KR20210136012A - 광학 부품 및 반도체 레이저 모듈 - Google Patents

광학 부품 및 반도체 레이저 모듈 Download PDF

Info

Publication number
KR20210136012A
KR20210136012A KR1020217028197A KR20217028197A KR20210136012A KR 20210136012 A KR20210136012 A KR 20210136012A KR 1020217028197 A KR1020217028197 A KR 1020217028197A KR 20217028197 A KR20217028197 A KR 20217028197A KR 20210136012 A KR20210136012 A KR 20210136012A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
clad
diameter
optical fiber
face
input
Prior art date
Application number
KR1020217028197A
Other languages
English (en)
Inventor
나오키 하야미즈
히로시 하시모토
히데유키 나스
Original Assignee
후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤 filed Critical 후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤
Publication of KR20210136012A publication Critical patent/KR20210136012A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4202—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details for coupling an active element with fibres without intermediate optical elements, e.g. fibres with plane ends, fibres with shaped ends, bundles
    • G02B6/4203—Optical features
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0225—Out-coupling of light
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/255—Splicing of light guides, e.g. by fusion or bonding
    • G02B6/2552—Splicing of light guides, e.g. by fusion or bonding reshaping or reforming of light guides for coupling using thermal heating, e.g. tapering, forming of a lens on light guide ends
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/264—Optical coupling means with optical elements between opposed fibre ends which perform a function other than beam splitting
    • G02B6/266—Optical coupling means with optical elements between opposed fibre ends which perform a function other than beam splitting the optical element being an attenuator
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4206—Optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/421—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms the intermediate optical component consisting of a short length of fibre, e.g. fibre stub
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4214—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms the intermediate optical element having redirecting reflective means, e.g. mirrors, prisms for deflecting the radiation from horizontal to down- or upward direction toward a device
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4296—Coupling light guides with opto-electronic elements coupling with sources of high radiant energy, e.g. high power lasers, high temperature light sources
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/02218—Material of the housings; Filling of the housings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0225—Out-coupling of light
    • H01S5/02251—Out-coupling of light using optical fibres
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/023—Mount members, e.g. sub-mount members
    • H01S5/02325—Mechanically integrated components on mount members or optical micro-benches
    • H01S5/02326—Arrangements for relative positioning of laser diodes and optical components, e.g. grooves in the mount to fix optical fibres or lenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/024—Arrangements for thermal management
    • H01S5/02438—Characterized by cooling of elements other than the laser chip, e.g. an optical element being part of an external cavity or a collimating lens
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4012—Beam combining, e.g. by the use of fibres, gratings, polarisers, prisms
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/02208—Mountings; Housings characterised by the shape of the housings
    • H01S5/02216—Butterfly-type, i.e. with electrode pins extending horizontally from the housings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0225—Out-coupling of light
    • H01S5/02253—Out-coupling of light using lenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0225—Out-coupling of light
    • H01S5/02255—Out-coupling of light using beam deflecting elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/024—Arrangements for thermal management
    • H01S5/02469—Passive cooling, e.g. where heat is removed by the housing as a whole or by a heat pipe without any active cooling element like a TEC
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031—Edge-emitting structures
    • H01S5/4043—Edge-emitting structures with vertically stacked active layers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

광학 부품(10)은, 코어부(11a)와, 상기 코어부(11a)의 외주에 형성된 클래드부(11b)를 가지는 광파이버(11)와, 상기 광파이버(11)의 외주에 배치된 광흡수체(13)와, 상기 광흡수체(13)와 상기 광파이버(11)를 고착하는 고착재(12)를 구비하고, 상기 클래드부(11b)는, 길이 방향으로 연신하여, 주부 클래드 직경(Aba)을 가지는 주부(11ba)와, 상기 주부(11ba)에 대하여 광의 입력측에 위치하는 입력측 단부(11bb)를 가지고, 상기 입력측 단부(11bb)의 입력단면(11c)에 있어서의 입력단면 클래드 직경(Abb)이 상기 주부 클래드 직경(Aba)보다도 작다.

Description

광학 부품 및 반도체 레이저 모듈
본 발명은, 광학 부품 및 반도체 레이저 모듈에 관한 것이다.
가공이나 용접과 같은 산업분야에 있어서도, 반도체 레이저 모듈이 이용되고 있다. 반도체 레이저 모듈에 있어서, 반도체 레이저 소자로부터 출력된 레이저광을 광파이버에 결합시키는 부분의 구성으로서, 광파이버의 외주에 광파이버를 고정하는 글라스 캐필러리를 마련하고, 글라스 캐필러리의 외주에 글라스 캐필러리를 고정하는 광흡수체를 마련하는 구성이 개시되어 있다. 광파이버와 글라스 캐필러리는 예를 들면 수지 등의 제 1 고착재에 의해 고착된다. 글라스 캐필러리와 광흡수체는 예를 들면 수지 등의 제 2 고착재에 의해 고착된다(특허문헌 1). 이 구성에 있어서, 광파이버에 입력된 레이저광의 일부는 코어부에 결합하지 않고 클래드 모드로 전반(傳搬)한다. 이러한 레이저광은, 전반 중에 서서히 클래드부로부터 누설되어, 2개의 고착재와 글라스 캐필러리를 투과하여 광흡수체에 도달하고, 광흡수체에 의해 흡수된다. 또한, 레이저광을 광파이버에 결합시키는 부분에 있어서는, 광파이버의 피복은 제거되어 있으며, 클래드부가 노출되어 있다. 특허문헌 1의 구성에 의하면, 피복의 손상의 억제가 가능하도록 되어 있다.
국제공개 제2015/037725호
산업분야에 있어서, 광원의 레이저광의 고파워화가 요구되고 있다. 특허문헌 1의 구성에서는, 레이저광이 고파워화함에 따라서, 레이저광 중 클래드 모드로 전반하는 레이저광의 파워가 커진다. 그 결과, 클래드 모드로 전반하여, 클래드부로부터 누설된 레이저광이, 제 1 또는 제 2 고착재를 손상시킬 우려가 있다. 특히, 제 1 고착재는 클래드부의 외주에 인접하고 있기 때문에, 누설된 레이저광의 파워 밀도가 높아, 제 2 고착재에 비하여 손상되기 쉽다.
본 발명은, 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 손상의 발생이 억제된 광학 부품 및 반도체 레이저 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 서술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양태와 관련되는 광학 부품은, 코어부와, 상기 코어부의 외주에 형성된 클래드부를 가지는 광파이버와, 상기 광파이버의 외주에 배치된 광흡수체와, 상기 광흡수체와 상기 광파이버를 고착하는 고착재를 구비하고, 상기 클래드부는, 길이 방향으로 연신(延伸)하여, 주부(主部) 클래드 직경을 가지는 주부와, 상기 주부에 대하여 광의 입력측에 위치하는 입력측 단부(端部)를 가지고, 상기 입력측 단부의 입력단면에 있어서의 입력단면 클래드 직경이 상기 주부 클래드 직경보다도 작은 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양태와 관련되는 광학 부품은, 상기 입력측 단부는, 클래드 직경이 상기 주부 클래드 직경으로부터 상기 입력단면 클래드 직경과 거의 동등한 직경까지 변화되는 테이퍼 형상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양태와 관련되는 광학 부품은, 상기 입력측 단부는, 상기 입력단면 클래드 직경과 대략 동등한 클래드 직경을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양태와 관련되는 광학 부품은, 상기 클래드부는, 상기 주부에 대하여 광의 출력측에 위치하는 출력측 단부를 가지며, 상기 출력측 단부의 출력단면에 있어서의 출력단면 클래드 직경이 상기 주부 클래드 직경보다도 작은 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양태와 관련되는 광학 부품은, 상기 광파이버의 상기 입력단면에 접속된, 상기 광파이버의 상기 입력단면보다도 면적이 큰 입력단면을 가지는 엔드 캡을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양태와 관련되는 광학 부품은, 상기 입력단면 클래드 직경은 상기 코어부의 코어 직경의 1.1배 이상 1.4배 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양태와 관련되는 광학 부품은, 상기 주부 클래드 직경은 125㎛보다도 큰 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양태와 관련되는 광학 부품은, 상기 주부 클래드 직경은 500㎛ 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양태와 관련되는 반도체 레이저 모듈은, 상기 광학 부품과, 반도체 레이저 소자와, 상기 반도체 레이저 소자로부터 출력된 레이저광을 상기 광학 부품의 상기 입력단면으로 유도하는 광학계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 광학 부품 및 반도체 레이저 모듈의 손상의 발생이 억제된다고 하는 효과를 가진다.
도 1은, 실시형태 1과 관련되는 광학 부품을 구비한 반도체 레이저 모듈의 모식적인 평면도이다.
도 2는, 실시형태 1과 관련되는 광학 부품 및 광파이버의 모식적인 단면도이다.
도 3은, 광파이버에 대한 레이저광의 입력 상태를 설명하는 도면이다.
도 4는, 광파이버에 대한 레이저광의 입력 상태를 설명하는 도면이다.
도 5는, 클래드 전반광량에 대한 필요 클래드 직경을 나타내는 도면이다.
도 6은, 실시형태 2와 관련되는 광학 부품 및 광파이버의 모식적인 단면도이다.
도 7은, 광파이버에 대한 레이저광의 입력 상태를 설명하는 도면이다.
도 8은, 광파이버에 대한 레이저광의 입력 상태를 설명하는 도면이다.
도 9는, 실시형태 3과 관련되는 광학 부품 및 광파이버의 모식적인 단면도이다.
도 10은, 실시형태 4와 관련되는 광학 부품의 모식적인 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시형태를 상세하게 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 실시형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한, 도면의 기재에 있어서, 동일 또는 대응하는 요소에는 적절히 동일한 부호를 붙이고, 중복 설명을 적절히 생략한다. 또한, 도면은 모식적인 것이며, 각 요소의 치수의 관계, 각 요소의 비율 등은, 현실과 다른 경우가 있는 것에 유의할 필요가 있다.
(실시형태 1)
도 1은, 실시형태 1과 관련되는 광학 부품을 구비한 반도체 레이저 모듈의 모식적인 평면도이다. 반도체 레이저 모듈(100)은, 박스체인 패키지(101)와, 패키지(101)의 내부에 순서대로 적재된 LD 높이 조정판(102)과, 서브 마운트(103-1~103-6)와, 6개의 반도체 레이저 소자(104-1~104-6)를 구비한다. 패키지(101)는, 덮개를 구비하지만, 도 1에 있어서는 설명을 위하여 도시를 생략하고 있다. 반도체 레이저 모듈(100)은, 반도체 레이저 소자(104-1~104-6)에 전류를 주입하는 리드 핀(105)을 구비한다. 그리고, 반도체 레이저 모듈(100)은, 반도체 레이저 소자(104-1~104-6)가 출력하는 레이저광의 광로 상에 순서대로 배치된 광학 소자인, 제 1 렌즈(106-1~106-6)와, 제 2 렌즈(107-1~107-6)와, 미러(108-1~108-6)와, 제 3 렌즈(109)와, 광필터(110)와, 제 4 렌즈(111)를 구비한다. 제 1 렌즈(106-1~106-6), 제 2 렌즈(107-1~107-6), 미러(108-1~108-6), 제 3 렌즈(109), 광필터(110), 제 4 렌즈(111)는, 각각 패키지(101)의 내부에 고정되어 있다. 추가로, 반도체 레이저 모듈(100)은, 제 4 렌즈(111)와 대향하여 배치된 광학 부품(10)과, 광학 부품(10)에 융착 접속 등에 의해 접속된 광파이버(112)를 구비한다. 광파이버(112)의 광학 부품(10)에 접속된 측과는 반대측의 일단은, 패키지(101)의 외부로 연신하고 있다.
반도체 레이저 소자(104-1~104-6)는, LD 높이 조정판(102)에 의해 패키지(101)의 바닥면으로부터 서로 다른 높이에 배치되어 있다. 추가로, 제 1 렌즈(106-1~106-6), 제 2 렌즈(107-1~107-6), 미러(108-1~108-6)는, 각각 대응하는 1개의 반도체 레이저 소자와 같은 높이에 배치되어 있다. 또한, 광파이버(112)의 패키지(101)에 대한 삽입부에는, 루스 튜브(114)가 마련되며, 루스 튜브(114)의 일부를 덮도록, 패키지(101)의 일부에 부츠(113)가 외측으로부터 장착되어 있다.
각 반도체 레이저 소자(104-1~104-6)는, 리드 핀(105)으로부터 전력이 공급되어서 레이저광을 출력한다. 출력된 각 레이저광은, 각각 제 1 렌즈(106-1~106-6) 및 제 2 렌즈(107-1~107-6)에 의해, 대략 평행광으로 되어 있다. 다음으로, 각 레이저광은, 대응하는 높이에 배치된 1개의 미러(108-1~108-6)에 의해, 광파이버(112)의 방향으로 반사된다. 그리고, 각 레이저광은, 제 3 렌즈(109) 및 제 4 렌즈(111)에 의해 집광된다. 즉, 제 1 렌즈(106-1~106-6), 제 2 렌즈(107-1~107-6), 미러(108-1~108-6), 제 3 렌즈(109) 및 제 4 렌즈(111)는, 각 레이저광을 광학 부품으로 유도하는 광학계를 구성하고 있다.
광학 부품(10)은, 제 4 렌즈(111)에 의해 집광된 각 레이저광을 광파이버(112)에 결합시킨다. 광파이버(112)는, 결합된 각 레이저광을 반도체 레이저 모듈(100)의 외부에 출력한다.
다음으로, 반도체 레이저 모듈(100)의 각 구성 요소에 대하여 보다 상세하게 설명한다. 박스체인 패키지(101)는, 내부의 온도 상승을 억제하기 위해서, 열전도성이 좋은 재료로 이루어지는 것이 바람직하고, 각종 금속으로 이루어지는 금속 부재여도 된다.
LD 높이 조정판(102)은, 상기 서술한 바와 같이, 패키지(101) 내에 고정되어 있으며, 반도체 레이저 소자(104-1~104-6)의 높이를 조절하고, 반도체 레이저 소자(104-1~104-6)가 출력하는 레이저광의 광로가 서로 간섭하지 않도록 하고 있다. 또한, LD 높이 조정판(102)은, 패키지(101)와 일체로 하여 구성되어 있어도 된다.
서브 마운트(103-1~103-6)는, LD 높이 조정판(102) 상에 고정되어 있으며, 재치된 반도체 레이저 소자(104-1~104-6)의 방열을 보조한다. 그 때문에, 서브 마운트(103-1~103-6)는, 열전도성이 좋은 재료로 이루어지는 것이 바람직하고, 각종 금속으로 이루어지는 금속 부재여도 된다.
반도체 레이저 소자(104-1~104-6)는, 출력되는 레이저광의 광강도가, 1W 이상, 나아가서는, 10W 이상의 고출력인 반도체 레이저 소자이다. 본 실시형태에 있어서, 반도체 레이저 소자(104-1~104-6)가 출력하는 레이저광의 광강도는, 예를 들면 11W이다. 또한, 반도체 레이저 소자(104-1~104-6)는, 예를 들면, 900㎚~1000㎚의 파장의 레이저광을 출력한다. 또한, 반도체 레이저 모듈(100)은 6개의 반도체 레이저 소자(104-1~104-6)를 구비하고 있지만, 6개 이외의 복수여도 되며, 1개여도 된다.
리드 핀(105)은, 도시 생략의 본딩 와이어를 개재하여 반도체 레이저 소자(104-1~104-6)에 전력을 공급한다. 공급하는 전력은, 일정한 전압이면 되지만, 변조 전압이어도 된다.
제 1 렌즈(106-1~106-6)는, 예를 들면 초점 거리가 0.3㎜인 실린더리컬 렌즈이다. 제 1 렌즈(106-1~106-6)는, 대응하는 1개의 반도체 레이저 소자의 출력광을 연직방향으로 대략 평행광으로 하는 위치에 배치된다.
제 2 렌즈(107-1~107-6)는, 예를 들면 초점 거리가 5㎜인 실린더리컬 렌즈이다. 제 2 렌즈(107-1~107-6)는, 반도체 레이저 소자의 출력광을 수평 방향으로 대략 평행광으로 하는 위치에 배치된다.
미러(108-1~108-6)는, 각종의 금속막, 또는 유전체막을 구비하는 미러여도 되고, 반도체 레이저 소자(104-1~104-6)가 출력하는 레이저광의 파장에 있어서, 반사율이 높을수록 바람직하다. 또한, 미러(108-1~108-6)는, 대응하는 1개의 반도체 레이저 소자의 레이저광을 광파이버(112)에 적합하게 결합하도록, 반사 방향을 미세 조정할 수 있다.
제 3 렌즈(109)와 제 4 렌즈(111)는, 예를 들면 각각 초점 거리가 12㎜, 5㎜인 서로 곡률이 직교한 실린더리컬 렌즈이며, 반도체 레이저 소자(104-1~104-6)가 출력한 레이저광을 집광하여, 광파이버(112)에 적합하게 결합한다. 제 3 렌즈(109)와 제 4 렌즈(111)는, 예를 들면 반도체 레이저 소자(104-1~104-6)가 출력한 레이저광의 광파이버(112)에 대한 결합 효율이 85% 이상이 되도록, 광파이버(112)에 대한 위치가 조정되어 있다.
광필터(110)는, 예를 들면 파장 1060㎚~1080㎚의 광을 반사하고, 900㎚~1000㎚의 광을 투과하는 로우 패스 필터이다. 그 결과, 광필터(110)는, 반도체 레이저 소자(104-1~104-6)가 출력한 레이저광을 투과하는 것과 함께, 파장 1060㎚~1080㎚의 광이 반도체 레이저 소자(104-1~104-6)에 외부로부터 조사되는 것을 방지한다. 또한, 광필터(110)는, 광필터(110)에서 근소하게 반사된 반도체 레이저 소자(104-1~104-6)의 출력 레이저광이 반도체 레이저 소자(104-1~104-6)로 되돌아가지 않도록, 레이저광의 광축에 대하여 각도를 취해서 배치되어 있다. 광필터(110)의 통과 파장으로서, 1060㎚~1080㎚로 하였지만, 이 파장에 한정하는 것이 아니다. 단, 광필터(110)는 반드시 필요한 것은 아니다.
부츠(113)는, 광파이버(112)를 삽입 통과하고 있으며, 광파이버(112)의 휨에 의한 손상을 방지한다. 부츠(113)는, 금속제의 부츠이면 되지만, 재료는 특별하게 한정되지 않으며, 고무나 각종의 수지, 플라스틱 등이어도 된다. 단, 부츠(113)는 반드시 필요한 것은 아니다.
루스 튜브(114)는, 광파이버(112)를 삽입 통과하고 있으며, 광파이버(112)의 휨에 의한 손상을 방지한다. 추가로, 루스 튜브(114)는, 광파이버(112)와 고착되고, 그 결과, 광파이버(112)에 대하여 길이 방향으로 잡아당기는 힘이 가해졌을 경우에, 광파이버(112)의 위치가 어긋나는 것을 방지하는 구성이어도 된다. 단, 루스 튜브(114)는 반드시 필요한 것은 아니다.
(광학 부품의 구성)
다음으로, 광학 부품(10)의 구성에 대하여 구체적으로 설명한다. 도 2는, 광학 부품(10) 및 광파이버(112)의 모식적인 단면도이다.
광학 부품(10)은, 광파이버(11)와, 고착재(12)와, 광흡수체(13)를 구비하고 있다. 광파이버(11)는, 석영 글라스계 재료로 이루어지는 광파이버이며, 코어부(11a)와, 코어부(11a)의 외주에 형성된 클래드부(11b)를 가진다.
코어부(11a)는, 길이 방향에 있어서 대략 일정한 코어 직경(Aa)을 가진다. 코어 직경(Aa)은 예를 들면 100㎛이다.
클래드부(11b)는, 길이 방향으로 연신하는 주부(11ba)와, 주부(11ba)에 대하여, 제 4 렌즈(111)에 의해 집광된 레이저광인 레이저광(L1)의 입력측에 위치하는 입력측 단부(11bb)와, 주부(11ba)에 대하여, 레이저광(L1)의 출력측에 위치하는 출력측 단부(11bc)를 가지고 있다. 클래드부(11b)의 굴절률은 코어부(11a)의 굴절률보다도 낮다.
주부(11ba)는, 길이 방향에 있어서 대략 일정한 주부 클래드 직경(Aba)을 가진다. 입력측 단부(11bb)는, 입력단면(11c)을 가진다. 입력단면(11c)에 있어서의 클래드 직경을 입력단면 클래드 직경(Abb)이라고 한다. 입력단면 클래드 직경(Abb)은 주부 클래드 직경(Aba)보다도 작다. 또한, 입력측 단부(11bb)는, 클래드 직경이 주부 클래드 직경(Aba)으로부터 입력단면 클래드 직경(Abb)까지 연속적으로 변화되는 테이퍼 형상이다. 단, 클래드 직경이 주부 클래드 직경(Aba)으로부터 입력단면 클래드 직경(Abb)과 거의 동등한 직경까지 연속적으로 변화되는 테이퍼 형상이어도 된다.
출력측 단부(11bc)는, 출력단면(11d)을 가진다. 출력단면(11d)에 있어서의 클래드 직경인 출력단면 클래드 직경(Abc)은, 주부 클래드 직경(Aba)보다도 작다. 또한, 출력측 단부(11bc)는, 클래드 직경이 주부 클래드 직경(Aba)으로부터 출력단면 클래드 직경(Abc)까지 연속적으로 변화되는 테이퍼 형상이다.
광흡수체(13)는, 통형상의 부재이며, 광파이버(11)의 외주에 배치되어 있으며, 클래드부(11b)의 주부(11ba)와, 고착재(12)에 의해 고착된다. 광흡수체(13)는, 레이저광(L1)의 파장에 있어서, 광흡수성을 가지며, 예를 들면 이 파장에 있어서, 흡수율이 30% 이상, 바람직하게는 70% 이상이다. 그 결과, 광흡수체(13)는, 클래드부(11b)로부터 누설된 레이저광(L2)을 흡수한다. 또한, 광흡수체(13)는, 광흡수에 의해 발생한 열을 방열하기 위해서, 열전도성이 좋은 재료로 이루어지는 것이 바람직하고, 예를 들면 Cu, Ni, 스테인리스강, 또는 Fe를 포함하는 금속 부재, Ni, Cr, Ti를 포함하는 금속, 혹은 C를 포함하는 표면 도금층을 구비하는 부재, AlN, 혹은 Al2O3를 포함하는 세라믹 부재, 또는 AlN, 혹은 Al2O3를 포함하는 표면을 덮는 세라믹층을 구비하는 부재로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 광흡수체(13)는, 광흡수에 의해 발생한 열을 방열하기 위해서, 패키지(101)에 도시 생략의 열양도체(熱良導體)를 개재하여 접속되어 있는 것이 바람직하다. 열양도체는, 열전도율이 0.5W/mK 이상의 재료로 이루어지는 것이 바람직하고, 예를 들면 땜납이나 열전도성 접착제로 이루어진다.
고착재(12)는, 예를 들면 에폭시 수지, 우레탄계의 수지 등의 UV 경화 수지로 이루어진다. 고착재(12)의 굴절률은, 25℃에 있어서 광파이버(11)의 클래드부(11b)의 굴절률과 같거나, 또는 그보다도 높은 것이 바람직하고, 반도체 레이저 모듈(100)의 사용 온도 영역(예를 들면, 15℃~100℃)에 있어서, 광파이버(11)의 클래드부(11b)의 굴절률과 같거나, 또는 그보다도 높은 것이 더욱 바람직하다. 고착재(12)의 굴절률은, 예를 들면 클래드부(11b)에 대한 비(比)굴절률차가 0% 이상 10% 이하이다. 또한, 고착재(12)는, 광파이버(11)의 길이 방향에 직교하는 방향에 있어서의 두께가 1㎛ 이상 800㎛ 이하로 되어 있는 것이 바람직하다. 또한, UV 경화 수지는, 예를 들면, 불소를 함유시킴으로써 저굴절률화할 수 있으며, 유황을 함유시킴으로써 고굴절률화할 수 있는 것이 알려져 있으며, 굴절률을 높게 하는 재료나, 낮게 하는 재료의 함유량을 조정함으로써, 굴절률을 조정할 수 있다.
광파이버(112)는, 석영 글라스계 재료로 이루어지는 광파이버이며, 출력단면(11d)에 융착 접속 등에 의해 접속되어 있다. 광파이버(112)는, 코어부(112a)와, 코어부(112a)의 외주에 형성된 클래드부(112b)와, 클래드부(112b)의 외주에 형성된 피복(112c)을 구비하고 있다. 피복(112c)은, 출력단면(11d)의 근방에서는 제거되어 있으며, 클래드부(112b)가 노출되어 있다. 광파이버(112)는, 예를 들면 코어부(112a)의 코어 직경이 105㎛, 클래드부(112b)의 클래드 직경이 125㎛인 멀티 모드 광파이버이면 되지만, 싱글 모드 광파이버여도 된다. 광파이버(112)의 NA는, 예를 들면 0.15~0.22이다.
이 광학 부품(10)에서는, 입력단면 클래드 직경(Abb)이 주부 클래드 직경(Aba)보다도 작은 것에 의해, 광파이버(11)에 입력된 레이저광(L1) 중, 코어부(11a)에 결합하지 않고 클래드 모드로 전반하는 레이저광의 파워를 억제할 수 있다.
도 3은, 광파이버(11)에 대한 레이저광(L1a,L1b L1c)의 입력 상태를 설명하는 도면이다. 레이저광(L1a,L1b L1c)은, 레이저광(L1)의 일부이다. 또한, 파선으로 나타낸 윤곽(C1)은, 입력단면(11c)에 있어서의 클래드 직경이 주부(11ba)에 있어서의 클래드 직경과 같을 경우를 나타내고 있다. 윤곽(C1)의 상태인 경우, 레이저광(L1a,L1b L1c)은 모두 클래드부(11b)에 입력되어, 클래드 모드로 하여 전반한다. 그러나, 광파이버(11)에서는, 입력단면(11c)에 있어서의 클래드 직경이 작으므로, 레이저광(L1a,L1b L1c)은 클래드에 거의 또는 전혀 결합하지 않거나, 또는 테이퍼면에서 반사되기 쉬우며, 또는 결합하여도 누설되기 쉽다. 그 결과, 클래드 모드로 전반하는 레이저광의 파워를 억제할 수 있으므로, 클래드부(11b)로부터 누설되는 레이저광(L2)의 파워도 억제할 수 있다. 이에 의해, 고착재(12)의 손상의 발생을 억제할 수 있다. 입력측 단부(11bb)의 테이퍼면의 각도는, 클래드 모드로 전반하는 레이저광이 적어지는 각도로 하는 것이 바람직하다.
도 4는, 광파이버(11)에 대한 레이저광(L1d,L1e,L1f,L1g)의 입력 상태를 설명하는 도면이다. 레이저광(L1d,L1e,L1f,L1g)은, 레이저광(L1)의 일부이다. 레이저광(L1d,L1e,L1f,L1g)은, 입력단면(11c)을 구성하는 좁은 입력측 단부(11bb)의 단면으로부터 클래드부(11b)에 입력되어, 클래드 모드로 전반하지만, 면적이 좁으므로 그 파워는 제한된다.
도 2로 되돌아간다. 입력단면 클래드 직경(Abb)은 코어부(11a)의 코어 직경(Aa)의 1.4배 이하인 것이 바람직하다. 1.4배 이하이면, 클래드 모드로 전반하는 레이저광의 파워를 억제하는 효과가 적합하게 발휘된다. 그러나, 입력단면 클래드 직경(Abb)이 너무 작으면, 코어부(11a)를 전반하는 레이저광의 클래드부(11b)로의 스며 나옴이, 클래드부(11b)의 외주연에까지 도달할 우려가 있다. 이를 방지하는 위해서는, 입력단면 클래드 직경(Abb)은 코어부(11a)의 코어 직경(Aa)의 1.1배 이상인 것이 바람직하다.
추가로, 이 광학 부품(10)에서는, 광파이버(11)의 클래드부(11b)의 주부(11ba)의 주부 클래드 직경(Aba)이, 표준적인 광파이버의 클래드 직경인 125㎛보다도 크고, 본 실시형태에서는 500㎛이다. 그 결과, 클래드 모드로 전반한 레이저광(L2)이 주부(11ba)의 외주면에 도달하여, 고착재(12)를 통과할 때에는, 레이저광(L2)의 파워 밀도는 저감된다. 그 결과, 고착재(12)의 손상의 발생을 한층 더 억제할 수 있다.
예를 들면, 클래드 모드로 전반하는 레이저광의 파워(클래드 전반광량)를 5W로 하고, 클래드 직경을 125㎛로 하면, 클래드 직경에 대한 클래드 전반광량의 비율은 0.04W/㎛이다. 예를 들면, 0.04W/㎛안 경우에 고착재의 손상의 발생이 억제되는 것으로 하면, 클래드 직경이 커질수록, 0.04W/㎛를 충족시킬 수 있는 클래드 전반광량은 커진다.
어떤 클래드 전반광량에 대하여 0.04W/㎛를 만족시키기 위해 필요한 클래드 직경을 필요 클래드 직경이라고 한다. 도 5는, 클래드 전반광량에 대한 필요 클래드 직경을 나타내는 도면이다. 이처럼, 클래드 직경이 250㎛이면 클래드 전반광량을 10W로 하여도 고착재의 손상의 발생이 억제된다. 클래드 직경이 500㎛ 이상이면 클래드 전반광량을 20W 이상으로 하여도 고착재의 손상의 발생이 억제된다. 이처럼 클래드 전반광량을 크게 할 수 있으면, 광학 부품(10)에 입력시키는 레이저광(L1)의 파워도 크게 할 수 있으므로, 반도체 레이저 모듈(100)의 고출력화를 위해서는 바람직하다.
또한, 이 광학 부품(10)에서는, 출력측 단부(11bc)의 출력단면(11d)에 있어서의 출력단면 클래드 직경(Abc)은, 주부 클래드 직경(Aba)인 500㎛보다도 작게 되어 있기 때문에, 광파이버(112)가, 클래드 직경이 125㎛인 멀티 모드 광파이버인 경우, 접속 개소에 있어서의 출력측 단부(11bc)와 클래드부(112b)의 클래드 직경의 차가 작다. 그 결과, 광파이버(11)와 광파이버(112)의 조심(調心)이나 접속이 용이하게 된다. 게다가, 출력측 단부(11bc)는, 테이퍼 형상으로 되어 있기 때문에, 클래드 모드로 전반하는 레이저광 중, 주부(11ba)에서 누설되지 않고 출력측 단부(11bc)에 도달한 레이저광을 누설시킬 수 있다.
또한, 광학 부품(10)에, 통상 자주 사용되는 구성의 광파이버(112)가 접속되어 있으므로, 반도체 레이저 모듈(100)을 사용하는 애플리케이션에 있어서 핸들링이 용이하게 된다.
또한, 광파이버(11)는, 길이 방향에 있어서 대략 일정한 주부 클래드 직경(Aba)을 가지는 대경의 광파이버의 양단부를, 기계 연마나, 에칭 등의 화학 연마에 의해 테이퍼 형상으로 가공함으로써 제조할 수 있다.
또한, 광학 부품(10)의 구성에서는, 특허문헌 1의 구성과 비교하여, 고착재의 층을 1층 저감할 수 있다.
(실시형태 2)
도 6은, 실시형태 2와 관련되는 광학 부품(20) 및 광파이버(112)의 모식적인 단면도이다. 광학 부품(20)은, 예를 들면 반도체 레이저 모듈(100)에 있어서 광학 부품(10)과 치환하여 이용할 수 있다.
광학 부품(20)은, 광파이버(21)와, 고착재(22)와, 광흡수체(23)를 구비하고 있다. 광파이버(21)는, 석영 글라스계 재료로 이루어지는 광파이버이며, 코어부(21a)와, 코어부(21a)의 외주에 형성된 클래드부(21b)를 가진다.
코어부(21a)는, 길이 방향에 있어서 대략 일정한 코어 직경(Ba)을 가진다. 코어 직경(Ba)은 예를 들면 100㎛이다.
클래드부(21b)는, 길이 방향으로 연신하는 주부(21ba)와, 주부(21ba)에 대하여 레이저광(L1)의 입력측에 위치하는 입력측 단부(21bb)와, 주부(21ba)에 대하여 레이저광(L1)의 출력측에 위치하는 출력측 단부(21bc)를 가지고 있다. 클래드부(21b)의 굴절률은 코어부(21a)의 굴절률보다도 낮다.
주부(21ba)는, 길이 방향에 있어서 대략 일정한 주부 클래드 직경(Bba)을 가진다. 입력측 단부(21bb)는, 입력단면(21c)을 가진다. 입력단면(21c)에 있어서의 클래드 직경을 입력단면 클래드 직경(Bbb)이라고 한다. 입력단면 클래드 직경(Bbb)은 주부 클래드 직경(Bba)보다도 작다. 또한, 입력측 단부(21bb)는, 길이 방향에 있어서, 클래드 직경이 입력단면 클래드 직경(Bbb)과 대략 동등하다.
출력측 단부(21bc)는, 출력단면(21d)을 가진다. 출력단면(21d)에 있어서의 클래드 직경인 출력단면 클래드 직경(Bbc)은, 주부 클래드 직경(Bba)보다도 작다. 또한, 출력측 단부(21bc)는, 길이 방향에 있어서, 클래드 직경이 출력단면 클래드 직경(Bbc)과 대략 동등하다.
광흡수체(23)는, 광파이버(21)의 외주에 배치되어 있으며, 클래드부(21b)의 주부(21ba)와 고착재(22)에 의해 고착된다. 광흡수체(23)의 바람직한 흡수율이나 바람직한 재료는, 광흡수체(13)와 마찬가지이므로 설명을 생략한다. 고착재(22)의 바람직한 굴절률이나 바람직한 재료는, 고착재(12)와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.
광파이버(112)는, 출력단면(21d)에 융착 접속 등에 의해 접속되어 있다.
이 광학 부품(20)에서는, 입력단면 클래드 직경(Bbb)이 주부 클래드 직경(Bba)보다도 작은 것에 의해, 광파이버(21)에 입력된 레이저광(L1) 중, 코어부(21a)에 결합하지 않고 클래드 모드로 전반하는 레이저광의 파워를 억제할 수 있다.
도 7은, 광파이버(21)에 대한 레이저광(L1h,L1i,L1j)의 입력 상태를 설명하는 도면이다. 레이저광(L1h,L1i,L1j)은, 레이저광(L1)의 일부이다. 또한, 파선으로 나타낸 윤곽(C2)은, 입력단면(21c)에 있어서의 클래드 직경이 주부(21ba)에 있어서의 클래드 직경과 같을 경우를 나타내고 있다. 윤곽(C2)의 상태인 경우, 레이저광(L1h,L1i,L1j)은 모두 클래드부(21b)에 입력되어, 클래드 모드로 하여 전반한다. 그러나, 광파이버(21)에서는, 입력단면(21c)에 있어서의 클래드 직경이 작으므로, 레이저광(L1i,L1j)은 클래드에 거의 또는 전혀 결합하지 않거나, 또는 결합하여도 누설되기 쉽다. 그 결과, 클래드 모드로 전반하는 레이저광의 파워를 억제할 수 있으므로, 클래드부(21b)로부터 누설되는 레이저광(L2)(도 6 참조)의 파워도 억제할 수 있다. 이에 의해, 고착재(22)의 손상의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 레이저광(L1h)와 같이 레이저광이 주부(21ba)의 단면에 수직하게 입사하는 개소에는, HR(High Reflection)막을 당해 단면의 당해 개소에 마련하여, 주부(21ba)에 입사하는 레이저광의 파워를 크게 저감하는 것이 바람직하다.
도 8은, 광파이버(11)에 대한 레이저광(L1m,L1n)의 입력 상태를 설명하는 도면이다. 레이저광(L1m,L1n)은, 레이저광(L1)의 일부이다. 레이저광(L1m,L1n)은, 입력단면(21c)을 구성하는 좁은 입력측 단부(21bb)의 단면으로부터 클래드부(21b)에 입력되어, 클래드 모드로 전반하지만, 면적이 좁으므로 그 파워는 제한된다.
도 6으로 되돌아간다. 입력단면 클래드 직경(Bbb)은, 도 2에 나타내는 실시형태 1의 경우와 마찬가지의 이유로, 코어부(21a)의 코어 직경(Ba)의 1.4배 이하인 것이 바람직하고, 1.1배 이상인 것이 바람직하다.
또한, 이 광학 부품(20)에서는, 광파이버(21)의 클래드부(21b)의 주부(21ba)의 주부 클래드 직경(Bba)이, 표준적인 광파이버의 클래드 직경인 125㎛보다도 크다. 본 실시형태에서는 주부 클래드 직경(Bba)은 500㎛이지만, 500㎛보다 커도 된다. 그 결과, 클래드 모드로 전반한 레이저광(L2)이 주부(21ba)의 외주면에 도달하여, 고착재(22)를 통과할 때에는, 레이저광(L2)의 파워 밀도는 저감된다. 그 결과, 고착재(22)의 손상의 발생을 한층 더 억제할 수 있다.
광학 부품(10)의 경우와 마찬가지로. 클래드 직경을 크게 하면, 고착재(22)의 손상의 발생을 억제할 수 있는 클래드 전반광량을 크게 할 수 있다. 이 경우, 광학 부품(20)에 입력시키는 레이저광(L1)의 파워도 크게 할 수 있으므로, 반도체 레이저 모듈(100)의 고출력화를 위해서는 바람직하다.
또한, 이 광학 부품(20)에서는, 출력측 단부(21bc)의 출력단면(21d)에 있어서의 출력단면 클래드 직경(Bbc)은, 주부 클래드 직경(Bba)의 500㎛보다도 작게 되어 있기 때문에, 광파이버(21)와 광파이버(112)의 조심이나 접속이 용이하게 된다.
또한, 광파이버(21)는, 길이 방향에 있어서 대략 일정한 주부 클래드 직경(Bba)을 가지는 대경의 광파이버의 양단부를, 기계 연마나, 에칭 등의 화학 연마에 의해 세경(細徑)으로 가공함으로써 제조할 수 있다.
(실시형태 3)
도 9는, 실시형태 3과 관련되는 광학 부품(30) 및 광파이버(112)의 모식적인 단면도이다. 광학 부품(30)은, 예를 들면 반도체 레이저 모듈(100)에 있어서 광학 부품(10)과 치환하여 이용할 수 있다.
광학 부품(30)은, 광학 부품(10)의 구성에 엔드 캡(14)을 추가한 구성을 가진다. 엔드 캡(14)은, 원기둥 형상의 입력부(14a)와, 원뿔대 형상의 출력부(14b)를 구비한다. 입력부(14a)의 단면이 입력단면(14aa)이며, 출력부(14b)의 단면이 출력단면(14ba)이다. 엔드 캡(14)은, 출력단면(14ba)에 있어서 광파이버(11)의 입력단면(11c)과 융착 접속 등에 의해 접속되어 있다. 또한, 출력부(14b)는 출력단면(14ba)측을 향하여 직경이 작아지는 원뿔대 형상이므로, 출력단면(14ba)과 광파이버(11)의 입력단면(11c)의 직경의 차는 비교적 작다. 그 때문에, 광파이버(11)와 엔드 캡(14)의 조심이나 접속이 용이하게 된다.
엔드 캡(14)의 입력단면(14aa)은, 광파이버(11)의 입력단면(11c)보다도 면적이 크다. 그 결과, 레이저광(L1)이 집광되어 광학 부품(30)에 입력되는 경우, 광파이버(11)의 입력단면(11c)에 직접 입력되는 경우보다도, 엔드 캡(14)의 입력단면(14aa)에 입력되는 쪽이, 레이저광(L1)의 빔의 파워 밀도가 작은 상태로 입력된다. 그 결과, 레이저광(L1)의 파워에 의한 입력단면의 손상의 발생이 억제된다. 여기에서, 엔드 캡(14)의 재료는, 광파이버(11)의 코어부(11a)와 같은 정도의 굴절률을 가지는 재료인 것이 바람직하고, 예를 들면 광파이버(11)의 코어부(11a)와 같은 석영계 글라스 재료인 것이 바람직하다. 또한, 엔드 캡(14)은 원기둥 형상과 원뿔대 형상을 조합시킨 형상을 가지지만, 엔드 캡의 형상은 이에 한정되지 않는다.
광학 부품(30)에서는, 고착재(12)의 손상의 발생이 억제되며, 또한, 레이저광(L1)이 입력되는 입력단면의 손상의 발생이 억제된다.
(실시형태 4)
도 10은, 실시형태 4와 관련되는 광학 부품(40)의 모식적인 단면도이다. 광학 부품(40)은, 예를 들면 반도체 레이저 모듈(100)에 있어서 광학 부품(10) 및 광파이버(112)와 치환하여 이용할 수 있다.
광학 부품(40)은, 광파이버(41)과, 고착재(42)와, 광흡수체(43)와, 엔드 캡(44)을 구비하고 있다. 광파이버(41)는, 석영 글라스계 재료로 이루어지는 광파이버이며, 코어부(41a)와, 코어부(41a)의 외주에 형성된 클래드부(41b)와, 클래드부(41b)의 외주에 형성된 피복(41d)을 구비하고 있다.
코어부(41a)는, 길이 방향에 있어서 대략 일정한 코어 직경(Ca)을 가진다. 코어 직경(Ca)은 예를 들면 100㎛이다.
클래드부(41b)는, 길이 방향으로 연신하는 주부(41ba)와, 주부(41ba)에 대하여 레이저광(L1)의 입력측에 위치하는 입력측 단부(41bb)를 가지고 있다. 클래드부(41b)의 굴절률은 코어부(41a)의 굴절률보다도 낮다.
주부(41ba)는, 길이 방향에 있어서 대략 일정한 주부 클래드 직경(Cba)을 가진다. 주부 클래드 직경(Cba)은 예를 들면 125㎛이다. 입력측 단부(41bb)는, 입력단면(41c)을 가진다. 입력단면(41c)에 있어서의 클래드 직경인 입력단면 클래드 직경은, 주부 클래드 직경(Cba)보다도 작다. 또한, 입력측 단부(41bb)는, 클래드 직경이 주부 클래드 직경(Cba)으로부터 입력단면 클래드 직경까지 연속적으로 변화되는 테이퍼 형상이다.
광흡수체(43)는, 광파이버(41)의 외주에 배치되어 있으며, 클래드부(41b)의 주부(41ba)와 고착재(42)에 의해 고착된다. 광흡수체(43)의 바람직한 흡수율이나 바람직한 재료는, 광흡수체(13)와 마찬가지이므로 설명을 생략한다. 고착재(42)의 바람직한 굴절률이나 바람직한 재료는, 고착재(12)와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.
또한, 본 실시형태에서는, 피복(41d)은, 입력측 단부(41bb)로부터, 적어도 광흡수체(43)가 마련되어 있는 위치까지는 제거되어 있으며, 클래드부(41b)가 노출되어 있다. 단, 피복(41d)의 선단측의 일부가 광흡수체(43)의 내부에 들어가 있으며, 피복(41d)의 선단측의 일부와 광흡수체(43)가 겹치는 상태로 되어 있어도 된다. 이 경우, 피복(41d)과 광흡수체(43)를 고착재(42)에 의해 일괄하여 고정할 수도 있다.
엔드 캡(44)은, 엔드 캡(14)과 마찬가지의 것이며, 출력단면(44ba)에 있어서 광파이버(41)의 입력단면(41c)과 융착 접속 등에 의해 접속되어 있다.
엔드 캡(44)의 입력단면(44aa)은, 광파이버(41)의 입력단면(41c)보다도 면적이 크다. 그 결과, 레이저광(L1)의 파워에 의한 입력단면의 손상의 발생이 억제된다.
이 광학 부품(40)에서는, 입력단면 클래드 직경이 주부 클래드 직경(Cba)보다도 작은 것에 의해, 광파이버(41)에 입력된 레이저광(L1) 중, 코어부(41a)에 결합하지 않고 클래드 모드로 전반하는 레이저광의 파워를 억제할 수 있다. 또한, 광파이버(41)는 광파이버(112)와 마찬가지의 코어 직경, 클래드 직경을 가가지는 것으로 할 수 있으므로, 광파이버(112)와 마찬가지로 취급할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 적외 영역의 파장의 레이저광을 예로 들었지만, 파장은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 녹색이나 청색과 같은 단파장의 레이저광에 있어서는, 고착재에 의한 에너지의 흡수량이 적외 영역의 파장의 레이저광보다도 커, 본 발명에 의한 효과가 보다 현저하게 되는 경우가 있다.
또한, 상기 실시형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 상기 서술한 각 구성 요소를 적절히 조합하여 구성한 것도 본 발명에 포함된다. 또한, 추가되는 효과나 변형예는, 당업자에 의해 용이하게 도출할 수 있다. 따라서, 본 발명의 보다 광범위한 양태는, 상기의 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 다양한 변경이 가능하다.
본 발명은, 광학 부품이나 반도체 레이저 모듈에 이용할 수 있다.
10,20,30,40 광학 부품
11,21,41,112 광파이버
11a,21a,41a,112a 코어부
11b,21b,41b,112b 클래드부
11ba,21ba,41ba 주부
11bb,21bb,41bb 입력측 단부
11bc,21bc 출력측 단부
11c,14aa,21c,41c,44aa 입력단면
11d,14ba,21d,44ba 출력단면
12,22,42 고착재
13,23,43 광흡수체
14,44 엔드 캡
14a 입력부
14b 출력부
41d,112c 피복
100 반도체 레이저 모듈
101 패키지
102 LD 높이 조정판
103-1~103-6 서브 마운트
104-1~104-6 반도체 레이저 소자
105 리드 핀
106-1~106-6 제 1 렌즈
107-1~107-6 제 2 렌즈
108-1~108-6 미러
109 제 3 렌즈
110 광필터
111 제 4 렌즈
113 부츠
114 루스 튜브
Aa,Ba,Ca 코어 직경
Aba,Bba,Cba 주부 클래드 직경
Abb,Bbb 입력단면 클래드 직경
Abc,Bbc 출력단면 클래드 직경
C1,C2 윤곽
L1,L1a,L1b,L1c,L1d,L1e,L1f,L1g,L1h,L1i,L1j,L1m,L1n,L2 레이저광

Claims (9)

  1. 코어부와, 상기 코어부의 외주에 형성된 클래드부를 가지는 광파이버와,
    상기 광파이버의 외주에 배치된 광흡수체와,
    상기 광흡수체와 상기 광파이버를 고착하는 고착재를 구비하며,
    상기 클래드부는, 길이 방향으로 연신하여, 주부 클래드 직경을 가지는 주부와, 상기 주부에 대하여 광의 입력측에 위치하는 입력측 단부를 가지며, 상기 입력측 단부의 입력단면에 있어서의 입력단면 클래드 직경이 상기 주부 클래드 직경보다도 작은 것을 특징으로 하는 광학 부품.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력측 단부는, 클래드 직경이 상기 주부 클래드 직경으로부터 상기 입력단면 클래드 직경과 거의 동등한 직경까지 변화되는 테이퍼 형상인 것을 특징으로 하는 광학 부품.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력측 단부는, 상기 입력단면 클래드 직경과 대략 동등한 클래드 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 광학 부품.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 클래드부는, 상기 주부에 대하여 광의 출력측에 위치하는 출력측 단부를 가지며, 상기 출력측 단부의 출력단면에 있어서의 출력단면 클래드 직경이 상기 주부 클래드 직경보다도 작은 것을 특징으로 하는 광학 부품.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광파이버의 상기 입력단면에 접속된, 상기 광파이버의 상기 입력단면보다도 면적이 큰 입력단면을 가지는 엔드 캡을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 부품.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입력단면 클래드 직경은 상기 코어부의 코어 직경의 1.1배 이상 1.4배 이하인 것을 특징으로 하는 광학 부품.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주부 클래드 직경은 125㎛보다도 큰 것을 특징으로 하는 광학 부품.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주부 클래드 직경은 500㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 광학 부품.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 광학 부품과,
    반도체 레이저 소자와,
    상기 반도체 레이저 소자로부터 출력된 레이저광을 상기 광학 부품의 상기 입력단면으로 유도하는 광학계를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 모듈.
KR1020217028197A 2019-03-12 2020-03-11 광학 부품 및 반도체 레이저 모듈 KR20210136012A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019045001 2019-03-12
JPJP-P-2019-045001 2019-03-12
PCT/JP2020/010460 WO2020184603A1 (ja) 2019-03-12 2020-03-11 光学部品および半導体レーザモジュール

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210136012A true KR20210136012A (ko) 2021-11-16

Family

ID=72426112

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020217028197A KR20210136012A (ko) 2019-03-12 2020-03-11 광학 부품 및 반도체 레이저 모듈

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20210373256A1 (ko)
EP (1) EP3940899A4 (ko)
JP (1) JPWO2020184603A1 (ko)
KR (1) KR20210136012A (ko)
CN (1) CN113474954B (ko)
WO (1) WO2020184603A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11789203B2 (en) * 2021-06-07 2023-10-17 Mellanox Technologies, Ltd. Coupling element with embedded modal filtering for a laser and/or photodiode

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015037725A1 (ja) 2013-09-12 2015-03-19 古河電気工業株式会社 半導体レーザモジュール

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01316705A (ja) * 1988-06-17 1989-12-21 Fuji Photo Optical Co Ltd 高エネルギレーザ光の伝送装置
US6948862B2 (en) * 2002-02-22 2005-09-27 Brown Joe D Apparatus and method for coupling laser energy into small core fibers
US8027557B2 (en) * 2007-09-24 2011-09-27 Nufern Optical fiber laser, and components for an optical fiber laser, having reduced susceptibility to catastrophic failure under high power operation
US9494739B2 (en) * 2011-04-15 2016-11-15 Nlight, Inc. Cladding mode spatial filter
JP5588534B1 (ja) * 2013-03-28 2014-09-10 三星ダイヤモンド工業株式会社 光ファイバ、及びこれを用いたレーザ発振器
US9318876B1 (en) * 2015-01-22 2016-04-19 Trumpf Photonics, Inc. Arrangement of multiple diode laser module and method for operating the same
CN108604775B (zh) * 2016-02-03 2020-10-30 古河电气工业株式会社 激光装置
JP2017194514A (ja) * 2016-04-19 2017-10-26 株式会社フジクラ 光部品、ファイバレーザユニット、およびファイバレーザシステム
JP6740022B2 (ja) * 2016-06-17 2020-08-12 三菱電線工業株式会社 光コネクタ構造
JP2019028414A (ja) * 2017-07-28 2019-02-21 ファインガラステクノロジーズ株式会社 光ファイバ構造物

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015037725A1 (ja) 2013-09-12 2015-03-19 古河電気工業株式会社 半導体レーザモジュール

Also Published As

Publication number Publication date
EP3940899A4 (en) 2022-11-30
JPWO2020184603A1 (ko) 2020-09-17
CN113474954B (zh) 2024-03-22
US20210373256A1 (en) 2021-12-02
WO2020184603A1 (ja) 2020-09-17
EP3940899A1 (en) 2022-01-19
CN113474954A (zh) 2021-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9746627B2 (en) Semiconductor laser module
JP6147341B2 (ja) 半導体レーザモジュール
WO2013136579A1 (ja) 光ファイバコンバイナ、及び、それを用いたレーザ装置
JP6387356B2 (ja) マルチモード−マルチモードファイバ結合器を備えた超高パワーファイバレーザシステム
KR20150123824A (ko) 로우 모드 고출력 광섬유 컴바이너
CA3023857C (en) Optical module
JP2008152229A (ja) 光導波路部品および光導波路部品の製造方法
JP2017054110A (ja) 光モジュール
WO2020196626A1 (ja) 光学部品および半導体レーザモジュール
KR20210136012A (ko) 광학 부품 및 반도체 레이저 모듈
JP2015175958A (ja) 半導体レーザモジュール、半導体レーザ光源及び半導体レーザシステム
US10061092B2 (en) Semiconductor laser module
WO2018181782A1 (ja) 光レセプタクル及び光トランシーバ
JP7479348B2 (ja) 光ファイバにおける端部構造および半導体レーザモジュール
JP2020181091A (ja) 半導体レーザモジュール
JP7012414B2 (ja) 端部構造および半導体レーザモジュール
WO2016054986A1 (zh) 传能光纤连接器
CN110646895B (zh) 光插座及光收发器
JP2018105932A (ja) 光伝送路
WO2018151100A1 (ja) 半導体レーザモジュール
US7961994B2 (en) Optical interface assembly
JP2022154134A (ja) クラッド伝搬光除去機構
JP5856016B2 (ja) 光モジュール

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal