WO2024062787A1 - Ｃａｎパッケージ型レーザ光源装置 - Google Patents

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WO2024062787A1
WO2024062787A1 PCT/JP2023/028865 JP2023028865W WO2024062787A1 WO 2024062787 A1 WO2024062787 A1 WO 2024062787A1 JP 2023028865 W JP2023028865 W JP 2023028865W WO 2024062787 A1 WO2024062787 A1 WO 2024062787A1
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WO
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light
stem
main surface
source device
light source
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Application number
PCT/JP2023/028865
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English (en)
French (fr)
Inventor
知広 奥田
亘 紺谷
正樹 井上
Original Assignee
ウシオ電機株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/02208—Mountings; Housings characterised by the shape of the housings
    • H01S5/02212—Can-type, e.g. TO-CAN housings with emission along or parallel to symmetry axis
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0239—Combinations of electrical or optical elements

Definitions

  • the present invention relates to a laser light source device, and particularly to a laser light source device in which a semiconductor laser element is housed in a type of package called a CAN package.
  • Patent Document 1 listed below discloses a CAN package type laser light source device that is equipped with a plurality of dichroic mirrors and multiplexes and emits laser light of a plurality of wavelengths.
  • Patent Document 2 a method is also known in which light of a plurality of wavelengths is multiplexed using a planar waveguide.
  • FIGS. 14 and 15 are schematic diagrams for explaining a light source device 100 designed to combine light from multiple laser diodes with different wavelengths using a planar waveguide and extract the light to the outside.
  • the light source device 100 is designed to extract light L106 in the X direction, and multiple laser diodes 103 (103B, 103G, 103R) are arranged in the Y direction.
  • the direction perpendicular to both the X and Y directions is the Z direction.
  • FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of the light source device 100 cut in the X-Z plane.
  • FIG. 15 is a schematic diagram of some elements of the light source device 100 viewed in the Z direction.
  • the laser diode 103B emits blue light
  • the laser diode 103G emits green light
  • the laser diode 103R emits red light. Then, the light of each color is multiplexed by the multiplexer 110 in which a planar waveguide is formed, and the combined light L106 is extracted from the light extraction window 106, typically as white light.
  • a laser diode 103 and a multiplexer 110 are mounted in a package 105 made of ceramic, for example. More specifically, a heat sink 101 for cooling the light source is installed on the package 105, and a submount 102 and a laser diode 103 are installed on the heat sink 101. More specifically, the laser diodes 103 of each color and the corresponding submounts 102 are arranged apart from each other in the Y direction.
  • the light L103 emitted from the laser diode 103 is incident on a predetermined position of the multiplexer 110. More specifically, as shown in FIG. 15, the laser diode 103B emits light toward a location on the multiplexer 110 where the first waveguide 121 is formed. Similarly, the laser diode 103G emits light toward the location where the second waveguide 122 on the multiplexer 110 is formed, and the laser diode 103R emits light toward the location where the third waveguide 123 on the multiplexer 110 is formed. Emits light towards the location.
  • the blue light from the laser diode 103B guided through the first waveguide 121 and the green light from the laser diode 103G guided through the second waveguide 122 are combined at the first combining section 111. and becomes synthetic light.
  • This combined light and the red light from the laser diode 103R guided through the third waveguide 123 are combined at the second combining section 112.
  • the combined light obtained in the first combining section 111 and the combined light obtained in the second combining section 112 are combined in the third combining section 113, and then the light is extracted.
  • the light is guided to a window 106 and extracted as a white light composite light L106.
  • each laser diode 103 needs to make each laser beam emitted from its emission end enter the corresponding waveguide formed in the multiplexer 110. There is. Therefore, from the perspective of increasing light extraction efficiency, the position (height position) in the Z direction of the output end of each laser diode 103 and the position (height position) in the Z direction of the corresponding waveguide formed in the multiplexer 110 are important. (position) must be adjusted with high precision.
  • each laser diode 103 and the multiplexer 110 need to be arranged linearly in the light extraction direction (here, the X direction). Therefore, it is necessary for the package 105 to have a sufficient length in the X direction, which may hinder miniaturization of the light source device 100.
  • an object of the present invention is to provide a light source device that can synthesize and emit laser beams of multiple wavelengths, has a simple structure, and can be downsized. do.
  • the light source device is a CAN package type laser light source device, stem and a plurality of laser diodes with different emission wavelengths fixed to the stem; a heat sink disposed on the main surface of the stem; an optical waveguide member disposed on the main surface of the heat sink, the surface being non-parallel to the main surface of the stem; a cap that covers the outer periphery of a region away from the main surface of the stem with respect to a first direction parallel to the first main surface of the optical waveguide member; A light extraction window provided in a part of the cap,
  • the optical waveguide member is a grating coupler that receives light from the plurality of laser diodes and converts the traveling direction of the light to the first direction; The grating coupler guides the light incident through the grating coupler to a first end portion that is an end portion of the optical waveguide member in the first direction that is closer to the light extraction window. and a planar waveguide integrated with the waveguide.
  • the optical waveguide member integrally includes the planar waveguide and the grating coupler, and the grating coupler allows the traveling direction of the emitted light from the laser diode to be directed to the main surface (the main surface) of the optical waveguide member. (first direction) parallel to the first principal plane). Therefore, it is not necessary to arrange the laser diode and the planar waveguide in a straight line, and it is possible to reduce the size of the device.
  • each laser diode may be arranged so that light can enter the grating coupler formed on the optical waveguide member. This eliminates the need for precise alignment between the output end face of each laser diode and the input end face of the planar waveguide.
  • the emitted light from each laser diode 103 (103B, 103G, 103R) is efficiently transferred to the planar waveguide (121, 122, 123). From the viewpoint of guidance, it is preferable to shorten the distance between the two (more specifically, the distance in the X direction) to bring them as close as possible.
  • the laser diode 103 and the multiplexer 110 in which the planar waveguides (121, 122, 123) are formed are brought close to each other, the heat from each laser diode 103 is easily propagated to the multiplexer 110. As a result, the temperature of the multiplexer 110 tends to rise, and there is a possibility that the combining efficiency (coupling efficiency) of light of each wavelength will decrease.
  • each laser in order to efficiently guide the light from each laser diode 103 to each planar waveguide (121, 122, 123) while ensuring a distance between each laser diode 103 and the multiplexer 110, each laser Another possible method is to arrange an optical member such as a lens between the diode 103 and the multiplexer 110.
  • an optical member such as a lens between the diode 103 and the multiplexer 110.
  • the light from each laser diode only needs to be incident on the incidence surface of the grating coupler, as described above. Since the grating coupler can be formed with a certain degree of expansion in the plane direction, it is not necessary to bring the optical waveguide member and each laser diode very close to each other in the optical axis direction. Therefore, the influence of heat emitted from each laser diode on the optical waveguide member can be reduced.
  • the heat sink on which the optical waveguide member is mounted and the laser diode are fixed to the same stem.
  • both the laser diode and the optical waveguide member can be cooled by a common stem, so it is possible to reduce the size of the device while ensuring cooling performance.
  • the plurality of laser diodes may be arranged obliquely with respect to the main surface of the stem. More specifically, if the direction in which the light extraction window exists when viewed from the main surface of the stem is defined as "above", it is assumed that the light from the plurality of laser diodes is incident on the grating coupler from diagonally below. Good too. As a typical example, the angle between the light incident surface of the grating coupler, in other words, the first principal surface of the optical waveguide member, and the light output end surface of the plurality of laser diodes is 45° or more and less than 90°. can.
  • the stem has a first recess formed in a part of the main surface of the stem and including an inner wall surface inclined with respect to the main surface,
  • the plurality of laser diodes may be arranged along the inner wall surface of the first recess.
  • a second end, which is opposite to the first end, of the ends of the optical waveguide member in the first direction, is located in the first direction from the main surface of the stem. It does not matter if they are spaced apart from each other.
  • the stem has a second recess at a portion of the main surface that is different from the location where the first recess is formed, Among the ends of the optical waveguide member in the first direction, at least a part of the second end opposite to the first end is located from the inner bottom surface of the second recess in the first direction. It doesn't matter if they are separated.
  • the adhesive even if the adhesive spreads over the main surface of the stem, the adhesive will be easily accommodated in the second recess. Since the inner bottom surface of the second recess of the stem and the stem-side end (second end) of the optical waveguide member are spaced apart in the first direction, it becomes difficult for the adhesive to adhere to the optical waveguide member.
  • the laser light source device may include a photodiode disposed on a second principal surface of the optical waveguide member that is opposite to the first principal surface, or on a side away from the optical waveguide member with respect to the second principal surface.
  • the light from the laser diode is obliquely incident on the incident surface of the grating coupler formed on the optical waveguide member.
  • the grating coupler converts most of the incident light into a direction (first direction) parallel to the main surface (first main surface) of the optical waveguide member, but a small portion of the light has a direction parallel to the main surface (first main surface) of the optical waveguide member. It passes through the grating coupler without being converted and goes straight.
  • the value of the amount of received light can be used for various controls.
  • the optical output of the laser diode can be feedback-controlled based on the amount of light received by the photodiode.
  • the center portion of the light extraction window, the end of the planar waveguide on the light extraction window side, and the center portion of the main surface of the stem may overlap.
  • light from a plurality of laser diodes having different wavelengths is simultaneously extracted from approximately the center of the light extraction window. Therefore, the arrangement and handling of the optical system for utilizing the light extracted from the light extraction window is facilitated.
  • the center of the light extraction window refers to the area within an imaginary circle formed with a radius of 10% of the inner diameter of the light extraction window, based on the center position of the light extraction window.
  • the center of the main surface of the stem refers to the area within an imaginary circle formed with a radius of 10% of the outer diameter of the main surface of the stem, based on the center position of the main surface of the stem.
  • the planar waveguide may guide the combined light from the plurality of laser diodes to the first end.
  • the planar waveguide individually guides the light from the plurality of laser diodes to the first end in a state where the mutual spacing is narrower than when the light is incident on the grating coupler. It doesn't matter if it's something you do.
  • light from a plurality of laser diodes having different wavelengths is simultaneously extracted from the light extraction window.
  • the plurality of laser diodes include a laser diode that emits blue light, a laser diode that emits green light, and a laser diode that emits red light
  • white light can be extracted from the light extraction window.
  • a CAN package type laser light source device that can combine and emit laser light of a plurality of wavelengths is realized with a simple structure.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a CAN package type laser light source device 1 according to the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged schematic diagram of the vicinity of the laser diode 10 from FIG. 1.
  • FIG. This is a drawing in which illustration of the laser diode 10 and submount 12 is omitted from FIG. 2. It is a typical plan view when the optical waveguide member 30 is viewed in the X direction, and some illustrations are omitted.
  • 1 is a schematic plan view of the optical waveguide member 30 as viewed in the X direction, and is illustrated together with a light extraction window 43.
  • FIG. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the optical waveguide member 30 taken along the X-Z plane.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a process in which light emitted from a laser diode 10 travels until it is extracted through a light extraction window 43.
  • FIG. FIG. 3 is a drawing for explaining the positional relationship of the stem 3, the planar waveguide 33, and the light extraction window 43 on the XY plane. It is a drawing which shows typically the structure of a part of another embodiment of the laser light source device 1. It is another drawing which shows typically the structure of a part of another embodiment of the laser light source device 1. 3 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of another embodiment of the laser light source device 1. FIG. 3 is another cross-sectional view schematically showing the configuration of another embodiment of the laser light source device 1. FIG. FIG. FIG.
  • FIG. 7 is a schematic plan view of an optical waveguide member 30 included in another embodiment of the laser light source device 1 when viewed in the X direction, and is illustrated together with a light extraction window 43.
  • FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a light source device in which laser diodes and multiplexers are arranged in a straight line.
  • FIG. 2 is a plan view schematically showing the configuration of a light source device in which laser diodes and multiplexers are arranged in a straight line.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a CAN package type laser light source device 1 (hereinafter simply abbreviated as "light source device 1").
  • the light source device 1 includes a stem 3 and a plurality of laser diodes 10, 10, . . . fixed to the stem 3.
  • the plurality of laser diodes 10, 10, . . . are arranged along the Y direction in FIG. 1, only a single laser diode 10 is shown in FIG. 1 for convenience of illustration.
  • the plurality of laser diodes 10, 10, ... include a laser diode 10B that emits blue light, a laser diode 10G that emits green light, and a laser diode that emits red light. It is configured to include 10R.
  • the light source device 1 further includes a heat sink 5 disposed on the main surface 3a of the stem 3, and an optical waveguide member 30 disposed on the main surface 5a of the heat sink 5. As shown in FIG. 1, the main surface 5a of the heat sink 5 and the main surface 3a of the stem 3 are non-parallel.
  • the light source device 1 further includes a cap 41 and a light extraction window 43 provided at a portion of the cap 41.
  • the cap 41 is arranged to cover the +Z side region of the main surface 3a of the stem 3, more specifically, to cover the heat sink 5, the optical waveguide member 30, and the laser diodes 10, 10, . . . . That is, the heat sink 5, the optical waveguide member 30, and the laser diodes 10, 10, . . . are arranged in a space covered by the cap 41.
  • the bottom of the cap 41 is joined to the main surface 3a of the stem 3. Since resistance welding is typically used for this joining, the stem 3 is made of a material that can be resistance welded and has relatively high thermal conductivity, specifically iron, iron alloy, or the like. However, the material of the stem 3 is not limited, and may be made of a material with higher thermal conductivity than iron or iron alloy.
  • a pair of power supply pins 14, 14 that are electrically connected to each other by an insulating member are inserted through a part of the stem 3. Although only one power supply pin 14 is illustrated in FIG. 1, the pair of power supply pins 14, 14 may be arranged in the Y direction, for example.
  • a bonding wire 16 for power supply is connected to the power supply pin 14 . The end of the bonding wire 16 on the opposite side from the power supply pin 14 is connected to the power supply region of the laser diode 10 .
  • the heat sink 5 is typically made of a material with higher thermal conductivity than the stem 3, such as copper or copper alloy.
  • the laser diode 10 is installed on a surface inclined with respect to the main surface 3a of the stem 3. This point will be explained with reference to FIGS. 2 and 3. 2 corresponds to an enlarged schematic view of the vicinity of the laser diode 10 from FIG. 1, and FIG. 3 corresponds to a drawing from FIG. 2 in which the illustration of the laser diode 10 and the submount 12 is omitted.
  • the stem 3 has a first recess 4 carved from the main surface 3a toward the ⁇ Z side at some locations.
  • the first recess 4 includes an inner wall surface 4a that is inclined with respect to the main surface 3a of the stem 3.
  • the submount 12 and the laser diode 10 are placed on this inclined inner wall surface 4a. That is, the main surface 10a of the laser diode 10 is inclined with respect to the main surface 3a of the stem 3.
  • the laser diode 10 When a voltage is applied to the laser diode 10 via the power supply pin 14 and the bonding wire 16, the laser diode 10 emits light. Light from the laser diode 10 is incident on a predetermined area on the optical waveguide member 30. As explained with reference to FIGS. 2 and 3, since the laser diode 10 is installed on the upper surface of the inclined inner wall surface 4a, if the +Z direction is defined as "upward", the light L10 from the laser diode 10 is , travels obliquely upward and enters the optical waveguide member 30.
  • the optical waveguide member 30 is a member in which a grating coupler 31 that changes the traveling direction of light and a planar waveguide 33 that propagates light are formed (see FIGS. 4 and 5).
  • 4 and 5 are schematic plan views of the optical waveguide member 30 when viewed in the X direction. Note that for convenience of illustration, the directions of illustration in FIGS. 4 and 5 are different from each other. Further, FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the optical waveguide member 30 taken along the X-Z plane.
  • the optical waveguide member 30 includes a substrate 35 made of Si, for example, and a buried layer 36, a core layer 37, and a cladding layer 38 formed on the substrate 35.
  • the buried layer 36 is made of, for example, SiO 2 (refractive index: 1.44).
  • the core layer 37 is made of a material having a higher refractive index than the buried layer 36, and is made of, for example, SiON (refractive index 1.48).
  • the cladding layer 38 is made of a material having a lower refractive index than the core layer 37, and is made of, for example, SiO 2 like the buried layer 36.
  • the optical waveguide member 30 has a grating coupler 31 in the region on the side where the laser diode 10 is arranged, that is, on the ⁇ Z side. Specifically, a diffraction grating 39 is formed in the core layer 37 in this region. The diffraction grating 39 is obtained by subjecting the core layer 37 to periodic irregularities in the Z direction. By appropriately adjusting the depth and period of the unevenness and the width of the convex portion, it is possible to convert the traveling direction of the incident light to a desired direction.
  • the optical waveguide member 30 includes a plurality of grating couplers 31 (31B) arranged in the Y direction corresponding to each laser diode 10 (10B, 10G, 10R). , 31G, 31R). Outgoing light L10B from laser diode 10B is input to grating coupler 31B, outgoing light L10G from laser diode 10G is input to grating coupler 31G, and outgoing light L10R from laser diode 10R is input to grating coupler 31R.
  • grating couplers 31 31B
  • Outgoing light L10B from laser diode 10B is input to grating coupler 31B
  • outgoing light L10G from laser diode 10G is input to grating coupler 31G
  • outgoing light L10R from laser diode 10R is input to grating coupler 31R.
  • Each grating coupler 31 (31B, 31G, 31R) is connected to a planar waveguide 33, respectively.
  • the planar waveguide 33 is formed so that light propagates in the +Z direction while repeating total reflection between the core layer 37 and the cladding layer 38 .
  • the optical waveguide member 30 includes a plurality of planar waveguides 33 (33B, 33G, 33R) arranged in the Y direction corresponding to each grating coupler 31 (31B, 31G, 31R). ).
  • the emitted light L10B from the laser diode 10B is guided in the planar waveguide 33B after its traveling direction is converted by the grating coupler 31B.
  • the emitted light L10G from the laser diode 10G has its traveling direction converted by the grating coupler 31G, and then is guided through the planar waveguide 33G, and the emitted light L10R from the laser diode 10R advances by the grating coupler 31R.
  • the light is guided in the Z direction within the planar waveguide 33R.
  • the Z direction here corresponds to the "first direction".
  • Such an optical waveguide member 30 can be manufactured using lithography and etching techniques using a photomask designed to realize a grating coupler 31 and planar waveguide 33 having a desired shape.
  • blue light propagating through planar waveguide 33B, green light propagating through planar waveguide 33G, and red light propagating through planar waveguide 33R are combined and guided to first end 30a on the +Z side where light extraction window 43 is located. Then, light L1 is extracted as combined light from light extraction window 43.
  • FIG. 7 is a diagram schematically showing the progress of the light L10 emitted from the laser diode 10 until it is extracted from the light extraction window 43.
  • the main surface 10a of the laser diode 10 is inclined with respect to the main surface 3a of the stem 3
  • the light L10 from the laser diode 10 is inclined with respect to the light incidence surface of the grating coupler 31. It is incident at an angle from the direction. This angle of incidence is, for example, greater than 0° and less than 45°. That is, the angle between the main surface 10a of the laser diode 10 and the first main surface 30b of the optical waveguide member 30 is 45° or more and less than 90°.
  • the light L10 incident on the grating coupler 31 is guided to the planar waveguide 33 after its traveling direction is converted to the +Z direction. After the light L10 propagates in the +Z direction within the planar waveguide 33, it is extracted to the outside through the light extraction window 43 as light L1.
  • the +Z side end 33a of the planar waveguide 33 is designed to be near the center position of the light extraction window 43 when viewed in the Z direction.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the positional relationship of the stem 3, the planar waveguide 33, and the light extraction window 43 on the XY plane. It is preferable that the central portion of the stem 3, the +Z side end 33a of the planar waveguide 33, and the central portion of the light extraction window 43 be arranged so as to overlap each other when viewed from the Z direction. As a result, the light L1 as the combined light is extracted from the center of the light extraction window 43 in the +Z direction, so that the position adjustment of the optical member on the side that uses this light L1 is facilitated.
  • the light source device 1 is configured to cause the light L10 emitted from the laser diode 10 to enter the grating coupler 31.
  • the grating coupler 31 extends in the plane (YZ plane) direction. Therefore, since the light L10 from the laser diode 10 only needs to be incident within a region having a certain area, there is no need to bring the output end of the laser diode 10 and the optical waveguide member 30 very close to each other. Thereby, it is possible to suppress the phenomenon that the heat generated from the laser diode 10 propagates to the optical waveguide member 30 and the temperature of the optical waveguide member 30 increases.
  • An adhesive can be used to stably position the laser diode 10 on the inner wall surface 4a of the first recess 4 provided in the stem 3.
  • the adhesive before solidifying adheres to the first principal surface 30b of the optical waveguide member 30, typically in the region where the grating coupler 31 is formed, the progress of light in the grating coupler 31 It is expected that the directional conversion efficiency will decrease. From this point of view, a retreat area for the adhesive may be secured in advance in the light source device 1 (see FIGS. 9 and 10).
  • FIG. 9 and 10 are drawings schematically showing the configuration of a part of another embodiment of the light source device 1.
  • a separation region 61 is formed between a second end 30c, which is the end of the optical waveguide member 30 on the stem 3 side, and the main surface 3a of the stem 3.
  • the second end 30c of the stem 3 is retracted from the main surface 3a of the stem 3 toward the +Z side without contacting the main surface 3a of the stem 3.
  • the light source device 1 shown in FIG. 10 has a second recess 62 separate from the first recess 4 (see FIG. 2) at a portion of the main surface 3a of the stem 3.
  • a part of the second end 30c that is the end of the optical waveguide member 30 on the stem 3 side, more specifically, the second end 30c on the side where the grating coupler 31 is formed, is inside the second recess 62. It is spaced apart from the bottom surface 62a in the Z direction. Thereby, even if the adhesive before solidifying flows out from the inner wall surface 4a toward the main surface 3a of the stem 3, this flowing adhesive can be retained in the second recess 62.
  • the light L10 from the laser diode 10 has an angle with respect to the optical waveguide member 30, more specifically, with respect to the grating coupler 31. It is incident.
  • the traveling direction of all the light L10 incident on the grating coupler 31 is not changed, and there is a small amount of straight light. Therefore, as shown in FIG. 11 or 12, the light source device 1 may include a photodiode 63 that receives this straight light.
  • 11 and 12 are both cross-sectional views schematically showing the configuration of another embodiment of the light source device 1, similar to FIG. 1.
  • the photodiode 63 By placing the photodiode 63 at a position where it can receive a portion of the light L10 from the laser diode 10, it can be used for various controls depending on the amount of light received. As an example, the light output of the laser diode 10 may be controlled based on the amount of light received by the photodiode 63.
  • a photodiode 63 is formed on the main surface 5b of the heat sink 5, which is opposite to the main surface 5a on which the optical waveguide member 30 is formed.
  • a light guide path 65 is formed in a part of the heat sink 5 and penetrates in the X direction. The light that passes through the optical waveguide member 30 (more specifically, the grating coupler 31) and travels straight can be received by the photodiode 63 via the light guide path 65.
  • a photodiode 63 is formed on the second main surface 30d of the optical waveguide member 30, which is opposite to the first main surface 30b.
  • the photodiode 63 can receive the light that passes through the optical waveguide member 30 (more specifically, the grating coupler 31) and travels straight.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an optical waveguide member 30 included in the light source device 1 of this other embodiment, similar to FIG. 5.
  • Each planar waveguide 33 (33B, 33G, 33R) included in the optical waveguide member 30 shown in FIG. )
  • the light is guided to the first end 30a of the optical waveguide member 30 in a state where the mutual interval is narrower than when the light is incident on the optical waveguide member 30.
  • the combined light L1 emitted from the first end portion 30a is extracted from the light extraction window 43.
  • the plurality of laser diodes 10, 10, ... included in the light source device 1 include a laser diode 10B that emits blue light, a laser diode 10G that emits green light, and a laser diode 10R that emits red light. It was explained as including.
  • the emission wavelengths of the plurality of laser diodes 10, 10, . . . are not limited. That is, the present invention is generally applicable to a light source device 1 that includes a plurality of laser diodes 10, 10, . . . having different emission wavelengths.
  • CAN package type laser light source device 3 Stem 3a: Main surface of stem 4: First recess 4a: Inner wall surface 5: Heat sink 5a: Main surface of heat sink 5b: Main surface of heat sink 10, 10B, 10G, 10R: Laser diode 10a: Main surface of laser diode 12: Submount 14: Power supply pin 16: Bonding wire 30: Optical waveguide member 30a: First end portion 30b of optical waveguide member: First main surface 30c of optical waveguide member: Second end portion 30d of optical waveguide member: Second main surface 31, 31B, 31G, 31R of optical waveguide member: Grating coupler 33, 33B, 33G, 33R: Planar waveguide 33a: End portion 35 of planar waveguide: Substrate 36: Buried layer 37: Core layer 38: Cladding layer 39: Diffraction grating 41 : Cap 43 : Light extraction window 61 : Separation region 62 : Second recess 62a : Inner bottom surface 63 : Photodiode 65 :

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Abstract

複数の波長のレーザ光を合成して出射することのできる、簡易的な構造で、装置規模の小型化が可能な、光源装置を提供する。　光源装置は、ステムと、ステムに固定された発光波長の異なる複数のレーザダイオードと、ステムの主面上に配置されたヒートシンクと、ステムの主面とは非平行な面であるヒートシンクの主面上に配置された光導波部材と、光導波部材の第一主面に平行な第一方向に関してステムの主面から離れる領域の外周を覆うキャップと、キャップの一部箇所に設けられた光取出し窓とを備える。光導波部材は、複数のレーザダイオードからの光が入射されて光の進行方向を第一方向に変換するグレーティングカプラと、グレーティングカプラを通じて入射された光を光導波部材の光取出し窓に近い側の第一端部まで導光する、グレーティングカプラと一体化された平面導波路とを有する。

Description

ＣＡＮパッケージ型レーザ光源装置
　本発明はレーザ光源装置に関し、特に、ＣＡＮパッケージと呼ばれるタイプのパッケージに半導体レーザ素子が収容されてなる、レーザ光源装置に関する。
　異なる複数の波長の光を同一の光取出し窓から出射することのできる、レーザ光源装置が求められている。例えば、下記特許文献１には、複数のダイクロイックミラーを搭載して複数の波長のレーザ光を合波して出射する、ＣＡＮパッケージ型レーザ光源装置が開示されている。
　一方で、下記特許文献２に記載されているように、複数の波長の光を平面導波路を用いて合波する方法も知られている。
特許第６６２４８９９号公報 特許第５８１７０２２号公報
　特許文献１に記載された構造の場合、複数のダイクロイックミラーを搭載する必要があるため、装置構造が複雑化する。また、ダイクロイックミラーを用いて光の合成をする場合には、光を効率的に利用する観点から厳密な位置合わせが要求される。
　一方で、特許文献２に開示されているように平面導波路を用いて光を合波する場合には、ダイクロイックミラーを搭載して合波する場合と比べて、装置構成の簡素化が期待される。
　しかしながら、上記構成を採用しようとすると、パッケージの大型化を招くと共に、やはり精度よく光学的な位置合わせを行う必要がある。この点について、図１４～図１５を参照して説明する。
　図１４～図１５は、波長が相互に異なる複数のレーザダイオードからの光を、平面導波路を用いて合波して外部に取り出すよう設計された、光源装置１００を説明するための模式的な図面である。光源装置１００は、Ｘ方向に光Ｌ１０６が取り出されることが予定されており、Ｙ方向に複数のレーザダイオード１０３（１０３Ｂ、１０３Ｇ、１０３Ｒ）が配列されている。図１４～図１５では、Ｘ方向及びＹ方向の双方に直交する方向がＺ方向とされている。図１４は、光源装置１００をＸ-Ｚ平面で切断したときの模式的な断面図である。図１５は、光源装置１００の一部の要素をＺ方向に見たときの模式的な図面である。
　光源装置１００が備える複数のレーザダイオード１０３のうち、レーザダイオード１０３Ｂが青色光を、レーザダイオード１０３Ｇが緑色光を、レーザダイオード１０３Ｒが赤色光を、それぞれ発する。そして、平面導波路が形成された合波器１１０によって、各色の光が合波されて、光取出し窓１０６から合成光Ｌ１０６が、典型的には白色光として取り出される。
　図１４に示すように、例えばセラミック製のパッケージ１０５内に、レーザダイオード１０３及び合波器１１０が搭載されている。より詳細には、パッケージ１０５上に、光源冷却用のヒートシンク１０１が設置され、ヒートシンク１０１上において、サブマウント１０２及びレーザダイオード１０３が設置される。より具体的には、各色のレーザダイオード１０３及びそれに対応するサブマウント１０２が、Ｙ方向に離間して配列されている。
　レーザダイオード１０３から出射された光Ｌ１０３は、合波器１１０の所定の位置に入射される。より詳細には、図１５に示すように、レーザダイオード１０３Ｂは、合波器１１０上の第一導波路１２１が形成されている箇所に向けて、光を発する。同様に、レーザダイオード１０３Ｇは合波器１１０上の第二導波路１２２が形成されている箇所に向けて光を発し、レーザダイオード１０３Ｒは合波器１１０上の第三導波路１２３が形成されている箇所に向けて光を発する。
　第一導波路１２１を通じて導光されたレーザダイオード１０３Ｂからの青色光と、第二導波路１２２を通じて導光されたレーザダイオード１０３Ｇからの緑色光とは、第一合波部１１１の箇所で合波されて合成光となる。そして、この合成光と、第三導波路１２３を通じて導波されたレーザダイオード１０３Ｒからの赤色光とは、第二合波部１１２の箇所で合波される。更に、この例では、第一合波部１１１で得られた合成光と、第二合波部１１２で得られた合成光とが、第三合波部１１３において合波された後、光取出し窓１０６に導かれ、白色光である合成光Ｌ１０６として取り出される。
　図１４～図１５に示す光源装置１００の場合、各レーザダイオード１０３は、その出射端から出射されるそれぞれのレーザ光を、合波器１１０に形成された、対応する導波路内に入射させる必要がある。このため、光取り出し効率を高める観点からは、各レーザダイオード１０３の出射端のＺ方向の位置（高さ位置）と、合波器１１０に形成された対応する導波路のＺ方向の位置（高さ位置）を、精度よく調整する必要が生じる。
　また、図１４～図１５に示す光源装置１００の場合、各レーザダイオード１０３と合波器１１０とを、光取り出し方向（ここではＸ方向）に、直線的に配列させる必要が生じる。このため、パッケージ１０５はＸ方向に係る長さを十分確保する必要があり、光源装置１００の小型化への支障になり得る。
　本発明は、上記の課題に鑑み、複数の波長のレーザ光を合成して出射することのできる、簡易的な構造で、装置規模の小型化が可能な、光源装置を提供することを目的とする。
　本発明に係る光源装置は、ＣＡＮパッケージ型のレーザ光源装置であって、
　ステムと、
　前記ステムに固定された、発光波長の異なる複数のレーザダイオードと、
　前記ステムの主面上に配置されたヒートシンクと、
　前記ステムの主面とは非平行な面である、前記ヒートシンクの主面上に配置された、光導波部材と、
　前記光導波部材の第一主面に平行な第一方向に関して、前記ステムの主面から離れる領域の外周を覆うキャップと、
　前記キャップの一部箇所に設けられた光取出し窓とを備え、
　前記光導波部材は、
　　前記複数のレーザダイオードからの光が入射され、前記光の進行方向を前記第一方向に変換するグレーティングカプラと、
　　前記グレーティングカプラを通じて入射された光を、前記光導波部材の前記第一方向に係る端部のうちの前記光取出し窓に近い側の端部である第一端部まで導光する、前記グレーティングカプラと一体化された平面導波路と、を有することを特徴とする。
　上記の構造によれば、光導波部材が平面導波路とグレーティングカプラとを一体的に備えており、このグレーティングカプラによって、レーザダイオードからの出射光の進行方向が、光導波部材の主面（第一主面）に平行な方向（第一方向）に変換される。このため、レーザダイオードと平面導波路とを直線的に配置する必要がなく、装置規模の小型化が可能となる。
　更に、各レーザダイオードは、光導波部材に形成されたグレーティングカプラに対して光が入射できるように配置すればよい。このため、各レーザダイオードの出射端面と、平面導波路の入射端面との精密な位置合わせが不要となる。
　ところで、図１４～図１５を参照して上述した光源装置１００の場合、各レーザダイオード１０３（１０３Ｂ，１０３Ｇ，１０３Ｒ）からの出射光を、効率的に平面導波路（１２１，１２２，１２３）に導く観点からは、両者の離間距離（より詳細にはＸ方向に係る離間距離）を短くして、両者をできるだけ近づけるのが好ましい。しかしながら、レーザダイオード１０３と、平面導波路（１２１，１２２，１２３）が形成されている合波器１１０とを近接させると、各レーザダイオード１０３からの熱が合波器１１０に伝搬されやすくなる。この結果、合波器１１０の温度が上昇しやすくなり、各波長の光の合成効率（結合効率）が低下するおそれがある。
　一方で、各レーザダイオード１０３と合波器１１０との離間距離を確保しつつ、各レーザダイオード１０３からの光を効率的に各平面導波路（１２１，１２２，１２３）に導くために、各レーザダイオード１０３と合波器１１０との間に、レンズ等の光学部材を配置する方法も考えられる。しかし、この方法を採用するには、光学部材の配置スペースを確保する必要がある上、各レーザダイオード１０３と光学部材との間の位置調整、及び光学部材と合波器１１０との位置調整が必要となる。
　これに対し、上記構造の光源装置の場合、前記のとおり、各レーザダイオードからの光は、グレーティングカプラの入射面に対して入射されればよい。グレーティングカプラは、面方向にある程度の拡がりを有した状態で形成できるため、光導波部材と各レーザダイオードとを光軸方向に著しく近接させる必要はない。このため、各レーザダイオードから発せられる熱が光導波部材に与える影響を小さくできる。
　更に、上記の構造によれば、光導波部材が搭載されているヒートシンクと、レーザダイオードとが、同一のステムに固定される。これにより、レーザダイオードと光導波部材の両者を共通のステムによって冷却できるため、冷却性能を確保しながらも、装置規模の小型化が実現できる。
　前記複数のレーザダイオードは、前記ステムの主面に対して傾斜して配置されているものとしても構わない。より詳細には、ステムの主面から見て光取出し窓が存在する方向を「上方」と規定すると、複数のレーザダイオードからの光が、グレーティングカプラに対して、斜め下方から入射されるものとしてもよい。典型的な例としては、グレーティングカプラの光入射面、言い換えれば光導波部材の第一主面と、複数のレーザダイオードの光出射端面とのなす角度は、４５°以上９０°未満とすることができる。
　前記ステムは、前記ステムの主面の一部箇所に形成された、前記主面に対して傾斜した内壁面を含む第一凹部を有し、
　前記複数のレーザダイオードは、前記第一凹部の前記内壁面に沿って配置されているものとしても構わない。
　上記構造によれば、レーザダイオードを前記第一凹部の前記内壁面上に配置するだけで、光導波部材に形成されたグレーティングカプラに対して、斜め下方から光を入射することができる。
　レーザダイオードを前記内壁面上に固定するに際しては、接着剤を用いる方法を採用することができる。このとき、仮に、固化する前の接着剤がレーザダイオードの底面から周囲に広がってグレーティングカプラの形成箇所に付着すると、光導波部材側に取り込まれる光量が低下する可能性がある。このため、接着剤が周囲に流れ出た場合であっても、グレーティングカプラを含む光導波部材に付着しないような、構造上の工夫が施されていても構わない。
　具体的な一例としては、前記光導波部材の前記第一方向に係る端部のうちの、前記第一端部とは反対側の第二端部が、前記ステムの主面から前記第一方向に関して離間しているものとしても構わない。
　この場合、ステムの主面に接着剤が広がったとしても、ステムの主面と光導波部材のステム側の端部（第二端部）とが第一方向に離間しているため、接着剤が光導波部材に付着しにくくなる。
　具体的な別の一例として、前記ステムは、前記主面の一部箇所であって、前記第一凹部が形成されている箇所とは別の箇所に第二凹部を有し、
　前記光導波部材の前記第一方向に係る端部のうちの、前記第一端部とは反対側の第二端部の少なくとも一部は、前記第二凹部の内底面から前記第一方向に関して離間しているものとしても構わない。
　この場合、ステムの主面に接着剤が広がったとしても、接着剤が第二凹部内に収容されやすくなる。ステムの第二凹部の内底面と光導波部材のステム側の端部（第二端部）とは第一方向に離間しているため、接着剤が光導波部材に付着しにくくなる。
　前記レーザ光源装置は、前記光導波部材の主面であって前記第一主面とは反対側である第二主面上、又は前記第二主面を基準として前記光導波部材から離れる側に配置された、フォトダイオードを備えるものとしても構わない。
　上記のとおり、レーザダイオードからの光は、前記光導波部材に形成されたグレーティングカプラの入射面に対して、斜め方向から入射される。このとき、グレーティングカプラは、入射された光の多くを光導波部材の主面（第一主面）に平行な方向（第一方向）に変換するが、一部のわずかな光は進行方向が変換されることなくグレーティングカプラを透過してそのまま直進する。上記の構成によれば、この強度の低い直進光をフォトダイオードで受光できるため、この受光量の値を種々の制御に利用することが可能となる。例えば、フォトダイオードにおける受光量に基づいて、レーザダイオードの光出力をフィードバック制御することができる。
　前記第一方向に見て、前記光取出し窓の中央部、前記平面導波路の前記光取出し窓側の端部、及び前記ステムの主面の中央部が、重なり合うものとしても構わない。これにより、光取出し窓のほぼ中央付近から、波長の異なる複数のレーザダイオードからの光が同時に取り出されることとなる。よって、光取出し窓から取り出された光を利用するための光学系の配置や取り扱いが容易化される。
　ここで、「前記光取出し窓の中央部」とは、光取出し窓の中心位置を基準として、光取出し窓の内径の１０％の半径で形成された仮想円内の領域を指す。同様に、「前記ステムの主面の中央部」とは、ステムの主面の中心位置を基準として、ステムの主面の外径の１０％の半径で形成された仮想円内の領域を指す。
　前記平面導波路は、前記複数のレーザダイオードからの光を合波した状態で前記第一端部まで導光するものとしても構わない。別の例として、前記平面導波路は、前記複数のレーザダイオードからの光を、前記グレーティングカプラへの入射時よりも相互の間隔を狭小化した状態で、個別に前記第一端部まで導光するものとしても構わない。いずれの構成においても、光取出し窓から、波長の異なる複数のレーザダイオードからの光が同時に取り出される。例えば、複数のレーザダイオードが、青色光を発するレーザダイオード、緑色光を発するレーザダイオード、及び赤色光を発するレーザダイオードを含むことで、光取出し窓から白色光を取り出すことができる。
　本発明によれば、簡易的な構造によって、複数の波長のレーザ光を合成して出射することのできる、ＣＡＮパッケージ型のレーザ光源装置が実現される。
本発明に係るＣＡＮパッケージ型のレーザ光源装置１の構成を模式的に示す断面図である。 図１からレーザダイオード１０の近傍を拡大した模式図である。 図２からレーザダイオード１０及びサブマウント１２の図示を省略した図面である。 光導波部材３０をＸ方向に見たときの模式的な平面図であり、一部の図示が省略されている。 光導波部材３０をＸ方向に見たときの模式的な平面図であり、光取出し窓４３と共に図示されている。 光導波部材３０をＸ-Ｚ平面で切断したときの模式的な断面図である。 レーザダイオード１０から出射された光が、光取出し窓４３から取り出されるまでの進行の過程を模式的に示す図面である。 ステム３、平面導波路３３、及び光取出し窓４３の、Ｘ-Ｙ平面上における位置関係を説明するための図面である。 レーザ光源装置１の別実施形態の一部分の構成を模式的に示す図面である。 レーザ光源装置１の別実施形態の一部分の構成を模式的に示す別の図面である。 レーザ光源装置１の別実施形態の構成を模式的に示す断面図である。 レーザ光源装置１の別実施形態の構成を模式的に示す別の断面図である。 レーザ光源装置１の別実施形態が備える光導波部材３０をＸ方向に見たときの模式的な平面図であり、光取出し窓４３と共に図示されている。 レーザダイオードと合波器とが直線上に配列されてなる光源装置の構成を模式的に示す断面図である。 レーザダイオードと合波器とが直線上に配列されてなる光源装置の構成を模式的に示す平面図である。
　本発明に係るＣＡＮパッケージ型レーザ光源装置の各実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の図面はいずれも模式的に示されたものであり、図面上の寸法比は実際の寸法比と一致しておらず、各図面間においても寸法比は必ずしも一致していない。
　図１は、ＣＡＮパッケージ型レーザ光源装置１（以下、単に「光源装置１」と略記される。）の構成を模式的に示す断面図である。光源装置１は、ステム３と、ステム３に固定された複数のレーザダイオード１０，１０，…を備える。なお、複数のレーザダイオード１０，１０，…は、図１内のＹ方向に沿って配列されているが、図示の都合上、図１には単一のレーザダイオード１０のみが表示されている。また、本実施形態では、後述する図４に示すように、複数のレーザダイオード１０，１０，…は、青色光を発するレーザダイオード１０Ｂ、緑色光を発するレーザダイオード１０Ｇ、及び赤色光を発するレーザダイオード１０Ｒを含んで構成されている。
　光源装置１は、更に、ステム３の主面３ａ上に配置されたヒートシンク５と、ヒートシンク５の主面５ａ上に配置された光導波部材３０とを備える。図１に示すように、ヒートシンク５の主面５ａと、ステム３の主面３ａとは非平行である。
　光源装置１は、更にキャップ４１と、キャップ４１の一部箇所に設けられた光取出し窓４３とを備える。キャップ４１は、ステム３の主面３ａの＋Ｚ側の領域を覆うように、より具体的には、ヒートシンク５、光導波部材３０、及びレーザダイオード１０，１０，…を覆うように配置されている。つまり、キャップ４１で覆われた空間内に、ヒートシンク５、光導波部材３０、及びレーザダイオード１０，１０，…が配置されている。
　キャップ４１の底部は、ステム３の主面３ａに接合される。この接合に際し、典型的には抵抗溶接が利用されるため、ステム３は、抵抗溶接が可能で、且つ比較的熱伝導性の高い材料、具体的には、鉄、鉄合金等が用いられる。ただし、ステム３の材料は限定されず、鉄や鉄合金よりも熱伝導性の高い材料で形成されていても構わない。キャップ４１がステム３の主面３ａに接合されることでキャップ４１の内側空間が気密封止され、レーザダイオード１０，１０，…やボンディングワイヤ１６等が保護されている。
　ステム３の一部箇所には、絶縁部材によって相互に電気的に接続された一対の給電ピン１４，１４が挿通されている。図１には一本の給電ピン１４のみが図示されているが、一対の給電ピン１４，１４は例えばＹ方向に並べられているものとして構わない。給電ピン１４には給電用のボンディングワイヤ１６が接続されている。ボンディングワイヤ１６の、給電ピン１４とは反対側の端部は、レーザダイオード１０の給電領域に接続される。
　ヒートシンク５は、典型的にはステム３よりも熱伝導性の高い材料で形成されており、例えば銅や、銅合金等が用いられる。光導波部材３０が、ヒートシンク５の主面５ａ上に載置されることで、光導波部材３０内を光が伝搬することで生じる熱が、ヒートシンク５を介してステム３側へと排熱される。
　本実施形態において、レーザダイオード１０は、ステム３の主面３ａに対して傾斜した面上に設置されている。この点について、図２及び図３を参照して説明する。図２は、図１からレーザダイオード１０の近傍を拡大した模式図に対応し、図３は、図２からレーザダイオード１０及びサブマウント１２の図示を省略した図面に対応する。
　図３に示すように、ステム３は、一部箇所において主面３ａから－Ｚ側に彫り込まれた第一凹部４を有する。第一凹部４は、ステム３の主面３ａに対して傾斜した内壁面４ａを含む。図２に示すように、サブマウント１２及びレーザダイオード１０は、この傾斜した内壁面４ａ上に載置されている。つまり、レーザダイオード１０の主面１０ａは、ステム３の主面３ａに対して傾斜している。
　図１に戻り説明を続ける。給電ピン１４及びボンディングワイヤ１６を介してレーザダイオード１０に電圧が印加されると、レーザダイオード１０が発光する。レーザダイオード１０からの光は、光導波部材３０上の所定の領域に入射される。図２及び図３を参照して説明したように、レーザダイオード１０は傾斜した内壁面４ａの上面に設置されているため、＋Ｚ方向を「上方」と定義すると、レーザダイオード１０からの光Ｌ１０は、斜め上方に向かって進行して光導波部材３０に入射する。
　光導波部材３０は、光の進行方向を変換するグレーティングカプラ３１と、光を伝搬する平面導波路３３とが形成された部材である（図４，図５参照）。図４及び図５は、光導波部材３０をＸ方向に見たときの模式的な平面図である。なお、図示の都合上、図４と図５とでは、相互に図示の方向が異なっている。また、図６は、光導波部材３０をＸ-Ｚ平面で切断したときの模式的な断面図である。
　図６に示すように、光導波部材３０は、例えばＳｉからなる基板３５と、この基板３５上に形成された、埋込層３６、コア層３７、及びクラッド層３８とを備える。埋込層３６は、例えばＳｉＯ2（屈折率１．４４）からなる。コア層３７は、埋込層３６よりも屈折率の高い材料で形成されており、例えばＳｉＯＮ（屈折率１．４８）からなる。クラッド層３８は、コア層３７よりも屈折率が低い材料からなり、例えば埋込層３６と同じくＳｉＯ2で形成されている。
　光導波部材３０は、レーザダイオード１０が配置されている側、すなわち－Ｚ側の領域に、グレーティングカプラ３１を有する。具体的には、この領域にはコア層３７に回折格子３９が形成されている。回折格子３９は、コア層３７に対して、Ｚ方向に関し周期的な凹凸加工を施すことで得られる。凹凸の深さ、周期、凸部の幅を適宜調整することにより、入射光の進行方向を所望の方向に変換することが可能となる。
　図４及び図５に示すように、本実施形態において、光導波部材３０は、各レーザダイオード１０（１０Ｂ，１０Ｇ，１０Ｒ）に対応してＹ方向に配列された、複数のグレーティングカプラ３１（３１Ｂ，３１Ｇ，３１Ｒ）を有する。レーザダイオード１０Ｂからの出射光Ｌ１０Ｂはグレーティングカプラ３１Ｂに入射され、レーザダイオード１０Ｇからの出射光Ｌ１０Ｇはグレーティングカプラ３１Ｇに入射され、レーザダイオード１０Ｒからの出射光Ｌ１０Ｒはグレーティングカプラ３１Ｒに入射される。
　各グレーティングカプラ３１（３１Ｂ，３１Ｇ，３１Ｒ）は、それぞれ平面導波路３３に連絡されている。平面導波路３３は、コア層３７とクラッド層３８との間で全反射を繰り返しながら＋Ｚ方向に光を伝搬するように形成されている。図４及び図５に示すように、光導波部材３０は、各グレーティングカプラ３１（３１Ｂ，３１Ｇ，３１Ｒ）に対応してＹ方向に配列された、複数の平面導波路３３（３３Ｂ，３３Ｇ，３３Ｒ）を有する。
　すなわち、レーザダイオード１０Ｂからの出射光Ｌ１０Ｂは、グレーティングカプラ３１Ｂによって進行方向が変換された後、平面導波路３３Ｂ内を導光する。同様に、レーザダイオード１０Ｇからの出射光Ｌ１０Ｇは、グレーティングカプラ３１Ｇによって進行方向が変換された後、平面導波路３３Ｇ内を導光し、レーザダイオード１０Ｒからの出射光Ｌ１０Ｒは、グレーティングカプラ３１Ｒによって進行方向が変換された後、平面導波路３３Ｒ内をＺ方向に導光される。なお、ここでいうＺ方向が「第一方向」に対応する。
　このような光導波部材３０は、所望の形状を有するグレーティングカプラ３１及び平面導波路３３が実現できるように設計されたフォトマスクを用いて、リソグラフィ及びエッチングの技術を利用して製造できる。
　図５に示す例では、平面導波路３３Ｂを伝搬する青色光、平面導波路３３Ｇを伝搬する緑色光、及び平面導波路３３Ｒを伝搬する赤色光が合波されて、光取出し窓４３が配置されている＋Ｚ側の第一端部３０ａまで導光される。そして、光取出し窓４３から、合成光として光Ｌ１が取り出される。
　図７は、レーザダイオード１０から出射された光Ｌ１０が、光取出し窓４３から取り出されるまでの進行の過程を模式的に示す図面である。上述したように、レーザダイオード１０の主面１０ａは、ステム３の主面３ａに対して傾斜しているため、レーザダイオード１０からの光Ｌ１０は、グレーティングカプラ３１の光入射面に対して、斜め方向から角度を有して入射される。この入射角度は、例えば０°より大きく４５°以下である。すなわち、レーザダイオード１０の主面１０ａと、光導波部材３０の第一主面３０ｂとのなす角度は、４５°以上９０°未満である。
　グレーティングカプラ３１に入射された光Ｌ１０は、進行方向を＋Ｚ方向に変換された後、平面導波路３３に導かれる。そして、光Ｌ１０は、平面導波路３３内を＋Ｚ方向に伝搬した後、光Ｌ１として光取出し窓４３より外側に取り出される。
　ここで、Ｚ方向に見たときに、平面導波路３３の＋Ｚ側の端部３３ａは、光取出し窓４３の中心位置の近傍になるように設計されるのが好ましい。図８は、ステム３、平面導波路３３、及び光取出し窓４３の、Ｘ-Ｙ平面上における位置関係を説明するための図面である。Ｚ方向から見て、ステム３の中央部、平面導波路３３の＋Ｚ側の端部３３ａ、及び光取出し窓４３の中央部が相互に重なり合うように配置されるのが好適である。これにより、光取出し窓４３の中央部から合成光としての光Ｌ１が＋Ｚ方向に取り出されるため、この光Ｌ１を利用する側の光学部材の位置調整が容易化される。
　図１を参照して上述したように、グレーティングカプラ３１及び平面導波路３３が形成された光導波部材３０は、ヒートシンク５の主面５ａ上に配置されており、このヒートシンク５はステム３の主面３ａ上に配置されている（図７も参照）。これにより、光導波部材３０内を光が伝搬することにより生じる熱を、ヒートシンク５を介してステム３側に効率的に排熱できる。また、光源装置１は、レーザダイオード１０から出射される光Ｌ１０を、グレーティングカプラ３１に入射させる構成である。グレーティングカプラ３１は図４及び図５に模式的に示すように、面（Ｙ-Ｚ平面）方向に拡がりを有している。このため、レーザダイオード１０からの光Ｌ１０は、ある程度の面積を有する領域内に入射できればよいため、レーザダイオード１０の出射端と光導波部材３０とを極めて接近させる必要がない。これにより、レーザダイオード１０から生じる熱が光導波部材３０に伝搬して光導波部材３０が高温化するという現象の発現を抑制できる。
　［別実施形態］
　以下、別実施形態につき説明する。
　〈１〉レーザダイオード１０を、ステム３に設けられた第一凹部４の内壁面４ａ上に安定的に位置させる際に、接着剤を利用することができる。ここで、仮に固化する前の接着剤が、光導波部材３０の第一主面３０ｂに、典型的にはグレーティングカプラ３１が形成されている領域の面に付着すると、グレーティングカプラ３１における光の進行方向の変換効率が低下することが予想される。かかる観点から、光源装置１には、予め接着剤の退避領域が確保されていても構わない（図９、図１０参照）。
　図９及び図１０は、光源装置１の別実施形態の一部分の構成を模式的に示す図面である。図９に示す光源装置１は、光導波部材３０のステム３側の端部である第二端部３０ｃと、ステム３の主面３ａとの間に、離間領域６１が形成されている。言い換えれば、ステム３の第二端部３０ｃは、ステム３の主面３ａには接触せずに、ステム３の主面３ａから＋Ｚ側に退避している。これにより、仮に固化する前の接着剤が傾斜した内壁面４ａからステム３の主面３ａ側に流れ出たとしても、この流れ出た接着剤を離間領域６１内に留めることができる。
　図１０に示す光源装置１は、ステム３の主面３ａの一部箇所に、第一凹部４（図２参照）とは別の第二凹部６２を有する。光導波部材３０のステム３側の端部である第二端部３０ｃの一部、より詳細には、グレーティングカプラ３１が形成されている側の第二端部３０ｃは、第二凹部６２の内底面６２ａに対してＺ方向に離間している。これにより、仮に、固化する前の接着剤が内壁面４ａからステム３の主面３ａ側に流れ出たとしても、この流れ出た接着剤を第二凹部６２内に留めることができる。
　〈２〉上述したように、上記実施形態の光源装置１では、レーザダイオード１０からの光Ｌ１０が、光導波部材３０に対して、より詳細にはグレーティングカプラ３１に対して、角度を有して入射される。ここで、グレーティングカプラ３１に入射された光Ｌ１０の全てが進行方向が変換されるわけではなく、わずかな直進光が存在する。よって、図１１又は図１２に示すように、光源装置１が、この直進光を受光するフォトダイオード６３を備えるものとしても構わない。図１１及び図１２は、いずれも光源装置１の別実施形態の構成を、図１にならって模式的に示す断面図である。
　フォトダイオード６３が、レーザダイオード１０からの光Ｌ１０の一部を受光可能な位置に配置されることで、受光量に応じた種々の制御に利用することができる。一例として、フォトダイオード６３で受光した光量に基づいてレーザダイオード１０の光出力を制御するものとしても構わない。
　図１１に示す態様では、ヒートシンク５の光導波部材３０が形成されている側の主面５ａとは反対側の主面５ｂに、フォトダイオード６３が形成されている。ヒートシンク５の一部には、Ｘ方向に貫通する導光経路６５が形成されている。光導波部材３０（より詳細にはグレーティングカプラ３１）を透過して直進する光を、導光経路６５を介してフォトダイオード６３によって受光できる。
　図１２に示す態様では、光導波部材３０の第一主面３０ｂとは反対側の第二主面３０ｄに、フォトダイオード６３が形成されている。光導波部材３０（より詳細にはグレーティングカプラ３１）を透過して直進する光を、フォトダイオード６３によって受光できる。
　〈３〉上記実施形態では、図５を参照して上述したように、平面導波路３３Ｂを伝搬する青色光、平面導波路３３Ｇを伝搬する緑色光、及び平面導波路３３Ｒを伝搬する赤色光が合波され、光取出し窓４３から合成光として光Ｌ１が取り出されるものとした。これに対し、平面導波路３３Ｂを伝搬する青色光、平面導波路３３Ｇを伝搬する緑色光、及び平面導波路３３Ｒを伝搬する赤色光は、それぞれ合波されることなく、同一の光取出し窓４３から合成光として光Ｌ１が取り出されるものとしても構わない（図１３参照）。図１３は、この別実施形態の光源装置１が備える光導波部材３０を、図５にならって示す図面である。
　図１３に示す光導波部材３０が備える各平面導波路３３（３３Ｂ，３３Ｇ，３３Ｒ）は、各レーザダイオード１０からの光Ｌ１０（Ｌ１０Ｂ，Ｌ１０Ｇ，Ｌ１０Ｒ）を、グレーティングカプラ３１（３１Ｂ，３１Ｇ，３１Ｒ）への入射時よりも相互の間隔を狭小化した状態で、光導波部材３０の第一端部３０ａまで導光する。そして、第一端部３０ａから出射された合成光Ｌ１が、光取出し窓４３から取り出される。
　〈４〉上記各実施形態では、光源装置１が備える複数のレーザダイオード１０，１０，…として、青色光を発するレーザダイオード１０Ｂ、緑色光を発するレーザダイオード１０Ｇ、及び赤色光を発するレーザダイオード１０Ｒを含むものとして説明した。しかし、本発明において、複数のレーザダイオード１０，１０，…の発光波長には限定されない。
すなわち、本発明は、一般的に発光波長の異なる複数のレーザダイオード１０，１０，…を備える光源装置１に対して適用可能である。
１　　　　：ＣＡＮパッケージ型レーザ光源装置
３　　　　：ステム
３ａ　　　：ステムの主面
４　　　　：第一凹部
４ａ　　　：内壁面
５　　　　：ヒートシンク
５ａ　　　：ヒートシンクの主面
５ｂ　　　：ヒートシンクの主面
１０，１０Ｂ，１０Ｇ，１０Ｒ　　　：レーザダイオード
１０ａ　　：レーザダイオードの主面
１２　　　：サブマウント
１４　　　：給電ピン
１６　　　：ボンディングワイヤ
３０　　　：光導波部材
３０ａ　　：光導波部材の第一端部
３０ｂ　　：光導波部材の第一主面
３０ｃ　　：光導波部材の第二端部
３０ｄ　　：光導波部材の第二主面
３１，３１Ｂ，３１Ｇ，３１Ｒ　　　：グレーティングカプラ
３３，３３Ｂ，３３Ｇ，３３Ｒ　　　：平面導波路
３３ａ　　：平面導波路の端部
３５　　　：基板
３６　　　：埋込層
３７　　　：コア層
３８　　　：クラッド層
３９　　　：回折格子
４１　　　：キャップ
４３　　　：光取出し窓
６１　　　：離間領域
６２　　　：第二凹部
６２ａ　　：内底面
６３　　　：フォトダイオード
６５　　　：導光経路
１００　　：光源装置
１０１　　：ヒートシンク
１０２　　：サブマウント
１０３　　：レーザダイオード
１０３Ｂ　：レーザダイオード
１０３Ｇ　：レーザダイオード
１０３Ｒ　：レーザダイオード
１０５　　：パッケージ
１０６　　：光取出し窓
１１０　　：合波器
１１１　　：第一合波部
１１２　　：第二合波部
１１３　　：第三合波部
１２１　　：第一導波路
１２２　　：第二導波路
１２３　　：第三導波路
Ｌ１　　　：光取出し窓からの放射光
Ｌ１０　　：レーザダイオードからの出射光
 

Claims (9)

  1. 　ステムと、
    　前記ステムに固定された、発光波長の異なる複数のレーザダイオードと、
    　前記ステムの主面上に配置されたヒートシンクと、
    　前記ステムの主面とは非平行な面である、前記ヒートシンクの主面上に配置された、光導波部材と、
    　前記光導波部材の第一主面に平行な第一方向に関して、前記ステムの主面から離れる領域の外周を覆うキャップと、
    　前記キャップの一部箇所に設けられた光取出し窓とを備え、
    　前記光導波部材は、
    　　前記複数のレーザダイオードからの光が入射され、前記光の進行方向を前記第一方向に変換するグレーティングカプラと、
    　　前記グレーティングカプラを通じて入射された光を、前記光導波部材の前記第一方向に係る端部のうちの前記光取出し窓に近い側の端部である第一端部まで導光する、前記グレーティングカプラと一体化された平面導波路と、を有することを特徴とする、ＣＡＮパッケージ型レーザ光源装置。
  2. 　前記複数のレーザダイオードは、前記ステムの主面に対して傾斜して配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のＣＡＮパッケージ型レーザ光源装置。
  3. 　前記ステムは、前記ステムの主面の一部箇所に形成された、前記ステムの主面に対して傾斜した内壁面を含む第一凹部を有し、
    　前記複数のレーザダイオードは、前記第一凹部の前記内壁面に沿って配置されていることを特徴とする、請求項２に記載のＣＡＮパッケージ型レーザ光源装置。
  4. 　前記光導波部材の前記第一方向に係る端部のうちの、前記第一端部とは反対側の第二端部は、前記ステムの主面から前記第一方向に関して離間していることを特徴とする、請求項３に記載のＣＡＮパッケージ型レーザ光源装置。
  5. 　前記ステムは、前記ステムの主面の一部箇所であって、前記第一凹部が形成されている箇所とは別の箇所に第二凹部を有し、
    　前記光導波部材の前記第一方向に係る端部のうちの、前記第一端部とは反対側の第二端部の少なくとも一部は、前記第二凹部の内底面から前記第一方向に関して離間していることを特徴とする、請求項３に記載のＣＡＮパッケージ型レーザ光源装置。
  6. 　前記光導波部材の主面であって前記第一主面とは反対側である第二主面上、又は前記第二主面を基準として前記光導波部材から離れる側に配置された、フォトダイオードを備えることを特徴とする、請求項２に記載のＣＡＮパッケージ型レーザ光源装置。
  7. 　前記第一方向に見て、前記光取出し窓の中央部、前記平面導波路の前記光取出し窓側の端部、及び前記ステムの主面の中央部が、重なり合うことを特徴とする、請求項１～６のいずれか１項に記載の、ＣＡＮパッケージ型レーザ光源装置。
  8. 　前記平面導波路は、前記複数のレーザダイオードからの光を合波した状態で前記第一端部まで導光することを特徴とする、請求項７に記載の、ＣＡＮパッケージ型レーザ光源装置。
  9. 　前記平面導波路は、前記複数のレーザダイオードからの光を、前記グレーティングカプラへの入射時よりも相互の間隔を狭小化した状態で、個別に前記第一端部まで導光することを特徴とする、請求項７に記載の、ＣＡＮパッケージ型レーザ光源装置。
     
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