WO2014136709A1 - 半導体レーザモジュール及びその製造方法 - Google Patents

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WO2014136709A1
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semiconductor laser
block
fixing
resin
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木村 直樹
晋 中谷
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株式会社フジクラ
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    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022Mountings; Housings
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    • H01S5/02325Mechanically integrated components on mount members or optical micro-benches
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    • G02B27/09Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938Using specific optical elements
    • G02B27/095Refractive optical elements
    • G02B27/0955Lenses

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor laser module and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor laser module including a semiconductor laser element and a collimating lens for collimating a laser beam emitted from the semiconductor laser element, and a manufacturing method thereof.
  • the direction perpendicular to the pn junction of the semiconductor laser element is called the first axis
  • the direction parallel to the pn junction is called the slow axis
  • the numerical aperture in the first axis direction of the semiconductor laser element is the numerical aperture in the slow axis direction.
  • the laser light emitted from the semiconductor laser element has a large spread in the first axis direction. Therefore, it is necessary to arrange a collimating lens for collimating the component in the first axis direction of the laser light emitted from the semiconductor laser element in the vicinity of the emission surface of the semiconductor laser element (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
  • the collimating lens is fixed to the semiconductor laser element with high accuracy in the direction along the optical axis and the direction along the first axis, and the semiconductor laser It is necessary to suppress fluctuations in the positional relationship between the element and the collimating lens. Specifically, the positional relationship between the semiconductor laser element and the collimating lens needs to be fixed and maintained on the order of microns.
  • the collimating lens (optical fiber lens 26) is mounted so as to be slidable along the axis, but the optical fiber lens 26 is slid.
  • it is necessary to form a certain gap between the cylindrical clamp 52 and the optical fiber lens 26. Therefore, it is impossible to suppress the fluctuation of the position of the optical fiber lens 26 in the micron order in both the optical axis direction and the fast axis direction of the laser light emitted from the semiconductor laser element bar 10.
  • the optical fiber lens 26 of Patent Document 1 is fixed to the mounting member 40 by the epoxy resin 50.
  • the epoxy resin 50 is cured and contracted, the optical fiber lens 26 is displaced in the optical axis direction of the laser light.
  • the optical fiber lens 26 is directly fixed to the mounting member 40 by the epoxy resin 50, at least the alignment resin more than the alignment alignment amount is required to align the optical fiber lens 26 with the mounting member 40. It is necessary to provide between the fiber lens 26.
  • the optical fiber lens 26 is also displaced in the fast axis direction due to the shrinkage and expansion due to the temperature and humidity of the epoxy resin 50.
  • Patent Document 2 the semiconductor laser element 1 and the collimating lens 6 are fixed to one auxiliary object 4 by brazing layers 5 and 8, respectively.
  • a semiconductor laser module is disclosed in which the fluctuation of the positional relationship between the two is suppressed by interlocking with the deflection of 6.
  • it is necessary to position the semiconductor laser element 1 at a high temperature of about 400 ° C. for brazing the brazing layers 5 and 8, for example.
  • the collimating lens 6 is aligned while emitting the laser beam from the semiconductor laser element 1 (so-called active alignment). There is a problem that can not be.
  • the present invention has been made in view of such problems of the prior art, and reduces the influence of shrinkage and expansion of the resin that fixes the collimating lens, and keeps the collimating lens in a highly accurately aligned state. It is a first object to provide a semiconductor laser module that can be used.
  • a second object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor laser module that can fix the collimating lens to the semiconductor laser element with high accuracy while performing active alignment of the collimating lens. .
  • a semiconductor laser module capable of reducing the influence of shrinkage and expansion of a resin for fixing a collimating lens and maintaining the collimating lens in a highly accurate alignment state.
  • the semiconductor laser module includes a substrate, an element mounting portion provided on the substrate, and a semiconductor laser element mounted on the element mounting portion.
  • the semiconductor laser element emits a laser beam having an optical axis along the first direction.
  • the semiconductor laser module includes: a collimating lens that collimates a component in a second direction perpendicular to the first direction out of the components of the laser light emitted from the semiconductor laser element; the first direction; and the second direction.
  • a lens fixing block having a lens mounting surface perpendicular to a third direction perpendicular to the direction of the lens and a block fixing surface perpendicular to the third direction. At least one of the end portions of the collimating lens in the third direction is fixed to the lens mounting surface of the lens fixing block with a lens fixing resin.
  • the block fixing surface of the lens fixing block is fixed to a side surface of the element mounting portion in the third direction with a block fixing resin.
  • the lens fixing resin for fixing the collimating lens is between the end portion in the third direction of the collimating lens and the lens mounting surface perpendicular to the third direction. Therefore, the change in the position of the collimating lens due to the shrinkage and expansion of the lens fixing resin due to temperature or humidity is mainly in the third direction. Further, since the collimating lens does not need to be adjusted in the third direction and may be optically positioned, it is possible to reduce the thickness of the lens fixing resin between the collimating lens and the lens mounting surface. This is possible, and the amount of change itself due to the shrinkage or expansion of the lens fixing resin can be reduced. For this reason, the position of the collimating lens hardly changes in the first direction and the second direction. Therefore, the influence of shrinkage and expansion of the lens fixing resin for fixing the collimating lens can be reduced, and the collimating lens can be held in a highly accurate state.
  • the block fixing resin for fixing the lens fixing block is provided between the block fixing surface perpendicular to the third direction of the lens fixing block and the side surface in the third direction of the element mounting portion, the block The change in the position of the lens fixing block due to the contraction and expansion of the fixing resin is mainly only in the third direction. Further, since the collimating lens does not need to be adjusted in position in the third direction and may be in any optical position, the block fixing resin between the lens fixing block and the side surface in the third direction of the element mounting portion. It is also possible to reduce the thickness of the block, and the amount of change itself due to the shrinkage or expansion of the block fixing resin can be reduced.
  • the position of the lens fixing block hardly changes in the Y direction and the Z direction, and the position of the collimating lens fixed to the lens fixing block hardly changes in the Y direction and the Z direction. Therefore, the collimating lens can be held in a state of being accurately aligned.
  • the second direction can be the direction of the first axis of the laser beam emitted from the semiconductor laser element.
  • a UV curable resin or a thermosetting resin can be used as the lens fixing resin.
  • a UV curable resin or a thermosetting resin can be used as the block fixing resin.
  • the element mounting portion includes a mounting substrate on which the semiconductor laser element is mounted and a spacer having a predetermined thickness, and a block fixing surface of the lens fixing block is the third spacer of the spacer of the element mounting portion. It may be fixed to the side surface in the direction by the block fixing resin.
  • the amounts of the lens fixing resins existing on both sides in the first direction with the collimating lens interposed therebetween are equal to each other. By doing so, the shrinkage or expansion of the lens fixing resin existing on both sides in the first direction across the collimating lens becomes equal and cancel each other. Therefore, collimation due to contraction and expansion of the lens fixing resin. The influence on the first direction of the lens can be substantially eliminated.
  • the amounts of the lens fixing resins existing on both sides in the second direction with the collimator lens interposed therebetween are equal to each other. By doing so, the contraction amount or expansion amount of the lens fixing resin existing on both sides in the second direction across the collimating lens becomes equal and cancel each other. Therefore, collimation due to contraction or expansion of the lens fixing resin The influence on the second direction of the lens can be substantially eliminated.
  • the position of the lens mounting surface of the lens fixing block may be further away from the element mounting portion in the third direction than the position of the block fixing surface of the lens fixing block.
  • a groove for preventing the lens fixing resin from contacting the element mounting portion may be formed between the lens mounting surface and the block fixing surface of the lens fixing block.
  • a method for manufacturing a semiconductor laser module capable of fixing the collimating lens to the semiconductor laser element with high accuracy while performing active alignment of the collimating lens.
  • a semiconductor laser element that emits laser light having an optical axis along the first direction, and a second component perpendicular to the first direction among the components of the laser light emitted from the semiconductor laser element.
  • a semiconductor laser module having a collimating lens for collimating the component in the direction of is manufactured.
  • the semiconductor laser element is mounted on an element mounting portion, and the element mounting portion is fixed to a substrate.
  • a lens fixing resin is applied to the lens mounting surface formed on the lens fixing block, and the lens mounting surface is perpendicular to the third direction perpendicular to the first direction and the second direction.
  • the end of the collimating lens in the third direction is inserted into the lens fixing resin applied to the lens mounting surface, and the lens fixing resin is cured to fix the collimating lens to the lens fixing block.
  • a block fixing resin is applied to the side surface of the element mounting portion in the third direction, the lens fixing block is brought into contact with the block fixing resin, and the collimator is emitted while emitting laser light from the semiconductor laser element.
  • the lens is positioned at a desired position, and the block fixing resin is cured in a state where the collimating lens is positioned, and the lens fixing block and the collimating lens are fixed to the element mounting portion.
  • the collimating lens since the collimating lens is fixed to the lens fixing block using the lens fixing resin, it is not necessary to maintain a high temperature unlike the solder joint of Patent Document 2. . Therefore, the collimating lens can be positioned (actively aligned) while emitting laser light from the semiconductor laser element. Moreover, since the lens fixing resin is provided between the end portion of the collimating lens in the third direction and the lens mounting surface parallel to the optical axis (first direction) of the laser beam, the lens fixing resin Changes in the position of the collimating lens due to shrinkage and expansion of the lens fixing resin due to curing shrinkage and temperature or humidity are mainly only in the third direction.
  • the collimating lens does not need to be adjusted in the third direction and may be optically positioned, it is possible to reduce the thickness of the lens fixing resin between the collimating lens and the lens mounting surface. This is possible, and the amount of change itself due to the shrinkage or expansion of the lens fixing resin can be reduced. For this reason, the position of the collimating lens hardly changes in the first direction and the second direction, and the collimating lens can be fixed to the semiconductor laser element with high accuracy.
  • the block fixing resin for fixing the lens fixing block is provided between the block fixing surface perpendicular to the third direction of the lens fixing block and the side surface in the third direction of the element mounting portion, the block The change in the position of the lens fixing block due to the contraction and expansion of the fixing resin is mainly only in the third direction. Further, since the collimating lens does not need to be adjusted in position in the third direction and may be in any optical position, the block fixing resin between the lens fixing block and the side surface in the third direction of the element mounting portion. It is also possible to reduce the thickness of the block, and the amount of change itself due to the shrinkage or expansion of the block fixing resin can be reduced.
  • the position of the lens fixing block hardly changes in the Y direction and the Z direction, and the position of the collimating lens fixed to the lens fixing block hardly changes in the Y direction and the Z direction. Therefore, the collimating lens can be held in a state of being accurately aligned.
  • the second direction can be the direction of the first axis of the laser beam emitted from the semiconductor laser element.
  • a UV curable resin or a thermosetting resin can be used as the lens fixing resin.
  • a UV curable resin or a thermosetting resin can be used as the block fixing resin.
  • the element mounting portion is constituted by a mounting substrate and a spacer having a predetermined thickness, the semiconductor laser element is mounted on the mounting substrate, the mounting substrate is fixed to the spacer, and the third of the spacers
  • the block fixing resin may be applied to the side surface in the direction.
  • the amounts of the lens fixing resin existing on both sides in the first direction with the collimating lens interposed therebetween are equal to each other.
  • the shrinkage or expansion of the lens fixing resin existing on both sides in the first direction across the collimating lens becomes equal and cancel each other. Therefore, collimation due to contraction and expansion of the lens fixing resin.
  • the influence on the first direction of the lens can be substantially eliminated.
  • the amounts of the lens fixing resins existing on both sides in the second direction with the collimator lens interposed therebetween are equal to each other.
  • the present invention it is possible to provide a semiconductor laser module that can reduce the influence of shrinkage and expansion of the resin that fixes the collimating lens, and can keep the collimating lens in a precisely aligned state. Further, according to the present invention, it is possible to provide a method of manufacturing a semiconductor laser module that can fix the collimating lens to the semiconductor laser element with high accuracy while performing active alignment of the collimating lens.
  • FIG. 8 is a side view of the semiconductor laser module of FIG. 7. It is a top view which shows the semiconductor laser module in the 3rd Embodiment of this invention.
  • FIG. 17 is a front view of the semiconductor laser module of FIG. 16.
  • FIG. 1 is a plan view showing a semiconductor laser module 1 according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a front view
  • FIG. 3 is a side view.
  • the semiconductor laser module 1 according to the present embodiment includes a first substrate 10, a second substrate (element mounting portion) 20 fixed on the first substrate 10,
  • the semiconductor laser device (laser diode) 30 mounted on the second substrate 20 and a collimating lens 40 for collimating the laser light emitted from the semiconductor laser device 30 are provided.
  • a semiconductor laser element 30 emits a laser beam L along the Z direction.
  • the Y direction shown in FIG. 2 is the first axis direction of the laser light L.
  • the collimating lens 40 collimates the component in the first axis direction (Y direction) among the components of the laser light L emitted from the semiconductor laser element 30 to generate parallel light.
  • the cross-section of the collimating lens 40 in the YZ plane is such that the side on which the laser light L is incident is parallel to the Y axis, and the side on which the laser light is emitted is convex.
  • the collimating lens 40 has such a cross-sectional shape and extends in the slow axis direction (X direction) of the laser light L.
  • the length of the collimating lens 40 in the X direction is about 2 mm.
  • the collimating lens 40 is aligned to generate desired parallel light and is positioned with high accuracy in the Y direction and the Z direction.
  • the semiconductor laser module 1 in the present embodiment includes a substantially rectangular parallelepiped lens fixing block 50 made of, for example, glass.
  • the lens fixing block 50 has a lens mounting surface 50A and a block fixing surface 50B parallel to the optical axis of the laser light L.
  • the lens mounting surface 50A and the block fixing surface 50B are on the same plane.
  • the lens mounting surface 50A and the block fixing surface 50B are configured to be parallel to the first axis (Y direction) of the laser light L, that is, perpendicular to the X direction.
  • the block fixing surface 50B of the lens fixing block 50 is fixed to the side surface 20A in the X direction of the second substrate 20 by a block fixing resin 52.
  • the lens fixing block 50 is not in contact with the first substrate 10 and is fixed to the second substrate 20 in a cantilever shape.
  • the block fixing resin 52 for example, a UV curable resin or a thermosetting resin can be used.
  • the end portion 40A in the X direction of the collimating lens 40 is fixed to the lens mounting surface 50A of the lens fixing block 50 by a lens fixing resin 42.
  • the collimating lens 40 is not in contact with the first substrate 10 and is fixed to the lens fixing block 50 in a cantilever shape.
  • the lens fixing resin 42 for example, a UV curable resin or a thermosetting resin can be used.
  • the lens fixing resin 42 fixes the end 40A of the collimating lens 40 from the X direction, the Y direction, and the Z direction.
  • the amount of the lens fixing resin 42 present on both sides in the Z direction with the collimating lens 40 interposed therebetween is equal to each other, and the lens fixing resin 42 present on both sides in the Y direction with the collimating lens 40 interposed therebetween.
  • the lens fixing resin 42 present on both sides in the Y direction with the collimating lens 40 interposed therebetween are preferably equal to each other.
  • the lens fixing resin 42 for fixing the collimating lens 40 is provided between the end portion 40A in the X direction of the collimating lens 40 and the lens mounting surface 50A perpendicular to the X direction, the lens fixing resin.
  • the change in the position of the collimating lens 40 due to the shrinkage and expansion of the lens fixing resin 42 due to curing shrinkage of 42 and temperature or humidity is mainly only in the X direction, that is, the slow axis direction.
  • the thickness of the lens fixing resin 42 between the collimating lens 40 and the lens mounting surface 50A is reduced, the amount of change itself due to the contraction or expansion of the lens fixing resin 42 can be reduced. Therefore, the position of the collimating lens 40 hardly changes in the Y direction and the Z direction, and the collimating lens 40 can be held in a highly accurately aligned state.
  • the entire end surface in the X direction of the end portion 40 ⁇ / b> A of the collimating lens 40 is fixed to the lens mounting surface 50 ⁇ / b> A by the lens fixing resin 42, but the end portion 40 ⁇ / b> A of the collimating lens 40. It is sufficient that at least a part of the end surface in the X direction is fixed to the lens mounting surface 50A by the lens fixing resin 42.
  • the amounts of the lens fixing resin 42 existing on both sides in the Z direction across the collimating lens 40 are equal. Therefore, the influence of the collimating lens 40 in the Z direction due to the contraction and expansion of the lens fixing resin 42 can be substantially eliminated. Further, by making the amounts of the lens fixing resin 42 present on both sides in the Y direction across the collimating lens 40 equal, the contraction amount or expansion amount of the lens fixing resin 42 existing on both sides of the collimating lens 40 is equal. Therefore, the influence of the collimating lens 40 in the Y direction due to contraction and expansion of the lens fixing resin 42 can be substantially eliminated.
  • a block fixing resin 52 for fixing the lens fixing block 50 is provided between the block fixing surface 50B perpendicular to the X direction of the lens fixing block 50 and the side surface 20A of the second substrate 20 in the X direction. Therefore, the change in the position of the lens fixing block 50 due to the contraction or expansion of the block fixing resin 52 is mainly only in the X direction. Furthermore, if the thickness of the block fixing resin 52 between the block fixing surface 50B of the lens fixing block 50 and the side surface 20A of the second substrate 20 is reduced, the amount of change itself due to the contraction or expansion of the lens fixing resin 42 is reduced. Can be reduced. Therefore, the position of the lens fixing block 50 hardly changes in the Y direction and the Z direction. For this reason, the position of the collimating lens 40 fixed to the lens fixing block 50 also hardly changes in the Y direction and the Z direction. Therefore, the collimating lens 40 can be held in a highly accurate alignment state.
  • the semiconductor laser element 30 is mounted on the second substrate 20 which is an element mounting portion, and the second substrate 20 on which the semiconductor laser element 30 is mounted is the first substrate. 10 is fixed (FIG. 4).
  • the lens fixing resin 42 is applied to the lens mounting surface 50A of the lens fixing block 50, and the end portion 40A of the collimating lens 40 is inserted into the lens fixing resin 42 from a direction perpendicular to the lens mounting surface 50A (FIG. 5). . Then, the lens fixing resin 42 is cured to fix the collimating lens 40 to the lens fixing block 50. At this time, it is preferable that the lens fixing resin 42 between the collimating lens 40 and the lens mounting surface 50A is as thin as possible.
  • a block fixing resin 52 is applied on the side surface 20A of the second substrate 20. Then, the lens fixing block 50 to which the collimating lens 40 is fixed is brought into contact with the portion where the block fixing resin 52 of the second substrate 20 is applied (FIG. 6). At this time, the lens mounting surface 50A of the lens fixing block 50 is perpendicular to the X direction.
  • the lens fixing block 50 is moved to position the collimating lens 40 (active alignment). At this time, it is preferable that the thickness of the block fixing resin 52 between the block fixing surface 50B of the lens fixing block 50 and the side surface 20A of the second substrate 20 be as thin as possible. With the collimating lens 40 positioned with high accuracy, the lens fixing block 50 is fixed to the second substrate 20 by curing the block fixing resin 52. In this way, the semiconductor laser module 1 is completed (FIG. 1).
  • the collimating lens 40 is fixed to the lens fixing block 50 using the lens fixing resin 42. So there is no need to keep it at high temperature. Accordingly, the collimating lens 40 can be positioned (actively aligned) while emitting laser light from the semiconductor laser element 30.
  • the lens fixing resin 42 is used for lens fixing due to curing shrinkage or temperature or humidity. Fluctuation of the position of the collimating lens 40 due to the contraction and expansion of the resin 42 hardly occurs in the Y direction and the Z direction. Further, if the thickness of the lens fixing resin 42 between the collimating lens 40 and the lens mounting surface 50A is reduced, the amount of change itself due to the contraction or expansion of the lens fixing resin 42 can be reduced. Therefore, the collimating lens 40 can be held in a highly accurate alignment state.
  • the block fixing surface 50B of the lens fixing block 50 perpendicular to the X direction is fixed to the side surface 20A in the X direction of the second substrate 20, the block fixing due to the curing shrinkage of the block fixing resin 52 and temperature or humidity. Fluctuation of the position of the lens fixing block 50 due to the shrinkage or expansion of the resin 52 for use hardly occurs in the Y direction and the Z direction. Further, if the thickness of the block fixing resin 52 between the block fixing surface 50B of the lens fixing block 50 and the side surface 20A of the second substrate 20 is reduced, the change amount itself due to the contraction or expansion of the block fixing resin 52 is itself. Can be reduced. Therefore, the position of the collimating lens 40 fixed to the lens fixing block 50 is hardly changed in the Y direction and the Z direction, and the collimating lens 40 can be held in a highly accurate state.
  • FIG. 7 is a plan view showing a semiconductor laser module 101 according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a front view
  • FIG. 9 is a side view.
  • the semiconductor laser module 101 according to the present embodiment includes a second substrate 20 as a mounting substrate on which the semiconductor laser element 30 is mounted as an element mounting portion on which the semiconductor laser element 30 is mounted. And a third substrate 120 as a spacer. With such a spacer 120, the semiconductor laser element 30 can be installed at a desired height.
  • the semiconductor laser module 101 in the present embodiment includes a substantially rectangular parallelepiped lens fixing block 150 made of, for example, glass.
  • the lens fixing block 150 has a lens mounting surface 150A and a block fixing surface 150B which are perpendicular to the X direction and on the same plane.
  • An end portion 40A in the X direction of the collimating lens 40 is fixed to the lens mounting surface 150A by a lens fixing resin 42.
  • the block fixing surface 150B of the lens fixing block 150 is fixed to the side surface 120A in the X direction of the third substrate 120 by the block fixing resin 52. As shown in FIG. The lens fixing block 150 does not contact the first substrate 10 and is fixed to the third substrate 120 in a cantilever shape.
  • the substrate on which the semiconductor laser element 30 is mounted often has a thickness in the first axis direction (Y direction) thinner than 0.5 mm. Therefore, in the configuration of the first embodiment described above, the width in the Y direction of the block fixing surface 50B of the lens fixing block 50 becomes very narrow.
  • a spacer 120 having an appropriate thickness is provided between the first substrate 10 and the second substrate 20, and the lens fixing block 150 is fixed to the spacer 120. A sufficient area can be secured.
  • the thickness of the spacer 120 in the Y direction is preferably 0.3 mm or more.
  • FIG. 10 is a plan view showing a semiconductor laser module 201 according to the third embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is a front view.
  • the semiconductor laser module 201 in the present embodiment includes a substantially rectangular parallelepiped lens fixing block 250 made of, for example, glass.
  • the lens fixing block 250 has a lens mounting surface 250A and a block fixing surface 250B perpendicular to the X direction.
  • a step 250C is formed by the lens mounting surface 250A and the block fixing surface 250B.
  • the end 40A of the collimating lens 40 in the X direction is fixed to the lens mounting surface 250A of the lens fixing block 250 by the lens fixing resin 42.
  • the block fixing surface 250 ⁇ / b> B of the lens fixing block 250 is fixed to the side surface 20 ⁇ / b> A in the X direction of the second substrate 20 with a block fixing resin 52.
  • the lens fixing block 250 does not come into contact with the first substrate 10 and is fixed to the second substrate 20 in a cantilever shape.
  • the lens fixing resin 42 that fixes the collimating lens 40 may come into contact with the second substrate 20.
  • the lens fixing resin 42 comes into contact with the second substrate 20
  • the collimating lens 40 is also fixed to the end surface in the Z direction of the second substrate 20 via the lens fixing resin 42, and the lens fixing resin 42. The influence of the contraction and expansion of the lens appears as a change in the position of the collimating lens 40 in the Z direction.
  • the lens fixing block 250 is formed on the semiconductor laser element 30 by forming the step 250C by separating the lens mounting surface 250A of the lens fixing block 250 from the second substrate 20 in the X direction with respect to the block fixing surface 250B.
  • the lens fixing resin 42 is prevented from coming into contact with the second substrate 20 when approaching.
  • FIG. 12 is a plan view showing a semiconductor laser module 301 according to the fourth embodiment of the present invention
  • FIG. 13 is a front view.
  • the fourth embodiment is a combination of the second embodiment and the third embodiment described above. That is, as shown in FIGS. 12 and 13, the semiconductor laser module 301 in the present embodiment is a second mounting board as a mounting substrate on which the semiconductor laser element 30 is mounted as an element mounting portion on which the semiconductor laser element 30 is mounted.
  • a substrate 20 and a third substrate 120 as a spacer are provided. With such a spacer 120, the semiconductor laser element 30 can be installed at a desired height.
  • the semiconductor laser module 101 in the present embodiment includes a substantially rectangular parallelepiped lens fixing block 350 made of, for example, glass.
  • the lens fixing block 350 has a lens mounting surface 350A and a block fixing surface 350B perpendicular to the X direction.
  • a step 350C is formed by separating the mounting surface 350A in the X direction from the third substrate 120 more than the block fixing surface 350B.
  • the end 40A of the collimating lens 40 in the X direction is fixed to the lens mounting surface 350A of the lens fixing block 350 by the lens fixing resin 42.
  • the block fixing surface 350B of the lens fixing block 350 is fixed to the side surface 120A in the X direction of the third substrate 120 by the block fixing resin 52.
  • the lens fixing block 350 is not in contact with the first substrate 10 and is fixed to the third substrate 120 in a cantilever shape.
  • FIG. 14 is a plan view showing a semiconductor laser module 401 according to the fifth embodiment of the present invention
  • FIG. 15 is a front view.
  • the semiconductor laser module 401 in this embodiment includes a substantially rectangular parallelepiped lens fixing block 450 made of, for example, glass.
  • the lens fixing block 450 has a lens mounting surface 450A and a block fixing surface 450B that are perpendicular to the X direction and are in the same plane.
  • a groove 450C extending in the Y direction is formed between the lens mounting surface 450A of the block 450 and the block fixing surface 450B.
  • the end 40A in the X direction of the collimating lens 40 is fixed to the lens mounting surface 450A of the lens fixing block 450 by the lens fixing resin 42.
  • the block fixing surface 450B of the lens fixing block 450 is fixed to the side surface 20A in the X direction of the second substrate 20 by a block fixing resin 52.
  • the lens fixing block 450 is not in contact with the first substrate 10 and is fixed to the second substrate 20 in a cantilever shape.
  • the lens fixing resin 42 when a certain amount or more of the lens fixing resin 42 is applied to the lens mounting surface 450A of the lens fixing block 450, the excess lens fixing resin 42 is disposed between the lens mounting surface 450A and the block fixing surface 450B. Accordingly, the lens fixing resin 42 can be prevented from coming into contact with the second substrate 20 when the lens fixing block 450 is brought close to the semiconductor laser element 30.
  • FIG. 16 is a plan view showing a semiconductor laser module 501 in the sixth embodiment of the present invention
  • FIG. 17 is a front view.
  • the sixth embodiment is a combination of the second embodiment and the fifth embodiment described above. That is, as shown in FIGS. 16 and 17, the semiconductor laser module 501 in the present embodiment is a second mounting substrate as a mounting substrate on which the semiconductor laser element 30 is mounted as an element mounting portion on which the semiconductor laser element 30 is mounted.
  • a substrate 20 and a third substrate 120 as a spacer are provided. With such a spacer 120, the semiconductor laser element 30 can be installed at a desired height.
  • the semiconductor laser module 501 in the present embodiment is provided with a substantially rectangular parallelepiped lens fixing block 550 made of, for example, glass.
  • the lens fixing block 550 has a lens mounting surface 550A and a block fixing surface 550B that are perpendicular to the X direction and are in the same plane.
  • a groove 550C extending in the Y direction is formed between the lens mounting surface 550A of the block 550 and the block fixing surface 550B.
  • the end 40A of the collimating lens 40 in the X direction is fixed to the lens mounting surface 550A of the lens fixing block 550 by the lens fixing resin 42.
  • the block fixing surface 550 ⁇ / b> B of the lens fixing block 550 is fixed to the side surface 120 ⁇ / b> A in the X direction of the third substrate 120 by the block fixing resin 52.
  • the lens fixing block 550 is not in contact with the first substrate 10 and is fixed to the third substrate 120 in a cantilever shape.
  • the collimating lens 40 in the above-described embodiment collimates the component in the fast axis direction (Y direction) among the components of the laser light L
  • the collimating lens 40 in the slow axis direction (X direction) among the components of the laser light L can also be applied to the case of using a lens that collimates the component (1).
  • the lens mounting surface and the block fixing surface of the lens fixing block may be arranged parallel to the XZ plane, and the end of the collimating lens in the Y direction may be fixed to the lens mounting surface.
  • the present invention is suitably used for a semiconductor laser module including a semiconductor laser element and a collimating lens for collimating laser light emitted from the semiconductor laser element.
  • L laser beam 1 semiconductor laser module 10 first substrate 20 second substrate (mounting substrate) 20A Side 30 Semiconductor laser element 40 Collimating lens 40A End 42 Lens fixing resin 50 Lens fixing block 50A Lens mounting surface 50B Block fixing surface 52 Block fixing resin 101 Semiconductor laser module 120 Third substrate (spacer) 120A Side 150A Lens mounting surface 150B Block fixing surface 201 Semiconductor laser module 250A Lens mounting surface 250B Block fixing surface 250C Step 301 Semiconductor laser module 350A Lens mounting surface 350B Block fixing surface 350C Step 401 Semiconductor laser module 450A Lens mounting surface 450B Block fixing surface 450C groove 501 semiconductor laser module 550A lens mounting surface 550B block fixing surface 550C groove

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Abstract

 半導体レーザモジュール1は、第1の基板10と、第1の基板10上に設けられた第2の基板20と、Z方向に沿った光軸を有するレーザ光Lを出射する半導体レーザ素子30と、レーザ光Lの成分のうちファースト軸方向(Y方向)の成分をコリメートするコリメートレンズ40と、X方向に垂直なレンズ取付面50A及びブロック固定面50Bを有するレンズ固定ブロック50とを備えている。コリメートレンズ40のX方向における端部40Aが、レンズ固定ブロック50のレンズ取付面50Aにレンズ固定用樹脂42により固定される。レンズ固定ブロック50のブロック固定面50Bが第2の基板20のX方向における側面20Aにブロック固定用樹脂52により固定される。

Description

半導体レーザモジュール及びその製造方法
 本発明は、半導体レーザモジュール及びその製造方法に係り、特に半導体レーザ素子と半導体レーザ素子から出射されたレーザ光をコリメートするコリメートレンズとを含む半導体レーザモジュール及びその製造方法に関するものである。
 一般に、半導体レーザ素子のpn接合に垂直な方向はファースト軸と呼ばれ、pn接合に平行な方向はスロー軸と呼ばれるが、半導体レーザ素子のファースト軸方向の開口数はスロー軸方向の開口数に比べてはるかに大きい。このため、半導体レーザ素子から出射されるレーザ光は、ファースト軸方向に大きな広がりを有することとなる。したがって、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光のファースト軸方向の成分をコリメートするコリメートレンズを半導体レーザ素子の出射面の近傍に配置する必要がある(例えば特許文献1及び特許文献2参照)。
 このようなコリメートレンズを用いて所望の光学系を構成するためには、光軸に沿った方向及びファースト軸に沿った方向においてコリメートレンズを半導体レーザ素子に対して高い精度で固定し、半導体レーザ素子とコリメートレンズとの間の位置関係の変動を抑える必要がある。具体的には、半導体レーザ素子とコリメートレンズとの間の位置関係はミクロンオーダで固定及び維持する必要がある。
 例えば、特許文献1の第4図に開示された光ファイバ取付装置では、コリメートレンズ(光ファイバレンズ26)がその軸線に沿って摺動可能に取り付けられているが、光ファイバレンズ26を摺動可能とするためには円筒形クランプ52と光ファイバレンズ26との間に一定の隙間を形成する必要がある。したがって、半導体レーザ素子バー10から出射されるレーザ光の光軸方向及びファースト軸方向の両方において光ファイバレンズ26の位置の変動をミクロンオーダで抑えることは不可能である。
 また、特許文献1の光ファイバレンズ26はエポキシ樹脂50により取付部材40に固定されているが、このエポキシ樹脂50の硬化収縮に伴い、光ファイバレンズ26がレーザ光の光軸方向にずれてしまう。さらに、この光ファイバレンズ26はエポキシ樹脂50により直接取付部材40に固定されているので、光ファイバレンズ26の調心を行うために少なくとも調心アライメント分以上のエポキシ樹脂50を取付部材40と光ファイバレンズ26との間に設ける必要がある。このエポキシ樹脂50の温度や湿度による収縮や膨張によって光ファイバレンズ26はファースト軸方向にもずれてしまう。
 また、特許文献2には、半導体レーザ素子1とコリメーティングレンズ6とをそれぞれロウ付け層5,8により1つの補助物体4に固定することにより、半導体レーザ素子1のたわみとコリメーティングレンズ6のたわみとを連動させて両者間の位置関係の変動を抑制する半導体レーザモジュールが開示されている。半導体レーザ素子1の位置を調整する際には、ロウ付け層5,8のロウ付けのために例えば約400℃の高温下で半導体レーザ素子1の位置決めを行う必要がある。しかしながら、そのような温度下では半導体レーザ素子1からレーザ光を出射させることができないため、半導体レーザ素子1からレーザ光を出射させながらコリメーティングレンズ6を調心すること(いわゆるアクティブ調心)ができないという問題がある。
 この場合において、ロウ付け層5,8に代えて樹脂などを用いて半導体レーザ素子1及びコリメーティングレンズ6を固定すればアクティブ調心が可能になるが、その場合であっても、樹脂の収縮や膨張によって半導体レーザ素子1に対して補助物体4及びコリメーティングレンズ6の位置が大きく変動してしまうため、コリメーティングレンズ6が調心位置からずれてしまうという問題がある。
特開2004-200634号公報 特許第3423723号公報
 本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、コリメートレンズを固定する樹脂の収縮や膨張による影響を低減し、コリメートレンズを高精度に調心された状態に保持することができる半導体レーザモジュールを提供することを第1の目的とする。
 また、本発明は、コリメートレンズのアクティブ調心を行いつつ、コリメートレンズを半導体レーザ素子に対して高い精度で固定することができる半導体レーザモジュールの製造方法を提供することを第2の目的とする。
 本発明の第1の態様によれば、コリメートレンズを固定する樹脂の収縮や膨張による影響を低減し、コリメートレンズを高精度に調心された状態に保持することができる半導体レーザモジュールが提供される。この半導体レーザモジュールは、基板と、上記基板上に設けられた素子実装部と、上記素子実装部に実装された半導体レーザ素子とを備えている。上記半導体レーザ素子は、第1の方向に沿った光軸を有するレーザ光を出射する。上記半導体レーザモジュールは、上記半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の成分のうち上記第1の方向に垂直な第2の方向の成分をコリメートするコリメートレンズと、上記第1の方向及び上記第2の方向に垂直な第3の方向に対して垂直なレンズ取付面と上記第3の方向に垂直なブロック固定面とを有するレンズ固定ブロックとを備えている。上記コリメートレンズの上記第3の方向における端部の少なくとも一方が、上記レンズ固定ブロックのレンズ取付面にレンズ固定用樹脂により固定される。上記レンズ固定ブロックの上記ブロック固定面が上記素子実装部の上記第3の方向における側面にブロック固定用樹脂により固定される。
 このように、本発明の第1の態様によれば、コリメートレンズを固定するレンズ固定用樹脂が、コリメートレンズの第3の方向における端部と第3の方向に垂直なレンズ取付面との間に設けられているため、レンズ固定用樹脂の硬化収縮や温度又は湿度によるレンズ固定用樹脂の収縮や膨張によるコリメートレンズの位置の変化が主として第3の方向のみとなる。さらに、コリメートレンズは第3の方向には位置を調整する必要がなく光学的にはどの位置でもよいため、コリメートレンズとレンズ取付面との間のレンズ固定用樹脂の厚さを薄くすることも可能であり、レンズ固定用樹脂の収縮又は膨張による変化量自体を小さくすることができる。このため、コリメートレンズの位置が第1の方向及び第2の方向にはほとんど変化することがない。したがって、コリメートレンズを固定するレンズ固定用樹脂の収縮や膨張による影響を低減しコリメートレンズを高精度に調心された状態に保持することができる。
 しかも、レンズ固定ブロックを固定するブロック固定用樹脂が、レンズ固定ブロックの第3の方向に垂直なブロック固定面と素子実装部の第3の方向における側面との間に設けられているため、ブロック固定用樹脂の収縮や膨張によるレンズ固定ブロックの位置の変化が主として第3の方向のみとなる。さらに、コリメートレンズは第3の方向には位置を調整する必要がなく光学的にはどの位置でもよいため、レンズ固定ブロックと素子実装部の第3の方向における側面との間のブロック固定用樹脂の厚さを薄くすることも可能であり、ブロック固定用樹脂の収縮又は膨張による変化量自体を小さくすることができる。このため、レンズ固定ブロックの位置がY方向及びZ方向にほとんど変化することがなく、また、レンズ固定ブロックに固定されたコリメートレンズの位置もY方向及びZ方向にほとんど変化することがない。したがって、コリメートレンズを高精度に調心された状態に保持することができる。
 ここで、上記第2の方向を、上記半導体レーザ素子から出射されるレーザ光のファースト軸の方向とすることができる。また、上記レンズ固定用樹脂として、UV硬化樹脂又は熱硬化樹脂を用いることができる。さらに、上記ブロック固定用樹脂として、UV硬化樹脂又は熱硬化樹脂を用いることができる。また、上記素子実装部が、上記半導体レーザ素子が実装される実装基板と所定の厚さのスペーサとを含み、上記レンズ固定ブロックのブロック固定面が、上記素子実装部のスペーサの上記第3の方向における側面に上記ブロック固定用樹脂により固定されていてもよい。
 また、上記コリメートレンズを挟んで上記第1の方向の両側に存在するレンズ固定用樹脂の量を互いに等しくすることが好ましい。このようにすることで、コリメートレンズを挟んで第1の方向の両側に存在するレンズ固定用樹脂の収縮量又は膨張量が等しくなり互いに相殺し合うため、レンズ固定用樹脂の収縮や膨張によるコリメートレンズの第1の方向への影響を実質的になくすことができる。同様に、上記コリメートレンズを挟んで上記第2の方向の両側に存在するレンズ固定用樹脂の量を互いに等しくすることが好ましい。このようにすることで、コリメートレンズを挟んで第2の方向の両側に存在するレンズ固定用樹脂の収縮量又は膨張量が等しくなり互いに相殺し合うため、レンズ固定用樹脂の収縮や膨張によるコリメートレンズの第2の方向への影響を実質的になくすことができる。
 上記レンズ固定ブロックのレンズ取付面の位置を、上記レンズ固定ブロックのブロック固定面の位置よりも上記素子実装部から上記第3の方向に離してもよい。あるいは、上記レンズ固定ブロックのレンズ取付面とブロック固定面との間に、上記レンズ固定用樹脂が上記素子実装部に接触することを防止する溝を形成してもよい。このような構成により、レンズ固定ブロックを素子実装部に近づけた場合にレンズ固定用樹脂が素子実装部に接触することを防止することができる。
 本発明の第2の態様によれば、コリメートレンズのアクティブ調心を行いつつ、コリメートレンズを半導体レーザ素子に対して高い精度で固定することができる半導体レーザモジュールの製造方法が提供される。この製造方法により、第1の方向に沿った光軸を有するレーザ光を出射する半導体レーザ素子と、該半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の成分のうち上記第1の方向に垂直な第2の方向の成分をコリメートするコリメートレンズとを備えた半導体レーザモジュールを製造する。この製造方法では、上記半導体レーザ素子を素子実装部に実装し、上記素子実装部を基板に固定する。レンズ固定ブロックに形成されたレンズ取付面にレンズ固定用樹脂を塗布し、上記第1の方向及び上記第2の方向に垂直な第3の方向に対して上記レンズ取付面が垂直となる状態で、上記コリメートレンズの上記第3の方向における端部を上記レンズ取付面に塗布されたレンズ固定用樹脂に挿入し、上記レンズ固定用樹脂を硬化させて上記コリメートレンズを上記レンズ固定ブロックに固定する。また、上記素子実装部の上記第3の方向における側面にブロック固定用樹脂を塗布し、上記レンズ固定ブロックを上記ブロック固定用樹脂に接触させ、上記半導体レーザ素子からレーザ光を出射しつつ上記コリメートレンズを所望の位置に位置決めし、上記コリメートレンズが位置決めされた状態で上記ブロック固定用樹脂を硬化させて上記レンズ固定ブロック及び上記コリメートレンズを上記素子実装部に対して固定する。
 このように、本発明の第2の態様によれば、レンズ固定用樹脂を用いてコリメートレンズをレンズ固定ブロックに固定しているので、特許文献2のはんだ接合のように高温に保つ必要がない。したがって、半導体レーザ素子からレーザ光を出射させながらコリメートレンズの位置決め(アクティブ調心)をすることができる。しかも、レンズ固定用樹脂が、コリメートレンズの第3の方向の端部とレーザ光の光軸(第1の方向)に平行なレンズ取付面との間に設けられているため、レンズ固定用樹脂の硬化収縮や温度又は湿度によるレンズ固定用樹脂の収縮や膨張によるコリメートレンズの位置の変化が主として第3の方向のみとなる。さらに、コリメートレンズは第3の方向には位置を調整する必要がなく光学的にはどの位置でもよいため、コリメートレンズとレンズ取付面との間のレンズ固定用樹脂の厚さを薄くすることも可能であり、レンズ固定用樹脂の収縮又は膨張による変化量自体を小さくすることができる。このため、コリメートレンズの位置が第1の方向及び第2の方向にはほとんど変化することがなく、コリメートレンズを半導体レーザ素子に対して高い精度で固定することができる。
 さらに、レンズ固定ブロックを固定するブロック固定用樹脂が、レンズ固定ブロックの第3の方向に垂直なブロック固定面と素子実装部の第3の方向における側面との間に設けられているため、ブロック固定用樹脂の収縮や膨張によるレンズ固定ブロックの位置の変化が主として第3の方向のみとなる。さらに、コリメートレンズは第3の方向には位置を調整する必要がなく光学的にはどの位置でもよいため、レンズ固定ブロックと素子実装部の第3の方向における側面との間のブロック固定用樹脂の厚さを薄くすることも可能であり、ブロック固定用樹脂の収縮又は膨張による変化量自体を小さくすることができる。このため、レンズ固定ブロックの位置がY方向及びZ方向にほとんど変化することがなく、また、レンズ固定ブロックに固定されたコリメートレンズの位置もY方向及びZ方向にほとんど変化することがない。したがって、コリメートレンズを高精度に調心された状態に保持することができる。
 ここで、上記第2の方向を、上記半導体レーザ素子から出射されるレーザ光のファースト軸の方向とすることができる。また、上記レンズ固定用樹脂として、UV硬化樹脂又は熱硬化樹脂を用いることができる。さらに、上記ブロック固定用樹脂として、UV硬化樹脂又は熱硬化樹脂を用いることができる。また、上記素子実装部を実装基板と所定の厚さのスペーサとにより構成し、上記半導体レーザ素子を上記実装基板に実装し、上記実装基板を上記スペーサに固定し、上記スペーサの上記第3の方向における側面に上記ブロック固定用樹脂を塗布してもよい。
 また、上記コリメートレンズの端部を上記レンズ固定用樹脂に挿入する際に、上記コリメートレンズを挟んで上記第1の方向の両側に存在するレンズ固定用樹脂の量を互いに等しくすることが好ましい。このようにすることで、コリメートレンズを挟んで第1の方向の両側に存在するレンズ固定用樹脂の収縮量又は膨張量が等しくなり互いに相殺し合うため、レンズ固定用樹脂の収縮や膨張によるコリメートレンズの第1の方向への影響を実質的になくすことができる。同様に、上記コリメートレンズを挟んで上記第2の方向の両側に存在するレンズ固定用樹脂の量を互いに等しくすることが好ましい。このようにすることで、コリメートレンズを挟んで第2の方向の両側に存在するレンズ固定用樹脂の収縮量又は膨張量が等しくなり互いに相殺し合うため、レンズ固定用樹脂の収縮や膨張によるコリメートレンズの第2の方向への影響を実質的になくすことができる。
 本発明によれば、コリメートレンズを固定する樹脂の収縮や膨張による影響を低減し、コリメートレンズを高精度に調心された状態に保持することができる半導体レーザモジュールを提供することができる。また、本発明によれば、コリメートレンズのアクティブ調心を行いつつ、コリメートレンズを半導体レーザ素子に対して高い精度で固定することができる半導体レーザモジュールの製造方法を提供することができる。
本発明の第1の実施形態における半導体レーザモジュールを示す平面図である。 図1の半導体レーザモジュールの正面図である。 図1の半導体レーザモジュールの側面図である。 図1の半導体レーザモジュールの製造方法を説明する図である。 図1の半導体レーザモジュールの製造方法を説明する図である。 図1の半導体レーザモジュールの製造方法を説明する図である。 本発明の第2の実施形態における半導体レーザモジュールを示す平面図である。 図7の半導体レーザモジュールの正面図である。 図7の半導体レーザモジュールの側面図である。 本発明の第3の実施形態における半導体レーザモジュールを示す平面図である。 図10の半導体レーザモジュールの正面図である。 本発明の第4の実施形態における半導体レーザモジュールを示す平面図である。 図12の半導体レーザモジュールの正面図である。 本発明の第5の実施形態における半導体レーザモジュールを示す平面図である。 図14の半導体レーザモジュールの正面図である。 本発明の第6の実施形態における半導体レーザモジュールを示す平面図である。 図16の半導体レーザモジュールの正面図である。
 以下、本発明に係る半導体レーザモジュールの実施形態について図1から図8を参照して詳細に説明する。なお、図1から図8において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
 図1は本発明の第1の実施形態における半導体レーザモジュール1を示す平面図、図2は正面図、図3は側面図である。図1から図3に示すように、本実施形態における半導体レーザモジュール1は、第1の基板10と、第1の基板10上に固定された第2の基板(素子実装部)20と、第2の基板20上に実装された半導体レーザ素子(レーザダイオード)30と、半導体レーザ素子30から出射されたレーザ光をコリメートするコリメートレンズ40とを備えている。図1において、半導体レーザ素子30はZ方向に沿ってレーザ光Lを出射する。なお、以下では、図2に示すY方向がレーザ光Lのファースト軸方向であるものとして説明する。
 コリメートレンズ40は、半導体レーザ素子30から出射されるレーザ光Lの成分のうちファースト軸方向(Y方向)の成分をコリメートして平行光を生成するものである。本実施形態では、図2に示すように、YZ平面におけるコリメートレンズ40の断面は、レーザ光Lが入射する側がY軸に平行になっており、レーザ光が出射する側が凸面状になっている。コリメートレンズ40は、このような断面形状を有してレーザ光Lのスロー軸方向(X方向)に延びている。例えば、コリメートレンズ40のX方向の長さは2mm程度である。コリメートレンズ40は、所望の平行光を生成するために調心され、Y方向及びZ方向に関して高精度に位置決めされる。
 図1から図3に示すように、本実施形態における半導体レーザモジュール1は、例えばガラスなどからなる略直方体状のレンズ固定ブロック50を備えている。このレンズ固定ブロック50は、レーザ光Lの光軸に平行なレンズ取付面50A及びブロック固定面50Bを有している。本実施形態におけるレンズ取付面50A及びブロック固定面50Bは同一平面上にある。レンズ取付面50A及びブロック固定面50Bは、レーザ光Lのファースト軸(Y方向)にも平行になるように、すなわちX方向に垂直に構成されている。
 図1及び図3に示すように、レンズ固定ブロック50のブロック固定面50Bは、第2の基板20のX方向における側面20Aにブロック固定用樹脂52により固定されている。レンズ固定ブロック50は、第1の基板10に接触しないようになっており、第2の基板20に片持ち梁状に固定されている。このブロック固定用樹脂52としては例えばUV硬化樹脂又は熱硬化樹脂を用いることができる。ここで、レンズ固定ブロック50のブロック固定面50Bと第2の基板20の側面20Aとの間のブロック固定用樹脂52の厚さを薄くすることが好ましい。
 コリメートレンズ40のX方向の端部40Aは、レンズ固定ブロック50のレンズ取付面50Aにレンズ固定用樹脂42により固定されている。コリメートレンズ40は、第1の基板10に接触しないようになっており、レンズ固定ブロック50に片持ち梁状に固定されている。このレンズ固定用樹脂42としては例えばUV硬化樹脂又は熱硬化樹脂を用いることができる。レンズ固定用樹脂42は、コリメートレンズ40の端部40AをX方向、Y方向、及びZ方向から固定している。ここで、コリメートレンズ40を挟んでZ方向の両側に存在するレンズ固定用樹脂42の量が互いに等しいことが好ましく、また、コリメートレンズ40を挟んでY方向の両側に存在するレンズ固定用樹脂42の量が互いに等しいことが好ましい。さらに、コリメートレンズ40とレンズ取付面50Aとの間のレンズ固定用樹脂42の厚さを薄くすることが好ましい。
 ここで、コリメートレンズ40を固定するレンズ固定用樹脂42が、コリメートレンズ40のX方向の端部40AとX方向に垂直なレンズ取付面50Aとの間に設けられているため、レンズ固定用樹脂42の硬化収縮や温度又は湿度によるレンズ固定用樹脂42の収縮や膨張によるコリメートレンズ40の位置の変化は主としてX方向、すなわちスロー軸方向のみとなる。さらに、コリメートレンズ40とレンズ取付面50Aとの間のレンズ固定用樹脂42の厚さを薄くすれば、レンズ固定用樹脂42の収縮又は膨張による変化量自体を小さくすることができる。したがって、コリメートレンズ40の位置がY方向及びZ方向にはほとんど変化することがなく、コリメートレンズ40を高精度に調心された状態に保持することができる。
 なお、図1から図3に示す例では、コリメートレンズ40の端部40AのX方向の端面全体がレンズ固定用樹脂42によりレンズ取付面50Aに固定されているが、コリメートレンズ40の端部40AのX方向の端面の少なくとも一部がレンズ固定用樹脂42によりレンズ取付面50Aに固定されていればよい。
 また、コリメートレンズ40を挟んでZ方向の両側に存在するレンズ固定用樹脂42の量を互いに等しくすることにより、コリメートレンズ40の両側に存在するレンズ固定用樹脂42の収縮量又は膨張量が等しくなり互いに相殺し合うため、レンズ固定用樹脂42の収縮や膨張によるコリメートレンズ40のZ方向への影響を実質的になくすことができる。また、コリメートレンズ40を挟んでY方向の両側に存在するレンズ固定用樹脂42の量を互いに等しくすることにより、コリメートレンズ40の両側に存在するレンズ固定用樹脂42の収縮量又は膨張量が等しくなり互いに相殺し合うため、レンズ固定用樹脂42の収縮や膨張によるコリメートレンズ40のY方向への影響を実質的になくすことができる。
 さらに、レンズ固定ブロック50を固定するブロック固定用樹脂52が、レンズ固定ブロック50のX方向に垂直なブロック固定面50Bと第2の基板20のX方向における側面20Aとの間に設けられているため、ブロック固定用樹脂52の収縮や膨張によるレンズ固定ブロック50の位置の変化が主としてX方向のみとなる。さらに、レンズ固定ブロック50のブロック固定面50Bと第2の基板20の側面20Aとの間のブロック固定用樹脂52の厚さを薄くすれば、レンズ固定用樹脂42の収縮又は膨張による変化量自体を小さくすることができる。したがって、レンズ固定ブロック50の位置がY方向及びZ方向にほとんど変化することがない。このため、レンズ固定ブロック50に固定されたコリメートレンズ40の位置もY方向及びZ方向にほとんど変化することがない。したがって、コリメートレンズ40を高精度に調心された状態に保持することができる。
 次に、本実施形態における半導体レーザモジュール1を製造する方法について説明する。半導体レーザモジュール1を製造する際には、まず、半導体レーザ素子30を素子実装部である第2の基板20に実装し、半導体レーザ素子30が実装された第2の基板20を第1の基板10上に固定する(図4)。
 また、レンズ固定ブロック50のレンズ取付面50Aにレンズ固定用樹脂42を塗布し、コリメートレンズ40の端部40Aをレンズ取付面50Aに垂直な方向からレンズ固定用樹脂42に挿入する(図5)。そして、レンズ固定用樹脂42を硬化させてコリメートレンズ40をレンズ固定ブロック50に固定する。このとき、コリメートレンズ40とレンズ取付面50Aとの間のレンズ固定用樹脂42の厚さがなるべく薄くなるようにすることが好ましい。
 次に、第2の基板20の側面20A上にブロック固定用樹脂52を塗布する。そして、コリメートレンズ40が固定されたレンズ固定ブロック50を、第2の基板20のブロック固定用樹脂52を塗布した箇所に接触させる(図6)。このとき、レンズ固定ブロック50のレンズ取付面50AはX方向に垂直になっている。
 そして、半導体レーザ素子30からレーザ光を出射させ、その状態でレンズ固定ブロック50を移動させてコリメートレンズ40の位置決めを行う(アクティブ調心)。このとき、レンズ固定ブロック50のブロック固定面50Bと第2の基板20の側面20Aとの間のブロック固定用樹脂52の厚さがなるべく薄くなるようにすることが好ましい。コリメートレンズ40が高精度に位置決めされた状態で、ブロック固定用樹脂52を硬化させることによりレンズ固定ブロック50を第2の基板20に固定する。このようにして、半導体レーザモジュール1が完成する(図1)。
 上述したように、本実施形態における半導体レーザモジュール1の製造方法によれば、レンズ固定用樹脂42を用いてコリメートレンズ40をレンズ固定ブロック50に固定しているため、特許文献2のはんだ接合のように高温に保つ必要がない。したがって、半導体レーザ素子30からレーザ光を出射させながらコリメートレンズ40の位置決め(アクティブ調心)をすることができる。
 また、コリメートレンズ40のX方向の端部40AをX方向に垂直なレンズ固定ブロック50のレンズ取付面50Aに固定しているので、レンズ固定用樹脂42の硬化収縮や温度又は湿度によるレンズ固定用樹脂42の収縮や膨張によるコリメートレンズ40の位置の変動がY方向及びZ方向にはほとんど生じることがない。また、コリメートレンズ40とレンズ取付面50Aとの間のレンズ固定用樹脂42の厚さを薄くすれば、レンズ固定用樹脂42の収縮又は膨張による変化量自体を小さくすることができる。したがって、コリメートレンズ40を高精度に調心された状態に保持することができる。
 また、X方向に垂直なレンズ固定ブロック50のブロック固定面50Bを第2の基板20のX方向における側面20Aに固定しているので、ブロック固定用樹脂52の硬化収縮や温度又は湿度によるブロック固定用樹脂52の収縮や膨張によるレンズ固定ブロック50の位置の変動がY方向及びZ方向にはほとんど生じることがない。また、レンズ固定ブロック50のブロック固定面50Bと第2の基板20の側面20Aとの間のブロック固定用樹脂52の厚さを薄くすれば、ブロック固定用樹脂52の収縮又は膨張による変化量自体を小さくすることができる。したがって、レンズ固定ブロック50に固定されたコリメートレンズ40の位置の変動もY方向及びZ方向にはほとんど生じることがなく、コリメートレンズ40を高精度に調心された状態に保持することができる。
 図7は本発明の第2の実施形態における半導体レーザモジュール101を示す平面図、図8は正面図、図9は側面図である。図7から図9に示すように、本実施形態における半導体レーザモジュール101は、半導体レーザ素子30が実装される素子実装部として、半導体レーザ素子30が実装される実装基板としての第2の基板20と、スペーサとしての第3の基板120とを備えている。このようなスペーサ120により半導体レーザ素子30を所望の高さに設置することができる。
 また、本実施形態における半導体レーザモジュール101は、例えばガラスなどからなる略直方体状のレンズ固定ブロック150を備えている。このレンズ固定ブロック150は、X方向に垂直で同一平面上にあるレンズ取付面150A及びブロック固定面150Bを有している。レンズ取付面150Aにはコリメートレンズ40のX方向の端部40Aがレンズ固定用樹脂42により固定される。
 図7及び図9に示すように、レンズ固定ブロック150のブロック固定面150Bは、第3の基板120のX方向における側面120Aにブロック固定用樹脂52により固定されている。レンズ固定ブロック150は、第1の基板10に接触しないようになっており、第3の基板120に片持ち梁状に固定されている。
 一般に、半導体レーザ素子30を実装する基板はファースト軸方向(Y方向)の厚さが0.5mmよりも薄いことが多い。したがって、上述した第1の実施形態の構成では、レンズ固定ブロック50のブロック固定面50BのY方向の幅が非常に狭くなってしまう。本実施形態では、第1の基板10と第2の基板20との間に適切な厚さのスペーサ120を設け、このスペーサ120にレンズ固定ブロック150を固定しているため、ブロック固定面150Bの面積を十分に確保することができる。このようなスペーサ120のY方向の厚さは0.3mm以上であることが好ましい。
 図10は本発明の第3の実施形態における半導体レーザモジュール201を示す平面図、図11は正面図である。図10及び図11に示すように、本実施形態における半導体レーザモジュール201は、例えばガラスなどからなる略直方体状のレンズ固定ブロック250を備えている。このレンズ固定ブロック250は、第1の実施形態と同様に、X方向に垂直なレンズ取付面250A及びブロック固定面250Bを有しているが、図10に示すように、レンズ固定ブロック250のレンズ取付面250Aの位置とブロック固定面250Bの位置がX方向にずれている。したがって、これらレンズ取付面250Aとブロック固定面250Bとにより段差250Cが形成されている。
 レンズ固定ブロック250のレンズ取付面250Aにはコリメートレンズ40のX方向の端部40Aがレンズ固定用樹脂42により固定される。レンズ固定ブロック250のブロック固定面250Bは、第2の基板20のX方向における側面20Aにブロック固定用樹脂52により固定されている。レンズ固定ブロック250は、第1の基板10に接触しないようになっており、第2の基板20に片持ち梁状に固定されている。
 上述したように、半導体レーザ素子30から出射されるレーザ光Lはファースト軸方向に広がりを有しているので、コリメートレンズ40を半導体レーザ素子30の出射面に近づけることが好ましいが、上述した第1の実施形態においてコリメートレンズ40を半導体レーザ素子30の出射面に近づけすぎると、コリメートレンズ40を固定しているレンズ固定用樹脂42が第2の基板20に接触するおそれがある。レンズ固定用樹脂42が第2の基板20に接触すると、コリメートレンズ40がレンズ固定用樹脂42を介して第2の基板20のZ方向の端面にも固定されることとなり、レンズ固定用樹脂42の収縮や膨張の影響がコリメートレンズ40のZ方向の位置の変化としてあらわれる。本実施形態では、レンズ固定ブロック250のレンズ取付面250Aをブロック固定面250Bよりも第2の基板20からX方向に離して段差250Cを形成することにより、レンズ固定ブロック250を半導体レーザ素子30に近づけた場合にレンズ固定用樹脂42が第2の基板20に接触することを防止している。
 図12は本発明の第4の実施形態における半導体レーザモジュール301を示す平面図、図13は正面図である。第4の実施形態は、上述した第2の実施形態と第3の実施形態を組み合わせたものである。すなわち、図12及び図13に示すように、本実施形態における半導体レーザモジュール301は、半導体レーザ素子30が実装される素子実装部として、半導体レーザ素子30が実装される実装基板としての第2の基板20と、スペーサとしての第3の基板120とを備えている。このようなスペーサ120により半導体レーザ素子30を所望の高さに設置することができる。
 また、本実施形態における半導体レーザモジュール101は、例えばガラスなどからなる略直方体状のレンズ固定ブロック350を備えている。このレンズ固定ブロック350は、第2の実施形態と同様に、X方向に垂直なレンズ取付面350A及びブロック固定面350Bを有しているが、図12に示すように、レンズ固定ブロック350のレンズ取付面350Aをブロック固定面350Bよりも第3の基板120からX方向に離して段差350Cを形成している。このような構成により、レンズ固定ブロック350を半導体レーザ素子30に近づけた場合にレンズ固定用樹脂42が第3の基板120に接触することを防止している。
 レンズ固定ブロック350のレンズ取付面350Aにはコリメートレンズ40のX方向の端部40Aがレンズ固定用樹脂42により固定される。レンズ固定ブロック350のブロック固定面350Bは、第3の基板120のX方向における側面120Aにブロック固定用樹脂52により固定されている。レンズ固定ブロック350は、第1の基板10に接触しないようになっており、第3の基板120に片持ち梁状に固定されている。
 図14は本発明の第5の実施形態における半導体レーザモジュール401を示す平面図、図15は正面図である。図14及び図15に示すように、本実施形態における半導体レーザモジュール401は、例えばガラスなどからなる略直方体状のレンズ固定ブロック450を備えている。このレンズ固定ブロック450は、第1の実施形態と同様に、X方向に垂直で同一平面にあるレンズ取付面450A及びブロック固定面450Bを有しているが、図14に示すように、レンズ固定ブロック450のレンズ取付面450Aとブロック固定面450Bとの間にY方向に延びる溝450Cが形成されている。
 レンズ固定ブロック450のレンズ取付面450Aにはコリメートレンズ40のX方向における端部40Aがレンズ固定用樹脂42により固定される。レンズ固定ブロック450のブロック固定面450Bは、第2の基板20のX方向における側面20Aにブロック固定用樹脂52により固定されている。レンズ固定ブロック450は、第1の基板10に接触しないようになっており、第2の基板20に片持ち梁状に固定されている。
 本実施形態においては、レンズ固定ブロック450のレンズ取付面450Aにある程度以上のレンズ固定用樹脂42が塗布されると、余分なレンズ固定用樹脂42がレンズ取付面450Aとブロック固定面450Bとの間の溝450Cに流れ込むので、レンズ固定ブロック450を半導体レーザ素子30に近づけた場合にレンズ固定用樹脂42が第2の基板20に接触することを防止することができる。
 図16は本発明の第6の実施形態における半導体レーザモジュール501を示す平面図、図17は正面図である。第6の実施形態は、上述した第2の実施形態と第5の実施形態を組み合わせたものである。すなわち、図16及び図17に示すように、本実施形態における半導体レーザモジュール501は、半導体レーザ素子30が実装される素子実装部として、半導体レーザ素子30が実装される実装基板としての第2の基板20と、スペーサとしての第3の基板120とを備えている。このようなスペーサ120により半導体レーザ素子30を所望の高さに設置することができる。
 また、本実施形態における半導体レーザモジュール501は、例えばガラスなどからなる略直方体状のレンズ固定ブロック550を備えている。このレンズ固定ブロック550は、第1の実施形態と同様に、X方向に垂直で同一平面にあるレンズ取付面550A及びブロック固定面550Bを有しているが、図16に示すように、レンズ固定ブロック550のレンズ取付面550Aとブロック固定面550Bとの間にY方向に延びる溝550Cが形成されている。このような構成により、レンズ固定ブロック550を半導体レーザ素子30に近づけた場合にレンズ固定用樹脂42が第3の基板120に接触することを防止している。
 レンズ固定ブロック550のレンズ取付面550Aにはコリメートレンズ40のX方向の端部40Aがレンズ固定用樹脂42により固定される。レンズ固定ブロック550のブロック固定面550Bは、第3の基板120のX方向における側面120Aにブロック固定用樹脂52により固定されている。レンズ固定ブロック550は、第1の基板10に接触しないようになっており、第3の基板120に片持ち梁状に固定されている。
 なお、上述した各実施形態では、コリメートレンズ40のX方向の端部の一方のみを固定する構成を説明したが、他方の端部に対しても同様のレンズ固定ブロックを設け、コリメートレンズ40のX方向の両端部を固定するようにしてもよい。
 さらに、上述した実施形態におけるコリメートレンズ40は、レーザ光Lの成分のうちファースト軸方向(Y方向)の成分をコリメートするものであったが、レーザ光Lの成分のうちスロー軸方向(X方向)の成分をコリメートするレンズを用いる場合にも本発明を適用することができる。その場合には、レンズ固定ブロックのレンズ取付面及びブロック固定面をXZ平面に平行に配置し、レンズ取付面にコリメートレンズのY方向の端部を固定すればよい。
 これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
 本発明は、半導体レーザ素子と半導体レーザ素子から出射されたレーザ光をコリメートするコリメートレンズとを含む半導体レーザモジュールに好適に用いられる。
  L  レーザ光
  1  半導体レーザモジュール
 10  第1の基板
 20  第2の基板(実装基板)
 20A 側面
 30  半導体レーザ素子
 40  コリメートレンズ
 40A 端部
 42  レンズ固定用樹脂
 50  レンズ固定ブロック
 50A レンズ取付面
 50B ブロック固定面
 52  ブロック固定用樹脂
101  半導体レーザモジュール
120  第3の基板(スペーサ)
120A 側面
150A レンズ取付面
150B ブロック固定面
201  半導体レーザモジュール
250A レンズ取付面
250B ブロック固定面
250C 段差
301  半導体レーザモジュール
350A レンズ取付面
350B ブロック固定面
350C 段差
401  半導体レーザモジュール
450A レンズ取付面
450B ブロック固定面
450C 溝
501  半導体レーザモジュール
550A レンズ取付面
550B ブロック固定面
550C 溝

Claims (12)

  1.  基板と、
     前記基板上に設けられた素子実装部と、
     前記素子実装部に実装され、第1の方向に沿った光軸を有するレーザ光を出射する半導体レーザ素子と、
     前記半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の成分のうち前記第1の方向に垂直な第2の方向の成分をコリメートするコリメートレンズと、
     前記第1の方向及び前記第2の方向に垂直な第3の方向に対して垂直なレンズ取付面と前記第3の方向に垂直なブロック固定面とを有するレンズ固定ブロックと、
    を備え、
     前記コリメートレンズの前記第3の方向における端部の少なくとも一方が、前記レンズ固定ブロックのレンズ取付面にレンズ固定用樹脂により固定され、
     前記レンズ固定ブロックの前記ブロック固定面が前記素子実装部の前記第3の方向における側面にブロック固定用樹脂により固定されている、
    ことを特徴とする半導体レーザモジュール。
  2.  前記第2の方向は、前記半導体レーザ素子から出射されるレーザ光のファースト軸の方向であることを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザモジュール。
  3.  前記レンズ固定ブロックのレンズ取付面の位置は、前記レンズ固定ブロックのブロック固定面の位置よりも前記素子実装部から前記第3の方向に離れていることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体レーザモジュール。
  4.  前記レンズ固定ブロックのレンズ取付面とブロック固定面との間には、前記レンズ固定用樹脂が前記素子実装部に接触することを防止する溝が形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体レーザモジュール。
  5.  前記素子実装部は、前記半導体レーザ素子が実装される実装基板と、所定の厚さのスペーサとを含み、
     前記レンズ固定ブロックのブロック固定面は、前記素子実装部のスペーサの前記第3の方向における側面に前記ブロック固定用樹脂により固定される、
    ことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の半導体レーザモジュール。
  6.  前記レンズ固定用樹脂は、UV硬化樹脂又は熱硬化樹脂であることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の半導体レーザモジュール。
  7.  前記ブロック固定用樹脂は、UV硬化樹脂又は熱硬化樹脂であることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の半導体レーザモジュール。
  8.  前記コリメートレンズを挟んで前記第1の方向の両側に存在する前記レンズ固定用樹脂の量が互いに等しく、
     前記コリメートレンズを挟んで前記第2の方向の両側に存在する前記レンズ固定用樹脂の量が互いに等しい、
    ことを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の半導体レーザモジュール。
  9.  第1の方向に沿った光軸を有するレーザ光を出射する半導体レーザ素子と、該半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の成分のうち前記第1の方向に垂直な第2の方向の成分をコリメートするコリメートレンズとを備えた半導体レーザモジュールの製造方法であって、
     前記半導体レーザ素子を素子実装部に実装し、
     前記素子実装部を基板に固定し、
     レンズ固定ブロックに形成されたレンズ取付面にレンズ固定用樹脂を塗布し、
     前記第1の方向及び前記第2の方向に垂直な第3の方向に対して前記レンズ取付面が垂直となる状態で、前記コリメートレンズの前記第3の方向における端部を前記レンズ取付面に塗布されたレンズ固定用樹脂に挿入し、
     前記レンズ固定用樹脂を硬化させて前記コリメートレンズを前記レンズ固定ブロックに固定し、
     前記素子実装部の前記第3の方向における側面にブロック固定用樹脂を塗布し、
     前記レンズ固定ブロックを前記ブロック固定用樹脂に接触させ、
     前記半導体レーザ素子からレーザ光を出射しつつ前記コリメートレンズを所望の位置に位置決めし、
     前記コリメートレンズが位置決めされた状態で前記ブロック固定用樹脂を硬化させて前記レンズ固定ブロック及び前記コリメートレンズを前記素子実装部に対して固定する、
    ことを特徴とする半導体レーザモジュールの製造方法。
  10.  前記第2の方向は、前記半導体レーザ素子から出射されるレーザ光のファースト軸の方向であることを特徴とする請求項9に記載の半導体レーザモジュールの製造方法。
  11.  前記コリメートレンズの端部を前記レンズ固定用樹脂に挿入する際に、前記コリメートレンズを挟んで前記第1の方向の両側に存在する前記レンズ固定用樹脂の量を互いに等しくし、前記コリメートレンズを挟んで前記第2の方向の両側に存在する前記レンズ固定用樹脂の量を互いに等しくすることを特徴とする請求項9又は10に記載の半導体レーザモジュールの製造方法。
  12.  前記素子実装部を実装基板と所定の厚さのスペーサとにより構成し、
     前記半導体レーザ素子を前記素子実装部に実装する際に、
      前記半導体レーザ素子を前記実装基板に実装し、
      前記実装基板を前記スペーサに固定し、
     前記素子実装部の前記第3の方向における側面に前記ブロック固定用樹脂を塗布する際に、前記スペーサの前記第3の方向における側面に前記ブロック固定用樹脂を塗布する、
    ことを特徴とする請求項9から11のいずれか一項に記載の半導体レーザモジュールの製造方法。
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