(57)【要約】【課題】  光源からの光を光ファイバに集光して入射させる光モジュールにおいて、光ファイバの入射端面における汚染物質の付着を抑制する。【解決手段】  光源１と、光を入射端から入射し、出射端から出射する光ファイバ９と、光源１から出射された光を集光し、光ファイバ９の入射端面に集光させる集光レンズ６とを備える光源モジュール１００において、光ファイバ９の入射端面とガラス８を加熱処理よって溶融させ、接合させる。【選択図】  図１
2007010693.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの光源と、
光を入射端から入射し、出射端から出射する光ファイバと、
前記光源から出射された光を集光し、前記光ファイバの入射端面に集光させる集光光学系とを備える光源モジュールにおいて、
前記光ファイバの入射端面に透明部材が接合されており、前記集光光学系によって集光された光が前記透明部材を介して前記光ファイバの入射端面に入射されるものであることを特徴とする光源モジュール。
【請求項２】
前記光ファイバの入射端面と前記透明部材が、加熱によって融着接合されていることを特徴とする請求項１に記載の光源モジュール。
【請求項３】
前記透明部材の前記光の入射面における該光のパワー密度が１０［Ｗ／ｍｍ２］以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光源モジュール。
【請求項４】
前記光源から出射される光の発振波長が、３５０［ｎｍ］〜５００［ｎｍ］であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の光源モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源と、光ファイバと、光源から出射した光を光ファイバの一端側に結合させる集光光学系とを備えた光源モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体レーザと、半導体レーザから出射されたレーザ光を光ファイバの入射端面に集光させる集光光学系とを備えた光源モジュールが光通信部品として一般的に知られている。光源モジュール内部においては、半導体レーザと光ファイバの入射端面とが光学的に結合された状態をマイクロメートルオーダで安定に維持するために、光ファイバ及び集光光学系等は、半田又は接着剤等の接着手段を用いて固定されている。
【０００３】
このような光学モジュールにおいて、光ファイバの入射端面は集光により光パワー密度が高いため、大気中の有機物質等が付着しやすい。光ファイバの入射端面が付着物によって汚染されると、レーザ特性が劣化し、光源モジュールの信頼性低下の原因となっていた。
【０００４】
そこで、特許文献１に開示されている発明のように、光ファイバの入射端面に透明部材を半田で固定し、該光ファイバの入射端面を大気から保護して汚染を防ぐ方法が知られている。
【０００５】
また、同じく光ファイバの入射端面の汚染防止のために、光ファイバの端面を固定部材を介してガラスプレートに固定する方法や（特許文献２参照）、光ファイバの入射端面にガラススペーサを密着させて配設する方法（特許文献３参照）が提案されている。
【特許文献１】特開２００４−２５３７８３号公報
【特許文献２】特開平７−１０４０１３号公報
【特許文献３】特開平２−８１００８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されている発明は、光ファイバと透明部材を半田によって固定するため、固定時に半田材料に熱応力が残留し、固定強度が不足するという問題があった。更に、光ファイバと透明部材の接合部分を半田によりメタライズする必要があり、装置組立に手間とコストがかかっていた。
【０００７】
また、特許文献２及び３に開示されている発明は、装置組立時に光ファイバとガラスプレート又はガラススペーサの間に微小なゴミを挟み込む可能性があり、光ファイバの入射端面を汚染物質から完全に保護することはできなかった。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光ファイバの入射端面における汚染物質の付着を抑制し、高い信頼性を有する光源モジュール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】
【０００９】
以上の課題を解決するために、請求項１に記載の光源モジュールは、少なくとも１つの光源と、光を入射端から入射し、出射端から出射する光ファイバと、前記光源から出射された光を集光し、前記光ファイバの入射端面に集光させる集光光学系とを備える光源モジュールにおいて、前記光ファイバの入射端面に透明部材が接合されており、前記集光光学系によって集光された光が前記透明部材を介して前記光ファイバの入射端面に入射されるものであることを特徴とするものである。
【００１０】
また、請求項２に記載の光源モジュールは、請求項１に記載の光源モジュールであって、前記光ファイバの入射端面と前記透明部材が、加熱によって融着接合されていることを特徴とするものである。
【００１１】
ここで光ファイバの入射端面と透明部材を接合する際の加熱手段として、アーク放電、ニクロム線ヒータ、酸水素炎等の方法があり、局所的に加熱可能な手段であることが望ましい。
【００１２】
尚、請求項１又は２に記載の光源モジュールにおいて、光源モジュールの長寿命化を実現するために、前記透明部材の前記光の入射面における該光のパワー密度が１０［Ｗ／ｍｍ２］以下であることが望ましい。
【００１３】
更に、請求項１〜３の何れか一項に記載の光源モジュールにおいて、前記光源から出射される光の発振波長が、３５０［ｎｍ］〜５００［ｎｍ］であることが望ましい。特に、前記光の発振波長が３５０［ｎｍ］〜４５０［ｎｍ］の短波長領域のとき、前記光の集光部分における汚染防止の効果が顕著に現れる。
【発明の効果】
【００１４】
透明部材と光ファイバの入射端面を加熱処理によって接合させることにより、透明部材と光ファイバの入射端面の間に大気や汚染物質が入り込むことがなく、接合面の汚染を防止することができる。従って、性能の安定した、信頼性の高い光源モジュールを実現することができる。また、透明部材と光ファイバの入射端面を半田等でメタライズして接合しないため、接合のための手間とコストを削減することができる。更に、接合に半田を用いると固定時に半田材料に熱応力が残留するため、固定強度の低下の原因となっていたが、アーク放電等の加熱処理によって接合することによって接合部分の固定強度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
〔第１の実施の形態〕
図１は第１の実施の形態の光源モジュール１００の概略構成を説明するための側面図である。以下、光源として半導体レーザを用いた場合について説明する。
【００１７】
半導体レーザ１は、ＣＡＮパッケージ２のブロック２１にＡｕＳｎ等のロウ材を用いて実装され、不活性ガス雰囲気中において光出射窓１２を有するキャップ３の縁部とＣＡＮパッケージ２とを抵抗溶接等により接着し、気密封止される。半導体レーザ１を気密封止したＣＡＮパッケージ２は、ベース板１１に圧入固定される。ＣＡＮパッケージ２とベース板１１の固定は、ＹＡＧ溶接等の溶接や、半田、接着剤等を用いて固定してもよい。また半導体レーザ１を電気的に駆動する配線類２２は、ＣＡＮパッケージ２の開口部分を通して外部に引き出される。
【００１８】
集光レンズ６は、集光レンズホルダ５の内部に接着や圧入により固定される。また集光レンズホルダ５は筐体４に光源モジュール１００の光軸方向に摺動自在なように保持される。また、筐体４は、ベース板１１の光軸と直交する平面上に調整可能な構造で保持されている。
【００１９】
光ファイバ９は、例えば開口率ＮＡ＝０．２２であり、コア径が６０［μｍ］程度のマルチモード光ファイバを用いる。光ファイバ９はフェルール１０に挿入され、更に光ファイバ９の入射端面には加熱手段を用いて平行平面板であるガラス（透明部材）８が融着される。ガラス８と光ファイバ９の入射端面を融着により接合する際の加熱方法としては、例えばアーク放電、ニクロム線ヒータ、酸水素バーナーやＣＯ２レーザ等を用いた加熱方法が挙げられる。その他、予備加熱として、ＹＡＧレーザ等のレーザビームによる集光加熱、ランプ等の光源から照射される光による集光加熱等を利用してもよい。いずれにしても、局所的に溶融温度まで加熱可能な手段であることが望ましい。
【００２０】
また、溶融温度の低い多成分光ファイバの場合はニクロム線ヒータが適用可能であるが、溶融温度が２０００℃と高い石英系光ファイバの場合にはアーク放電、酸水素バーナー、ＣＯ２レーザ等を用いた加熱方法が用いられる。図２は、ガラス８と光ファイバ９の接合にアーク放電を用いた場合ついて示した図である。光ファイバ９を精密Ｖ溝９２上で固定し、ガラス８と光ファイバ９の入射端面を近づけた状態でアーク放電電極棒を電気的に駆動してアーク放電を発生させる。このアーク放電によりガラス８と光ファイバ９の入射端面が溶融し、接合する。
【００２１】
図３（ａ）はガラス８の接合面８ａに対して光ファイバ９の入射端面を接触させて加熱により接触部分を溶融させたとき、光ファイバ９の入射端面の外周部と、該外周部と接触している接合面８ａが溶融して、ガラス８と光ファイバ９が接合された場合を示した図である。
【００２２】
また、図３（ｂ）は、ガラス８の接合面８ａに対して光ファイバ９の入射端面を接触させて加熱により接触部分を溶融させたとき、光ファイバ９の入射端側と、該入射端側と接触している接合面８ａが溶融して、ガラス８と光ファイバ９が接合された場合を示した図である。
【００２３】
更に、図３（ｃ）は、ガラス８の接合面８ａに対して光ファイバ９の入射端面を接触させて加熱により接触部分を溶融させたとき、ガラス８が加熱により軟化し、ガラス８の内部に光ファイバ９の入射端面が入り込んで接合された場合を示した図である。このように、ガラス８と光ファイバ９の入射端面を接触させてアーク放電等の加熱処理によって融着接合させることにより、ガラス８と光ファイバ９の入射端面の間に大気や汚染物質が入り込むことがなく、接合面の汚染を防止することができる。従って、レーザ特性の安定した、信頼性の高い光源モジュールを実現することができる。また、ガラス８と光ファイバ９の入射端面を半田等でメタライズして接合しないため、接合のための手間とコストを削減することができる。更に、接合に半田を用いると固定時に半田材料に熱応力が残留するため、固定強度の低下の原因となっていたが、加熱処理によって融着接合することによって接合部分の固定強度を高めることができる。
【００２４】
次に、フェルール１０及び光ファイバ９はホルダ７に挿入され、ガラス８はホルダ７に接着剤等で固定される。そしてホルダ７とフェルール１０が固定される。ホルダ７とフェルール１０の固定方法は、フェルール１０の表面をメタライズし、メッキ処理済みのホルダ７と低融点半田によって固定される。また、ホルダ７とフェルール１０は接着剤やＹＡＧ溶接等によって固定してもよい。
【００２５】
筐体４はベース板１１との圧接面上における光軸と直交する方向、集光レンズホルダ５は光軸方向、ホルダ７は集光レンズホルダ５との圧接面上における光軸と直交する方向に位置調整可能なように保持されている。従って、光ファイバ９の入射端面に入射されるレーザ光Ｌの光パワーが最大となる位置に、筐体４、集光レンズホルダ５及びホルダ７の位置がそれぞれ調整されて固定される。固定には半田、ＹＡＧ溶接、接着剤等を用いる。
【００２６】
以上説明したように構成された光源モジュール１００において、半導体レーザ１から出射したレーザ光Ｌが光出射窓１２からキャップ３外部に出射し、該出射したレーザ光Ｌは集光レンズ６で集光されてガラス８を介して光ファイバ９の入射端面に入射する。その後、光ファイバ９内を伝播し、該光ファイバ９の出射端面（不図示）から出射する。
【００２７】
なお、光源モジュール１００の駆動時には、ガラス８のレーザ光入射面８ｂにおける光パワー密度を１０［Ｗ／ｍｍ２］以下とすることが好ましい。これにより、レーザ光入射面８ｂに対する汚染物質の付着を抑え、ガラス８のクリーニングの頻度を少なくすることができる。
【００２８】
図４は、ガラスのレーザ光入射面における光パワー密度と光源モジュールの寿命の関係を示すグラフである。ここで、光源モジュールの寿命とは、光源モジュールの駆動を開始してから該光源モジュールの出力パワーが初期の出力パワーの６０％になるまでの時間としている。光パワー密度が１０［Ｗ／ｍｍ２］のとき、光源モジュールの寿命は１８０００時間であるが、光パワー密度が大きくなるに従って寿命が短くなっていることが分かる。即ち、ガラス８のレーザ光入射面８ｂにおける光パワー密度を１０［Ｗ／ｍｍ２］以下とすることにより、光源モジュール１００の寿命を１８０００時間程度以上とすることができる。
【００２９】
尚、特開２００４−２５３７８３号公報には、光ファイバの入射端面を大気に曝さないように完全に気密封止した光源モジュールの製品寿命は２万時間程度であることが記載されている。本実施の形態の光源モジュール１００においては、完全に気密封止された光源モジュールの寿命に対して寿命の短縮を１０％以下に抑えることができる。
【００３０】
ガラス８のレーザ光入射面８ｂにおける光パワー密度を１０［Ｗ／ｍｍ２］以下とするために、光ファイバ９のＮＡを０．２２、レーザ光Ｌの集光光の入射ＮＡを０．２、半導体レーザ１の出力を２５０［ｍＷ］とする。また、ガラス８として屈折率１．５のガラスを用いる。このとき、ガラス８内の集光光のＮＡは０．１２７となる。ガラス８ａの板厚が０．７７［ｍｍ］のとき、レーザ光入射面８ｂにおける光パワー密度が１０［Ｗ／ｍｍ２］となる。従って、ガラス８として板厚が０．７７［ｍｍ］以上のものを用いれば、レーザ光入射面８ｂにおける光パワー密度を１０［Ｗ／ｍｍ２］以下とすることができる。これにより、レーザ光入射面８ｂの汚染を抑制することができ、経時信頼性の高い光源モジュール１００を実現することができる。
【００３１】
尚、以上説明した内容は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、ガラス８は平行平面板としたが、図５に示すように、レーザ光入射面が光軸に対して斜めに形成されているくさび型のガラス８１を用いてもよい。このようなくさび型のガラス８１を用いることによって、ガラス８１のレーザ光入射面８１ｂに照射されたレーザ光の反射光は破線に示す方向へ反射される。従って、半導体レーザ１に反射光が直接照射されず、半導体レーザ１の性能劣化を抑えることができる。
【００３２】
〔第２の実施の形態〕
第１の実施の形態では、光源としての半導体レーザ１を１つ備える光源モジュール１００について説明した。第２の実施の形態では光源としての半導体レーザを複数（例えば８個）備える光源モジュール２００について説明する。
【００３３】
図６は、本実施の形態における光源モジュール２００の概略構成を説明するための平面図である。光源モジュール２００は、ＣＡＮパッケージ４６内に８個のＧａＮ系半導体レーザ３１〜３８を備えており、ＣＡＮパッケージ４６の光出射窓がコリメータレンズアレイ４３によって構成されている。図６においては、コリメータレンズアレイ４３及び集光レンズ１５の形状を概略的に示している。また、図の煩雑化を防ぐために、半導体レーザ３１〜３８のうち、両端に配置されている半導体レーザ３１及び３８にのみ符号を付し、レーザ光Ｌ３１〜Ｌ３８のうち、レーザ光Ｌ３１及びＬ３８にのみ符号を付している。
【００３４】
第１の実施の形態と同様に、半導体レーザ３１〜３８は、ＣＡＮパッケージ４６のブロック４１にＡｕＳｎ等のロウ材を用いて実装され、不活性ガス雰囲気中においてキャップ４５の縁部とＣＡＮパッケージ４６とを抵抗溶接等により接着し、気密封止される。半導体レーザ３１〜３８を気密封止したＣＡＮパッケージ４６は、ベース板１１に圧入固定される。半導体レーザ３１〜３８を電気的に駆動するための配線類４２はＣＡＮパッケージ４６の開口部を通して外部に引き出されている。
【００３５】
半導体レーザ３１〜３８より発散光状態で出射されたレーザ光Ｌ３１〜３８は、コリメータレンズアレイ４３の対応するコリメータレンズによって平行光化される。平行光化されたレーザ光Ｌ３１〜３８は、集光レンズ１５によって集光され、光ファイバ９の入射端面に結合される。
【００３６】
尚、光源モジュール２００において、光ファイバ９の入射端面にはガラス８が加熱処理によって接合されている。接合方法は第１の実施の形態で説明した方法と同一であるため、説明を省略する。
【００３７】
光源モジュール２００において、コリメータレンズアレイ４３と集光レンズ６によって集光光学系が構成され、該集光光学系と光ファイバ９とによって合波光学系が構成されている。即ち、集光レンズ１５によって集光されたレーザ光Ｌ３１〜Ｌ３８が光ファイバ９の入射端面に入射して、該光ファイバ９内を伝播し、１本のレーザ光に合波されて光ファイバ９の出射端面（不図示）から出射される。
【００３８】
尚、各実施の形態における半導体レーザとしては、横モードシングルのレーザ光を出力する半導体レーザであってもよいし、ブロードレーザ光を出力する半導体レーザでもよい。また、複数の半導体レーザを備える場合は、横モードシングルのものとブロードのものが混在してもよい。尚、ＧａＮ系半導体レーザに限るものではないが、ＧａＮ系半導体レーザから出力される５００［ｎｍ］以下の波長のレーザ光は高エネルギーであるため、半導体レーザの出射端面や、光ファイバ９の入射端面において光パワー密度が非常に高くなり、汚染物質が付着しやすい。従って、このような高エネルギーのレーザ光を出射する半導体レーザを備えた光源モジュールにおいては、半導体レーザをＣＡＮパッケージ２内に気密封止すると共に、ガラスを光ファイバの入射端面に加熱処理によって接合することにより、汚染物質の付着を大幅に抑制することができる。これにより、信頼性の高い光源モジュールを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】第１の実施の形態の光源モジュールの側面図
【図２】ガラスと光ファイバの接合方法について説明するための図
【図３】ガラスと光ファイバの接合について説明するための図
【図４】ガラスのレーザ光入射面における光パワー密度と光源モジュールの寿命の関係を示したグラフ
【図５】第１の実施の形態の光源モジュールにおいて、ガラスがくさび型のときの側面図
【図６】第２の実施の形態の光源モジュールの側面図
【符号の説明】
【００４０】
１００、２００    光源モジュール
１、１１〜１８    半導体レーザ
２    ＣＡＮパッケージ
３    キャップ
４    筐体
５    集光レンズホルダ
６    集光レンズ
７    ホルダ
８    ガラス
９    光ファイバ
１０  フェルール
１１  ベース板
１２  光出射窓
２１  ブロック
２２  配線類
【図１】
2007010693.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】
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