JPH02500691A - 半導体レーザモジュール及びその位置合わせ方法 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 半導体レーザモジュール及びその位置合わせ方法〔技術分野〕 本発明は、半導体レーザと光ファイバとを光結合させる半導体レーザモジュール 、及び該半導体レーザモジュールの構成要素の位置合わせ方法に関する。

（背景技術〕 小さいコア径（例えば１０−）のシングルモード光ファイバは、伝送損失が小さ く、且つ広帯域に通用できるので、近年の光通信用の伝送路として広く採用され つつある。

長距離伝送する場合には、広がり角をもって出射される半導体レーザの出射光を 、小さな光ファイバの入射面に、高い光結合度で接続することが要求される。

さらにまた、光伝送路の接続部、あるいは光伝送路に挿入した光デバイス部分で 、光が反射してその反射光が半導体レーザに帰還すると、発振が不安定になり、 その結果光信号に含まれる雑音が増加する。したがって、上記の半導体レーザモ ジュールに、アイソレーションの機能を有することが要求されている。

更にまた、半導体レーザモジュールを構成する、半導体レーザ、コリメートレン ズ、集束レンズ等の構成要素は相互に精度よく配置して、半導体レーザから出射 されるレーザ光が高い結合効率でもって光ファイバに導入されるようにしなけれ ばならない。

従来、公知の半導体レーザモジュールは、レーザ光を出射する半導体レーザチッ プと、該レーザ光を平行光に変換するコリメートレンズと、平行にされた該レー ザ光を集束させる中心軸を有する集束形レンズと、光軸を有しかつ前記集束レン ズからのレーザ光が入射される入射端面が傾斜している光ファイバとを含んで成 る。このような光ファイバの傾斜端面ば入射面でレーザ光が反射して半導体レー ザ側へ戻るのを防止するのに有利である。

〔発明の開示〕

本発明の目的は、半導体レーザチップから出射されたレーザ光が入力端面で反射 した場合であっても半導体レーザチップへ戻るのが防止される半導体レーザモジ ュール及びその構成要素の位置合わせ方法を提供することである。

本発明の他の目的は、半導体レーザチップ、コリメートレンズ、集束形レンズ、 及び光ファイバ等の構成要素の位置を相互に関して容易かつ正確に調整できかつ 固定することのできる半導体レーザモジュール及びその構成要素の位置合わせ方 法を提供することである。

本発明によれば、レーザ光を出射する半導体レーザチップと、該レーザ光を平行 光に変換するコリメートレンズと、平行にされた該レーザ光を集束させる中心軸 を有する集束形レンズと、光軸を有しかつ前記集束レンズからのレーザ光が入射 される入射端面が傾斜している光ファイバとを含んで成る半導体レーザモジュー ルにおいて、前記集束形レンズは、該集束形レンズに入力されるコリメートされ た平行光が該集束形レンズの前記中心軸から離れた光軸を有するように配置され 、かつレーザ光が前記光ファイバの光軸に沿って該光ファイバに入力されるよう に、該光ファイバはコリメートされた前記平行光に平行に配置されることを特徴 とする半導体レーザモジュールが提供される。

本発明の一実施例では、前記集束形レンズは、中心軸を有する第１の集束形レン ズと中心軸を有する第２の集束レンズとから成り、前記コリメートレンズからの 平行光はまず第１の集束形レンズに入射され、その出射光の光軸を第１の集束形 レンズの前記中心軸と平行となし、第２の集束形レンズに入射される前記レーザ 光は該第２の集束形レンズからの出射光が前記光ファイバの光軸に沿って該光フ ァイバに入射されるように該第２の集束形レンズ内で屈折させることを特徴とす る。

本発明の更に他の実施例では、前記半導体チップと前記コリメートレンズを１つ の第１のハウジング内に収容し、前記第１の集束形レンズを１つの第２のハウジ ング内に収容し、前記第２の集束形レンズを１つの第３のハウジング内に収容し 、前記光ファイバを１つの第４のハウジング内に収容し、前記第１のハウジング と前記第２のハウジングが、前記第１の集束レンズからの出射光が前記第１の集 束レンズの軸心と平行となるように相互に接続され、前記第３のハウジングと前 記第４のハウジングが、前記光フアイバ軸心に光が入射するように、前記第３の ハウジングの軸心に対し入射する光が該第３のハウジングの軸心に平行となるよ うに相互に接続され、前記第２のハウジングと前記第３のハウジングとが前記平 行光線が一致するように相互に接続されてなることを特徴とする。

前記第２のハウジングと前記第３のハウジングとの間の軸方向の間隔は、前記第 ３のハウジング内に収容された第２の集束形レンズからの出射光が前記第４のハ ウジング内の光ファイバの傾斜端面のコア軸心位置に集束するように調整される のが望ましい。

本発明の更に他の実施例では、前記半導体レーザチップ及びコリメートレンズを 取り付ける手段を含み、該取付手段は：前記コリメートレンズを固定・保持する 、外周面にネジ山が形成された円筒形状のレンズホルダと、該レンズホルダの外 周ネジ部に係合する内周ネジ部を有するスペーサ部材と、該スペーサ部材を固定 ・接着する平坦面を存する、前記半導体レーザチップを固定・保持するチップキ ャリアと、前記レンズホルダをスペーサへ、該スペーサを前記チップキャリアに それぞれ溶接により固定する手段とを含んで成ることを特徴レーザチップと、酸 レーザ光を平行光に変換するコリメートレンズと、平行にされた該レーザ光を集 束させる中心軸を有する集束形レンズと、光軸を存しかつ前記集束レンズからの レーザ光が入射される入力端面が傾斜されている光ファイバとを含んで成る半導 体レーザモジュールの位置合わせ方法において、 前記集束形レンズの入射端側にモニタ装置を配置し、前記光ファイバの出力端よ りの光を入射させることにより、該光が前記光ファイバを透過し、前記入力端面 より出射し、前記集束形レンズを介してモニタ装置に入射させ、前記集束形レン ズを回転させて、前記モニタ装置内で光が所定の円を描くようにし、前記集束形 レンズの位置を前記光ファイバの光軸に関して半径方向に調整することにより光 が前記円の中心に位置せしめるようにすることを特徴とする半導体レーザモジュ ールの位置合わせ方法が提供される。

本発明の更に別の特徴事項として、レーザ光を出射する半導体レーザチップと、 該レーザ光を平行光に変換するコリメートレンズと、光アイソレータと、分割屈 折率分布形レンズの前部と、分割屈折率分布形レンズ（即ち、グリンロッドレン ズ）の後部と、光軸及び憎斜入力端面を有する光ファイバとの順序で配置された 光フアイバモジュールにおいて、前記半導体レーザチップと、前記コリメートレ ンズと、前記光アイソレータとを所定位置に結合するレーザ側アセンブリと、前 記分割屈折率分布形レンズの前部を固定・保持する手段を備えた中間アセンブリ と、前記光ファイバを固定・保持する内側シリンダと、該内側シリンダが軸方向 に調節可能に挿入される外側シリンダと、前記分割屈折率分布形レンズの後部を 固定・保持する円筒形レンズホルダとを具備するファイバ側アセンブリとを備え 、前記円筒形レンズホルダは前記光ファイバの光軸に関し半径方向に調節可能に 前記内側シリンダに取り付けられ、かつ前記レーザ側アセンブリは中間レンズア センブリに、該中間レンズアセンブリは前記ファイバ側アセンブリにそれぞれ固 定されることを特徴とする半導体レーザモジュールが提供される。

〔図面の簡単な説明〕

第１図は本発明の半導体レーザモジュールの光路を示す概略図、 第２図は他の光路を示す図、 第３図は更に他の光路を示す図、 第４図は集束形レンズと光ファイバの本発明による配置を示す概略図、 第５図はレンズの収差（Δ）を出力角（θ２）との関係を示す図、 第６図は分割屈折率分布形レンズの光路を示す図、第７図は本発明による半導体 レーザモジュールの一実施例の断面図、 第８図は第７図の半導体レーザモジュールの光路を示す図、第９図は本発明の半 導体レーザモジュールの調節手段を示す図、 第１０図は本発明による半導体レーザチップとコリメートレンズの取付手段の概 略断面図、 第１１図は第１０図に示す取付手段の一実施例の断面図、第１２図は第１１図に 示した取付手段の実施例の平面図、並びに 第１３図は半導体レーザモジュールの主要な構成要素の基本配置を示す概略図で ある。

〔発明を実施するための最良の形態〕

本発明の詳細な説明するのに先立って、第１図〜第３図により半導体レーザモジ ュールの基本的な原理について説明する。図において、Ａはレーザ光を出射する 半導体レーザチップ、Ｂはレーザ光を平行光に変換するコリメートレンズ、Ｃは 平行光を集束する集束形レンズ、及びＤは中心コアＥを有し、かつ集束形レンズ からのレーザ光が入射される傾斜入力面を有する光ファイバを示す。

第２図に示すように、中心軸及びコア軸がコリメートレンズＢからの平行光の光 軸に一致するように、集束形レンズＣと光ファイバＤが配置される場合は、入射 レーザ光は傾斜入力面にて屈折し、光ファイバＤのコア軸に沿って透過せず、従 って結合効率が減少することとなる。

従って、第３図に示すように、屈折した光線が光ファイバＤのコア軸に沿って入 射するように光ファイバＤを傾斜して配置した場合は、集束形レンズＣが第２図 と同じ様に配置されていても、光結合の効率が向上することは明らかである。

しかしながら、光ファイバＤを集束形レンズＣの中心軸に対して傾斜させて配置 しなければならないので、半導体レーザモジュールの構成要素を容易かつ正確に 配置することができない。

従って、本発明によれば、第１図に示すように、集束形レンズＣに入力される平 行光の中心軸が集束形レンズＣの中心軸から隔てるように集束形レンズＣを配置 し、この隔たりにより、光ファイバＤは第２図と同様にそのコア軸がコリメート レンズＢからの平行光の光軸と平行に配置できるにもかかわらず、入射されるレ ーザ光が傾斜入射面が屈折して光ファイバＤのコア軸に沿って透過できるように なる。従って、光結合効率が向上しかつ半導体レーザモジュールの構成要素を容 易かつ正確に配置できるようになる。

光ファイバと集束形レンズとの相対的位置関係は第４図及び第５図を参考にして 次に述べるような基本的な幾何学的計算によりめることができる。原理的には、 光線は左側から右側へ、又はその逆のいずれかの方向へ進むが、第４図において 光線はいずれの場合も光の光路はまったく同一である。

従って、第４図において、光線が左から右へ移動するものと仮定して説明する。

ここで、 ｎＣ：ファイバのコアの屈折率 α　：光ファイバの傾斜面の角度 Ａ　：集束性レンズの屈折率分布定数 θＩ　：集束性レンズの軸心からの入射角θ２　：集束性レンズの軸心からの出 射角ｒ、：集束性レンズの入射位置を軸心からの距離で表すｒ２　：集束性レン ズの出射位置を軸心からの距離で表すＺ　：ｓ束性レンズの長手方向の距離 ｎ　（ｒ）　：集束形レンズの屈折率 と仮定すると、ｎ　（ｒ）は次のように表わされる。

光線は次のような幾何学的な計算によってめられる光路一方、集束形レンズから の入射角（即ち、光ファイバの傾斜面への最適入射角）θ、は次式で与えられる 。

ｎ、ｓｉｎα＝ｓｉｎ（θ、＋α） θ＋　−５ｉｎ　−’（ｎｃ　ｓｉｎα）−α　・・・・・・　（３）上式（２ ）においてθ２＝０と仮定すると、ｒ、及びｒ２が定まる。この場合は、ｒ２は 第１図における平行光の入射位置を示している。

第５図において、横軸Δ（−）はレンズのズレ量、即ち光ファイバの光軸と集束 形レンズの中心軸との間の距離、縦軸θ、は集束形レンズから出力される光線の 角度である。この縦軸はθ２が正の方向（第４図で光線出力が上向き）及び負の 方向（第４図で光線出力が下向き）の両方に増加する場合のθ２の絶対値を示し ている。

第５図に示したダイヤグラムにおける数値的条件は次のとおりである。

コアの屈折率ｎ　ｃ　＝　１．５９２ ルートＡ　＝　０．３２７（ｍｍ）　−’集束性レンズのピッチＰ＝０．１６ 端面の傾斜角度α＝６度 ファイバとレンズとの距離＝０．０５ｍ＋ａ従って、この例の場合はΔ＝５０一 本発明の実施例において有利に使用することのできる分割屈折率分布形レンズに ついて、第６図を参照しながら詳述する。

屈折率分布形レンズとは、光軸から離れるにしたがって屈折率が小さくなるよう に、屈折率を所望に変化させた円柱形のレンズであって、光軸に平行に入射した 光は、正弦波状の光路をたどってレンズ内を進行する。

したがって、進行波の１７４ピツチの長さに切断した屈折率分布形レンズは、一 方の端面より光軸に平行に光を投射すると、他方の端面の中心に集光する。

いま、長さが進行波の１７４ピツチの屈折率分布形レンズを、入射端面から所望 の位置で、薄い円板形に切断除去すると、第６図に示すように、分割屈折率分布 形レンズの前部４−１と分割原形率分布形レンズの後部４−２とよりなる、分割 屈折率分布形レンズを設けることができる。

このような分割屈折率分布形レンズは、分割屈折率分布形レンズの前部４−１と 分割原形率分布形レンズの後部４−２との距離を調整することにより、光軸に平 行に分割屈折率分布形レンズの前部４−１に入射した光を、分割屈折率分布形レ ンズの後部４−２の出射端面から所望に離れた位置に、集光させることができる 。

第７図において、本発明の実施例に係る半導体レーザモジュールは、例えば円錐 形のレーザ光を照射するレーザダイオードのような半導体レーザチップ１、レー ザ光を平行光に変換するコリメートレンズ２、レーザ光の戻り光を防止する光ア イソレータ３を所望に組み合わせたレーザ側アセンブリ１０と；分割屈折率分布 形レンズの前部４−１を備えた中間レンズアセンブ；Ｊ４０と；分割屈折率分布 形レンズの後部４−２と光ファイバ６とを所望に組み合わせたファイバ側アセン ブリ５０とより構成されている。

半導体レーザ１をホルダ２１の円筒形の孔の一方の端部に挿着してその軸上に固 定し、他方の端部の所定の位置にコリメートレンズ２を挿着し、このレンズ２の 中心軸がレーザチンプ１から出射されるレーザ光の光軸と一致するようにされる 。

さらに、ホルダ２１をステム２４に固定し、キャンプ２３でカバーして密封状態 にし、例えばステンレス鋼から成る円筒形パッケージ２２の軸心の空洞に実装す る。

一方、永久磁石３４の磁界内にファラデー回転子３１を装着し、ファラデー回転 子３１の前後に偏光子と検光子を配設した光アイソレータ３を構成し、光アイソ レータ３をアイソレータパッケージ３５の軸心孔に実装した状態で、アイソレー タパッケージ３５とパッケージ２２との当接面をレーザー溶接等して固定し、レ ーザ側アセンブリ１０を構成させている。

例えばステンレス鋼から成る鍔付円筒形のレンズホルダ４５の軸心孔に、分割屈 折率分布形レンズの前部４−１を挿着して、中間レンズアセンブリ４０としてい る。

ファイバ側アセンブリ５０では、円筒形のフェルール６１の軸心の細孔に、光フ ァイバ６の入射側の端末を挿入・固着し、入射面を光フアイバ６０軸心に対して 、３度〜１０度の所望の傾斜端面に仕上げである。

５２は、例えばステンレス鋼よりなる円筒形で、軸心に段付孔を設け、段付孔の 小径部にフェルール６１を嵌入し固着した内筒である。

５１は、軸心孔に分割屈折率分布形レンズの後部４−２を嵌着した、例えばステ ンレス鋼よりなる鍔付円筒形の鍔付レンズホルダであって、その外径は、鍔付レ ンズホルダ５１の段付孔の大径部の内径よりも十分に小さい。また、鍔付レンズ ホルダ５１の鍔の外径は内筒５２の外径よりも十分に小さい。

５３は、例えばステンレス鋼よりなる鍔付円筒形の外筒であって、内筒５２の外 周に軸心方向に摺動可能に嵌挿するようになっている。

上述のような光ファイバ６、フェルール６１、鍔付レンズホルダ５１、内筒５２ 、及び外筒５３とで、ファイバ側アセンブリ５０を構成しである。

ファイバ側アセンブリ５０は次のようにして構成される。光ファイバ６と分割屈 折率分布形レンズの後部４−２との、半径方向の関係位置を最初に調整して、次 に内筒５２の位置関係を調整し、これらと鍔付レンズホルダ５１とをレーザー溶 接等して固着する。

位置調整を更に詳述すると、第９図に示すように光ファイバ６の入射端を半導体 レーザ等の光源１１に接続し、分割屈折率分布形レンズの後部４−２側に赤外線 テレビカメラ６５を設置し、赤外線テレビカメラ６５にモニター表示装置６６を 接続する。

従って、モニター表示装置６６を観察しながら、分割屈折率分布形レンズの後部 ４−２から出射する光がＺ軸に平行となるように、鍔付レンズホルダ５１を、Ｘ 軸、Ｙ軸方向、即ち半径方向に調整移動し、その状態で固定する。

詳述すると、先ず鍔付レンズホルダ５１を内筒５２内で、選択した軸（例えば光 ファイバの軸）を中心として回転させる。

このようにすると、分割屈折率分布形レンズの後部４−２から出射する光の軌跡 は、モニター表示装２６６の画面で円を描く。次に鍔付レンズホルダ５１をＸ軸 、Ｙ軸方向、即ち半径方向に調整移動して、この円の中心に、分割屈折率分布形 レンズの後部４−２の出射光を一致させる。このように調整することにより、分 割屈折率分布形レンズの後部４−２の出射ビームの光軸が、光ファイバ６の軸と 平行となる。

一方、レーザ側アセンブ１月Ｏと中間レンズアセンブリ４０との位置関係は上述 と同様に行うことができる。即ち、レーザ側アセンブリ１０の端面に中間レンズ アセンブリ４ｏの端面を当接し、分割屈折率分布形レンズの前部４−１側に赤外 線テレビカメラを設置し、赤外線テレビカメラにモニター表示装置を接続して、 ファイバ側アセンブリ５ｏの調整方法に準じて、中間レンズアセンブリ４０の位 置調整を行う。

詳述すると、分割屈折率分布形レンズの前部４−１の出射面で、コリメートレン ズ２−光アイソレータ３−分割屈折率分布形レンズの前部４−１を通過した半導 体レーザ１の出射光の光ビームを観察し、その出射方向がＺ軸と平行となるよう に、中間レンズアセンブリ４０を、Ｘ軸、Ｙ軸方向、即ち半径方向に調整移動す る。そして、調整作業を終了後にその状態で、レンズホルダ４５をアイソレータ パッケージ３５の端面に例えば溶接により固着する。

ファイバ側アセンブリ５０を中間レンズアセンブリ４０に固着するには、外筒６ ３の端面を中間レンズアセンブリ４ｏの端面に当接し、半導体レーザ１の出射光 の光パワーを光フアイバ６側で計測する。計測中に内筒５２を軸方向に摺動し調 整し、調整後に、内筒５２を外筒５３に、レーザー溶接等して固着する。

次に、レンズホルダ４５の端面と外筒５３の端面を当接した壮大位置になるよう に調整する。調整が終了すると、外筒５３とレンズホルダ４５とをレーザー溶接 等して固着する。

上述の実施例のように調整固着した半導体レーザモジュールの光路を、第８図に 示す。レーザ側アセンブリ１ｏでは、半導体レーザ１の円錐状に拡開した出射光 は、コリメートレンズ２により、はぼ平行ビームとなり、光アイソレータ３に進 行する。

この際、半導体レーザ１とコリメートレンズ２等の光軸のずれ等に起因して、ホ ルダ２１の軸心に対して傾斜した光ビームが、レーザ側アセンブリ１０から出射 されることがある。

然し、上述の実施例によると、中間レンズアセンブリ４０を前述のように調整し であるので、入射光が分割屈折率分布形レンズの前部４−１の光軸に対して傾斜 しているか、平行しているかに関係なく、分割屈折率分布形レンズの前部４−１ の出射光は、光軸に平行で、且つ集束するような先細の光ビームである。

このような光ビームが分割屈折率分布形レンズの後部４−２に入射すると、分割 屈折率分布形レンズの後部４−２を通過時に光ファイバ６の軸心方向に屈折しな がら、さらに集束する。そして光ファイバ６の入射面に所望の入射角で入射する 。

上述より明らかなように、本発明によると、半導体レーザモジュールは、調整方 向がＸ軸方向、Ｙ軸方向、及び光ファイバの軸心方向だけであって、調整作業が 容易で、光結合度が高い半導体レーザモジュールである。

光ファイバ６の入射面を傾斜端面としであるので、分割屈折率分布形レンズの後 部４−２から出射された光ビームが、光ファイバ６の端面、或いはフェルール６ １の端面で反射しても、その反射光は、半導体レーザ１に帰還しない。

また、光ファイバ６を逆行した光、或いは分割屈折率分布形レンズの後部４−１ で反射した反射光は、光アイソレータ３で戻るのが阻止される。

従って、本発明の半導体レーザモジュールは、反射光が光源である半導体レーザ １に帰還するのを阻止できる。

第１０図はレーザアセンブリの一部、即ち半導体レーザチップとコリメートレン ズの結合部を概略的に示す。コリメートレンズ７２は外ねじを有する円筒レンズ ホルダ７３に固定され、レーザホルダ７３は、半導体レーザチップ７１が固定さ れているチップキャリア７５の平坦面上に固定されている。従って、例えばレー ザ溶接等でレンズホルダ７３がスペーサ７４に固定され、このスペーサ７４がチ ップキャリア７５に固定される。

第１１図及び第１２図はレーザアセンブリの一実施例の断面図及び平面図である 。例えばレーザダイオード（ＬＤ）等から成る半導体レーザチップ８１が固定さ れるチップキャリア８２は、ＬＤチンプ８１が直接固定されるダイヤモンド等か らなるチップ固定部８３と、放熱のだめの銅等からなるヒートシンク部８４と、 第ルンズ側との接合を行うためのレンズ保持部８５とから一体的に構成されてい る。レンズ保持部８５のＬＤチップ８１が対向する位置には透孔８５ａが貫通し ており、この透孔８５ａにはスペーサ８６が遊貫されている。スペーサ８６のＬ Ｄチップ８１と反対の側には透孔８５ａよりも大径な円環状のフランジ８６ａが 形成されており、これにより、フランジ８６ａをレンズ保持部８５の平坦面８５ ｂ上で密着摺動することで、スペーサ８６を光軸に垂直な平面内で位置調整する ことができるようになっている。スペーサ８６の円筒状本体８６ｂの内部には、 円筒形状のレンズホルダ８７が密着短合しており、このレンズホルダ８７の内部 には球レンズ等からなるコリメートレンズ８８が例えば圧入により固定されてい る。このように螺合によりレンズホルダ８７とスペーサ８６とを接合しているの で、当該螺合位置を変えることにより、つまりねじ込み量を調整することにより 、コリメートレンズ８８を光軸方向に変位させることができ、フォーカス調整を 行うことが可能となる。

螺合位置及び密着摺動位置の調整によりそれぞれフォーカス及びアライメント調 整が完了したら、この状態で矢印Ａ方向に同時に溶接用のレーザ光を照射して、 それぞれ溶接部分Ｂを形成することができる。レーザ溶接によれば固定が瞬時に なされるから、接着剤を使用したときのような固化時間中の光軸ずれの恐れがな い。また、半田付けによる場合のように経時的な光結合効率の変化の恐れがない 。

ここで、複数箇所のレーザ溶接を同時に行うようにしているのは、レーザ溶接時 の熱収縮力が不均一にスペーサ等に作用して光軸ずれが生じることを防止するた めである。

レーザ溶接個所の数及び位置については特に規定しないが、上記熱収縮力の均一 化を図るならば、第１２図のように光軸に対して点対称な位置にレーザ溶接を行 うことが望ましい。各位置における熱収縮力が光軸を中心として相殺されるから である。

また、スペーサ８６及びレンズホルダ８７の形状についても光軸に対して軸対称 な形状であることが望ましい、モジュールの使用環境条件における温度変化によ り各部材が熱膨張又は熱収縮したときに、軸対称な形状としておくことで、光軸 のずれを最小とすることができるからである。

第１３図は上述のような半導体レーザチップＡとコリメートレンズＢとを有する レーザアセンブリＬＡ、及び集束形レンズと光ファイバＤとを有するファイバア センブリＦＡを含む半導体レーザモジュールの概略図である。

国際ｙＡ斎報告 −−−１−−−１−−−−フＣ：！：？　ε９ノ○○；２フ国際調査報告 Ｊ２ε９００２１２ ＳＡ　２７１２３

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. １．レーザ光を出射する半導体レーザチップと、該レーザ光を平行光に変換する コリメートレンズと、平行にされた該レーザ光を集束させる中心軸を有する集束 形レンズと、光軸を有しかつ前記集束レンズからのレーザ光が入射される入射端 面が、傾斜している光ファイバとを含んで成る半導体レーザモジュールにおいて 、 前記集束形レンズは、該集束形レンズに入力されるコリメートされた平行光が該 集束形レンズの前記中心軸から離れた光軸を有するように配置され、かつレーザ 光が前記光ファイバの光軸に沿って該光ファイバに入力されるように、該光ファ イバはコリメートされた前記平行光に平行に配置されることを特徴とする半導体 レーザモジュール。
2. ２．前記コリメートレンズと集束形レンズとの間に光アイソレータから配置され ることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザモジュール。
3. ３．前記集束形レンズは、中心軸を有する第１の集束形レンズと中心軸を有する 第２の集束レンズとから成り、前記コリメートレンズからの平行光はまず第１の 集束形レンズに入射され、その出射光の光軸を第１の集束形レンズの前記中心軸 と平行となし、 第２の集束形レンズに入射される前記レーザ光は該第２の集束形レンズからの出 射光が、前記光ファイバの光軸に沿って該光ファイバに入射されるように該第２ の集束形レンズ内で屈折することを特徴とする請求項１記載の半導体レーザモジ ュール。
4. ４．前記半導体チップと前記コリメートレンズを１つの第１のハウジング内に収 容し、 前記第１の集束形レンズを１つの第２のハウジング内に収容し、 前記第２の集束形レンズを１つの第３のハウジング内に収容し、 前記光ファイバを１つの第４のハウジング内に収容し、前記第１のハウジングと 前記第２のハウジングが、前記第１の集束レンズからの出射光が前記第１の集束 レンズの軸心と平行となるように相互に接続され、 前記第３のハウジングと前記第４のハウジングが、前記光フアイバ軸心に光が入 射するように、前記第３のハウジングの軸心に対し入射する光が該第３のハウジ ングの軸心に平行となるように相互に接続され、 前記第２のハウジングと前記第３のハウジングとが前記平行光線が一致するよう に相互に接続されてなることを特徴とする請求項３記載の半導体レーザモジュー ル。
5. ５．前記第２のハウジングと前記第３のハウジングとの間の軸方向の間隔は、前 記第３のハウジング内に収容された第２の集束形レンズからの出射光が前記第４ のハウジング内の光ファイバの傾斜端面のコア軸心位置に集束するように調整さ れていることを特徴とする請求項４記載の半導体レーザジュール。
6. ６．前記半導体レーザチップ及びコリメートレンズを取り付ける手段を含み、該 取付手段は： 前記コリメートレンズを固定・保持する、外周面にネジ山が形成された円筒形状 のレンズホルダと、該レンズホルダの外周ネジ部に係合する内周ネジ部を有する スペーサ部材と、 該スペーサ部材を固定・接着する平坦面を有する、前記半導体レーザチップを固 定・保持するチップキャリアと、前記レンズホルダをスベーサヘ、該スペーサを 前記チップキ＋リアにそれぞれ溶接により固定する手段とを含んで成ることを特 徴とする請求項１記載の半導体レーザモジュール。
7. ７．レーザ光を出射する半導体レーザチップと、該レーザ光を平行光に変換する コリメートレンズと、平行にされた該レーザ光を集束させる中心軸を有する集束 形レンズと、光軸を有しかつ前記集束レンズからのレーザ光が入射される入力端 面が傾斜されている光ファイバとを含んで成る半導体レーザモジュールにおいて 、 前記集束形レンズの入射端側にモニタ装置を配置し、前記光ファイバの出力端よ りの光を入射させることにより、該光が前記光ファイバを透過し、前記入力端面 より出射し、前記集束形レンズを介してモニタ装置に入射させ、前記集束形レン ズを回転させて、前記モニタ装置内で光が所定の円を描くようにし、 前記集束形レンズの位置を前記光ファイバの光軸に関して半径方向に調整するこ とにより光が前記円の中心に位置せしめるようにすることを特徴とする半導体レ ーザモジュールの位置合わせ方法。
8. ８．前記モニタ装置は、赤外線ビデオカメラと前記光の像が得られる光学表示装 置とからなり、前記光ファイバの出力端より入射する光として赤外線を用いるこ とを特徴とする請求項７記載の位置合わせ方法。
9. ９．前記集束形レンズは第１の集束形レンズと第２の集束形レンズからなり、前 記第２の集束形レンズを光ファイバの前記入射端面に対向して配置し、前記第１ の集束形レンズを前記コリメートレンズの出射端側に配置し、前記半導体レーザ チップと前記コリメートレンズを１つのハウジングに収容したものにおいて、前 記第１の集束形レンズを前記ハウジングに対して次の通り位置せしめる。即ち、 前記第１の集束形レンズの入射側にモニタ装置を配置し、前記レーザチップから の出射光を前記コリメートレンズ、前記第１の集束形レンズを介して、前記モニ タ装置に入力し、前記第１の集束形レンズを回転させて、レーザ光が前記モニタ 装置内で所定の円を描くようにし、該レーザ光が前記円の中心に位置するように 前記第１の集束形レンズを前記ハウジングの軸心に関して半径方向に調整するこ とを特徴とする半導体レーザモジュールの位置合わせ方法。
10. １０．前記コリメートレンズと前記集束形レンズの間に、光アイソレータを配置 してなることを特徴とする請求項９記載の位置合わせ方法。
11. １１．前記半導体モジュールは、前記半導体チップと前記コリメートレンズを１ つの第１のハウジング内に収容し、前記第１の集束形レンズを１つの第２のハウ ジング内に収容し、前記第２の集束形レンズを１つの第３のハウジング内に収容 し、前記光ファイバを１つの第４のハウジング内に収容したものであって、 前記第１のハウジングと前記第２のハウジングの位置調整を行い、 前記第３のハウジングと前記第４のハウジングの位置調整を行い、 前記第２のハウジングと前記第３のハウジングとを、前記光ファイバからの光線 が前記半導体レーザチップからのレーザ光と一致するように位置調整することを 特徴とする請求項９記載の位置合わせ方法。
12. １２．前記第２のハウジングと前記第３のハウジングとの間の間隔を、前記第３ のハウジング内に収容された第２の集束形レンズからの出射光が前記第４のハウ ジング内の光ファイバの傾斜端面のコア軸心位置に集束するように、調整される ことを特徴とする請求項１１記載の位置合わせ方法。
13. １３．半導体モジュールは、前記半導体レーザチップ及びコリメートレンズを取 り付ける手段を含み、該取付手段は：前記コリメートレンズを固定・保持する、 外周面にネジ山が形成された円筒形状のレンズホルダと、該レンズホルダの外周 ネジ部に係合する内周ネジ部を有するスペーサ部材と、該スペーサ部材を固定・ 接着する平坦面を有する、前記半導体レーザチップを固定・保持するチップキャ リアとを含むものであって、 前記レーザチップからの出射光軸が前記コリメートレンズの光軸と一致するよう に、チップキャリアの前記平坦面上の前記スペーサの位置を調節し、 コリメートレンズからの出射光が平行光となるように前記レンズホルダを前記ス ペーサ部材のねじ穴内で回転させ、前記レンズホルダを前記スペーサ部材に、該 スペーサ部材を前記チップキャリアに溶接によりそれぞれ固定することを特徴と する請求項１１記載の位置合わせ方法。
14. １４．レーザ光を出射する半導体レーザチップと、該レーザ光を平行光に変換す るコリメートレンズと、光アイソレータと、分割屈折率分布形レンズの前部と、 分割屈折率分布形レンズの後部と、光軸及び傾斜入力端面を有する光ファイバと の順序で配置された光ファイバモジュールにおいて、前記半導体レーザチップと 、前記コリメートレンズと、前記光アイソレータとを所定位置に結合するレーザ 側アセンブリと、 前記分割屈折率分布形レンズの前部を固定・保持する手段を備えた中間アセンブ リと、 前記光ファイバを固定・保持する内側シリンダと、該内側シリンダが軸方向に調 節可能に挿入される外側シリングと、前記分割屈折率分布形レンズの後部を固定 ・保持する円筒形レンズホルダとを具備するファイバ側アセンブリとを備え、前 記円筒形レンズホルダは前記光ファイバの光軸に関し半径方向に調節可能に前記 内側シリンダに取り付けられ、かつ前記レーザ側アセンブリは中間レンズアセン ブリに、該中間レンズアセンブリは前記ファイバ側アセンブリにそれぞれ固定さ れることを特徴とする半導体レーザモジュール。
15. １５．前記円筒形レンズホルダは前記内側シリンダの端面に当接する半径方向の フランジ部を有することを特徴とする請求項１４記載の半導体レーザモジュール 。
16. １６．前記半導体レーザチップ及び前記コリメートレンズを取付ける手段を更に 有し、該取付手段は、コリメートレンズを固定・保持する、外ネジ部を有する円 筒形レンズホルダと、 該レンズホルダの外ネジ部に係合する内ネジ部を有するスペーサ部材と、 前記スペーサ部材が固着される平坦面を有する、前記半導体レーザチップを固定 ・保持するチップキャリアと、前記レンズホルダを前記スペーサ部材に、該スペ ーサ部材を前記チップキャリアにそれぞれ溶接により固定する手段とを含んで成 ることを特徴とする請求項１４記載の半導体レーザモジュール。
17. １７．前記光アイソレータはファラデー回転子の両側に偏光子を備えてなること を特徴とする請求項１４記載の半導体レーザモジュール。
18. １８．前記各アセンブリはステンレス鋼から成るハウジングを備え、各アセンブ リのハウジングは相互にレーザ溶接により連結されていることを特徴とする請求 項１４記載の半導体レーザモジュール。