(57)【要約】【課題】  半導体レ−ザから発した光を光ファイバに結合するための光結合光学系がパッケージングされた半導体レーザモジュールにおいて、光ファイバ入射面に光ファイバをフェルールに取付ける際に使用する接着剤が付着する汚染を防止すること。【解決手段】  半導体レーザから発した光を、レンズを介してフェルールに保持された光ファイバに結合するための光結合系において、前記光ファイバは先端部の被覆が除去されて前記フェルールの内孔に挿入され、該フェルールの内孔に充填された接着剤により先端部で固定され、且つその先端面が研磨されており、さらに、前記光ファイバ入射面を含む前記フェルール先端面に光透過性かつガスバリア性を有する部材を形成せしめる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザから発した光を、レンズを介してフェルールに保持された光ファイバに結合するための光結合系において、前記光ファイバは先端部の被覆が除去されて前記フェルールの内孔に挿入され、該フェルールの内孔に充填された接着剤により先端部で固定され、且つその先端面が研磨されており、さらに、前記光ファイバ入射面を含む前記フェルール先端面に光透過性かつガスバリア性を有する部材を形成せしめたことを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項２】
前記光透過性かつガスバリア性を有する部材として、ＳｉＯ２膜を作るための前駆体を含む液状化合物を塗布し、前記液状化合物を転化して成すＳｉＯ２膜を用い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。
【請求項３】
前記ＳｉＯ２膜を作るための前記前駆体を含む液状化合物は、ポリシラザンを含む溶液、あるいは珪素化合物溶液、あるいはシロキサン溶液を用いることを特徴とする請求項２記載の半導体レーザモジュール。
【請求項４】
前記半導体レーザとして、発振波長４０５（ｎｍ）の青紫色半導体レーザを用い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。
【請求項５】
複数本の光ファイバの出射端を等間隔で一列に配列することにより構成される光ファイバアレイを光源とし、該光源から発した複数の光を、光学系を介して光記録部材上に複数の光スポットとして結像させ、前記複数の光スポットを一括走査し、また、該複数の光スポットの光強度を変調することにより、前記光記録部材上に印字、画像情報を記録する光記録装置において、前記光ファイバの入射端は、半導体レーザから発した光を、レンズを介してフェルールに保持された光ファイバに結合するための光結合系を構成し、該光ファイバは先端部の被覆が除去されて前記フェルールの内孔に挿入され、該フェルールの内孔に充填された接着剤により先端部で固定され、且つその先端面が研磨されており、さらに、前記光ファイバ入射面を含むフェルール先端面に光透過性かつガスバリア性を有する部材を形成せしめたことを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項６】
前記光透過性かつガスバリア性を有する部材として、ＳｉＯ２膜を作るための前駆体を含む液状化合物を塗布し、前記液状化合物を転化して成すＳｉＯ２膜を用いることを特徴とする請求項５記載の半導体レーザモジュール。
【請求項７】
前記ＳｉＯ２膜を作るための前記前駆体を含む液状化合物は、ポリシラザンを含む溶液、あるいは珪素化合物溶液、あるいはシロキサン溶液を用いることを特徴とする請求項６記載の半導体レーザモジュール。
【請求項８】
前記半導体レーザとして、発振波長４０５（ｎｍ）の青紫色半導体レーザを用いることを特徴とする請求項５記載の半導体レーザモジュール。
【請求項９】
前記光ファイバアレイの光出射面に、光透過性かつガスバリア性を有する部材を形成せしめたことを特徴とする請求項５記載の半導体レーザモジュール。
【請求項１０】
前記光透過性かつガスバリア性を有する部材として、ＳｉＯ２膜を作るための前駆体を含む液状化合物を塗布し、前記液状化合物を転化して成すＳｉＯ２膜を用いることを特徴とする請求項９記載の半導体レーザモジュール。
【請求項１１】
前記ＳｉＯ２膜を作るための前記前駆体を含む液状化合物は、ポリシラザンを含む溶液、あるいは珪素化合物溶液、あるいはシロキサン溶液を用いることを特徴とする請求項１０記載の半導体レーザモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザから発した光を、レンズを介して光ファイバに入射し、なおかつ半導体レーザを変調することにより光信号の伝送を行うための光ファイバ結合光学系に使用する半導体レーザモジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図２に光ファイバ結合光学系を構成する部品の配置図を示す。モジュール本体１に取付けられた半導体レーザ２から出射した光３はレンズ４を介して、フェルール５に接着され保持された光ファイバ６の光入射側端面上に結像される。フェルール５はフェルール保持具７に挿入されている。このとき、光ファイバ照射光８を効率よく光ファイバ６に入射させるためには、光ファイバ照射光８の結像スポットの大きさと光ファイバ中の光が伝搬する領域（以下、コアと呼ぶ）の大きさとをできるだけ合致させることが必要になる。そのためには、レンズ４は半導体レーザ２の発光部を光ファイバ６のコア径に適した大きさに拡大する必要が有り、半導体レーザ２の発光部とコア径の大きさから決まる所定の倍率を有するレンズ（或いは、レンズ組）を使用する。半導体レーザ２の発光部の大きさは通常１〜２μｍ程度であり、半導体レーザ２として発振波長が可視光のレーザ、光ファイバ６として単一モード光ファイバを用いる場合には、コア部の大きさは４〜５μｍになり非常に小さい。このため、光ファイバ結合光学系を組み立てる際には、レーザ出射光を効率良くコア部に入射するために、結像スポットと光ファイバ６のコア部とを微調治具を用いてサブミクロンオーダーで精密位置合わせする。位置合わせ後は、フェルール５とフェルール保持具７とがレーザ溶接等により接合され、次いで、モジュール本体１とフェルール保持具７とが溶接固定される。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３０５１５５号公報
【０００４】
【特許文献２】特開２００３−２９６４６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、半導体レ−ザモジュールは長期間にわたり安定した信頼性を保持することが要求される。このためには、半導体レ−ザの発光強度とビームプロファイル、レンズの光透過率、光ファイバに入射させる光ファイバ照射光とコア部との位置精度などを安定に保つことが必要であるが、とくに短波長のレーザを用いる半導体レ−ザモジュールにおいては、光ファイバ入射面のように強烈なレーザ光が照射される部位では、光ファイバをフェルールに取付ける際に使用する接着剤からのアウトガスがエネルギー密度の高いレーザ光によって光化学反応し、表面に付着し、固体または液体物質として蓄積してしまい、光ファイバへの結合効率を著しく低下させる現象があり問題となっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題は、半導体レーザから発した光を、レンズを介してフェルールに保持された光ファイバに結合するための光結合系において、前記光ファイバは先端部の被覆が除去されて前記フェルールの内孔に挿入され、該フェルールの内孔に充填された接着剤により先端部で固定され、且つその先端面が研磨されており、さらに、前記光ファイバ入射面を含む前記フェルール先端面に光透過性かつガスバリア性を有する部材を形成せしめることによって解決される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、光ファイバをフェルールに取付ける際に使用する接着剤からのアウトガスがエネルギー密度の高いレーザ光によって光化学反応し、表面に付着し、固体または液体物質として蓄積してしまい、光ファイバへの結合効率を著しく低下させる現象を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面により本発明の実施例を説明する。
【０００９】
図１は光ファイバ結合光学系を構成する部品の配置図である。モジュール本体１に取付けられた半導体レーザ２から出射した光３はレンズ４を介して、フェルール５に接着され保持された光ファイバ６の光入射側端面上に結像される。フェルール５はフェルール保持具７に挿入されている。このとき、光ファイバ照射光８を効率よく光ファイバ６に入射させるためには、光ファイバ照射光８の結像スポットの大きさと光ファイバ中の光が伝搬する領域（以下、コアと呼ぶ）の大きさとをできるだけ合致させることが必要になる。そのためには、レンズ４は半導体レーザ２の発光部を光ファイバ６のコア径に適した大きさに拡大する必要が有り、半導体レーザ２の発光部とコア径の大きさから決まる所定の倍率を有するレンズ（或いは、レンズ組）を使用する。半導体レーザ２の発光部の大きさは通常１〜２μｍ程度であり、半導体レーザ２として発振波長が可視光のレーザ、光ファイバ６として単一モード光ファイバを用いるの場合には、コア部の大きさは４〜５μｍになり非常に小さい。このため、光ファイバ結合光学系を組み立てる際には、レーザ出射光を効率良くコア部に入射するために、結像スポットと光ファイバ６のコア部とを微調治具を用いてサブミクロンオーダーで精密位置合わせする。
【００１０】
図３にフェルール５と光ファイバ６の詳細図を示す。光ファイバ６は光ファイバの芯線１２と被覆１１からなり、光ファイバ６の先端は被覆１１が除去されて、露出した芯線１２がフェルール５の内孔に挿入されている。このフェルール５は、露出した芯線１２を挿入する先端部の保持部９と保持部９が嵌合された外側保持部１０より構成される。一般に、先端部の保持部９はジルコニア、硬質ガラス等のセラミック類、あるいはステンレスが用いられ、外側保持部１０はステンレスが用いられる。通常、光ファイバ芯線１２のフェルール５への保持は、図４に示すように、フェルール５に充填された接着剤１３に行われ、接着剤１３としては熱硬化性のエポキシ樹脂が用いられる。
【００１１】
結像スポットと光ファイバ６のコア部との位置合わせ後は、フェルール５とフェルール保持具７とがレーザ溶接等により接合（図２の黒点部）され、次いで、モジュール本体１とフェルール保持具７とが溶接固定（図２の黒点部）される。
【００１２】
一般に、半導体レ−ザモジュールは長期間にわたり安定した信頼性を保持することが要求される。このためには、半導体レ−ザ２の発光強度とビームプロファイル、レンズの光透過率、光ファイバ６に入射させる光ファイバ照射光８の結像スポットとコア部との位置精度などを安定に保つことが必要であるが、とくに短波長のレーザを用いる半導体レ−ザモジュールにおいては、光ファイバ入射面のように強烈なレーザ光が照射される部位では、光ファイバをフェルールに取付ける際に使用する接着剤が、コア部に結合されずクラッド部に漏れた透過光によって劣化、光損傷する。これによって発生するアウトガスがエネルギー密度の高いレーザ光によって光化学反応し、表面に付着し、固体または液体物質として蓄積してしまい、光ファイバへの結合効率を著しく低下させる現象があり問題となっていた。
【００１３】
ここで、光ファイバ６に入射する光の強度を１０（ｍＷ）、光ファイバのコア部の大きさをφ４（μｍ）として光ファイバ入射端における光エネルギー密度を算出すると、次式のように非常に高エネルギーになる。
光エネルギー密度＝１０（ｍＷ）／（π・（４／２）２）（μｍ２）＝０．８（ｍＷ／μｍ２）
＝８００（Ｗ／ｍｍ２）  …  （１）
このため、コア部に結合されずクラッド部に漏れた透過光は、フェルール内孔と光ファイバとの界面に介在する接着剤を照射し、これによって接着剤が劣化、光損傷して接着剤からアウトガスが発生する。接着剤の光吸収率は波長が短くなるほど大きくなるので、この現象も波長の短い半導体レーザを用いた場合に発生し易くなる。フェルール内孔と光ファイバとの界面から発生したアウトガスは前述した機構、および光圧による光ピンセット効果により光集光部である光ファイバ入射面のコア部に付着物が蓄積されていく。この現象を放置すると、経時的に半導体レーザモジュールの光利用効率を低下させていくことになる。
【００１４】
なお、光ファイバをフェルールに取付ける際に使用する接着剤としては、通常、熱硬化性のエポキシ樹脂が用いられる。
【００１５】
そこで、本発明の実施例では、上記問題を解決するために、上述した半導体レーザモジュールの図５に示す光ファイバ入射面拡大図において、光ファイバ芯線１２を構成するコア部１４、クラッド部１５、接着剤１３を含むフェルール先端面に光透過性かつガスバリア性を有する部材１６を形成せしめる。光透過性かつガスバリア性を有する部材としては、ＳｉＯ２膜を作るための前駆体を含む液状化合物を塗布し、前記液状化合物を転化して成すＳｉＯ２膜を用いる。この前駆体を含む液状化合物としては、ポリシラザンを含む溶液、あるいは珪素化合物溶液、あるいはシロキサン溶液を用いる。例えば、ポリシラザン溶液の場合、Ｓｉ−Ｎ（珪素と窒素）結合をもつ化合物を基本ユニットとした有機溶剤に可溶な無機ポリマーである。このため、このポリマーの有機溶媒溶液を塗布液として使用し、高温処理することによって焼成すれば、高純度シリカ（アモルファスＳｉＯ２）膜が形成される。あるいは、常温環境でも高純度シリカ（アモルファスＳｉＯ２）膜が形成される溶液もある。市販されている商品としては、東燃（株）の東燃ポリシラザン等がある。なお、塗布方法としては、ディッピング、スプレー法等がある。
【００１６】
このように、光ファイバ入射面を含むフェルール先端面に形成したＳｉＯ２膜はガスバリア性を有しているため、光ファイバとフェルール界面の接着剤からアウトガスが発生してもガスがファイバ入射面側にくるのを防止できるため、入射面の汚染を防ぐことができる。
【００１７】
図６は上述した半導体レーザモジュールを複数個用いて光記録装置用の光源として応用した例である。
【００１８】
それぞれ独立した複数の半導体レーザ光源１７〜２１（図中では５個にしている）から出射したレーザ光は、非図示のカップリングレンズを介して、それぞれに対応する複数本の光ファイバ２２〜２６に入射する。これらの半導体レーザ１７〜２１、カップリングレンズ、光ファイバ２２〜２６の各々は、半導体レーザの発光部、レンズの光軸、光ファイバの光伝搬部（以下、コア部という）が同一軸上に位置調整されパッケージ化された半導体レーザモジュール部２７〜３１を構成している。
【００１９】
光ファイバの光出射端は、互いに近接させ等間隔で配置固定された光ファイバアレイ部３２を形成している。光ファイバアレイ部３２を出射した光はその後、光学系３３を介して回転多面鏡３４、走査レンズ３５により光記録部材３６上に複数の光スポットとして結像し、これらの光スポットを光変調して走査することにより光記録部材３６には印字・画像情報が記録される。
【００２０】
光記録装置の記録速度および解像度は年々増加する傾向にあるため、光源である半導体レーザ光源１７〜２１はより一層のハイパワー、短波長のものが望まれている。一方、半導体レーザ光源１７〜２１から発した光を伝搬する光ファイバ２２〜２６も、それに対応した構成のものが望まれており、上記した光記録装置において、光記録部材上を走査する光スポットはガウスビームあることが望ましいため、使用される光ファイバは単一モード光ファイバである。
【００２１】
このような構成をもつ光記録装置において、大元の半導体レーザモジュール部２７〜３１の光利用効率変動はそのまま印刷品質の変動に直結する。このため、半導体レーザモジュール内の光ファイバ入射面に図５で説明したようなＳｉＯ２膜を形成することは、印刷品質を向上させる手段として有効である。なお、上述したＳｉＯ２膜の形成は光ファイバの入射側のみでなく、図７に示す光ファイバアレイ３２を構成する各光ファイバ出射端においても同様に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の半導体レーザモジュールの断面図。
【図２】従来の半導体レーザモジュールの断面図。
【図３】本発明の半導体レーザモジュールの一部品であるフェルールの断面図。
【図４】図３のフェルールの断面拡大図。
【図５】図３のフェルールの断面拡大図。
【図６】本発明の半導体レーザモジュールを用いた光記録装置の概略図。
【図７】光記録装置に用いられる光ファイバアレイ先端の概略図。
【符号の説明】
【００２３】
１…モジュール本体、２…半導体レーザ、３…出射光、４…レンズ、５…フェルール、６…光ファイバ、７…フェルール保持具、８…光ファイバ照射光、９…フェルール先端保持部、１０…フェルール外側保持部、１１…光ファイバの被覆、１２…光ファイバの芯線、１３…接着剤、１４…光ファイバのコア部、１５…光ファイバのクラッド部、１６…ガスバリア性部材、１７〜２１…半導体レーザ、２２〜２６…光ファイバ、２７〜…半導体レーザモジュール、３２…光ファイバアレイ、３３…光学系、３４…回転多面鏡、３５…走査レンズ、３６…光記録部材。
【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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【図６】
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【図７】
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