WO2014034428A1 - 導光装置、製造方法、及び、ldモジュール - Google Patents

導光装置、製造方法、及び、ldモジュール Download PDF

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祥平 粂田
真一 阪本
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株式会社フジクラ
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    • H01S5/4031Edge-emitting structures

Definitions

  • the present invention relates to a light guide device that converts an input beam bundle composed of a plurality of input beams into an output beam bundle composed of a plurality of output beams. Moreover, it is related with the manufacturing method of such a light guide device, and LD module provided with such a light guide device.
  • LD modules are widely used to couple a laser beam emitted from an LD (Laser Diode) element (semiconductor laser element) to an optical fiber.
  • LD Laser Diode
  • a micro optical device described in Patent Document 1 is known as a light guide device that guides a laser beam emitted from each of a plurality of LD elements to an optical fiber.
  • FIG. 14 is a perspective view of the micro optical device 10 described in Patent Document 1.
  • the micro optical device 10 includes a substrate 11, an LD bar 12, a cylindrical lens 13, a first mirror array 14, and a second mirror array 15.
  • the LD bar 12 includes a plurality of LD elements arranged along the x-axis, and emits a laser beam from each LD element in the positive z-axis direction.
  • the optical axis of the laser beam emitted from each LD element in the positive z-axis direction is aligned along the x-axis in a first plane parallel to the zx plane.
  • the propagation direction of the laser beam emitted from each LD element is dispersed in the ⁇ ⁇ x direction with the z-axis positive direction as the center. For this reason, in the micro optical device 10, the cylindrical lens 13 disposed so as to face the emission end face of the LD bar 12 collimates the laser beam emitted from each LD element (the propagation direction is set to the z-axis positive direction). Converging) is adopted.
  • the first mirror array 14 is formed by integrating mirror surfaces 14a facing the LD elements constituting the LD bar 12. The laser beam emitted from each LD element in the z-axis positive direction is reflected in the y-axis positive direction by the mirror surface 14a facing the LD element. Further, the second mirror array 15 is an integrated mirror surface 15a facing each mirror surface 14a constituting the first mirror array 14. The laser beam reflected in each mirror surface 14a in the positive y-axis direction is reflected in the positive x-axis direction by the mirror surface 15a facing the mirror surface 14a.
  • the mirror surfaces 14a and 15a that reflect the laser beam emitted from the i + 1-th LD element counted from the x-axis positive direction side reflect the laser beam emitted from the i-th LD element counted from the x-axis positive direction side. It arrange
  • the micro optical device 10 configures the second mirror array 15 by using the first beam bundle formed of the laser beams propagating in the positive z-axis direction emitted from the LD elements configuring the LD bar 12. It has a function of converting into a second beam bundle composed of a laser beam propagating in the x-axis direction reflected by each mirror surface 15a.
  • the second beam bundle (hereinafter referred to as “output beam bundle”) output from the micro optical device 10 is focused on the incident end face of the optical fiber by a lens (not shown), for example.
  • the propagation direction of each laser beam constituting the output beam bundle varies. Is unavoidable. Since the mirror surfaces 14a and 15a that reflect the laser beam emitted from each LD element are integrated as the mirror rows 14 and 15, the propagation direction of the laser beam constituting the output beam bundle cannot be individually adjusted. It is. Variation in the propagation direction of each laser beam constituting the output beam bundle makes it difficult to focus the output beam bundle on the incident end face of the optical fiber, and hinders higher output and higher efficiency.
  • the multi-chip LD module refers to an LD module using a plurality of LD chips each having one LD element as a light source. It will be apparent that in a multi-chip LD module in which each LD chip needs to be individually mounted, the propagation direction of the laser beam emitted from each LD chip tends to vary.
  • each laser beam constituting the output beam bundle is propagated in a predetermined direction by adjusting the inclination of the mirror array 14. Can do. However, it is difficult to maintain the inclination of the mirror array 14 for the following reason.
  • the present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide an input beam in a light guide device that converts an input beam bundle composed of a plurality of input beams into an output beam bundle composed of a plurality of output beams.
  • An object of the present invention is to realize a light guide device that can adjust the propagation direction of an output beam to a predetermined direction even if the propagation direction of the light beam has a non-uniform or uniform inclination.
  • Another object of the present invention is to realize an LD module capable of achieving high output and high efficiency by using such a light guide device.
  • a light guide device is a duplex mirror corresponding to each input beam in a light guide device that converts an input beam bundle made up of a plurality of input beams into an output beam bundle made up of a plurality of output beams.
  • the double mirrors separated from the double mirrors corresponding to the input beams are provided, and the double mirrors corresponding to the input beams include a first mirror placed on a specific plane and the first mirror.
  • the first mirror is a first reflecting surface that reflects the input beam, and an angle formed between the normal line and the normal line of the specific plane.
  • the second mirror is a second reflection surface that reflects the input beam reflected by the first reflection surface, the normal line and the normal line
  • the first reflection surface that reflects each input beam is provided on the first mirror placed on a specific plane, and the second reflection that reflects the input beam reflected by the first reflection surface.
  • the surface is provided on the second mirror placed on the first mirror.
  • the double mirror corresponding to each input beam is separated from the double mirror corresponding to the other input beams. Therefore, the propagation direction of each output beam can be adjusted independently of each other. Therefore, even if the propagation direction of the input beam varies, the propagation direction of the output beam can be adjusted to a predetermined direction. Also, the adjustment of the optical axis position of each output beam can be performed independently of each other.
  • the LD module provided with the light guide device is also included in the category of the present invention.
  • an LD module capable of high output and high efficiency can be realized.
  • a light guide device that can adjust the propagation direction of the output beam to a predetermined direction even if the propagation direction of the input beam has a non-uniform or uniform inclination.
  • an LD module capable of high output and high efficiency can be realized.
  • FIG. 3 It is a flowchart which shows the adjustment method which adjusts the direction and position of a 1st mirror and a 2nd mirror with which the double mirror shown in FIG. 3 is provided.
  • A is the top view (upper stage) and the front view (lower stage) which illustrate the state of the double mirror before implementing the 1st mirror rotation process included in the flowchart shown in FIG.
  • B is the upper side figure (upper stage) and the front view (lower stage) which illustrate the state of the double mirror after implementing a 1st mirror rotation process.
  • A) is the upper side figure (upper stage) and the side view (lower stage) which illustrate the state of the double mirror before implementing the 2nd mirror rotation process included in the flowchart shown in FIG.
  • (B) is the upper side figure (upper stage) and the side view (lower stage) which illustrate the state of the double mirror after implementing a 2nd mirror rotation process.
  • (A) is a side view which illustrates the state of the double mirror before implementing the 1st mirror sliding process included in the flowchart shown in FIG. (B) is a side view which illustrates the state of the double mirror after performing the 1st mirror sliding process.
  • (A) is a front view which illustrates the state of the double mirror before implementing the 2nd mirror sliding process included in the flowchart shown in FIG. (B) is a front view which illustrates the state of the double mirror after performing the 2nd mirror sliding process.
  • FIG. 6 is a top view showing a first modification of the LD module shown in FIG. 1.
  • FIG. 10 is a top view showing a second modification of the LD module shown in FIG. 1. It is a perspective view which shows the structure of the conventional micro optical apparatus.
  • FIG. 1 is a top view showing the configuration of the LD module 1.
  • N in this embodiment, the number N of LD chips included in the LD module 1 is 10, but the present invention is not limited to this. That is, the number N of LD chips included in the LD module 1 may be an arbitrary integer of 2 or more.
  • the LD module 1 includes N F-axis collimating lenses FAC1 to FAC10, N S-axis collimating lenses SAC1 to SAC10, and N pieces. Second mirrors M1 to M10, a substrate B, an F-axis condenser lens FL, and an S-axis condenser lens SL.
  • the LD chips LD1 to L10, the F axis collimating lenses FAC1 to FAC10, the S axis collimating lenses SAC1 to SAC10, the double mirrors M1 to M10, the F axis focusing lens FL, and the S axis focusing lens SL are all directly Or it mounts on the board
  • the substrate B, the F-axis collimating lenses FAC1 to FAC10, the S-axis collimating lenses SAC1 to SAC10, and the double mirrors M1 to M10 are light guides corresponding to the conventional micro optical device 10 (see FIG. 14). Configure the device.
  • This light guide device like the conventional micro optical device 10, receives an input beam bundle composed of a laser beam (hereinafter also referred to as “input beam”) emitted from the LD chips LD1 to LD10 and propagating in the z-axis positive direction. , And a function of converting into an output beam bundle composed of a laser beam propagating in the negative x-axis direction (hereinafter also referred to as “output beam”).
  • the F-axis condenser lens FL and the S-axis condenser lens SL are disposed on the optical path of the output beam bundle.
  • the F-axis condenser lens FL refracts each output beam constituting the output beam bundle so that the beam interval is minimized (preferably zero) at the incident end face of the optical fiber OF.
  • the S-axis condenser lens SL focuses each output beam constituting the output beam bundle so that the beam diameter in the y-axis direction is minimized (preferably 0) at the incident end face of the optical fiber OF.
  • the LD module 1 is configured with an optical system composed of an LD chip LDi, an F-axis collimating lens FACi, an S-axis collimating lens SACi, and a double mirror Mi as a unit.
  • FIG. 1 illustrates a unit optical system S1 including an LD chip LD1, an F-axis collimating lens FAC1, an S-axis collimating lens SAC1, and a double mirror M1.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the unit optical system Ui.
  • the unit optical system Ui includes an LD chip LDi, an F-axis collimating lens FACi, an S-axis collimating lens SACI, and a double mirror Mi.
  • the LD chip LDi is placed on the substrate B so that the active layer is parallel to the zx plane and the emission end face is in the positive z-axis direction. For this reason, the laser beam emitted from the LD chip LDi has a propagation direction in the positive z-axis direction, an F-axis parallel to the y-axis, and an S-axis parallel to the x-axis.
  • the N LD chips LD1 to LD10 are arranged along the x-axis. For this reason, the optical axes of the laser beams emitted from the respective LD chips LDi in the positive z-axis direction are arranged in parallel along the x-axis in the first plane parallel to the zx plane.
  • An F-axis collimating lens FACi and an S-axis collimating lens SACi are disposed on the optical path of the laser beam emitted from the LD chip LDi.
  • the F-axis collimating lens FACi is for collimating the spread in the F-axis direction of the laser beam emitted from the LD chip LDi
  • the S-axis collimating lens SACi is the S-axis of the laser beam emitted from the LD chip LDi. It is for collimating the extent of the direction.
  • the laser beam transmitted through the F-axis collimating lens FACi and the S-axis collimating lens SACi is a collimated beam whose propagation direction is converged in the positive z-axis direction. Note that when the spread of the laser beam emitted from the LD chip LDi in the S-axis direction is sufficiently small, the S-axis collimating lens SACi may be omitted.
  • a double mirror Mi is further arranged on the optical path of the laser beam emitted from the LD chip LDi.
  • the double mirror Mi is configured by an i-th mirror Mi1 placed on the substrate B and a second mirror Mi2 placed on the first mirror Mi1.
  • the first mirror Mi1 reflects the laser beam emitted from the LD chip LDi and changes the propagation direction from the z-axis positive direction to the y-axis positive direction, and is also referred to as a “bounce mirror”. is there.
  • the second mirror Mi1 reflects the laser beam reflected by the first mirror Mi1, and changes the propagation direction from the positive y-axis direction to the negative x-axis direction. Sometimes called.
  • the double mirror Mi + 1 that reflects the laser beam emitted from the (i + 1) th LD chip LDi + 1 counted from the x-axis negative direction side is the i-th counted from the x-axis positive direction side.
  • the laser beam emitted from the LD chip LDi is disposed on the z-axis negative direction side with respect to the double mirror Mi that reflects the laser beam.
  • the optical axis of the laser beam reflected in the negative x-axis direction by each of the double mirrors Mi is a second plane parallel to the zx plane and is in the positive y-axis direction than the first plane described above. They are arranged along the z-axis in the second plane located on the side.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of the double mirror Mi.
  • the double mirror Mi is composed of a first mirror Mi1 and a second mirror Mi2.
  • the first mirror Mi1 is a polyhedral structure having at least a lower surface A1, an upper surface B1 parallel to the lower surface A1, and a reflecting surface S1.
  • the angle formed by the reflection surface S1 and the lower surface A1 is 45 ° as shown in FIG.
  • the first mirror Mi1 is placed on the substrate B so that the lower surface A1 contacts the upper surface of the substrate B (see FIG. 2). Accordingly, the normal vector of the reflection surface S1 of the first mirror Mi1 (the outward normal vector from the reflection surface S1 toward the outside of the first mirror Mi1) and the normal vector of the upper surface (zx surface) of the substrate B (upper surface) To the outside of the substrate B and the angle formed by the outward normal vector) is 45 °.
  • the direction of the first mirror Mi1 is determined so that the normal line of the reflecting surface S1 is parallel to the yz plane. Thereby, the reflection surface S1 of the first mirror Mi1 reflects the laser beam incident from the negative z-axis direction in the positive y-axis direction.
  • the second mirror Mi2 is a polyhedral structure having at least a lower surface A2 and a reflecting surface S2.
  • the angle formed by the reflecting surface S2 and the lower surface A2 is 45 ° as shown in FIG.
  • the second mirror Mi2 is placed on the first mirror Mi1 so that the lower surface A2 contacts the upper surface B1 of the first mirror Mi1.
  • the normal vector of the reflecting surface S2 of the second mirror Mi2 (the outward normal vector from the reflecting surface S2 toward the outside of the second mirror Mi2) and the normal vector of the upper surface (zx surface) of the substrate B (upper surface)
  • the angle formed with the outward normal vector from the substrate B toward the outside of the substrate B is 135 °.
  • the direction of the second mirror Mi2 is determined so that the normal line of the reflecting surface S2 is parallel to the xy plane.
  • the reflecting surface S2 of the second mirror Mi2 reflects the laser beam incident from the negative y-axis direction in the negative x-axis direction.
  • the propagation direction of the output beam can be matched with the negative x-axis direction.
  • the propagation direction of the output beam is slightly rotated with the z axis as the rotation axis
  • the second mirror Mi2 is slightly rotated with the y axis as the rotation axis
  • the y axis This is because the propagation direction of the output beam is slightly rotated about the rotation axis.
  • the optical axis of the output beam is equally spaced within a plane parallel to the xz plane. Can be lined up.
  • the optical axis of the output beam is translated in the z-axis positive direction / negative direction
  • the second mirror Mi2 is translated in the x-axis positive direction / negative direction. This is because the optical axis of the output beam translates in the y-axis positive / negative direction.
  • the first adjustment target is to make the propagation direction of each output beam constituting the output beam bundle coincide with the x-axis negative direction, but the present invention is not limited to this. . That is, it is sufficient if the propagation direction of each output beam constituting the output beam can be made to coincide with a specific direction, and the specific direction is not limited to the x-axis negative direction.
  • the second adjustment target is to arrange the optical axes of the output beams constituting the output beam bundle at equal intervals in a plane parallel to the zx plane.
  • the present invention is not limited to this. Is not to be done. That is, it is sufficient that the optical axes of the output beams constituting the output beam can be arranged at equal intervals in a specific plane, and the specific plane is not limited to a plane parallel to the zx plane.
  • n1 is a normal vector of the first reflecting surface S1
  • (L ⁇ n1) is an inner product of the direction vector L and the normal vector n1.
  • L ′ L ⁇ 2 (L ⁇ n1) n1 (1)
  • the direction vector L ′′ of the reflected light (output beam) emitted from the second reflecting surface S2 is expressed as follows.
  • n2 is a normal vector of the second reflecting surface S2
  • (L ′ ⁇ n2) is an inner product of the direction vector L ′ and the normal vector n2.
  • each component of the direction vector L ′′ (L ′′ x, L ′′ y, L ′′ z) of the reflected light emitted from the second reflecting surface S2 is given as follows according to the equation (3).
  • L ′′ x sin2 ⁇ 1 ⁇ cos ⁇ 2 ⁇ sin ⁇ 2 -Cos ⁇ 1, sin ⁇ 1, sin2 ⁇ 2-cos ⁇ 1, cos ⁇ 2 (4)
  • L ′′ y sin2 ⁇ 1 ⁇ sin ⁇ 2 + cos ⁇ 1 ⁇ sin ⁇ 1 ⁇ cos ⁇ 2 (5)
  • L ′′ z sin2 ⁇ 1 ⁇ cos2 ⁇ 2 + Cos ⁇ 1 ⁇ sin ⁇ 2 (1 ⁇ sin ⁇ 1 ⁇ cos ⁇ 2) (6)
  • ⁇ 1 and ⁇ 2 are sufficiently small, approximations such as sin ⁇ 1 ⁇ 1, cos ⁇ 1, sin ⁇ 2 ⁇ 2, and cos ⁇ 2 ⁇ 1 are possible.
  • FIG. 5 is a top view showing the configuration of the LD module 1 when the adjustment method is performed.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the flow of this adjustment method.
  • 7 to 10 are diagrams for explaining each process included in the adjustment method.
  • FIG. 11 is a diagram showing the arrangement of output beams that are adjustment targets in this adjustment method.
  • This adjustment method is performed using an optical monitor device OM as shown in FIG.
  • the optical monitor device OM is for detecting the direction and position of the incident laser beam, and is arranged on the optical path of the output beam bundle when performing this adjustment method.
  • the first mirror Mi1 with the adhesive applied to the lower surface is placed on the substrate B, and the second mirror Mi2 with the adhesive applied to the lower surface is placed on the first mirror Mi1.
  • These adhesives are cured by ultraviolet rays or the like after performing this adjustment method.
  • the present adjustment method includes a first mirror rotating step T1, a second mirror rotating step T2, a first mirror sliding step T3, and a second mirror sliding step T4. This is realized by repeating with respect to the double mirror Mi.
  • the first mirror rotating step T1 is a step of slightly rotating the propagation direction of the output beam about the z axis as the rotation axis by slightly rotating the first mirror Mi1 about the y axis as the rotation axis. More specifically, the first mirror is used by using the rotary stage so that the inclination of the output beam detected by the optical monitor device OM (the inclination due to the rotation with the z axis as the rotation axis) is minimized (preferably 0). In this step, Mi1 is rotated slightly (rotation with the y axis as the rotation axis).
  • FIG. 7A is a top view (upper stage) and a front view (lower stage) illustrating the state of the double mirror Mi before performing the first mirror rotation step T1.
  • FIG. 7B is a top view (upper stage) and a front view (lower stage) illustrating the state of the double mirror Mi after performing the first mirror rotating step T1.
  • the propagation direction of the output beam has slightly rotated by ⁇ z from the x-axis direction with the z axis as the rotation axis, as shown in the upper part of FIG.
  • the first mirror Mi1 is slightly rotated about the y axis as the rotation axis.
  • the propagation direction of the output beam coincides with the negative x-axis direction as shown in the lower part of FIG.
  • the second mirror rotating step T2 is a step of slightly rotating the propagation direction of the output beam about the y axis as the rotation axis by slightly rotating the second mirror Mi2 about the y axis as the rotation axis. More specifically, the second mirror is used by using the rotary stage so that the inclination of the output beam detected by the optical monitor device OM (the inclination due to the rotation with the y axis as the rotation axis) is minimized (preferably 0). In this step, Mi2 is rotated slightly (rotation with the y axis as the rotation axis).
  • FIG. 8A is a top view (upper stage) and a side view (lower stage) illustrating the state of the double mirror Mi before performing the second mirror rotating step T2.
  • FIG. 8B is a top view (upper stage) and a side view (lower stage) illustrating the state of the double mirror Mi after performing the second mirror rotating step T2.
  • the propagation direction of the output beam has slightly rotated by ⁇ y from the x-axis direction with the y axis as the rotation axis, as shown in the upper part of FIG.
  • the second mirror Mi2 is slightly rotated about the y axis as the rotation axis.
  • the propagation direction of the output beam coincides with the negative x-axis direction as shown in the upper part of FIG.
  • the first adjustment target of matching the propagation direction of each output beam constituting the output beam bundle with the x-axis negative direction is achieved.
  • the first mirror sliding step T3 is a step of translating the optical axis of the output beam in parallel with the z axis by translating the first mirror Mi1 in parallel with the z axis. More specifically, in the step of translating the first mirror Mi1 in parallel with the z axis using the position control stage so that the z coordinate of the output beam detected by the optical monitor device OM becomes a predetermined adjustment target value. is there.
  • FIG. 9A is a side view illustrating the state of the double mirror Mi before performing the first mirror sliding step T3.
  • FIG. 9B is a side view illustrating the state of the double mirror Mi after performing the first mirror sliding step T3.
  • the first mirror Mi1 is translated in the negative z-axis direction.
  • the deviation of the optical axis of the output beam in the z-axis direction is eliminated as shown in FIG.
  • the second mirror sliding step T4 is a step of translating the optical axis of the output beam in parallel with the y axis by translating the second mirror Mi2 in parallel with the x axis. More specifically, in the step of translating the second mirror Mi2 parallel to the x-axis using the position control stage so that the y coordinate of the output beam detected by the optical monitor device OM becomes a predetermined adjustment target value. is there.
  • FIG. 10A is a front view illustrating the state of the double mirror Mi before performing the second mirror sliding step T4.
  • FIG. 10B is a front view illustrating the state of the double mirror Mi after performing the second mirror sliding step T4.
  • the second mirror Mi2 is translated in the positive x-axis direction.
  • the deviation of the optical axis of the output beam in the y-axis direction is eliminated as shown in FIG.
  • the second optical axis is arranged such that the optical axes of the output beams constituting the output beam bundle are arranged at equal intervals in a plane parallel to the zx plane. Adjustment goals are achieved.
  • the first mirror sliding step T3 and the second mirror sliding step The adjustment target value referred to in T4 may be determined as shown in FIG. That is, the beam spots Li of the output beams may be determined so as to be arranged at equal intervals on the z axis on the light receiving surface of the optical monitor device OM.
  • the output beam bundle is obtained by performing the first mirror rotating step T1 and the second mirror rotating step T2, as shown in FIG. It is preferable to carry out after collimating the propagation directions of the output beams constituting the.
  • the execution order of the first mirror rotation process T1 and the second mirror rotation process T2, and the execution order of the first mirror sliding process T3 and the second mirror sliding process T4 are the same as those shown in FIG. It is not limited. That is, a configuration in which the first mirror rotation step T1 is performed after the second mirror rotation step T2 is performed may be adopted, or the first mirror sliding step T3 is performed after the second mirror sliding step T4 is performed. You may employ
  • an adhesive is used for fixing the first mirror Mi1 to the substrate B and fixing the second mirror Mi2 to the first mirror Mi1
  • the second mirror rotating step T2, the first mirror sliding step T3, and the second mirror sliding step T4 are performed.
  • the lower surface of the first mirror Mi1 and the upper surface of the substrate B are in parallel during the execution of these steps and until the curing of the adhesive is completed after the completion of these steps.
  • the lower surface of the second mirror Mi2 and the upper surface of the first mirror Mi1 are kept parallel.
  • an adhesive layer formed between the lower surface of the first mirror Mi1 and the upper surface of the substrate B, and an adhesive layer formed between the lower surface of the second mirror Mi2 and the upper surface of the first mirror Mi1. Can be made uniform in thickness.
  • the thickness of the adhesive layer formed between the upper surface of the substrate B and the lower surface of the first mirror Mi1 is uniform, even if this adhesive layer expands or contracts, the expansion or contraction amount in each place is the same. become. Therefore, even when the adhesive layer expands or contracts, the first mirror Mi1 only translates in the direction orthogonal to the upper surface of the substrate B (the thickness direction of the adhesive layer). Parallelism with the lower surface of the first mirror Mi1 is not impaired. Similarly, if the thickness of the adhesive layer formed between the upper surface of the first mirror Mi1 and the lower surface of the second mirror Mi2 is uniform, the second mirror Mi2 even when the adhesive layer expands or contracts.
  • the thickness of the layer is preferably as thin as possible as long as the required adhesive strength can be secured. As the thickness of these adhesive layers decreases, the amount of change in thickness that occurs when these adhesive layers expand or contract becomes smaller. As a result, the parallelism between the upper surface of the substrate B and the lower surface of the first mirror Mi1. This is because the parallelism between the upper surface of the first mirror Mi1 and the lower surface of the second mirror Mi2 is easily maintained.
  • the thicknesses of these adhesive layers are respectively the dimensional tolerance of the double mirror Mi (more specifically, the tolerance of the thickness of the first mirror Mi1 and the second mirror) and the tolerance of the substrate B (more specifically, Specifically, it is preferably smaller than the tolerance of the thickness of the substrate B.
  • the amount of change in thickness that occurs when these adhesive layers expand or contract is also less than the dimensional tolerance of the double mirror Mi and the dimensional tolerance of the substrate B (usually the amount of change in the thickness of the adhesive layer). Is smaller than the thickness of the adhesive layer itself). Therefore, even when these adhesive layers expand or contract, the parallelism between the upper surface of the substrate B and the lower surface of the first mirror Mi1, and the first, regardless of whether the thickness of the adhesive layer is uniform or not. The parallelism between the upper surface of the first mirror Mi1 and the lower surface of the second mirror Mi2 does not fall below the allowable level in the design.
  • the LD chips LD1 to LD10 may be arranged obliquely so that the optical path length from the LD chip LDi to the double mirror Mi becomes constant. In this case, as shown in FIG. 12, the size of the substrate B can be reduced.
  • the LD chips LD1 to LD10 may be arranged obliquely so that the optical path length from the LD chip LDi to the F-axis condenser lens FL is constant. In this case, since the beam diameter of the laser beam incident on the F-axis condenser lens L becomes uniform, the output beam bundle can be focused with higher accuracy.
  • an input beam bundle composed of a plurality of input beams is converted into an output beam bundle composed of a plurality of output beams.
  • the mirror includes a double mirror separated from a double mirror corresponding to another input beam, and the double mirror corresponding to each input beam is a first mirror placed on a specific plane. And a second mirror placed on the first mirror.
  • the first mirror is a first reflecting surface that reflects the input beam, and has a normal line and the specific plane.
  • a first reflecting surface having an angle of 45 ° with the normal line, and the second mirror is a second reflecting surface that reflects the input beam reflected by the first reflecting surface;
  • the angle between the normal and the normal of the specific plane is 135 ° It has the 2nd reflective surface which becomes. It is characterized by the above-mentioned.
  • the first reflection surface that reflects each input beam is provided on the first mirror placed on a specific plane, and the second reflection that reflects the input beam reflected by the first reflection surface.
  • the surface is provided on the second mirror placed on the first mirror.
  • the double mirror corresponding to each input beam is separated from the double mirror corresponding to the other input beams. Therefore, the propagation direction of each output beam can be adjusted independently of each other. Therefore, even if the propagation direction of the input beam varies, the propagation direction of the output beam can be adjusted to a predetermined direction. Also, the adjustment of the optical axis position of each output beam can be performed independently of each other.
  • the direction of the first mirror and the second mirror is the propagation direction of each output beam constituting the output beam bundle in a specific direction. It is preferable that it is adjusted so as to match.
  • the positions of the first mirror and the second mirror are such that the optical axis of each output beam constituting the output beam bundle is a specific plane. It is preferable that they are adjusted so that they are lined up at regular intervals.
  • the manufacturing method for manufacturing the light guide device is also included in the category of the present embodiment.
  • the double mirror corresponding to each input beam including a step of adjusting the orientation of the first mirror and the second mirror so that the propagation direction of each output beam constituting the output beam bundle matches a specific direction
  • the positions of the first mirror and the second mirror are set so that the optical axes of the output beams constituting the output beam bundle are arranged at equal intervals in a specific plane.
  • a light guide device that generates an output beam bundle that can be focused with high accuracy can be manufactured.
  • the LD module including the light guide device is also included in the category of the present embodiment.
  • an LD module capable of high output and high efficiency can be realized.
  • the present invention can be suitably used for an LD module.
  • it can be suitably used for an LD module using an LD chip as a light source.

Abstract

 複数のLD素子の各々から出射されたレーザビームからなる入力ビーム束を、複数の出力ビームからなる出力ビーム束に変換する導光装置であって、当該導光装置は、前記各LD素子LDiそれぞれに対応し、互いに分離された複数の2連ミラーを備える。前記各2連ミラーMiは、基板Bの上面に載置された第1ミラーMi1と、さらにその上面に載置された第2ミラーMi2とにより構成される。前記第1ミラー及び前記第2ミラーは、それぞれ、第1反射面及び第2反射面を有している。前記第1反射面及び前記第2反射面は、その法線と前記基板の上面の法線との成す角が、それぞれ、45°及び135°である。前記対応する各LD素子から出射されたレーザビームは、前記第1反射面にて反射された後、前記第2反射面にて反射される。前記第1ミラーや前記第2ミラーの向きや位置を調整することにより、前記出力ビームの伝搬方向を調整することができる。

Description

導光装置、製造方法、及び、LDモジュール
 本発明は、複数の入力ビームからなる入力ビーム束を複数の出力ビームからなる出力ビーム束に変換する導光装置に関する。また、そのような導光装置の製造方法、及び、そのような導光装置を備えたLDモジュールに関する。
 LD(Laser Diode)素子(半導体レーザ素子)から出射されたレーザビームを光ファイバに結合するために、LDモジュールが広く用いられている。このようなLDモジュールにおいて、複数のLD素子の各々から出射されたレーザビームを光ファイバに導く導光装置として、特許文献1に記載のマイクロ光学装置が知られている。
 図14は、特許文献1に記載のマイクロ光学装置10の斜視図である。マイクロ光学装置10は、図14に示したように、基板11、LDバー12、円柱レンズ13、第1の鏡列14、及び第2の鏡列15を備えている。
 LDバー12は、x軸に沿って並んだ複数のLD素子を備えており、各LD素子からz軸正方向にレーザビームを出射する。各LD素子からz軸正方向に出射されたレーザビームの光軸は、zx面に平行な第1の平面内でx軸に沿って並ぶ。
 なお、各LD素子から出射されたレーザビームの伝搬方向は、z軸正方向を中心に±θx方向に分散している。このため、マイクロ光学装置10においては、LDバー12の出射端面に対向するように配置された円柱レンズ13によって、各LD素子から出射されたレーザビームをコリメートする(伝播方向をz軸正方向に収斂させる)構成が採用されている。
 第1の鏡列14は、LDバー12を構成する各LD素子に対向する鏡面14aが一体化されたものである。各LD素子からz軸正方向に出射されたレーザビームは、そのLD素子に対向する鏡面14aによって、y軸正方向に反射される。また、第2の鏡列15は、第1の鏡列14を構成する各鏡面14aに対向する鏡面15aが一体化されたものである。各鏡面14aにてy軸正方向に反射されたレーザビームは、その鏡面14aに対向する鏡面15aによって、x軸正方向に反射される。
 なお、x軸正方向側から数えてi+1番目のLD素子から出射されたレーザビームを反射する鏡面14a,15aは、x軸正方向側から数えてi番目のLD素子から出射されたレーザビームを反射する鏡面14a,15bよりもz軸負方向側に配置される。このため、各鏡面15aにてx軸正方向に反射されたレーザビームの光軸は、zx平面と平行な第2の平面であって、上述した第1の平面よりもy軸正方向側に位置する第2の平面内でz軸に沿って並ぶ。
 このように、マイクロ光学装置10は、LDバー12を構成する各LD素子から出射されたz軸正方向に伝搬するレーザビームからなる第1のビーム束を、第2の鏡列15を構成する各鏡面15aにて反射されたx軸方向に伝播するレーザビームからなる第2のビーム束に変換する機能を有している。マイクロ光学装置10から出力される第2のビーム束(以下、「出力ビーム束」と記載)は、例えば、不図示のレンズによって光ファイバの入射端面上に集束される。
日本国公開特許公報「特開2004-252428号」(公開日:2004年9月9日)
 しかしながら、従来のマイクロ光学装置10においては、各LD素子から出射されるレーザビームの伝搬方向にばらつき(非一様な傾き)がある場合、出力ビーム束を構成する各レーザビームの伝搬方向にばらつきが生じることを免れない。各LD素子から出射されるレーザビームを反射する鏡面14a,15aが鏡列14,15として一体化されているので、出力ビーム束を構成するレーザビームの伝搬方向を個別に調整することができないためである。出力ビーム束を構成する各レーザビームの伝搬方向のばらつきは、出力ビーム束を光ファイバの入射端面に集束することを困難にし、高出力化及び高効率化を妨げる要因となる。
 このような問題は、マルチチップLDモジュールにおいて特に顕著である。ここで、マルチチップLDモジュールとは、それぞれ1つのLD素子を備えた複数のLDチップを光源とするLDモジュールのことを指す。各LDチップを個別に実装する必要のあるマルチチップLDモジュールにおいて、各LDチップから出射されるレーザビームの伝搬方向にばらつきが生じ易いことは明らかであろう。
 なお、各LD素子から出射されるレーザビームの伝搬方向の傾きが一様な場合、鏡列14の傾きを調整することによって、出力ビーム束を構成する各レーザビームを所定の方向に伝搬させることができる。しかしながら、鏡列14の傾きを維持することは、以下の理由により困難である。
 すなわち、鏡列14を傾けた状態で基板11に接着するためには、鏡列14と基板11との間に介在する接着層の厚みを不均一にする必要がある。このため、接着層を硬化する際に不均一な硬化収縮が起こり、鏡列14の傾きが変化してしまう。また、接着層を硬化させた後も、温度上昇/温度低下に伴って不均一な熱膨張/熱収縮が起こり、鏡列14の傾きが変化してしまう。
 本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の入力ビームからなる入力ビーム束を複数の出力ビームからなる出力ビーム束に変換する導光装置において、入力ビームの伝搬方向に非一様又は一様な傾きがあっても、出力ビームの伝搬方向を所定の方向に調整することが可能な導光装置を実現することにある。また、そのような導光装置を用いて、高出力化及び高効率化が可能なLDモジュールを実現することにある。
 本発明に係る導光装置は、複数の入力ビームからなる入力ビーム束を複数の出力ビームからなる出力ビーム束に変換する導光装置において、各入力ビームに対応する2連ミラーであって、他の入力ビームに対応する2連ミラーから分離された2連ミラーを備えており、各入力ビームに対応する2連ミラーは、特定の平面上に載置された第1ミラーと、該第1ミラー上に載置された第2ミラーとにより構成されており、上記第1ミラーは、入力ビームを反射する第1反射面であって、その法線と上記特定の平面の法線との成す角が45°となる第1反射面を有しており、上記第2ミラーは、上記第第1反射面にて反射された入力ビームを反射する第2反射面であって、その法線と上記特定の平面の法線との成す角が135°となる第2反射面を有している、ことを特徴とする。
 上記の構成においては、各入力ビームを反射する第1反射面が特定の平面上に載置された第1ミラーに設けられ、第1反射面にて反射された入力ビームを反射する第2反射面が第1ミラー上に載置された第2ミラーに設けられている。このため、第1ミラー及び第2ミラーをそれぞれ回動させることによって、出力ビームの伝搬方向を自由に調整することができる。例えば、入力ビームの伝搬方向に傾きがあっても、出力ビームの伝搬方向を所定の方向に調整することができる。また、第1ミラー及び第2ミラーをそれぞれ摺動させることによって、出力ビームの光軸位置も自由に調整することができる。
 しかも、上記の構成においては、各入力ビームに対応する2連ミラーが他の入力ビームに対応する2連ミラーから分離されている。したがって、各出力ビームの伝搬方向の調整を互いに独立に行うことができる。したがって、入力ビームの伝搬方向にばらつきがあっても、出力ビームの伝搬方向を所定の方向に調整することができる。また、各出力ビームの光軸位置の調整も互いに独立に行うことができる。
 上記導光装置を備えたLDモジュールも本発明の範疇に含まれる。
 上記導光装置を備えることによって、高出力化及び高効率化が可能なLDモジュールを実現することができる。
 本発明によれば、入力ビームの伝搬方向に非一様又は一様な傾きがあっても、出力ビームの伝搬方向を所定の方向に調整することが可能な導光装置を実現することができる。また、このような導光装置を用いることによって、高出力化及び高効率化が可能なLDモジュールを実現することができる。
本発明の一実施形態に係るLDモジュールの構成を示す上面図である。 図1に示すLDモジュールが備える単位光学系の構成を示す斜視図である。 図1に示すLDモジュールが備える2連ミラーの構成を示す斜視図である。 図3に示す2連ミラーが備える第1ミラー及び第2ミラーの微小回転が出力ビームの伝搬方向の微小回転を引き起こすことを説明するための図である。 図6に示す調整方法を実施する際のLDモジュールの構成を示す上面図である。 図3に示す2連ミラーが備える第1ミラー及び第2ミラーの向き及び位置を調整する調整方法を示すフローチャートである。 (a)は、図6に示すフローチャートに含まれる第1ミラー回動工程を実施する前の2連ミラーの状態を例示する上面図(上段)及び正面図(下段)である。(b)は、第1ミラー回動工程を実施した後の2連ミラーの状態を例示する上面図(上段)及び正面図(下段)である。 (a)は、図6に示すフローチャートに含まれる第2ミラー回動工程を実施する前の2連ミラーの状態を例示する上面図(上段)及び側面図(下段)である。(b)は、第2ミラー回動工程を実施した後の2連ミラーの状態を例示する上面図(上段)及び側面図(下段)である。 (a)は、図6に示すフローチャートに含まれる第1ミラー摺動工程を実施する前の2連ミラーの状態を例示する側面図である。(b)は、第1ミラー摺動工程を実施した後の2連ミラーの状態を例示する側面図である。 (a)は、図6に示すフローチャートに含まれる第2ミラー摺動工程を実施する前の2連ミラーの状態を例示する正面図である。(b)は、第2ミラー摺動工程を実施した後の2連ミラーの状態を例示する正面図である。 図6に示す調整方法を実施する際に調整目標とされる出力ビームの配置を示す図である。 図1に示すLDモジュールの第1の変形例を示す上面図である。 図1に示すLDモジュールの第2の変形例を示す上面図である。 従来のマイクロ光学装置の構成を示す斜視図である。
 本発明の一実施形態に係るLDモジュールについて、図面に基づいて説明すれば以下の通りである。
 〔LDモジュールの構成〕
 本実施形態に係るLDモジュール1の構成について、図1を参照して説明する。図1は、LDモジュール1の構成を示す上面図である。
 LDモジュール1は、N個(本実施形態においてはN=10)のLDチップLD1~LD10から出射されたレーザビームを光ファイバOFに結合するためのものである。なお、本実施形態においては、LDモジュール1が備えるLDチップの個数Nを10とするが、本発明はこれに限定されない。すなわち、LDモジュール1が備えるLDチップの個数Nは、2以上の任意の整数であり得る。
 LDモジュール1は、図1に示すように、N個のLDチップLD1~LD10の他に、N個のF軸コリメートレンズFAC1~FAC10と、N個のS軸コリメートレンズSAC1~SAC10と、N個の2連ミラーM1~M10と、基板Bと、F軸集光レンズFLと、S軸集光レンズSLとを備えている。LDチップLD1~L10、F軸コリメートレンズFAC1~FAC10、S軸コリメートレンズSAC1~SAC10、2連ミラーM1~M10、F軸集光レンズFL、及びS軸集光レンズSLは、何れも、直接、又は、不図示のマウントを介して基板B上に載置される。
 LDモジュール1においては、基板B、F軸コリメートレンズFAC1~FAC10、S軸コリメートレンズSAC1~SAC10、及び2連ミラーM1~M10が、従来のマイクロ光学装置10(図14参照)に相当する導光装置を構成する。この導光装置は、従来のマイクロ光学装置10と同様、LDチップLD1~LD10から出射されたz軸正方向に伝搬するレーザビーム(以下、「入力ビーム」とも記載する)からなる入力ビーム束を、x軸負方向に伝搬するレーザビーム(以下、「出力ビーム」とも記載する)からなる出力ビーム束に変換する機能を有する。
 この出力ビーム束の光路上には、F軸集光レンズFLとS軸集光レンズSLとが配置される。F軸集光レンズFLは、出力ビーム束を構成する各出力ビームを、ビーム間隔が光ファイバOFの入射端面において最小になる(好ましくは0になる)ように屈折させる。また、S軸集光レンズSLは、出力ビーム束を構成する各出力ビームを、y軸方向のビーム径が光ファイバOFの入射端面において最小になる(好ましくは0になる)ように集束させる。
 LDモジュール1は、図1に示すように、LDチップLDiと、F軸コリメートレンズFACiと、S軸コリメートレンズSACiと、2連ミラーMiとからなる光学系を単位として構成されている。図1においては、LDチップLD1と、F軸コリメートレンズFAC1と、S軸コリメートレンズSAC1と、2連ミラーM1とからなる単位光学系S1を例示している。
 〔単位光学系の構成〕
 LDモジュール1が備える単位光学系Siの構成ついて、図2を参照して説明する。図2は、単位光学系Uiの構成を示す斜視図である。単位光学系Uiは、図2に示すように、LDチップLDiと、F軸コリメートレンズFACiと、S軸コリメートレンズSACiと、2連ミラーMiとにより構成される。
 LDチップLDiは、活性層がzx平面と平行になるように、かつ、出射端面がz軸正方向を向くように、基板B上に載置される。このため、LDチップLDiから出射されるレーザビームは、伝搬方向がz軸正方向、F軸がy軸と平行、S軸がx軸と平行になる。
 なお、図1に示したように、N個のLDチップLD1~LD10は、x軸に沿って並べられる。このため、各LDチップLDiからz軸正方向に出射されたレーザビームの光軸は、zx面に平行な第1の平面内でx軸に沿って平行に並ぶことになる。
 LDチップLDiから出射されるレーザビームの光路上には、F軸コリメートレンズFACiとS軸コリメートレンズSACiとが配置される。F軸コリメートレンズFACiは、LDチップLDiから出射されたレーザビームのF軸方向の広がりをコリメートするためのものであり、S軸コリメートレンズSACiは、LDチップLDiから出射されたレーザビームのS軸方向の広がりをコリメートするためのものである。F軸コリメートレンズFACi及びS軸コリメートレンズSACiを透過したレーザビームは、伝搬方向がz軸正方向に収斂されたコリメートビームとなる。なお、LDチップLDiから出射されるレーザビームのS軸方向の広がりが十分に小さい場合、S軸コリメートレンズSACiは省略しても構わない。
 LDチップLDiから出射されるレーザビームの光路上には、更に、2連ミラーMiが配置される。2連ミラーMiは、基板B上に載置された第iミラーMi1と、第1ミラーMi1上に載置された第2ミラーMi2とにより構成される。第1ミラーMi1は、LDチップLDiから出射されたレーザビームを反射し、その伝搬方向をz軸正方向からy軸正方向に変換するためのものでり、「跳ね上げミラー」と呼ばれることもある。また、第2ミラーMi1は、第1ミラーMi1にて反射されたレーザビームを反射し、その伝搬方向をy軸正方向からx軸負方向に変換するためのものであり、「折り返しミラー」と呼ばれることもある。
 なお、図1に示したように、x軸負方向側から数えてi+1番目のLDチップLDi+1から出射されたレーザビームを反射する2連ミラーMi+1は、x軸正方向側から数えてi番目のLDチップLDiから出射されたレーザビームを反射する2連ミラーMiよりもz軸負方向側に配置される。このため、各2連ミラーMiにてx軸負方向に反射されたレーザビームの光軸は、zx面と平行な第2の平面であって、上述した第1の平面よりもy軸正方向側に位置する第2の平面内でz軸に沿って並ぶことになる。
 〔2連ミラーの構成〕
 LDモジュール1が備える2連ミラーMiの構成ついて、図3を参照して説明する。図3は、2連ミラーMiの構成を示す斜視図である。2連ミラーMiは、図3に示すように、第1ミラーMi1と、第2ミラーMi2とにより構成される。
 第1ミラーMi1は、少なくとも下面A1と、下面A1と平行な上面B1と、反射面S1とを有する多面体状の構造物である。反射面S1と下面A1とが成す角は、図3に示すように45°である。
 第1ミラーMi1は、下面A1が基板Bの上面に当接するように、基板B上に載置される(図2参照)。これにより、第1ミラーMi1の反射面S1の法線ベクトル(反射面S1から第1ミラーMi1の外部に向かう外向き法線ベクトル)と、基板Bの上面(zx面)の法線ベクトル(上面から基板Bの外部に向かう外向き法線ベクトル)との成す角が45°になる。また、第1ミラーMi1の向きは、反射面S1の法線がyz面と平行になるように決められる。これにより、第1ミラーMi1の反射面S1は、z軸負方向から入射したレーザビームをy軸正方向に反射する。
 第2ミラーMi2は、少なくとも下面A2と、反射面S2とを有する多面体状の構造体である。反射面S2と下面A2との成す角は、図3に示すように45°である。
 第2ミラーMi2は、下面A2が第1ミラーMi1の上面B1に当接するように、第1ミラーMi1上に載置される。これにより、第2ミラーMi2の反射面S2の法線ベクトル(反射面S2から第2ミラーMi2の外部に向かう外向き法線ベクトル)と、基板Bの上面(zx面)の法線ベクトル(上面から基板Bの外部に向かう外向き法線ベクトル)との成す角が135°になる。また、第2ミラーMi2の向きは、反射面S2の法線がxy面と平行になるように決められる。これにより、第2ミラーMi2の反射面S2は、y軸負方向から入射したレーザビームをx軸負方向に反射する。
 LDモジュール1においては、各2連ミラーMiを構成する第1ミラーMi1及び第2ミラーMi2の向きを調整することによって、出力ビームの伝搬方向をx軸負方向に一致させることができる。y軸を回転軸として第1ミラーMi1を微小回転させると、z軸を回転軸として出力ビームの伝搬方向が微小回転し、y軸を回転軸として第2ミラーMi2を微小回転させると、y軸を回転軸として出力ビームの伝搬方向が微小回転するためである。
 また、LDモジュール1においては、各2連ミラーMiを構成する第1ミラーMi1及び第2ミラーMi2の位置を調整することによって、出力ビームの光軸をxz面と平行な平面内に等間隔で並べることができる。第1ミラーMi1をz軸正方向/負方向に並進させると、出力ビームの光軸がz軸正方向/負方向に並進し、第2ミラーMi2をx軸正方向/負方向に並進させると、出力ビームの光軸がy軸正方向/負方向に並進するためである。
 なお、本実施形態においては、出力ビーム束を構成する各出力ビームの伝搬方向をx軸負方向と一致させることを第1の調整目標としているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、出力ビームを構成する各出力ビームの伝搬方向を特定の方向と一致させることができれば十分であり、該特定の方向は、x軸負方向に限定されない。
 また、本実施形態においては、出力ビーム束を構成する各出力ビームの光軸をzx面と平行な平面内に等間隔で並べることを第2の調整目標としているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、出力ビームを構成する各出力ビームの光軸を特定の平面内に等間隔で並べることができれば十分であり、該特定の平面は、zx面と平行な平面に限定されない。
 〔ミラーの微小回転が出力ビームの回転を引き起こす理由〕
 第1ミラーMi1及び第2ミラーMi2の微小回転が出力ビームの微小回転を引き起こす理由について、図4を参照して説明する。
 第1の反射面S1に入射する入射光(入力ビーム)の方向ベクトルをLとすると、第1の反射面S1から出射する反射光の方向ベクトルL’は、以下のように表すことができる。ここで、n1は、第1の反射面S1の法線ベクトルであり、(L・n1)は、方向ベクトルLと法線ベクトルn1との内積である。
 L’=L-2(L・n1)n1   ・・・(1)
 同様に、第2の反射面S2に入射する入射光の方向ベクトルをL’とすると、第2の反射面S2から出射する反射光(出力ビーム)の方向ベクトルL”は、以下のように表すことができる。ここで、n2は、第2の反射面S2の法線ベクトルであり、(L’・n2)は、方向ベクトルL’と法線ベクトルn2との内積である。
 L”=L’-2(L’・n2)n2   ・・・(2)
 したがって、第1の反射面S1に入射する入射光の方向ベクトルがLであるとき、第2の反射面S2から出射する反射光の方向ベクトルL”は、以下のように表すことができる。
 L”=L-2(L・n1)n1-2{(L・n2)-2(L・n1)(n1・n2)}n2                                   ・・・(3)
 ところで、第1ミラーMi1を、y軸を回転軸としてθy=θ1だけ回転させると、第1の反射面S1の法線ベクトルn1は、n1=(1/2)1/2(0,1,-1)からn1=(1/2)1/2(-sinθ1,1,-cosθ1)へと変化する。また、第2ミラーMi2を、y軸を回転軸としてθy=θ2だけ回転させると、第2の反射面S2の法線ベクトルn2は、n2=(1/2)1/2(-1,-1,0)からn2=(1/2)1/2(-cosθ2,-1,sinθ2)へと変化する。
 このとき、第2の反射面S2から出射する反射光の方向ベクトルL”=(L”x,L”y,L”z)の各成分は、(3)式に従って以下のように与えられる。
 L”x=sin2θ1・cosθ2・sinθ2
     -cosθ1・sinθ1・sin2θ2-cosθ1・cosθ2…(4)
 L”y=sin2θ1・sinθ2+cosθ1・sinθ1・cosθ2 …(5)
 L”z=sin2θ1・cos2θ2
     +cosθ1・sinθ2(1-sinθ1・cosθ2)    …(6)
 θ1及びθ2が十分に小さい場合、sinθ1≒θ1、cosθ≒1、sinθ2≒θ2、cosθ2≒1という近似が可能である。これらの近似値を式(4)~(6)に代入して2次以上の微小量(θ1、θ2、θ1×θ2など)を無視すると、第2の反射面S2から出射する反射光の方向ベクトルL”を近似する以下の式が得られる。
 L”≒(-1,θ1,θ2)                    ・・・(7)
 (7)式によれば以下のことが分かる。すなわち、第1ミラーMi1を、y軸を回転軸としてθy=θ1だけ微小回転させると、図4に示すように、第2の反射面S2から出射する反射光の方向ベクトルL”が、z軸を回転軸としてθz=θ1だけ微小回転する。また、第2ミラーMi2を、y軸を回転軸としてθy=θ2だけ微小回転させると、図4に示すように、第2の反射面S2から出射する反射光の方向ベクトルL”が、y軸を回転軸としてθy=θ2だけ微小回転する。
 〔ミラーの向き及び位置の調整方法〕
 第1ミラーMi1及び第2ミラーMi2の向き及び位置の調整方法について、図5~図11を参照して説明する。図5は、本調整方法を実施する際のLDモジュール1の構成を示す上面図である。図6は、本調整方法の流れを示すフローチャートである。図7~図10は、本調整方法に含まれる各工程を説明する図である。図11は、本調整方法において調整目標とされる出力ビームの配置を示す図である。
 本調整方法は、図5に示すように、光モニタ装置OMを用いて実施される。光モニタ装置OMは、入射するレーザビームの向き及び位置を検出するためのものであり、本調整方法を実施する際に出力ビーム束の光路上に配置される。また、本調整方法は、下面に接着材を塗布した第1ミラーMi1を基板B上に載置し、下面に接着材を塗布した第2ミラーMi2を第1ミラーMi1上に載置した状態で実施される。これらの接着材は、本調整方法を実施した後に紫外線等によって硬化される。
 本調整方法は、図6に示すように、第1ミラー回動工程T1と、第2ミラー回動工程T2と、第1ミラー摺動工程T3と、第2ミラー摺動工程T4とを、各2連ミラーMiについて繰り返すことにより実現される。
 第1ミラー回動工程T1は、y軸を回転軸として第1ミラーMi1を微小回転させることによって、z軸を回転軸として出力ビームの伝搬方向を微小回転させる工程である。より具体的に言うと、光モニタ装置OMにより検出された出力ビームの傾き(z軸を回転軸とする回転による傾き)が最小(好ましくは0)になるよう、回転ステージを用いて第1ミラーMi1を微小回転(y軸を回転軸とする回転)させる工程である。
 図7(a)は、第1ミラー回動工程T1を実施する前の2連ミラーMiの状態を例示する上面図(上段)及び正面図(下段)である。図7(b)は、第1ミラー回動工程T1を実施した後の2連ミラーMiの状態を例示する上面図(上段)及び正面図(下段)である。図7(a)の下段に示すように、出力ビームの伝播方向がz軸を回転軸としてx軸方向からΔθzだけ微小回転してしまっている場合、図7(a)の上段に示すように、y軸を回転軸として第1ミラーMi1を微小回転させる。これにより、出力ビームの伝播方向が図7(b)の下段に示すように、x軸負方向に一致する。
 第2ミラー回動工程T2は、y軸を回転軸として第2ミラーMi2を微小回転させることによって、y軸を回転軸として出力ビームの伝搬方向を微小回転させる工程である。より具体的に言うと、光モニタ装置OMにより検出された出力ビームの傾き(y軸を回転軸とする回転による傾き)が最小(好ましくは0)になるよう、回転ステージを用いて第2ミラーMi2を微小回転(y軸を回転軸とする回転)させる工程である。
 図8(a)は、第2ミラー回動工程T2を実施する前の2連ミラーMiの状態を例示する上面図(上段)及び側面図(下段)である。図8(b)は、第2ミラー回動工程T2を実施した後の2連ミラーMiの状態を例示する上面図(上段)及び側面図(下段)である。図8(a)の上段に示すように、出力ビームの伝播方向がy軸を回転軸としてx軸方向からΔθyだけ微小回転してしまっている場合、図8(a)の上段に示すように、y軸を回転軸として第2ミラーMi2を微小回転させる。これにより、出力ビームの伝播方向が図8(b)の上段に示すように、x軸負方向に一致する。
 第1ミラー回動工程T1及び第2ミラー回動工程T2を実施することによって、出力ビーム束を構成する各出力ビームの伝搬方向をx軸負方向と一致させるという第1の調整目標が達成される。
 第1ミラー摺動工程T3は、z軸と平行に第1ミラーMi1を並進させることによって、z軸と平行に出力ビームの光軸を並進させる工程である。より具体的に言うと、光モニタ装置OMにより検出された出力ビームのz座標が所定の調整目標値となるよう、位置制御ステージを用いてz軸と平行に第1ミラーMi1を並進させる工程である。
 図9(a)は、第1ミラー摺動工程T3を実施する前の2連ミラーMiの状態を例示する側面図である。図9(b)は、第1ミラー摺動工程T3を実施した後の2連ミラーMiの状態を例示する側面図である。図9(a)に示すように、出力ビームの光軸がz軸正方向にΔzだけずれている場合、第1ミラーMi1をz軸負方向に並進させる。これにより、出力ビームの光軸のz軸方向のずれが、図9(b)に示すように解消される。
 第2ミラー摺動工程T4は、x軸と平行に第2ミラーMi2を並進させることによって、y軸と平行に出力ビームの光軸を並進させる工程である。より具体的に言うと、光モニタ装置OMにより検出された出力ビームのy座標が所定の調整目標値となるよう、位置制御ステージを用いてx軸と平行に第2ミラーMi2を並進させる工程である。
 図10(a)は、第2ミラー摺動工程T4を実施する前の2連ミラーMiの状態を例示する正面図である。図10(b)は、第2ミラー摺動工程T4を実施した後の2連ミラーMiの状態を例示する正面図である。図10(a)に示すように、出力ビームの光軸がy軸正方向にΔyだけずれている場合、第2ミラーMi2をx軸正方向に並進させる。これにより、出力ビームの光軸のy軸方向のずれが、図10(b)に示すように解消される。
 第1ミラー摺動工程T3及び第2ミラー摺動工程T4を実施することによって、出力ビーム束を構成する各出力ビームの光軸をzx面と平行な平面内に等間隔で並べるという第2の調整目標が達成される。
 出力ビーム束を構成する各出力ビームの光軸をzx面と平行な平面内に等間隔で並べることを第2の調整目標とする場合、第1ミラー摺動工程T3及び第2ミラー摺動工程T4において参照される調整目標値は、図11に示すように定めればよい。すなわち、光モニタ装置OMの受光面において、各出力ビームのビームスポットLiがz軸上に等間隔に並ぶように定めればよい。
 なお、第1ミラー摺動工程T3及び第2ミラー摺動工程T4は、図6に示した通り、第1ミラー回動工程T1及び第2ミラー回動工程T2を実施することによって、出力ビーム束を構成する各出力ビームの伝搬方向を平行化した後で実施することが好ましい。ただし、第1ミラー回動工程T1及び第2ミラー回動工程T2の実施順序、並びに、第1ミラー摺動工程T3及び第2ミラー摺動工程T4の実施順序は、図6に示したものに限定されない。すなわち、第2ミラー回動工程T2を実施した後に第1ミラー回動工程T1を実施する構成を採用してもよいし、第2ミラー摺動工程T4を実施した後に第1ミラー摺動工程T3を実施する構成を採用してもよい。
 また、第1ミラーMi1の基板Bへの固定、及び、第2ミラーMi2の第1ミラーMi1への固定に接着剤を用いる場合、これを以下のように行うことが好ましい。すなわち、第1ミラーMi1の下面と基板Bの上面との間、及び、第2ミラーMi2の下面と第1ミラーMi1の上面との間に接着剤を塗布した後、第1ミラー回動工程T1、第2ミラー回動工程T2、第1ミラー摺動工程T3、及び第2ミラー摺動工程T4を実施する。ただし、これらの工程を実施している間、及び、これらの工程を実施し終えてから接着剤の硬化が完了するまでの間、第1ミラーMi1の下面と基板Bの上面とが平行になり、かつ、第2ミラーMi2の下面と第1ミラーMi1の上面とが平行になる状態を保つ。これにより、第1ミラーMi1の下面と基板Bの上面との間に形成される接着剤層、及び、第2ミラーMi2の下面と第1ミラーMi1の上面との間に形成される接着剤層の厚みを均一化することができる。
 基板Bの上面と第1ミラーMi1の下面との間に形成される接着剤層の厚みが均一であれば、この接着剤層が膨張又は収縮した場合でも、各所における膨張量又は収縮量が同一になる。このため、この接着材層が膨張又は収縮した場合でも、第1ミラーMi1は、基板Bの上面に直交する方向(接着剤層の厚み方向)に平行移動するだけであり、基板Bの上面と第1ミラーMi1の下面との平行性が損なわれることはない。同様に、第1ミラーMi1の上面と第2ミラーMi2の下面との間に形成された接着剤層の厚みが均一であれば、この接着剤層が膨張又は収縮した場合でも、第2ミラーMi2は、第1ミラーMi1の上面に直交する方向に平行移動するだけであり、第1ミラーMi1の上面と第2ミラーMi2の下面と平行性が損なわれることはない。したがって、これらの接着剤層の厚みが均一であれば、これらの接着剤層が収縮又は膨張した場合でも、出力ビームの伝播方向が傾いたり出力ビームの光軸の配置が崩れたりするといった事態の発生を回避することができる。なお、これらの接着剤層に生じ得る収縮又は膨張としては、接着剤を硬化する際に生じ得る硬化収縮や、接着剤を硬化した後に生じ得る熱膨張、熱収縮、膨潤などが想定される。
 また、基板Bの上面と第1ミラーMi1の下面との間に形成される接着剤層の厚み、及び、第1ミラーMi1の上面と第2ミラーMi2の下面との間に形成された接着剤層の厚みは、要求される接着力を担保し得る範囲で、できるだけ薄くすることが好ましい。これらの接着剤層の厚みが薄くなるほど、これらの接着剤層が膨張又は収縮した場合に生じる厚みの変化量が小さくなり、その結果、基板Bの上面と第1ミラーMi1の下面との平行性、及び、第1ミラーMi1の上面と第2ミラーMi2の下面と平行性が保たれ易くなるからである。特に、これらの接着剤層の厚みは、それぞれ、2連ミラーMiの寸法公差(より具体的には、第1ミラーMi1及び第2ミラーの厚みの公差)、及び、基板Bの公差(より具体的には、基板Bの厚みの公差)よりも小さいことが好ましい。この場合、これらの接着剤層が膨張又は収縮した場合に生じる厚みの変化量も、2連ミラーMiの寸法公差、及び、基板Bの寸法公差を下回る(通常、接着剤層の厚みの変化量は、接着剤層の厚み自体よりも小さい)。したがって、これらの接着剤層が膨張又は収縮した場合でも、接着剤層の厚みが均一であるか否かに依らず、基板Bの上面と第1ミラーMi1の下面との平行性、及び、第1ミラーMi1の上面と第2ミラーMi2の下面との平行性が設計において許容された程度を下回ることはない。
 〔変形例〕
 なお、本実施形態においては、LDチップLD1~LD10をx軸に沿って配置する構成を示したが、本発明はこれに限定されない。
 例えば、図12に示すように、LDチップLDiから2連ミラーMiまでの光路長が一定になるよう、LDチップLD1~LD10を斜めに配置してもよい。この場合、図12に示すように、基板Bのサイズを小型化することが可能になる。
 また、図13に示すように、LDチップLDiからF軸集光レンズFLまでの光路長が一定になるよう、LDチップLD1~LD10を斜めに配置してもよい。この場合、F軸集光レンズLに入射するレーザビームのビーム径が一様になるため、出力ビーム束をより精度良く集束させることができる。
 〔まとめ〕
 以上のように、本実施形態に係る導光装置は、複数の入力ビームからなる入力ビーム束を複数の出力ビームからなる出力ビーム束に変換する導光装置において、各入力ビームに対応する2連ミラーであって、他の入力ビームに対応する2連ミラーから分離された2連ミラーを備えており、各入力ビームに対応する2連ミラーは、特定の平面上に載置された第1ミラーと、該第1ミラー上に載置された第2ミラーとにより構成されており、上記第1ミラーは、入力ビームを反射する第1反射面であって、その法線と上記特定の平面の法線との成す角が45°となる第1反射面を有しており、上記第2ミラーは、上記第第1反射面にて反射された入力ビームを反射する第2反射面であって、その法線と上記特定の平面の法線との成す角が135°となる第2反射面を有している、ことを特徴とする。
 上記の構成においては、各入力ビームを反射する第1反射面が特定の平面上に載置された第1ミラーに設けられ、第1反射面にて反射された入力ビームを反射する第2反射面が第1ミラー上に載置された第2ミラーに設けられている。このため、第1ミラー及び第2ミラーをそれぞれ回動させることによって、出力ビームの伝搬方向を自由に調整することができる。例えば、入力ビームの伝搬方向に傾きがあっても、出力ビームの伝搬方向を所定の方向に調整することができる。また、第1ミラー及び第2ミラーをそれぞれ摺動させることによって、出力ビームの光軸位置も自由に調整することができる。
 しかも、上記の構成においては、各入力ビームに対応する2連ミラーが他の入力ビームに対応する2連ミラーから分離されている。したがって、各出力ビームの伝搬方向の調整を互いに独立に行うことができる。したがって、入力ビームの伝搬方向にばらつきがあっても、出力ビームの伝搬方向を所定の方向に調整することができる。また、各出力ビームの光軸位置の調整も互いに独立に行うことができる。
 本実施形態に係る導光装置においては、各入力ビームに対応する2連ミラーについて、第1ミラー及び第2ミラーの向きが、上記出力ビーム束を構成する各出力ビームの伝搬方向が特定の方向に一致するように調整されている、ことが好ましい。
 上記の構成によれば、凸レンズなどによって精度良く集束することが可能な出力ビーム束を得ることができる。
 本実施形態に係る導光装置においては、各入力ビームに対応する2連ミラーについて、第1ミラー及び第2ミラーの位置が、上記出力ビーム束を構成する各出力ビームの光軸が特定の平面内に等間隔で並ぶように調整されている、ことが好ましい。
 上記の構成によれば、より精度良く集束することが可能な出力ビーム束を得ることができる。
 上記導光装置を製造する製造方法も本実施形態の範疇に含まれる。
 各入力ビームに対応する2連ミラーについて、第1ミラー及び第2ミラーの向きを、上記出力ビーム束を構成する各出力ビームの伝搬方向が特定の方向に一致するように調整する工程を含めることによって、或いは、各入力ビームに対応する2連ミラーについて、第1ミラー及び第2ミラーの位置を、上記出力ビーム束を構成する各出力ビームの光軸が特定の平面内に等間隔で並ぶように調整する工程を更に含めることによって、精度良く集束することが可能な出力ビーム束を生成する導光装置を製造することができる。
 上記導光装置を備えたLDモジュールも本実施形態の範疇に含まれる。
 上記導光装置を備えることによって、高出力化及び高効率化が可能なLDモジュールを実現することができる。
 〔付記事項〕
 本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
 本発明は、LDモジュールに好適に利用することができる。特に、LDチップを光源とするLDモジュールに好適に利用することができる。
 1          LDモジュール
 LD1~LD10   LDチップ
 FAC1~FAC10 F軸コリメートレンズ
 SAC1~SAC10 S軸コリメートレンズ
 M1~M10     2連ミラー
 Mi1        第1ミラー
 S1         反射面(第1反射面)
 Mi2        第2ミラー
 S2         反射面(第2反射面)
 B          基板
 FL         F軸集光レンズ
 SL         S軸集光レンズ

Claims (9)

  1.  複数の入力ビームからなる入力ビーム束を複数の出力ビームからなる出力ビーム束に変換する導光装置において、
     各入力ビームに対応する2連ミラーであって、他の入力ビームに対応する2連ミラーから分離された2連ミラーを備えており、
     各入力ビームに対応する2連ミラーは、特定の平面上に載置された第1ミラーと、該第1ミラー上に載置された第2ミラーとにより構成されており、
     上記第1ミラーは、入力ビームを反射する第1反射面であって、その法線と上記特定の平面の法線との成す角が45°となる第1反射面を有しており、
     上記第2ミラーは、上記第1反射面にて反射された入力ビームを反射する第2反射面であって、その法線と上記特定の平面の法線との成す角が135°となる第2反射面を有している、ことを特徴とする導光装置。
  2.  各入力ビームに対応する2連ミラーについて、第1ミラー及び第2ミラーの向きは、上記出力ビーム束を構成する各出力ビームの伝搬方向が特定の方向に一致するように調整されている、ことを特徴とする請求項1に記載の導光装置。
  3.  各入力ビームに対応する2連ミラーについて、第1ミラー及び第2ミラーの位置は、上記出力ビーム束を構成する各出力ビームの光軸が特定の平面内に等間隔で並ぶように調整されている、ことを特徴とする請求項2に記載の導光装置。
  4.  上記特定の平面と上記第1ミラーの下面とは、これらの面の間に形成された厚みが均一な接着剤層によって接着されており、
     上記第1ミラーの上面と上記第2ミラーの下面とは、これらの面の間に形成された厚みが均一な接着剤層によって接着されている、ことを特徴とする請求項1~3の何れか1項に記載の導光装置。
  5.  上記特定の平面と上記第1ミラーの下面との間に形成された接着剤層の厚み、及び、上記第1ミラーの上面と上記第2ミラーの下面との間に形成された接着剤層の厚みは、上記2連ミラーの寸法公差よりも小さい、ことを特徴とする請求項1~4の何れか1項に記載の導光装置。
  6.  請求項1に記載の導光装置を製造する製造方法であって、
     各入力ビームに対応する2連ミラーについて、第1ミラー及び第2ミラーの向きを、上記出力ビーム束を構成する各出力ビームの伝搬方向が特定の方向に一致するように調整する工程を含んでいる、ことを特徴とする製造方法。
  7.  各入力ビームに対応する2連ミラーについて、第1ミラー及び第2ミラーの位置を、上記出力ビーム束を構成する各出力ビームの光軸が特定の平面内に等間隔で並ぶように調整する工程を更に含んでいる、ことを特徴とする請求項6に記載の製造方法。
  8.  複数のLD素子と、上記複数のLD素子の各々から出射されたレーザビームからなる入力ビーム束を複数の出力ビームからなる出力ビーム束に変換する導光装置とを備えたLDモジュールにおいて、
     上記導光装置は、各LD素子に対応する2連ミラーであって、他のLD素子に対応する2連ミラーから分離された2連ミラーを備えており、
     各LD素子に対応する2連ミラーは、特定の平面上に載置された第1ミラーと、該第1ミラー上に載置された第2ミラーとにより構成されており、
     上記第1ミラーは、対応するLD素子から出射されたレーザビームを反射する第1反射面であって、その法線と上記特定の平面の法線との成す角が45°となる第1反射面を有しており、
     上記第2ミラーは、上記第1反射面にて反射されたレーザビームを反射する第2反射面であって、その法線と上記特定の平面の法線との成す角が135°となる第2反射面を有している、ことを特徴とするLDモジュール。
  9.  上記出力ビーム束を光ファイバの入射端面に集束する集束レンズを更に備えおり、
     各LDに対応する2連ミラーについて、第1ミラー及び第2ミラーの向きは、上記出力ビーム束を構成する各出力ビームの伝搬方向が特定の方向に一致するように調整されており、第1ミラー及び第2ミラーの位置は、上記出力ビーム束を構成する各出力ビームの光軸が特定の平面内に等間隔で並ぶように調整されている、
    ことを特徴とする請求項8に記載のLDモジュール。
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