(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザからの射出光束を光ファイバに結合するために用いる結合レンズであって、単レンズで構成され、前記単レンズの入射面及び射出面のいずれか一方の表面上に同心円状の輪帯により構成された回折レンズを一体化し、前記回折レンズは正の屈折力を持ち、前記回折レンズのレリーフ関数が略２等辺三角形状であって、前記レリーフ関数の深さＷが下記式を満足することを特徴とする結合レンズ。
０．６  ≦  Ｗ（ｎ−１）／λ  ≦  １．０
但し、
Ｗ：レリーフ関数の深さ
ｎ：レンズ材料の屈折率
λ：半導体レーザの波長
【請求項２】
半導体レーザからの射出光束を光ファイバに結合するために用いる結合レンズであって、単レンズで構成され、前記単レンズの入射面及び射出面のいずれか一方の表面上に同心円状の輪帯により構成された回折レンズを一体化し、前記回折レンズは正の屈折力を持ち、前記回折レンズのレリーフ関数が、レリーフ周期の２５％以上４５％以下の間の１カ所に頂点がある略三角形状であって、前記レリーフ関数の深さＷが下記式を満足することを特徴とする結合レンズ。
０．９  ≦  Ｗ（ｎ−１）／λ  ≦  １．２
但し、
Ｗ：レリーフ関数の深さ
ｎ：レンズ材料の屈折率
λ：半導体レーザの波長
【請求項３】
前記回折レンズのレリーフ関数が、レリーフ周期の３０％以上４０％以下の間の１カ所に頂点がある略三角形状であって、前記レリーフ関数の深さＷが下記式を満足することを特徴とする請求の範囲第２項に記載の結合レンズ。
１．０  ≦  Ｗ（ｎ−１）／λ  ≦  １．１
但し、
Ｗ：レリーフ関数の深さ
ｎ：レンズ材料の屈折率
λ：半導体レーザの波長
【請求項４】
前記回折レンズの１次回折光を光ファイバ結合に用いる構成であって、０次回折光の回折効率をη０、２次回折光の回折効率をη２とするとき、
η０  ＜  η２
であることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の結合レンズ。
【請求項５】
前記回折レンズの０次回折光の回折効率η０が下記式を満足することを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の結合レンズ。
η０  ＜  ７％
【請求項６】
半導体レーザからの射出光束を光ファイバに結合するために用いる結合レンズであって、単レンズで構成され、前記単レンズの入射面及び射出面のいずれか一方の表面上に同心円状の輪帯により構成された回折レンズを一体化し、前記回折レンズは正の屈折力を持ち、前記回折レンズは屈折レンズの回転対称軸に対して偏心して加工されており、前記回折レンズの回折光のうち、光ファイバ結合に用いる次数の回折効率をηとするとき、
２５％  ≦  η  ≦  ４０％
であることを特徴とする結合レンズ。
【請求項７】
前記回折レンズの回折光のうち、光ファイバ結合に用いる次数の回折効率をηとするとき、
２５％  ≦  η  ≦  ４０％
であることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の結合レンズ。
【請求項８】
前記回折レンズの回折光のうち、光ファイバ結合に用いる次数の回折効率をηとするとき、
３０％  ≦  η  ≦  ３７％
であることを特徴とする請求の範囲第１項、第２項または第６項に記載の結合レンズ。
【請求項９】
半導体レーザの波長λが
７００ｎｍ  ＜  λ  ＜  １４００ｎｍ
であることを特徴とする請求の範囲第１項、第２項または第６項に記載の結合レンズ。
【請求項１０】
レンズの材料が樹脂であって、温度変化に起因して前記樹脂材料の屈折率及び半導体レーザの波長が変化した場合に、前記屈折率の変化によるレンズの焦点距離の変化を、前記波長の変化による回折レンズの焦点距離の変化で補正するように、前記回折レンズが設計されていることを特徴とする請求の範囲第１項、第２項または第６項に記載の結合レンズ。
【請求項１１】
レンズの材料が樹脂であって、レンズ全体の焦点距離をｆ、前記回折レンズの焦点距離をｆｄとするとき、
２  ＜  ｆｄ／ｆ  ＜  ５
であることを特徴とする請求の範囲第１項、第２項または第６項に記載の結合レンズ。
【請求項１２】
少なくとも、半導体レーザと、光ファイバと、前記光ファイバの入射端を固定する固定手段と、前記半導体レーザからの射出光束を前記光ファイバの入射端に結像する結合レンズとを有し、前記結合レンズは請求の範囲第１項、第２項または第６項に記載の結合レンズであることを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項１３】
前記半導体レーザの波長λが
７００ｎｍ  ＜  λ  ＜  １４００ｎｍ
であることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項１４】
少なくとも、半導体レーザと、光ファイバと、前記光ファイバの入射端を固定する固定手段と、前記半導体レーザからの射出光束を前記光ファイバの入射端に結像する結合レンズとを有し、前記結合レンズは請求の範囲第１項、第２項または第６項に記載の結合レンズであって、前記結合レンズが光軸に対して傾いて固定されていることを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項１５】
前記半導体レーザの波長λが
７００ｎｍ  ＜  λ  ＜  １４００ｎｍ
であることを特徴とする請求の範囲第１４項に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項１６】
半導体レーザからの射出光束を光ファイバに結合するために用いる結合レンズであって、ガラス製であって、単レンズで構成され、前記単レンズの入射面及び射出面のいずれか一方の表面上に回折格子が形成されており、回折格子の０次回折光を光ファイバ結合に用い、０次回折光の回折効率η０が下記式を満足することを特徴とする結合レンズ。
２５％  ≦  η０  ≦  ４０％
【請求項１７】
０次回折光の回折効率η０が下記式を満足することを特徴とする請求の範囲第１６項に記載の結合レンズ。
３０％  ≦  η０  ≦  ３７％
【請求項１８】
半導体レーザと、光ファイバと、前記光ファイバの入射端を固定する固定手段と、前記半導体レーザからの射出光束を前記光ファイバの入射端に結像する結合レンズとを少なくとも有する半導体レーザモジュールであって、前記結合レンズが請求の範囲第１６項に記載の結合レンズであることを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項１９】
前記半導体レーザの波長λが
７００ｎｍ  ＜  λ  ＜  １４００ｎｍ
であることを特徴とする請求の範囲第１８項に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項２０】
半導体レーザからの射出光束を光ファイバに結合するために用いる結合レンズであって、単レンズで構成され、前記単レンズの入射面及び射出面のいずれか一方の表面上に同心円状の輪帯により構成された回折レンズを一体化し、前記回折レンズは正の屈折力を持ち、前記回折レンズの回折光のうち、光ファイバ結合に用いる次数の回折効率をηとするとき、
２５％  ≦  η  ≦  ４０％
であることを特徴とする結合レンズ。
【請求項２１】
前記回折レンズの回折光のうち、光ファイバ結合に用いる次数の回折効率をηとするとき、
３０％  ≦  η  ≦  ３７％
であることを特徴とする請求の範囲第２０項に記載の結合レンズ。
【請求項２２】
回折レンズのレリーフ関数が、レリーフ周期の２５％以上５０％以下の間の１カ所に頂点がある略三角形状であって、前記頂点の位置をＸ、レリーフ関数の深さをＷとするとき、Ｗが下記式を満足することを特徴とする請求の範囲第２０項に記載の結合レンズ。
−２．５Ｘ＋１．６６≦Ｗ（ｎ−１）／λ≦−１．６Ｘ＋１．８
【請求項２３】
回折レンズのレリーフ関数が、レリーフ周期の２５％以上５０％以下の間の１カ所に頂点がある略三角形状であって、前記頂点の位置をＸ、レリーフ関数の深さをＷとするとき、Ｗが下記式を満足することを特徴とする請求の範囲第２０項に記載の結合レンズ。
−２．５Ｘ＋１．７５≦Ｗ（ｎ−１）／λ
≦  −１．６Ｘ＋１．７１
【請求項２４】
回折レンズのレリーフ関数が、レリーフ周期の２５％以上５０％以下の間の１カ所に頂点がある略三角形状であって、前記頂点の位置をＸ、レリーフ関数の深さをＷとするとき、Ｗが下記式を満足することを特徴とする請求の範囲第２０項に記載の結合レンズ。
−２．４Ｘ＋１．６７≦Ｗ（ｎ−１）／λ
≦−１．９４Ｘ＋１．８６
【請求項２５】
回折レンズのレリーフ関数が、レリーフ周期の２５％以上５０％以下の間の１カ所に頂点がある略三角形状であって、前記頂点の位置をＸ、レリーフ関数の深さをＷとするとき、Ｗが下記式を満足することを特徴とすする請求の範囲第２０項に記載の結合レンズ。
−２．４Ｘ＋１．７６≦Ｗ（ｎ−１）／λ
≦−１．９４Ｘ＋１．７７
【請求項２６】
回折レンズのレリーフ関数が、レリーフ周期の３０％以上４０％以下の間の１カ所に頂点がある略三角形状であることを特徴とする請求の範囲第２２項〜第２５項のいずれかに記載の結合レンズ。
【請求項２７】
半導体レーザの波長λが
７００ｎｍ  ＜  λ  ＜  １４００ｎｍ
であることを特徴とする請求の範囲第２０項に記載の結合レンズ。
【請求項２８】
レンズの材料が樹脂であって、温度変化に起因して前記樹脂材料の屈折率及び半導体レーザの波長が変化した場合に、前記屈折率の変化によるレンズの焦点距離の変化を、前記波長の変化による回折レンズの焦点距離の変化で補正するように、前記回折レンズが設計されていることを特徴とする請求の範囲第２０項に記載の結合レンズ。
【請求項２９】
レンズの材料が樹脂であって、レンズ全体の焦点距離をｆ、前記回折レンズの焦点距離をｆdとするとき、
２  ＜  ｆd／ｆ  ＜  ５
であることを特徴とする請求の範囲第２０項に記載の結合レンズ。
【請求項３０】
少なくとも、半導体レーザと、光ファイバと、前記光ファイバの入射端を固定する固定手段と、前記半導体レーザからの射出光束を前記光ファイバの入射端に結像する結合レンズとを有し、前記結合レンズは請求の範囲第２０項に記載の結合レンズであることを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項３１】
半導体レーザからの射出光束を光ファイバに結合するために用いる結合レンズであって、前記結合レンズは、屈折レンズと同心円状の輪帯により構成された回折レンズとの組レンズであって、前記回折レンズは正の屈折力を持ち、前記回折レンズの回折光のうち光ファイバ結合に用いる次数の回折効率をηとするとき、
２５％  ≦  η  ≦  ４０％
であることを特徴とする結合レンズ。
【請求項３２】
前記回折レンズの回折光のうち、光ファイバ結合に用いる次数の回折効率をηとするとき、
３０％  ≦  η  ≦  ３７％
であることを特徴とする請求の範囲第３１項に記載の結合レンズ。
【請求項３３】
半導体レーザの波長λが
７００ｎｍ  ＜  λ  ＜  １４００ｎｍ
であることを特徴とする請求の範囲第３１項に記載の結合レンズ。
【請求項３４】
レンズの材料が樹脂であって、温度変化に起因して前記樹脂材料の屈折率及び半導体レーザの波長が変化した場合に、前記屈折率の変化によるレンズの焦点距離の変化を、前記波長の変化による回折レンズの焦点距離の変化で補正するように、前記回折レンズが設計されていることを特徴とする請求の範囲第３１項に記載の結合レンズ。
【請求項３５】
屈折レンズの材料が樹脂であって、レンズ全体の焦点距離をｆ、前記回折レンズの焦点距離をｆdとするとき、
２  ＜  ｆd／ｆ  ＜  ５
を満足することを特徴とする請求の範囲第３１項に記載の結合レンズ。
【請求項３６】
回折レンズのレリーフ形状が階段状の輪帯からなることを特徴とする請求の範囲第３１項に記載の結合レンズ。
【請求項３７】
回折レンズの同心円状の輪帯の中心が屈折レンズの光軸に対して偏心して固定されていることを特徴とする請求の範囲第３１項に記載の結合レンズ。
【請求項３８】
少なくとも、半導体レーザと、光ファイバと、前記光ファイバの入射端を固定する固定手段と、前記半導体レーザからの射出光束を前記光ファイバの入射端に結像する結合レンズとを有する半導体レーザモジュールであって、前記結合レンズは請求の範囲第３１項に記載の結合レンズであることを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項３９】
前記半導体レーザの波長λが
７００ｎｍ  ＜  λ  ＜  １４００ｎｍ
であることを特徴とする請求の範囲第３８項に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項４０】
少なくとも、半導体レーザと、光ファイバと、前記光ファイバの入射端を固定する固定手段と、前記半導体レーザからの射出光束を前記光ファイバの入射端に結像する結合レンズとを有する半導体レーザモジュールであって、前記結合レンズと光ファイバの間に回折格子が配置され、前記回折格子の回折光のうち、光ファイバ結合に用いる次数の回折効率ηが
２５％  ≦  η  ≦  ４０％
であることを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項４１】
前記半導体レーザの波長λが
７００ｎｍ  ＜  λ  ＜  １４００ｎｍ
であることを特徴とする請求の範囲第４０項に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
本発明は、半導体レーザモジュール及びそれに使用される結合レンズに関する。特に短距離の光通信システムに適した低出力半導体レーザモジュール及び結合用レンズに関する。
【０００１】
背景技術
光通信に用いられる半導体レーザモジュールは半導体レーザあるいは受光素子と光ファイバとを効率よく結合することが求められている。従来のレーザモジュールの構成を図２３に示す。レンズホルダ２３０１に半導体レーザ２３０２と結合レンズ２３０３とが固定されている。レンズホルダ２３０１は接続用ホルダ２３０４に挿入される。この接続用ホルダ２３０４に対してフェルールホルダ２３０７が固定され、光ファイバ２３０５はフェルール２３０６により脱着自在に固定される。結合レンズ２３０３はガラス製である。半導体レーザ２３０２からの射出光束は結合レンズ２３０３により光ファイバ２３０５の端面に集光され、ファイバに結合される。
【０００２】
ここで、取り扱い上の安全性の点から、レーザモジュールからの光出力を一定基準以下に制限する必要がある。そのため、図２３に示した基本的な構成に加えて、半導体レーザと光ファイバの間に減衰膜や偏光子などの光出力を低減する手段を設けたり（例えば、特開平４−９７２０８号公報，特開平７−４３５６３号公報など）、アパチャを設けて光量を制御したり、光ファイバがはずれた場合に自動的に半導体レーザの発光を停止する制御回路を設けたりしている。
【０００３】
また、集光レンズとしては従来はガラス製の非球面レンズが使用されてきたが、低コスト化のために樹脂製のレンズが使用されるようになってきた（例えば特開平５−６０９５２号公報、特開昭６１−２４５５９４号公報、特開平５−２７１４０号公報、特開平５−６０９４０号公報など）。樹脂レンズの場合には、温度の変化に伴って樹脂の屈折率が変化してしまうため、焦点距離が変化する。また、熱膨張係数もガラス材料に比べると大きい。そのため、結像位置が温度変化と共に変化し、結果として光ファイバへの結合効率が変動してしまう。
【０００４】
ところで、半導体レーザモジュールにおいては、温度変化に伴って、光源である半導体レーザの発振波長も変動する。従って、レンズの表面上に回折レンズを設けることにより、樹脂レンズの焦点距離の温度による変化を回折レンズにより補正することが考えられる。なぜなら、回折レンズは屈折レンズに比べると光源の波長による焦点距離の変化が大きいため、光源の波長が温度変化に伴って変動したときに、回折レンズの焦点距離変化は屈折レンズの焦点距離変化に比べて大きくなるからである。即ち、この回折レンズの焦点距離変化が屈折レンズの温度による焦点距離変化を打ち消すように設計することで温度変化による焦点距離変動を補償したレンズを得ることが出来る。
【０００５】
前記のレーザモジュールからの光出力を一定基準以下に制限するために減衰膜や、偏光子などを用いる方法は製造コストが高くなる。また、アパチャにより光量を制御する方法はアパチャの加工精度や、レーザの広がり角のばらつきにより光量がばらついてしまう上に、高精度の組立が必要となる。また、光ファイバがはずれたときに自動的にレーザの発光を停止する制御回路を設ける方法は装置全体の構成が複雑になる上に、製造コストも高くなるため好ましくない。
【０００６】
また、レンズのコストを低減するために樹脂製のレンズを用いる場合には、樹脂レンズはガラスレンズに比べると温度変化に対する屈折率変化が大きいため、温度変化に対する焦点距離変化を補正するために回折レンズをレンズ表面上に構成する。このような回折一体型のレンズを製造する手法には、ダイヤモンドバイトを用いた精密切削により、レンズあるいはレンズ製造用の金型を加工する方法が広く用いられている。このとき、ダイヤモンドバイトの先端は有限の丸み（ノーズ半径）を有するため、加工されたレリーフ形状は、バイトのノーズ半径によってその角が丸められたような形状となる。回折レンズには一般的に鋸歯状のレリーフ形状を用いることが多いが、鋸歯状のレリーフを上記の切削加工で加工すると、レンズの周辺部において回折効率が設計値からずれる。
【０００７】
これはレンズの周辺部では回折レンズの輪帯のピッチが短くなるため、バイトのノーズ半径によるレリーフ形状の劣化の影響がピッチが長いレンズ中心部に比べるとより深刻となるからである。光ファイバ結合用のレンズにおいてレンズの周辺部における回折効率が低下するとレンズの実効的なＮＡが低下したのと同様の効果となりスポットが拡がるため、光ファイバへの結合効率の低下を招く。これを防ぐためには先端が鋭利な加工用バイトを用いる方法があるが、生産性の低下を招くため好ましくない。生産性を損なわずに加工するためにはバイトのノーズ半径は約１０μｍ程度以上であることが望ましいとされる。また、温度補償用の回折レンズは、いわゆる色収差補正用の回折レンズに比べて強いパワー（屈折力）が必要で、結果としてレンズ周辺部の回折輪帯のピッチは色収差補正用の回折レンズに比べるとより短い。そのため、従来から知られている鋸歯状のレリーフ形状を有する回折レンズでは、レンズ及び金型の生産性と回折効率性能を両立させることができないという課題がある。
【０００８】
また、回折レンズを用いた場合には、それぞれの回折次数に対応する集光スポットが光軸上に複数生成される。モジュールからの射出光強度を低減するためには、結合に使う回折次数の集光スポットの位置にアパチャを設けて、不要な回折次数の集光スポットに集光される光を遮蔽する。このとき、結合に使う回折次数の集光スポットよりも焦点距離の長い側の集光スポットに集光される光は、短い側の集光スポットに集光される光に比べてアパチャを抜けやすい。従来からの鋸歯状レリーフの回折レンズの場合、切削加工によって形状が変化した場合、不要光は低次側に集光される傾向にあり、不要光がアパチャで遮蔽しきれないという課題がある。
【０００９】
発明の開示
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、レンズ表面に構成した回折レンズの回折効率を調整することにより、レーザモジュールからの光出力を一定基準以下に制限するための減衰膜や、偏光子、あるいは光ファイバがはずれたときに自動的に発光を停止するための制御回路などを不要とした、低価格の光結合器を提供することを目的とする。
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成とする。
【００１１】
本発明の第１の構成に係る結合レンズは、半導体レーザからの射出光束を光ファイバに結合するために用いる結合レンズであって、単レンズで構成され、前記単レンズの入射面及び射出面のいずれか一方の表面上に同心円状の輪帯により構成された回折レンズを一体化し、前記回折レンズは正の屈折力を持ち、前記回折レンズのレリーフ関数が略２等辺三角形状であって、前記レリーフ関数の深さＷが下記式を満足することを特徴とする。
【００１２】
０．６  ≦  Ｗ（ｎ−１）／λ  ≦  １．０
好ましくは
０．６  ＜  Ｗ（ｎ−１）／λ  ＜  １．０
である。
【００１３】
但し、Ｗ：レリーフ関数の深さ
ｎ：レンズ材料の屈折率
λ：半導体レーザの波長
【００１４】
上記第１の構成の結合レンズは、略２等辺三角形状のレリーフを有しているので、ダイヤモンドバイトを用いた切削加工により金型を加工して製造しても良好な生産性を有し、レンズの中心から周辺部に亘りほぼ均一な回折効率を有するため、良好な集光性能を有する。
【００１５】
また、本発明の第２の構成に係る結合レンズは、半導体レーザからの射出光束を光ファイバに結合するために用いる結合レンズであって、単レンズで構成され、前記単レンズの入射面及び射出面のいずれか一方の表面上に同心円状の輪帯により構成された回折レンズを一体化し、前記回折レンズは正の屈折力を持ち、前記回折レンズのレリーフ関数が、レリーフ周期の２５％以上４５％以下の間の１カ所に頂点がある略三角形状であって、前記レリーフ関数の深さＷが下記式を満足することを特徴とする。
【００１６】
０．９  ≦  Ｗ（ｎ−１）／λ  ≦  １．２
好ましくは、
０．９  ＜  Ｗ（ｎ−１）／λ  ＜  １．２
である。
【００１７】
但し、Ｗ：レリーフ関数の深さ
ｎ：レンズ材料の屈折率
λ：半導体レーザの波長
【００１８】
上記第２の構成の結合レンズは、略三角波状のレリーフ形状を有するので、不要な光を、光ファイバ結合に用いる回折次数よりも高い回折次数の集光スポットに集光する。そのため、不要光を遮蔽するためのアパチャからの不要光の漏れを低減できる。
【００１９】
上記第２の構成の結合レンズにおいて、前記回折レンズのレリーフ関数が、レリーフ周期の３０％以上４０％以下の間の１カ所に頂点がある略三角形状であって、前記レリーフ関数の深さＷが下記式を満足することが好ましい。
【００２０】
１．０  ≦  Ｗ（ｎ−１）／λ  ≦  １．１
また、上記第１又は第２の構成の結合レンズにおいて、前記回折レンズの１次回折光を光ファイバ結合に用いる構成であって、０次回折光の回折効率をη０、２次回折光の回折効率をη２とするとき、
η０  ＜  η２
であることが好ましい。
【００２１】
また、上記第１又は第２の構成の結合レンズにおいて、前記回折レンズの０次回折光の回折効率η０が下記式を満足することを特徴とすることが好ましい。
【００２２】
η０  ＜  ７％
【００２３】
本発明の第３の構成に係る結合レンズは、半導体レーザからの射出光束を光ファイバに結合するために用いる結合レンズであって、単レンズで構成され、前記単レンズの入射面及び射出面のいずれか一方の表面上に同心円状の輪帯により構成された回折レンズを一体化し、前記回折レンズは正の屈折力を持ち、前記回折レンズが屈折レンズの回転対称軸に対して偏心して加工されていることを特徴とする。
【００２４】
上記第３の構成の結合レンズは、回折レンズを屈折レンズの回転対称軸に対してディセンタして加工してあるので、屈折レンズの回転対称軸上からの回折次数が異なる光はそれぞれ焦点距離及び像高の両方が異なる集光スポットに集光される。そのため、不要光の遮蔽が行ないやすく、アパチャの加工精度及び組立精度を緩和することが可能となる。
【００２５】
上記第１〜第３の構成の結合レンズにおいて、前記回折レンズの回折光のうち、光ファイバ結合に用いる次数の回折効率をηとするとき、
２５％  ≦  η  ≦  ４０％
であることが好ましく、
２５％  ＜  η  ＜  ４０％
であることがより好ましい。
【００２６】
また、上記第１〜第３の構成の結合レンズにおいて、前記回折レンズの回折光のうち、光ファイバ結合に用いる次数の回折効率をηとするとき、
３０％  ≦  η  ≦  ３７％
であることが好ましく、
３０％  ＜  η  ＜  ３７％
であることがより一層好ましい。
【００２７】
また、上記第１〜第３の構成の結合レンズにおいて、半導体レーザの波長λが
７００ｎｍ  ＜  λ  ＜  １４００ｎｍ
であることが好ましい。
【００２８】
また、上記第１〜第３の構成の結合レンズにおいて、レンズの材料が樹脂であって、温度変化に起因して前記樹脂材料の屈折率及び半導体レーザの波長が変化した場合に、前記屈折率の変化によるレンズの焦点距離の変化を、前記波長の変化による回折レンズの焦点距離の変化で補正するように、前記回折レンズが設計されていることが好ましい。
【００２９】
結合レンズが温度変化によって発生する焦点距離の変動を補正するような回折レンズを一体化した構成となっているため、安価な樹脂をレンズの材料として用いることが可能であり、レンズのコストを低減することが可能である。
【００３０】
また、上記第１〜第３の構成の結合レンズにおいて、レンズの材料が樹脂であって、レンズ全体の焦点距離をｆ、前記回折レンズの焦点距離をｆｄとするとき、
２  ＜  ｆｄ／ｆ  ＜  ５
を満足することが好ましい。これにより、上記の温度補償機能を付与することができる。
【００３１】
本発明の第１の構成に係る半導体レーザモジュールは、少なくとも、半導体レーザと、光ファイバと、前記光ファイバの入射端を固定する固定手段と、前記半導体レーザからの射出光束を前記光ファイバの入射端に結像する結合レンズとを有し、前記結合レンズは上記第１〜第３の結合レンズであることを特徴とする。
【００３２】
上記第１の構成の半導体レーザモジュールは上記本発明の結合レンズを用いているので、アパチャを用いて不要光を遮蔽するときに、不要光の遮蔽が行いやすく、アパチャの加工精度及び組立精度を緩和できるため低コストの半導体レーザモジュールを提供できる。
【００３３】
上記第１の構成の半導体レーザモジュールにおいて、前記半導体レーザの波長λが
７００ｎｍ  ＜  λ  ＜  １４００ｎｍ
であることが好ましい。
【００３４】
本発明の第２の構成に係る半導体レーザモジュールは、少なくとも、半導体レーザと、光ファイバと、前記光ファイバの入射端を固定する固定手段と、前記半導体レーザからの射出光束を前記光ファイバの入射端に結像する結合レンズとを有し、前記結合レンズは請求の範囲第第１項、第２項または第６項に記載の結合レンズであって、前記結合レンズが光軸に対して傾いて固定されていることを特徴とする。
【００３５】
上記第２の構成の半導体レーザモジュールは本発明の結合レンズを光軸に対して傾斜して固定しているので、光ファイバ結合に用いない次数の回折光の集光スポットが焦点距離及び像高の両方が異なる位置に生成されるため、不要光遮蔽用のアパチャの加工精度及び組立精度を緩和することが可能で、結果として低コストで製造できる。
【００３６】
上記第２の構成の半導体レーザモジュールにおいて、前記半導体レーザの波長λが
７００ｎｍ  ＜  λ  ＜  １４００ｎｍ
であることが好ましい。
【００３７】
本発明の第４の構成に係る結合レンズは、半導体レーザからの射出光束を光ファイバに結合するために用いる結合レンズであって、ガラス製であって、単レンズで構成され、前記単レンズの入射面及び射出面のいずれか一方の表面上に回折格子が形成されていることを特徴とする。
【００３８】
上記第４の構成の結合レンズはガラス製であって、レンズ表面上に回折格子を形成してあるため、結合に使わない不要な回折光を像面上で分離できる。
【００３９】
上記第４の構成の結合レンズにおいて、回折格子の０次回折光を光ファイバ結合に用い、０次回折光の回折効率η０が下記式を満足することが好ましい。
【００４０】
２５％  ≦  η０  ≦  ４０％
より好ましくは
２５％  ＜  η０  ＜  ４０％
である。
【００４１】
また、上記第４の構成の結合レンズにおいて、回折格子の０次回折光を光ファイバ結合に用い、０次回折光の回折効率η０が下記式を満足することが好ましい。
【００４２】
３０％  ≦  η０  ≦  ３７％
より好ましくは
３０％  ＜  η０  ＜  ３７％
である。
【００４３】
本発明の第３の構成に係る半導体レーザモジュールは、半導体レーザと、光ファイバと、前記光ファイバの入射端を固定する固定手段と、前記半導体レーザからの射出光束を前記光ファイバの入射端に結像する結合レンズとを少なくとも有する半導体レーザモジュールであって、前記結合レンズが上記第４の構成の結合レンズであることを特徴とする。
【００４４】
上記第３の構成の半導体レーザモジュールは上記の結合レンズを用いているので、安全回路や特殊コーティングを用いることなく安全規格内に出力を低減することが出来るため安価に製造できる。
【００４５】
上記第３の構成の半導体レーザモジュールにおいて、前記半導体レーザの波長λが
７００ｎｍ  ＜  λ  ＜  １４００ｎｍ
であることが好ましい。
【００４６】
本発明の第５の構成に係る結合レンズは、半導体レーザからの射出光束を光ファイバに結合するために用いる結合レンズであって、単レンズで構成され、前記単レンズの入射面及び射出面のいずれか一方の表面上に同心円状の輪帯により構成された回折レンズを一体化し、前記回折レンズは正の屈折力を持ち、前記回折レンズの回折光のうち、光ファイバ結合に用いる次数の回折効率をηとするとき、
２５％  ≦  η  ≦  ４０％
であることを特徴とする。より好ましくは
２５％  ＜  η  ＜４０％
である。
【００４７】
上記第５の構成の結合レンズは、光源の強度や、レンズ及びファイバ結合における光量損失を勘案して回折効率を設計してあるので、半導体レーザモジュールに用いた場合に、モジュールの出力を適切な値に調節することが可能である。
【００４８】
上記第５の構成の結合レンズにおいて、前記回折レンズの回折光のうち、光ファイバ結合に用いる次数の回折効率をηとするとき、
３０％  ≦  η  ≦  ３７％
であることがより好ましい。さらに、
３０％  ＜  η  ＜  ３７％
であることがより一層好ましい。
【００４９】
また、上記第５の構成の結合レンズにおいて、回折レンズのレリーフ関数が、レリーフ周期の２５％以上５０％以下の間の１カ所に頂点がある略三角形状であって、前記頂点の位置をＸ、レリーフ関数の深さをＷとするとき、Ｗが下記式を満足することが好ましい。
【００５０】
−２．５Ｘ＋１．６６≦Ｗ（ｎ−１）／λ≦−１．６Ｘ＋１．８
【００５１】
また、上記第５の構成の結合レンズにおいて、回折レンズのレリーフ関数が、レリーフ周期の２５％以上５０％以下の間の１カ所に頂点がある略三角形状であって、前記頂点の位置をＸ、レリーフ関数の深さをＷとするとき、Ｗが下記式を満足することがより好ましい。
【００５２】
−２．５Ｘ＋１．７５≦Ｗ（ｎ−１）／λ
≦  −１．６Ｘ＋１．７１
【００５３】
また、上記第５の構成の結合レンズにおいて、回折レンズのレリーフ関数が、レリーフ周期の２５％以上５０％以下の間の１カ所に頂点がある略三角形状であって、前記頂点の位置をＸ、レリーフ関数の深さをＷとするとき、Ｗが下記式を満足することをがより好ましい。
【００５４】
−２．４Ｘ＋１．６７≦Ｗ（ｎ−１）／λ
≦−１．９４Ｘ＋１．８６
【００５５】
また、上記第５の構成の結合レンズにおいて、回折レンズのレリーフ関数が、レリーフ周期の２５％以上５０％以下の間の１カ所に頂点がある略三角形状であって、前記頂点の位置をＸ、レリーフ関数の深さをＷとするとき、Ｗが下記式を満足することが好ましい。
【００５６】
−２．４Ｘ＋１．７６≦Ｗ（ｎ−１）／λ
≦−１．９４Ｘ＋１．７７
【００５７】
上記のそれぞれの好ましい構成によれば、回折レンズのレリーフ深さを頂点の位置に応じて適切に調節した設計となっているため、光ファイバ結合に用いる光をモジュールにとって最適な強度に調節することができる。
【００５８】
また、上記第５の構成の結合レンズにおいて、回折レンズのレリーフ関数が、レリーフ周期の３０％以上４０％以下の間の１カ所に頂点がある略三角形状であることが好ましい。
【００５９】
また、上記第５の構成の結合レンズにおいて、半導体レーザの波長λが
７００ｎｍ  ＜  λ  ＜  １４００ｎｍ
であることが好ましい。
【００６０】
また、上記第５の構成の結合レンズにおいて、レンズの材料が樹脂であって、温度変化に起因して前記樹脂材料の屈折率及び半導体レーザの波長が変化した場合に、前記屈折率の変化によるレンズの焦点距離の変化を、前記波長の変化による回折レンズの焦点距離の変化で補正するように、前記回折レンズが設計されていることが好ましい。
【００６１】
また、上記第５の構成の結合レンズにおいて、レンズの材料が樹脂であって、レンズ全体の焦点距離をｆ、前記回折レンズの焦点距離をｆdとするとき、
２  ＜  ｆd／ｆ  ＜  ５
を満足することが好ましい。
【００６２】
本発明の第４の構成に係る半導体レーザモジュールは、少なくとも、半導体レーザと、光ファイバと、前記光ファイバの入射端を固定する固定手段と、前記半導体レーザからの射出光束を前記光ファイバの入射端に結像する結合レンズとを有し、前記結合レンズは上記第５の構成の結合レンズであることを特徴とする。
【００６３】
上記第４の構成の半導体レーザモジュールは、本発明の結合レンズを用いてなるため、高速通信用の高出力レーザ光源を用いてモジュールを構成しても、ＡＮＳＩ規格に定められた上限出力以下でかつ光ファイバ通信に必要な最低出力以上の適切な出力を得ることができる。
【００６４】
本発明の第６の構成に係る結合レンズは、半導体レーザからの射出光束を光ファイバに結合するために用いる結合レンズであって、前記結合レンズは、屈折レンズと同心円状の輪帯により構成された回折レンズとの組レンズであって、前記回折レンズは正の屈折力を持ち、前記回折レンズの回折光のうち光ファイバ結合に用いる次数の回折効率をηとするとき、
２５％  ≦  η  ≦  ４０％
であることを特徴とする。好ましくは
２５％  ＜  η  ＜  ４０％
である。
【００６５】
上記第６の構成の結合レンズは、屈折レンズと回折レンズとの組レンズにて構成されているため、回折レンズとしてフォトリソグラフィ工法で作成したレンズを用いることが可能で、安価に構成できる。
【００６６】
上記第６の構成の結合レンズにおいて、前記回折レンズの回折光のうち、光ファイバ結合に用いる次数の回折効率をηとするとき、
３０％  ≦  η  ≦  ３７％
であることが好ましい。さらに、
３０％  ＜  η  ＜  ３７％
であることがより好ましい。
【００６７】
また、上記第６の構成の結合レンズにおいて、半導体レーザの波長λが
７００ｎｍ  ＜  λ  ＜  １４００ｎｍ
であることが好ましい。
【００６８】
また、上記第６の構成の結合レンズにおいて、レンズの材料が樹脂であって、温度変化に起因して前記樹脂材料の屈折率及び半導体レーザの波長が変化した場合に、前記屈折率の変化によるレンズの焦点距離の変化を、前記波長の変化による回折レンズの焦点距離の変化で補正するように、前記回折レンズが設計されていることが好ましい。
【００６９】
係る好ましい構成の結合レンズは、屈折レンズの温度変化による焦点距離の変化を回折レンズによって補正する設計となっているので、結合レンズの材料として安価な樹脂材料を用いることが可能で、レンズのコストを低減することができる。
【００７０】
また、上記第６の構成の結合レンズにおいて、屈折レンズの材料が樹脂であって、レンズ全体の焦点距離をｆ、前記回折レンズの焦点距離をｆdとするとき、
２  ＜  ｆd／ｆ  ＜  ５
を満足することが好ましい。
【００７１】
また、上記第６の構成の結合レンズにおいて、回折レンズのレリーフ形状が階段状の輪帯からなることが好ましい。
【００７２】
また、上記第６の構成の結合レンズにおいて、回折レンズの同心円状の輪帯の中心が屈折レンズの光軸に対して偏心して固定されていることが好ましい。
【００７３】
係る好ましい構成の結合レンズは、回折レンズを屈折レンズに対して偏心して配置してあるため、回折光を光軸方向及び光軸に垂直な方向の両方に分離できる。このため、半導体レーザモジュール用として用いた場合に、不要光遮蔽用のアパチャの加工精度を緩和できる。
【００７４】
本発明の第５の構成に係る半導体レーザモジュールは、少なくとも、半導体レーザと、光ファイバと、前記光ファイバの入射端を固定する固定手段と、前記半導体レーザからの射出光束を前記光ファイバの入射端に結像する結合レンズとを有する半導体レーザモジュールであって、前記結合レンズは上記第６の結合レンズであることを特徴とする。
【００７５】
上記第５の構成の半導体レーザモジュールは、上記の組レンズからなる結合レンズを用いているため、安価なレンズを用いてモジュールを構成することが可能である。
【００７６】
上記第５の半導体レーザモジュールにおいて、前記半導体レーザの波長λが
７００ｎｍ  ＜  λ  ＜  １４００ｎｍ
であることが好ましい。
【００７７】
本発明の第６の構成に係る半導体レーザモジュールは、少なくとも、半導体レーザと、光ファイバと、前記光ファイバの入射端を固定する固定手段と、前記半導体レーザからの射出光束を前記光ファイバの入射端に結像する結合レンズとを有する半導体レーザモジュールであって、前記結合レンズと光ファイバの間に回折格子を配置したことを特徴とする。
【００７８】
上記第６の構成の半導体レーザモジュールは、光路中に回折格子を配置した構成としてあるため、不要光をアパチャ面上で分離でき、アパチャの加工精度を緩和することが可能となる。
【００７９】
上記第６の構成の半導体レーザモジュールにおいて、前記回折格子の回折光のうち、光ファイバ結合に用いる次数の回折効率ηが
２５％  ≦  η  ≦  ４０％
であることが好ましい。さらに、
２５％  ＜  η  ＜  ４０％
であることがより好ましい。
【００８０】
また、上記第６の構成の半導体レーザモジュールにおいて、半導体レーザの波長λが
７００ｎｍ  ＜  λ  ＜  １４００ｎｍ
であることが好ましい。
【００８１】
発明を実施するための最良の形態
【００８２】
（実施の形態１）
結合レンズとして樹脂レンズを用いた半導体レーザモジュールの光学系において、温度が変化すると、レンズの材料である樹脂の屈折率は温度変化により変化する。また、光源である半導体レーザも発振波長が変化する。このとき、樹脂製の結合レンズでは、樹脂の屈折率変化及び発振波長の変化の両方の影響を受けてその焦点距離が変化するが、屈折率変化による影響が支配的となる。ここで、回折レンズは、レンズ材料の屈折率が変化してもその焦点距離は一定であるが、波長の変化に対しては屈折によるレンズに比べるとより敏感に焦点距離が変わる。そのため、樹脂レンズと回折レンズを組み合わせることにより、樹脂材料の屈折率変化に伴う焦点距離の変動を、発振波長変化に伴う回折レンズの焦点距離変化で補正することが出来る。実使用上においては、樹脂レンズの焦点位置変動を完全に補正する必要はなく、１／３未満程度にまで低減するだけで充分である場合が多い。このとき、回折レンズは正の屈折力を有し、レンズ全体の焦点距離をｆ、前記回折レンズの焦点距離をｆｄ、とするとき、
２  ＜  ｆｄ／ｆ  ＜  ５
であればよい。なお、このような回折一体型のレンズは、仮想の高屈折率を用いた方法（例えば、ウィリアム  シー  スゥェット、ディスクライビング  ホログラフィック  オプティカル  エレメンツ  アズ  レンジーズ、ジャーナル  オブ  オプティカル  ソサエティ  オブ  アメリカ、第６７巻、ナンバー６、１９９７年[William C. Sweatt:"Describing holographic optical elements as lenses",J. Opt. Soc. Am., Vol. 67, No. 6,(1997).]）を用いて設計できることが知られている。
【００８３】
なお、回折効率は光源として用いる半導体レーザ光源の出力、レンズの開口数、ファイバの結合効率、ファイバ出力規格の下限及びモジュールからの出力の安全規格上限を勘案して決定する必要がある。光ファイバ結合用のレンズは一般には、光源側の開口数が０．２〜０．４、ファイバ側の開口数が０．１〜０．２程度、光源である半導体レーザの出力が０〜２ｄｂｍ程度であれば、レンズの回折効率は２５〜４０％（より好ましくは３０〜３７％）の範囲内で適切に決定すればよいこととなる。
【００８４】
また、光ファイバモジュール用の光源としては波長λが７００〜１４００ｎｍ程度の半導体レーザを用いることが多い。
【００８５】
ここで、回折レンズのレリーフ形状を適切に選択することにより、モジュールからの出力光強度の低減機能をレンズに付加させることが可能となる。このとき、レンズの生産は、ダイヤモンドバイトを用いた切削加工により金型を加工して樹脂成形を行ったり、直接に樹脂材料を切削加工したりして行われる。そのため、レリーフ形状の設計時には加工の条件を十分に勘案する必要がある。
【００８６】
以下に具体的な樹脂レンズの設計例に本発明のレリーフ形状を適用して説明する。
【００８７】
（実施例１）
図１（Ａ）は本実施例の結合レンズの光路図である。光源１０１からの射出光束１０２は、レーザの窓材１０３を透過した後、本発明の結合レンズ１０４に入射する。結合レンズ１０４の射出面１０５上には温度変化による焦点位置の変動を補正するための回折レンズを形成してある。この回折レンズの正面図を（Ｂ）に示す。回折レンズはレンズの光軸を中心とする同心円状の輪帯から構成されている。この回折レンズの回折光のうち、１次回折光１０６はアパチャ１０７を透過し、光ファイバ１０８の端面に結像される。それ以外の回折光（図中の破線）は光ファイバ１０８の端面とは異なる位置で結像されるため、アパチャ１０７の端面上では光束が拡がっているため、アパチャ１０７によって遮蔽される。
【００８８】
図１に示した光学系の仮想の高屈折率を用いた設計データを表１に示す。
【００８９】
【表１】
0003921346.tif 000002
【００９０】
本レンズの設計波長λは７８０ｎｍ、レンズ全体の焦点距離は１．０９３ｍｍ、回折レンズの焦点距離は４ｍｍ、物像間距離が４．８５６ｍｍである。また、本レンズは１次回折光を光ファイバ結合に用いる構成である。表１において、第１面が光源、第２面から第３面がレーザの窓材、第４面から第６面が結合レンズで、第７面が光ファイバの端面である。
【００９１】
なお＊印を着けた面は
【００９２】
【数１】
0003921346.tif 000003
【００９３】
にて表現される非球面である。非球面係数を、表２に示す。
【００９４】
【表２】
0003921346.tif 000004
【００９５】
なお、本発明において回折レンズの回折次数は、０次が回折しない次数で、そこから、焦点距離の短い側に順に１次、２次、・・・と数えるものとし、０次から焦点距離の長い側に−１次、−２次・・・と順に数えるものとする。
【００９６】
図２は本実施例のレンズのレリーフ形状関数である。図中の縦軸のレリーフの深さはλ／（ｎ−１）を単位として描いている。このレリーフ形状関数は、周期方向のちょうど５０％のところに頂点を有するいわゆる、略二等辺三角形状で、レリーフの深さが０．６×λ／（ｎ−１）である。
【００９７】
図２の設計レリーフ関数を、上記のレンズ設計データの仮想の高屈折率層の位相遅れ量に応じて変調して、レンズ表面に加工するレリーフ形状を算出した結果が図３である。図３において横軸はレンズの光軸からの高さ、縦軸は非球面を基準としたときのレリーフの起伏を示す。いずれも単位はｍｍである。ここで、レンズ中心付近においてレリーフ形状が二等辺形状からずれるが、これは、高屈折率層の位相変化が略二次関数的に変化しているからである。
【００９８】
図４は回折レンズを構成する面のサグの一部をプロットした図である。図４において、横軸は光軸からの高さで、縦軸がレンズのサグ量である。なお、サグ量が負になっているが、これは図１に示した光学系で、ファイバ方向を正に座標軸をとったためである。
【００９９】
図２に示した略二等辺三角形状のレリーフ形状は、レリーフの頂点のなす角を最大にすることが出来る。バイトを用いた切削加工で金型を製造する場合にはレリーフの頂点の角がバイトのノーズ半径により丸められる。ここで、加工による形状劣化を少なくするには、レリーフの頂点のなす角をなるべく大きくする必要がある。本発明のレリーフ形状は、頂点のなす角を大きく取れるため、加工によるレリーフの形状劣化が少なく、設計からのずれを小さくすることが出来る。
【０１００】
本実施例レリーフ形状をノーズ半径が１０μｍのバイトを用いて加工したと想定した場合における、各輪帯の回折効率の計算結果を図５の黒丸でプロットした。なお、図５中の棒グラフは各輪帯のピッチを示し、白丸によるプロットは従来の鋸歯状のレリーフを構成した場合の各輪帯の回折効率である。図より明らかに本実施例のレリーフ形状が従来の鋸歯状に比べて回折効率の均一性に勝ることが判る。なお、このときのレンズ全体の回折効率は本発明及び従来の鋸歯状とも２８％である。
【０１０１】
図６は、本実施例と同様の周期の５０％の箇所に頂点を有する略２等辺三角形状のレリーフ関数のレリーフの深さを変化させて、上記のレンズデータを用いて設計したレンズを、先端のノーズ半径が１０μｍのバイトを用いて加工したときの回折効率を計算した結果をプロットしたグラフである。グラフの横軸はレリーフ関数の深さであり、λ／（ｎ−１）を単位としている。この図より、略２等辺三角形状のレリーフはレリーフの深さ変化に対する回折効率の変化が緩やかで、これは、レンズ成型時にヒケや収縮を起こしたとしても、製造されたレンズの回折効率ばらつきが少なくなることを意味するため、製造上の観点からも望ましい。また、
０．６  ＜  Ｗ（ｎ−１）／λ  ＜  １．０
の間で、１次回折光回折効率が２８〜３０％程度と、半導体レーザモジュール用レンズにとって望ましい回折効率を有することが判る。
【０１０２】
なお、本実施例では特定のレンズ設計データを元に、本発明のレリーフ形状を適用して形状及び回折効率を計算し、本発明のレリーフ形状の有用性を示したが、本発明のレリーフ形状は前記の特定の設計データにとらわれるものではなく、樹脂材料を用いて設計された回折レンズにより温度補償効果を持たせた光ファイバ結合用レンズ、あるいはそれと同等の仕様のレンズであれば、他の設計データにおいても同様の効果を有することは言うまでもない。
【０１０３】
また、レリーフ形状は本発明の形状を元として、例えば頂点に丸みを持たせるなど生産性を向上するために形状を改善できる可能性があるが、上記の実施例の説明でも明らかなように、本発明のレリーフ形状は頂点が加工により丸くなったとしても回折効率が設計通りになる形状であり、上記のようなレリーフ形状の改善は本発明の考え方に含まれるものである。
【０１０４】
また、加工用のバイトのノーズ半径を勘案した回折効率の計算は、山形の回折効率計算法（ヤマガタほか、”エフィシャンシー  シミュレーション  フォア  ダイアモンド  ターンド  ディフラクティブ  レンジーズ”、ジャパニーズ  ジャーナル  オブ  アプライド  フィジクス、第３７巻、ナンバー６Ｂ、１９９８年 [Yamagata et al.: "Efficiency simulation for diammont turnned diffractive lenses",Jpn. J. Appl. Phys., Vol.37 , No.6B (1998)]）を用いた。
【０１０５】
（実施の形態２）
レンズに同心円状の回折レンズを構成し、前記回折レンズの回折効率によりモジュールからの射出光強度を調節する場合、光ファイバの結合に使う次数の集光スポットの位置にアパチャを設けるため、それ以外の回折次数の光は前記アパチャによりけられることとなるが、結合に使う次数の前後の次数の光はそれぞれ若干はアパチャを透過する。このとき、光ファイバの結合に使う回折次数よりもより高い次数（合成焦点距離が短くなるような回折次数）に不要光が多く分配されることが望ましい。これは、光ファイバの結合に使う回折次数よりも低次の回折次数（屈折レンズと回折レンズの合成焦点距離が長くなるような回折次数）の光に比べて高次の回折次数の光はアパチャのある像平面上でより大きく拡散されるため、アパチャを透過する不要な次数の光量を低減することが出来るためである。
【０１０６】
（実施例２）
図７に本実施例のレーザモジュール用レンズのレリーフ形状関数を示す。縦軸のレリーフの深さはλ／（ｎ−１）を単位として描いている。
【０１０７】
本実施例のレリーフ形状関数は、三角波状でその頂点が周期の３０％の位置にあり、レリーフの深さは １．１×λ／（ｎ−１） である。
【０１０８】
図７に示したレリーフを表１及び表２に示したレンズデータを用いて、レンズ加工用のレリーフの形状及び、回折レンズを一体化した面のサグ量をそれぞれ図８、図９に示す。図８において横軸はレンズの光軸からの高さ、縦軸は非球面を基準としたときのレリーフの起伏を示す。いずれも単位はｍｍである。
【０１０９】
図９は回折レンズを構成する面のサグの一部をプロットした図である。図９において、横軸は光軸からの距離で、縦軸がレンズのサグ量である。なお、サグ量が負になっているが、これは図１に示した光学系で、ファイバ方向を正に座標軸をとったためである。
【０１１０】
次の表３は本実施例のレリーフ形状を有するレンズをノーズ半径が１０μｍのバイトを用いて加工した時のレンズ全体の回折効率を計算により求めた結果である。
【０１１１】
【表３】
0003921346.tif 000005
【０１１２】
表３より、本実施例に示したレリーフ形状を有する回折レンズであれば、光ファイバ結合に用いる１次回折光よりも焦点距離の長い０次回折光に分配される光強度は小さく、不要光は焦点距離の短い２次回折光に分配される。
【０１１３】
図１０は、本実施例と同様に周期の３０％の箇所に頂点を有する三角波状のレリーフ関数のレリーフの深さを変化させて、上記のレンズ設計データを用いて設計したレンズを、先端のノーズ半径が１０μｍのバイトを用いて加工したときの、各回折次数における回折効率を計算した結果をプロットしたグラフである。グラフの横軸はレリーフの深さであり、λ／（ｎ−１）を単位としている。これより、レリーフ関数の深さが
１．０５  ≦  Ｗ（ｎ−１）／λ  ≦  １．１
の範囲であれば、０次回折光の回折効率を７％未満に低減しつつ、結合に用いる１次回折光の回折効率を３０〜４０％程度にでき、さらには、０次回折光よりも２次回折光に不要な光をより逃がす設計となり半導体レーザモジュール用レンズとして最適な回折効率を有することが判る。
【０１１４】
なお、本実施例では特定のレンズ設計データをもとに、本発明のレリーフ形状を適用して形状及び回折効率を計算し、本発明のレリーフ形状の有用性を示したが、本発明のレリーフ形状は前記の特定の設計データにとらわれるものではなく、樹脂材料を用いて設計された回折レンズにより温度補償効果を持たせた光ファイバ結合用のレンズ、あるいはそれと同等の仕様のレンズであれば、他の設計データにおいても同様の効果を有することは言うまでもない。
【０１１５】
また、レリーフ形状は本発明の形状を元として、例えば頂点に丸みを持たせるなど生産性を向上するために形状を改善できる可能性があるが、上記の実施例の説明でも明らかなように、本発明のレリーフ形状は頂点が加工により丸くなったとしても回折効率が設計通りになる形状であり、上記のようなレリーフ形状の改善は本発明の考え方に含まれるものである。
【０１１６】
なお、本実施例においては、レリーフの頂点の位置が３０％の場合を例に挙げて説明したが、頂点の位置が３０〜４０％の位置の場合においてもレリーフ関数の深さＷが、
１．０≦Ｗ（ｎ−１）／λ≦１．０５
を満足すれば、本実施例と同様の効果を有する。すなわち、１次回折光の回折効率を３０〜４０％としつつ、０次回折光を低減できる。
【０１１７】
ここで、頂点の位置が４０％を越えた場合は、レリーフの深さを調節しても回折効率を４０％にすることが出来なくなる。また、頂点の位置が３０％未満の場合は１次回折光が最適となるレリーフ深さの範囲が狭くなるため加工精度が厳しくなる上に、０次回折光が発生するため好ましくない。
【０１１８】
（実施例３）
図１１に本実施例のレーザモジュール用レンズのレリーフ形状関数を示す。縦軸のレリーフの深さはλ／（ｎ−１）を単位として描いている。本実施例のレリーフ形状関数は、三角波状で、その頂点が周期の４０％の位置にあり、レリーフの深さは λ／（ｎ−１） である。
【０１１９】
図１１に示した本実施例のレリーフ関数を表１及び表２に示したレンズデータを用いて、レンズ加工用のレリーフの形状及び、回折レンズを一体化した面のサグ量求め、ノーズ半径が１０μｍのバイトを用いて加工したときのレンズ全体の回折効率を計算した結果を次の表４に示す。
【０１２０】
【表４】
0003921346.tif 000006
【０１２１】
図１２は、本実施例に示したような、４０％の位置に頂点がある三角波状のレリーフ関数で、レリーフの深さを変化させて設計したレンズをノーズ半径が１０μｍのバイトを用いて加工したときの、各回折次数における回折効率を計算した結果をプロットしたグラフである。グラフの横軸はレリーフの深さであり、λ／（ｎ−１）を単位としている。
【０１２２】
図１２より、レリーフ関数の深さＷが
０．９  ＜  Ｗ（ｎ−１）／λ  ＜  １．１５
であれば、１次回折光の回折効率を２５％〜３８％で、かつ０次回折光を７％以下で、さらには、０次回折光よりも２次回折光に不要な光をより逃がす設計となり半導体レーザモジュール用レンズとして最適な回折効率を有することが判る。
【０１２３】
なお、本実施例では特定のレンズ設計データをもとに、本発明のレリーフ形状を適用して形状及び回折効率を計算し、本発明のレリーフ形状の有用性を示したが、本発明のレリーフ形状は前記の特定の設計データにとらわれるものではなく、樹脂材料を用いて設計された回折レンズにより温度補償効果を持たせた光ファイバ結合用のレンズ、あるいはそれと同等の仕様のレンズであれば、他の設計データにおいても同様の効果を有することは言うまでもない。
【０１２４】
また、レリーフ形状は本発明の形状を元として、例えば頂点に丸みを持たせるなど生産性を向上するために形状を改善できる可能性があるが、上記の実施例の説明でも明らかなように、本発明のレリーフ形状は頂点が加工により丸くなったとしても回折効率が設計通りになる形状であり、上記のようなレリーフ形状の改善は本発明の考え方に含まれるものである。
【０１２５】
（実施例４）
図１３には実施例２に示したレリーフを有する回折手段一体型のレンズを結合レンズとして用いた半導体レーザモジュールの構成を示す。
【０１２６】
半導体レーザ１３０１と本発明の結合レンズ１３０２はそれぞれレンズホルダ１３０３の前、後端部に対向して固定される。レンズホルダ１３０３の外周面には接続用ホルダ１３０４がはめ込まれている。この接続用ホルダ１３０４にはフェルールホルダ１３０５が固定され、フェルールホルダ１３０５には光ファイバ１３０６を挿入するフェルール１３０７が脱着自在に固定される。
【０１２７】
半導体レーザ１３０１からの射出光束は本発明の結合レンズ１３０２に入射する。本発明の結合レンズの射出面１３０８上には回折レンズが形成されており、前記回折レンズの１次回折光はアパチャ１３０９を透過し光ファイバ１３０６の入射端面に結像する。ここで、図１３（Ｂ）はレンズの射出面１３０８からアパチャ１３０９までの部分の拡大模式図である。アパチャ１３０９は１次回折光の結像位置１３１０上に設けてある。０次回折光１３１１はアパチャ１３０９の後ろ側で結像し、２次回折光１３１２はアパチャの前で結像する。このとき、アパチャ１３０９上では０次回折光１３１１よりも２次回折光１３１２の方が拡がっている。そのため、２次回折光１３１２に比べると０次回折光１３１１はアパチャを透過しやすい。本実施例においては、０次回折光１３１１がほとんど発生しないレンズを用いているため、モジュールから漏れ出す不要光を低減することが出来る。
【０１２８】
（実施の形態３）
回折一体型の温度補償型樹脂レンズを結合レンズに用いた場合には、アパチャで不要な回折次数の光を遮断する。このときに、不要な回折次数の光と光ファイバ結合に用いる回折次数の光との結像する像高が異なるとアパチャの組立精度及び加工精度を緩和することが可能で、モジュールの製造コストを低減出来る。
【０１２９】
（実施例５）
図１４は本実施例のレーザモジュールの概略構成図である。
【０１３０】
半導体レーザ１４０１と本発明の結合レンズ１４０２はそれぞれレンズホルダ１４０３の前、後端部に対向して固定される。ここで、レンズホルダ１４０３は結合レンズ１４０２が光軸に対して傾斜してとりつくようにレンズ固定面が加工されている。レンズホルダ１４０３の外周面には接続用ホルダ１４０４がはめ込まれている。この接続用ホルダ１４０４にはフェルールホルダ１４０５が固定され、フェルールホルダ１４０５には光ファイバ１４０６を挿入するフェルール１４０７が脱着自在に固定される。
【０１３１】
半導体レーザ１４０１からの射出光束は本発明の結合レンズ１４０２に入射する。本発明の結合レンズの射出面１４０８上には回折レンズが形成されており、前記回折レンズの１次回折光はアパチャ１４０９を透過し光ファイバ１４０６の入射端面に結像する。ここで、結合レンズ１４０２が光軸に対して傾斜して固定されているので、結合レンズにとって半導体レーザ光源からの射出光束は軸外光となり、それぞれの回折次数の光はレンズの合成焦点距離の違いにより、結像する焦点面も、像高も異なる。そのため、不要光を遮断するために設けたアパチャ１４０８の加工精度及び組立精度を大幅に緩和することが可能で、さらには、各次数の回折光スポットの位置によってはアパチャをなくすことができ、モジュール全体の低コスト化を図ることが出来る。
【０１３２】
（実施例６）
図１５に本実施例の結合レンズの概略光路図を示す。
【０１３３】
レーザ１５０１からの射出光１５０２はレーザの窓材１５０３を透過した後、本発明の結合レンズ１５０４に入射する。本発明の結合レンズ１５０４の射出面１５０５上には同心円状の輪帯により構成される回折レンズが形成してある。図１５（Ｂ）に射出面の正面図を示す。この回折レンズの輪帯の中心は、レンズの回転対称軸に対して偏心している。このとき、回折レンズの１次回折光の焦点位置と２次及び０次回折光の焦点位置は像面の位置及び、像高の両方が異なることとなる。回折レンズの１次回折光は光ファイバ１５０６の端面に集光され結合される。０次及び２次回折光１５０７はそれぞれ光ファイバの前に設けたアパチャ１５０８により遮蔽されるが、このとき、それぞれの回折次数の光の結像位置（像高）が異なるため、アパチャの加工精度及び組立精度を緩和することが可能である。
【０１３４】
（実施例７）
図１６は本実施例のレーザモジュールの概略構成図である。
【０１３５】
半導体レーザ１６０１と本発明の結合レンズ１６０２はそれぞれレンズホルダ１６０３の前、後端部に対向して固定される。ここで、結合レンズ１６０２には実施例６にて説明したレンズを用いるものとする。レンズホルダ１６０３の外周面には接続用ホルダ１６０４がはめ込まれている。この接続用ホルダ１６０４にはフェルールホルダ１６０５が固定され、フェルールホルダ１６０５には光ファイバ１６０６を挿入するフェルール１６０７が脱着自在に固定される。ここで、フェルールホルダ１６０５は結合レンズ１６０２の１次回折光の集光位置に光ファイバ１６０６の入射端面が位置するように半導体レーザレーザ１６０１に対して偏心して取り付けられる。
【０１３６】
半導体レーザ１６０１からの射出光束は本発明の結合レンズ１６０２に入射する。本発明の結合レンズの射出面１６０８上には回折レンズが形成されており、前記回折レンズの１次回折光はアパチャ１６０９を透過し光ファイバ１６０６の入射端面に結像する。
【０１３７】
本実施例のレンズを用いた半導体レーザモジュールはレンズを傾斜して取り付けなくても回折光の結像位置を分けることが出来るため、モジュールの組立を簡素化でき、製造コストを低減できる。
【０１３８】
（実施の形態４）
ガラス製の結合レンズを用いる場合には、温度変化による焦点位置変動の補正の必要がない。そのため、レンズ表面に回折格子を形成して、モジュールから射出される光強度を調節できる。
【０１３９】
（実施例８）
図１７（Ａ）に本実施例の結合レンズの断面図及び光路図を示す。光源であるレーザ１７０１からの射出光線１７０２はレーザの窓材１７０３を透過し、本発明の結合レンズ１７０４に入射する。本発明の結合レンズ１７０４の入射面１７０５上には略直線溝からなる回折格子を形成してある。レンズの入射面１７０５から見たレンズの正面図を図１７（Ｂ）に示す。前記回折格子の０次回折光に対する回折効率はモジュールの出力が安全規格に入るように適切に選択され、前記レンズ面上に形成されている回折格子は前記回折効率を達成するために最適な断面形状を有するものとする。このとき結合レンズ１７０４へ入射した光はレンズの入射面１７０５上に形成された回折格子によって回折される。０次回折光１７０６はアパチャ１７０７を透過し、光ファイバ１７０８の端面に結像する。それ以外の回折次数の光は、アパチャ１７０７により遮蔽される。
【０１４０】
（実施例９）
図１８には本実施例の半導体レーザモジュールの構成図を示す。
【０１４１】
レンズホルダ１８０１の後端部側に半導体レーザ１８０２が挿入されて固定されている。一方、レンズホルダ１８０１の前端部に実施例８で説明した結合レンズ１８０３が固定されている。レンズホルダ１８０１の外周面には接続用ホルダ１８０４がはめ込まれている。さらにこの接続用ホルダ１８０４にはフェルールホルダ１８０５が固定され、フェルールホルダ１８０５には光ファイバ１８０６を挿入するフェルール１８０７が脱着自在に固定される。半導体レーザ１８０２からの射出光束は結合レンズ１８０３に入射する。結合レンズ１８０３の入射面側１８０８には回折格子を形成してあるため、回折光が発生する。
【０１４２】
ここで、０次回折光１８０９は光ファイバ１８０６の端面に集光されファイバに結合される。他の次数の回折光は光ファイバの前に設けたアパチャ１８１０により遮蔽され、モジュールから漏れ出すことはない。また、結合レンズ１８０３上に加工した回折格子のピッチを十分に細かくした場合には回折角を大きくとれるため、アパチャ１８１０を用いない構成とすることもできる。
【０１４３】
本実施例の半導体レーザモジュールは減衰膜や、偏光板などの光減衰手段を別に設けたり、光ファイバがはずれた場合に発光を停止するような制御回路を用いることなく、モジュールの出力光強度を安全規格内に抑えることが出来る。結果として、安価なレーザモジュールを提供できる。
【０１４４】
（実施の形態５）
レーザモジュールの出力安全規格の上限は−４．９ｄｂｍ（ＡＮＳＩ規格）であり、光ファイバ通信を行うための出力下限は−１０ｄｂｍとなっている。その為、レーザモジュールの設計時には出力を上記の範囲にはいるように調節しなければならない。レーザから光ファイバまでの光量ロスは、半導体レーザの発散角に対する結合レンズの入射側ＮＡが小さいことによるけられやレンズ表面でのフレネル損失などの結合レンズの入射時の損失と、レンズの射出光束と光ファイバとの結合効率による損失がある。結合レンズのレーザ側ＮＡを０．２程度、ファイバ側ＮＡを０．１５程度とするとき、レンズへの入射時の損失は４５〜５５％程度、ファイバ結合時の損失は２０％〜３０％程度と見込める。
【０１４５】
また、高速通信に適したレーザは０ｄｂｍ程度の出力がある。その為、回折レンズの回折効率を調節して上記の損失と併せて出力が規格に収まるように設計することとなる。
【０１４６】
上記の条件を勘案すると、光ファイバ結合に用いる回折光の回折効率ηは
３０％  ≦  η  ≦  ３７％
となる。しかしながら、レンズの仕様の変化に伴う損失見込みの変化や、光源として用いるレーザの出力の選択によっては好適な回折効率ηは下記の範囲に分布する。
【０１４７】
２５％  ≦  η  ≦  ４０％
【０１４８】
表５は、波長が７９０ｎｍ、材料の屈折率が１．５２３３０６、輪帯の平均ピッチが４０μｍ、加工用バイトの先端のノーズ半径Ｒを１０μｍとした場合に、１次回折光の回折効率が上記の回折効率を得るために必用なレリーフの振幅をレリーフの頂点の位置をレリーフ周期の２５％から５０％の範囲に亘って計算した結果である。なお、振幅はλ／（ｎ−１）を単位として表記した。このときλ／（ｎ−１）は１．５０９６３３μｍである。表中の空欄は、レリーフの深さを調節してもその回折効率が得られないことを示す。
【０１４９】
【表５】
0003921346.tif 000007
【０１５０】
表より、２５％以上４０％以下の回折効率を得るためには、
−２．５Ｘ＋１．７５≦Ｗ（ｎ−１）／λ≦−１．６Ｘ＋１．７１
を満足するようにレリーフ形状を設計すればよいことがわかる。
【０１５１】
また、同様に、３０％以上３７％以下の回折効率を得るためには
−２．４Ｘ＋１．７６≦Ｗ（ｎ−１）／λ
≦−１．９４Ｘ＋１．７７
を満足するようにレリーフ形状を設計すればよい。
【０１５２】
なお、加工条件やレンズの平均ピッチなどが変化した場合には上記の最適条件が若干変化する。その変化量として５％を見込んだ場合には、２５％以上４０％以下の回折効率を得るためのレリーフの振幅Ｗは
−２．５Ｘ＋１．６６≦Ｗ（ｎ−１）／λ≦−１．６Ｘ＋１．８
となり、同様に３０％以上３７％以下の回折効率を得るための条件は
−２．４Ｘ＋１．６７≦Ｗ（ｎ−１）／λ
≦−１．９４Ｘ＋１．８６
となる。
【０１５３】
また、上記の設計条件において、レリーフの頂点の位置Ｘが０．３（３０％）以上０．４（４０％）以下の場合には０次回折光を低くすることが可能であるため、モジュール構成時にアパチャから漏れ出す光をより少なくすることが可能である。
【０１５４】
本実施の形態の結合レンズは、上述の実施例４，５等と同様の構成の半導体レーザモジュールに組み込んで使用することができる。
【０１５５】
（実施の形態６）
結合レンズとして、単レンズと回折レンズとの組レンズを用いることによって従来から用いられている単レンズをそのまま利用できる利点がある。
【０１５６】
（実施例１０）
図１９は本発明の結合レンズの構成図である。
【０１５７】
光源１９０１からの射出光束１９０２は窓材１９０３を透過した後、屈折レンズ１９０４に入射する。屈折レンズ１９０４は発散光束である入射光を収束光束として射出する。屈折レンズ１９０４の射出光は続いて、回折レンズ１９０５へと入射する。回折レンズ１９０５には同心円状の輪帯が図１９の（Ｂ）に示すように構成されており、正レンズとして作用する。
【０１５８】
回折レンズ１９０５の１次回折光は屈折レンズ１９０４の温度変化による焦点位置変動を補正するように設計されている。このためには、屈折レンズ１９０４と回折レンズ１９０５の１次回折光とによって構成される組レンズの合成焦点距離をｆ、回折レンズ１９０５の１次回折光の焦点距離をｆｄとするとき、
２  ＜  ｆ／ｆｄ  ＜  ５
を満足するように設計されていればよい。
【０１５９】
回折レンズの回折効率は光源として用いる半導体レーザ光源の出力、レンズの開口数、ファイバの結合効率、ファイバ出力規格の下限及びモジュールからの出力の安全規格上限を勘案して決定する必要がある。屈折レンズ１９０４の光源側開口数が０．２〜０．４、ファイバ側開口数が０．１〜０．２程度、光源である半導体レーザの出力が０〜２ｄｂｍ程度であれば、回折レンズ１９０５の１次回折光の回折効率は２５〜４０％（より好ましくは３０〜３７％）の範囲内で適切に決定すればよいこととなる。
【０１６０】
回折レンズ１９０５の１次回折光１９０６はアパチャ１９０７を透過し、光ファイバ１９０８の端面に結像される。それ以外の次数の回折光（図中の破線にて示す）はアパチャ１９０７と異なる位置に結像するため、アパチャ１９０７の面上では光束が拡がっており、アパチャ１９０７によって遮蔽される。
【０１６１】
図２０（Ａ）は回折レンズ１９０５の斜視図、図２０（Ｂ）は回折レンズの光軸を含む平面での断面図である。
【０１６２】
平面上に回折レンズを作成する場合には、フォトリソグラフィによって製造することが可能である。この方法によって製造した回折レンズは図２０（Ｂ）に示したような階段状の輪帯となる特徴がある。図には４段の階段からなる回折レンズを示すが、この段の数及び階段の断面形状を調節することによって回折効率を最適な範囲に調節することが可能である。
【０１６３】
（実施例１１）
図２１（Ａ）は本実施例の半導体レーザモジュールの概略構成図である。
【０１６４】
半導体レーザ２１０１と、屈折レンズ２１０２及び回折レンズ２１０３の組レンズにて構成される結合レンズはレンズホルダ２１０４の前、後部に対向して固定される。回折レンズ２１０３は図２１（Ｂ）に示すような光軸を中心とした同心円状の輪帯（図２０参照）によって構成されている。レンズホルダ２１０４の外周面には接続用ホルダ２１０５がはめ込まれている。この接続ホルダ２１０５にはフェルールホルダ２１０６が固定され、フェルールホルダ２１０６には光ファイバ２１０７を挿入するフェルール２１０８が脱着自在に固定される。
【０１６５】
半導体レーザ２１０１からの射出光束は屈折レンズ２１０２に入射する。屈折レンズの射出光束は回折レンズ２１０３に入射し回折レンズによって複数の次数の回折光へと分離される。回折レンズの１次回折光は、アパチャ２１０９を透過し光ファイバ２１０７の端面に結合される。回折レンズの他の次数の回折光は、焦点距離が異なるため、光軸上で１次回折光とは異なる位置に焦点を結ぶ。その為、アパチャ面上では光束が拡がっており、アパチャによって遮蔽される。
【０１６６】
（実施例１２）
図２１（Ｃ）は本実施例の半導体レーザモジュールの回折レンズの正面図である。
【０１６７】
回折レンズの輪帯が光軸に対して偏心して加工されている。
【０１６８】
この回折レンズを実施例１１にて示した半導体レーザモジュールの回折レンズ２１０３の代わりとして用いると以下の効果を有する。
【０１６９】
すなわち、回折レンズの各次数の光が作る焦点位置が光軸方向だけでなく光軸に垂直な方向にも異なる。その為、アパチャによる遮蔽が容易となり、アパチャの加工、組立精度を緩和できる。
【０１７０】
（実施の形態７）
従来から用いられているガラス製の結合レンズを用いる場合には、温度変化による焦点位置変動の補正の必要がない。そのため、半導体レーザと光ファイバとの間の光路中に回折格子を配置して、モジュールから射出される光強度を調節することができる。
【０１７１】
（実施例１３）
図２２（Ａ）には本実施例の半導体レーザモジュールの構成図を示す。
【０１７２】
レンズホルダ２２０１の後端部側に半導体レーザ２２０２が挿入されて固定されている。一方、レンズホルダ２２０１の前端部に結合レンズ２２０３及び回折格子２２０４が固定されている。回折格子２２０４は、図２２（Ｂ）にその正面図を示すように、直線状の溝にて構成されている。結合レンズレンズホルダ２２０１の外周面には接続用ホルダ２２０５がはめ込まれている。さらにこの接続用ホルダ２２０５にはフェルールホルダ２２０６が固定され、フェルールホルダ２２０６には光ファイバ２２０７を挿入するフェルール２２０８が脱着自在に固定される。半導体レーザ２２０２からの射出光束は結合レンズ２２０３に入射する。結合レンズ２２０３からの射出光は回折格子２２０４に入射し複数の次数の回折光に分割される。
【０１７３】
ここで、０次回折光２２０９は光ファイバ２２０７の端面に集光されファイバに結合される。他の次数の回折光は光ファイバの前に設けたアパチャ２２１０により遮蔽され、モジュールから漏れ出すことはない。また、回折格子２２０４のピッチを十分に細かくした場合には回折角を大きくとれるため、アパチャ２２１０を用いない構成とすることもできる。
【０１７４】
本実施例の半導体レーザモジュールは従来から用いられているレンズをそのまま用いたまま、減衰膜や、偏光板などの光減衰手段を別に設けたり、光ファイバがはずれた場合に発光を停止するような制御回路を用いることなく、モジュールの出力光強度を安全規格内に抑えることが出来る。結果として、安価なレーザモジュールを提供できる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施例１の結合レンズを示しており、（Ａ）は光路図、（Ｂ）は結合レンズの正面図である。
図２は、本発明の実施例１の結合レンズのレリーフ形状関数を示すグラフである。
図３は、本発明の実施例１の結合レンズの加工用レリーフ形状を示すグラフである。
図４は、本発明の実施例１の結合レンズの回折レンズを形成した面のサグ量を示すグラフである。
図５は、本発明の実施例１の結合レンズの回折レンズにおける各輪帯の回折効率の計算結果を示すグラフである。
図６は、本発明の実施例１の結合レンズのレリーフの深さを変化させて設計したときの回折効率の変化図である。
図７は、本発明の実施例２の結合レンズのレリーフ形状関数を示すグラフである。
図８は、本発明の実施例２の結合レンズの加工用レリーフ形状を示すグラフである。
図９は、本発明の実施例２の結合レンズの回折レンズを形成した面のサグ量を示すグラフである。
図１０は、本発明の実施例２の結合レンズのレリーフの深さを変化させて設計したときの回折効率の変化図である。
図１１は、本発明の実施例３の結合レンズのレリーフ形状関数を示すグラフである。
図１２は、本発明の実施例３の結合レンズのレリーフの深さを変化させて設計したときの回折効率の変化図である。
図１３は、本発明の実施例４の半導体レーザモジュールを示しており、（Ａ）は構成図、（Ｂ）は部分拡大模式図である。
図１４は、本発明の実施例５の半導体レーザモジュールの構成図である。
図１５は、本発明の実施例６の結合レンズを示しており、（Ａ）は光路図、（Ｂ）は結合レンズの正面図である。
図１６は、本発明の実施例７の半導体レーザモジュールの構成図である。
図１７は、本発明の実施例８の結合レンズを示しており、（Ａ）は光路図、（Ｂ）は結合レンズの正面図である。
図１８は、本発明の実施例９の半導体レーザモジュールの構成図である。
図１９は、本発明の実施例１０の結合レンズを示しており、（Ａ）は光路図、（Ｂ）は回折レンズの正面図である。
図２０は、本発明の実施例１０の回折レンズを示しており、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は光軸を含む面での断面図である。
図２１は、本発明の実施例１１及び１２の半導体レーザモジュールを示しており、（Ａ）は構成図、（Ｂ）は実施例１１における回折レンズの正面図、（Ｃ）は実施例１２における回折レンズの正面図である。
図２２は、本発明の実施例１３の半導体レーザモジュールを示しており、（Ａ）は構成図、（Ｂ）は回折格子の正面図である。
図２３は、従来の半導体レーザモジュールの構成図である。
【図１】
0003921346.tif 000008
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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