熱膨張により、半
導体レーザ保持具８に嵌合された台座１-ｃの内部には
応力が生じ、半導体レーザ１の発光部であるレーザチッ
プ１-ａは光軸から位置ずれをおこすことになる。しか
し、発光部１ーａは台座１-ｃの中心に位置しているため
にこの位置ずれ量は、最大で台座１-ｃの半径分のみ、
つまりα(ｄ/２)ΔＴ［ｍｍ］である。従って、台座１-
ｃは半径をｒ（ｒ＝ｄ/２）とすると、 αｒΔＴ≦｛√(ln２・(ω2＋ωF 2）/２)｝/ｍ×１０~3
［ｍｍ］ を満足するもでなくてはならない。これより、環境温度
変化ΔＴ＝±４０［℃］に対しては、 α・ｒ≦{√(ln２・(ω2＋ωF 2）/２)}/(４０ｍ)×１０~3[ｍｍ・℃~1］…(4） が算出される。(4)式が満たされていれば、光ファイバ
に入射する光量が半減することはない。
α［℃~1］、台座１-ｃの直径をｄ［ｍｍ］とすると、
環境温度にΔＴ［℃］の温度変化が生じた場合、台座１
-ｃは直径方向に、即ち光軸に対して垂直方向にαｄΔ
Ｔ［ｍｍ］だけ熱膨張をおこす。この熱膨張により、半
導体レーザ保持具８に嵌合された台座１-ｃの内部には
応力が生じ、半導体レーザ１の発光部であるレーザチッ
プ１-ａは光軸から位置ずれをおこすことになる。しか
し、発光部１ーａは台座１-ｃの中心に位置しているため
にこの位置ずれ量は、最大で台座１-ｃの半径分のみ、
つまりα(ｄ/２)ΔＴ［ｍｍ］である。従って、台座１-
ｃは半径をｒ（ｒ＝ｄ/２）とすると、 αｒΔＴ≦｛√(ln２・(ω2＋ωF 2）/２)｝/ｍ×１０~3
［ｍｍ］ を満足するもでなくてはならない。これより、環境温度
変化ΔＴ＝±４０［℃］に対しては、 α・ｒ≦{√(ln２・(ω2＋ωF 2）/２)}/(４０ｍ)×１０~3[ｍｍ・℃~1］…(4） が算出される。(4)式が満たされていれば、光ファイバ
に入射する光量が半減することはない。
【００１５】次に、結像スポット６とコア４-ａとの光
軸方向の位置ずれ量εと光ファイバに入射する光量の関
係について説明する。光軸方向の位置ずれ量εと光ファ
イバに入射する光量の関係は次式で表される。 η2＝（ωF/ω＋ω/ωF）2/［（ωF/ω＋ω/ωF)2＋(λε/πωωF)2］…(5） ただし、 λ：半導体レーザの波長［μｍ］ ２ω：結像スポット径［μｍ］ ２ωF：光ファイバのコア径［μｍ］ そこで、光ファイバに入射する光量が半減する値、即ち
η2＝０.５になってしまうときの結像スポット６とコア
４-ａの光軸方向の位置ずれ量εを（5）式より求める
と、 ε＝(ωF/ω＋ω/ωF)πωωF/λ［μｍ］……（6） であることがわかる。つまり、光ファイバに入射する光
量の最大値の半分を許容限界量とすると、結像スポット
６とコア４-ａの位置ずれは、(6）式で与えられる値以
下にしなくてはならないことになる。この位置ずれ量
を、環境温度の変化とこれに伴う半導体レーザ保持具８
の熱膨張に起因する結像スポット６とコア４-ａの光軸
方向の位置ずれとして考えてみる。
軸方向の位置ずれ量εと光ファイバに入射する光量の関
係について説明する。光軸方向の位置ずれ量εと光ファ
イバに入射する光量の関係は次式で表される。 η2＝（ωF/ω＋ω/ωF）2/［（ωF/ω＋ω/ωF)2＋(λε/πωωF)2］…(5） ただし、 λ：半導体レーザの波長［μｍ］ ２ω：結像スポット径［μｍ］ ２ωF：光ファイバのコア径［μｍ］ そこで、光ファイバに入射する光量が半減する値、即ち
η2＝０.５になってしまうときの結像スポット６とコア
４-ａの光軸方向の位置ずれ量εを（5）式より求める
と、 ε＝(ωF/ω＋ω/ωF)πωωF/λ［μｍ］……（6） であることがわかる。つまり、光ファイバに入射する光
量の最大値の半分を許容限界量とすると、結像スポット
６とコア４-ａの位置ずれは、(6）式で与えられる値以
下にしなくてはならないことになる。この位置ずれ量
を、環境温度の変化とこれに伴う半導体レーザ保持具８
の熱膨張に起因する結像スポット６とコア４-ａの光軸
方向の位置ずれとして考えてみる。
【００１６】半導体レーザ保持具８に使われる部材の線
膨張係数をβ［℃~1］、嵌合された台座１-ｃから光フ
ァイバの光入射端面までの距離をＬ、レンズ３の横倍率
がｍ倍のとき環境温度にΔＴ［℃］の温度変化が生じた
場合、結像スポット６とコア４-ａの光軸方向の位置ず
れ量はｍβＬΔＴとなるので、半導体レーザ保持具８
は、 ｍβＬΔＴ≦(ωF/ω＋ω/ωF)πωωF/λ×１０~3［ｍ
ｍ］ を満足するもでなくてはならない。これより、環境温度
変化ΔＴ＝±４０［℃］に対しては、 β・Ｌ≦(ωF/ω＋ω/ωF)πωωF/(４０ｍλ)×１０~3［ｍｍ・℃~1］…（7） が算出される。(7)式が満たされていれば、光ファイバ
に入射する光量が半減することはない。
膨張係数をβ［℃~1］、嵌合された台座１-ｃから光フ
ァイバの光入射端面までの距離をＬ、レンズ３の横倍率
がｍ倍のとき環境温度にΔＴ［℃］の温度変化が生じた
場合、結像スポット６とコア４-ａの光軸方向の位置ず
れ量はｍβＬΔＴとなるので、半導体レーザ保持具８
は、 ｍβＬΔＴ≦(ωF/ω＋ω/ωF)πωωF/λ×１０~3［ｍ
ｍ］ を満足するもでなくてはならない。これより、環境温度
変化ΔＴ＝±４０［℃］に対しては、 β・Ｌ≦(ωF/ω＋ω/ωF)πωωF/(４０ｍλ)×１０~3［ｍｍ・℃~1］…（7） が算出される。(7)式が満たされていれば、光ファイバ
に入射する光量が半減することはない。
【００１７】（実施例２）本発明の第２の実施では、第
１の実施例において導出された、半導体レーザ１の台座
１-ｃの半径ｒと線膨張系数αの関係式、 α・ｒ≦{√(ln２・(ω2＋ωF 2）/２)}/(４０ｍ)×１０~3[ｍｍ・℃~1］…(4） を満足させる部材の一つとして、常温(２０℃)において
０.１３×１０~6［℃~1］の線膨張系数を有する金属合
金であるスーパーインバーを使用するものである。
１の実施例において導出された、半導体レーザ１の台座
１-ｃの半径ｒと線膨張系数αの関係式、 α・ｒ≦{√(ln２・(ω2＋ωF 2）/２)}/(４０ｍ)×１０~3[ｍｍ・℃~1］…(4） を満足させる部材の一つとして、常温(２０℃)において
０.１３×１０~6［℃~1］の線膨張系数を有する金属合
金であるスーパーインバーを使用するものである。
【００１８】本発明の光ファイバ結合光学系において、
半導体レーザ１に６７０［ｎｍ］付近の赤色光域の波長
をもつレーザを使い、光ファイバ４に単一モードファイ
バを用いて光を伝送させることを考えた場合、光ファイ
バ４のコア４-ａの大きさ及び結像スポット６の大きさ
が共に４［μｍ］程度になる。そこで、２ω=２ωF=４
［μｍ］、ｍ=４倍として(4)式に代入すると、 α・ｒ≦０．０１０４×１０~3［ｍｍ・℃~1］……（８） が導かれる。（８）式において線膨張系数αが０.１３
×１０~6以下が算出される台座１-ｃの半径はｒ≧８０
［ｍｍ］の場合であるから、半径が８０［ｍｍ］の場合
に算出された線膨張系数を有する部材の１つとしてスー
パーインバーを適用する。台座１-ｃの部材にスーパー
インバーを用いることで、発光部１-ａで発生した熱を
台座に伝導させ放熱させることができる副次効果をもた
らす。また、本発明の光ファイバ結合光学系においてス
ーパーインバーを用いる箇所は上述した半導体レーザ１
の台座１-ｃのみならず、半導体レーザ保持具８、レン
ズ保持具９及び光ファイバ保持具１０に使用してもなん
ら支障をきたすことはない。
半導体レーザ１に６７０［ｎｍ］付近の赤色光域の波長
をもつレーザを使い、光ファイバ４に単一モードファイ
バを用いて光を伝送させることを考えた場合、光ファイ
バ４のコア４-ａの大きさ及び結像スポット６の大きさ
が共に４［μｍ］程度になる。そこで、２ω=２ωF=４
［μｍ］、ｍ=４倍として(4)式に代入すると、 α・ｒ≦０．０１０４×１０~3［ｍｍ・℃~1］……（８） が導かれる。（８）式において線膨張系数αが０.１３
×１０~6以下が算出される台座１-ｃの半径はｒ≧８０
［ｍｍ］の場合であるから、半径が８０［ｍｍ］の場合
に算出された線膨張系数を有する部材の１つとしてスー
パーインバーを適用する。台座１-ｃの部材にスーパー
インバーを用いることで、発光部１-ａで発生した熱を
台座に伝導させ放熱させることができる副次効果をもた
らす。また、本発明の光ファイバ結合光学系においてス
ーパーインバーを用いる箇所は上述した半導体レーザ１
の台座１-ｃのみならず、半導体レーザ保持具８、レン
ズ保持具９及び光ファイバ保持具１０に使用してもなん
ら支障をきたすことはない。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、半
導体レーザの構成部品である台座に以下の条件を満足さ
せる。 α・ｒ≦｛√(ln２・(ω2＋ωF 2）/２)｝/(４０ｍ)×１
０~3 ただし、 α：台座の線膨張係数［℃~1］ ｒ：台座の半径［ｍｍ］ ｍ：光学系の倍率 ２ω：結像スポット径［μｍ］ ２ωF：光ファイバのコア径［μｍ］ また、半導体レーザ保持具は以下の条件を満足させる。 β・Ｌ≦(ωF/ω＋ω/ωF)πωωF/(４０ｍλ)×１０~3 ただし、 β：半導体レーザ保持具の線膨張係数［℃~1］ Ｌ：台座から光ファイバの光入射側端面までの距離［ｍ
ｍ］ λ：半導体レーザの発振波長［ｎｍ］ ｍ：光学系の倍率 ２ω：結像スポット径［μｍ］ ２ωF：光ファイバのコア径［μｍ] このようにすることによって、環境温度の変化に対し
て、レーザチップ、レンズ、光ファイバの相対位置を高
精度に保つことができ、位置ずれに伴う光ファイバに入
射する光量の変動をおさえ、入射効率を著しく低下させ
ることのない光ファイバ結合光学系を実現することがで
きる。
導体レーザの構成部品である台座に以下の条件を満足さ
せる。 α・ｒ≦｛√(ln２・(ω2＋ωF 2）/２)｝/(４０ｍ)×１
０~3 ただし、 α：台座の線膨張係数［℃~1］ ｒ：台座の半径［ｍｍ］ ｍ：光学系の倍率 ２ω：結像スポット径［μｍ］ ２ωF：光ファイバのコア径［μｍ］ また、半導体レーザ保持具は以下の条件を満足させる。 β・Ｌ≦(ωF/ω＋ω/ωF)πωωF/(４０ｍλ)×１０~3 ただし、 β：半導体レーザ保持具の線膨張係数［℃~1］ Ｌ：台座から光ファイバの光入射側端面までの距離［ｍ
ｍ］ λ：半導体レーザの発振波長［ｎｍ］ ｍ：光学系の倍率 ２ω：結像スポット径［μｍ］ ２ωF：光ファイバのコア径［μｍ] このようにすることによって、環境温度の変化に対し
て、レーザチップ、レンズ、光ファイバの相対位置を高
精度に保つことができ、位置ずれに伴う光ファイバに入
射する光量の変動をおさえ、入射効率を著しく低下させ
ることのない光ファイバ結合光学系を実現することがで
きる。
【００２０】また、半導体レーザの台座の半径と線膨張
係数との関係式より算出される線膨張係数を有する部材
の一つとして、スーパーインバーを用いることで、レー
ザチップで発生した熱を台座に伝導させ放熱させること
ができる。
係数との関係式より算出される線膨張係数を有する部材
の一つとして、スーパーインバーを用いることで、レー
ザチップで発生した熱を台座に伝導させ放熱させること
ができる。
【図１】 本発明の光ファイバ結合光学系の縦断面図で
ある。
ある。
【図２】 半導体レーザの構造を示す図であって、
（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は底面図であ
る。
（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は底面図であ
る。
１…半導体レーザ、１−ａ…レ−ザチップ、１−ｂ…ヒ
−トシンク、１−ｃ…台座、２…レンズ入射光、３…レ
ンズ、４…光ファイバ、４−ａ…コア、５…光ファイバ
入射光、６…結像スポット、８…半導体レーザ保持具、
９…鏡筒、１０…光ファイバ保持具
−トシンク、１−ｃ…台座、２…レンズ入射光、３…レ
ンズ、４…光ファイバ、４−ａ…コア、５…光ファイバ
入射光、６…結像スポット、８…半導体レーザ保持具、
９…鏡筒、１０…光ファイバ保持具
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体レーザ保持具に嵌合された半導体
レーザと、前記半導体レーザ保持具上に配置されるレン
ズ保持具に保持されたレンズと、同じく前記半導体レー
ザ保持具に取り付けられる光ファイバ保持具に保持され
た光ファイバとを、前記レンズの光軸上に実装した光フ
ァイバ結合光学系において、 前記半導体レーザ保持具に嵌合されるのは前記半導体レ
ーザの構成部品で前記レンズの光軸に対して垂直に設置
された台座であり、前記台座は以下の条件を満足するこ
とを特徴とする光ファイバ結合光学系。 α・ｒ≦｛√(ln２・(ω2＋ωF 2）/２)｝/(４０ｍ)×１
０~3 ただし、 α：台座の線膨張係数［℃~1］ ｒ：台座の半径［ｍｍ］ ｍ：光学系の倍率 ２ω：結像スポット径［μｍ］ ２ωF：光ファイバのコア径［μｍ］ - 【請求項２】 前記台座の半径と線膨張係数との関係式
より算出される、前記台座の線膨張係数を有する部材の
一つとして、スーパーインバーを用いることを特徴とす
る請求項１記載の光ファイバ結合光学系。 - 【請求項３】 前記半導体レーザ保持具は以下の条件を
満足することを特徴とする請求項１記載の光ファイバ結
合光学系。 β・Ｌ≦(ωF/ω＋ω/ωF)πωωF/(４０ｍλ)×１０~3 ただし、 β：半導体レーザ保持具の線膨張係数［℃~1］ Ｌ：台座から光ファイバの光入射側端面までの距離［ｍ
ｍ］ λ：半導体レーザの発振波長［ｎｍ］ ｍ：光学系の倍率 ２ω：結像スポット径［μｍ］ ２ωF：光ファイバのコア径［μｍ］
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2268195A JPH08222806A (ja) | 1995-02-10 | 1995-02-10 | 光ファイバ結合光学系 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2268195A JPH08222806A (ja) | 1995-02-10 | 1995-02-10 | 光ファイバ結合光学系 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08222806A true JPH08222806A (ja) | 1996-08-30 |
Family
ID=12089612
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2268195A Pending JPH08222806A (ja) | 1995-02-10 | 1995-02-10 | 光ファイバ結合光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08222806A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6647189B2 (en) | 2000-04-27 | 2003-11-11 | Hitachi Koki Co., Ltd. | Image forming apparatus having an optical fiber array |
-
1995
- 1995-02-10 JP JP2268195A patent/JPH08222806A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6647189B2 (en) | 2000-04-27 | 2003-11-11 | Hitachi Koki Co., Ltd. | Image forming apparatus having an optical fiber array |
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