JPH11326707A

JPH11326707A - レーザー光結合装置とレーザー光結合の調整方法

Info

Publication number: JPH11326707A
Application number: JP12567298A
Authority: JP
Inventors: Tomoya Sugita; 知也杉田; Kiminori Mizuuchi; 公典水内; Makoto Kato; 誠加藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-05-08
Filing date: 1998-05-08
Publication date: 1999-11-26

Abstract

(57)【要約】【課題】光学素子を一体化したレーザー光源におい
て、レーザーと光学素子の結合を簡単化することを目的
とする。【解決手段】半導体レーザー１と光導波路型光学素子
3とを基台4の面上に配置し、傾斜配置１次元レンズアレ
イ５を半導体レーザー１と光導波路型光学素子３の間に
配置する。傾斜配置１次元レンズアレイ５をＸ方向に移
動調整し、光導波路型光学素子３からの出力光強度が最
大になるレンズを選択する。さらにそのレンズにおいて
再度Ｘ方向に微調整することにより、最大出力光強度を
得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザーと光学素
子との結合装置及びその結合の調整方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】これまで、様々な光学素子が開発され、
それらを用いた装置やシステムが実用化されてきた。光
ファイバー通信や光記録再生装置、光変調器などがその
例である。また、研究レベルにおいては、フォトリフラ
クティブ材料などの各種光機能材料を用いた新たな光学
素子や光インターコネクション等の次世代技術の開発が
活発である。

【０００３】このような光学素子を扱う場合には、光源
としてレーザーを用い、レーザーからの出射光を光学素
子と結合することにより様々な機能や現象を生じさせて
いる。例えば、光機能材料とレーザー光の結合において
は、多くの場合、光機能材料の特定の部分に光パワー密
度の大きいレーザー光を入射させることにより大きな光
学的応答を得ている。従って、光源からの光ビームをレ
ンズ系で絞り、あるいはビーム整形を行った後に、レー
ザー光の入射位置を数μｍの精度で制御している。

【０００４】一方、これまでは光源としてヘリウム−ネ
オンレーザーやアルゴンレーザー等を用いて光機能材料
素子の研究、開発が行われてきたが、レーザー技術の進
歩により、高出力の小型半導体レーザーを用いることで
同等の機能を得ることができるようになった。

【０００５】また、装置自体の微小化、集積化を図り、
コストダウンを行うという観点からも、光源に半導体レ
ーザーを用いた光学系が主流になってきた。

【０００６】このような半導体レーザーから出射したレ
ーザー光と光学素子との結合は、単一のカップリングレ
ンズあるいは複数のレンズからなるカップリングレンズ
系を介して行われていた。また、他の方法として、半導
体レーザーと光学素子とをレンズ等の光学部品を用いず
に直接結合する手法も取られている。半導体レーザー及
び光学素子が微小である場合、あるいは光学素子が光導
波路等の入射位置や大きさに制限があるものである場合
には、上記の方法によりレーザー光と光学素子を結合す
る際に、各光学系ごとに光源、光学部品及び光学素子の
精密な位置合わせが行われていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】まず最初に、半導体レ
ーザーと光学素子を直接結合する方法における課題につ
いて説明する。直接結合においては、光ビームを有効に
光学素子に入射させるために半導体レーザーと光学素子
が近接するので、半導体レーザーの発する熱が光学素子
の特性に影響するという問題があり、光ビームの入射効
率を下げることなく、熱の影響を押さえなければならな
いという課題があった。

【０００８】次に、レンズ系を介して、半導体レーザー
と光学素子の結合を行う場合の課題について説明する。
半導体レーザーと光学素子の結合には、半導体レーザー
から出射した光ビームを光学素子に有効に入射するため
にレンズあるいはレンズ系を用いて結合が行われ、レン
ズを用いて半導体レーザーと光学素子との光結合を行う
際には、サブミクロンオーダーの光軸合わせ精度が求め
られた。特に光導波路型素子に関して言えば、微小な導
波路構造でありモード結合条件などの制限があるため、
高精度の位置合わせが必要であった。

【０００９】半導体レーザーとレンズと光導波路型素子
とを光軸上に一直線に配置する際には、半導体レーザ
ー、レンズ、光学素子のうち２つの要素を固定し、残る
１つの要素を移動調整して位置合わせを行っていた。例
えば、図１に示すように半導体レーザーと光導波路型素
子を固定した上で、レンズを操作して位置合わせを行っ
ていた。この際、移動調整を行う要素部品を３次元的に
移動し、調整を行わなければならないという難しさがあ
り、それに伴って、移動調節のための装置およびその制
御が複雑になっていた。従って、位置合わせを容易にす
ることにより、位置合わせのための装置とその制御の簡
単化を行うということが課題であった。

【００１０】さらに、レンズ系として通常の光学レンズ
を用いると、レンズの焦点距離やレンズの大きさ等を含
めた光学系の距離が１５ｍｍ以上になり、レーザー光源
モジュールの小型化が難しいという問題があった。

【００１１】また、半導体レーザーと光学素子とが一対
一の対応関係を持っているため、半導体レーザーとレン
ズと光学素子とが一体型となるモジュールを作製する場
合には、それぞれ独立した半導体レーザーとレンズと光
導波路型素子とを１つずつ用意し、各光学部品間で精密
な位置合わせの調整をして結合を行っている。これは、
生産ラインにおいて工程にかかる時間の増大の原因とな
っており、製造にかかる時間の短縮が課題となってい
た。

【００１２】また、光記録装置や光変調器、あるいはフ
ォトリフラクティブ材料等のバルク光学素子とレーザー
光の結合においては、レーザー光源、レンズ系、光学素
子をそれぞれ３次元的に調整し、かつ、レーザー光の素
子への入射位置を数μｍから数１０μｍの精度で制御す
る必要があるという課題があった。さらに、光ファイバ
ーや光導波路を扱う場合、この調整制度はさらに１桁小
さく、サブμｍオーダーの微細な調整が必要であるとい
う課題があった。これらの装置の小型化を図る場合には
高精度の調整機能を実現する機構を搭載する必要があ
り、小型化を困難にしているという問題があった。

【００１３】本発明は、上記従来の課題を鑑みてなされ
たもので、半導体レーザ、レンズ及び光学素子の光学的
結合の際の位置合わせを簡素化したレーザー光源及びそ
の調整方法を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の半導体レーザー光結合装置は、半導体レー
ザーと光学素子とを前記基台の面上に配置し、複数のレ
ンズまたは複数のレンズ系の何れかを同一面内に配置し
たレンズアレイを前記半導体レーザーと前記光学素子と
の間に配置し、前記半導体レーザーから出射した光が前
記レンズアレイの一つのレンズまたはレンズ系の何れか
を介して前記光学素子に結合した構成、または、複数の
半導体レーザーを１次元に配置した半導体レーザーアレ
イと複数の光学素子を同一面内に配置した光学素子アレ
イとを基台の面上に配置し、複数のレンズまたは複数の
レンズ系の何れかを同一面内に配置したレンズアレイを
前記半導体レーザーアレイと前記光学素子アレイとの間
に配置し、前記半導体レーザーアレイから出射した光ビ
ームが前記レンズアレイを介して前記光学素子アレイに
結合した構成である。

【００１５】また、本発明のレーザー光結合の調整方法
は、半導体レーザーと光学素子とを基台の面上に配置
し、複数のレンズまたは複数のレンズ系の何れかを同一
面内に配置したレンズアレイを前記半導体レーザーと前
記光学素子との間に配置し、前記レンズアレイを前記基
台の面上で前記半導体レーザーの出射光の光軸とほぼ直
交する方向に移動し、前記半導体レーザーから発振され
た光ビームを前記レンズアレイの任意のレンズまたは任
意のレンズ系の何れかで集光し、前記光学素子に結合す
る構成、または、複数の半導体レーザーを１次元に配置
した半導体レーザーアレイと複数の光学素子を同一面内
に配置した光学素子アレイとを基台面上でほぼ平行に配
置し、複数のレンズまたは複数のレンズ系を同一面内に
配置したレンズアレイを前記半導体レーザーアレイと前
記光学素子アレイとの間に配置し、前記レンズアレイを
前記基台の面上で移動し、前記半導体レーザーアレイか
ら出射した光ビームを前記光学素子アレイの複数のレン
ズまたは複数のレンズ系の何れかでそれぞれ集光させ、
複数個のレーザー光源を同時に前記光学素子アレイに結
合する構成である。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明のレーザー光結合装
置及びレーザー光結合の調整方法に係る実施の形態につ
いて、光学素子として最も結合が困難である光導波路型
波長変換素子を適用したレーザー光源について主に図を
用いて説明するが、本発明に適用できる光学素子として
は光導波路型波長変換素子に限定されるものではなく、
またレーザー光結合装置もレーザー光源に限定されるも
のではない。

【００１７】（実施の形態１）レンズ系を用いて単一の
半導体レーザーと単一の光導波路型波長変換素子との結
合を用いたレーザー光源の一実施の形態を説明する。

【００１８】半導体レーザーと光導波路型波長変換素子
とを結合させるためには、ＸおよびＹ方向に関してサブ
ミクロン精度の調節が必要である。従って、無調節で半
導体レーザー、レンズ、光導波路型波長変換素子をモジ
ュール化するには、モジュールおよび各構成部品の形状
をサブミクロン精度で作製する必要があり、コスト等の
面から実現が難しかった。そこで従来の調整における課
題について検討した。

【００１９】従来の調整における問題を挙げると、(１)
各部品（半導体レーザー、レンズ、光導波路型波長変換
素子）を基台に接着させる接着剤の厚みのばらつき、例
えば光導波路型波長変換素子では紫外線硬化材、半導体
レーザーでははんだの厚みのばらつきが、サブミクロン
オーダーで存在、(２)基材厚のばらつき、特に半導体レ
ーザー1に関しては、その製造過程においてＧａＡｓな
どのウエハー基板上に層を成長させて作製されるが、ウ
エハー表面の研磨状態などにより、基板からレーザー光
を発振させる活性層までの高さに数μｍ〜数十μｍ程度
のばらつき存在、(３)各部品の固定位置のばらつき、各
部品を接着固定する際のＸ方向の位置のばらつきが、サ
ブミクロンオーダーで生じる。

【００２０】これらの課題を解決するためには、半導体
レーザー、レンズ、光導波路型波長変換素子のいずれか
に調整機構を設け、光学系のずれを補償する手段が必要
である。通常は各部品をそれぞれ調整してアライメント
を行っているが、最も問題となるのが基台の厚み方向に
生じる位置のずれに対する調整である。すなわち、Ｘお
よびＺ方向の調整は、光学系のずれも小さく、また、各
部品を基台面内で移動することにより比較的自由に行え
るが、Ｙ方向の調整は基台から各部品までの距離がほぼ
決定されているため、大きなばらつきに対する調整は困
難であった。

【００２１】Ｙ方向のばらつきを小さくするために、半
導体レーザーの活性層上部のＰ型半導体積層側、およ
び、光導波路型素子の導波路形成面側を基台表面に接着
する方法（P side down法）が考えられていたが、ＤＢ
ＲレーザーやＤＦＢレーザー等の、駆動電流以外に半導
体レーザーをコントロールするための配線を必要とする
半導体レーザーに対しては、配線の容易さから、半導体
レーザーの基板面を基台に接着する方法（P side up
法）を用いる方がモジュール化に適していた。しかしな
がら、上記(２)に示した理由から、Ｙ方向にばらつきが
大きくなるP side up法で半導体レーザーをしようする
ことは難しかった。そこで本発明において、レンズ系に
よる解決を図った。

【００２２】図２は傾斜配置１次元レンズアレイを用い
たレーザー光源の一例を示す。図２において１は半導体
レーザー、２は傾斜配置１次元レンズアレイ、３は光導
波路型波長変換素子の一つであるＳＨＧ素子、４は半導
体レーザー１、１次元レンズアレイ２及びＳＨＧ素子３
の光学部品をモジュール化するための基台である。

【００２３】このとき、傾斜配置１次元レンズアレイ２
は、基台の表面からレンズアレイを構成する各レンズの
中心までの距離が異なる距離になるように、図３(ａ)ま
たは図３(ｂ)のような形にレンズアレイを加工されてい
る。すなわち、レンズアレイを構成する各レンズの中心
が１次元をなすように配置され、レンズアレイの基板底
面と各レンズの距離がそれぞれ異なるように斜めに配置
されている。

【００２４】以上のように構成されたレーザー光源につ
いて、以下でその動作を述べる。半導体レーザー１とＳ
ＨＧ素子３は、基台４にボンディングにより固定されて
おり、半導体レーザー１ははんだ等を用いて、またＳＨ
Ｇ素子３は紫外線硬化材等を用いて固定することができ
た。これらの光学部品は、このボンディングの際にＸ方
向及びＺ方向の位置合わせを精密に行うことができた。
さらに、傾斜配置１次元レンズアレイ２を用いて結合を
行った。このとき、レンズアレイを構成する任意のレン
ズを選択することで、Ｙ方向の結合位置を調整すること
ができた。また、Ｘ方向の光学系のずれは微小であるの
で、選択したレンズにおいてＸ方向に微調整することに
よって、半導体レーザー１とＳＨＧ素子３のＸ方向の位
置合わせを行うことができた。

【００２５】調整は、まず、傾斜配置１次元レンズアレ
イ２をＸ方向にスライドさせてＳＨＧ素子３からの出力
光強度を観測した。このとき、Ｘ方向への移動に対して
出力光強度が変化した。これをフィードバックし、出力
光強度が最大となったレンズを選択した。さらに選択し
たレンズにおいて再度Ｘ方向を微動調整し、Ｘ方向の位
置合わせを行った。このような調整を行うことにより、
傾斜配置１次元レンズアレイ２のＸ方向への移動のみ
で、Ｘ方向とＹ方向との調整が行え、半導体レーザー１
とＳＨＧ素子３とを結合することが可能になった。

【００２６】レンズアレイを上記のように加工する代わ
りに、基台に溝を形成し、その溝に沿ってレンズアレイ
を移動させることにより結果としてレンズ位置がＹ方向
に対して変化するように溝を加工しても同様の効果が得
られた。

【００２７】また、レンズを無くして、半導体レーザー
とＳＨＧ素子とを直接結合する方法も採られているが、
この場合も前述の精度の問題により、P side up法によ
る結合は困難である。また、直接結合においては、半導
体レーザーとＳＨＧ素子との間の距離を１μｍ以下にし
なければならない。しかし、半導体レーザーの発する熱
が素子に伝わりＳＨＧ出力が低下する現象が見られた。

【００２８】ところが、上記のような本発明のレンズ系
による結合を行うことにより、半導体レーザーとＳＨＧ
素子との間隔を１ｍｍ以上取ることができ、半導体レー
ザーの熱による影響を取り除くことができた。また、P
side up法による結合も行うことができた。これによ
り、小型で、かつ半導体レーザーの発する熱の影響を受
けない安定なレーザー光源の構成が可能になった。

【００２９】また、通常用いられていた光学レンズはレ
ンズ直径が４〜５ｍｍ、Ｎ．Ａ．が０．３〜０．５、焦
点距離が数ｍｍのものであったが、レンズアレイを構成
するレンズとして、レンズ直径１００μｍ、Ｎ．Ａ．が
０．５、焦点距離が１１０μｍのマイクロレンズを用い
ることにより、結合のための光学系の距離を１ｍｍ以下
にし、レーザー光源を小型化することができた。

【００３０】さらに、前述したように、半導体レーザー
と光導波路型素子との結合には、サブミクロン精度の調
整が必要であった。そこで、傾斜配置１次元レンズアレ
イにおいて、レンズの中心と基台との距離が０．１μｍ
ごとに異なるように１０個のレンズを配置することで１
μｍ程度のずれは容易に調整することができた。レンズ
はイオン交換法やフォトリソグラフィーによるレンズ加
工を行うことにより作製した。

【００３１】イオン交換法は、適当な１価の金属イオン
を含む中性塩を融点以上に加熱して溶かし、この中にガ
ラスを浸して外部から金属イオンをガラス内部に拡散さ
せ、ガラス内部の金属イオンと置き換え、さらにガラス
内部に熱拡散させる方法である。通常、ガラスはＳｉＯ
₂やＢ₂Ｏ₃などのガラス形成酸化物中にＮａ₂Ｏ、Ｋ
₂Ｏ、ＣａＯなどの修飾酸化物が転在している構造を持
っており、高温中でこの修飾酸化物がイオン化する。従
って、ガラスをある温度以上に熱し、高温の１価の金属
イオンを含む中性塩に浸すことにより金属イオンとの置
換を行うことができる。

【００３２】このことによりガラスの屈折率を変化させ
ることができる。また、熱拡散課程を用いるため、屈折
率分布を持つレンズが形成できる。この際、ガラス表面
に適当なマスクをすることにより、イオン交換される部
分を限定することが可能である。マスク作製手段とし
て、ガラス表面にレジストを塗布して紫外線露光をする
などの方法を採ることにより、サブミクロン精度のマス
キングを行うことができる。

【００３３】また、フォトリソグラフィープロセスは、
ガラス表面にレジストを塗布するなどして適当なマスク
を形成し、エッチングを行ってガラス形状を加工する方
法として知られており、やはりサブミクロンオーダーの
精度を達成することができる。

【００３４】ガラスをイオン交換法を用いて屈折率分布
型の平板マイクロレンズアレイを作製することにより、
レンズアレイ基板内にサブミクロン精度でマイクロレン
ズを配置した傾斜配置１次元マイクロレンズアレイを作
製でき、また、フォトリソグラフィープロセスにより作
製された球面屈折型のマイクロレンズを用いても同様の
精度のレンズアレイを作製することができた。これによ
り、サブミクロンの精度でレンズを配置した傾斜配置１
次元レンズアレイを作製し、０．１μｍの精度でＹ方向
の調節することができた。また、このようにレンズを１
０個配置したレンズアレイを用いた場合においても、レ
ンズ径が１００μｍのマイクロレンズを用いたことによ
り、レンズアレイの大きさを横方向に１．５ｍｍとコン
パクトにすることができ、小型のレーザー光源を作成す
ることができた。

【００３５】また、半導体レーザーとＳＨＧ素子を結合
する際には、レンズのＮ．Ａ．を大きくし、光ビームを
より小さく絞って高効率で結合するために、複数のレン
ズを用いたレンズ系によって結合を行っている。

【００３６】本発明においても、傾斜配置１次元マイク
ロレンズアレイを構成するレンズを、Ｚ方向に対して複
数のレンズからなる傾斜配置１次元マイクロレンズ系ア
レイとすることにより、Ｎ．Ａ．を１とすることができ
た。傾斜配置１次元マイクロレンズ系アレイを作製する
方法としては、前述したイオン交換法によって作製した
屈折率分布型平板レンズ、あるいはフォトリソグラフィ
ープロセスによって作製した球面屈折型レンズをそれぞ
れ貼り合わせることで可能となった。また、それらを組
み合わせて貼り合わせる方法によっても可能であった。

【００３７】これにより、前述したような傾斜配置１次
元マイクロレンズアレイの効果と同様の効果を得ること
ができ、かつ大きいＮ．Ａ．を持った傾斜配置１次元マ
イクロレンズ系アレイを用いることでレンズ系の小型化
が可能となった。さらに、Ｎ．Ａ．が大きなレンズを用
いることで集光スポットを小さくすることができ、小さ
なＮ．Ａ．の光導波路にも適用可能となった。

【００３８】（実施の形態２）本実施の形態では、複数
の半導体レーザーと複数の光学素子とを光学的に結合し
た半導体レーザー光源について述べる。なお、実施の形
態１と同様に、光学素子の具体例としては光導波路型波
長変換素子を適用した場合について述べる。

【００３９】前述したように、半導体レーザーと光導波
路型波長変換素子とを結合させるためには、ＸおよびＹ
方向に関してサブミクロン精度の調節が必要であった。
従来は、半導体レーザーと光導波路型波長変換素子との
結合において、各モジュールごとにアライメントを行っ
ていた。従って、これらをアレイ状に配置した光源の作
製は困難であった。また、各モジュールごとにアライメ
ントを行っていたことにより、半導体レーザーとレンズ
系と光導波路型波長変換素子とからなるレーザー光源を
生産する際、この工程にかかる時間が大きくなってい
た。

【００４０】そこで、本発明においてレンズアレイを用
いることにより解決を図った。図４は本発明のレーザー
光源において、半導体レーザーとカップリングレンズと
光導波路型波長変換素子とを一体化したモジュ−ルを複
数個同時に位置合わせする場合の模式図である。図４に
おいて８は複数個の半導体レーザーを１次元に配置した
半導体レーザーアレイ、９はレンズアレイ、１０は複数
の光導波路型波長変換素子を有するＳＨＧ素子アレイ、
１１は半導体レーザーアレイ８、レンズアレイ９及び光
導波路型波長変換素子１０の光学部品を結合した後で固
定する基台である。

【００４１】以上の構成に関して、その動作を述べる。
半導体レーザー１は、レーザー製造プロセスにおいて同
一ウエハー上に作製されたものを切り出し、レーザーの
出射高さに不均一性のないもの複数個有する半導体レー
ザーアレイ８をを用いた。均一なレーザーの出射高さを
得る手段としては、P side down法も考えられる。ま
た、光導波路型波長変換素子アレイ１０については、プ
ロトン交換法などを用いて、同一ウエハー上に任意の間
隔、幅、深さの光導波路を同時に作製することが可能で
あった。

【００４２】このようにして得られた半導体レーザーア
レイ８と光導波路型波長変換素子アレイ１０とを、光軸
が合うようにＸ方向及びＹ方向の位置を合わせ、Ｚ方向
に関して適当な間隔を取って基台１１にボンディングし
た。この半導体レーザーアレイ８と光導波路型波長変換
素子アレイ１０との間の任意の位置（Ｚ方向に関して光
結合が最適になる位置）にアレイ状のカップリングレン
ズを挿入し、Ｘ方向及びＹ方向の位置を合わせを行っ
た。

【００４３】このとき、任意の２組の半導体レーザー、
レンズ、光導波路型波長変換素子の組を位置合わせに用
いるために使用した。特にアレイ状に配置される素子の
数が多いときには、微小な位置のずれの影響が少なくな
るように、一番外側に位置する２組を利用することがよ
り望ましい。アレイ状の素子の特長を生かすことによ
り、両端の位置合わせを行うことで同時にすべての組に
関して位置合わせが行われる。

【００４４】このようにして精度の高い位置合わせが行
われた状態で、レンズアレイ９を基台１１に接着し、一
体化したレーザー光源アレイを作製した。さらに、光学
系を調整する場合、熱膨張による各部品の形状のずれを
防ぐため、調整時の温度変化が±３℃以下になるように
コントロールした。

【００４５】これをレーザー加工技術などを用いて切り
出すことで、個々のモジュールとして取り扱うことが可
能となった。また、この方法を用いることにより、位置
合わせを同時に行い、アレイ状のレーザー出力を有する
レーザー光源が製造できた。アレイ状の光源により高出
力の光源が実現でき、固体レーザーのポンプ光として応
用できた。また、アレイ状の光源を複数用いて２次元的
に配置し、ディスプレイ光源として応用することができ
た。

【００４６】また、アレイ状のレーザー光源をレーザー
加工技術を用いて切り出すことにより、複数個のレーザ
ー光源を得ることができた。このようにして、同時に多
数の光導波路型波長変換素子と半導体レーザーとを結合
するに要する調整時間を短縮でき、製造過程において位
置合わせにかかる時間を大幅に短縮するという効果が得
られた。

【００４７】また、通常用いられていた光学レンズはレ
ンズ直径が４〜５ｍｍ、Ｎ．Ａ．が０．３〜０．５、焦
点距離が数ｍｍのものであったが、レンズアレイを構成
するレンズとして、レンズ直径１００μｍ、Ｎ．Ａ．が
０．５、焦点距離が１１０μｍのマイクロレンズを用い
ることにより、結合のための光学系の距離を１ｍｍ以下
にし、レーザー光源を小型化することができた。

【００４８】さらに、前述したように、半導体レーザー
と光導波路型素子の結合には、サブミクロン精度の調整
が必要であった。そこで、イオン交換法を用いて屈折率
分布型の平板マイクロレンズアレイを作製することによ
り、レンズアレイ基板内にサブミクロン精度でマイクロ
レンズを配置した１次元マイクロレンズアレイを作製で
きた。また、フォトリソグラフィープロセスにより作製
された球面屈折型のマイクロレンズを用いても同様の精
度のレンズアレイを作製することができた。このことに
より、サブミクロンの精度でレンズを配置した１次元レ
ンズアレイを作製し、０．１μｍの精度で位置合わせを
行うことができた。

【００４９】また、半導体レーザーとＳＨＧ素子を結合
する際には、レンズのＮ．Ａ．を大きくし、光ビームを
より小さく絞って高効率で結合するために、複数のレン
ズを用いたレンズ系によって結合を行っていた。

【００５０】本発明において、１次元マイクロレンズア
レイを構成するレンズを、Ｚ方向に対して複数のレンズ
からなる１次元マイクロレンズ系アレイとすることによ
り、Ｎ．Ａ．を１とすることができた。

【００５１】１次元マイクロレンズ系アレイは、前述し
たイオン交換法によって作製した屈折率分布型平板レン
ズ、あるいはフォトリソグラフィープロセスによって作
製した球面屈折型レンズをそれぞれ貼り合わせることに
より可能となった。あるいはそれらを組み合わせて貼り
合わせる方法によっても可能であった。

【００５２】これにより、前述したような１次元マイク
ロレンズアレイの効果と同様の効果を得ることができ、
かつ大きいＮ．Ａ．を持った１次元マイクロレンズ系ア
レイを用いることでレンズ系の小型化が可能となった。
さらに、Ｎ．Ａ．が大きなレンズを用いることで集光ス
ポットを小さくすることができ、小さなＮ．Ａ．の光導
波路にも適用可能となった。

【００５３】上述の実施の形態は、レーザー光源に関し
て述べたが、本発明のレーザー結合装置に適用できる光
学素子は、前述したようにバルク光学素子または光ファ
イバーであっても本発明のその原理は同様であり、奏す
る効果も同様であること勿論である。

【００５４】

【発明の効果】本発明のレーザー光結合装置は、半導体
レーザーと光学素子とを基台の面上に配置し、複数のレ
ンズまたは複数のレンズ系の何れかを同一面内に配置し
たレンズアレイを半導体レーザーと光学素子との間に配
置し、半導体レーザーから出射した光がレンズアレイの
一つレンズまたはレンズ系の何れかを介して光学素子に
結合する構成、または、複数の半導体レーザーを１次元
に配置した半導体レーザーアレイと複数の光学素子を同
一面内に配置した光学素子アレイとを基台の面上に配置
し、複数のレンズまたは複数のレンズ系の何れかを同一
面内に配置したレンズアレイを半導体レーザーアレイと
光学素子アレイとの間に配置し、半導体レーザーアレイ
から出射した光ビームがレンズアレイを介して光学素子
アレイに結合する構成の何れかであるため、あらゆる光
学素子とレーザーとの結合において位置合わせを容易に
行うことを可能にすると共に、半導体レーザーの活性層
高さの不均一やボンディング精度に起因する基台表面か
らの高さのばらつきが生じた場合においても容易に結合
が図れるという効果が得られた。これによりP side up
法においてもレンズによる結合を容易に行うことができ
た。

【００５５】また、レンズ系を用いて半導体レーザーと
光学素子を結合することにより、半導体レーザーと光学
素子との距離があるため、半導体レーザーから発せられ
る熱が素子に及ぼす影響を除去するという効果がある。
さらに、マイクロレンズアレイを用いることにより、結
合光学系の要する距離を小さくすることができ、小型で
安定なレーザー光結合装置を実現できる。

【００５６】特に、光学素子に導波路型波長変換素子を
適用した場合には、１次元レンズアレイを用いることに
より、半導体レーザーアレイと導波路型波長変換素子ま
たは導波路型波長変換素子アレイとをサブミクロン精度
で結合することができ、アレイ状のレーザー光源を作製
することができる。

【００５７】また、上記のアレイ状のレーザー光結合の
調整方法は、レンズアレイの持つ特長を生かして、半導
体レーザーとレンズまたはレンズ系と光学素子とを一体
化したレーザー光結合装置の光軸の調整工程において、
結合精度が高くかつ簡単に結合調整ができるため、モジ
ュールを同時に複数個作製する手段、あるいは単独の結
合調整でも調整時間の短縮効果が極めて高いため、結合
工程に要する時間と同等の時間で、より多くのレーザー
光源の結合を行うことができ、レーザー光結合装置を安
価にできるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の半導体レーザー光源における半導体レー
ザーと光学素子との結合の一例を示す図

【図２】本発明の第１の実施形態における半導体レーザ
ーとＳＨＧ素子との結合を示す図

【図３】(ａ)本発明の第１の実施形態において用いるた
めの傾斜配置１次元レンズアレイの一例を示す図(ｂ)本
発明の第１の実施形態において用いるための傾斜配置１
次元レンズアレイの他の例を示す図

【図４】本発明の第２の実施形態におけるアレイ状のレ
ーザー光源の構成を示す図

【符号の説明】

１，４半導体レーザー２レンズ３光導波路型光学素子５傾斜配置１次元レンズアレイ６ＳＨＧ素子７，１１基台８半導体レーザーアレイ９１次元レンズアレイ１０光導波路型光学素子アレイ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体レーザーと光学素子とを基台の面上
に配置し、複数のレンズまたは複数のレンズ系の何れか
を同一面内に配置したレンズアレイを前記半導体レーザ
ーと前記光学素子との間に配置し、前記半導体レーザー
から出射した光が前記レンズアレイの一つのレンズまた
はレンズ系の何れかを介して前記光学素子に結合してい
ることを特徴とするレーザー光結合装置。
【請求項２】複数の半導体レーザーを１次元に配置した
半導体レーザーアレイと複数の光学素子を同一面内に配
置した光学素子アレイとを基台の面上に配置し、複数の
レンズまたは複数のレンズ系の何れかを同一面内に配置
したレンズアレイを前記半導体レーザーアレイと前記光
学素子アレイとの間に配置し、前記半導体レーザーアレ
イから出射した光ビームが前記レンズアレイを介して前
記光学素子アレイに結合することを特徴とするレーザー
光結合装置。
【請求項３】前記レンズアレイが、前記半導体レーザー
の出射光の光軸とほぼ垂直な面内において複数のレンズ
または複数のレンズ系の何れかを１次元に配置した１次
元レンズアレイである請求項１または２何れかに記載の
レーザー光結合装置。
【請求項４】前記レンズアレイが、前記光軸と垂直な面
内において前記複数のレンズまたは前記複数のレンズ系
を、前記基台平面に対し斜めに配置した傾斜配置１次元
レンズアレイであることを特徴とする請求項１記載のレ
ーザー光結合装置。
【請求項５】前記レンズアレイを構成するレンズまたは
レンズ系が、マイクロレンズまたはマイクロレンズ系で
あることを特徴とする請求項１〜４何れかに記載のレー
ザー光結合装置。
【請求項６】前記マイクロレンズまたはマイクロレンズ
系が、屈折率分布型のマイクロレンズまたはマイクロレ
ンズ系であることを特徴とする請求項５記載のレーザー
光結合装置。
【請求項７】前記マイクロレンズまたはマイクロレンズ
系が、球面屈折率型のマイクロレンズまたはマイクロレ
ンズ系であることを特徴とする請求項５記載のレーザー
光結合装置。
【請求項８】前記光学素子が光導波路型素子である請求
項１または２何れかに記載のレーザー光結合装置。
【請求項９】前記光導波路型素子が光導波路型波長変換
素子である請求項８記載のレーザー光結合装置。
【請求項１０】半導体レーザーと光学素子とを基台の面
上でほぼ平行に配置し、複数のレンズまたは複数のレン
ズ系の何れかを同一面内に配置したレンズアレイを前記
半導体レーザーと前記光学素子との間に配置し、前記レ
ンズアレイを前記基台の面上で前記半導体レーザーの出
射光の光軸とほぼ直交する方向に移動し、前記半導体レ
ーザーから発振された光ビームを前記レンズアレイの任
意のレンズまたは任意のレンズ系の何れかで集光し、前
記光学素子に結合することを特徴とするレーザー光結合
の調整方法。
【請求項１１】複数の半導体レーザーを１次元に配置し
た半導体レーザーアレイと複数の光学素子を同一面内に
配置した光学素子アレイとを基台面上でほぼ平行に配置
し、複数のレンズまたは複数のレンズ系を同一面内に配
置したレンズアレイを前記半導体レーザーアレイと前記
光学素子アレイとの間に配置し、前記レンズアレイを前
記基台の面上で移動し、前記半導体レーザーアレイから
出射した光ビームを前記光学素子アレイの複数のレンズ
または複数のレンズ系の何れかでそれぞれ集光させ、複
数個のレーザー光源を同時に前記光学素子アレイに結合
することを特徴とするレーザー光結合の調整方法。
【請求項１２】前記レンズアレイが、前記半導体レーザ
ーの出射光の光軸とほぼ垂直な面内において前記レンズ
またはレンズ系を１次元に配置した１次元レンズアレイ
である請求項１０記載のレーザー光結合の調整方法。
【請求項１３】前記レンズアレイを構成するレンズまた
はレンズ系が、マイクロレンズまたはマイクロレンズ系
である請求項１０〜１２何れかに記載のレーザー光結合
の調整方法。
【請求項１４】前記マイクロレンズまたは前記マイクロ
レンズ系が、屈折率分布型のマイクロレンズまたはマイ
クロレンズ系である請求項１３記載のレーザー光結合の
調整方法。
【請求項１５】前記マイクロレンズまたは前記マイクロ
レンズ系が、球面屈折率型のマイクロレンズまたはマイ
クロレンズ系である請求項１３記載のレーザー光結合の
調整方法。
【請求項１６】前記光学素子が光導波路型素子である請
求項１０または１１何れかに記載のレーザー光結合の調
整方法。
【請求項１７】前記光導波路型素子が光導波路型波長変
換素子である請求項１６記載のレーザー光結合の調整方
法。