(57)【要約】【課題】半導体レーザを光源とし、低コストで戻り光の影響を無くした光学モジュールを提供することを目的とする。【解決手段】レーザ光源と、前記レーザ光源からの出射光を入射させる少なくとも一つのレンズを含む光学系を有する光学モジュールにおいて、前記レーザ光源からの出射光が最初に入射する第１レンズを、該第１レンズの光軸が前記出射光の光軸と傾斜するように配置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源と、前記レーザ光源からの出射光を入射させる少なくとも一つの光軸対象のレンズを含む光学系を有する光学モジュールであって、前記レーザ光源からの出射光が最初に入射するレンズ（以下第１レンズと称す）は、該第１レンズの光軸が前記出射光の光軸に対して傾斜して配置されていることを特徴とする光学モジュール。
【請求項２】
光を導波させる導波構造を有し、
前記光学系は前記レーザ光源からの光を前記導波構造へ入射させる結合光学系であって、前記結合光学系は、前記導波構造に基本モード光を伝搬させる角度で光の主光線を入射させることを特徴とする請求項１に記載の光学モジュール。
【請求項３】
前記第１レンズのレーザ光源側の光学面は平面であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学モジュール。
【請求項４】
前記光学系は、前記第１レンズを含んだ第１レンズ光学系であって、レーザ光源からの出射光を平行化する第１レンズ光学系を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の光学モジュール。
【請求項５】
前記光学系は、第１レンズ光学系と、
少なくともレンズを一つ含む第２レンズ光学系であって、前記第１レンズ光学系によって平行化した光を集光する第２レンズ光学系とからなることを特徴とする請求項４に記載の光学モジュール。
【請求項６】
前記第１レンズ光学系と前記第２レンズ光学系とは同一の光学系であって、かつ、前記レーザ光源の光軸に垂直な面に対して対称に配置されることを特徴とする請求項５に記載の光学モジュール。
【請求項７】
前記第１レンズ光学系と前記第２レンズ光学系の光軸は、前記レーザ光源の出射光の光軸に対して同一の方向に傾斜していることを特徴とする請求項６に記載の光学モジュール。
【請求項８】
前記第１レンズ光学系と前記第２レンズ光学系の光軸は、前記レーザ光源の出射光の光軸に対して同一の方向に同一量傾斜していることを特徴とする請求項６に記載の光学モジュール。
【請求項９】
上記二つのレンズ光学系はレーザの光軸に対して対称に配置されることを特徴とする請求項８に記載の光学モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光源からの光を導波路や光ファイバへ結合させ、または、空間へ出射させ、または、該光に変調や波長変換などの処理を施す光学モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、光学モジュールの光源として用いられる半導体レーザは、戻り光の影響を受けやすいことが知られている。何らかの経路によって戻り光が半導体レーザの発振状態の活性層へ戻ると、戻り光も誘導放出を誘引するためレーザ利得を低下させ、入力電流とレーザ出力の関係や発振スペクトルの状態が通常特性の範囲から崩れるという現象が生じる。従って、半導体レーザの発振状態を通常特性の範囲内に抑えるには、戻り光の入射を極力抑制する必要があった。
【０００３】
半導体レーザを用いた光学モジュールについての戻り光の対策は、特許文献１に開示されているものが知られている。基板上に実装されたレーザと、光ファイバと、レーザ光を光ファイバの一方の端面の入射開口に入射させる結合光学系とを、一体に構成した光学モジュールにおいて、結合光学系を構成する光学部品のうち、レーザに最も近いレンズの光軸が、レーザ光の光軸とシフトするように構成されている。このようにすることで、レンズからレーザへの戻り光の光強度を減少させることができるので、レーザの動作を安定させ、光学モジュールの特性を安定させることができる。
【特許文献１】特開平１１−２９５５５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような技術では、レーザに最も近いレンズの光軸とレーザの光軸とのオフセット量が大きいとレンズを出射した光に収差が発生し、オフセット量が小さいと戻り光の光強度が大きくなってしまう。従って、オフセット量を所定の狭い範囲内に収める必要があり、一般的な位置決め調整工程では難しく、非常に高精度でコストのかかる位置決め調整工程を必要とする。
【０００５】
そこで、本発明では、レーザに最も近いレンズと、レーザとの位置決め調整を不要とすることで、低コストでレーザの発振状態を通常特性の範囲内に抑えることができる光学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】
【０００６】
上記の目的は、下記に記載する発明により達成される。
【０００７】
１．レーザ光源と、前記レーザ光源からの出射光を入射させる少なくとも一つの光軸対象のレンズを含む光学系を有する光学モジュールであって、前記レーザ光源からの出射光が最初に入射するレンズ（以下第１レンズと称す）は、該第１レンズの光軸が前記出射光の光軸に対して傾斜して配置されていることを特徴とする光学モジュール。
【０００８】
２．光を導波させる導波構造を有し、
前記光学系は前記レーザ光源からの光を前記導波構造へ入射させる結合光学系であって、前記結合光学系は、前記導波構造に基本モード光を伝搬させる角度で光の主光線を入射させることを特徴とする前記１に記載の光学モジュール。
【０００９】
３．前記第１レンズのレーザ光源側の光学面は平面であることを特徴とする前記１または前記２に記載の光学モジュール。
【００１０】
４．前記光学系は、前記第１レンズを含んだ第１レンズ光学系であって、レーザ光源からの出射光を平行化する第１レンズ光学系を有することを特徴とする前記１から前記３のいずれかに記載の光学モジュール。
【００１１】
５．前記光学系は、第１レンズ光学系と、
少なくともレンズを一つ含む第２レンズ光学系であって、前記第１レンズ光学系によって平行化した光を集光する第２レンズ光学系とからなることを特徴とする前記４に記載の光学モジュール。
【００１２】
６．前記第１レンズ光学系と前記第２レンズ光学系とは同一の光学系であって、かつ、前記レーザ光源の光軸に垂直な面に対して対称に配置されることを特徴とする前記５に記載の光学モジュール。
【００１３】
７．前記第１レンズ光学系と前記第２レンズ光学系の光軸は、前記レーザ光源の出射光の光軸に対して同一の方向に傾斜していることを特徴とする前記６に記載の光学モジュール。
【００１４】
８．前記第１レンズ光学系と前記第２レンズ光学系の光軸は、前記レーザ光源の出射光の光軸に対して同一の方向に同一量傾斜していることを特徴とする前記６に記載の光学モジュール。
【００１５】
９．上記二つのレンズ光学系はレーザの光軸に対して対称に配置されることを特徴とする前記８に記載の光学モジュール。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、光源側へ反射する戻り光は偏向させられ、光源の出射開口に入射する光の光強度は非常に小さくなる。そのため戻り光がレーザの発振特性に与える影響を非常に小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。光学モジュールの一例として、第２高調波発生装置を搭載した光学モジュールを取上げ、モジュールの動作と、半導体レーザＬＤへの戻り光を減少させる手段について説明する。第２高調波発生とは、周波数を倍化した光（波長を半分にした光）を発生させることを言い、ＳＨＧ（ＳＥＣＯＮＤ  ＨＡＲＭＯＮＩＣ  ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ）とも称される。
【００１８】
第２高調波は、非線形光学結晶で生じた誘電分極が２次的に発生させる光である。第２高調波は、非線形光学結晶に入射した光が、非線形光学結晶内を通過するに従い発生する。第２高調波が発生する原理については、特開２００３−３３８７９５号公報等に詳細に記載されているので、ここでは簡単に説明する。非線形光学結晶に光が入射すると、誘電分極が発生し、誘電分極は高次の周波数を有するので第２高調波が発生する。非線形光学結晶内で高調波が発生する効率は、入射光の単位体積あたりの光強度に比例するので、狭空間に光を閉じ込める導波路を用いる。導波路内では基本波の進行方向の各位置において第２高調波が発生する。各々の位置で発生した第２高調波の位相を合わせて第２高調波の光強度を増幅するために、位相を反転させる分極反転を基本波の進行方向に所定のピッチで作製する。非線形光学効果は、非線形光学結晶の温度に大きく依存し、温度の変化は第２高調波発生の効率に悪影響を与えるので導波路を一定の温度に保つ。なお、導波路とは、等価屈折率が周辺部より高くなるように作製され、光を発散させずに導波させる伝送路を表す。等価屈折率を高くする手法としては、屈折率の高い物質を導波路として形成する方法や、導波路の上部にリッジを設ける方法などがある。等価屈折率は導波横モードが基本モードになるように設定する。
【００１９】
次に、第２高調波発生装置を搭載した光学モジュールの実装例を図１に示す。図１に示すように、半導体レーザＬＤ、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２及び第２高調波発生装置Ｈ２をベースＢＳ上に実装する。なお、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２は、各々複数のレンズからなるレンズ光学系でもよい。半導体レーザＬＤはパッケージＰＡ内に実装されている。半導体レーザＬＤからの出射光を、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２とからなる結合光学系を用いて、第２高調波発生装置Ｈ２に入射させる。図２は第２高調波発生装置Ｈ２の斜視図である。第２高調波発生装置Ｈ２は、熱電冷却装置ＨＣと、導波路型ＳＨＧ素子ＨＳと、導波路型ＳＨＧ素子ＨＳを支持する支持体ＨＤと、導波路型ＳＨＧ素子ＨＳを支持した状態の支持体ＨＤを覆うカバーＨＶとを備える。支持体ＨＤには、導波路型ＳＨＧ素子ＨＳを載置するための溝ＨＧを形成する。導波路型ＳＨＧ素子ＨＳには導波路ＨＴを形成する。半導体レーザから出射したレーザ光ＬＡ１は導波路ＨＴに入射し、導波路ＨＴ内で第２高調波ＬＡ２が発生し、導波路ＨＴから出射する。熱電冷却装置ＨＣは図示しない温度制御部からの制御信号によりその極性を制御することで、導波路ＨＴの発熱温度に応じた冷却又は加熱動作を行ない、導波路ＨＴは所定の一定温度（例えば２５℃）に保持される。
【００２０】
次に、半導体レーザＬＤからの出射光が第１レンズＬ１で反射して半導体レーザＬＤに戻る光を減少させる手段について説明する。
【００２１】
半導体レーザＬＤの発振特性に与える影響を軽微にするには、半導体レーザＬＤに戻る光を７０ｄＢ減少させる必要があると一般に言われている。半導体レーザＬＤから出射した光が半導体レーザＬＤに戻る光の殆どは、半導体レーザＬＤに最も近いレンズの半導体レーザＬＤ側の光学面で反射した光であるので、戻り光を減少させるには、その光学面での反射光を減少させる手段を採用することや、その光学面で反射した光が半導体レーザＬＤへ戻らないようにする手段の採用が重要である。半導体レーザＬＤ側の光学面で光が反射しないようにするには、半導体レーザＬＤ側の光学面に無反射コートを施す方法が有効であり、反射光の光強度を入射光の光強度に対し約３０ｄＢ減少させた光強度とすることができる。なお無反射コートとは、入射する光の位相を半波長ずらせて反射する層をレンズの光学面に多重に形成し、各々の層で反射する反射光を打ち消し合わせ、総合的に反射光の光強度を減じるものである。
【００２２】
本発明では、反射光をさらに４０ｄＢ以上減少させる手段として、第１レンズＬ１を傾けて、半導体レーザＬＤ側の光学面で反射した光を半導体レーザＬＤへ戻らないようにする。
【００２３】
半導体レーザＬＤへの戻り光の光強度が減少する効果を、光線追跡法を用いて計算した。第１レンズを図３（ａ）に示すように、第１レンズの光軸が半導体レーザＬＤからの出射光の光軸に対してチルト角θｃだけ傾くように配置し、半導体レーザＬＤからの出射光が第１レンズＬ１の半導体レーザＬＤ側の光学面Ｓ１で反射して半導体レーザＬＤの出射開口に戻る割合を計算した結果を図３（ｂ）に示す。
【００２４】
図３（ｂ）の横軸はチルト角θｃ、縦軸は戻り光結合効率ηを対数表示したものである。なお、戻り光結合効率ηとは半導体レーザＬＤの出射開口からの出射光がレンズの光学面で１００％反射するとした場合に、出射開口からの出射光がレンズの光学面で反射して出射開口に戻る率を表す。レンズの光学面で１００％反射するとしたのは、戻り光がレンズの光学面で反射して半導体レーザＬＤの戻る効果と、レンズの光学面で光が透過して半導体レーザＬＤに戻らなくなる効果とを切り分けして知るためである。ここで、簡単化のために平凸レンズの平面側が半導体レーザＬＤに対向して配置されているとする。半導体レーザＬＤからの出射光はガウシアンビームとし、出射開口にビームウエストが位置するとする。半導体レーザＬＤの出射開口と第１レンズＬ１の半導体レーザ側の光学面までの距離ＷＤ（ＷＯＲＫＩＮＧ  ＤＩＳＴＡＮＣＥ）は典型的な値の０．５ｍｍとする。光強度が最大光強度から１／ｅ２に減衰するビームウエストにおけるビーム径を２μｍとする。同じく光強度が最大光強度から１／ｅ２に減衰する範囲でのレーザ光のＮＡは０．１６８とする。図３（ｂ）から分かるように、第１レンズを傾けていない場合の戻り光結合効率は−３２．５ｄＢとなり、第１レンズＬ１のチルト角の増加に対して戻り光結合効率は対数的に減少することが分かる。そして、戻り光結合効率を−４０ｄＢまで減少させるには約４°傾ける必要があると分かった。言い換えると、半導体レーザＬＤからの出射光を反射して偏向させる角度としては、約８°必要であると分かった。
【００２５】
以上のように、半導体レーザＬＤに最も近いレンズを４°傾けることにより、半導体レーザＬＤへの戻り光結合効率を−４０ｄＢに減少させ、無反射コートを併せて採用することで、全体として半導体レーザＬＤの戻り光を−７０ｄＢに減少させることができ、戻り光がレーザの発振特性に与える影響を非常に小さくすることができる。なお、上記の戻り光結合効率の計算においては、半導体レーザＬＤ側のレンズの光学面を平面であると仮定したが、曲率半径の大きい曲面でも差し支えない。レンズの光学面が曲面である場合でも、半導体レーザからの主光線の光軸とレンズの光学面の法線とは平行であるので、レンズを傾けることで主光線を反射して偏向させ、半導体レーザへの戻り光を減少させることができるからである。
【００２６】
なお、第１レンズは、半導体レーザＬＤが第１レンズの焦点に位置するように配置し、半導体レーザＬＤからの出射光を平行化する。
【００２７】
出射光を平行化することで、第２レンズＬ２の光軸方向の組付精度を緩和することができる。
【００２８】
次に第１レンズＬ１から半導体レーザＬＤの戻り光を少なくするために、第１レンズにおける半導体レーザＬＤ側の光学面を平面、または平面に近い面にした。そうすることで、第１レンズＬ１の組付調整の際に第１レンズＬ１の光軸が平行移動してずれた場合でも、戻り光は半導体レーザＬＤに戻らず、半導体レーザの発振特性に与える影響を非常に小さくできる。以下、図４を用いてこの様子を説明する。
【００２９】
図４（ａ）は、半導体レーザＬＤ側の第１レンズＬ１の光学面が曲面であり、半導体レーザＬＤからの出射光が該曲面に斜め入射し、該曲面で反射した光が半導体レーザＬＤの位置する方向と異なる方向に向かって反射する様子を示している。しかし、組付調整の際に第１レンズＬ１が、図４（ｂ）に示すように、半導体レーザＬＤの出射光の光軸に対して実線で示す位置にシフトする場合も発生する。図４（ｂ）において、点線は正しく位置決めされた第１レンズＬ１を表し、実線は、ずれた位置に配置された第１レンズＬ１を表す。このような場合、半導体レーザＬＤからの出射光が第１レンズの光学面に垂直入射してしまう。この不具合を解決するために、図４（ｃ）に示すように第１レンズＬ１の平面側を半導体レーザＬＤ側に配置させる。半導体レーザＬＤからの出射光が入射する第１レンズＬ１の光学面は平面となるので、図４（ｄ）に示すように、点線で示した第１レンズＬ１が、実線で示す位置にシフトしたとしても半導体レーザＬＤへの戻り光の光強度は変化することはない。従って半導体レーザＬＤの発振特性への戻り光の影響を軽微にすることができる。
【００３０】
次に第１レンズＬ１を通過した半導体レーザＬＤを出射した光を、第２レンズＬ２を介して第２高調波発生装置Ｈ２に入射させる。
【００３１】
結合光学系として１個のみのレンズを採用することもできるが、２個のレンズを用いると、レンズの各調整軸を２個のレンズに配分できるので、各軸別個に調整することができ、各軸の調整は簡単になるので好ましい。例えば、光軸に対して垂直な二つ軸のうち、一方を第１レンズＬ１で調整し、他方を第２レンズＬ２で調整することで、調整手段の簡易化を図ることができる。
【００３２】
また、１個のレンズで収差を除去、軽減する場合、レンズの入射面と出射面の２面で収差を除去、軽減することになり、各面の面形状は作製難易度が大きくなるとともに、面間偏芯を極力抑える必要が生じ、作製難易度が上がってしまう。一方、２個のレンズで収差を除去、軽減する場合、４面で収差を除去、軽減することができ、各面の収差改善機能の分担が減るので、各面の面形状の作製公差と面間偏芯の調整公差を比較的大きくできる。
【００３３】
また、光源からの出射光の収差を除去する場合には、球面レンズより非球面レンズを採用することが好ましく、多くの非球面を設定することがより望ましい。
【００３４】
次に、第２レンズは第１レンズと同様に、第２レンズの光軸が第２レンズに入射する光の光軸に対して傾くように配置する。こうすることで、傾けられた第１レンズで生じる収差を軽減させることができる。以下に図５を用いて説明する。
【００３５】
図５はレンズを傾けた場合の光線の様子を示す図である。半導体レーザＬＤを出射した光を第１レンズＬ１、第２レンズＬ２を用いて第２高調波発生装置Ｈ２に結合させる光学系を想定する。点線は第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の光軸を半導体レーザＬＤの光軸と一致させた場合を表し、実線は第１レンズＬ１と第２レンズＬ２を同じ方向に傾けた場合を表す。半導体レーザＬＤの光軸と成す角度が同じで異なる方向に出射する光を光Ｌ１１、光Ｌ１２とする。半導体レーザＬＤを出射した光Ｌ１１は第１レンズＬ１を通過し、次に第２レンズＬ２を通過して第２高調波発生装置Ｈ２に入射する。同様に半導体レーザＬＤを出射した光Ｌ１２は第１レンズＬ１を通過し、次に第２レンズＬ２を通過して第２高調波発生装置Ｈ２に入射する。第１レンズＬ１と第２レンズＬ２とは同じ方向に傾けて配置されていることから、光Ｌ１１と光Ｌ１２とは進行方向が逆で光路長が同じという関係になっている。この関係は光Ｌ１２、光Ｌ１２とは角度が異なるが、同じ角度で異なる方向に半導体レーザＬＤを出射する他の２組の光についても同じことが言える。従って、半導体レーザＬＤの出射光は、第２高調波発生装置Ｈ２の入射面の同じ位置に集光することになり、集光位置において発生する収差の量は極力抑えられ、第２高調波発生装置Ｈ２に高い結合効率で光を入射させることができる。なお、上記の説明においては、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２とを傾けた説明を行ったが、より好ましくは、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２とを傾けるとともに、第１レンズＬ１を半導体レーザＬＤの出射光の光軸に対して図中下方に位置を所定量シフトさせ、第２レンズＬ２を同じく図中上方に位置を所定量シフトさせる。こうすることで、半導体レーザＬＤの出射位置と第２高調波発生装置Ｈ２の入射位置の関係を保つことができ、半導体レーザＬＤの出射光を第２高調波発生装置Ｈ２へ高い結合効率で入射させることができる。
【００３６】
なお、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２を各々傾ける角度は同じであることが好ましい。チルト角を同じとすることで、各レンズを組立てやすくなる。第１レンズＬ１と第２レンズＬ２を同じ方向に同じ角度傾け、かつ、半導体レーザＬＤの出射光の光軸に対して逆方向に位置をシフトさせるということは、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２を半導体レーザＬＤの光軸に対して対称に位置と角度をずらすことになる。
【００３７】
次に、第１レンズＬ１を傾けるチルト角を大きくしていくと光Ｌ１１と光Ｌ１２の光路長が異なってくることから、第２高調波発生装置Ｈ２に入射する光に収差が多く発生し、結合効率が減少することが予想される。そこで、後述の実施例に示すように、結合効率を確保しつつ戻り光を減少させる第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の諸元を最適化設計したところ、許容されるチルト角は３５°と計算された。これ以上チルト角を大きくすると、レーザ光源から出射した光束のうち外側の光線は第１レンズの光軸から更に離れた高さで斜入射することになる。そのためそこで発生する収差が大きくなり、第２レンズでその収差を十分に補正できなくなってくる。
【００３８】
また、前述のように、結合効率を減少させる第１レンズＬ１の最小の傾きは約４°であることから、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２のチルト角θｃが次の式（１）を満たすことが必要となる。
４°＜θｃ＜３５°                                                     （１）
なお、このように半導体レーザＬＤの光を導波路に入射させる場合だけでなく、半導体レーザＬＤの光を外部の空間に出射させる場合には出射光に生じる収差量を極力抑えることができることは勿論である。
【００３９】
次に、図６に示すように、第２レンズは、半導体レーザからの出射光の光軸方向に第１レンズＬ１と光学面が対称になるように配置した。こうすることで、各々のレンズで発生する収差を極力抑えることができ、導波路への高い戻り光結合効率を確保することができる。
【００４０】
なお、レンズは１個のレンズの場合だけでなく、２個以上のレンズからなるレンズ光学系を用いてもよい。１個のレンズを用いて導波路へ結合させる場合に比べて、レンズの形状設計の負担が軽減され、またレンズの作製精度を緩和することができる。
【００４１】
また、同じレンズやレンズ光学系を用いることができれば、１個のレンズやレンズ光学系を設計作製してやればよいことから、光学モジュールの低コスト化にも寄与する。
【００４２】
次に、第２レンズＬ２からの出射光が非線形光学結晶基板ＨＴの導波路型ＳＨＧ素子ＨＳに入射するように、第２高調波発生装置Ｈ２を第２レンズの焦点位置に配置する。従来より、第２高調波発生装置Ｈ２は、半導体レーザＬＤへの戻り光が少なくなるように、図７に示すように、導波路の入射面の法線と入射光の光軸とが傾くように設定されている。しかし、入射光の光軸を入射面の法線に対して傾けると、導波路型ＳＨＧ素子ＨＳに入射した光も入射面の法線と傾いた方向に伝搬し、基本モードを伝搬させることができない。
【００４３】
そこで、導波路への入射光が導波路内を直進し、基本モードを生じさせるように、導波路型ＳＨＧ素子ＨＳへの入射角の条件を適切に設定する。以下、図８を用い、導波路への最適な入射角を導出する。第２高調波発生装置Ｈ２は光軸に対して垂直な面から角度φで斜めにカットされているとする。結合光学系を通過した光は屈折率ｎ１のコアの端面にθ１の角度で入射するとし、入射光は第２高調波発生装置Ｈ２の光軸方向に進むとする。半導体レーザＬＤからの光の光軸と第２高調波発生装置Ｈ２の光軸とはθ２の角度をなすとする。このような場合、θ１、θ２及びφは次の式（２）を満たし、スネルの法則により次の式（３）が成立する。
θ１＝θ２＋φ                                                          （２）
ｓｉｎθ１＝ｎ１・ｓｉｎφ                                              （３）
次に、式（２）と式（３）から式（４）が導かれる。
θ２＝Ｓｉｎ−１（ｎ１・ｓｉｎφ）−φ                                   （４）
結合光学系を通過した光の主光線の光軸と、第２高調波発生装置Ｈ２の光軸とを、式（４）に示す角度θ２のように設定することで、半導体レーザＬＤからの光は第２高調波発生装置Ｈ２に基本モードの導波光を伝搬させることができる。
【００４４】
なお、非線形光学結晶基板ＨＴの入射端面を斜めに形成するには、一般に研磨が用いられるが、ブレードソー等により斜め端面を形成することも可能である。
【００４５】
また、以上のように光学モジュールの一例として、第２高調波発生装置Ｈ２を搭載した光学モジュールを取上げたが、半導体レーザＬＤからの出射光を入射させる対象は第２高調波発生装置Ｈ２の導波路だけではなく、光ファイバなどの導波構造であってもよい。ここで導波構造とは、光を閉じ込めて伝送する光伝送路のことを言う。
【実施例】
【００４６】
（実施例１）
以下に半導体レーザからの出射光を２個のレンズを用いて導波路に結合させる光学系を前提とした第１の実施例を説明する。レンズは同一方向に異なる角度で傾けた。光学諸元を光学系諸元データ１に、近軸における光学系のデータを近軸データ１に、設計したレンズが非球面の場合の非球面係数等をコーニック係数・非球面係数データ１に、設計したレンズの形状を図９に示す。近軸データ１中に記載されているシフト偏心とチルト角は、その面をシフト偏心後チルトする事を表している。コーニック係数・非球面係数データ１中に記載されているＥは１０のべき乗を表しており、例えば３．０Ｅ−０１であれば０．３を表す。図中、Ｌ１は第１レンズ、Ｌ２は第２レンズを表す。かかるレンズにおける非球面は、光軸方向をＺ軸、光軸に垂直な方向の高さをｈとするとき次の数１で表せる。但し、ｋをコーニック係数、Ａ２ｉを非球面係数とする。
【００４７】
【数１】
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【００４８】
なお、光学系諸元データ１で、光源モード半径とは、光が出射する出射端における光束の断面の半径を表す。具体的には、光源が半導体レーザの場合は、光源の出射端から出射する光の断面内強度分布において、光強度が最大光強度から１／ｅ２の値に減衰する半径を表す。光ファイバから出射した光源の光を用いる場合には、光ファイバの出射端から出射する光の断面内強度分布において、光強度が最大光強度から１／ｅ２の値に減衰する半径を表す。
【００４９】
結合効率とは、半導体レーザＬＤから出射した光がレンズにより導波路付近に集光された光量に対して、その光が導波路内部に伝播することができる光量の割合を示すものであり、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２におけるフレネル損や吸収損は発生しないものとする。
【００５０】
Δηとは、出射開口からの出射光が反射するレンズの光学面が平面かつ光学面の反射率が１００％であると仮定して算出した戻り光結合効率を基準とした場合に、算出された本実施例の戻り光結合効率の比率を表す。設計結果を設計結果データ１に示す。
【００５１】
近軸データ１
面番号 曲率半径[ｍｍ]厚さ[ｍｍ] 硝材 シフト偏心[ｍｍ] チルト角[ｄｅｇ]備考
1      ∞         0.5396                                           光源
2      ∞         1.5000    ＢＡＦ３  -0.1146       10.00          レンズ
3    -0.85310     0.0000
4      ∞         0.4000                                           レンズ間隔
5    0.85310      1.5000    ＢＡＦ３   0.0591        6.70          レンズ
6      ∞         0.0000
7      ∞         0.5396                                           導波路
コーニック係数・非球面係数データ１
第３面
k=-1.03639E+00,A4=-1.51813E-01,A6=2.12521E-01,A8=-4.72884E-01,A10=0.00000E+00
第５面
k=-1.03639E+00,A4=1.51813E-01,A6=-2.12521E-01,A8=4.72884E-01,A10=0.00000E+00
光学系諸元データ１
波長                        1.06μｍ
光源モード半径              2μｍ
導波路モード半径            2μｍ
結合効率                    84.5％
設計結果データ１
戻り光結合効率（チルト有時）η１   -51.6ｄＢ
戻り光結合効率（チルト無時）η２   -33.2ｄＢ
Δη                               -18.4ｄＢ
実施例１の光学モジュールによれば、結合効率８４．５％を確保しつつ、２個のレンズを傾けることで、傾けない場合に比べ、戻り光が半導体レーザの出射開口へ戻る割合を１８．４ｄＢ改善することができた。
【００５２】
（実施例２）
以下に半導体レーザからの出射光を２個のレンズを用いて導波路に結合させる光学系を前提とした第２の実施例を説明する。レンズは同一方向に異なる角度で傾けた。光学諸元を光学系諸元データ２に、近軸における光学系のデータを近軸データ２に、設計したレンズが非球面の場合の非球面係数等をコーニック係数・非球面係数データ２に、設計したレンズの形状を図１０に示す。図中、Ｌ１は第１レンズ、Ｌ２は第２レンズ、Ｓは絞りを表す。ここの実施例は絞りを入れているが本特許の効果を見出すための必須なものではない。設計結果を設計結果データ２に示す。
【００５３】
近軸データ２
面番号 曲率半径[ｍｍ]厚さ[ｍｍ] 硝材 シフト偏心[ｍｍ] チルト角[ｄｅｇ]備考
1       ∞         0.9145                                           光源
2     7.08396      1.6000   ＢＡＦ３     0.1505       20.00        レンズ
3    -1.16309      0.0000 
4       ∞         0.5000                                          レンズ間隔
5     1.16309      1.6000   ＢＡＦ３    -0.1589       19.16        レンズ
6     -7.08396     0.0000 
7       ∞         0.9145                                          導波路
コーニック係数・非球面係数データ２
第２面
k=0.00000E+00,A4=-5.91770E-02,A6=0.00000E+00,A8=0.00000E+00,A10=0.00000E+00
第３面
k=-1.31283E+00,A4=-5.90552E-02,A6=-1.32020E-02,A8=1.18622E-02,A10=-6.35432E-03
第５面
k=-1.31283E+00,A4=5.90552E-02,A6=1.32020E-02,A8=-1.18622E-02,A10=6.35432E-03
第６面
k=0.00000E+00,A4=5.91770E-02,A6=0.00000E+00,A8=0.00000E+00,A10=0.00000E+00
光学系諸元データ２
波長                        1.31μｍ
光源モード半径              1.5μｍ
導波路モード半径            1.5μｍ
結合効率                    96.4％
設計結果データ２
戻り光結合効率（チルト有時）η１   -71.5ｄＢ
戻り光結合効率（チルト無時）η２   -44.6ｄＢ
Δη                               -26.9ｄＢ
実施例２の光学モジュールによれば、結合効率９６．４％を確保しつつ、２個のレンズを傾けることで、傾けない場合に比べ、戻り光が半導体レーザの出射開口へ戻る割合を２６．９ｄＢ改善することができた。
【００５４】
（実施例３）
以下に半導体レーザからの出射光を２個のレンズを用いて導波路に結合させる光学系を前提とした第３の実施例を説明する。レンズは同一方向に同一の角度で傾けた。光学諸元を光学系諸元データ３に、近軸における光学系のデータを近軸データ３に、設計したレンズが非球面の場合の非球面係数等をコーニック係数・非球面係数データ３に、設計したレンズの形状を図１１に示す。図中、Ｌ１は第１レンズ、Ｌ２は第２レンズ、Ｓは絞りを表す。設計結果を設計結果データ３に示す。
【００５５】
近軸データ３
面番号 曲率半径[ｍｍ]厚さ[ｍｍ] 硝材 シフト偏心[ｍｍ] チルト角[ｄｅｇ]備考
1       ∞         0.5020                                           光源
2   300.66215      1.3000     ＢＫ７   0.0506        20.00          レンズ
3    -0.70565      0.0000
4       ∞         0.5000                                           レンズ間隔
5     0.92003      1.6000     ＢＫ７  -0.1728        20.00          レンズ
6   -14.88783      0.0000
7       ∞         0.7277                                           導波路
コーニック係数・非球面係数データ３
第２面
k=0.00000E+00,A4=-1.66629E+00,A6=7.68691E+00,A8=-6.35410E+00,A10=0.00000E+00
第３面
k=-9.64600E-01,A4=-2.42032E-01,A6=2.99349E-02,A8=-4.07059E-01,A10=0.00000E+00
第５面
k=-9.22109E-01,A4=1.00854E-01,A6=-8.75634E-03,A8=7.78680E-02,A10=0.00000E+00
第６面
k=9.67278E+02,A4=8.89084E-01,A6=-1.02798E+00,A8=0.00000E+00,A10=0.00000E+00
光学系諸元データ３
波長                        1.31μｍ
光源モード半径              1.5μｍ
導波路モード半径            2μｍ
結合効率                    95.9％
設計結果データ３
戻り光結合効率（チルト有時）η１   -66.3ｄＢ
戻り光結合効率（チルト無時）η２   -39.4ｄＢ
Δη                               -26.9ｄＢ
実施例３の光学モジュールによれば、結合効率９５．９％を確保しつつ、２個のレンズを傾けることで、傾けない場合に比べ、戻り光が半導体レーザの出射開口へ戻る割合を２６．９ｄＢ改善することができた。
【００５６】
（実施例４）
以下に半導体レーザからの出射光を２個のレンズを用いて導波路に結合させる光学系を前提とした第４の実施例を説明する。レンズは同一方向に異なる角度で傾けた。光学諸元を光学系諸元データ４に、近軸における光学系のデータを近軸データ４に、設計したレンズが非球面の場合の非球面係数等をコーニック係数・非球面係数データ４に示す。設計結果を設計結果データ４に示す。
【００５７】
近軸データ４
面番号 曲率半径[ｍｍ]厚さ[ｍｍ] 硝材  シフト偏心[ｍｍ] チルト角[ｄｅｇ]  備考
1      ∞          0.8143                                             光源
2    5.93453       1.5000   ＢＡＬ３５   0.0448        11.39          レンズ
3   -1.06745       0.0000
4      ∞          0.5000                                           レンズ間隔
5    1.06745       1.5000   ＢＡＬ３５   0.3128         7.10          レンズ
6   -5.93453       0.0000
7      ∞          0.8143                                             導波路
コーニック係数・非球面係数データ４
第２面
k=0.00000E+00,A4=2.55004E-03,A6=3.43081E-01,A8=0.00000E+00,A10=0.00000E+00
第３面
k=-1.18489E+00,A4=-7.23866E-02,A6=1.40416E-02,A8=0.00000E+00,A10=0.00000E+00
第５面
k=-1.18489E+00,A4=7.23866E-02,A6=-1.40416E-02,A8=0.00000E+00,A10=0.00000E+00
第６面
k=0.00000E+00,A4=-2.55004E-03,A6=-3.43081E-01,A8=0.00000E+00,A10=0.00000E+00
光学系諸元データ４
波長                        1.06μｍ
光源モード半径              1.5μｍ
導波路モード半径            1.5μｍ
結合効率                    92.7％
設計結果データ４
戻り光結合効率（チルト有時）η１   -55.1ｄＢ
戻り光結合効率（チルト無時）η２   -41.7ｄＢ
Δη                               -13.4ｄＢ
実施例４の光学モジュールによれば、結合効率９２．７％を確保しつつ、２個のレンズを傾けることで、傾けない場合に比べ、戻り光が半導体レーザの出射開口へ戻る割合を１３．４ｄＢ改善することができた。
【００５８】
（実施例５）
以下に半導体レーザからの出射光を２個のレンズを用いて導波路に結合させる光学系を前提とした第５の実施例を説明する。レンズは同一方向に異なる角度で傾けた。光学諸元を光学系諸元データ５に、近軸における光学系のデータを近軸データ５に、設計したレンズが非球面の場合の非球面係数等をコーニック係数・非球面係数データ５に、設計したレンズの形状を図１２に示す。図中、Ｌ１は第１レンズ、Ｌ２は第２レンズ、Ｓは絞りを表す。設計結果を設計結果データ５に示す。
【００５９】
近軸データ５
面番号 曲率半径[ｍｍ]厚さ[ｍｍ]  硝材  シフト偏心[ｍｍ] チルト角[ｄｅｇ]  備考
1       ∞         0.9325                                              光源
2     2.32627      1.6000    ＢＡＦ３ -0.0860           30.00          レンズ
3    -1.25830      0.0000
4       ∞         0.5000                                           レンズ間隔
5     1.25830      1.6000    ＢＡＦ３ -0.0430           27.35          レンズ
6    -2.32627      0.0000
7       ∞         0.9325                                              導波路
コーニック係数・非球面係数データ５
第２面
k=0.00000E+00,A4=4.85449E-02,A6=-3.96673E-02,A8=7.45934E-02,A10=4.69585E-02
第３面
k=-4.81556E+00,A4=-2.45389E-01,A6=2.62643E-01,A8=-1.57540E-01,A10=7.53923E-02
第５面
k=-4.81556E+00,A4=2.45389E-01,A6=-2.62643E-01,A8=1.57540E-01,A10=-7.53923E-02
第６面
k=0.00000E+00,A4=-4.85449E-02,A6=3.96673E-02,A8=-7.45934E-02,A10=-4.69585E-02
光学系諸元データ５
波長                        1.31μｍ
光源モード半径              1.5μｍ
導波路モード半径            1.5μｍ
結合効率                    90.9％
設計結果データ５
戻り光結合効率（チルト有時）η１   -105.8ｄＢ
戻り光結合効率（チルト無時）η２   -44.8ｄＢ
Δη                               -61ｄＢ
実施例５の光学モジュールによれば、結合効率９０．９％を確保しつつ、２個のレンズを傾けることで、傾けない場合に比べ、戻り光が半導体レーザの出射開口へ戻る割合を６１ｄＢ改善することができた。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本実施の形態にかかる光学モジュールの概略構成図である。
【図２】第２高調波発生装置Ｈ２の斜視図である。
【図３】第１レンズを傾ける効果を表す図である。
【図４】第１レンズの平面側を光源に向ける効果を表す図である。
【図５】第１レンズと第２レンズを同方向に傾けた場合の概略構成図である。
【図６】第１レンズと第２レンズを光軸方向に対象に配置する場合の概略構成図である。
【図７】導波路と入射光の位置関係を示す構成図である。
【図８】導波路と入射光の角度関係を示す構成図である。
【図９】本実施形態にかかるレンズ形状を表す図である。
【図１０】本実施形態にかかるレンズ形状を表す図である。
【図１１】本実施形態にかかるレンズ形状を表す図である。
【図１２】本実施形態にかかるレンズ形状を表す図である。
【符号の説明】
【００６１】
ＬＤ  半導体レーザ
Ｌ１  第１レンズ
Ｌ２  第２レンズ
Ｈ２  第２高調波発生装置
ＨＴ  導波路
【図１】
2009260118.tif 000004
【図２】
2009260118.tif 000005
【図３】
2009260118.tif 000006
【図４】
2009260118.tif 000007
【図５】
2009260118.tif 000008
【図６】
2009260118.tif 000009
【図７】
2009260118.tif 000010
【図８】
2009260118.tif 000011
【図９】
2009260118.tif 000012
【図１０】
2009260118.tif 000013
【図１１】
2009260118.tif 000014
【図１２】
2009260118.tif 000015