(57)【要約】【課題】ＬＤアレイと光ファイバアレイとの高結合度を維持しつつ、製造工数の削減および歩留まりを向上する半導体レーザモジュールにおける光ファイバアレイとレーザダイオードアレイとを調心する方法およびこの調心方法を適用した半導体レーザモジュールを提供する。【解決手段】光ファイバ４が基板５上に配列されてなる光ファイバアレイ６と、光ファイバアレイ６の入力端に向けてレーザビームを照射するＬＤが集積されてなるＬＤアレイ３と、ＬＤアレイ３が配された筐体とを備えた半導体レーザモジュールの調心方法において、基板５とＬＤアレイ３とを調心することによって、光ファイバアレイ６とＬＤアレイ３とを調心した後、基板５に突設された脚部７、７を、筐体１に設けられた光ファイバアレイ固定部８の溝部８ａに収納し、溝部８ａに半田によって固定する。【選択図】        図１
2004326004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバが基板上に配列されてなる光ファイバアレイと、該光ファイバアレイの入力端に向けてレーザビームを照射するレーザダイオードが集積されてなるレーザダイオードアレイと、該レーザダイオードアレイが配された筐体とを備えた半導体レーザモジュールにおける光ファイバアレイとレーザダイオードアレイとを調心する方法において、
前記光ファイバアレイの基板に突設された脚部を、前記筐体に設けられた光ファイバアレイ固定部の溝部に収納し、前記光ファイバアレイと前記レーザダイオードアレイとを調心した後、前記脚部を前記溝部に固定することを特徴とする半導体レーザモジュールにおける光ファイバアレイとレーザダイオードアレイとを調心する方法。
【請求項２】
前記脚部における前記基板との接合部近傍に、他の部分よりも幅の小さい細幅部を設けることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザモジュールにおける光ファイバアレイとレーザダイオードアレイとを調心する方法。
【請求項３】
前記脚部における前記基板との接合部近傍に、貫通孔を設けることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザモジュールにおける光ファイバアレイとレーザダイオードアレイとを調心する方法。
【請求項４】
前記溝部を、断熱層を介して前記筐体に固定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体レーザモジュールにおける光ファイバアレイとレーザダイオードアレイとを調心する方法。
【請求項５】
前記溝部における前記断熱層との接合部近傍に、他の部分よりも幅の小さい細幅部を設けることを特徴とする請求項４記載の半導体レーザモジュールにおける光ファイバアレイとレーザダイオードアレイとを調心する方法。
【請求項６】
前記光ファイバアレイを構成する光ファイバの本数を、前記レーザダイオードアレイのエミッタ数と同数とし、前記光ファイバアレイを構成する光ファイバを、前記レーザダイオードアレイのエミッタ間隔と等間隔に配列することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の半導体レーザモジュールにおける光ファイバアレイとレーザダイオードアレイとを調心する方法。
【請求項７】
光ファイバが基板上に配列されてなる光ファイバアレイと、該光ファイバアレイの入力端に向けてレーザビームを照射するレーザダイオードが集積されてなるレーザダイオードアレイと、該レーザダイオードアレイが配された筐体とを備えた半導体レーザモジュールにおいて、
前記光ファイバアレイの基板に突設された脚部と、該脚部を収納する前記筐体に設けられた光ファイバアレイ固定部の溝部とを備えたことを特徴とする半導体レーザモジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザダイオードと、その出力光を取り出す光ファイバとが一体に構成された半導体レーザモジュールにおいて、レーザダイオードを集積してなるレーザダイオードアレイと、光ファイバを基板上に配列してなる光ファイバアレイとを調心する半導体レーザモジュールにおける光ファイバアレイとレーザダイオードアレイとを調心する方法およびこの調心方法を適用した半導体レーザモジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、半導体レーザモジュールは、レーザダイオード（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ、以下「ＬＤ」と略す。）と、ＬＤから出力された光を結合させる光ファイバと、ＬＤの出力をモニタするフォトダイオード（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ、以下「ＰＤ」と略す。）などのＬＤ出力モニタ素子とを、少なくとも備えたモジュールである。
【０００３】
このような半導体レーザモジュールの内部では、ＬＤから出力された光が光ファイバに入力される際に最大となるように、ＬＤと光ファイバとが厳密に位置合わせ（調心）されている。さらに、調心された状態を維持するように、ＬＤおよび光ファイバが所定位置に固定されている。光ファイバの固定には、レーザ溶接、半田、接着剤のいずれか、または、これらのいくつかが組み合わされて用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、産業用に利用される高出力の半導体レーザモジュールには、多数のＬＤが並列に配列されたＬＤアレイが備えられており、このＬＤアレイは１５〜６０程度のエミッタが横一列に並んだ構造をしている。このような構成の半導体レーザモジュールでは、駆動時に全てのエミッタから発光することにより、連続発振で２０〜４０Ｗの高出力を実現している。そのため、ＬＤアレイから出力された光を効率よく光ファイバへ入力するためには、各エミッタからの出力光を集光する機構が必要となる。これを実現するための一手段として、エミッタの数と同数の光ファイバを用意して、この光ファイバを各エミッタと対向させて調心、固定した後、光ファイバを出力端で纏めて、エミッタからの出力光を集光する方法が考案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−３４１１９６号公報
【特許文献２】
米国特許第４，８１８，０６２号明細書
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のＬＤアレイを用いた半導体レーザモジュールでは、光ファイバの断面積をＬＤアレイのエミッタ以上とし、かつ、光ファイバの入力側の端面とＬＤアレイのエミッタとの距離を１０μｍ程度まで近づければ、理論上９０％以上の光の結合効率を得ることが可能である。
【０００７】
しかしながら、上述のように、各エミッタに対して光ファイバを１本ずつ調心する方法では、エミッタの数と同じ回数の光ファイバの調心、固定の工程が必要となる。
また、半導体レーザモジュールに用いられるＬＤアレイでは、ＬＤのエミッタ間隔が２００μｍ以下と非常に小さい上に、このエミッタに結合させる光ファイバの径も同程度に小さい。そのため、光ファイバの固定に用いられる接着剤が硬化する際の体積変化（主に収縮）などにより、光ファイバが調心位置からずれてしまうと、簡単に修正することができない。このようなことは、製品の歩留まり低下の原因となる。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ＬＤアレイと光ファイバアレイとの高結合度を維持しつつ、製造工数の削減および歩留まりを向上する半導体レーザモジュールにおける光ファイバアレイとレーザダイオードアレイとを調心する方法およびこの調心方法を適用した半導体レーザモジュールを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、光ファイバが基板上に配列されてなる光ファイバアレイと、該光ファイバアレイの入力端に向けてレーザビームを照射するレーザダイオードが集積されてなるレーザダイオードアレイと、該レーザダイオードアレイが配された筐体とを備えた半導体レーザモジュールにおける光ファイバアレイとレーザダイオードアレイとを調心する方法において、前記光ファイバアレイの基板に突設された脚部を、前記筐体に設けられた光ファイバアレイ固定部の溝部に収納し、前記光ファイバアレイと前記レーザダイオードアレイとを調心した後、前記脚部を前記溝部に固定する半導体レーザモジュールにおける光ファイバアレイとレーザダイオードアレイとを調心する方法を提供する。
【００１０】
上記半導体レーザモジュールの調心方法において、前記脚部における前記基板との接合部近傍に、他の部分よりも幅の小さい細幅部を設けることが好ましい。上記半導体レーザモジュールの調心方法において、前記脚部における前記基板との接合部近傍に、貫通孔を設けることが好ましい。
【００１１】
上記半導体レーザモジュールの調心方法において、前記溝部を、断熱層を介して前記筐体に固定することが好ましい。
上記半導体レーザモジュールの調心方法において、前記溝部における前記断熱層との接合部近傍に、他の部分よりも幅の小さい細幅部を設けることが好ましい。
【００１２】
上記半導体レーザモジュールの調心方法において、前記光ファイバアレイを構成する光ファイバの本数を、前記レーザダイオードアレイのエミッタ数と同数とし、前記光ファイバアレイを構成する光ファイバを、前記レーザダイオードアレイのエミッタ間隔と等間隔に配列することが好ましい。
【００１３】
また、本発明は、光ファイバが基板上に配列されてなる光ファイバアレイと、該光ファイバアレイの入力端に向けてレーザビームを照射するレーザダイオードが集積されてなるレーザダイオードアレイと、該レーザダイオードアレイが配された筐体とを備えた半導体レーザモジュールにおいて、前記光ファイバアレイの基板に突設された脚部と、該脚部を収納する前記筐体に設けられた光ファイバアレイ固定部の溝部とを備えた半導体レーザモジュールを提供する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の半導体レーザモジュールの調心方法により、ＬＤアレイと光ファイバアレイを構成する光ファイバとの調心を行った半導体レーザモジュールの一例を示す概略斜視図である。図２は、図１の半導体レーザモジュールの平面図である。
図１に示すように、この例の半導体レーザモジュールは、各種構成部品が収納または取り付けられる筐体１と、筐体１上に固定されているサブマウント２と、サブマウント２上に配置されているＬＤアレイ３と、複数（多数）の光ファイバ４を基板５上に配列してなる光ファイバアレイ６とから概略構成されている。
【００１５】
ＬＤアレイ３は、光ファイバアレイ６を構成する光ファイバ４の入力端に向けてレーザビームを照射する多数のＬＤが並列に配列されてなるものであり、多数の（ＬＤの数に応じた）エミッタが横一列に並んだ構造をしている。
【００１６】
光ファイバアレイ６は、Ｖ溝などの光ファイバ収納溝（図示略）が形成された基板５に、複数の光ファイバ４が高精度に配列されたものである。光ファイバアレイ６において、複数の光ファイバ４は、超精密加工技術により高精度に形成された光ファイバ収納溝に収納され等間隔に配列され、接着剤などにより固定されている。
【００１７】
また、光ファイバアレイ６の基板５には、光ファイバ収納溝が延在する方向（光ファイバ４が延在する方向）と垂直な方向の両側面に、棒状の脚部７、７が突設されている。そして、この脚部７、７が、筐体１上に設けられた２個の光ファイバアレイ固定部８、８の上面に形成された溝部８ａにそれぞれ収納され、半田によって固定されている。
【００１８】
次に、本発明の半導体レーザモジュールの調心方法について説明する。
本発明において、ＬＤアレイ３と光ファイバ４とを調心するには、まず、複数（多数）の光ファイバ４を基板５の光ファイバ収納溝に収納し、接着剤などにより固定する。
次いで、基板５に突設された脚部７、７を光ファイバアレイ固定部８の溝部８ａに収納する。
【００１９】
次いで、この状態で、ＬＤアレイ３と基板５との位置を微調整して調心する。ここで、ＬＤアレイ３と基板５との位置を微調整するには、ＬＤアレイ３が取り付けられているサブマウント２を筐体１に固定し、０．１μｍ単位での微動が可能な精密ステージに取り付けられた調整用冶具で基板５を把持した状態でＬＤアレイ３を発光させ、光ファイバアレイ６からの出力が最大となるように基板５の位置を、精密ステージを用いて調整する。また、精密ステージにはサブマウント２を固定した筐体１を取り付け、基板５の位置を固定して筐体１の位置を調整してもよい。
【００２０】
次いで、ＬＤアレイ３と光ファイバ４とが調心された状態を維持したまま、半田によって、脚部７、７を光ファイバアレイ固定部８の溝部８ａに固定する。
【００２１】
また、図３（ａ）に示すように、脚部７における基板５との接合部近傍には、他の部分よりも幅の小さい細幅部７ａを設けてもよい。あるいは、図３（ｂ）に示すように、脚部７における基板５との接合部近傍には、貫通孔７ｂを設けてもよい。
このようにすれば、脚部７の熱伝導路が小さくなり、筐体１から脚部７を介して光ファイバアレイ６に伝わる熱量が少なくなるから、より効率的に脚部７のみを加熱することで作業性を上昇させることが可能な上に、光ファイバアレイ６の過剰加熱による悪影響を抑制することができる。
【００２２】
また、図４（ａ）に示すように、光ファイバアレイ固定部８の溝部８ａを、断熱層９を介して光ファイバアレイ固定部８の本体部８ｂに固定してもよい。
断熱層９を形成する材料としては、熱による体積変化の少ない材料が望ましく、例えば、セラミックスなどが挙げられる。
【００２３】
このようにすれば、断熱層９により筐体１と溝部８ａが断熱され、溝部８ａから本体部８ｂを介して筐体１に伝わる熱量が少なくなるから、より効率的に脚部８ａのみを加熱することで作業性を上昇させることが可能となる。
【００２４】
さらに、図４（ｂ）に示すように、溝部８ａを、断熱層９を介して本体部８ｂに固定する際に、溝部８ａにおける断熱層９との接合部近傍には、他の部分よりも幅の小さい細幅部８ｃを設けてもよい。
このようにすれば、断熱層９による断熱に加えて、断熱層９から溝部８ａへの熱伝導路が小さくなり、さらに断熱効果が向上する。
【００２５】
なお、図１および図４では、光ファイバアレイ固定部８を、溝部８ａと本体部８ｂとを有する構成としたが、本発明はこれに限定されず、光ファイバ固定部８を溝部８ａのみからなる構成としてもよい。この場合、溝部８ａは断熱層９のみを介して筐体１に固定される。
【００２６】
また、上述の半導体レーザモジュールの調心方法では、光ファイバアレイ６を構成する光ファイバ４の本数を、ＬＤアレイ３のエミッタ数と同数とし、かつ、光ファイバ４を、ＬＤアレイ３のエミッタ間隔と等間隔に配列することが好ましい。このような構成とすれば、ＬＤアレイ３と光ファイバアレイ６とを対向させて調心する際に、高結合度を実現することができる。
【００２７】
なお、上述の半導体レーザモジュールの調心方法では、図１に示したように、光ファイバアレイ６の基板５に脚部７を２個設ける例を示したが、本発明はこれに限定されず、基板５には脚部を３個以上設けてもよい。
【００２８】
上述の半導体レーザモジュールの調心方法では、光ファイバアレイ６を構成する基板５には、超精密加工技術により高精度に複数の光ファイバ収納溝が等間隔に形成されている。したがって、この光ファイバ収納溝に収納された複数の光ファイバ４も、高精度かつ等間隔に配列されている。ゆえに、上述のように、ＬＤアレイ３と基板５とを調心することにより、ＬＤアレイ３と光ファイバ４とを調心することができる。さらに、調心後の光ファイバアレイ６の脚部７、７を光ファイバアレイ固定部８の溝部８ａに固定することにより、ＬＤアレイ３と光ファイバ４との高結合度が維持される。
【００２９】
また、ＬＤアレイ３と結合する光ファイバ４を、あらかじめ基板５の光ファイバ収納溝に固定することにより、ＬＤアレイ３と複数の光ファイバ４との調心を一括に行うことができる。これにより、ＬＤアレイ３と光ファイバ４との調心、固定の工数を削減することができる。
【００３０】
さらに、基板５上における光ファイバ４の整列および固定の工程と、ＬＤアレイ３と光ファイバ４との調心、固定の工程とを分離し、基板５を加熱により流動する半田によって固定するので、調心、固定後に光ファイバ４の位置ずれが発生しても、容易に修正することができる。したがって、製品の歩留まりを向上することができる。
【００３１】
また、半田は硬化する際に体積変化の少ない材料であるから、脚部７、７を溝部８ａに半田によって固定した際に、光ファイバ４が調心位置からずれることがない。
【００３２】
図５は、本発明の半導体レーザモジュールの調心方法により、ＬＤアレイと光ファイバとの調心を行った半導体レーザモジュールの他の例を示す概略平面図である。
この例の半導体レーザモジュールでは、光ファイバアレイ１６を構成する複数（多数）の光ファイバ１４が基板１５上の一方の端部側で１つに纏められ、大口径ファイバ１９に接続されている。大口径ファイバ１９の先端にはフェルール２０が取り付けられており、このフェルール２０を介して、基板１５上で１つに纏められた光ファイバ１４が接続されている。
【００３３】
基板１５の光ファイバ１４が１つに纏められる側の端部には、フェルール２０を固定するためのＶ溝（図示略）が設けられている。そして、フェルール２０は、このＶ溝に固定され、複数の光ファイバ１４が１つに纏められてなる集合部の端部と位置合わせがなされている。
【００３４】
さらに、複数の光ファイバ１４を１つに纏められて集合部を設けることにより、光ファイバアレイ１６の基板１５が大きくなるので、基板１５には、４個の棒状の脚部１７が突設されている。そして、この脚部１７が、筐体１上に設けられた４個の光ファイバアレイ固定部１８の上面に形成された溝部１８ａにそれぞれ収納され、半田によって固定されている。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、あらかじめ基板の光ファイバ収納溝に固定することにより、ＬＤアレイと複数の光ファイバとの調心を一括に行うことができる。これにより、ＬＤアレイと光ファイバとの高結合度を実現することができる上に、ＬＤアレイと光ファイバとの調心、固定の工数を削減することができる。
また、光ファイバアレイを半田によって固定するから、ＬＤアレイと光ファイバとの調心、固定後に光ファイバの位置ずれが発生しても、容易に修正することができる。したがって、製品の歩留まりを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体レーザモジュールの調心方法により、ＬＤアレイと光ファイバとの調心を行った半導体レーザモジュールの一例を示す概略斜視図である。
【図２】図１の半導体レーザモジュールの平面図である。
【図３】脚部の他の例を示す概略図である。
【図４】光ファイバアレイ固定部の溝部と本体部との間に断熱層を設けた例を示す概略図である。
【図５】本発明の半導体レーザモジュールの調心方法により、ＬＤアレイと光ファイバとの調心を行った半導体レーザモジュールの他の例を示す概略平面図である。
【符号の説明】
１・・・筐体、２・・・サブマウント、３・・・ＬＤアレイ、４，１４・・・光ファイバ、５，１５・・・基板、６，１６・・・光ファイバアレイ、７，１７・・・脚部、７ａ・・・細幅部、８，１８・・・光ファイバアレイ固定部、８ａ，１８ａ・・・溝部、８ｂ・・・本体部、８ｃ・・・細幅部、９・・・断熱層、１９・・・大口径ファイバ、２０・・・フェルール。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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