WO2014192944A1 - 半導体レーザモジュール - Google Patents

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WO2014192944A1
WO2014192944A1 PCT/JP2014/064512 JP2014064512W WO2014192944A1 WO 2014192944 A1 WO2014192944 A1 WO 2014192944A1 JP 2014064512 W JP2014064512 W JP 2014064512W WO 2014192944 A1 WO2014192944 A1 WO 2014192944A1
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optical fiber
semiconductor laser
region
fixing agent
light
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PCT/JP2014/064512
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松山　哲也
早水　尚樹
木村　俊雄
三代川　純
悠太 石毛
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古河電気工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor laser module.
  • the laser light emitted from the semiconductor laser element is condensed by a condensing unit such as a lens, and the laser light condensed by the condensing unit is optical fiber.
  • a condensing unit such as a lens
  • the laser light condensed by the condensing unit is optical fiber.
  • the optical fiber is made of an optical fiber holding portion using an organic adhesive such as UV curable resin or thermosetting resin, or a fixing agent such as solder, low melting glass, or inorganic adhesive melted by a YAG laser or an electric heater. Etc. (see, for example, Patent Document 2).
  • the laser beam emitted from the semiconductor laser element is to be coupled to the optical fiber, it is difficult to couple the laser beam to the optical fiber 100%, so that uncoupled light that is not coupled to the optical fiber is generated. This uncoupled light may be applied to the fixing agent that fixes the optical fiber.
  • the intensity of the laser light emitted from the semiconductor laser element is very large in the semiconductor laser module used in the laser processing field and the medical field, the intensity of the uncoupled light also increases. For example, when the coupling efficiency of the laser light emitted from the semiconductor laser element to the optical fiber is 85%, when trying to obtain 56 W as the light output intensity from the optical fiber, uncoupled light of about 10 W is generated. Become. When non-bonded light having such a high intensity is irradiated onto the fixing agent, the fixing agent may be melted or broken.
  • the optical fiber may be displaced from its fixing position. In this case, even if the optical fiber is first fixed so that the coupling efficiency with the semiconductor laser element is at the maximum position, the coupling loss increases due to melting or breakage of the fixing agent. May decrease.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a highly reliable semiconductor laser module even during a high output operation.
  • a semiconductor laser module is configured to receive a semiconductor laser element that emits laser light, and a laser beam emitted from the semiconductor laser element, An optical fiber that guides the laser light; and an optical fiber holding unit that holds the optical fiber, the optical fiber holding unit holding the optical fiber, and the fixing agent is incident on the optical fiber.
  • the leakage light emitted to the outside of the optical fiber after being formed is provided in a region where the intensity is low.
  • a highly reliable semiconductor laser module can be realized even during a high output operation.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a semiconductor laser module according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic partially cutaway view of the semiconductor laser module shown in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic xz plan view in which the optical fiber holding portion of the semiconductor laser module shown in FIG. 1 is enlarged.
  • FIG. 4 is a schematic yz plan view in which the optical fiber holding portion of the semiconductor laser module shown in FIG. 1 is enlarged.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining leakage light generated when laser light is coupled to an optical fiber.
  • 6 is a diagram showing leakage light in the optical fiber holding portion of the semiconductor laser module shown in FIG.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a modified example of the ferrule.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a semiconductor laser module according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic partially cutaway view of the semiconductor laser module shown in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic
  • FIG. 8 is a diagram for explaining an experimental semiconductor laser module.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating the relationship between the driving current, the coupling efficiency, and the temperature of the fixing agent.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing the result of simulating the intensity distribution of leakage light at a position 3 mm from the lens-side tip of the optical fiber.
  • FIG. 11 is a diagram showing the light intensity in the cross section along the line AA in FIG.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining a method of measuring a region through which leakage light passes.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a result of measuring a region through which leakage light passes.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram for explaining a region where leakage light is emitted.
  • FIG. 15A is a schematic xz plan view of Modification 1 of the optical fiber holding unit.
  • FIG. 15B is a diagram illustrating a modification of the pedestal.
  • FIG. 15C is a diagram illustrating a modification of the pedestal.
  • FIG. 15D is a diagram illustrating a modified example of the pedestal.
  • FIG. 16 is a schematic plan view of a semiconductor laser module according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 17 is a schematic partially cutaway view of the semiconductor laser module shown in FIG.
  • FIG. 18 is a schematic xz plan view of an optical fiber holding unit according to Modification 2.
  • FIG. 19 is a schematic xz plan view of an optical fiber holding unit according to Modification 3.
  • FIG. 20 is a schematic yz plan view of an optical fiber holding unit according to Modification 4.
  • FIG. 21 is a schematic yz sectional view of an optical fiber holding unit according to Modification 4.
  • FIG. 22 is a schematic plan view of a semiconductor laser module according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 23 is a schematic partially cutaway view of the semiconductor laser module shown in FIG. 24 is a cross-sectional view of the optical fiber holding portion shown in FIG. 22 taken along line BB.
  • FIG. 25 is a schematic yz sectional view of an optical fiber holding unit according to Modification 5.
  • FIG. 26 is a schematic xy sectional view of an optical fiber holding unit according to Modification 6.
  • FIG. 27 is a schematic xz plan view of an optical fiber holding unit according to Modification 6.
  • FIG. 28 is a schematic xy sectional view of an optical fiber holding unit according to Modification 7.
  • FIG. 22 is a schematic plan view of a semiconductor laser module according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 23 is a schematic partially cutaway view of the semiconductor laser module shown in FIG
  • FIG. 29 is a schematic xy sectional view of an optical fiber holding unit according to Modification 8.
  • FIG. 30 is a schematic xy sectional view of an optical fiber holding unit according to Modification 9.
  • FIG. 31 is a schematic xz plan view of an optical fiber holding unit according to Modification 9.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a semiconductor laser module according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic partially cutaway view of the semiconductor laser module shown in FIG.
  • the waveguide direction of the optical fiber is the z direction
  • the horizontal direction is the x direction
  • the vertical direction is the y direction among the directions orthogonal to the z direction. 1 and 2, the upper lid of the package is not shown.
  • a semiconductor laser module 100 includes an LD height adjusting plate 102, submounts 103-1 to 103-6, and semiconductor laser elements 104-1 to 104-6 in a package 101.
  • lead pins 105 are connected to the semiconductor laser module 100.
  • the first lenses 106-1 to 106-6, the second lenses 107-1 to 107-6, and the mirrors 150-1 to 150-6 are -x. They are arranged in this order along the direction.
  • a filter 108, a third lens 109, and an optical fiber holding portion 111 are arranged in this order along the z direction.
  • An optical fiber 112 is fixed to the optical fiber holding part 111. This optical fiber 112 extends to the outside of the package 101.
  • the LD height adjustment plate 102 is fixed in the package 101, and has a step as shown in FIG.
  • the submounts 103-1 to 103-6 are fixed on the LD height adjusting plate 102, on which the semiconductor laser elements 104-1 to 104-6 are mounted, respectively, and the mounted semiconductor laser elements 104-1 to 104-6 are mounted.
  • the semiconductor laser elements 104-1 to 104-6 emit laser light having a wavelength of 900 nm to 1000 nm, for example.
  • the semiconductor laser elements 104-1 to 104-6 are high-power semiconductor laser elements having an intensity of emitted laser light of 1 W or more, and further, for example, 10 W or more.
  • the lead pin 105 applies a voltage and injects a current to the semiconductor laser elements 104-1 to 104-6.
  • the applied voltage may be constant or a modulation voltage.
  • the semiconductor laser elements 104-1 to 104-6 are arranged so that their heights differ from each other depending on the level difference of the LD height adjusting plate 102. Further, the first lenses 106-1 to 106-6, the second lenses 107-1 to 107-6, and the mirrors 150-1 to 150-6 are arranged on the same step as the corresponding one semiconductor laser element. Yes.
  • the first lenses 106-1 to 106-6 are cylindrical lenses that condense light in the y direction, and the focal length thereof is, for example, 0.3 mm.
  • the second lenses 107-1 to 107-6 are cylindrical lenses that collect light in the x direction, which is a direction orthogonal to the first lenses 106-1 to 106-6, and have a focal length of, for example, 10 .5 mm.
  • the first lenses 106-1 to 106-6 and the second lenses 107-1 to 107-6 condense the laser beams emitted from the semiconductor laser elements 104-1 to 104-6, respectively.
  • the mirrors 150-1 to 150-6 reflect the laser beams collected by the first lenses 106-1 to 106-6 and the second lenses 107-1 to 107-6 to the filter 108 side.
  • the filter 108 transmits light having a wavelength of 900 nm to 1000 nm corresponding to the laser light emitted from the semiconductor laser elements 104-1 to 104-6, and transmits extra light incident from the outside, for example, light having a wavelength of 1060 nm to 1080 nm. It is a low-pass filter that reflects.
  • the third lens 109 condenses the transmitted laser light on the end face of the optical fiber 112 and couples it to the optical fiber 112.
  • the focal length of the third lens 109 is, for example, 10 mm.
  • the optical fiber 112 receives laser light and guides the laser light.
  • the optical fiber 112 may be, for example, a multimode optical fiber having a core diameter of 105 ⁇ m, but may be a single mode optical fiber.
  • the optical fiber holding unit 111 fixes the optical fiber 112 at a position where the coupling efficiency between the laser light condensed by the third lens 109 and the optical fiber 112 is maximized.
  • the operation of the semiconductor laser module 100 will be described.
  • a voltage is applied and current is injected from the lead pin 105 to each of the semiconductor laser elements 104-1 to 104-6, and laser light is emitted from each of the semiconductor laser elements 104-1 to 104-6 in the -x direction.
  • the laser beams emitted from the semiconductor laser elements 104-1 to 104-6 are converted into substantially parallel beams by the first lenses 106-1 to 106-6 and the second lenses 107-1 to 107-6, respectively.
  • the Specifically, the laser light emitted from each of the semiconductor laser elements 104-1 to 104-6 is suppressed from spreading in the y direction by the first lenses 106-1 to 106-6 and is substantially parallel to the y direction. It is assumed to be light.
  • the spread of the laser light is suppressed in the x direction by the second lenses 107-1 to 107-6, and the laser light is made substantially parallel light in the x direction.
  • the laser light that is substantially parallel light is reflected by the mirrors 150-1 to 150-6.
  • the semiconductor laser elements 104-1 to 104-6 are arranged so that their heights are different from each other due to the level difference. Therefore, the laser beam is arranged at the same height as the corresponding semiconductor laser elements 104-1 to 104-6 among the mirrors 150-1 to 150-6 which are similarly arranged to have different heights due to the level difference.
  • the light is reflected by a single mirror and reflected so as to be parallel to the z direction, which is the waveguide direction of the optical fiber 112.
  • the laser beam output from each semiconductor laser element is reflected by one mirror formed on the optical path among the mirrors 150-1 to 150-6, and does not pass through mirrors other than the mirror. Absent.
  • Such a step structure prevents unnecessary loss in the laser light.
  • the laser light is condensed by the third lens 109 which is a condensing unit and coupled to the optical fiber 112.
  • the laser beam coupled to the optical fiber 112 is guided to the outside of the semiconductor laser module 100 by the optical fiber 112 and output.
  • the filter 108 is for cutting extra light entering from the outside, and may be omitted.
  • FIG. 3 is a schematic xz plan view in which the optical fiber holding portion of the semiconductor laser module shown in FIG. 1 is enlarged.
  • FIG. 4 is a schematic yz plan view in which the optical fiber holding portion of the semiconductor laser module shown in FIG. 1 is enlarged.
  • the optical fiber holding unit 111 includes a pedestal 111a, a ferrule 111b as a holding member, and fixing agents 114a and 114b.
  • the pedestal 111a is fixed to the package 101.
  • the ferrule 111b is fixed on the pedestal 111a by a fixing agent 114a.
  • An optical fiber 112 is inserted through the ferrule 111b, and the ferrule 111b and the optical fiber 112 are fixed by a fixing agent 114b. Thereby, the optical fiber holding unit 111 holds the optical fiber 112.
  • the optical fiber 112 includes a core 112a and a clad 112b, and has a light incident side end 112c on the side facing the third lens 109.
  • the ferrule 111b is preferably not melted by non-coupled light of laser light to be described later, and is preferably made of a flame-retardant material or has a light absorption rate of 30% or less with respect to the laser light. As such a material, it is preferable to use a ferrule 111b having a heat resistant temperature of 500 ° C. or higher.
  • the ferrule 111b is made of metal, glass, or ceramic having a heat resistant temperature of 1000 ° C. or higher.
  • a reflective film having a reflectance of 70% or more, more preferably 90% or more at the wavelength of the laser light is provided on the third lens 109 side (end 112c side).
  • the structure provided may be sufficient.
  • the reflective film is made of, for example, a metal film or a dielectric multilayer film.
  • the outer surface including the end surface of the ferrule 111b on the third lens 109 side may be covered with metal or the like.
  • the fixing agent 114a and the fixing agent 114b are made of, for example, an organic adhesive such as a UV curable resin or a thermosetting resin, solder, low-melting glass, and an inorganic adhesive. Are preferably used.
  • the heat-resistant temperature of an epoxy resin or a urethane type resin is about 100 degreeC.
  • the laser light is condensed by the third lens 109 serving as a condensing unit and coupled to the optical fiber 112, but a part thereof is not coupled to the optical fiber 112 but becomes uncoupled light.
  • the reason why the uncoupled light is generated is that the spot diameter of the laser light collected by the third lens 109 is larger than the core diameter of the optical fiber 112, and a part of the laser light is not introduced into the core 112a of the optical fiber 112.
  • the laser light is introduced into the core 112a of the optical fiber 112, but is not totally reflected at the interface between the core 112a and the clad 112b and is emitted as leakage light from the side surface of the optical fiber 112.
  • the core diameter of the optical fiber 112 is 105 ⁇ m
  • the field of the laser light condensed by the third lens 109 has a shape in which six ellipses are stacked.
  • the major axis of the ellipse is about 100 ⁇ m and the minor axis is about 30 ⁇ m. Therefore, since the spot diameter of the laser beam condensed by the third lens 109 is smaller than the core diameter of the optical fiber 112, it is considered that the uncoupled light is mainly due to leakage light.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining leakage light generated when laser light is coupled to an optical fiber.
  • the laser light L incident on the third lens 109 from the left side of the drawing is condensed by the third lens 109 and introduced into the core 112 a of the optical fiber 112.
  • the laser beam L0 is coupled to the optical fiber 112 and guided through the center of the core 112a.
  • the laser beam L1 is totally reflected at the boundary between the core 112a and the clad 112b, and is coupled to the optical fiber 112.
  • Leaked light such as the laser beams L2 and L3 is represented by leaked light A, and a region through which the leaked light A passes is defined as a leaked light passage region.
  • the laser beams L0 to L3 are actually refracted at each interface on each optical path, but each optical path is a straight line for simplicity of explanation.
  • the leakage light A is hardly emitted to the outside of the optical fiber 112, and the leakage light is not emitted. Weak enough.
  • This region is referred to as an inner fixed region S1.
  • the leaked light is sufficiently weak even in a region where the angle is sufficiently large with respect to the waveguide direction of the optical fiber 112.
  • This area is referred to as an outer fixed area S2.
  • the fixed region where the leaked light is sufficiently weak that is, the region where the intensity of the leaked light is low includes the inner fixed region and the outer fixed region.
  • the sufficiently weak leakage light means a region where the intensity of the leakage light on the xy plane is smaller than 130 W / mm 2 , more preferably smaller than 100 W / mm 2 .
  • the intensity of the leaked light is increased with respect to the major axis direction (the direction in which the diameter of the light field becomes the longest). If the number of semiconductor laser elements increases, it is conceivable that the diameters of the short axis direction and the long axis direction of the field are approximately the same, or that the short axis direction is longer. However, since the diameter in the minor axis direction hardly changes even if the drive current of the semiconductor laser element changes, the intensity of leakage light can be sufficiently reduced by performing an appropriate design. On the other hand, since the diameter in the major axis direction may change when the drive current of the semiconductor laser element changes, it is necessary to consider the intensity of leakage light with respect to the major axis direction even when the number of semiconductor laser elements is large. is there.
  • the fixing agent When the leakage light generated in this way is irradiated to a fixing agent made of resin, solder, or the like, the fixing agent may melt or break. Such a phenomenon is likely to occur in a high-power semiconductor laser module whose output is 1 W or more, for example.
  • the higher the output of the semiconductor laser elements 104-1 to 104-6 the greater the light intensity of the leaked light, so that the fixing agent is easily melted or broken.
  • this corresponds to the elliptical major axis direction of the light field of the laser light L incident on the optical fiber 112.
  • the fixing agent 114a is formed in the outer fixing region S2 and the fixing agent 114b is formed in the inner fixing region S1 with respect to the leakage light passage region through which the leakage light A passes.
  • the leaked light A is reflected by the end face of the ferrule 111b on the laser light L incident side.
  • the leakage light applied to the fixing agent 114a and the fixing agent 114b is sufficiently weak so that the fixing agent 114a and the fixing agent 114b do not melt or break.
  • the semiconductor laser module 100 is a highly reliable semiconductor laser module even during high output operation.
  • the intensity of leakage light may be 130 W / mm 2 or more, and the fixing agent is irradiated with leakage light. If the semiconductor laser elements 104-1 to 104-6 have a high output of 30 W or more in total, for example, the intensity of leakage light will be 130 W / mm 2 or more. Since it becomes easy to become, the effect which prevents that the fixing agent 114a and the fixing agent 114b by this Embodiment 1 melt or break becomes more remarkable.
  • FIG. 7 is a diagram showing a modified example of the ferrule.
  • the ferrule 111c includes a ferrule body 111ca made of glass, and a protective body 111cb made of a pipe-like metal that covers the outer surface including the end surface of the ferrule body 111ca on the laser light L incident side. is there.
  • the optical fiber 112 is bonded to the inside of the insertion hole of the ferrule body 111ca by a fixing agent 114b.
  • the leakage light A that is non-coupled light is reflected by the protector 111cb that constitutes the end surface of the ferrule 111c on the laser light L incident side, so that sufficient leakage light is irradiated on the fixing agent 114b. It is weak and hardly irradiated.
  • the ferrule body 111ca made of glass can be manufactured with higher accuracy than, for example, a metal ferrule. Therefore, since the insertion hole of the optical fiber 112 can also be produced with high accuracy, the gap between the optical fiber 112 and the insertion hole can be narrowed. As a result, the amount of the fixing agent 114b to be used can be limited.
  • the outer surface of the ferrule body 111ca is covered with a protective body 111cb made of metal, there is an effect that it is easy to attach a structure that radiates heat generated when the leaked light A is applied to the ferrule 111c.
  • the fixed region which is a region where leakage light is sufficiently weak, will be described in more detail.
  • an experimental semiconductor laser module 1000 used for the description below is the same as the semiconductor laser module according to the first embodiment, except that the optical fiber 112 is directly fixed to the flat base 1011a without using a ferrule.
  • the optical fiber holding unit 1011 is fixed with the agent 1014, and the other configuration is the same as that of the semiconductor laser module 100.
  • the output of the laser light emitted from the six semiconductor laser elements 104-1 to 104-6 was set to 11 W at the maximum in each element.
  • the wavelengths of the laser beams emitted from the semiconductor laser elements 104-1 to 104-6 are the same, and are set to 915 nm.
  • the focal lengths of the first lenses 106-1 to 106-6 were 0.3 mm
  • the focal lengths of the second lenses 107-1 to 107-6 were 10.5 mm
  • the focal length of the third lens 109 was 10 mm.
  • the optical fiber 112 was a multimode optical fiber having a core diameter of 105 ⁇ m and an NA of 0.15.
  • the fixing agent 1014 was an epoxy resin.
  • the fixing agent 1014 was provided at a position of 3 mm from the tip, which is a region where the leakage light intensity is strong and the leakage light from the optical fiber 112 is irradiated.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating the relationship between the driving current, the coupling efficiency, and the temperature of the fixing agent. As shown in FIG. 9, when the drive current is increased, the coupling efficiency is decreased and the temperature of the fixing agent is increased. This is presumably because when the drive current is increased, the light intensity of the leaked light is increased, and the epoxy resin as the fixing agent is softened and deformed due to a high temperature, thereby lowering the coupling efficiency.
  • the coupling efficiency is reduced to about 80%, and the temperature of the fixing agent is 100 ° C. or higher.
  • the fixing agent may melt.
  • the coupling efficiency is 85%.
  • the laser light having an intensity of 11 W is emitted from each of the semiconductor laser elements 104-1 to 104-6 and a total of 66 W of laser light is incident on the optical fiber 112
  • the coupling efficiency is 85%.
  • the laser light 56 W is coupled to the optical fiber 112 and the remaining approximately 10 W is emitted from the side surface of the optical fiber 112 as leakage light that is uncoupled light.
  • the semiconductor laser module has a high output, the intensity of the leakage light becomes very large. If the semiconductor laser module is used under such conditions, the reliability is significantly impaired.
  • Such a significant decrease in reliability is likely to occur when the intensity of leakage light at a position where the fixing agent 1014 is provided is 130 W / mm 2 or more.
  • Such a problem may occur when the intensity of the laser light incident on the optical fiber 112 is 10 W or more, and particularly when the intensity is 30 W or more, the intensity of leaked light tends to be 130 W / mm 2 or more.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing the result of simulating the intensity distribution of leakage light at a position 3 mm from the tip (namely, the light incident side end) of the optical fiber 112 on the lens (third lens 109) side.
  • FIG. 10 shows the result of simulating the intensity distribution of leakage light when the coupling efficiency is 96% and the intensity of non-coupled light is 0.15W.
  • the length of one side of FIG. 10 is 2 mm, and the optical fiber 112 is arranged at the center of the drawing.
  • a white portion in the figure indicates a portion having a high light intensity.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing the result of simulating the intensity distribution of leakage light at a position 3 mm from the tip (namely, the light incident side end) of the optical fiber 112 on the lens (third lens 109) side.
  • FIG. 10 shows the result of simulating the intensity distribution of leakage light when the coupling efficiency is 96% and the intensity of non-coupled light is 0.15W.
  • the field of light incident on the optical fiber 112 is an ellipse having a long axis in the x direction under the conditions of the semiconductor laser module 1000.
  • the ellipse has, for example, a major axis of about 100 ⁇ m and a minor axis of about 30 ⁇ m, and the major axis and minor axis are smaller than the core diameter of the optical fiber.
  • the intensity of leakage light in the long axis direction increases, so in the long axis direction, It is necessary to provide the fixing agent in a region where the intensity of the leaked light is weaker, such as a position away from the optical fiber, than a region where the leaked light passes (a region where the intensity of the leaked light is strong).
  • FIG. 11 is a diagram showing the light intensity in the section AA in FIG.
  • the region where the intensity of leakage light is sufficiently weak in the major axis direction of the field of light incident on the optical fiber is 3 mm from the light incident side end of the optical fiber 112.
  • the distance from the center is an area outside 0.8 mm. This area is the outer fixed area.
  • the core diameter of the optical fiber 112 is 105 ⁇ m, which is sufficiently small with respect to 0.8 mm. Therefore, the region with a high light intensity in the figure represents the leaked light emitted from the optical fiber 112.
  • FIG. 11 it can be seen from FIG. 11 that there is a region where the intensity of leaked light is sufficiently weak near the center. This area is the inner fixed area.
  • the leakage light passage region region where the intensity of leakage light is strong
  • laser light having a light intensity of 11 W was emitted from each of the semiconductor laser elements 104-1 to 104-6, and a total of 66 W of laser light was incident on the optical fiber.
  • about 80 to 85% of the laser light was coupled to the optical fiber 112, and the output of the light emitted from the optical fiber 112 was adjusted to 50W.
  • the semiconductor laser module 1000 was continuously driven for 1 hour, whether or not the fixing agent 1014 was melted or damaged and the output of the laser light emitted from the optical fiber 112 was measured was measured.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining a method of measuring a region through which leakage light passes.
  • FIG. 12 with respect to the central axis X of the optical fiber extending in the waveguide direction of the optical fiber 112 in the major axis direction (vertical direction in the drawing) of the field of the laser light L incident on the optical fiber 112.
  • An angle (incident angle) formed by the laser light L incident on the optical fiber 112 is defined as an angle ⁇ in .
  • An angle formed outside the region where A passes through the fixing agent 1014 is an angle ⁇ a
  • an angle formed inside the region where light passes through the fixing agent 1014 is an angle ⁇ b .
  • Table 1 and FIG. 13 are diagrams showing the results of measuring the region through which leaked light passes.
  • Table 1 shows the number of each semiconductor laser module 1000 from the left, ⁇ in , ⁇ a , ⁇ b , and test results.
  • ⁇ a and ⁇ b were determined by measuring the positional relationship between the fixing agent 1014 and the optical fiber 112 and converting it to an angle.
  • ⁇ a case where the fixing agent 1014 is not damaged
  • X a case where the fixing agent 1014 is damaged
  • FIG. 13 for the results shown in Table 1, the horizontal axis represents the incident light angle ⁇ in , and the vertical axis represents the region sandwiched between ⁇ a and ⁇ b in each test, that is, the leakage light is the fixing agent 1014.
  • the area irradiated on the surface is illustrated.
  • the solid line indicates the case where the fixing agent 1014 corresponding to “ ⁇ ” in Table 1 is not damaged
  • the broken line indicates the case where the fixing agent 1014 corresponding to “X” in Table 1 is damaged.
  • the fixing agent 1014 is damaged when leakage light is irradiated even on a small part of the fixing agent 1014.
  • a region including even one case where the fixing agent 1014 is not damaged is a region where leakage light is sufficiently weak.
  • the area where the leakage light is sufficiently weak is obtained.
  • the fixed area where the leakage light is sufficiently weak is the condensing part side of the optical fiber 112.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram for explaining a region where leakage light is emitted.
  • the leaked light passage region through which the leaked light A passes is a region between the angle ⁇ 1 and the angle ⁇ 2 indicated by oblique lines.
  • weak enough space leaked light A includes an outer of the outer fixed area S2 of the angle theta 1, an inner fixed area S1 of the inner angle theta 2.
  • the outer fixed region S2 is a region having a large angle with respect to the central axis X of the optical fiber 112, and thus the leakage light A does not pass through.
  • the inner fixed region is a region having a small angle with respect to the central axis X of the optical fiber 112
  • the incident light is coupled to the optical fiber 112 and is not emitted as leakage light to the region.
  • Leaked light A does not pass. Therefore, by forming the fixing agent in at least one of the outer fixing region S2 and the inner fixing region S1, which is the fixing region, the leakage light applied to the fixing agent is sufficiently weakened so that the fixing agent does not melt or break. Can do.
  • a highly reliable semiconductor laser module can be realized even under extremely high output conditions such that the leaked light is 1 W or more, and further 10 W, and the effects of the present invention can be sufficiently exerted. .
  • the semiconductor laser module according to the example has the configuration of the semiconductor laser module 100 according to the first embodiment, and is different from the configuration of the experimental semiconductor laser module 1000 shown in FIG. 8, as shown in FIG.
  • the fixing agents 114a and 114b are formed in the outer fixing region S2 and the inner fixing region S1.
  • the output light intensity, focal length, material, etc. of each element are the same as in the case of an experimental semiconductor laser module.
  • a semiconductor laser module according to such an example was actually manufactured, and the output of the laser beam emitted from the optical fiber was set to 30 W, and continuous driving for 100 hours was performed. At this time, neither temperature increase nor coupling efficiency decrease as shown in FIG. 9 was observed. Therefore, it was proved that the semiconductor laser module according to the present example is a highly reliable semiconductor laser module even during high output operation.
  • the optical fiber holding unit 111 is configured to hold the optical fiber 112 using the fixing agent 114a and the fixing agent 114b, but only one of the fixing agent 114a and the fixing agent 114b is used. May be.
  • the configuration may be such that only the fixing agent 114b is provided without using the fixing agent 114a, the ferrule 111b is sandwiched between the pedestal 111a and the metal plate, and fixed with screws.
  • the fixing agent 114b may be arranged only in the inner fixing region S1.
  • the fixing agent 114b is not used, but only the fixing agent 114a is provided, and the inner periphery of the ferrule 111b and the outer periphery of the optical fiber 112 are processed with high accuracy, and the fixing agent 114b is not used.
  • a configuration in which the optical fiber 112 is not displaced may be employed. That is, the fixing agent 114a and the optical fiber 112 may be separated from each other, and the fixing agent 114a may be formed only in the outer fixing region S2.
  • region may be sufficient.
  • FIG. 15A is a schematic xz plan view of Modification 1 of the optical fiber holding portion.
  • This optical fiber holder 111A can be used in place of the optical fiber holder 111 of the semiconductor laser module 100 according to the first embodiment.
  • the optical fiber holding portion 111A includes a pedestal 111Aa and a fixing agent 114Ab.
  • the optical fiber holding portion 111A holds the optical fiber 112 by the fixing agent 114Ab bonding and fixing the optical fiber 112 to the base 111Aa.
  • the fixing agent 114Ab is made of the same material as the fixing agent 114b.
  • the semiconductor laser module 100 provided with the optical fiber holding portion 111A is a highly reliable semiconductor laser module even during high output operation.
  • a pedestal as shown below is suitable.
  • FIG. 15B, FIG. 15C, and FIG. 15D are diagrams showing modifications of the pedestal.
  • the width of the pedestal 111Aa is narrowed so that the fixing agent 114Ab is easily provided in the inner fixing region S1 and is difficult to protrude into the region through which the leaked light A passes.
  • a pedestal 111Ab1 shown in FIG. 15C is provided with grooves g1 on both sides of the fixing agent 114Ab so that the fixing agent 114Ab is easily provided in the inner fixing region S1 and is difficult to protrude into the region through which the leaked light A passes.
  • a pedestal 111Ab2 shown in FIG. 15D is provided with a groove g2 that accommodates the optical fiber 112. By disposing the optical fiber 112 and the fixing agent 114Ab in the groove g2, the fixing agent 114Ab can be easily provided in the inner fixing region S1. And it is made difficult to protrude into the area through which the leaked light A passes.
  • FIG. 16 is a schematic plan view of a semiconductor laser module according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 17 is a schematic partially cutaway view of the semiconductor laser module shown in FIG. 16 and 17, the upper lid of the package is not shown.
  • an LD height adjusting plate 102A, a submount 103, and a semiconductor laser element 104 are stacked in this order in a package 101A.
  • lead pins 105 are connected to the semiconductor laser module 100A.
  • the first lens 106, the second lens 107, the filter 108, and the third lens 109 are fixed in the package 101 in this order on the optical path of the laser beam output from the semiconductor laser element 104.
  • an optical fiber 112 fixed to the optical fiber holding portion 111 is fixed in the package 101 so as to face the third lens 109.
  • the package 101A is provided with an optical fiber insertion port 101Aa.
  • the optical fiber 112 is inserted into the optical fiber insertion port 101 ⁇ / b> Aa, and the optical fiber insertion port 101 ⁇ / b> Aa is sealed with an insertion portion fixing agent 113.
  • the package 101A corresponds to the package 101 of the semiconductor laser module 100 according to the first embodiment, and each optical element is fixed.
  • the LD height adjustment plate 102A corresponds to the LD height adjustment plate 102, is fixed in the package 101A, and adjusts the height of the semiconductor laser element 104.
  • the configuration and operation of the submount 103, the semiconductor laser element 104, the lead pin 105, the first lens 106, the second lens 107, the filter 108, the third lens 109, and the optical fiber holder 111 are the same as those of the semiconductor laser module according to the first embodiment. Since it has the same configuration and action as the corresponding elements in 100, description thereof is omitted.
  • this semiconductor laser module 100A The operation of this semiconductor laser module 100A will be described. First, a voltage is applied and current is injected from the lead pin 105 to the semiconductor laser element 104, and laser light is emitted from the semiconductor laser element 104 in the z direction. The laser light emitted from the semiconductor laser element 104 is converted into substantially parallel light by the first lens 106 and the second lens 107. The laser light that has been made substantially parallel light is condensed by the third lens 109 that is a condensing unit and coupled to the optical fiber 112. The laser beam coupled to the optical fiber 112 is guided to the outside of the semiconductor laser module 100A by the optical fiber 112 and output.
  • the semiconductor laser module 100A according to the second embodiment is a highly reliable semiconductor laser module even during high output operation.
  • the semiconductor laser module according to the modified example has a configuration in which the optical fiber holding unit 111 of the semiconductor laser module 100 is replaced with the optical fiber holding unit according to the modified example. Therefore, the optical fiber holding unit according to the modified example is mainly described below. Will be described. In addition, the optical fiber holding unit according to the modified example described below can be applied to a semiconductor laser module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a schematic xz plan view of an optical fiber holding unit according to Modification 2.
  • the ferrule 211b has a curved surface 211ba on the end surface on the laser light L incident side. And the ferrule 211b is being fixed on the base not shown by the fixing agent 214a. Further, the ferrule 211b is inserted through the optical fiber 112, and the ferrule 211b and the optical fiber 112 are fixed by a fixing agent 214b. As a result, the optical fiber holding unit 211 holds the optical fiber 112.
  • the fixing agents 214a and 214b are made of the same material as the fixing agents 114a and 114b, and are provided in the outer fixing region S2 and the inner fixing region S1, respectively.
  • the leakage light A generated from the laser light L is irradiated on the ferrule.
  • the end surface of the ferrule on the laser light L incident side is a plane perpendicular to the waveguide direction (center axis) of the optical fiber 112
  • the leakage light A is substantially perpendicular to the end surface on the laser light L incident side. Irradiated.
  • the end surface on the laser light L incident side of the ferrule 211b has the curved surface 211ba, so that the leakage light A is irradiated at an angle with respect to the curved surface 211ba.
  • the semiconductor laser module using the optical fiber holder 211 according to the second modification is a semiconductor laser module with higher reliability even during high output operation.
  • the end surface of the ferrule 211b on the incident side of the laser light L is not limited to the curved surface 211ba, and may be an inclined surface that is angled with respect to the incident direction of the leakage light A.
  • FIG. 19 is a schematic xz plan view of an optical fiber holding unit according to Modification 3.
  • the ferrule 311 b is made of zirconia or glass that is substantially transparent to the leakage light A. And the ferrule 311b is being fixed on the base not shown by the fixing agent 314a. Further, the ferrule 311b is inserted through the optical fiber 112, and the ferrule 311b and the optical fiber 112 are fixed by a fixing agent 314b. Thereby, the optical fiber holding unit 311 holds the optical fiber 112.
  • the fixing agents 314a and 314b are made of the same material as the fixing agents 114a and 114b, and are provided in the outer fixing region S2 and the inner fixing region S1, respectively.
  • the semiconductor laser module using the optical fiber holding unit 211 according to the third modification is a semiconductor laser module with higher reliability even during high output operation.
  • an antireflection film may be formed on the end surface of the ferrule 311b on the laser light L incident side. Good.
  • Modification 4 20 is a schematic xz plan view of an optical fiber holding unit according to Modification 4, and FIG. 21 is a cross-sectional view thereof.
  • a metal ferrule 411 b is directly fixed to a package 401 of the semiconductor laser module.
  • the optical fiber 112 is fixed to the ferrule 411b with a fixing agent (not shown).
  • the optical fiber holding part according to the modification 4 has a configuration that does not use a pedestal.
  • fixing agent 414a, 414b consists of the material similar to fixing agent 114a, 114b, and is provided in the penetration hole of the ferrule 411b in the outer side fixation area
  • the ferrule 411b may be fixed to the package 401 by a fixing agent 414a, but may be fixed to the package 401 by a mechanical fixing method such as a screw. Further, since the optical fiber 112 can be fixed to the ferrule 411b with a small amount of the fixing agent 414b, the fixing agent 414b can be easily formed in the outer fixing area or the inner fixing area. As a result, the leakage light applied to the fixing agents 414a and 414b is sufficiently weak, and the fixing agent can be prevented from melting or breaking.
  • FIG. 22 is a schematic plan view of a semiconductor laser module according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 23 is a schematic partially cutaway view of the semiconductor laser module shown in FIG.
  • the semiconductor laser module 100B according to the third embodiment has a configuration in which the optical fiber holding unit 111 is replaced with the optical fiber holding unit 111B in the semiconductor laser module 100 according to the first embodiment. Have.
  • the optical fiber holding portion 111B includes a pedestal 111Ba having a groove 111Baa extending along the z direction that is the waveguide direction of the optical fiber 112.
  • the optical fiber 112 is fixed in the groove 111Baa by a fixing agent 114B.
  • the width of the groove 111Baa is sufficiently narrow so that the fixing agent 114B can be accommodated in the inner fixing region S1 with respect to the leakage light A.
  • the fixing agent 114B is provided in the inner fixing region S1, and the leakage light A is not irradiated to the fixing agent 114B.
  • the semiconductor laser module 100B according to the third embodiment is a highly reliable semiconductor laser module even during high output operation.
  • the effect of the present invention can also be obtained by forming the fixing agent in the inner fixing region or the outer fixing region with a structure that suppresses the spread of the fixing agent.
  • the fixing agent contracts with hardening after adhesion, and the optical fiber may be displaced. If the optical fiber is displaced, the coupling efficiency is deteriorated, which is not preferable.
  • the optical fiber 112 is fixed by the base 111Ba having the groove 111Baa.
  • the fixing agent 114B is injected into the groove 111Baa, the shrinkage accompanying the hardening of the fixing agent 114B isotropically occurs in the cross-sectional direction (xy in-plane direction) of the optical fiber 112, so that the optical fiber 112 does not shift.
  • the semiconductor laser module 100B according to the third embodiment has a configuration in which the shift of the optical fiber 112 due to the curing of the fixing agent 114B is also suppressed.
  • FIG. 25 is a schematic yz sectional view of an optical fiber holding unit according to Modification 5.
  • the optical fiber holding unit 611 according to the fifth modification example includes an optical fiber fixing member 611b that is a holding member including an optical fiber fixing member 611ba and an optical fiber fixing member 611bb, and a fixing agent 614.
  • the optical fiber fixing member 611ba and the optical fiber fixing member 611bb are preferably not melted by the uncoupled light or leakage light of the laser light, and are made of a flame retardant material or have an optical absorptance of 30% or less with respect to the laser light. Preferably there is.
  • the optical fiber fixing member 611ba and the optical fiber fixing member 611bb are made of, for example, glass having a heat resistant temperature of 1000 ° C. or higher, or ceramic.
  • the optical fiber fixing member 611b it is preferable to use a member having a heat resistant temperature of 500 ° C. or higher.
  • the reflectance on the third lens 109 side is 70% or more at the wavelength of the laser light. More preferably, it may be configured to include 90% or more of a reflective film.
  • the reflective film is made of, for example, a metal film or a dielectric multilayer film.
  • the fixing agent 614 is made of, for example, an organic adhesive such as a UV curable resin or a thermosetting resin, solder, low-melting glass, or an inorganic adhesive, and an epoxy resin or a urethane-based resin is used for ease of handling.
  • an optical fiber fixing member 611ba having a pedestal function is fixed in the package 101. Then, the fixing agent 614 bonds the optical fiber fixing member 611ba and the optical fiber fixing member 611bb, so that the optical fiber fixing member 611ba and the optical fiber fixing member 611bb sandwich the optical fiber 112 from above and below and press it. Fix it. Accordingly, the optical fiber holding unit 611 holds the optical fiber 112 fixedly.
  • the fixing agent 614 and the optical fiber 112 are not in direct contact with each other and are separated. Due to this separation, the fixing agent 614 is located farther from the optical fiber 112 than the region close to the optical fiber 112 where the intensity of leaked light from the optical fiber 112 is strong, and corresponds to the outer fixed region through which leaked light does not pass. Arranged in the area. Thereby, the leaking light is not irradiated on the fixing agent 614, and the fixing agent 614 is not melted or broken. Therefore, the semiconductor laser module using the optical fiber holding unit 611 according to the fifth modification is a semiconductor laser module with higher reliability even during high output operation.
  • FIG. 26 is a schematic xy sectional view of an optical fiber holding unit according to Modification 6.
  • FIG. 27 is a schematic xz plan view of an optical fiber holding unit according to Modification 6.
  • the optical fiber holding unit 711 according to the sixth modification includes an optical fiber fixing member 711b that is a holding member including three optical fiber fixing members 711ba, 711bb, and 711bc, and a fixing agent 714.
  • an optical fiber fixing member 711bb and an optical fiber fixing member 711bc are arranged side by side in the waveguide direction of the optical fiber 112 on the optical fiber fixing member 711ba.
  • the optical fiber fixing member 711b and the fixing agent 714 are made of the same material as the optical fiber fixing member 611b and the fixing agent 614, respectively.
  • an optical fiber fixing member 711ba having a pedestal function is fixed in the package.
  • the fixing agent 714 bonds the optical fiber fixing member 711ba, the optical fiber fixing member 711bb, and the optical fiber fixing member 711bb, thereby fixing the optical fiber fixing member 711ba, the optical fiber fixing member 711bb, and the optical fiber fixing.
  • the member 711bb sandwiches the optical fiber 112 from three directions and presses and fixes it. Thereby, the optical fiber holding unit 711 fixes and holds the optical fiber 112.
  • the structure which consists of three or more members may be sufficient as an optical fiber fixing member.
  • the fixing agent 714 is not in direct contact with the optical fiber 112 but is separated from the optical fiber 112, and in the outer fixing region where the leakage light does not pass at a position farther from the optical fiber 112 than the region through which the leakage light from the optical fiber 112 passes. It is arranged in the corresponding area. As a result, leakage light is not applied to the fixing agent 714, and the fixing agent 714 is not melted or broken. Therefore, the semiconductor laser module using the optical fiber holding portion 711 according to the sixth modification is a semiconductor laser module with higher reliability even during high output operation.
  • FIG. 28 is a schematic xy sectional view of an optical fiber holding unit according to Modification 7.
  • an optical fiber holding unit 611A according to Modification 7 is obtained by replacing the optical fiber fixing member 611b with an optical fiber fixing member 611Ab in the optical fiber holding part 611 of Modification 5.
  • the optical fiber fixing member 611Ab is obtained by replacing the optical fiber fixing member 611ba, which also has a pedestal function in the optical fiber fixing member 611b, with an optical fiber fixing member 611Aba.
  • the optical fiber fixing member 611Aba includes a V-shaped optical fiber fixing groove G1 extending along the z direction, which is the direction in which the optical fiber 112 extends.
  • the optical fiber fixing member 611Aba and the optical fiber fixing member 611bb sandwich and press and fix the optical fiber 112 by adhesion with the fixing agent 614.
  • the optical fiber fixing member 611Aba includes the optical fiber fixing groove G1, so that a part of the optical fiber 112 is accommodated in the optical fiber fixing groove G1, and is not easily displaced in the x direction. Has been. Accordingly, the optical fiber holding unit 611A fixes and holds the optical fiber 112.
  • the fixing agent 614 is not in direct contact with the optical fiber 112 but is separated from the optical fiber 112, and further away from the optical fiber 112 than the region through which light leaked from the optical fiber 112 passes. It arrange
  • the optical fiber fixing groove G1 only needs to be configured to suppress the deviation of the optical fiber 112 in the x direction. There may be.
  • FIG. 29 is a schematic xy sectional view of an optical fiber holding unit according to Modification 8.
  • the optical fiber holding unit 611B according to the present modification 8 is obtained by replacing the optical fiber fixing member 611b with the optical fiber fixing member 611Bb in the optical fiber holding unit 611 of the modification 5.
  • the optical fiber fixing member 611Bb is obtained by replacing the optical fiber fixing member 611ba, which also has a pedestal function in the optical fiber fixing member 611b, with an optical fiber fixing member 611Bba.
  • the optical fiber fixing member 611Bba includes a V-shaped optical fiber fixing groove G1 extending along the z direction, which is the direction in which the optical fiber 112 extends, and a flow retaining groove G2 that is a flow retaining section that retains the flow of the fixing agent 614.
  • the flow retaining groove G ⁇ b> 2 is formed so as to be interposed between the optical fiber 112 and the fixing agent 614.
  • the optical fiber fixing member 611Bba and the optical fiber fixing member 611bb sandwich the optical fiber 112 and are fixed by being bonded by the fixing agent 614, similarly to the optical fiber holding portion 611A. Furthermore, a part of the optical fiber 112 is accommodated in the optical fiber fixing groove G1, and is configured to be difficult to shift in the x direction. Thus, the optical fiber holding unit 611B fixes and holds the optical fiber 112. Further, in the optical fiber holding portion 611B, the flow retaining groove G2 is formed, so that when the optical fiber holding portion 611B is assembled, the fixing agent 614, for example, a resin flows before curing, and the optical fiber. 112 is prevented from touching.
  • the flow retaining groove G2 prevents the fixing agent 614 from flowing into a region through which leaked light passes before being cured. As a result, the fixing agent 614 can be more reliably formed so as not to be in direct contact with the optical fiber 112 but to be separated. As a result, no leakage light is applied to the fixing agent 614, and the fixing agent 614 is not melted or broken. Therefore, the semiconductor laser module using the optical fiber holding portion 611B according to the present modification 8 is a semiconductor laser module with higher reliability even during high output operation.
  • the flow retaining groove G2 as the flow retaining portion may have a configuration capable of retaining the flow of the fixing agent 614. Furthermore, the flow retaining portion is not limited to the groove, and may be, for example, a protrusion or an inclination.
  • FIG. 30 is a schematic xy sectional view of an optical fiber holding unit according to Modification 9.
  • FIG. 31 is a schematic xz plan view of an optical fiber holding unit according to Modification 9.
  • the optical fiber holding portion 811 according to the modification 9 includes an optical fiber fixing member 811 b that is a holding member including optical fiber fixing members 811 ba and 811 bb, and a fixing agent 814.
  • the optical fiber fixing member 811b and the fixing agent 814 are made of the same material as the optical fiber fixing member 611b and the fixing agent 614, respectively.
  • an optical fiber fixing member 811ba that also has a pedestal function is fixed in the package. Then, an optical fiber fixing member 811bb having a U-shaped groove is fitted into the optical fiber fixing member 811ba, and the fixing agent 814 bonds the optical fiber fixing member 811ba and the optical fiber fixing member 811bb, thereby providing an optical fiber.
  • the fixing member 811ba and the optical fiber fixing member 811bb sandwich the optical fiber 112 and press to fix it.
  • the optical fiber fixing member 811bb is shaped so as to cover the optical fiber 112, the optical fiber 112 is configured not to easily shift in each direction in the xy direction. Thereby, the optical fiber holding unit 811 holds the optical fiber 112 fixedly.
  • the fixing agent 814 is not in direct contact with the optical fiber 112 but is spaced apart, and in an outer fixed region where leakage light does not pass at a position farther from the optical fiber 112 than a region through which leakage light from the optical fiber 112 passes. It is arranged in the corresponding area. As a result, leakage light is not applied to the fixing agent 814, and the fixing agent 814 is not melted or broken. Therefore, the semiconductor laser module using the optical fiber holding portion 811 according to the ninth modification is a semiconductor laser module with higher reliability even during high output operation. As described above, the optical fiber fixing member can have various shapes for fixing the optical fiber 112.
  • the fixing agent is not limited to resin, and may be a fixing portion using various fixing methods such as screws, clips, tapes, and the like. Even in such a fixed portion, when leakage light is irradiated, there is a possibility that coupling loss may increase due to deformation due to melting or deterioration, deformation due to thermal expansion, or damage. Therefore, according to the present invention, a highly reliable semiconductor laser module can be realized even during a high output operation by forming the fixing portion in a fixing area including the inner fixing area and the outer fixing area.
  • the semiconductor laser module according to the present invention is suitable mainly for use in a high-power semiconductor laser module.

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Abstract

　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が入射され、該レーザ光を導波する光ファイバと、前記光ファイバを固定するための固定剤を有し、前記光ファイバを保持する光ファイバ保持部と、を備え、前記固定剤は、前記光ファイバに入射された後に該光ファイバの外部に放出される漏れ光の強度が低い領域に設けられている半導体レーザモジュール。これにより、高出力動作時においても信頼性の高い半導体レーザモジュールが提供される。

Description

半導体レーザモジュール
　本発明は、半導体レーザモジュールに関するものである。
　従来、光ファイバからレーザ光を出力する半導体レーザモジュールにおいて、半導体レーザ素子から出射されるレーザ光を、レンズ等の集光部によって集光し、集光部によって集光されたレーザ光を光ファイバに結合する構成が知られている（例えば特許文献１参照）。
　この場合、光ファイバは、ＵＶ硬化樹脂や熱硬化樹脂等の有機接着剤、または、ＹＡＧレーザや電熱ヒーターによって溶融させたはんだや低融点ガラス、無機接着剤等の固定剤によって、光ファイバ保持部等の上に固定されている（例えば特許文献２参照）。
特開２００４－９６０８８号公報 特開２００７－２５８４８０号公報
　ところが、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を光ファイバに結合しようとする場合、レーザ光を光ファイバに１００％結合することは困難であるため、光ファイバに結合しない非結合光が発生する。この非結合光は、光ファイバを固定している固定剤に照射される場合がある。
　ここで、レーザ加工の分野や医療分野で使用される半導体レーザモジュールは、半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の強度が非常に大きいので、非結合光の強度も大きくなる。例えば、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光の光ファイバへの結合効率が８５％の場合、光ファイバからの光出力強度として５６Ｗを得ようとすると、１０Ｗ程度の非結合光が発生することとなる。このように強度が大きい非結合光が固定剤に照射されると、固定剤が溶融または破損する場合がある。
　このように固定剤が溶融または破損すると、光ファイバはその固定位置からずれてしまうおそれがある。この場合、最初に光ファイバが半導体レーザ素子との結合効率が最大の位置になるように固定されていたとしても、固定剤の溶融または破損により結合ロスが増大するため、半導体レーザモジュールの信頼性が低下するおそれがある。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高出力動作時においても信頼性の高い半導体レーザモジュールを提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールは、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が入射され、該レーザ光を導波する光ファイバと、前記光ファイバを固定するための固定剤を有し、前記光ファイバを保持する光ファイバ保持部と、を備え、前記固定剤は、前記光ファイバに入射された後に該光ファイバの外部に放出される漏れ光の強度が低い領域に設けられていることを特徴とする。
　本発明によれば、高出力動作時においても信頼性の高い半導体レーザモジュールを実現することができる。
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体レーザモジュールの模式的な平面図である。 図２は、図１に示す半導体レーザモジュールの模式的な一部切欠図である。 図３は、図１に示す半導体レーザモジュールの光ファイバ保持部を拡大した模式的なｘ－ｚ平面図である。 図４は、図１に示す半導体レーザモジュールの光ファイバ保持部を拡大した模式的なｙ－ｚ平面図である。 図５は、レーザ光が光ファイバに結合される際に発生する漏れ光について説明するための説明図である。 図６は、図１に示す半導体レーザモジュールの光ファイバ保持部における漏れ光を示す図である。 図７は、フェルールの変形例を示す図である。 図８は、実験用の半導体レーザモジュールを説明する図である。 図９は、駆動電流と、結合効率および固定剤の温度との関係を表す図である。 図１０は、光ファイバのレンズ側の先端から３ｍｍの位置における漏れ光の強度分布をシミュレーションした結果を表す模式図である。 図１１は、図９のＡ－Ａ線断面における光強度を表す図である。 図１２は、漏れ光が通過する領域を測定する方法を説明するための図である。 図１３は、漏れ光が通過する領域を測定した結果を表す図である。 図１４は、漏れ光が放射される領域を説明するための説明図である。 図１５Ａは、光ファイバ保持部の変形例１の模式的なｘ－ｚ平面図である。 図１５Ｂは、台座の変形例を示す図である。 図１５Ｃは、台座の変形例を示す図である。 図１５Ｄは、台座の変形例を示す図である。 図１６は、本発明の実施の形態２に係る半導体レーザモジュールの模式的な平面図である。 図１７は、図１６に示す半導体レーザモジュールの模式的な一部切欠図である。 図１８は、変形例２に係る光ファイバ保持部の模式的なｘ－ｚ平面図である。 図１９は、変形例３に係る光ファイバ保持部の模式的なｘ－ｚ平面図である。 図２０は、変形例４に係る光ファイバ保持部の模式的なｙ－ｚ平面図である。 図２１は、変形例４に係る光ファイバ保持部の模式的なｙ－ｚ断面図である。 図２２は、本発明の実施の形態３に係る半導体レーザモジュールの模式的な平面図である。 図２３は、図２２に示す半導体レーザモジュールの模式的な一部切欠図である。 図２４は、図２２に示す光ファイバ保持部のＢ－Ｂ線断面図である。 図２５は、変形例５に係る光ファイバ保持部の模式的なｙ－ｚ断面図である。 図２６は、変形例６に係る光ファイバ保持部の模式的なｘ－ｙ断面図である。 図２７は、変形例６に係る光ファイバ保持部の模式的なｘ－ｚ平面図である。 図２８は、変形例７に係る光ファイバ保持部の模式的なｘ－ｙ断面図である。 図２９は、変形例８に係る光ファイバ保持部の模式的なｘ－ｙ断面図である。 図３０は、変形例９に係る光ファイバ保持部の模式的なｘ－ｙ断面図である。 図３１は、変形例９に係る光ファイバ保持部の模式的なｘ－ｚ平面図である。
　以下に、図面を参照して本発明に係る半導体レーザモジュールの実施の形態を説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
（実施の形態１）
　まず、本発明の実施の形態１に係る半導体レーザモジュールについて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体レーザモジュールの模式的な平面図である。また、図２は、図１に示す半導体レーザモジュールの模式的な一部切欠図である。なお、以下の各図において、光ファイバの導波方向をｚ方向とし、ｚ方向に直交する方向のうち水平方向をｘ方向、鉛直方向をｙ方向とし、各方向は適宜各図に記載した。また、図１、２では、パッケージの上蓋は図示を省略している。図１、２に示すように、半導体レーザモジュール１００は、パッケージ１０１内に、ＬＤ高さ調整板１０２、サブマウント１０３－１～１０３－６、半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６が、この順に積載され、固定されている。また、半導体レーザモジュール１００には、リードピン１０５が接続されている。また、半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６に対応して、第１レンズ１０６－１～１０６－６、第２レンズ１０７－１～１０７－６、ミラー１５０－１～１５０－６が－ｘ方向に沿ってこの順番で配置されている。また、パッケージ１０１内には、ｚ方向に沿って、フィルタ１０８、第３レンズ１０９、光ファイバ保持部１１１がこの順番で配置されている。光ファイバ保持部１１１には光ファイバ１１２が固定されている。この光ファイバ１１２はパッケージ１０１の外部に伸びている。
　ＬＤ高さ調整板１０２は、パッケージ１０１内に固定されおり、図２に示すように段差が形成されている。サブマウント１０３－１～１０３－６は、ＬＤ高さ調整板１０２上に固定され、それぞれ半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６を載置するとともに、載置された半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６の放熱を補助する。半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６は、例えば波長が９００ｎｍ～１０００ｎｍのレーザ光を出射する。半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６は、出射するレーザ光の強度が１Ｗ以上であり、さらには例えば１０Ｗ以上の高出力な半導体レーザ素子である。リードピン１０５は、半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６に対して、電圧を印加し、電流を注入する。印加する電圧は一定でもよく、変調電圧でもよい。
　半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６は、ＬＤ高さ調整板１０２の段差によって互いに高さが異なるように配置されている。また、第１レンズ１０６－１～１０６－６、第２レンズ１０７－１～１０７－６、ミラー１５０－１～１５０－６は、それぞれ対応する１つの半導体レーザ素子と同じ段差上に配置されている。
　第１レンズ１０６－１～１０６－６は光をｙ方向に集光するシリンドリカルレンズであって、その焦点距離は、例えば０．３ｍｍである。第２レンズ１０７－１～１０７－６は、第１レンズ１０６－１～１０６－６とは直交する方向であるｘ方向に光を集光するシリンドリカルレンズであって、その焦点距離は、例えば１０．５ｍｍである。第１レンズ１０６－１～１０６－６および第２レンズ１０７－１～１０７－６は半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６が出射したレーザ光をそれぞれ集光する。ミラー１５０－１～１５０－６は、第１レンズ１０６－１～１０６－６および第２レンズ１０７－１～１０７－６により集光されたレーザ光をフィルタ１０８側に反射する。
　フィルタ１０８は、半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６が出射するレーザ光に対応して９００ｎｍ～１０００ｎｍの波長の光を透過し、外部から入射する余分な光、たとえば波長１０６０ｎｍ～１０８０ｎｍの光を反射するローパスフィルタである。第３レンズ１０９は、透過されたレーザ光を光ファイバ１１２の端面に集光し、光ファイバ１１２に結合させる。第３レンズ１０９の焦点距離は、例えば１０ｍｍである。光ファイバ１１２は、レーザ光が入射され、該レーザ光を導波する。光ファイバ１１２は、例えば、コア径が１０５μｍのマルチモード光ファイバであってよいが、シングルモード光ファイバであってもよい。
　光ファイバ保持部１１１は、第３レンズ１０９により集光されたレーザ光と光ファイバ１１２との結合効率が最大となる位置に、光ファイバ１１２を固定している。
　つぎに、この半導体レーザモジュール１００の動作を説明する。まず、リードピン１０５から、各半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６に、電圧が印加されるとともに電流が注入され、各半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６からレーザ光が－ｘ方向に出射される。各半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６から出射されたレーザ光は、それぞれ各第１レンズ１０６－１～１０６－６および各第２レンズ１０７－１～１０７－６によって、略平行光とされる。具体的には、各半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６から出射されたレーザ光は、各第１レンズ１０６－１～１０６－６によって、ｙ方向について広がりを抑えられ、ｙ方向に略平行光とされる。つぎに、レーザ光は、各第２レンズ１０７－１～１０７－６によって、ｘ方向について広がりを抑えられ、ｘ方向に略平行光とされる。
　略平行光とされたレーザ光は、ミラー１５０－１～１５０－６によって反射される。ここで、各半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６は、図２のとおり、段差により高さが互いに異なるように配置されている。そのため、レーザ光は、同様に段差により高さが互いに異なるように配置されたミラー１５０－１～１５０－６のうち、対応する半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６と同じ高さに配置された１つのミラーによって反射され、光ファイバ１１２の導波方向であるｚ方向に平行となるように反射される。これによって、各半導体レーザ素子から出力されたレーザ光は、ミラー１５０－１～１５０－６のうち、その光路上に形成された１つのミラーによって反射され、該ミラー以外のミラーを通過することはない。このような段差構造によって、レーザ光に不要な損失が生じることを防いでいる。
　つぎに、レーザ光は、集光部である第３レンズ１０９によって集光され、光ファイバ１１２に結合される。光ファイバ１１２に結合したレーザ光は、光ファイバ１１２によって、半導体レーザモジュール１００の外部に導波され、出力される。なお、フィルタ１０８は、外部から入る余計な光をカットするためのものであり、省略してもよい。
　つぎに、光ファイバ保持部１１１の構成について説明する。図３は、図１に示す半導体レーザモジュールの光ファイバ保持部を拡大した模式的なｘ－ｚ平面図である。図４は、図１に示す半導体レーザモジュールの光ファイバ保持部を拡大した模式的なｙ－ｚ平面図である。
　図３、４に示すように、光ファイバ保持部１１１は、台座１１１ａと保持部材であるフェルール１１１ｂと固定剤１１４ａ、１１４ｂとを備える。台座１１１ａは、パッケージ１０１に固定されている。フェルール１１１ｂは、固定剤１１４ａによって、台座１１１ａ上に固定されている。フェルール１１１ｂには、光ファイバ１１２が挿通され、フェルール１１１ｂと光ファイバ１１２とが固定剤１１４ｂによって固定されている。これによって、光ファイバ保持部１１１は、光ファイバ１１２を保持する。また、光ファイバ１１２は、コア１１２ａと、クラッド１１２ｂとを備えており、第３レンズ１０９に面する側にレーザ光が入射される光入射側の端部１１２ｃを有する。
　フェルール１１１ｂは、後述するレーザ光の非結合光によって溶融しないことが好ましく、難燃性の材料からなる、または、レーザ光に対する光吸収率が３０％以下であることが好ましい。このような材料として、フェルール１１１ｂは、耐熱温度が５００℃以上のものを用いることが好ましく、例えば、耐熱温度が１０００℃以上である金属、ガラス、または、セラミックからなる。また、フェルール１１１ｂは、レーザ光によって溶融しないために、第３レンズ１０９側（端部１１２ｃ側）に、レーザ光の波長において、反射率が７０％以上、より好ましくは９０％以上の反射膜を備える構成であってもよい。このような材料として、反射膜は、例えば、金属膜、または、誘電体多層膜からなる。また、後述するように、フェルール１１１ｂの第３レンズ１０９側の端面を含む外表面を金属等で覆う構成としてもよい。また、固定剤１１４ａおよび固定剤１１４ｂは、例えば、ＵＶ硬化樹脂や熱硬化樹脂等の有機接着剤、はんだ、低融点ガラス、無機接着剤によって構成され、取り扱い易さからエポキシ樹脂やウレタン系の樹脂が好適に用いられる。なお、エポキシ樹脂やウレタン系の樹脂の耐熱温度は１００℃程度である。
　ここで、レーザ光は、集光部である第３レンズ１０９によって集光され、光ファイバ１１２に結合されるが、その一部は光ファイバ１１２に結合されず、非結合光となる。非結合光が発生する原因として、第３レンズ１０９が集光したレーザ光のスポット径が、光ファイバ１１２のコア径より大きく、レーザ光の一部が光ファイバ１１２のコア１１２ａに導入されない場合と、レーザ光が光ファイバ１１２のコア１１２ａに導入されたが、コア１１２ａとクラッド１１２ｂとの界面にて全反射されずに光ファイバ１１２の側面から漏れ光として放出される場合とがある。なお、本実施の形態１に係る半導体レーザモジュール１００においては、光ファイバ１１２のコア径は１０５μｍであり、第３レンズ１０９が集光するレーザ光のフィールドは楕円形が６つ重ねられた形状であり、楕円形の長径が１００μｍ、短径が３０μｍ程度である。したがって、光ファイバ１１２のコア径よりも、第３レンズ１０９が集光するレーザ光のスポット径が小さいので、非結合光は主に漏れ光によると考えられる。
　図５は、レーザ光が光ファイバに結合される際に発生する漏れ光について説明するための説明図である。図５に示すように、紙面左側から第３レンズ１０９に入射されたレーザ光Ｌは、第３レンズ１０９によって集光され、光ファイバ１１２のコア１１２ａに導入される。導入されたレーザ光のうち、レーザ光Ｌ０は、光ファイバ１１２に結合され、コア１１２ａの中心を導波する。レーザ光Ｌ１は、コア１１２ａのクラッド１１２ｂとの境界において全反射され、光ファイバ１１２に結合される。しかしながら、レーザ光Ｌ２およびレーザ光Ｌ３のように、コア１１２ａのクラッド１１２ｂとの境界において反射せず、コア１１２ａに閉じ込められずに、光ファイバ１１２の外部に放出され、漏れ光となるレーザ光もある。レーザ光Ｌ２、Ｌ３のような漏れ光を漏れ光Ａで表し、漏れ光Ａが通過する領域を漏れ光通過領域とする。なお、図５において、実際にはレーザ光Ｌ０～Ｌ３は、各光路上の各界面において屈折するが、説明の簡略化のため、各光路を直線とした。
　したがって、光ファイバ１１２の導波方向に対して十分角度が小さく、入射したレーザ光が光ファイバ１１２に結合される領域は、光ファイバ１１２の外部に漏れ光Ａがほとんど放出されず、漏れ光が十分弱い。この領域を内側固定領域Ｓ１とする。また、光ファイバ１１２の導波方向に対して十分角度が大きい領域も漏れ光が十分弱い。この領域を外側固定領域Ｓ２とする。このように、漏れ光が十分弱い、すなわち漏れ光の強度が低い領域である固定領域は、内側固定領域と外側固定領域とからなる。
　なお、ここで漏れ光が十分弱いとは、ｘ-ｙ面における漏れ光の強度が１３０Ｗ／ｍｍ２より小さく、さらに好ましくは、１００Ｗ／ｍｍ２より小さい領域を指す。
　また、光ファイバ１１２に入射される光のフィールドが楕円形である場合、その長軸方向（光のフィールドにおける最も直径が長くなる方向）に対して漏れ光の強度が強くなる。なお、半導体レーザ素子の数が多くなるとフィールドの短軸方向と長軸方向の直径が同程度あるいは、短軸方向の方が長くなることも考えられる。しかしながら、短軸方向の直径は、半導体レーザ素子の駆動電流が変化してもほとんど変化しないため、適正な設計を行うことで漏れ光の強度を充分小さくできる。一方、長軸方向の直径は半導体レーザ素子の駆動電流が変化すると変化する場合があるため、半導体レーザ素子の数が多い場合においても、長軸方向に対して漏れ光の強度を考慮する必要がある。
　このように発生した漏れ光が、樹脂やはんだ等からなる固定剤に照射されると、固定剤が溶融または破損する場合がある。このような現象は、例えば、出力が１Ｗ以上であるような高出力の半導体レーザモジュールで生じやすい。さらに、半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６が高出力であるほど、漏れ光の光強度も増大するため、固定剤の溶融または破損が生じやすくなる。
　これに対して、本実施の形態１に係る半導体レーザモジュール１００においては、図６に示すように、光ファイバ１１２に入射されるレーザ光Ｌの光のフィールドの楕円形の長軸方向に相当するｘ軸方向において、漏れ光Ａが通過する漏れ光通過領域に対して固定剤１１４ａが外側固定領域Ｓ２に形成され、固定剤１１４ｂが内側固定領域Ｓ１に形成されている。さらには、漏れ光Ａはフェルール１１１ｂのレーザ光Ｌ入射側の端面により反射される。これによって、固定剤１１４ａおよび固定剤１１４ｂに照射される漏れ光が十分弱く、固定剤１１４ａおよび固定剤１１４ｂが溶融または破損することはない。したがって、本実施の形態１に係る半導体レーザモジュール１００は、高出力動作時においても信頼性の高い半導体レーザモジュールとなる。なお、半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６が、例えば、合計で１０Ｗ以上の高出力である場合、漏れ光の強度が１３０Ｗ／ｍｍ２以上になることがあり、固定剤に漏れ光が照射されると溶融または破損が生じることがあり、さらには半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６が、例えば、合計で３０Ｗ以上の高出力である場合、漏れ光の強度が１３０Ｗ／ｍｍ２以上になりやすくなるので、本実施の形態１による固定剤１１４ａおよび固定剤１１４ｂが溶融または破損することを防止する効果がより顕著となる。
　図７は、フェルールの変形例を示す図である。このフェルール１１１ｃは、前述のように、ガラスからなるフェルール本体１１１ｃａと、フェルール本体１１１ｃａのレーザ光Ｌ入射側の端面を含む外表面を覆う、パイプ状の金属からなる保護体１１１ｃｂとを備えるものである。光ファイバ１１２は固定剤１１４ｂによりフェルール本体１１１ｃａの挿通孔内部に接着されている。この構成を有するフェルール１１１ｃでは、非結合光である漏れ光Ａはフェルール１１１ｃのレーザ光Ｌ入射側の端面を構成する保護体１１１ｃｂにより反射されるので、固定剤１１４ｂに照射される漏れ光が十分弱く、殆ど照射されなくなる。また、ガラスからなるフェルール本体１１１ｃａは、たとえば金属フェルールよりも精度良く作製できる。そのため、光ファイバ１１２の挿通孔も精度良く作製できるので、光ファイバ１１２と挿通孔との間の隙間を狭くできる。その結果、使用する固定剤１１４ｂの量を制限できる。また、フェルール本体１１１ｃａの外表面を金属からなる保護体１１１ｃｂで覆う構成としているので、漏れ光Ａがフェルール１１１ｃに照射されることにより発生する熱を放熱する構造を取り付け易いという効果もある。
　以下に漏れ光が十分弱い領域である固定領域について、さらに詳細に説明する。
　以下に説明に使用する実験用の半導体レーザモジュール１０００は、図８に示すように、実施の形態１に係る半導体レーザモジュールにおいて、フェルールを用いず、光ファイバ１１２を平面状の台座１０１１ａに直接固定剤１０１４で固定した光ファイバ保持部１０１１を有する構成であり、それ以外の構成は半導体レーザモジュール１００と同一である。
　まず、６つの半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６から出射されるレーザ光の出力は、各素子において最大で１１Ｗとした。各半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６から出射されるレーザ光の波長は、同一であり、９１５ｎｍとした。各第１レンズ１０６－１～１０６－６の焦点距離は０．３ｍｍ、各第２レンズ１０７－１～１０７－６の焦点距離は１０．５ｍｍ、第３レンズ１０９の焦点距離は１０ｍｍとした。また、光ファイバ１１２は、コア径が１０５μｍ、ＮＡが０．１５のマルチモード光ファイバとした。そして、固定剤１０１４は、エポキシ樹脂とした。固定剤１０１４は、光ファイバ１１２からの漏れ光が照射される、漏れ光強度が強い領域である先端から３ｍｍの位置に設けた。
　はじめに、本半導体レーザモジュール１０００において、駆動電流を上げ、半導体レーザモジュール１０００の出力を上げると、光ファイバ１１２とレーザ光との結合効率と固定剤１０１４の温度とがどのように変化するかを測定した。図９は、駆動電流と、結合効率および固定剤の温度との関係を表す図である。図９に示すように、駆動電流を上げると、結合効率が下がり、固定剤の温度が上がる。これは、駆動電流を上げると、漏れ光の光強度も増大し、固定剤であるエポキシ樹脂が高温となることによって軟化および変形し、結合効率が下がるためと考えられる。例えば、駆動電流を１２Ａとした場合には、結合効率は約８０％まで減少し、固定剤の温度は１００℃以上となる。ここで、エポキシ樹脂やウレタン系の樹脂は、１００℃程度で溶融するため、固定剤が溶融する場合がある。
　ここで、例えば、各半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６から光強度が１１Ｗずつのレーザ光が出射され、計６６Ｗのレーザ光が光ファイバ１１２に入射される場合、結合効率は８５％となる。つまり、レーザ光のうち、５６Ｗが光ファイバ１１２に結合し、残りの約１０Ｗが非結合光である漏れ光として、光ファイバ１１２の側面から放出されていることとなる。このように、半導体レーザモジュールが高出力であると、漏れ光の強度も非常に大きくなる。このような条件下で半導体レーザモジュールを使用すると、信頼性が著しく損なわれることとなる。
　このような著しい信頼性の低下は、固定剤１０１４が設けられている位置における漏れ光の強度が１３０Ｗ／ｍｍ２以上となる場合に生じやすい。光ファイバ１１２に入射されるレーザ光の強度が１０Ｗ以上の場合に、このような問題が生じる場合があり、特に３０Ｗ以上の場合には、漏れ光の強度が１３０Ｗ／ｍｍ２以上となりやすい。
　つぎに、漏れ光が光ファイバ１１２の側面から放出された後、どのような領域を通過するかをシミュレーションした。図１０は、光ファイバ１１２のレンズ（第３レンズ１０９）側の先端（すなわち光入射側端部）から３ｍｍの位置における漏れ光の強度分布をシミュレーションした結果を表す模式図である。図１０は、結合効率が９６％、非結合光の強度が０．１５Ｗにおける漏れ光の強度分布をシミュレーションした結果である。図１０の一辺の長さは２ｍｍであり、光ファイバ１１２は図の中心に配置されている。図中の白い部分が、光強度の強い部分を示す。ここで、図１０には、紙面左右方向、すなわちｘ方向に漏れ光の強度が強い領域があり、一方で、紙面上下方向、すなわちｙ方向に漏れ光の強度が強い領域がない。これは、本半導体レーザモジュール１０００の条件において、光ファイバ１１２に入射される光のフィールドが、ｘ方向に長軸を有する楕円形であることに起因する。この楕円は、例えば、長径が１００μｍ、短径が３０μｍ程度であり、長径および短径が光ファイバのコア径よりも小さい。このように、光ファイバに入射される光のフィールドが楕円形である場合、長軸方向（光のフィールドにおける最も直径が長くなる方向）に対する漏れ光の強度が強くなるため、長軸方向において、固定剤を漏れ光が通過する領域（漏れ光の強度が強い領域）よりも、光ファイバから離れた位置等の、漏れ光の強度が弱い領域に設ける必要がある。
　つぎに、図１１は、図１０のＡ－Ａ線断面における光強度を表す図である。図１１に示すように、光ファイバに入射される光のフィールドの長軸方向において、漏れ光の強度が十分に弱い領域は、光ファイバ１１２の光入射側端部から３ｍｍの位置において光ファイバ１１２の中心からの距離が０．８ｍｍより外側の領域となる。この領域が外側固定領域である。なお、光ファイバ１１２のコア径は１０５μｍであり、０．８ｍｍに対して十分小さい。したがって、図中の光強度の強い領域は、光ファイバ１１２から放出された漏れ光を表す。さらに、図１１より、中心付近にも漏れ光の強度が十分に弱い領域があることがわかる。この領域が内側固定領域である。
　つぎに、本半導体レーザモジュール１０００について、漏れ光通過領域（漏れ光の強度が強い領域）をより詳細に測定した。このとき、各半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６から光強度が１１Ｗずつのレーザ光が出射され、計６６Ｗのレーザ光が光ファイバに入射されるようにした。そのうち８０～８５％程度のレーザ光を光ファイバ１１２に結合させ、光ファイバ１１２から出射される光の出力が５０Ｗとなるように調整した。このような条件において、半導体レーザモジュール１０００を１時間連続駆動させた場合に、固定剤１０１４が溶融または破損し、光ファイバ１１２から出射されるレーザ光の出力が低下するかどうかを測定した。
　図１２は、漏れ光が通過する領域を測定する方法を説明するための図である。図１２に示すように、光ファイバ１１２に入射されるレーザ光Ｌの光のフィールドの長軸方向（紙面上下方向）において、光ファイバ１１２の導波方向に伸びる光ファイバの中心軸Ｘに対して、光ファイバ１１２に入射するレーザ光Ｌが成す角（入射角）を角度θｉｎとする。また、レーザ光Ｌの光のフィールドの長軸方向において、光ファイバ１１２の集光部側の端部１１２ｃの断面中心から、光ファイバ１１２の導波方向（中心軸Ｘ）に対して、漏れ光Ａが固定剤１０１４を通過する領域の外側の成す角を角度θａ、光が固定剤１０１４を通過する領域の内側の成す角を角度θｂとする。
　そして、この条件において、θａおよびθｂを変化させた５０個の半導体レーザモジュール１０００を製造し、固定剤１０１４が破損するかどうかの試験を行った。表１、図１３は、漏れ光が通過する領域を測定した結果を表す図表である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１は、左から各半導体レーザモジュール１０００の番号、θｉｎ、θａ、θｂ、試験の結果を表す。θａおよびθｂは、固定剤１０１４と光ファイバ１１２との位置関係を測定し、角度に換算することによって求めた。試験の結果は、固定剤１０１４が破損しなかった場合を「○」、固定剤１０１４が破損した場合を「×」と記載している。さらに、図１３として、表１の結果について、横軸を入射する光の角度θｉｎとし、縦軸に各試験におけるθａとθｂとに挟まれた領域、つまり、漏れ光が固定剤１０１４に照射される領域を図示した。図１３において、実線が表１における「○」に対応する固定剤１０１４が破損しなかった場合、破線が表１における「×」に対応する固定剤１０１４が破損した場合である。この試験において、漏れ光が固定剤１０１４のごく一部にでも照射されると、固定剤１０１４が破損すると考えられる。このため、固定剤１０１４が破損しなかった場合を１つでも含む領域が、漏れ光が十分弱い領域であるとみなすことができる。そして、図１３より、光ファイバ１１２に入射される光のフィールドの長軸方向において、この漏れ光が十分弱い領域を求めると、漏れ光が十分弱い固定領域は、光ファイバ１１２の集光部側の端部１１２ｃの断面中心から光ファイバ１１２の中心軸Ｘに対して１５°以上の角度を成す、角度θ１＝１５°より外側の領域（外側固定領域）、および、光ファイバ１１２の中心軸Ｘに対してθ２＝－１．１５θｉｎ＋１２．５°以下の角度を成す、角度θ２より内側の領域（内側固定領域）であることがわかる。
　図１４は、漏れ光が放射される領域を説明するための説明図である。試験の結果より、図１４に示すように、漏れ光Ａが通過する漏れ光通過領域は、斜線で示す角度θ１と角度θ２との間の領域である。これに対して、漏れ光Ａが十分弱い領域は、角度θ１の外側の外側固定領域Ｓ２と、角度θ２の内側の内側固定領域Ｓ１である。このうち、外側固定領域Ｓ２は、光ファイバ１１２の中心軸Ｘに対する角度が大きい領域であるため、漏れ光Ａが通過しない。一方、内側固定領域は、光ファイバ１１２の中心軸Ｘに対する角度が小さい領域であるため、入射した光が光ファイバ１１２に結合され、その領域には漏れ光として放出されないような領域であるため、漏れ光Ａが通過しない。したがって、固定剤を固定領域である外側固定領域Ｓ２および内側固定領域Ｓ１の少なくとも一方に形成することによって、固定剤に照射される漏れ光を、固定剤が溶融または破損しない程度に十分弱くすることができる。このとき、漏れ光が１Ｗ以上、さらには、１０Ｗとなるような極めて高出力な条件下においても信頼性の高い半導体レーザモジュールを実現することができ、本発明の効果を十分発揮することができる。
（実施例）
　つぎに、本発明の実施例について説明する。実施例に係る半導体レーザモジュールは、本実施の形態１に係る半導体レーザモジュール１００の構成を有しており、図８に示す実験用の半導体レーザモジュール１０００の構成と異なり、図６に示すように、固定剤１１４ａ、１１４ｂが外側固定領域Ｓ２および内側固定領域Ｓ１に形成されている。各素子の出力光強度、焦点距離、材料等は実験用の半導体レーザモジュールの場合と同一である。このような実施例に係る半導体レーザモジュールを実際に製造し、光ファイバから出射されるレーザ光の出力を３０Ｗとし、１００時間の連続駆動を実施した。このとき、図９に示すような、温度上昇や結合効率の低下はみられなかった。したがって、本実施例に係る半導体レーザモジュールは、高出力動作時においても信頼性の高い半導体レーザモジュールであることが実証された。
　なお、上記光ファイバ保持部１１１では、固定剤１１４ａおよび固定剤１１４ｂを用いて光ファイバ１１２を保持する構成であるが、固定剤１１４ａと固定剤１１４ｂとのうちどちらか一方のみを用いる構成であってもよい。例えば、固定剤１１４ａを用いず、固定剤１１４ｂのみを設けて、フェルール１１１ｂを台座１１１ａと金属板とで挟み、ネジによって固定する構成であってよい。つまり、固定剤１１４ｂが内側固定領域Ｓ１だけに配置されている構成であってもよい。また、例えば、固定剤１１４ｂを用いず、固定剤１１４ａのみを設けて、フェルール１１１ｂの内周と、光ファイバ１１２の外周とが精度よく整合するように加工し、固定剤１１４ｂを用いなくても光ファイバ１１２がずれない構成としてもよい。つまり、固定剤１１４ａと光ファイバ１１２とが離間し、固定剤１１４ａが外側固定領域Ｓ２だけに形成されている構成であってもよい。このように、光ファイバ保持部を構成する場合に、固定剤が、内側固定領域および外側固定領域のいずれか一方のみに配置される構成であってもよい。
（光ファイバ保持部の変形例１）
　つぎに、光ファイバ保持部の一変形例として、上記のように固定剤が内側固定領域のみ配置される光ファイバ保持部を説明する。
　図１５Ａは、光ファイバ保持部の変形例１の模式的なｘ－ｚ平面図である。この光ファイバ保持部１１１Ａは、実施の形態１に係る半導体レーザモジュール１００の光ファイバ保持部１１１と置き換えて使用できるものである。
　光ファイバ保持部１１１Ａは、台座１１１Ａａと固定剤１１４Ａｂとを備えている。光ファイバ保持部１１１Ａは、固定剤１１４Ａｂが光ファイバ１１２を台座１１１Ａａに接着固定することにより、光ファイバ１１２を保持する。固定剤１１４Ａｂは固定剤１１４ｂと同様の材料からなる。
　この光ファイバ保持部１１１Ａは、固定剤１１４Ａｂが内側固定領域Ｓ１に設けられているため、光ファイバ１１２にレーザ光Ｌが入射されて発生する漏れ光Ａが固定剤１１４Ａｂに照射されないこととなる。したがって、この光ファイバ保持部１１１Ａを備えた半導体レーザモジュール１００は、高出力動作時においても信頼性の高い半導体レーザモジュールとなる。
　なお、このように固定剤１１４Ａｂを内側固定領域Ｓ１に設けるためには、たとえば以下に示すような台座が好適である。
　図１５Ｂ、図１５Ｃ、図１５Ｄは、台座の変形例を示す図である。図１５Ｂは、台座１１１Ａａの幅を細くすることにより、固定剤１１４Ａｂを内側固定領域Ｓ１に設けやすくかつ漏れ光Ａが通過する領域にはみ出しにくいようにしたものである。図１５Ｃに示す台座１１１Ａｂ１は、固定剤１１４Ａｂの両側に溝ｇ１を設け、固定剤１１４Ａｂを内側固定領域Ｓ１に設けやすくかつ漏れ光Ａが通過する領域にはみ出しにくいようにしたものである。図１５Ｄに示す台座１１１Ａｂ２は、光ファイバ１１２を収容する溝ｇ２が設けられており、溝ｇ２内に光ファイバ１１２および固定剤１１４Ａｂを配置することにより、固定剤１１４Ａｂを内側固定領域Ｓ１に設けやすくかつ漏れ光Ａが通過する領域にはみ出しにくいようにしたものである。
（実施の形態２）
　図１６は、本発明の実施の形態２に係る半導体レーザモジュールの模式的な平面図である。また、図１７は、図１６に示す半導体レーザモジュールの模式的な一部切欠図である。なお、図１６、図１７では、パッケージの上蓋は図示を省略している。図１６、図１７に示すように、半導体レーザモジュール１００Ａは、パッケージ１０１Ａ内に、ＬＤ高さ調整板１０２Ａ、サブマウント１０３、半導体レーザ素子１０４が、この順に積載されている。また、半導体レーザモジュール１００Ａには、リードピン１０５が接続されている。そして、半導体レーザ素子１０４が出力するレーザ光の光路上に、第１レンズ１０６、第２レンズ１０７、フィルタ１０８、第３レンズ１０９が、この順にパッケージ１０１内に固定されている。さらに、第３レンズ１０９と対向して、光ファイバ保持部１１１に固定された光ファイバ１１２が、パッケージ１０１内に固定されている。また、パッケージ１０１Ａには光ファイバ挿入口１０１Ａａが設けられている。光ファイバ１１２は光ファイバ挿入口１０１Ａａに挿通されており、光ファイバ挿入口１０１Ａａは、挿入部固定剤１１３によって封止されている。
　パッケージ１０１Ａは、実施の形態１に係る半導体レーザモジュール１００のパッケージ１０１に相当し、各光学素子が固定される。ＬＤ高さ調整板１０２Ａは、ＬＤ高さ調整板１０２に相当し、パッケージ１０１Ａ内に固定され、半導体レーザ素子１０４の高さを調節する。サブマウント１０３、半導体レーザ素子１０４、リードピン１０５、第１レンズ１０６、第２レンズ１０７、フィルタ１０８、第３レンズ１０９、光ファイバ保持部１１１の構成および作用は、実施の形態１に係る半導体レーザモジュール１００における対応する要素と同様の構成、作用を有するので、説明を省略する。
　この半導体レーザモジュール１００Ａの動作を説明する。まず、リードピン１０５から、半導体レーザ素子１０４に、電圧が印加されるとともに電流が注入され、半導体レーザ素子１０４からレーザ光がｚ方向に出射される。半導体レーザ素子１０４から出射されたレーザ光は、第１レンズ１０６および第２レンズ１０７によって略平行光とされる。略平行光とされたレーザ光は、集光部である第３レンズ１０９によって集光され、光ファイバ１１２に結合される。光ファイバ１１２に結合したレーザ光は、光ファイバ１１２によって、半導体レーザモジュール１００Ａの外部に導波され、出力される。
　ここで、光ファイバ保持部１１１では、実施の形態１の場合と同様に、光ファイバ１１２に入射される光のフィールドの楕円形の長軸方向に相当するｘ軸方向において、漏れ光に対して固定剤１１４ａが外側固定領域Ｓ２に形成され、固定剤１１４ｂが内側固定領域Ｓ１に形成されている。これによって、固定剤１１４ａおよび固定剤１１４ｂに照射される漏れ光が十分弱く、固定剤１１４ａおよび固定剤１１４ｂが溶融または破損することはない。したがって、本実施の形態２に係る半導体レーザモジュール１００Ａは、高出力動作時においても信頼性の高い半導体レーザモジュールとなる。
　以下、実施の形態１に係る半導体レーザモジュール１００の変形例に係る半導体レーザモジュールについて説明する。なお、変形例に係る半導体レーザモジュールは、半導体レーザモジュール１００の光ファイバ保持部１１１を変形例に係る光ファイバ保持部に置き換えた構成を有するので、以下では主に変形例に係る光ファイバ保持部について説明する。また、以下に説明する変形例に係る光ファイバ保持部は、本発明の他の実施の形態に係る半導体レーザモジュールにも適用できるものである。
（変形例２）
　図１８は、変形例２に係る光ファイバ保持部の模式的なｘ－ｚ平面図である。図１８に示すように、本変形例２に係る光ファイバ保持部２１１は、フェルール２１１ｂが、レーザ光Ｌ入射側の端面が曲面２１１ｂａを有する。そして、フェルール２１１ｂは、固定剤２１４ａによって、不図示の台座上に固定されている。さらに、フェルール２１１ｂは、光ファイバ１１２を挿通され、フェルール２１１ｂと光ファイバ１１２とが固定剤２１４ｂによって固定されている。これによって、光ファイバ保持部２１１が、光ファイバ１１２を保持する。なお、固定剤２１４ａ、２１４ｂは、固定剤１１４ａ、１１４ｂと同様の材料からなり、それぞれ外側固定領域Ｓ２、内側固定領域Ｓ１に設けられている。
　ここで、レーザ光Ｌから発生する漏れ光Ａの一部はフェルールに照射される。このとき、フェルールのレーザ光Ｌ入射側の端面が光ファイバ１１２の導波方向（中心軸）に垂直な平面である場合、漏れ光Ａは、レーザ光Ｌ入射側の端面に対して略垂直に照射される。一方、本変形例２に係る光ファイバ保持部２１１では、フェルール２１１ｂがレーザ光Ｌ入射側の端面が曲面２１１ｂａを有することによって、漏れ光Ａは、曲面２１１ｂａに対して角度をつけて照射される。このように、角度がついていることによって、漏れ光Ａが垂直に照射される場合よりも、反射量が多くなるため、漏れ光Ａがフェルール２１１ｂに吸収される量を減らすことができる。したがって、フェルール２１１ｂが漏れ光Ａを吸収して温度上昇することによって、固定剤２１４ａまたは固定剤２１４ｂを溶解させることを防止することができる。さらに、フェルール２１１ｂに反射された漏れ光が、固定剤２１４ａまたは固定剤２１４ｂに照射されることを防止することができる。したがって、このような本変形例２に係る光ファイバ保持部２１１を用いた半導体レーザモジュールは、高出力動作時においてもより信頼性の高い半導体レーザモジュールである。なお、フェルール２１１ｂのレーザ光Ｌ入射側の端面は、曲面２１１ｂａに限らず、漏れ光Ａの入射方向に対して角度をつけられた傾斜面であってもよい。
（変形例３）
　図１９は、変形例３に係る光ファイバ保持部の模式的なｘ－ｚ平面図である。図１９に示すように、本変形例３に係る光ファイバ保持部３１１は、フェルール３１１ｂが、漏れ光Ａに対して略透明なジルコニアまたはガラスからなる。そして、フェルール３１１ｂは、固定剤３１４ａによって不図示の台座上に固定されている。さらに、フェルール３１１ｂは、光ファイバ１１２を挿通され、フェルール３１１ｂと光ファイバ１１２とが固定剤３１４ｂによって固定されている。これによって、光ファイバ保持部３１１が、光ファイバ１１２を保持する。なお、固定剤３１４ａ、３１４ｂは、固定剤１１４ａ、１１４ｂと同様の材料からなり、それぞれ外側固定領域Ｓ２、内側固定領域Ｓ１に設けられている。
　この光ファイバ保持部３１１では、フェルール３１１ｂに照射された漏れ光Ａは、フェルール３１１ｂを透過する。すなわち、漏れ光Ａがフェルール３１１ｂに吸収されない。これによって、フェルール３１１ｂの温度が上昇して固定剤３１４ａまたは固定剤３１４ｂを溶解させることを防止することができる。したがって、このような本変形例３に係る光ファイバ保持部２１１を用いた半導体レーザモジュールは、高出力動作時においてもより信頼性の高い半導体レーザモジュールである。なお、フェルール３１１ｂに反射された漏れ光Ａが、固定剤３１４ａまたは固定剤３１４ｂに照射されないようにするために、フェルール３１１ｂのレーザ光Ｌ入射側の端面には反射防止膜が形成されていてもよい。
（変形例４）
　図２０は、変形例４に係る光ファイバ保持部の模式的なｘ－ｚ平面図であり、図２１はその断面図である。図２０、２１に示すように、本変形例４に係る光ファイバ保持部４１１は、金属製のフェルール４１１ｂが半導体レーザモジュールのパッケージ４０１に直接固定されている。光ファイバ１１２は、不図示の固定剤によってフェルール４１１ｂに固定されている。このように変形例４に係る光ファイバ保持部は、台座を用いない構成を有する。そして、図２１に示すように、固定剤４１４ａ、４１４ｂは、固定剤１１４ａ、１１４ｂと同様の材料からなり、それぞれ外側固定領域Ｓ２、内側固定領域Ｓ１内にあるフェルール４１１ｂの挿通孔内に設けられている。したがって、このような本変形例４に係る光ファイバ保持部４１１を用いた半導体レーザモジュールは、高出力動作時においてもより信頼性の高い半導体レーザモジュールである。
　なお、フェルール４１１ｂがパッケージ４０１に固定される位置は、光ファイバ１１２のレーザ光Ｌ入射側の端部から十分離れているために漏れ光が十分弱い。このため、フェルール４１１ｂは、固定剤４１４ａによってパッケージ４０１に固定されていてもよいが、ネジなどの機械的な固定方法によってパッケージ４０１に固定されていてもよい。また、光ファイバ１１２は、フェルール４１１ｂに、少量の固定剤４１４ｂで固定できるため、容易に固定剤４１４ｂを外側固定領域または内側固定領域に形成できる。これによって、固定剤４１４ａ、４１４ｂに照射される漏れ光が十分弱く、固定剤が溶融または破損することを防止することができる。
（実施の形態３）
　図２２は、本発明の実施の形態３に係る半導体レーザモジュールの模式的な平面図である。また、図２３は、図２２に示す半導体レーザモジュールの模式的な一部切欠図である。図２２、２３に示すように、本実施の形態３に係る半導体レーザモジュール１００Ｂは、実施の形態１に係る半導体レーザモジュール１００において、光ファイバ保持部１１１を光ファイバ保持部１１１Ｂに置き換えた構成を有する。
　図２４は、図２２に示す光ファイバ保持部のＢ－Ｂ線断面図である。図２４に示すように、光ファイバ保持部１１１Ｂは、光ファイバ１１２の導波方向であるｚ方向に沿って伸びる溝１１１Ｂａａを有する台座１１１Ｂａを備える。そして、光ファイバ１１２は、固定剤１１４Ｂによって溝１１１Ｂａａ内に固定されている。このとき溝１１１Ｂａａの幅は、固定剤１１４Ｂが漏れ光Ａに対して内側固定領域Ｓ１に収まるように十分狭い。これによって、固定剤１１４Ｂが内側固定領域Ｓ１内に設けられ、固定剤１１４Ｂに漏れ光Ａが照射されない。したがって、本実施の形態３に係る半導体レーザモジュール１００Ｂは、高出力動作時においても信頼性の高い半導体レーザモジュールとなる。このように、固定剤の広がりを抑制する構造によって、固定剤を内側固定領域または外側固定領域に限定して形成することによっても本発明の効果が得られる。
　なお、固定剤によって光ファイバを固定する際に、固定剤が接着後の硬化にともない収縮し、光ファイバがずれる場合がある。光ファイバがずれると、結合効率の悪化を招き、好ましくない。ここで、本実施の形態３に係る半導体レーザモジュール１００Ｂにおいては、溝１１１Ｂａａを有する台座１１１Ｂａによって、光ファイバ１１２を固定している。このとき、溝１１１Ｂａａに固定剤１１４Ｂを注入すると、固定剤１１４Ｂの硬化にともなう収縮が光ファイバ１１２の断面方向（ｘｙ面内方向）において等方的に生じるため、光ファイバ１１２がずれることがない。このように、本実施の形態３に係る半導体レーザモジュール１００Ｂは、固定剤１１４Ｂの硬化にともなう光ファイバ１１２のずれをも抑制した構成である。
（変形例５）
　図２５は、変形例５に係る光ファイバ保持部の模式的なｙ－ｚ断面図である。図２５に示すように、本変形例５に係る光ファイバ保持部６１１は、光ファイバ固定部材６１１ｂａおよび光ファイバ固定部材６１１ｂｂからなる保持部材である光ファイバ固定部材６１１ｂと、固定剤６１４とからなる。光ファイバ固定部材６１１ｂａおよび光ファイバ固定部材６１１ｂｂは、レーザ光の非結合光や漏れ光によって溶融しないことが好ましく、難燃性の材料からなる、または、レーザ光に対する光吸収率が３０％以下であることが好ましい。このような材料として、光ファイバ固定部材６１１ｂａおよび光ファイバ固定部材６１１ｂｂは、例えば、耐熱温度が１０００℃以上であるガラス、または、セラミックからなる。なお、光ファイバ固定部材６１１ｂとしては、耐熱温度が５００℃以上のものを用いることが好ましい。また、光ファイバ固定部材６１１ｂａおよび光ファイバ固定部材６１１ｂｂは、レーザ光によって溶融しないために、第３レンズ１０９側（図１、２参照）に、レーザ光の波長において、反射率が７０％以上、より好ましくは９０％以上の反射膜を備える構成であってもよい。このような材料として、反射膜は、例えば、金属膜、または、誘電体多層膜からなる。また、固定剤６１４は、例えば、ＵＶ硬化樹脂や熱硬化樹脂等の有機接着剤、はんだ、低融点ガラス、無機接着剤によって構成され、取り扱い易さからエポキシ樹脂やウレタン系の樹脂が用いられる。
　この光ファイバ保持部６１１では、台座の機能も有している光ファイバ固定部材６１１ｂａが、パッケージ１０１内に固定されている。そして、固定剤６１４が、光ファイバ固定部材６１１ｂａと光ファイバ固定部材６１１ｂｂとを接着することによって、光ファイバ固定部材６１１ｂａと光ファイバ固定部材６１１ｂｂとが、光ファイバ１１２を上下から挟み、押圧して固定する。これによって、光ファイバ保持部６１１は、光ファイバ１１２を固定して保持している。
　また、固定剤６１４と光ファイバ１１２とが直接接触せず、離間している。この離間により、固定剤６１４は、光ファイバ１１２からの漏れ光の強度が強い光ファイバ１１２に近接した領域よりも光ファイバ１１２から離れた位置であり、漏れ光が通過しない外側固定領域に相当する領域に配置されている。これによって、漏れ光は固定剤６１４に照射されず、固定剤６１４が溶融または破損することはない。したがって、このような本変形例５に係る光ファイバ保持部６１１を用いた半導体レーザモジュールは、高出力動作時においてもより信頼性の高い半導体レーザモジュールである。
（変形例６）
　図２６は、変形例６に係る光ファイバ保持部の模式的なｘ－ｙ断面図である。図２７は、変形例６に係る光ファイバ保持部の模式的なｘ－ｚ平面図である。図２６に示すように、本変形例６に係る光ファイバ保持部７１１は、３つの光ファイバ固定部材７１１ｂａ、７１１ｂｂ、７１１ｂｃからなる保持部材である光ファイバ固定部材７１１ｂと、固定剤７１４とからなる。また、図２７に示すように、光ファイバ固定部材７１１ｂａ上に、光ファイバ固定部材７１１ｂｂと、光ファイバ固定部材７１１ｂｃとが、光ファイバ１１２の導波方向に並んで配置されている。光ファイバ固定部材７１１ｂと固定剤７１４とは、それぞれ光ファイバ固定部材６１１ｂと固定剤６１４と同様の材料からなる。
　この光ファイバ保持部７１１では、台座の機能も有している光ファイバ固定部材７１１ｂａが、パッケージ内に固定されている。そして、固定剤７１４が、光ファイバ固定部材７１１ｂａと、光ファイバ固定部材７１１ｂｂと、光ファイバ固定部材７１１ｂｂとを接着することによって、光ファイバ固定部材７１１ｂａと、光ファイバ固定部材７１１ｂｂと、光ファイバ固定部材７１１ｂｂとが、光ファイバ１１２を３方向から挟み、押圧して固定する。これによって、光ファイバ保持部７１１は、光ファイバ１１２を固定して保持する。このように、光ファイバ固定部材が３つ以上の部材からなる構成であってもよい。
　固定剤７１４は、光ファイバ１１２と直接接触せず、離間しており、かつ光ファイバ１１２からの漏れ光が通過する領域よりも光ファイバ１１２から離れた位置で漏れ光が通過しない外側固定領域に相当する領域に配置されている。これによって、漏れ光が固定剤７１４に照射されず、固定剤７１４が溶融または破損することはない。したがって、このような本変形例６に係る光ファイバ保持部７１１を用いた半導体レーザモジュールは、高出力動作時においてもより信頼性の高い半導体レーザモジュールである。
（変形例７）
　図２８は、変形例７に係る光ファイバ保持部の模式的なｘ－ｙ断面図である。図２８に示すように、本変形例７に係る光ファイバ保持部６１１Ａは、変形例５の光ファイバ保持部６１１において、光ファイバ固定部材６１１ｂを光ファイバ固定部材６１１Ａｂに置き換えたものである。光ファイバ固定部材６１１Ａｂは、光ファイバ固定部材６１１ｂにおいて台座の機能も有している光ファイバ固定部材６１１ｂａを光ファイバ固定部材６１１Ａｂａに置き換えたものである。光ファイバ固定部材６１１Ａｂａは、光ファイバ１１２が伸びている方向であるｚ方向に沿って伸びるＶ字型の光ファイバ固定溝Ｇ１を備える。
　この光ファイバ保持部６１１Ａでは、光ファイバ保持部６１１と同様に、固定剤６１４による接着によって、光ファイバ固定部材６１１Ａｂａと光ファイバ固定部材６１１ｂｂとが光ファイバ１１２を挟み、押圧して固定する。さらにこの光ファイバ保持部６１１Ａでは、光ファイバ固定部材６１１Ａｂａが光ファイバ固定溝Ｇ１を備えることによって、光ファイバ１１２は、その一部が光ファイバ固定溝Ｇ１に収容され、ｘ方向にずれにくい構成とされている。これによって、光ファイバ保持部６１１Ａは、光ファイバ１１２を固定して保持する。
　光ファイバ保持部６１１の場合と同様に、固定剤６１４は、光ファイバ１１２と直接接触せず、離間しており、かつ光ファイバ１１２からの漏れ光が通過する領域よりも光ファイバ１１２から離れた位置で漏れ光が通過しない外側固定領域に相当する領域に配置されている。これによって、漏れ光が固定剤６１４に照射されず、固定剤６１４が溶融または破損することはない。したがって、このような本変形例７に係る光ファイバ保持部６１１Ａを用いた半導体レーザモジュールは、高出力動作時においてもより信頼性の高い半導体レーザモジュールである。なお、光ファイバ固定溝Ｇ１は、光ファイバ１１２のｘ方向のずれを抑制する構成であればよく、Ｖ字型に限らず、例えば、半円、光ファイバ１１２の直径より幅の狭い溝等であってもよい。
（変形例８）
　図２９は、変形例８に係る光ファイバ保持部の模式的なｘ－ｙ断面図である。図２９に示すように、本変形例８に係る光ファイバ保持部６１１Ｂは、変形例５の光ファイバ保持部６１１において、光ファイバ固定部材６１１ｂを光ファイバ固定部材６１１Ｂｂに置き換えたものである。光ファイバ固定部材６１１Ｂｂは、光ファイバ固定部材６１１ｂにおいて台座の機能も有している光ファイバ固定部材６１１ｂａを光ファイバ固定部材６１１Ｂｂａに置き換えたものである。光ファイバ固定部材６１１Ｂｂａは、光ファイバ１１２が伸びている方向であるｚ方向に沿って伸びるＶ字型の光ファイバ固定溝Ｇ１と、固定剤６１４の流れを留める流れ留め部である流れ留め溝Ｇ２とを備える。流れ留め溝Ｇ２は光ファイバ１１２と固定剤６１４との間に介在するように形成されている。
　この光ファイバ保持部６１１Ｂでは、光ファイバ保持部６１１Ａと同様に、固定剤６１４による接着によって、光ファイバ固定部材６１１Ｂｂａと光ファイバ固定部材６１１ｂｂとが光ファイバ１１２を挟み、押圧して固定する。さらに光ファイバ１１２は、その一部が光ファイバ固定溝Ｇ１に収容され、ｘ方向にずれにくい構成とされている。これによって、光ファイバ保持部６１１Ｂは、光ファイバ１１２を固定して保持する。さらに、この光ファイバ保持部６１１Ｂでは、流れ留め溝Ｇ２が形成されていることによって、この光ファイバ保持部６１１Ｂの組み立て時において、例えば樹脂である固定剤６１４が、硬化する前に流れて光ファイバ１１２に接触することを防いでいる。さらに、流れ留め溝Ｇ２は、固定剤６１４が、硬化する前に漏れ光が通過する領域内に流入することを防いでいる。これによって、固定剤６１４を、光ファイバ１１２に直接接触させず、離間するように形成することがより確実にできる。これによって、漏れ光が固定剤６１４に照射されず、固定剤６１４が溶融または破損することはない。したがって、このような本変形例８に係る光ファイバ保持部６１１Ｂを用いた半導体レーザモジュールは、高出力動作時においてもより信頼性の高い半導体レーザモジュールである。なお、流れ留め部としての流れ留め溝Ｇ２は、固定剤６１４の流れを留めることができる構成であればよい。さらには、流れ留め部としては、溝に限らず、例えば、突起部や傾斜等であってもよい。
（変形例９）
　図３０は、変形例９に係る光ファイバ保持部の模式的なｘ－ｙ断面図である。図３１は、変形例９に係る光ファイバ保持部の模式的なｘ－ｚ平面図である。図３０、３１に示すように、本変形例９に係る光ファイバ保持部８１１は、光ファイバ固定部材８１１ｂａ、８１１ｂｂからなる保持部材である光ファイバ固定部材８１１ｂと、固定剤８１４とからなる。光ファイバ固定部材８１１ｂと固定剤８１４とは、それぞれ光ファイバ固定部材６１１ｂと固定剤６１４と同様の材料からなる。
　この光ファイバ保持部８１１では、台座の機能も有している光ファイバ固定部材８１１ｂａが、パッケージ内に固定されている。そして、Ｕ字形状の溝を有する光ファイバ固定部材８１１ｂｂが、光ファイバ固定部材８１１ｂａにはめ込まれ、固定剤８１４が、光ファイバ固定部材８１１ｂａと光ファイバ固定部材８１１ｂｂとを接着することによって、光ファイバ固定部材８１１ｂａと光ファイバ固定部材８１１ｂｂとが、光ファイバ１１２を挟み、押圧して固定する。ここで、光ファイバ固定部材８１１ｂｂが、光ファイバ１１２を覆うような形状をしていることにより、光ファイバ１１２は、ｘｙ方向の各方向へずれにくい構成とされている。これによって、光ファイバ保持部８１１は、光ファイバ１１２を固定して保持する。
　固定剤８１４は、光ファイバ１１２と直接接触せず、離間しており、かつ光ファイバ１１２からの漏れ光が通過する領域よりも光ファイバ１１２から離れた位置で漏れ光が通過しない外側固定領域に相当する領域に配置されている。これによって、漏れ光が固定剤８１４に照射されず、固定剤８１４が溶融または破損することはない。したがって、このような本変形例９に係る光ファイバ保持部８１１を用いた半導体レーザモジュールは、高出力動作時においてもより信頼性の高い半導体レーザモジュールである。このように、光ファイバ固定部材は、光ファイバ１１２を固定する様々な形状とすることができる。
　以上、説明したように、上記実施の形態によれば、高出力動作時においても信頼性の高い半導体レーザモジュールを提供することができる。
　なお、上記実施の形態において、固定剤は樹脂に限らず、ネジやクリップ、テープ等、様々な固定方法による固定部であってよい。このような固定部であっても、漏れ光が照射されると、溶融や劣化による変形、熱膨張による変型、または、破損等によって、結合損失の増大が生じる可能性がある。そのため、本発明によって、固定部を内側固定領域と外側固定領域とを含む固定領域等に形成することで、高出力動作時においても信頼性の高い半導体レーザモジュールを実現することができる。
　また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
　以上のように、本発明に係る半導体レーザモジュールは、主に高出力の半導体レーザモジュールに利用して好適なものである。
　１００、１００Ａ、１００Ｂ　半導体レーザモジュール
　１０１、１０１Ａ、４０１　パッケージ
　１０１Ａａ　光ファイバ挿入口
　１０２、１０２Ａ　高さ調整板
　１０３、１０３－１～１０３－６　サブマウント
　１０４、１０４－１～１０４－６　半導体レーザ素子
　１０５　リードピン
　１０６　第１レンズ
　１０７　第２レンズ
　１０８　フィルタ
　１０９　第３レンズ
　１１１、１１１Ａ、１１１Ｂ、２１１、３１１、４１１、６１１、６１１Ａ、６１１Ｂ、７１１、８１１　光ファイバ保持部
　１１１ａ、１１１Ａａ、１１１Ａｂ１、１１１Ａｂ２、１１１Ｂａ　台座
　１１１ｂ、１１１ｃ、２１１ｂ、３１１ｂ、４１１ｂ　フェルール
　１１１ｃａ　フェルール本体
　１１１ｃｂ　保護体
　１１１Ｂａａ、ｇ１、ｇ２　溝
　１１２　光ファイバ
　１１２ａ　コア
　１１２ｂ　クラッド
　１１２ｃ　　端部
　１１３　挿入部固定剤
　１１４ａ、１１４ｂ、１１４Ａｂ、１１４Ｂ、２１４ａ、２１４ｂ、３１４ａ、３１４ｂ、４１４ａ、４１４ｂ、６１４、７１４、８１４　固定剤
　１５０－１～１５０－６　ミラー
　２１１ｂａ　曲面
　６１１ｂ、６１１ｂａ、６１１ｂｂ、６１１Ａｂ、６１１Ａｂａ、６１１Ｂｂ、６１１Ｂｂａ、７１１ｂ、７１１ｂａ、７１１ｂｂ、７１１ｂｃ、８１１ｂ、８１１ｂａ、８１１ｂｂ　光ファイバ固定部材
　Ａ　漏れ光
　Ｇ１　光ファイバ固定溝
　Ｇ２　流れ留め溝
　Ｌ、Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３　レーザ光
　Ｓ１　内側固定領域
　Ｓ２　外側固定領域
　Ｘ　中心軸
　θ１　角度
　θ２　角度
　θｉｎ　角度

Claims (15)

  1. 　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が入射し、該レーザ光を導波する光ファイバと、
    　前記光ファイバを固定するための固定剤を有し、前記光ファイバを保持する光ファイバ保持部と、
    　を備え、
    　前記固定剤は、前記光ファイバに入射した前記レーザ光のうち、入射された後に該光ファイバの外部に放出される漏れ光の強度が低い領域に設けられていることを特徴とする半導体レーザモジュール。
  2. 　前記半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の出力は１０Ｗ以上であり、前記固定剤が設けられる領域における前記漏れ光の強度は、前記レーザ光と直交する面内において１３０Ｗ／ｍｍ２より小さい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. 　前記漏れ光の強度が低い領域は、前記光ファイバに入射する前記レーザ光のフィールドにおける最も直径が長くなる方向において、前記光ファイバの前記レーザ光入射側の端部の断面中心から、前記光ファイバの中心軸に対して１５°以上の角度を成す外側固定領域と、前記光ファイバへ入射する前記レーザ光の前記光ファイバの中心軸に対する入射角をθｉｎとしたとき、前記光ファイバの中心軸に対して－１．１５θｉｎ＋１２．５°以下の角度を成す内側固定領域とを含み、
    　前記固定剤は、前記外側固定領域および前記内側固定領域の少なくとも一方に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザモジュール。
  4. 　前記光ファイバ保持部は、前記光ファイバを挿通して保持する保持部材を備え、
    　前記光ファイバと前記保持部材とは、前記固定剤で固定され、
    　前記漏れ光の強度が低い領域は、前記光ファイバに入射する光のフィールドにおける最も直径が長くなる方向において、前記光ファイバへ入射する前記レーザ光の前記光ファイバの中心軸に対する入射角をθｉｎとしたとき、前記光ファイバの前記レーザ光入射側の端部の断面中心から、前記光ファイバの中心軸に対して－１．１５θｉｎ＋１２．５°以下の角度を成す内側固定領域であり、
    　前記固定剤は、前記内側固定領域に設けられ、
    　前記保持部材の前記レーザ光入射側の端部は、前記光ファイバに入射する前記レーザ光のフィールドにおける最も直径が長くなる方向において、前記光ファイバの前記レーザ光入射側の端部の断面中心から、前記光ファイバの中心軸に対して－１．１５θｉｎ＋１２．５°より大きく、１５°未満の角度を成す漏れ光通過領域を通過する光を反射するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザモジュール。
  5. 　前記保持部材は、前記レーザ光入射側の端面が曲面、または、前記光ファイバの中心軸に対して傾斜する傾斜面となっていることを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザモジュール。
  6. 　前記保持部材は、前記レーザ光の波長において、吸収率が３０％以下の材料からなることを特徴とする請求項４または５に記載の半導体レーザモジュール。
  7. 　前記保持部材は、金属、または、セラミックからなることを特徴とする請求項４～６のいずれか１つに記載の半導体レーザモジュール。
  8. 　前記保持部材は、前記レーザ光入射側の端部に、前記レーザ光の波長において反射率が７０％以上の反射膜を備えることを特徴とする請求項４または５に記載の半導体レーザモジュール。
  9. 　前記光ファイバ保持部は、前記光ファイバを挿通して保持する保持部材と、前記保持部材が固定される台座と、を備え、
    　前記光ファイバと前記保持部材とは、前記固定剤で固定され、
    　前記漏れ光の強度が低い領域は、前記光ファイバに入射する前記レーザ光のフィールドにおける最も直径が長くなる方向において、前記光ファイバへ入射する前記レーザ光の前記光ファイバの中心軸に対する入射角をθｉｎとしたとき、前記光ファイバの前記レーザ光入射側の端部の断面中心から、光ファイバの中心軸に対して－１．１５θｉｎ＋１２．５°以下の角度を成す内側固定領域であり、
    　前記固定剤は、前記内側固定領域に設けられ、
    　前記保持部材は、前記光ファイバに入射する光のフィールドにおける最も直径が長くなる方向において、前記光ファイバの前記レーザ光入射側の端部の断面中心から、前記光ファイバの中心軸に対して－１．１５θｉｎ＋１２．５°より大きく、１５°未満の角度を成す漏れ光通過領域を通過する光を透過し、
    　前記保持部材と前記台座とは、前記漏れ光通過領域の光の通過経路を除く領域である前記漏れ光の強度が低い領域において前記固定剤で固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザモジュール。
  10. 　前記保持部材は、ガラスからな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。
  11. 　前記光ファイバ保持部は、前記光ファイバの導波方向に沿って伸びる溝を有する台座を備え、前記光ファイバは前記固定剤により前記溝内に固定されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか１に記載の半導体レーザモジュール。
  12. 　前記溝は、前記内側固定領域内に形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の半導体レーザモジュール。
  13. 　前記固定剤と前記光ファイバとが離間していることを特徴とする請求項１～３のいずれか１つに記載の半導体レーザモジュール。
  14. 　前記固定剤は、有機接着剤、はんだ、低融点ガラス、無機接着剤のうち、いずれか１つからなることを特徴とする請求項１～１３のいずれか１つに記載の半導体レーザモジュール。
  15. 　前記光ファイバが、マルチモード光ファイバであることを特徴とする請求項１～１４のいずれか１つに記載の半導体レーザモジュール。
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