(57)【要約】  【課題】  パッケージ内に配置した半導体レーザーから出射したレーザービームを、集光光学系によって集光して光ファイバーに結合するようにしたレーザー装置において、光ファイバーと集光光学系との位置合わせを容易に行えるようにする。  【解決手段】  半導体レーザーＬＤ７と、光ファイバー30と、半導体レーザーＬＤ７から出射したレーザービームＢ７を集光して、光ファイバー30の入射端に照射させる集光光学系20と、パッケージ40とを備えてなるレーザー装置において、光ファイバー30をパッケージ40に固定する一方、パッケージ40に対して集光光学系20を、該集光光学系20の固定前に、光ファイバー30の入射端におけるコア軸方向および／または該コア軸方向に直角な方向に延びるガイド面45ａ、46ｃに沿って該集光光学系20を移動させ得る固定手段45、46を介して固定する。【選択図】          図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザーと、
光ファイバーと、
前記半導体レーザーから出射したレーザービームを集光して、前記光ファイバーの入射端に照射させる集光光学系と、
この集光光学系および前記半導体レーザーを内部に収容するとともに、前記光ファイバーを、その前記入射端が集光光学系に対向する状態に保持したパッケージとを備えてなるレーザー装置において、
前記光ファイバーが前記パッケージに固定され、
このパッケージに対して前記集光光学系が、該集光光学系の固定前に、前記光ファイバーの入射端におけるコア軸方向および／または該コア軸方向に直角な方向に延びるガイド面に沿って該集光光学系を移動させ得る固定手段を介して固定されていることを特徴とするレーザー装置。
【請求項２】
前記固定手段が、
前記コア軸方向に対して垂直なホルダ取付面を有して前記パッケージに固定された固定台と、
この固定台の前記ホルダ取付面に固定され、前記コア軸方向に対して平行な集光光学系取付面を有するホルダとから構成されていることを特徴とする請求項１記載のレーザー装置。
【請求項３】
前記半導体レーザーとして、複数本のレーザービームを発する１つまたは複数の半導体レーザーが用いられていることを特徴とする請求項１または２記載のレーザー装置。
【請求項４】
前記光ファイバーが前記パッケージに対して、ロウ材または接着剤によって固定されていることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載のレーザー装置。
【請求項５】
前記パッケージに、前記光ファイバーを固定するフェルール状の部分が一体的に形成されていることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載のレーザー装置。
【請求項６】
請求項１から５いずれか１項記載のレーザー装置を組み立てる方法であって、
前記光ファイバーを前記パッケージに固定した後、
前記固定手段のガイド面に沿って前記集光光学系を移動させて、該集光光学系を前記光ファイバーのコア軸に対する所定位置に位置決めし、
その状態で前記集光光学系を固定手段に固定することを特徴とするレーザー装置の組立方法。
【請求項７】
請求項２から５いずれか１項記載のレーザー装置を組み立てる方法であって、
前記光ファイバーを前記パッケージに固定した後、
前記パッケージに固定された固定台のホルダ取付面上で前記ホルダを移動させることにより該ホルダを、前記光ファイバーのコア軸に直角な方向における所定位置に位置決めし、
その状態でホルダを前記ホルダ取付面に固定し、
この固定されたホルダの集光光学系取付面上で前記集光光学系を移動させることにより該集光光学系を、前記光ファイバーのコア軸方向における所定位置に位置決めし、
その状態で集光光学系を前記集光光学系取付面に固定することを特徴とするレーザー装置の組立方法。
【請求項８】
請求項１から５いずれか１項記載のレーザー装置を、それを使用する装置に取り付ける構造において、
前記パッケージが置かれる載置面を有して、前記レーザー装置を使用する装置の本体側に固定されたパッケージ載置部材と、
このパッケージ載置部材の前記載置面上に置かれたパッケージを、この載置面に弾力的に押圧させる弾性部材とからなるレーザー装置の取付構造。
【請求項９】
前記パッケージ載置部材が、前記レーザー装置を温度調節する手段の温度調節部であり、
このパッケージ載置部材の前記載置面上に前記パッケージが、断熱部材を介さずに直接置かれていることを特徴とする請求項８記載のレーザー装置の取付構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザー装置、特に詳細には、パッケージ内に収容した半導体レーザーから発せられたレーザービームを光ファイバーに結合させるようにしたレーザー装置に関するものである。
【０００２】
また本発明は、上述のようなレーザー装置を組み立てる方法、並びに該レーザー装置をその使用装置に取り付ける構造に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
従来、例えば特許文献１および２に示されるように、複数本のレーザービームを１本の光ファイバーに入力させて合波することにより、高出力のレーザービームを得るようにしたレーザー装置が知られている。このレーザー装置は基本的に、複数本のレーザービームを発する１つまたは複数の半導体レーザーと、１本の光ファイバーと、上記半導体レーザーから出射した複数本のレーザービームを集光した上で光ファイバーの入射端に照射させる集光光学系とから構成されている。
【０００４】
また、例えば特許文献３に示されるように、特に複数本のレーザービームを１本に合波することはしないで、１つの半導体レーザーから発せられたレーザービームを集光光学系で集光して光ファイバーに結合させるようにしたレーザー装置も知られている。
【０００５】
上記集光光学系および半導体レーザーは、汚染防止等のためにパッケージ内に気密封止されることが多いが、そのようなパッケージが用いられる場合、光ファイバーは、その入射端が集光光学系に対向する状態にして該パッケージに保持される。そのように光ファイバーをパッケージに保持させる構造として、従来、上記特許文献２にも示されているように、単に光ファイバーをパッケージの側壁等にロウ材や接着剤を用いて固定する構造が知られている。また特許文献３に示されるように、光ファイバーを保持したフェルールをコア軸方向およびそれと直角な方向に位置調整可能な機構をパッケージ側壁部分に形成しておき、この機構を利用して光ファイバーを集光光学系に対して最適位置に設定してから、フェルールをパッケージ側に固定する技術も知られている。
【特許文献１】特開２００３−３４４６０９号公報
【特許文献２】特開２００４−０４５６６７号公報
【特許文献３】特開平０７−０１３０４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献２に示された光ファイバーの保持構造においては、パッケージに固定された光ファイバーに対して集光光学系を最適位置に位置決めするための特別の配慮はなされていないので、光ファイバーと集光光学系との位置合わせ作業が難しいという問題が認められる。
【０００７】
一方、特許文献３に示された光ファイバーの保持構造においては、光ファイバーと集光光学系との位置合わせが容易である半面、フェルールの位置調整が可能な機構をパッケージ側壁部分に形成することから、パッケージが全体的に大型化してしまうという問題が認められる。
【０００８】
本発明は上記の事情に鑑みて、光ファイバーと集光光学系との位置合わせを容易に行うことができるレーザー装置の組立方法を提供することを目的とする。
【０００９】
また本発明は、光ファイバーと集光光学系との位置合わせが確実になされて、しかも小型に形成され得るレーザー装置、およびそのようなレーザー装置を、上記位置合わせの精度を高く保って使用装置に取り付けることができる取付構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によるレーザー装置は、集光光学系をパッケージ内に固定する固定手段として、集光光学系の固定前には該集光光学系をガイド面に沿って移動させ得る構成のものを用いることにより、集光光学系側で光ファイバーに対する位置合わせができるようにして、光ファイバーは単にパッケージに固定するだけで済むようにしたものである。
【００１１】
すなわち本発明のレーザー装置は、より詳しくは、
半導体レーザーと、
光ファイバーと、
前記半導体レーザーから出射したレーザービームを集光して、前記光ファイバーの入射端に照射させる集光光学系と、
この集光光学系および前記半導体レーザーを内部に収容するとともに、前記光ファイバーを、その前記入射端が集光光学系に対向する状態に保持したパッケージとを備えてなるレーザー装置において、
前記光ファイバーが前記パッケージに固定され、
このパッケージに対して前記集光光学系が、該集光光学系の固定前に、前記光ファイバーの入射端におけるコア軸方向および／または該コア軸方向に直角な方向に延びるガイド面に沿って該集光光学系を移動させ得る固定手段を介して固定されていることを特徴とするものである。
【００１２】
なお上述のような固定手段は、前記コア軸方向に対して垂直なホルダ取付面を有して前記パッケージに固定された固定台と、この固定台の前記ホルダ取付面に固定され、前記コア軸方向に対して平行な集光光学系取付面を有するホルダとから構成されることが望ましい。
【００１３】
また本発明のレーザー装置は、半導体レーザーとして、複数本のレーザービームを発する１つまたは複数の半導体レーザーが用いられることを前提として形成されることが好ましい。
【００１４】
また光ファイバーは、パッケージに対して、ロウ材または接着剤によって固定されていることが望ましい。
【００１５】
また前記パッケージには、光ファイバーを固定するフェルール状の部分が一体的に形成されていることが望ましい。
【００１６】
一方、本発明によるレーザー装置の組立方法は、上述したような本発明のレーザー装置を組み立てる方法であって、
光ファイバーをパッケージに固定した後、
前記固定手段のガイド面に沿って集光光学系を移動させて、該集光光学系を前記光ファイバーのコア軸に対する所定位置に位置決めし、
その状態で前記集光光学系を固定手段に固定することを特徴とするものである。
【００１７】
なお、この本発明によるレーザー装置の組立方法において、上述した本発明のレーザー装置の中でも、特に固定手段が前記固定台とホルダとから構成されているレーザー装置を組み立てる場合には、
光ファイバーをパッケージに固定した後、
パッケージに固定された固定台のホルダ取付面上でホルダを移動させることにより該ホルダを、光ファイバーのコア軸に直角な方向における所定位置に位置決めし、
その状態でホルダを前記ホルダ取付面に固定し、
この固定されたホルダの集光光学系取付面上で集光光学系を移動させることにより該集光光学系を、光ファイバーのコア軸方向における所定位置に位置決めし、
その状態で集光光学系を集光光学系取付面に固定することが望ましい。
【００１８】
また本発明によるレーザー装置の取付構造は、上述した本発明のレーザー装置を、それを使用する装置に取り付ける構造において、
パッケージが置かれる載置面を有して、レーザー装置を使用する装置の本体側に固定されたパッケージ載置部材と、
このパッケージ載置部材の前記載置面上に置かれたパッケージを、この載置面に弾力的に押圧させる弾性部材とから構成されたことを特徴とするものである。
【００１９】
なお上記のパッケージ載置部材が、レーザー装置を温度調節する手段の温度調節部である場合は、このパッケージ載置部材の載置面上にパッケージが、断熱部材を介さずに直接置かれていることが望ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によるレーザー装置の組立方法は、光ファイバーをパッケージに固定した後、固定手段のガイド面に沿って集光光学系を移動させて、該集光光学系を光ファイバーのコア軸に対する所定位置に位置決めするようにしたので、位置決めのための集光光学系の移動を上記ガイド面に倣わせて行うことができ、それにより位置決め作業は容易なものとなる。
【００２１】
一方、本発明によるレーザー装置は、集光光学系をパッケージに固定する固定手段として、集光光学系の固定前には該集光光学系をガイド面に沿って移動させ得る構成のものを用いたので、本発明による上記の組立方法を適用して、光ファイバーと集光光学系との位置決めを容易に行い得るものとなる。
【００２２】
また、この本発明によるレーザー装置においては、上述のように光ファイバーと集光光学系との位置決めがパッケージ内の集光光学系を移動させることによってなされ得るので、光ファイバーは単にパッケージに固定すればよいことになる。つまり、光ファイバーを位置決めするための機構をパッケージの外に設ける必要がなくなるので、本レーザー装置は小型に形成可能となる。
【００２３】
特に本発明のレーザー装置において、上記固定手段が、コア軸方向に対して垂直なホルダ取付面を有してパッケージに固定された固定台と、この固定台のホルダ取付面に固定され、コア軸方向に対して平行な集光光学系取付面を有するホルダとから構成された場合は、集光光学系を位置決めするための構成が極めて簡素化される。
【００２４】
また、本発明のレーザー装置において、特に半導体レーザーとして、複数本のレーザービームを発する１つまたは複数の半導体レーザーが用いられた場合は、１本のレーザービームを集光光学系によって集光する場合と比べて、光ファイバーと集光光学系との位置決め精度をより高くすることが求められるが、上述のようにして位置決めが容易化されれば、このような高度の要求も満足しやすくなる。
【００２５】
なお、本発明によるレーザー装置は、光ファイバーを単にパッケージに固定するようにして、光ファイバー保持部の構成を簡素化できるものであるが、それによって光ファイバーが位置ずれを起こしやすくなれば本末転倒となってしまう。そのような光ファイバーの位置ずれは、例えば１μｍ程度であっても、レーザービームと光ファイバーとの結合効率の低下につながり、ひいては光ファイバーから出射するレーザービームの出力低下を招く。
【００２６】
本発明によるレーザー装置の取付構造は、上記事情を考慮して得られたものであり、パッケージが置かれる載置面を有して、レーザー装置を使用する装置の本体側に固定されたパッケージ載置部材と、このパッケージ載置部材の前記載置面上に置かれたパッケージを、この載置面に弾力的に押圧させる弾性部材とから構成されているので、パッケージの底面を使用装置本体側にネジ止めするような従来の構造と比べれば、取付け時にパッケージを介して光ファイバー保持部に伝わる歪みを小さく抑えることができる。そうであれば、本発明のレーザー装置が光ファイバー保持部の構成を簡素化したものとなっていても、この取付構造を採用することにより、取付け時の歪みによって光ファイバーが位置ずれを起こすことを効果的に防止可能となる。
【００２７】
なお上記パッケージ載置部材が、レーザー装置を温度調節する手段の温度調節部である場合、それとレーザー装置のパッケージとの間に断熱部材が介設されていると、温度変化した際の該断熱部材の熱歪みにより、パッケージに歪みが発生しやすい。そこで、本発明によるレーザー装置の取付構造において、このような断熱部材を設けずに、パッケージ載置部材の載置面上にパッケージが直接置かれた場合は、断熱部材の熱歪みによりパッケージに歪みが発生することを確実に防止できる。そうであれば、その歪みによって光ファイバーが位置ずれを起こして、レーザービームの結合効率が低下することを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００２９】
図１、図２および図３はそれぞれ、本発明の一実施形態である紫外光高輝度合波レーザー装置の平面形状、側面形状および部分正面形状を示すものである。図示の通りこの合波レーザー光源は、熱伝導性の高いヒートブロック10上に配列固定された一例として７個のチップ状態の横マルチモードＧａＮ系半導体レーザーＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４，ＬＤ５，ＬＤ６およびＬＤ７と、各ＧａＮ系半導体レーザーＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４，ＬＤ５，ＬＤ６およびＬＤ７にそれぞれ対応するコリメートレンズ11，12，13，14，15，16および17が一体的に形成されてなるコリメートレンズアレイ18と、１つの集光レンズ20と、１本のマルチモード光ファイバー30とを有している。
【００３０】
ＧａＮ系半導体レーザーＬＤ１〜７は、発振波長が例えば全て共通の405ｎｍであり、最大出力も全て共通の300ｍＷである。なお本実施形態では、これらのＧａＮ系半導体レーザーＬＤ１〜７としてシングルモードのものが用いられているが、マルチモードの半導体レーザーを適用することも可能である。
【００３１】
これらのＧａＮ系半導体レーザーＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４，ＬＤ５，ＬＤ６およびＬＤ７から発散光状態で出射したレーザービームＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６およびＢ７は、それぞれコリメートレンズアレイ18のコリメートレンズ11，12，13，14，15，16および17によって平行光化される。なお図３は、図２におけるＡ−Ａ線位置からこのコリメートレンズアレイ18側を見た状態を示している。
【００３２】
平行光とされたレーザービームＢ１〜７は、集光レンズ20によって集光され、マルチモード光ファイバー30のコア30ａの入射端面上で収束する。本例ではコリメートレンズ11〜17および集光レンズ20によって集光光学系が構成され、それとマルチモード光ファイバー30とによって合波光学系が構成されている。すなわち、集光レンズ20によって上述のように集光されたレーザービームＢ１〜７がマルチモード光ファイバー30のコア30ａに入射してそこを伝搬し、１本のレーザービームＢに合波されてマルチモード光ファイバー30から出射する。なおマルチモード光ファイバー30としては、ステップインデックス型のもの、グレーデッドインデックス型のもの、およびそれらの複合型のものが全て適用可能である。
【００３３】
本実施形態において合波レーザー装置を構成する光学要素は、上方が開口した箱状のパッケージ40内に収容され、このパッケージ40の上記開口がパッケージ蓋41によって閉じられることにより、該パッケージ40およびパッケージ蓋41が画成する閉空間内に密閉保持される。またマルチモード光ファイバー30の入射側の端部は、フェルール31に保持された上で、パッケージ40の側壁部に固定されている。
【００３４】
パッケージ40の底面にはベース板42が固定され、このベース板42の上面に前記ヒートブロック10が取り付けられ、このヒートブロック10の上面10ａにＧａＮ系半導体レーザーＬＤ１〜７が固定される一方、その前面10ｂに、コリメートレンズアレイ18を保持するコリメートレンズホルダ44が固定されている。さらに、ベース板42の上面にはレンズ固定台45が固定され、このレンズ固定台45の前面45ａに、集光レンズ20を保持する集光レンズホルダ46が固定されている。またＧａＮ系半導体レーザーＬＤ１〜７に駆動電流を供給する配線類47は、パッケージ40の側壁部に形成された開口を通してパッケージ外に引き出されている。
【００３５】
図３に示されるようにコリメートレンズアレイ18の各コリメートレンズ11〜17は、非球面円形レンズの光軸を含む領域を細長く切り取った形とされたものであり、このようなコリメートレンズアレイ18は、例えば光学ガラスをモールド成形することによって形成される。そしてコリメートレンズ11〜17は、ＧａＮ系半導体レーザーＬＤ１〜７の発光点の並び方向（図３の左右方向）の開口径が該方向に直角な方向（図３の上下方向）の開口径よりも小さく形成されて、上記発光点の並び方向に密接配置されている。
【００３６】
一方ＧａＮ系半導体レーザーＬＤ１〜７としては、発光幅が２μｍで、活性層と平行な方向、直角な方向の拡がり角が一例としてそれぞれ10°、30°の状態で各々レーザービームＢ１〜７を発するものが用いられている。これらのＧａＮ系半導体レーザーＬＤ１〜７は、活性層と平行な方向に発光点が１列に並ぶように配設されている。
【００３７】
したがって、各発光点から発せられたレーザービームＢ１〜７は、上述のように細長い形状とされた各コリメートレンズ11〜17に対して、拡がり角最大の方向が開口径大の方向と一致し、拡がり角最小の方向が開口径小の方向と一致する状態で入射することになる。つまり、細長い形状とされた各コリメートレンズ11〜17は、入射するレーザービームＢ１〜７の楕円形の断面形状に対応して、非有効部分を極力少なくして使用されることになる。本実施形態では具体的に、コリメートレンズ11〜17の有効開口径は水平方向、垂直方向で各々1.1ｍｍ、3.6ｍｍであり、それらに入射するレーザービームＢ１〜７の水平方向、垂直方向のビーム径は各々0.9ｍｍ、2.6ｍｍである。またコリメートレンズ11〜17の各焦点距離ｆ１＝３ｍｍ、ＮＡ（開口数）＝0.6、レンズ配置ピッチ＝1.2ｍｍである。
【００３８】
一方集光レンズ20は、非球面円形レンズの光軸を含む領域を細長く切り取って、コリメートレンズ11〜17の並び方向つまり水平方向に長く、それと直角な方向に短い形状とされている。そして該集光レンズ20の焦点距離ｆ２＝23.15ｍｍ、倍率＝7.7である。この集光レンズ20も、例えば光学ガラスをモールド成形することによって形成される。なお、この集光レンズ20およびコリメートレンズアレイ18は、ガラスの他、合成樹脂から形成することも可能である。
【００３９】
またマルチモード光ファイバー30としては、コア径＝60μｍ、ＮＡ＝0.23、端面コートの透過率＝99.5％、内部ロス＝98.5％のステップインデックス型のものが用いられている。
【００４０】
本実施形態の構成において、レーザービームＢ１〜７のマルチモード光ファイバー30への結合効率は0.9となる。したがって、ＧａＮ系半導体レーザーＬＤ１〜７の各出力が300ｍＷのときには、出力1.89Ｗ（＝300ｍＷ×0.9×７）の合波レーザービームＢが得られることになる。
【００４１】
上記構成の合波レーザー装置においては、レーザービームＢ１〜７のマルチモード光ファイバー30への結合効率を高く確保する上で、コリメートレンズアレイ18および集光レンズ20は、光軸がマルチモード光ファイバー30のコア軸（入射端におけるコア軸。以下同様）と正確に平行になった状態で固定されなければならない。以下、そのような固定構造を実現するための方法について説明する。
【００４２】
まず、コリメートレンズアレイ18およびコリメートレンズホルダ44等の固定構造を説明する。本実施形態においてヒートブロック10は熱伝導性および研磨加工性に優れたＡｌＮ（窒化アルミニウム）から直方体状に形成され、下面は金蒸着によってメタライズされ、その下面が、Ａｕメッキを施したベース板42上に低融点半田等を用いて固定されている。ベース板42は例えばＣｕＷ、ＣｕＭｏ、Kovar等から形成されて、パッケージ40の底面に固定されている。
【００４３】
なお直方体状のヒートブロック10は、その前面10ｂがベース板42に対して高精度で直角となる状態に固定される。またこの前面10ｂは鏡面仕上げされて、コリメートレンズホルダ44が固定される取付面とされるとともに、後述する参照面とされている。
【００４４】
ＧａＮ系半導体レーザーＬＤ１〜７は、融点が280℃のＡｕＳｎ合金をロウ材として用いて、ヒートブロック10の上面10ａに実装される。この実装に際しては、まずその融点より低い第１の温度に設定されたロウ材によって、ヒートブロック10の上面10ａにＧａＮ系半導体レーザーＬＤ１〜７が１個ずつ仮固定される。全てのＧａＮ系半導体レーザーＬＤ１〜７が仮固定された後、リフロー炉において上記融点を超える第２の温度に昇温させてロウ材が溶融され、ＧａＮ系半導体レーザーＬＤ１〜７が固定される。なお一例として上記第１の温度および第２の温度は、それぞれ150℃、330℃に設定される。
【００４５】
こうすることにより、全てのチップ状ＧａＮ系半導体レーザーＬＤ１〜７が実装完了するまでに、未実装部のロウ材が融点を超えてしまうことがなくなるので、ロウ材の酸化を防止して、安定した高精度（例えば寸法誤差が±0.1μｍ程度）での実装が可能となる。
【００４６】
一方マルチモード光ファイバー30の入射側の端部は、それを保持しているフェルール31がパッケージ40の側壁部に例えばロウ材を用いて封止固定されることにより、該パッケージ40に固定される。このときマルチモード光ファイバー30は、そのコア軸が、ヒートブロック10の前面10ｂに対して高精度で直角となる状態に固定される。
【００４７】
次に、コリメートレンズホルダ44の接着固定に先立って、図４に示すようにレーザーオートコリメーター50と、ベース板42の上に載置されたミラー51とを用いて、ヒートブロック10の取付面および参照面である前面10ｂの、基準方向に対する角度が測定される。本実施形態では、レーザーオートコリメーター50から発せられたレーザービームＢｒをミラー51で反射させることにより進行方向を90°変え、ヒートブロック前面10ｂに垂直入射させるようにしており、ミラー51で反射後のレーザービームＢｒの進行方向ｚが上記基準方向とされる。
【００４８】
レーザーオートコリメーター50は、ヒートブロック前面10ｂで反射し、ミラー51で再反射して戻って来たレーザービームＢｒを受光して、基準方向ｚに対するヒートブロック前面10ｂの角度を測定する。この角度は、基準方向ｚに対して直角で互いも直角なｘ軸、ｙ軸周りの各傾き角θx、θyで規定される。すなわち、例えば基準方向ｚに対してヒートブロック前面10ｂが完全に直角になっている場合は、傾き角θx＝θy＝０°となる。なおｙ軸方向は、レーザーオートコリメーター50から発せられて下方に向かうレーザービームＢｒの進行方向と同じである。この測定された傾き角θx、θyは記録用紙等に記録されたり、あるいは記憶手段に記憶される。
【００４９】
次に図５に示すように、例えばコリメートレンズホルダ44を把持する把持部52ａを有するメカニカルハンド52を用いて、接着面であるその後面44ａがヒートブロック前面10ｂに軽く当接する状態にコリメートレンズホルダ44が保持される。なおメカニカルハンド52としては、例えば把持部52ａを３軸方向に平行移動、かつ３軸周りに回転移動させることができる６軸のものが用いられる。コリメートレンズホルダ後面44ａをヒートブロック前面10ｂに当接させる力は、例えばメカニカルハンド52の中に組み込んだロードセル等を利用して、所定の値に維持することができる。
【００５０】
また、上述のようにコリメートレンズホルダ44を保持させるに当たっては、参照面としてのその前面44ｂの基準方向ｚに対する角度が継続的に測定される。この角度測定はヒートブロック前面10ｂの角度測定と同様にしてなされ、また測定角度も同様に前述の傾き角θx、θyで規定される。
【００５１】
このときメカニカルハンド52は、継続的に測定されている傾き角θx、θyが、前述のヒートブロック前面10ｂについて測定された傾き角θx、θyと各々一致し、かつコリメートレンズホルダ44をｘ、ｙ方向の所定位置に配するように操作され、その状態になったところでメカニカルハンド52が停止される。次に、ヒートブロック前面10ｂとそれに軽く当接しているコリメートレンズホルダ44の後面44ａとの間に接着剤が点着され、それを硬化させることによって、コリメートレンズホルダ44がヒートブロック前面10ｂに接着固定される。
【００５２】
なおコリメートレンズホルダ44を上述のようにｘ、ｙ方向の所定位置に配するためには、その後面44ａをヒートブロック前面10ａの上で滑らせながら位置規定すればよいので、作業は容易になされ得る。
【００５３】
ここでコリメートレンズホルダ44は、その後面44ａと前面44ｂとが互いに高精度（誤差±15″程度）で平行となるように形成されている。そうであれば、上述のようにコリメートレンズホルダ44の前面44ｂについて測定されている傾き角θx、θyが、ヒートブロック前面10ｂについて測定された傾き角θx、θyと各々一致しているということは、後面44ａがヒートブロック前面10ｂに対して平行になっていることを意味する。したがって、その状態を保ちながらコリメートレンズホルダ44をヒートブロック前面10ｂに接着固定すれば、後面44ａがヒートブロック前面10ｂと高精度で平行になった状態でコリメートレンズホルダ44が固定される。
【００５４】
またこのとき、予め精密測定されているコリメートレンズホルダ44の外形寸法に基づいてメカニカルハンド52の動作が制御されて、該コリメートレンズホルダ44のｚ軸周りの角度位置が所定位置に設定され、それにより該コリメートレンズホルダ44は、その上面44ｃがベース板42に対して高精度で平行となる状態で固定される。
【００５５】
なお、上に数値を挙げたコリメートレンズホルダ44の後面44ａと前面44ｂとの平行度は、それらの面を研磨加工することにより容易に実現可能である。
【００５６】
また上記接着剤としては一例として紫外線硬化型のものが用いられるが、前述の通りコリメートレンズホルダ44は紫外線透過性のガラスから形成されているので、硬化用の紫外線はこのコリメートレンズホルダ44を透過して、接着剤に十分照射されるようになる。
【００５７】
その後メカニカルハンド52は、把持部52ａをパッケージ40の外に退避させるように操作される。次に図６に示すように再度レーザーオートコリメーター50を用いて、固定されたコリメートレンズホルダ44の上面44ｃの、基準方向に対する角度が測定される。この場合の基準方向は、レーザーオートコリメーター50から発せられて下方に向かうレーザービームＢｒの進行方向（これは図４、５におけるものと同じである）とされる。つまりここでは、基準方向ｙに対するコリメートレンズホルダ上面44ｃの角度は、ｘ軸、ｚ軸周りの各傾き角φx、φzで規定される。すなわち、例えば基準方向ｙに対してコリメートレンズホルダ上面44ｃが完全に直角になっている場合は、傾き角φx＝φz＝０°となる。この測定された傾き角φx、φzは記録用紙等に記録されたり、あるいは記憶手段に記憶される。
【００５８】
次に図７に示すように、再度メカニカルハンド52を用いてコリメートレンズアレイ18が、その下面（接着面）18ａがコリメートレンズホルダ44の上面44ｃに軽く当接する状態に保持される。このようにコリメートレンズアレイ18を保持させるに当たっては、その上面18ｂの基準方向ｙに対する角度が継続的に測定される。この角度測定はコリメートレンズホルダ上面44ｃの角度測定と同様にしてなされ、測定角度も同様に前述の傾き角φx、φzで規定される。
【００５９】
このときメカニカルハンド52は、継続的に測定されている傾き角φx、φzが、コリメートレンズホルダ上面44ｃについて測定された傾き角φx、φzと各々一致し、かつコリメートレンズアレイ18をｘ、ｚ方向所定位置に配するように操作され、その状態になったところでメカニカルハンド52が停止される。次に、コリメートレンズホルダ上面44ｃとそれに軽く当接しているコリメートレンズアレイ18の下面18ａとの間に接着剤が点着され、それを硬化させることによって、コリメートレンズアレイ18がコリメートレンズホルダ上面44ｃに接着固定される。
【００６０】
なおコリメートレンズアレイ18を上述のようにｘ、ｚ方向所定位置に配するためには、その下面18ａをコリメートレンズホルダ上面44ｃの上で滑らせながら位置規定すればよいので、作業は容易になされ得る。
【００６１】
ここでコリメートレンズアレイ18は、その下面18ａと上面18ｂとが互いに高精度で平行となるように形成されている。そうであれば、上述のようにコリメートレンズアレイ18の上面18ｂについて測定されている傾き角φx、φzが、コリメートレンズホルダ上面44ｃについて測定された傾き角φx、φzと各々一致しているということは、下面18ａが、コリメートレンズホルダ上面44ｃに対して平行になっていることを意味する。したがって、その状態を保ってコリメートレンズアレイ18をコリメートレンズホルダ上面44ｃに接着固定すれば、下面18ａがコリメートレンズホルダ上面44ｃと高精度で平行になった状態でコリメートレンズアレイ18が固定される。
【００６２】
またこのとき、例えばコリメートレンズアレイ18の外形寸法に基づいてメカニカルハンド52の動作が制御されて、該コリメートレンズアレイ18のｙ軸周りの角度位置が所定位置に設定され、それにより、該コリメートレンズアレイ18はコリメートレンズ11〜17の光軸がマルチモード光ファイバー30のコア軸と平行になる状態で固定される。
【００６３】
上述のようにメカニカルハンド52の動作を制御して、コリメートレンズアレイ18のｙ軸周りの角度位置や、コリメートレンズホルダ44のｚ軸周りの角度位置を所定位置に設定しても、それだけでは、各部材の面合わせを精度良く行うことは困難であり、その点に鑑みて本実施形態では、参照面を利用した面合わせを採用しているものである。
【００６４】
なおコリメートレンズアレイ18を高精度モールド加工することにより、その下面18ａと上面18ｂとの平行度を、誤差±15″程度の高精度にすることができる。したがって、上面18ｂを参照面とした角度測定により、最大誤差30″で、下面18ａをコリメートレンズホルダ上面44ｃと平行に位置合わせすることができる。なお、コリメートレンズアレイ18の下面18ａおよび上面18ｂのレンズ並び方向に対する平行度も、誤差±15″程度と高精度にすることができる。
【００６５】
また上記接着剤としては一例として紫外線硬化型のものが用いられるが、前述の通りコリメートレンズホルダ44は紫外線透過性のガラスから形成され、またコリメートレンズアレイ18も同様であるので、硬化用の紫外線はコリメートレンズホルダ44およびコリメートレンズアレイ18を透過して、接着剤に十分照射されるようになる。
【００６６】
以上の通りにしてコリメートレンズホルダ44がヒートブロック10に、そしてコリメートレンズアレイ18がコリメートレンズホルダ44に接着固定されれば、コリメートレンズアレイ18は、その各コリメートレンズ11〜17の光軸がマルチモード光ファイバー30のコア軸と高精度で平行になった状態で固定されるようになる。
【００６７】
なお以上説明した構造においては、ヒートブロック10およびコリメートレンズホルダ44が、本発明における固定手段に相当する。
【００６８】
次に図２に戻って、集光レンズ20および集光レンズホルダ46等の固定構造について説明する。集光レンズホルダ46を固定するレンズ固定台45は、ヒートブロック10と同様にＡｌＮを用いて直方体状に形成され、下面は金蒸着によってメタライズされ、その下面が、Ａｕメッキを施したベース板42上に低融点半田等を用いて固定される。このときレンズ固定台45は、その前面45ａがヒートブロック10の前面10ｂと平行となる状態に固定される。そのためには、図５に示したレーザーオートコリメーター50およびメカニカルハンド52を用いて、コリメートレンズホルダ44の前面44ｂをヒートブロック前面10ｂと平行にした手法を適用することも可能である。
【００６９】
上述のように固定されたレンズ固定台45に対してまず集光レンズホルダ46が接着固定され、次いでその上面46ｃに集光レンズ20が接着固定される。集光レンズホルダ46は例えば紫外線透過性のガラスを用いて直方体状に形成されたものであり、それをレンズ固定台45の前面45ａに接着固定するに当たっては、前述したコリメートレンズホルダ44をヒートブロック10の前面10ｂに接着固定した際の手法を同様に適用することができる。すなわちこの場合は、集光レンズホルダ46の前面46ｂが参照面として利用され、接着面となる後面46ａがレンズ固定台前面45ａと高精度で平行となる状態に該集光レンズホルダ46が接着固定される。
【００７０】
なお、上記集光レンズホルダ46の後面46ａと前面46ｂとの平行度は、誤差±15″程度とすることができる。そのような高精度の平行度は、後面46ａおよび前面46ｂを研磨加工することによって実現可能である。
【００７１】
次に、接着固定された集光レンズホルダ46の上面46ｃに、集光レンズ20が接着固定される。この集光レンズ20は、前述した通り水平方向に長い形状とされたものであるが、集光レンズホルダ46への接着面となる下面20ａと、参照面となる上面20ｂとが高精度で互いに平行となるように形成されている。この集光レンズ20を集光レンズホルダ上面46ｃに接着固定するに当たっては、前述したコリメートレンズアレイ18をコリメートレンズホルダ44の上面44ｃに接着固定した際の手法を同様に適用することができる。すなわちこの場合は、集光レンズ20の上面20ｂが参照面として利用され、接着面である下面20ａが集光レンズホルダ46の上面46ｃと高精度で平行となる状態に該集光レンズ20が接着固定される。
【００７２】
なお集光レンズ20の下面20ａと上面20ｂとの平行度は、誤差±15″程度とすることができる。そのような高精度の平行度は、下面20ａおよび上面20ｂを研磨加工することによって実現可能である。また、参照面とされる集光レンズ20の上面20ｂと光軸との平行度も、誤差±15″程度とすることができる。
【００７３】
以上説明した構造においては、レンズ固定台45および集光レンズホルダ46が、本発明における固定手段に相当する。
【００７４】
以上の通りにして集光レンズ20は、その光軸がマルチモード光ファイバー30のコア軸と高精度で一致した状態で、集光レンズホルダ46に固定されるようになる。そして、それに加えてコリメートレンズアレイ18も、前述したように各コリメートレンズ11〜17の光軸がマルチモード光ファイバー30のコア軸と高精度で平行になった状態で固定されているので、レーザービームＢ１〜７のマルチモード光ファイバー30への結合効率が高く確保される。
【００７５】
また本実施形態においては、マルチモード光ファイバー30のコア軸と直角な方向に延びるガイド面としての前面10ｂを備えたヒートブロック10および、光ファイバー30のコア軸方向に延びるガイド面としての上面44ｃを備えたコリメートレンズホルダ44からコリメートレンズアレイ18の固定手段を構成しているので、コリメートレンズアレイ18の固定時に、コリメートレンズホルダ44を上記ヒートブロック前面10ｂに沿ってコア軸と直角な方向に移動させ、またコリメートレンズアレイ18を上記コリメートレンズホルダ上面44ｃに沿ってコア軸方向に移動させることにより、該コリメートレンズアレイ18を上記コア軸に対して容易に位置決めすることができる。
【００７６】
また本実施形態においては、マルチモード光ファイバー30のコア軸と直角な方向に沿って延びるガイド面としての前面45ａを備えたレンズ固定台45および、光ファイバー30のコア軸方向に延びるガイド面としての上面46ｃを備えた集光レンズホルダ46から集光レンズ20の固定手段を構成しているので、集光レンズ20の固定時に、集光レンズホルダ46を上記レンズ固定台前面45ａに沿ってコア軸と直角な方向に移動させ、また集光レンズ20を上記集光レンズホルダ上面46ｃに沿ってコア軸方向に移動させることにより、該集光レンズ20を上記コア軸に対して容易に位置決めすることができる。
【００７７】
なお、コリメートレンズホルダ44をヒートブロック前面10ｂに倣って移動させるとき、コリメートレンズアレイ18は実際に移動していないが、後に該コリメートレンズホルダ44に固定されるコリメートレンズアレイ18の位置は、このコリメートレンズホルダ44の位置によって決定されるのであるから、また、このコリメートレンズホルダ44に予めコリメートレンズアレイ18を固定しておけば実際に該コリメートレンズアレイ18が移動するのであるから、このような前面10ｂを有するヒートブロック10も本発明における「ガイド面に沿って集光光学系を移動させ得る固定手段」であるものとする。この点は、集光レンズホルダ46を移動させ得る前面45ａを備えたレンズ固定台45についても同様とする。
【００７８】
以上述べたようにして、集光光学系を構成するコリメートレンズアレイ18および集光レンズ20をマルチモード光ファイバー30のコア軸に対して最適位置に位置決めできるので、マルチモード光ファイバー30の方は、前述したようにフェルール31を介してパッケージ40の側壁部に単に固定しておけばよい。このように、マルチモード光ファイバー30を位置合わせするための機構をパッケージ40に設ける必要がないので、本実施形態の合波レーザー装置は小型に形成され得るものとなる。
【００７９】
なお、マルチモード光ファイバー30を保持しているフェルール31は、前述したように
ロウ材を用いてパッケージ40の側壁部に固定する他、接着剤等を用いて固定されてもよい。さらには、フェルール31を介さずに、マルチモード光ファイバー30を直接パッケージ40の側壁部に固定しても構わない。すなわち、図２を例にして説明すれば、パッケージ40の側壁部にフェルール31と同様の部分を一体的に形成し、そこでマルチモード光ファイバー30を固定するようにしてもよい。
【００８０】
また、以上説明のように合波レーザー装置を組み立てる場合の他、組立てが完了した合波レーザー装置において良品、不良品の判定のためにコリメートレンズアレイ18や集光レンズ20等の傾きを測定する場合に、各参照面を利用してコリメートレンズアレイ18や集光レンズ20等の傾きを測定することも可能である。さらには、組立て完了後の合波レーザー装置を分解して再度組み立てる場合に、同様に各参照面を利用してコリメートレンズアレイ18や集光レンズ20等の傾きを測定することも可能である
また、基準方向に対する角度が測定される参照面となるヒートブロック10の前面10ｂ、コリメートレンズホルダ44の前面44ｂと上面44ｃ、コリメートレンズアレイ18の上面18ｂ、レンズ固定台45の前面45ａ、集光レンズホルダ46の前面46ｂと上面46ｃ、および集光レンズ20の上面20ｂは、レーザーオートコリメーター50から発せられたレーザービームＢｒを散乱させずに良好に反射させるために、面粗さＲａが0.08μｍ未満の鏡面に仕上げされることが望ましい。参照面がこの程度の面粗さＲａになっている場合は、一般に誤差±５″程度の精度で、基準方向に対する角度を測定可能である。
【００８１】
他方、上述のような参照面と接着される接着面、すなわち具体的に挙げればコリメートレンズホルダ44の後面44ａ、コリメートレンズアレイ18の下面18ａ、集光レンズホルダ46の後面46ａ、および集光レンズ20の下面20ａは、参照面との間に接着剤を良好に浸透させるために、参照面よりも粗く形成されるのが好ましい。例えば参照面の面粗さＲａが上述のように0.08μｍ未満とされる場合、接着面の面粗さＲａは0.15μｍ以上0.35μｍ以下の範囲にあることが望ましい。なお面粗さＲａは、例えば触針式粗さ測定器で測定することができる。
【００８２】
また本実施形態では、固定手段の取付面と参照面とは互いに平行に設定されているが、それに限らず、取付面に対して参照面が所定角度、例えば90°をなすように設定しておいても構わない。これは、接着部品の接着面と参照面についても同様である。
【００８３】
また、コリメートレンズホルダ44に用いるガラスは、装置の使用時や保管時に受ける温度変化によってヒートブロック10との接着部に発生する熱応力を低減するために、このヒートブロック10の材料であるＡｌＮと線膨張係数が近いものを用いることが望ましい。同様に、コリメートレンズアレイ18に用いるガラスは、コリメートレンズホルダ44の材料のガラスと線膨張係数が近いものを用いることが望ましい。これは、レンズ固定台45、集光レンズホルダ46および集光レンズ20との間にも言えることである。
【００８４】
また以上説明した実施形態では、ヒートブロック10およびレンズ固定台45の材料としてＡｌＮが用いられているが、この材料としてはその他にＣｕやＣｕ合金も好適に用いることができる。さらに、これらのヒートブロック10およびレンズ固定台45は、一体的に形成されても構わない。
【００８５】
また以上説明した実施形態では、コリメートレンズアレイ18と集光レンズ20とが採用されているが、例えば前記特許文献１に示されるように、それら両者の機能を合わせ持つ１つの集光レンズを採用した合波レーザー装置も提案されており、本発明はそのような集光レンズを用いるレーザー装置に対しても同様に適用可能である。
【００８６】
さらに、以上は合波レーザー光源として構成された実施形態について説明したが、本発明はそれに限らず、１つの半導体レーザーから発せられた１本のレーザービームを集光して光ファイバーに結合させるように構成されたレーザー装置に対しても同様に適用可能である。
【００８７】
次に、本発明によるレーザー装置の取付構造の実施形態について説明する。図８および図９はそれぞれ、このレーザー装置の取付構造の斜視形状および側面形状を示すものである。本構造は、図１〜３に示した合波レーザー装置を、それを使用する装置（以下、「使用装置」という）に取り付けるものであり、ここでは上記合波レーザー装置を付番「１」で示してある。本実施形態では、一例として上記使用装置の本体側に固定された平らな温度調節部60の上に合波レーザー装置１が取り付けられる。この温度調節部60は例えばペルチェ素子の冷却側であり、該温度調節部60により合波レーザー装置１の全体が所定温度に保たれる。
【００８８】
温度調節部60は、合波レーザー装置１のパッケージ40が置かれるパッケージ載置部材となるものであり、その上面60ａが載置面とされている。この載置面60ａの上には、互いに所定距離離して２つの取付金具61、61が固定されている。図示の通り１つの取付金具61は、載置面60ａの上に固定される底板62と、この底板62から上方に突出した略Ｌ字形の１対の係合部63、63とから構成されている。
【００８９】
一方の取付金具61の係合部63、63と、他方の取付金具61の係合部63、63にはそれぞれ、弾性部材である板バネ64の両端部が係合されるようになっている。すなわち、板バネ64の両端部は上方を向く折り曲げ部64ａとされ、両取付金具61、61の間に置かれた合波レーザー装置１の上に配した板バネ64の両端の折り曲げ部64ａが、各々係合部63、63に掛けられる。すると板バネ64が、上面が凸となる状態に弾性変化して、その下にある合波レーザー装置１のパッケージ40を（より詳しくはパッケージ蓋41を介して）載置面60ａの上に弾力的に押圧する。こうして、合波レーザー装置１が温度調節部60の上に取り付けられる。
【００９０】
合波レーザー装置１は、マルチモード光ファイバー30を単にパッケージ40に固定するようにして、光ファイバー保持部の構成を簡素化できるものであるが、それによってマルチモード光ファイバー30が位置ずれを起こしやすくなれば本末転倒となってしまう。そのようなマルチモード光ファイバー30の位置ずれは、例えば１μｍ程度であっても、レーザービームＢ１〜７とマルチモード光ファイバー30との結合効率の低下につながり、ひいてはマルチモード光ファイバー30から出射するレーザービームＢの出力低下を招いてしまう。
【００９１】
しかし本実施形態のレーザー装置の取付構造は、合波レーザー装置１のパッケージ40を板バネ64で弾力的に押し付けて温度調節部60の上に取り付けるように構成されているので、パッケージ40の底面を使用装置本体側にネジ止めするような構造と比べれば、取付け時にパッケージ40を介して光ファイバー保持部に伝わる歪みを小さく抑えることができる。そうであれば、合波レーザー装置１の取付け時の歪みによってマルチモード光ファイバー30が位置ずれを起こすことを効果的に防止可能となる。
【００９２】
なお、もし温度調節部60とパッケージ40との間に断熱部材が介設されていると、温度変化した際の該断熱部材の熱歪みにより、パッケージ40に歪みが発生しやすい。しかし本実施形態では、そのような断熱部材を介さずに、パッケージ40を直接温度調節部60の上に取り付けるようにしているので、断熱部材の熱歪みによりパッケージ40に歪みが発生することを確実に防止できる。そうであれば、その歪みによってマルチモード光ファイバー30が位置ずれを起こして、レーザービームＢ１〜７の結合効率が低下することを防止できる。
【００９３】
なお本実施形態では、パッケージ40を押圧する弾性部材として板バネ64が用いられているが、それに限らず、コイルバネ等のその他の弾性部材を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の一実施形態による合波レーザー装置の一部破断平面図
【図２】上記合波レーザー装置の一部破断側面図
【図３】上記合波レーザー装置の部分正面図
【図４】上記合波レーザー装置の組立方法を説明する図
【図５】上記合波レーザー装置の組立方法を説明する図
【図６】上記合波レーザー装置の組立方法を説明する図
【図７】上記合波レーザー装置の組立方法を説明する図
【図８】本発明によるレーザー装置の取付構造の一実施形態を示す斜視図
【図９】図８のレーザー装置の取付構造を示す側面図
【符号の説明】
【００９５】
１    合波レーザー装置
10    ヒートブロック
11〜17    コリメートレンズ
18    コリメートレンズアレイ
20    集光レンズ
30    マルチモード光ファイバー
40    パッケージ
41    パッケージ蓋
42    ベース板
44    コリメートレンズホルダ
45    レンズ固定台
46    集光レンズホルダ
50    レーザーオートコリメーター
52    メカニカルハンド
60    温度調節部（パッケージ載置部材）
61    取付金具
64    板バネ
ＬＤ１〜７    ＧａＮ系半導体レーザー
Ｂ１〜７    レーザービーム
Ｂ    合波されたレーザービーム
【図１】
2006267237.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006267237.tif 000008
【図７】
2006267237.tif 000009
【図８】
2006267237.tif 000010
【図９】
2006267237.tif 000011