JP2009260118A

JP2009260118A - Optical module

Info

Publication number: JP2009260118A
Application number: JP2008108831A
Authority: JP
Inventors: Fumio Nagai; 史生長井
Original assignee: Konica Minolta Opto Inc
Current assignee: Konica Minolta Opto Inc
Priority date: 2008-04-18
Filing date: 2008-04-18
Publication date: 2009-11-05

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical module using a semiconductor laser as a light source and eliminating influence of the returning light at low cost. <P>SOLUTION: In the optical module including a laser light source and an optical system having at least a lens for allowing impression of the light emitted from the laser light source, a first lens to which the light emitted from the laser light source is impressed first is arranged in the manner that the optical axis of the first lens is inclined to the optical axis of the output light emitted from the light source. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

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。 The present invention relates to an optical module that couples light from a laser light source to a waveguide or an optical fiber, emits the light to a space, or performs processing such as modulation or wavelength conversion on the light.

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。 In general, it is known that a semiconductor laser used as a light source of an optical module is easily affected by return light. When the return light returns to the active layer in the oscillation state of the semiconductor laser by any path, the return light also induces stimulated emission, thereby reducing the laser gain, and the relationship between the input current and the laser output and the state of the oscillation spectrum are within the normal characteristics range. The phenomenon of collapse from occurs. Therefore, in order to suppress the oscillation state of the semiconductor laser within the range of the normal characteristics, it is necessary to suppress the incident return light as much as possible.

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。
特開平１１−２９５５５９号公報 As a countermeasure against return light for an optical module using a semiconductor laser, one disclosed in Patent Document 1 is known. An optical component that constitutes a coupling optical system in an optical module in which a laser mounted on a substrate, an optical fiber, and a coupling optical system that causes laser light to enter an incident opening on one end face of the optical fiber are integrally formed. Among these, the optical axis of the lens closest to the laser is configured to shift with the optical axis of the laser light. By doing so, the light intensity of the return light from the lens to the laser can be reduced, so that the operation of the laser can be stabilized and the characteristics of the optical module can be stabilized.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-295559

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。 In the above-described technology, when the offset amount between the optical axis of the lens closest to the laser and the optical axis of the laser is large, aberration occurs in the light emitted from the lens, and when the offset amount is small, the light intensity of the return light increases. turn into. Therefore, it is necessary to keep the offset amount within a predetermined narrow range, which is difficult in a general positioning adjustment process, and requires a highly accurate and costly positioning adjustment process.

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。 Accordingly, the present invention provides an optical module that can suppress the oscillation state of the laser within the range of normal characteristics at low cost by eliminating the need for positioning adjustment between the lens closest to the laser and the laser. Objective.

上記の目的は、下記に記載する発明により達成される。 The above object is achieved by the invention described below.

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。 1. An optical module having an optical system including a laser light source and at least one lens targeted for an optical axis for allowing the light emitted from the laser light source to enter, and a lens (hereinafter referred to as a lens) on which the light emitted from the laser light source first enters. 1 lens) is an optical module in which the optical axis of the first lens is inclined with respect to the optical axis of the emitted light.

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。 2. Having a waveguide structure for guiding light;
The optical system is a coupling optical system that allows light from the laser light source to enter the waveguide structure, and the coupling optical system is incident on a principal ray of light at an angle that propagates fundamental mode light to the waveguide structure. 2. The optical module as described in 1 above, wherein

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。 3. 3. The optical module according to 1 or 2, wherein the optical surface of the first lens on the laser light source side is a flat surface.

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。 4). The optical system is a first lens optical system including the first lens, and includes a first lens optical system that collimates light emitted from a laser light source. An optical module according to claim 1.

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。 5. The optical system includes a first lens optical system,
5. The optical module according to 4, wherein the optical module comprises a second lens optical system including at least one lens, and a second lens optical system that collects light collimated by the first lens optical system. .

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。 6). The first lens optical system and the second lens optical system are the same optical system, and are arranged symmetrically with respect to a plane perpendicular to the optical axis of the laser light source. An optical module according to 1.

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。 7. 7. The optical module according to 6, wherein the optical axes of the first lens optical system and the second lens optical system are inclined in the same direction with respect to the optical axis of the emitted light of the laser light source. .

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。 8). 7. The optical axis of the first lens optical system and the second lens optical system is inclined by the same amount in the same direction with respect to the optical axis of the emitted light of the laser light source. Optical module.

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。 9. 9. The optical module as described in 8 above, wherein the two lens optical systems are arranged symmetrically with respect to the optical axis of the laser.

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。 According to the present invention, the return light reflected to the light source side is deflected, and the light intensity of the light incident on the exit opening of the light source becomes very small. Therefore, the influence of the return light on the laser oscillation characteristics can be made very small.

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（ＳＥＣＯＮＤＨＡＲＭＯＮＩＣＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ）とも称される。 Although the present invention will be described based on an embodiment, the present invention is not limited to the embodiment. As an example of the optical module, an optical module on which a second harmonic generator is mounted will be described, and the operation of the module and means for reducing the return light to the semiconductor laser LD will be described. The second harmonic generation refers to generation of light whose frequency is doubled (light whose wavelength is halved), and is also referred to as SHG (SECOND HARMONIC GENERATION).

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。 The second harmonic is light that is secondarily generated by dielectric polarization generated in the nonlinear optical crystal. The second harmonic is generated as light incident on the nonlinear optical crystal passes through the nonlinear optical crystal. Since the principle of generating the second harmonic is described in detail in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-338895, etc., it will be briefly described here. When light is incident on the nonlinear optical crystal, dielectric polarization occurs, and the dielectric polarization has a higher order frequency, and therefore second harmonics are generated. Since the efficiency with which harmonics are generated in the nonlinear optical crystal is proportional to the light intensity per unit volume of incident light, a waveguide that confines light in a narrow space is used. In the waveguide, second harmonics are generated at each position in the traveling direction of the fundamental wave. In order to amplify the light intensity of the second harmonic by matching the phase of the second harmonic generated at each position, polarization inversion that inverts the phase is produced at a predetermined pitch in the traveling direction of the fundamental wave. The nonlinear optical effect largely depends on the temperature of the nonlinear optical crystal, and the change in temperature adversely affects the efficiency of second harmonic generation, so the waveguide is kept at a constant temperature. Note that the waveguide refers to a transmission path that is fabricated so that the equivalent refractive index is higher than that of the peripheral portion and guides light without diverging. As a method for increasing the equivalent refractive index, there are a method of forming a substance having a high refractive index as a waveguide, a method of providing a ridge on the upper portion of the waveguide, and the like. The equivalent refractive index is set so that the guided transverse mode becomes the fundamental mode.

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。 Next, an example of mounting an optical module on which the second harmonic generation device is mounted is shown in FIG. As shown in FIG. 1, the semiconductor laser LD, the first lens L1, the second lens L2, and the second harmonic generator H2 are mounted on the base BS. The first lens L1 and the second lens L2 may each be a lens optical system including a plurality of lenses. The semiconductor laser LD is mounted in the package PA. The emitted light from the semiconductor laser LD is incident on the second harmonic generator H2 using a coupling optical system composed of the first lens L1 and the second lens L2. FIG. 2 is a perspective view of the second harmonic generator H2. The second harmonic generator H2 includes a thermoelectric cooling device HC, a waveguide type SHG element HS, a support body HD that supports the waveguide type SHG element HS, and a support body that supports the waveguide type SHG element HS. And a cover HV that covers the HD. A groove HG for mounting the waveguide type SHG element HS is formed on the support HD. A waveguide HT is formed in the waveguide type SHG element HS. The laser beam LA1 emitted from the semiconductor laser enters the waveguide HT, the second harmonic LA2 is generated in the waveguide HT, and is emitted from the waveguide HT. The thermoelectric cooling device HC performs the cooling or heating operation according to the heat generation temperature of the waveguide HT by controlling the polarity by a control signal from a temperature control unit (not shown), and the waveguide HT has a predetermined constant temperature (for example, 25 ° C).

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。 Next, means for reducing the light that is emitted from the semiconductor laser LD and reflected by the first lens L1 and returning to the semiconductor laser LD will be described.

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。 It is generally said that in order to minimize the influence on the oscillation characteristics of the semiconductor laser LD, it is necessary to reduce the light returning to the semiconductor laser LD by 70 dB. Since most of the light emitted from the semiconductor laser LD returns to the semiconductor laser LD is reflected by the optical surface on the semiconductor laser LD side of the lens closest to the semiconductor laser LD, in order to reduce the return light, It is important to adopt a means for reducing the reflected light on the optical surface and a means for preventing the light reflected by the optical surface from returning to the semiconductor laser LD. In order to prevent light from being reflected by the optical surface on the semiconductor laser LD side, it is effective to apply a non-reflective coating to the optical surface on the semiconductor laser LD side. The light intensity can be reduced by about 30 dB. The non-reflective coating is formed by multiplying the optical surface of the lens by reflecting the phase of the incident light by half a wavelength, and canceling the reflected light reflected by each layer. It reduces the strength.

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。 In the present invention, as a means for further reducing the reflected light by 40 dB or more, the first lens L1 is tilted so that the light reflected by the optical surface on the semiconductor laser LD side does not return to the semiconductor laser LD.

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。 The effect of reducing the light intensity of the return light to the semiconductor laser LD was calculated using a ray tracing method. As shown in FIG. 3A, the first lens is arranged so that the optical axis of the first lens is inclined by the tilt angle θc with respect to the optical axis of the light emitted from the semiconductor laser LD, and the first lens is emitted from the semiconductor laser LD. FIG. 3B shows the result of calculating the ratio of the reflected light reflected by the optical surface S1 on the semiconductor laser LD side of the first lens L1 and returning to the exit aperture of the semiconductor laser LD.

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（ＷＯＲＫＩＮＧＤＩＳＴＡＮＣＥ）は典型的な値の０．５ｍｍとする。光強度が最大光強度から１／ｅ^２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／ｅ^２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。 In FIG. 3B, the horizontal axis indicates the tilt angle θc, and the vertical axis indicates the logarithm of the return light coupling efficiency η. Note that the return light coupling efficiency η is that when light emitted from the exit aperture of the semiconductor laser LD is reflected 100% by the optical surface of the lens, the exit light reflected from the optical surface of the lens is reflected by the optical surface of the lens. Indicates the rate of return to. The reason for reflecting 100% on the optical surface of the lens is that the return light is reflected on the optical surface of the lens and the semiconductor laser LD returns, and the light is transmitted on the optical surface of the lens and does not return to the semiconductor laser LD. This is to isolate and know. Here, for simplification, it is assumed that the plane side of the plano-convex lens is arranged to face the semiconductor laser LD. The emitted light from the semiconductor laser LD is a Gaussian beam, and the beam waist is located at the exit aperture. The distance WD (WORKING DISTANCE) between the exit aperture of the semiconductor laser LD and the optical surface of the first lens L1 on the semiconductor laser side is set to a typical value of 0.5 mm. The beam diameter at the beam waist where the light intensity attenuates from the maximum light intensity to 1 / e ² is set to 2 μm. Similarly, the NA of the laser beam in the range where the light intensity is attenuated from the maximum light intensity to 1 / e ² is 0.168. As can be seen from FIG. 3B, the return light coupling efficiency when the first lens is not tilted is −32.5 dB, and the return light coupling efficiency is logarithmically as the tilt angle of the first lens L1 increases. It turns out that it decreases. And it turned out that it is necessary to incline about 4 degrees in order to reduce return optical coupling efficiency to -40 dB. In other words, it was found that about 8 ° is necessary as an angle for reflecting and deflecting the light emitted from the semiconductor laser LD.

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。 As described above, by tilting the lens closest to the semiconductor laser LD by 4 °, the return light coupling efficiency to the semiconductor laser LD is reduced to −40 dB, and the non-reflective coating is also employed, so that the semiconductor laser as a whole is obtained. The return light of the LD can be reduced to -70 dB, and the influence of the return light on the laser oscillation characteristics can be greatly reduced. In the calculation of the return light coupling efficiency, it is assumed that the optical surface of the lens on the semiconductor laser LD side is a flat surface, but a curved surface having a large curvature radius may be used. Even when the optical surface of the lens is a curved surface, the optical axis of the chief ray from the semiconductor laser and the normal of the optical surface of the lens are parallel, so that the chief ray is reflected and deflected by tilting the lens. This is because the return light to the laser can be reduced.

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。 The first lens is arranged so that the semiconductor laser LD is positioned at the focal point of the first lens, and collimates the light emitted from the semiconductor laser LD.

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。 By collimating the emitted light, the assembly accuracy of the second lens L2 in the optical axis direction can be relaxed.

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。 Next, in order to reduce the return light of the semiconductor laser LD from the first lens L1, the optical surface of the first lens on the side of the semiconductor laser LD is set to a plane or a plane close to a plane. By doing so, even when the optical axis of the first lens L1 is displaced in parallel during the assembly adjustment of the first lens L1, the return light does not return to the semiconductor laser LD but is given to the oscillation characteristics of the semiconductor laser. The impact can be very small. Hereinafter, this state will be described with reference to FIG.

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。 In FIG. 4A, the optical surface of the first lens L1 on the side of the semiconductor laser LD is a curved surface, the light emitted from the semiconductor laser LD is obliquely incident on the curved surface, and the light reflected by the curved surface is reflected by the semiconductor laser LD. It shows a state of reflection in a direction different from the direction in which it is located. However, there is a case where the first lens L1 is shifted to the position indicated by the solid line with respect to the optical axis of the emitted light of the semiconductor laser LD as shown in FIG. In FIG. 4B, the dotted line represents the first lens L1 positioned correctly, and the solid line represents the first lens L1 arranged at a shifted position. In such a case, the emitted light from the semiconductor laser LD is perpendicularly incident on the optical surface of the first lens. In order to solve this problem, as shown in FIG. 4C, the plane side of the first lens L1 is arranged on the semiconductor laser LD side. Since the optical surface of the first lens L1 on which the light emitted from the semiconductor laser LD enters is flat, as shown in FIG. 4D, the first lens L1 indicated by the dotted line is shifted to the position indicated by the solid line. However, the light intensity of the return light to the semiconductor laser LD does not change. Therefore, the influence of return light on the oscillation characteristics of the semiconductor laser LD can be minimized.

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。 Next, the light emitted from the semiconductor laser LD that has passed through the first lens L1 is incident on the second harmonic generator H2 via the second lens L2.

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。 Although only one lens can be adopted as the coupling optical system, if two lenses are used, each adjustment axis of the lens can be distributed to the two lenses, so that each axis can be adjusted separately. Adjustment of each axis is preferable because it becomes simple. For example, by adjusting one of the two axes perpendicular to the optical axis with the first lens L1 and the other with the second lens L2, the adjustment means can be simplified.

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。 In addition, when removing and reducing aberrations with one lens, aberrations are removed and reduced at two surfaces, the entrance surface and the exit surface of the lens, and the surface shape of each surface becomes more difficult to manufacture, It is necessary to suppress the eccentricity between the surfaces as much as possible, and the difficulty of production increases. On the other hand, when removing and reducing aberrations with two lenses, aberrations can be removed and reduced with four surfaces, and the share of aberration improving functions on each surface is reduced. The adjustment tolerance of the eccentricity can be made relatively large.

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。 In order to remove the aberration of the light emitted from the light source, it is preferable to use an aspheric lens rather than a spherical lens, and it is more desirable to set many aspheric surfaces.

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。 Next, like the first lens, the second lens is arranged so that the optical axis of the second lens is inclined with respect to the optical axis of the light incident on the second lens. By doing so, aberrations caused by the tilted first lens can be reduced. This will be described below with reference to FIG.

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。 FIG. 5 is a diagram showing the state of light rays when the lens is tilted. Assume an optical system that couples light emitted from the semiconductor laser LD to the second harmonic generator H2 using the first lens L1 and the second lens L2. The dotted line represents the case where the optical axes of the first lens L1 and the second lens L2 are aligned with the optical axis of the semiconductor laser LD, and the solid line represents the case where the first lens L1 and the second lens L2 are tilted in the same direction. Lights emitted in different directions with the same angle formed with the optical axis of the semiconductor laser LD are referred to as light L11 and light L12. The light L11 emitted from the semiconductor laser LD passes through the first lens L1, then passes through the second lens L2, and enters the second harmonic generator H2. Similarly, the light L12 emitted from the semiconductor laser LD passes through the first lens L1, then passes through the second lens L2, and enters the second harmonic generator H2. Since the first lens L1 and the second lens L2 are tilted in the same direction, the light L11 and the light L12 have a relationship in which the traveling directions are opposite and the optical path lengths are the same. This relationship is different in the angles of the light L12 and the light L12, but the same can be said for the other two sets of light emitted from the semiconductor laser LD at the same angle and in different directions. Therefore, the emitted light of the semiconductor laser LD is condensed at the same position on the incident surface of the second harmonic generation device H2, and the amount of aberration generated at the condensing position is suppressed as much as possible, and the second harmonic generation. Light can be incident on the device H2 with high coupling efficiency. In the above description, the first lens L1 and the second lens L2 are tilted. More preferably, the first lens L1 and the second lens L2 are tilted and the first lens L1 is tilted. The position is shifted a predetermined amount downward in the figure relative to the optical axis of the emitted light of the semiconductor laser LD, and the position of the second lens L2 is also shifted a predetermined amount upward in the figure. By doing so, the relationship between the emission position of the semiconductor laser LD and the incident position of the second harmonic generator H2 can be maintained, and the emitted light of the semiconductor laser LD is incident on the second harmonic generator H2 with high coupling efficiency. Can be made.

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。 It should be noted that the angles at which the first lens L1 and the second lens L2 are inclined are preferably the same. By making the tilt angle the same, each lens can be easily assembled. The first lens L1 and the second lens L2 are inclined at the same angle in the same direction and the positions are shifted in the opposite directions with respect to the optical axis of the light emitted from the semiconductor laser LD. The position and angle of L2 are shifted symmetrically with respect to the optical axis of the semiconductor laser LD.

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。 Next, as the tilt angle for tilting the first lens L1 is increased, the optical path lengths of the light L11 and the light L12 differ, so that a lot of aberration occurs in the light incident on the second harmonic generator H2, It is expected that the coupling efficiency will decrease. Therefore, as shown in an example described later, when the specifications of the first lens L1 and the second lens L2 that reduce the return light while ensuring the coupling efficiency are optimized, the allowable tilt angle is 35 °. calculated. When the tilt angle is further increased, the outer light beam out of the light beam emitted from the laser light source is incident obliquely at a height further away from the optical axis of the first lens. For this reason, the aberration generated there becomes large, and the aberration cannot be sufficiently corrected by the second lens.

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θ_ｃが次の式（１）を満たすことが必要となる。
４°＜θ_ｃ＜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。 Further, as described above, the minimum inclination of the first lens L1 that decreases the coupling efficiency is about 4 °. Therefore, the tilt angle θ _c between the first lens L1 and the second lens L2 is expressed by the following equation (1). It is necessary to satisfy.
4 ° <θ _c <35 ° (1)
In addition to the case where the light of the semiconductor laser LD is incident on the waveguide as described above, when the light of the semiconductor laser LD is emitted to an external space, the amount of aberration generated in the emitted light can be suppressed as much as possible. It is.

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。 Next, as shown in FIG. 6, the second lens was arranged so that the optical surface of the first lens L1 was symmetric with respect to the optical axis direction of the light emitted from the semiconductor laser. By doing so, the aberration generated in each lens can be suppressed as much as possible, and high return light coupling efficiency to the waveguide can be ensured.

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。 The lens is not limited to a single lens, and a lens optical system including two or more lenses may be used. Compared to the case where a single lens is used for coupling to the waveguide, the burden of lens shape design is reduced, and the lens fabrication accuracy can be reduced.

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。 In addition, if the same lens or lens optical system can be used, one lens or lens optical system may be designed and manufactured, which contributes to cost reduction of the optical module.

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。 Next, the second harmonic generator H2 is arranged at the focal position of the second lens so that the light emitted from the second lens L2 enters the waveguide type SHG element HS of the nonlinear optical crystal substrate HT. Conventionally, as shown in FIG. 7, the second harmonic generator H2 tilts the normal of the incident surface of the waveguide and the optical axis of the incident light so that the return light to the semiconductor laser LD is reduced. Is set to However, if the optical axis of the incident light is tilted with respect to the normal of the incident surface, the light incident on the waveguide type SHG element HS is also propagated in a direction inclined with respect to the normal of the incident surface, and the fundamental mode is propagated. Can not.

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ｎ_１のコアの端面にθ_１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θ_２の角度をなすとする。このような場合、θ_１、θ_２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。
θ_１＝θ_２＋φ （２）
ｓｉｎθ_１＝ｎ_１・ｓｉｎφ （３）
次に、式（２）と式（３）から式（４）が導かれる。
θ_２＝Ｓｉｎ^−１（ｎ_１・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θ_２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。 Therefore, the condition of the angle of incidence on the waveguide type SHG element HS is appropriately set so that the light incident on the waveguide travels straight in the waveguide and generates a fundamental mode. Hereinafter, the optimum incident angle to the waveguide will be derived using FIG. It is assumed that the second harmonic generator H2 is cut obliquely at an angle φ from a plane perpendicular to the optical axis. It is assumed that the light that has passed through the coupling optical system is incident on the end face of the core having a refractive index n ₁ at an angle θ ₁ and the incident light travels in the optical axis direction of the second harmonic generator H2. The semiconductor laser and the optical axis of the light from the LD to the optical axis of the second harmonic generation device H2 to form an angle of theta _2. In such a case, θ ₁ , θ ₂ and φ satisfy the following equation (2), and the following equation (3) is established by Snell's law.
θ ₁ = θ ₂ + φ (2)
sin θ ₁ = n ₁ · sin φ (3)
Next, Expression (4) is derived from Expression (2) and Expression (3).
θ ₂ = Sin ⁻¹ (n ₁ · sin φ) −φ (4)
The optical axis of the principal ray of the light that has passed through the coupling optical system, and the optical axis of the second harmonic generation device H2, by setting as the angle theta ₂ shown in Equation (4), from the semiconductor laser LD The light can propagate the guided light in the fundamental mode to the second harmonic generator H2.

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。 In order to form the incident end face of the nonlinear optical crystal substrate HT obliquely, polishing is generally used, but it is also possible to form the oblique end face using a blade saw or the like.

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。 Further, as described above, the optical module having the second harmonic generator H2 mounted thereon is taken as an example of the optical module. However, the target to which the emitted light from the semiconductor laser LD is incident is the guide of the second harmonic generator H2. Not only the waveguide but also a waveguide structure such as an optical fiber may be used. Here, the waveguide structure refers to an optical transmission line that confines and transmits light.

（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、Ａ_２ｉを非球面係数とする。 (Example 1)
In the following, a first embodiment based on an optical system that couples light emitted from a semiconductor laser to a waveguide using two lenses will be described. The lens was tilted at different angles in the same direction. The optical specifications are optical system specification data 1, the paraxial optical system data is paraxial data 1, and the aspherical coefficient when the designed lens is aspherical is the conic coefficient / aspherical coefficient data 1. The shape of the designed lens is shown in FIG. The shift eccentricity and the tilt angle described in the paraxial data 1 indicate that the surface is tilted after the shift eccentricity. E described in the conic coefficient / aspheric coefficient data 1 represents a power of 10, for example, 3.0E-01 represents 0.3. In the figure, L1 represents a first lens and L2 represents a second lens. The aspherical surface in such a lens can be expressed by the following equation 1 where the optical axis direction is the Z axis and the height in the direction perpendicular to the optical axis is h. However, k is a conic coefficient and A _2i is an aspheric coefficient.

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／ｅ^２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／ｅ^２の値に減衰する半径を表す。 In the optical system specification data 1, the light source mode radius represents the radius of the cross section of the light beam at the exit end where the light exits. Specifically, when the light source is a semiconductor laser, in the intensity distribution in the cross section of the light emitted from the emission end of the light source, the radius at which the light intensity attenuates from the maximum light intensity to a value of 1 / e ² is represented. When the light from the light source emitted from the optical fiber is used, the radius at which the light intensity attenuates from the maximum light intensity to a value of 1 / e ² in the intensity distribution in the cross section of the light emitted from the emission end of the optical fiber is represented.

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。 The coupling efficiency indicates the ratio of the amount of light that can be propagated into the waveguide with respect to the amount of light emitted from the semiconductor laser LD and condensed near the waveguide by the lens. It is assumed that no Fresnel loss or absorption loss occurs in the first lens L1 and the second lens L2.

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。 Δη was calculated based on the return light coupling efficiency calculated on the assumption that the optical surface of the lens that reflects the light emitted from the output aperture is flat and the reflectance of the optical surface is 100%. The ratio of the return light coupling efficiency of this embodiment is shown. The design result is shown in design result data 1.

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。 Paraxial data 1
Surface number Curvature radius [mm] Thickness [mm] Glass material Shift eccentricity [mm] Tilt angle [deg] Remarks
1 ∞ 0.5396 Light source
2 ∞ 1.5000 BAF3 -0.1146 10.00 Lens
3 -0.85310 0.0000
4 ∞ 0.4000 Lens spacing
5 0.85310 1.5000 BAF3 0.0591 6.70 Lens
6 ∞ 0.0000
7 ∞ 0.5396 Waveguide conic coefficient / aspheric coefficient data 1
Third side
k = -1.03639E + 00, A4 = -1.51813E-01, A6 = 2.12521E-01, A8 = -4.72884E-01, A10 = 0.00000E + 00
5th page
k = -1.03639E + 00, A4 = 1.51813E-01, A6 = -2.12521E-01, A8 = 4.72884E-01, A10 = 0.00000E + 00
Optical system data 1
Wavelength 1.06μm
Light source mode radius 2μm
Waveguide mode radius 2μm
Coupling efficiency 84.5%
Design result data 1
Return light coupling efficiency (with tilt) η1 -51.6 dB
Return light coupling efficiency (no tilt) η2 -33.2dB
Δη -18.4dB
According to the optical module of Example 1, the ratio of returning light to the exit aperture of the semiconductor laser is decreased by inclining the two lenses while ensuring the coupling efficiency of 84.5%, compared to the case of not inclining. It was possible to improve 4 dB.

（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。 (Example 2)
In the following, a second embodiment based on an optical system that couples light emitted from a semiconductor laser to a waveguide using two lenses will be described. The lens was tilted at different angles in the same direction. The optical specifications are optical system specification data 2, the paraxial optical system data is paraxial data 2, and the aspherical coefficient when the designed lens is aspherical is the conic coefficient / aspherical coefficient data 2. The shape of the designed lens is shown in FIG. In the figure, L1 is a first lens, L2 is a second lens, and S is a diaphragm. This embodiment is narrowed down, but is not essential for finding out the effect of this patent. The design result is shown in design result data 2.

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。 Paraxial data 2
Surface number Curvature radius [mm] Thickness [mm] Glass material Shift eccentricity [mm] Tilt angle [deg] Remarks
1 ∞ 0.9145 Light source
2 7.08396 1.6000 BAF3 0.1505 20.00 Lens
3 -1.16309 0.0000
4 ∞ 0.5000 Lens interval
5 1.16309 1.6000 BAF3 -0.1589 19.16 Lens
6 -7.08396 0.0000
7 ∞ 0.9145 Waveguide conic coefficient / aspheric coefficient data 2
Second side
k = 0.00000E + 00, A4 = -5.91770E-02, A6 = 0.00000E + 00, A8 = 0.00000E + 00, A10 = 0.00000E + 00
Third side
k = -1.31283E + 00, A4 = -5.90552E-02, A6 = -1.32020E-02, A8 = 1.18622E-02, A10 = -6.35432E-03
5th page
k = -1.31283E + 00, A4 = 5.90552E-02, A6 = 1.32020E-02, A8 = -1.18622E-02, A10 = 6.35432E-03
6th page
k = 0.00000E + 00, A4 = 5.91770E-02, A6 = 0.00000E + 00, A8 = 0.00000E + 00, A10 = 0.00000E + 00
Optical system data 2
Wavelength 1.31μm
Light source mode radius 1.5μm
Waveguide mode radius 1.5μm
Coupling efficiency 96.4%
Design result data 2
Return light coupling efficiency (with tilt) η1 -71.5dB
Return light coupling efficiency (no tilt) η2 -44.6dB
Δη -26.9dB
According to the optical module of Example 2, the ratio of returning light to the exit aperture of the semiconductor laser is increased by tilting the two lenses while ensuring the coupling efficiency of 96.4% as compared with the case where the tilt is not tilted. It was possible to improve 9 dB.

（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。 (Example 3)
In the following, a third embodiment based on an optical system for coupling light emitted from a semiconductor laser to a waveguide using two lenses will be described. The lens was tilted at the same angle in the same direction. The optical specifications are the optical system specification data 3, the paraxial optical system data is the paraxial data 3, and the aspherical coefficient when the designed lens is aspherical is the conic coefficient / aspherical coefficient data 3. The shape of the designed lens is shown in FIG. In the figure, L1 is a first lens, L2 is a second lens, and S is a diaphragm. The design result is shown in design result data 3.

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。 Paraxial data 3
Surface number Curvature radius [mm] Thickness [mm] Glass material Shift eccentricity [mm] Tilt angle [deg] Remarks
1 ∞ 0.5020 Light source
2 300.66215 1.3000 BK7 0.0506 20.00 Lens
3 -0.70565 0.0000
4 ∞ 0.5000 Lens interval
5 0.92003 1.6000 BK7 -0.1728 20.00 Lens
6 -14.88783 0.0000
7 ∞ 0.7277 Waveguide conic coefficient and aspheric coefficient data 3
Second side
k = 0.00000E + 00, A4 = -1.66629E + 00, A6 = 7.68691E + 00, A8 = -6.35410E + 00, A10 = 0.00000E + 00
Third side
k = -9.64600E-01, A4 = -2.42032E-01, A6 = 2.99349E-02, A8 = -4.07059E-01, A10 = 0.00000E + 00
5th page
k = -9.22109E-01, A4 = 1.00854E-01, A6 = -8.75634E-03, A8 = 7.78680E-02, A10 = 0.00000E + 00
6th page
k = 9.67278E + 02, A4 = 8.89084E-01, A6 = -1.02798E + 00, A8 = 0.00000E + 00, A10 = 0.00000E + 00
Optical system data 3
Wavelength 1.31μm
Light source mode radius 1.5μm
Waveguide mode radius 2μm
Coupling efficiency 95.9%
Design result data 3
Return light coupling efficiency (with tilt) η1 -66.3 dB
Return light coupling efficiency (without tilt) η2 -39.4 dB
Δη -26.9dB
According to the optical module of Example 3, the ratio of returning light to the output aperture of the semiconductor laser by tilting the two lenses while ensuring the coupling efficiency of 95.9% is 26. It was possible to improve 9 dB.

（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。 Example 4
In the following, a fourth embodiment will be described on the premise of an optical system for coupling light emitted from a semiconductor laser to a waveguide using two lenses. The lens was tilted at different angles in the same direction. Optical specifications are shown in optical system specification data 4, paraxial optical system data is shown in paraxial data 4, and aspherical coefficients when the designed lens is aspherical are shown in conic coefficient / aspherical coefficient data 4. . The design result is shown in design result data 4.

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。 Paraxial data 4
Surface number Curvature radius [mm] Thickness [mm] Glass material Shift eccentricity [mm] Tilt angle [deg] Remarks
1 ∞ 0.8143 Light source
2 5.93453 1.5000 BAL35 0.0448 11.39 Lens
3 -1.06745 0.0000
4 ∞ 0.5000 Lens interval
5 1.06745 1.5000 BAL35 0.3128 7.10 Lens
6 -5.93453 0.0000
7 ∞ 0.8143 Waveguide conic coefficient / aspheric coefficient data 4
Second side
k = 0.00000E + 00, A4 = 2.55004E-03, A6 = 3.43081E-01, A8 = 0.00000E + 00, A10 = 0.00000E + 00
Third side
k = -1.18489E + 00, A4 = -7.23866E-02, A6 = 1.40416E-02, A8 = 0.00000E + 00, A10 = 0.00000E + 00
5th page
k = -1.18489E + 00, A4 = 7.23866E-02, A6 = -1.40416E-02, A8 = 0.00000E + 00, A10 = 0.00000E + 00
6th page
k = 0.00000E + 00, A4 = -2.55004E-03, A6 = -3.43081E-01, A8 = 0.00000E + 00, A10 = 0.00000E + 00
Optical system data 4
Wavelength 1.06μm
Light source mode radius 1.5μm
Waveguide mode radius 1.5μm
Coupling efficiency 92.7%
Design result data 4
Return light coupling efficiency (with tilt) η1 -55.1 dB
Return light coupling efficiency (no tilt) η2 -41.7dB
Δη -13.4dB
According to the optical module of Example 4, when the two lenses are tilted while ensuring a coupling efficiency of 92.7%, the ratio of the return light returning to the emission aperture of the semiconductor laser is 13. It was possible to improve 4 dB.

（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。 (Example 5)
In the following, a fifth embodiment based on an optical system that couples light emitted from a semiconductor laser to a waveguide using two lenses will be described. The lens was tilted at different angles in the same direction. Optical specifications are optical system specification data 5, paraxial optical system data are paraxial data 5, aspherical coefficients and the like when the designed lens is aspherical are conic coefficients and aspherical coefficient data 5, The shape of the designed lens is shown in FIG. In the figure, L1 is a first lens, L2 is a second lens, and S is a diaphragm. The design result is shown in design result data 5.

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。 Paraxial data 5
Surface number Curvature radius [mm] Thickness [mm] Glass material Shift eccentricity [mm] Tilt angle [deg] Remarks
1 ∞ 0.9325 Light source
2 2.32627 1.6000 BAF3 -0.0860 30.00 Lens
3 -1.25830 0.0000
4 ∞ 0.5000 Lens interval
5 1.25830 1.6000 BAF3 -0.0430 27.35 Lens
6 -2.32627 0.0000
7 ∞ 0.9325 Waveguide conic coefficient / aspheric coefficient data 5
Second side
k = 0.00000E + 00, A4 = 4.85449E-02, A6 = -3.96673E-02, A8 = 7.45934E-02, A10 = 4.69585E-02
Third side
k = -4.81556E + 00, A4 = -2.45389E-01, A6 = 2.62643E-01, A8 = -1.57540E-01, A10 = 7.53923E-02
5th page
k = -4.81556E + 00, A4 = 2.45389E-01, A6 = -2.62643E-01, A8 = 1.57540E-01, A10 = -7.53923E-02
6th page
k = 0.00000E + 00, A4 = -4.85449E-02, A6 = 3.96673E-02, A8 = -7.45934E-02, A10 = -4.69585E-02
Optical system data 5
Wavelength 1.31μm
Light source mode radius 1.5μm
Waveguide mode radius 1.5μm
Coupling efficiency 90.9%
Design result data 5
Return light coupling efficiency (with tilt) η1 -105.8 dB
Return light coupling efficiency (no tilt) η2 -44.8dB
Δη -61dB
According to the optical module of Example 5, by tilting the two lenses while ensuring a coupling efficiency of 90.9%, the rate of return light returning to the output aperture of the semiconductor laser is improved by 61 dB compared to the case where the lens is not tilted. We were able to.

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。It is a schematic block diagram of the optical module concerning this Embodiment. 第２高調波発生装置Ｈ２の斜視図である。It is a perspective view of 2nd harmonic generator H2. 第１レンズを傾ける効果を表す図である。It is a figure showing the effect which inclines a 1st lens. 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。It is a figure showing the effect of directing the plane side of the 1st lens to a light source. 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。It is a schematic block diagram at the time of inclining a 1st lens and a 2nd lens to the same direction. 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。It is a schematic block diagram in the case of arrange | positioning a 1st lens and a 2nd lens to object in an optical axis direction. 導波路と入射光の位置関係を示す構成図である。It is a block diagram which shows the positional relationship of a waveguide and incident light. 導波路と入射光の角度関係を示す構成図である。It is a block diagram which shows the angle relationship between a waveguide and incident light. 本実施形態にかかるレンズ形状を表す図である。It is a figure showing the lens shape concerning this embodiment. 本実施形態にかかるレンズ形状を表す図である。It is a figure showing the lens shape concerning this embodiment. 本実施形態にかかるレンズ形状を表す図である。It is a figure showing the lens shape concerning this embodiment. 本実施形態にかかるレンズ形状を表す図である。It is a figure showing the lens shape concerning this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

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 LD semiconductor laser L1 first lens L2 second lens H2 second harmonic generator HT waveguide

Claims

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。 An optical module having an optical system including a laser light source and at least one lens targeted for an optical axis for allowing the light emitted from the laser light source to enter, and a lens (hereinafter referred to as a lens) on which the light emitted from the laser light source first enters. 1 lens) is an optical module in which the optical axis of the first lens is inclined with respect to the optical axis of the emitted light.

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。 Having a waveguide structure for guiding light;
The optical system is a coupling optical system that allows light from the laser light source to enter the waveguide structure, and the coupling optical system is incident on a principal ray of light at an angle that propagates fundamental mode light to the waveguide structure. The optical module according to claim 1, wherein:

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。 The optical module according to claim 1, wherein an optical surface of the first lens on a laser light source side is a flat surface.

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。 The said optical system is a 1st lens optical system containing the said 1st lens, Comprising: The 1st lens optical system which parallelizes the emitted light from a laser light source is characterized by the above-mentioned. The optical module according to any one of the above.

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。 The optical system includes a first lens optical system,
5. The optical system according to claim 4, further comprising: a second lens optical system including at least one lens, the second lens optical system collecting light collimated by the first lens optical system. module.

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。 The first lens optical system and the second lens optical system are the same optical system, and are arranged symmetrically with respect to a plane perpendicular to the optical axis of the laser light source. 5. The optical module according to 5.

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。 The optical axis according to claim 6, wherein the optical axes of the first lens optical system and the second lens optical system are inclined in the same direction with respect to the optical axis of the emitted light of the laser light source. module.

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。 The optical axes of the first lens optical system and the second lens optical system are inclined by the same amount in the same direction with respect to the optical axis of the emitted light of the laser light source. Optical module.

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。 9. The optical module according to claim 8, wherein the two lens optical systems are arranged symmetrically with respect to the optical axis of the laser.