JPH0996760A - 光学装置 - Google Patents

光学装置

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JPH0996760A
JPH0996760A JP7253930A JP25393095A JPH0996760A JP H0996760 A JPH0996760 A JP H0996760A JP 7253930 A JP7253930 A JP 7253930A JP 25393095 A JP25393095 A JP 25393095A JP H0996760 A JPH0996760 A JP H0996760A
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JP
Japan
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array
semiconductor laser
cylindrical
optical lens
optical
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JP7253930A
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English (en)
Inventor
Masaharu Shindo
雅春 進藤
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Mitsui Petrochemical Industries Ltd
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Mitsui Petrochemical Industries Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/40Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar

Landscapes

  • Lenses (AREA)

Abstract

(57)【要約】 第1の面に第1のシリンドリカル状突起と、第1の面に
対向する第2の面にシリンドリカル状突起または球面状
突起を形成し、第1の面と第2の面に形成されたシリン
ドオリカル状突起の長手方向は互いに直交している光学
レンズアレイと半導体レーザからなる光学装置で、効率
よく複数のレーザビームを複数の光ファイバーに導く事
を可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光通信、医療、種々のマ
テリアルプロセシングに用いられる半導体レーザビーム
を効率よく光ファイバーの入射端面または被照射面に集
光する光学装置に関する。
【0002】
【従来の技術】複数のレーザビームを効率よく複数の光
ファイバーに導入するためには半導体レーザ素子から出
射したレーザビームを複数のレンズで光ファイバーのそ
れぞれ端面にうまく集光させる必要がある。図4は従来
の半導体レーザと光ファイバの結合光学系を1つの光路
でしめした例である。これは半導体レーザ素子23から
出射したレーザビーム26を、凸レンズ25を通して光
ファイバ(不図示)の入射端面に集光させようとするも
のである。ところが半導体レーザ素子の多くは、ストラ
イプ状の導波構造を有しており、導波構造の幅と厚みか
ら非点隔差が生じる。すなわち半導体レーザ素子のエピ
タキシャル成長方向(基板面に垂直)に切ったレーザビ
ームの縦断面(28を含む面)ではレーザビームの出射
点は半導体レーザ素子の端面になるが、それと直角な方
向に切ったレーザビームの縦断面(27を含む面)では
レーザビームの出射点は半導体レーザ素子の端面より少
し内側に入った点になる、これを図4のような軸対象レ
ンズ25で集光しようとすると集光点で非点隔差29が
生じる。また、半導体レーザから出射したレーザビーム
の発散角は、エピタキシャル成長方向とそれに直角な方
向で異なる。図4のような軸対象なレンズでは、以上の
ような性質を持つレーザビームを効率よく集光する事は
不可能である。また球レンズやGRINロッドレンズを
組み合わせた系でも同様である。そのため図3に示すよ
うに軸非対象である2個のシリンドリカルレンズ21,
22を用い、このうちの1つのシリンドリカルレンズの
長手方向が半導体レーザ素子のエピタキシャル成長方向
に、もう1つの長手方向をそれに直角な方向に配置す
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このような2つのシリ
ンドリカルレンズの組み合わせで半導体レーザアレイか
ら出射した複数のレーザビームを複数の光ファイバの入
射端面に集光するためには、半導体レーザアレイのピッ
チと同じ間隔にレンズを並べなければならず、また発散
角を有する複数のレーザビームが重ならない位置に設け
なければならない。例えば市販されているストライプ幅
が0.2mmでピッチが0.8mmの複数のストライプ
を有し、エピタキシャル成長方向と直角方向の発散角が
10°の半導体レーザアレイから出射した複数のレーザ
ビームを複数の光ファイバに導くためにレンズアレイを
用いようとすると、レンズアレイのピッチは0.8mm
であり、半導体レーザの出射端面と光ファイバに面する
シリンドリカルレンズの面までの距離が約1.6mmに
なるように配置しなければならない。このように配置さ
れるシリンドリカルレンズは小さいものになり、互いに
直交する2組のシリンドリカルレンズをアレイ状に並
べ、上記のような狭い空間に配置するのは困難である。
またこのようなレンズアレイを機械加工で作製するのは
困難である。本発明の目的は容易に作製でき、かつ半導
体レーザアレイからのレーザ光を非点隔差を補正して効
率よく光ファイバーの端面または被照射面に集光するた
めの光学装置を提供するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の発明は、
半導体レーザアレイと、光学レンズアレイからなり、前
記光学レンズアレイが、互いに対向する第1の面と第2
の面を有する透明なブロック体と、前記第1の面に形成
された1個以上の第1のシリンドリカル状突起と、前記
第2の面に形成された複数の第2のシリンドリカル状突
起とからなり、前記第1のシリンドリカル状突起と前記
第2のシリンドリカル状突起とが前記ブロック体と一体
で形成され、前記第1のシリンドリカル状突起の長手方
向と前記第2のシリンドリカル状突起の長手方向とが互
いに直交しており、また前記半導体レーザアレイのアレ
イ方向と光学レンズアレイの前記第1のシリンドリカル
状突起の長手方向が平行になるように配置されたことを
特徴とする光学装置である。
【0005】また本発明の第2の発明は、半導体レーザ
アレイと、光学レンズアレイからなり、前記光学レンズ
アレイが、互いに対向する第1の面と第2の面を有する
透明なブロック体と、前記第1の面に形成された1個以
上のシリンドリカル状突起と、前記第2の面に形成され
第2の面の主法線方向に軸対象な曲面を有する複数の第
2の突起とからなり、前記シリンドリカル状突起と前記
第2の突起とが前記ブロック体と一体で形成され、また
前記半導体レーザアレイのアレイ方向と光学レンズアレ
イの前記第1シリンドリカル状突起の長手方向が平行に
なるように配置されたことを特徴とする光学装置であ
る。
【0006】ここでシリンドリカル状突起の長手方向と
は、その表面に引いた線が曲線でなく、直線となる方向
をいう。前記光学レンズアレイのシリンドリカル状突起
または球面状突起は光学的に透明なブロック体を基板と
し、前記基板の上に形成したレジストパターンをエッチ
ングマスクにして、イオンエッチングにより得られる。
【0007】透明なブロック体の突起を形成する前の形
状は、板状の直方体や円板が用いられる。本発明によれ
ば前記光学レンズアレイの第1の面を半導体レーザアレ
イに向けて、その出射端面に平行に、かつ第1の面のシ
リンドリカル状突起の長手方向を半導体レーザアレイの
アレイ方向に平行に配置することで、半導体レーザアレ
イを出射したレーザビームのエピタキシャル成長方向
(基板面に垂直)の断面成分を第1のシリンドリカル状
突起で集光し、またエピタキシャル成長と垂直方向の断
面成分を第2の面に形成されたシリンドリカル状突起ま
たは曲面状突起により集光する。それぞれの面に形成さ
れた突起はブロック体と一体で形成されており、2つの
面で互いに向かい合う突起のレーザビームの進行方向の
距離はブロック体の厚さで任意に設定できるので、その
厚さを調整することにより半導体レーザアレイとレンズ
アレイの位置調整が容易になる。また半導体レーザアレ
イから出射したレーザビームは、前述のようにエピタキ
シャル成長方向とそれに直角方向で非点隔差があるが、
本発明による光学装置の中の光学レンズアレイでは、2
つの面に形成された突起の曲率は独立に設定できるの
で、非点隔差にあわせて両レンズの曲率を設定すること
により、前記光学レンズアレイを通過したレーザビーム
を同一の焦点位置に集光する事ができる。さらに半導体
レーザアレイと光学レンズアレイを共通な支持体に保持
することで、光学調整が簡単にできる。用途によって
は、光学レンズアレイの第1のシリンドリカル状突起の
長手方向と半導体レーザアレイのアレイ方向は略平行で
も良いし、また光学レンズアレイの第1のシリンドリカ
ル状突起と第2のシリンドリカル状突起は略直角でよ
い。
【0008】
【実施例1】図1は本発明の実施例1の光学装置を示
す。半導体レーザアレイ5から出射した複数のレーザビ
ーム7を、光学レンズアレイ4のそれぞれの突起を通し
て光ファイバー6の入射端面に集光するための配置を示
したものである。光学レンズアレイ4はブロック体1の
表裏に、その長手方向が互いに直交する2つのシリンド
リカル状突起2と3が、ブロック体1と一体で形成され
ている。本実施例による光学レンズアレイ4の製造方法
をつぎに述べる。厚さが0.8mmの石英ガラス基板に
フォトレジストを23μmの厚さに塗布、ベーキング
し、これを幅0.2mmの複数のストライプ状パターン
を有するフォトマスクを用いて紫外線露光をして現像
し、レジストからなる同形のストライプを石英ガラス基
板上に形成した。その後この石英ガラス基板をオーブン
中にいれ、250℃に5分間保持してストライプ状レジ
ストパターンを加熱により変形させてシリンドリカルの
形にした。つぎにこのレジストパターンを形成した石英
ガラス基板をC26をエッチングガスとして用いてイオ
ンエッチングした。レジストが消滅したところで石英ガ
ラスの複数のシリンドリカル状突起が得られた。このよ
うにして作成した複数の第2シリンドリカル状突起3の
幅は0.2mmで幅方向での断面の曲率半径は0.25
mmであった。同様の工程で石英ガラス基板の裏面に幅
が0.2mmで幅方向での断面の曲率半径が0.13m
mの第1のシリンドリカル状突起2をシリンドリカル状
突起3と直交する方向に形成した。
【0009】半導体レーザアレイは、そのアレイ方向が
光学レンズアレイの第1シリンドリカル状突起の長手方
向に平行になるように共通の支持体(図示せず)に配置
されている。半導体レーザアレイから出射したレーザビ
ーム7は、半導体レーザアレイのエピタキシャル成長方
向に20゜、それに直角方向に10゜の広がり角をもつ
単一モードを有する。エピタキシャル成長方向に切った
ビームの縦断面はシリンドリカル状突起2により光ファ
イバー端面に集光され、エピタキシャル成長方向に垂直
方向に切ったビームの縦断面はシリンドリカル状突起3
によって光ファイバー端面に集光される。この時光学レ
ンズアレイの第1のシリンドリカル状突起の頂点を半導
体レーザアレイの出射端面から0.32mm離して配置
することによりレーザビームは両断面成分とも非点隔差
が補正された。その結果、光学レンズアレイの第2のシ
リンドリカル状突起の頂点1.5mmの位置に、NAが
0.12、コア径が0.01mmの光ファイバーの入射
端面を設置したとき50%のカップリング効率が得られ
た。
【0010】
【実施例2】図2に実施例2による光学装置を示す。半
導体レーザアレイ12から出射した複数のレーザビーム
14は光学レンズアレイのそれぞれのレンズにより光フ
ァイバー13に導かれる。光学レンズアレイはブロック
体11の一方の面にシリンドリカル状突起10を形成
し、その裏面に複数の軸対象な曲面突起9を形成したも
のである。この光学レンズアレイのシリンドリカル状突
起10は実施例1と同様の手法を用い、レジストパター
ンで、幅0.35mmで曲率半径0.37mmのシリン
ドリカルを形成した。そしてエッチング条件を連続的に
変化させ中心近傍の曲率半径が約0.14mmの非球面
形状とした。また曲面突起9はイオンエッチングのマス
クとなるレジストパターンを円形にする事により得ら
れ、口径0.4mmで曲率半径0.3mmの球面を有す
る。
【0011】半導体レーザアレイは、そのアレイ方向が
光学レンズアレイの第1シリンドリカル状突起の長手方
向に平行になるように共通の支持体(図示せず)に配置
されている。半導体レーザアレイは1つのストライプ幅
が0.2mmのマルチモード型で、放射角がエピタキシ
ャル成長方向で35゜、それに垂直な方向で10゜であ
る。シリンドリカル状突起10を半導体レーザ12に対
向し、かつ半導体レーザの出射端面とシリンドリカル状
突起10の頂点からの距離が0.3mmとなるように配
置することによりレーザビームは両断面成分の非点隔差
が補正された。そして曲面突起9の頂点から0.7mm
離した位置にNA0.20、コア径0.05mmの光フ
ァイバー13の入射端面を配したところ、80%のカッ
プリング効率が得られた。本実施例の場合、マルチモー
ド発振する高出力の半導体レーザビームを光ファイバー
に効率よくカップリングできる。
【0012】
【効果】本発明によれば、半導体レーザアレイからでた
複数のレーザビームを両面に1体でレンズを形成した光
学レンズアレイを通して集光することにより、非点隔差
を補正して効率よく光ファイバーの端面や被照射面に導
くことができる。またそのための光学調整が簡単にでき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1の光学装置の図である。
【図2】本発明の実施例2の光学装置の図である。
【図3】従来の光学レンズを用いた光学系の図である。
【図4】半導体レーザアレイから出射されるレーザビー
ムと従来の軸対称レンズで集光する光学系の図である。
【符号の説明】
1,11・・・ 透明ブロック体 2,3,10・・・ シリンドリカル状突起 5,12,23・・・半導体レーザアレイ 6,13,24・・・光ファイバー 9・・球面状突起

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体レーザアレイと、光学レンズアレイ
    からなり、前記光学レンズアレイが、互いに対向する第
    1の面と第2の面を有する透明なブロック体と、前記第
    1の面に形成された1個以上の第1のシリンドリカル状
    突起と、前記第2の面に形成された複数の第2のシリン
    ドリカル状突起とからなり、前記第1のシリンドリカル
    状突起と前記第2のシリンドリカル状突起とが前記ブロ
    ック体と一体で形成され、前記第1のシリンドリカル状
    突起の長手方向と前記第2のシリンドリカル状突起の長
    手方向とが互いに直交しており、また前記半導体レーザ
    アレイのアレイ方向と光学レンズアレイの前記第1のシ
    リンドリカル状突起の長手方向が平行になるように配置
    されたことを特徴とする光学装置。
  2. 【請求項2】半導体レーザアレイと、光学レンズアレイ
    からなり、前記光学レンズアレイが、互いに対向する第
    1の面と第2の面を有する透明なブロック体と、前記第
    1の面に形成された1個以上のシリンドリカル状突起
    と、前記第2の面に形成され第2の面の主法線方向に軸
    対象な曲面を有する複数の第2の突起とからなり、前記
    シリンドリカル状突起と前記第2の突起とが前記ブロッ
    ク体と一体で形成され、また前記半導体レーザアレイの
    アレイ方向と光学レンズアレイの前記第1シリンドリカ
    ル状突起の長手方向が平行になるように配置されたこと
    を特徴とする光学装置。
JP7253930A 1995-09-29 1995-09-29 光学装置 Pending JPH0996760A (ja)

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