光束組合器、光束組合方法以及激光二極管模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及對多個(gè)激光束進(jìn)行光束組合的光束組合器以及光束組合方法。另外， 還涉及具有這樣的光束組合器的激光二極管模塊。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了將從LD(LaserDiode:激光二極管）元件（半導(dǎo)體激光元件）出射的激光束 與光纖耦合，廣泛使用激光二極管模塊。在這樣的激光二極管模塊中，作為將從多個(gè)激光二 極管元件各自出射的激光束導(dǎo)入光纖的導(dǎo)光裝置，公知有專利文獻(xiàn)1所記載的微型光學(xué)裝 置。
[0003] 圖12是專利文獻(xiàn)1所記載的微型光學(xué)裝置10的立體圖。如圖12所示，微型光學(xué) 裝置1〇具備：基板11、LD條12、圓柱透鏡13、第一鏡列14以及第二鏡列15。
[0004] LD條12具備沿X軸排列的多個(gè)LD元件，并從各LD元件向z軸正方向出射激光 束。從各LD元件向z軸正方向出射的激光束的光軸在平行于ZX面的第一平面內(nèi)沿X軸排 列。
[0005] 此外，從各LD元件出射的激光束的傳播方向以z軸正方向?yàn)橹行南颉?X方向分 散。因此，在微型光學(xué)裝置10中，采用通過以與LD條12的出射端面對置的方式配置的圓 柱透鏡13來對從各LD元件出射的激光束進(jìn)行準(zhǔn)直（使傳播方向向z軸正方向收斂）的結(jié) 構(gòu)。
[0006] 第一鏡列14是與構(gòu)成LD條12的各LD元件對置的鏡面14a-體化而形成的。從 各LD元件向z軸正方向出射的激光束被與該LD元件對置的鏡面14a向y軸正方向反射。 另外，第二鏡列15是與構(gòu)成第一鏡列14的各鏡面14a對置的鏡面15a-體化而形成的。 被各鏡面14a向y軸正方向反射的激光束被與該鏡面14a對置的鏡面15a向X軸正方向反 射。
[0007] 此外，對自從X軸正方向側(cè)開始數(shù)的第i+1個(gè)LD元件出射的激光束進(jìn)行反射的鏡 面14a、15a配置于比對自從X軸正方向側(cè)開始數(shù)的第i個(gè)LD元件出射的激光束進(jìn)行反射 的鏡面14a、15b更靠z軸負(fù)方向側(cè)的位置。因此，被各鏡面15a向X軸正方向反射的激光 束的光軸在與zx平面平行的第二平面內(nèi)沿z軸排列，且該第二平面位于比上述第一平面更 靠y軸正方向側(cè)的位置。
[0008] 這樣一來，微型光學(xué)裝置10具有將從構(gòu)成LD條12的各LD元件出射且向Z軸正 方向傳播的激光束所構(gòu)成的第一射束轉(zhuǎn)換為被構(gòu)成第二鏡列15的各鏡面15a反射且沿X 軸方向傳播的激光束所構(gòu)成的第二射束的功能。
[0009] 在具備微型光學(xué)裝置10的LD模塊中，從微型光學(xué)裝置10輸出的第二射束（以下， 稱為"輸出射束"）經(jīng)F軸合束透鏡而被合束。而且，被F軸合束透鏡合束后的輸出射束從 配置于構(gòu)成該輸出射束的激光束的交叉點(diǎn)即F軸合束透鏡的焦點(diǎn)的入射端面向光纖入射。 此外，構(gòu)成輸出射束的激光束、即被構(gòu)成第二鏡列15的各鏡面15a反射后的激光束的光軸 相互平行。
[0010] 專利文獻(xiàn)I:日本公開專利公報(bào)"日本特開2004-252428號公報(bào)"（公開日：2004年 9月9日）
[0011] 為了實(shí)現(xiàn)LD模塊的小型化，通過縮小F軸合束透鏡的曲率半徑來縮短F軸合束透 鏡的焦距即可。這是因?yàn)?，由此能夠使光纖的入射端面接近F軸合束透鏡。然而，若縮小F 軸合束透鏡的曲率半徑，則透過F軸合束透鏡的激光束向光纖的入射角變大，其結(jié)果是，產(chǎn) 生耦合效率降低的問題。這是因?yàn)椋谕高^F軸合束透鏡的激光束中，入射角超過光纖的受 光角的激光束無法被封閉在光纖的內(nèi)芯，會(huì)成為損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明是鑒于這樣的問題而完成的，其目的在于實(shí)現(xiàn)LD模塊的小型化，而不犧牲 耦合效率。另外，還在于實(shí)現(xiàn)為此所需要的光束組合器。
[0013] 為了解決上述課題，本發(fā)明所涉及的光束組合器的特征在于，具備：輸出部，其輸 出由光軸包含在單一平面的多個(gè)激光束構(gòu)成的射束，且各激光束的F軸不與上述單一平面 正交；合束透鏡，其對從上述輸出部輸出的射束進(jìn)行合束，構(gòu)成從上述輸出部輸出的、且被 上述合束透鏡合束之前的射束的各激光束的光軸的延長線交叉于1點(diǎn)，構(gòu)成被上述合束透 鏡合束之后的射束的各激光束交叉的交叉點(diǎn)形成于比上述合束透鏡的焦點(diǎn)更靠近上述合 束透鏡的位置。
[0014] 為了解決上述課題，本發(fā)明所涉及的光束組合方法的特征在于，包括如下工序：輸 出工序，輸出由光軸包含在單一平面的多個(gè)激光束構(gòu)成射束，且各激光束的F軸不與上述 單一平面正交；合束工序，通過合束透鏡對在上述輸出工序輸出的射束進(jìn)行合束，構(gòu)成經(jīng)所 述輸出工序輸出但尚未經(jīng)所述合束工序合束之前的射束的各激光束的光軸的延長線交叉 于1點(diǎn)，構(gòu)成在經(jīng)所述合束工序合束之后的射束的各激光束交叉的交叉點(diǎn)形成于比所述合 束透鏡的焦點(diǎn)更靠近所述合束透鏡的位置。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明，通過在LD模塊搭載上述光束組合器能夠?qū)崿F(xiàn)該LD模塊的小型化。
【附圖說明】
[0016] 圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的LD模塊的結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0017] 圖2是表示圖1所示的LD模塊所具備的單位光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的立體圖。
[0018] 圖3是表示圖1所示的LD模塊所具備的雙反射鏡的結(jié)構(gòu)的立體圖。
[0019] 圖4是用于對利用圖3所示的雙反射鏡所具備的第二反射鏡的輕微旋轉(zhuǎn)來使各輸 出光束的傳播方向輕微旋轉(zhuǎn)時(shí)的第二反射鏡的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行說明的圖。
[0020] 圖5是用于對實(shí)施圖4所示的輸出光束的傳播方向的輕微旋轉(zhuǎn)時(shí)，各輸出光束在 比F軸合束透鏡更靠X軸正方向側(cè)的一點(diǎn)交叉的條件進(jìn)行說明的圖。
[0021] 圖6是表示改變第二反射鏡的旋轉(zhuǎn)角度的情況下的、輸出射束向光纖的耦合效率 相對于F軸合束透鏡的曲率半徑的圖。
[0022] 圖7是表示改變第二反射鏡的旋轉(zhuǎn)角度的情況下的、輸出射束向光纖的耦合效率 相對于設(shè)置光纖的位置的圖。
[0023] 圖8是表示圖1所示的LD模塊的變形例的俯視圖。
[0024] 圖9是表示使用圖8所示的LD模塊時(shí)的各輸出光束的形狀的變化的圖。其中，圖 9(a)是表示圖8的aa'剖面的輸出光束的形狀的圖。圖9(b)是表示圖8的bb'剖面的輸 出光束的形狀的圖。圖9(c)是表示圖8的cc'剖面的輸出光束的形狀的圖。圖9(d)是表 示圖8的dd'剖面的輸出射束的形狀的圖。圖9(e)是表示圖8的ee'剖面的輸出射束的 形狀的圖。圖9(f)是表示圖8的ff'剖面的輸出射束的形狀的圖。
[0025] 圖10(a)是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的LD模塊的結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖 10(b)是表示圖10(a)所示的LD模塊的aa'剖面的剖視圖。圖10(c)是表示圖10(a)所示 的LD模塊的bb'剖面的剖視圖。
[0026] 圖11是表示本發(fā)明的第三實(shí)施方式所涉及的LD模塊的結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0027] 圖12是表示現(xiàn)有的微型光學(xué)裝置的結(jié)構(gòu)的立體圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] <第一實(shí)施方式>
[0029] 根據(jù)附圖對本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的LD模塊進(jìn)行說明，內(nèi)容如下所述。
[0030] 〔LD模塊1的結(jié)構(gòu)〕
[0031] 參照圖1以及圖2對本實(shí)施方式所涉及的LD模塊1的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。圖1是表 示LD模塊1的結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖2是表示構(gòu)成LD模塊1的單位光學(xué)系統(tǒng)Si的結(jié)構(gòu)的立 體圖。
[0032] LD模塊1用于將從N個(gè)（本實(shí)施方式中N= 10)LD芯片LDl~LDlO出射的激光 束與光纖OF耦合。此外，本實(shí)施方式中，LD模塊1所具備的LD芯片的個(gè)數(shù)N為10,但本發(fā) 明并不限定于此。即，LD模塊1所具備的LD芯片的個(gè)數(shù)N可以為2以上的任意整數(shù)。
[0033] 如圖1所示，LD模塊1除具備10個(gè)LD芯片LDl~LDlO之外，還具備10個(gè)F軸準(zhǔn) 直透鏡FACl~FAC10、10個(gè)S軸準(zhǔn)直透鏡SACl~SAC10、10個(gè)雙反射鏡Ml~M10、基板B、 F軸合束透鏡FL以及S軸聚光透鏡SL。LD芯片LDl~LDKKF軸準(zhǔn)直透鏡FACl~FAC10、 S軸準(zhǔn)直透鏡SACl~SAC10、雙反射鏡Ml~MKKF軸合束透鏡FL以及S軸聚光透鏡SL均 直接或經(jīng)由未圖示的臺架載置于基板B上。
[0034] 在LD模塊1中，基板B、F軸準(zhǔn)直透鏡FACl~FACKKS軸準(zhǔn)直透鏡SACl~SAClO 以及雙反射鏡Ml~MlO構(gòu)成相當(dāng)于現(xiàn)有的微型光學(xué)裝置10(參照圖12)的導(dǎo)光裝置。該 導(dǎo)光裝置與現(xiàn)有的微型光學(xué)裝置10相同，具有將從LD芯片LDl~LDlO出射并向z軸正方 向傳播的激光束（以下，也稱為"輸入光束"）所構(gòu)成的輸入射束轉(zhuǎn)換為大致向X軸負(fù)方向 傳播的激光束（以下，也稱為"輸出光束"）所構(gòu)成的輸出射束的功能。
[0035] 在該輸出射束的光路上配置有F軸合束透鏡FL與S軸聚光透鏡SL。F軸合束透 鏡FL以F軸方向的光束間隔在光纖OF的入射端面最小（優(yōu)選為0)的方式使構(gòu)成輸出射 束的各輸出光束進(jìn)行折射。另外，F(xiàn)軸合束透鏡FL以F軸方向的光束直徑在光纖OF的入射 端面最小的方式對構(gòu)成輸出射束的各輸出光束進(jìn)行聚光。另一方面，S軸聚光透鏡SL以S 軸方向的光束直徑在光纖OF的入射端面最小的方式對構(gòu)成輸出射束的各輸出光束進(jìn)行聚 光。
[0036] 如圖1所示，LD模塊1以由LD芯片LDi、F軸準(zhǔn)直透鏡FACi、S軸準(zhǔn)直透鏡SACi 以及雙反射鏡Mi構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)為單位而構(gòu)成。在圖1中，例示了由LD芯片LD1、F軸準(zhǔn) 直透鏡FACl、S軸準(zhǔn)直透鏡SACl以及雙反射鏡Ml構(gòu)成的單位光學(xué)系統(tǒng)Sl。
[0037]如圖2所示，構(gòu)成LD模塊1的各單位光學(xué)系統(tǒng)Si由LD芯片LDi、F軸準(zhǔn)直透鏡 FACi、S軸準(zhǔn)直透鏡SACi以及雙反射鏡Mi構(gòu)成。
[0038] 如圖2所示，LD芯片LDi以活性層與zx平面平行且出射端面朝向z軸正方向的 方式載置于基板B上。因此，對從LD芯片LDi出射的激光束而言，傳播方向?yàn)閦軸正方向， F軸與y軸平行，S軸與X軸平行。
[0039] 此外，如圖1所示，N個(gè)LD芯片LDl~LDlO沿X軸排列。因此，從各LD芯片LDi 向Z軸正方向出射的激光束的光軸在平行于ZX面的第一平面內(nèi)沿X軸平行地排列。
[0040] 如圖2所示，在從LD芯片LDi出射的激光束的光路上配置有F軸準(zhǔn)直透鏡FACi 和S軸準(zhǔn)直透鏡SACi。F軸準(zhǔn)直透鏡FACi用于對從LD芯片LDi出射的激光束的F軸方向 的發(fā)散進(jìn)行準(zhǔn)直，S軸準(zhǔn)直透鏡SACi用于對從LD芯片LDi出射的激光束的S軸方向的發(fā) 散進(jìn)行準(zhǔn)直。透過F軸準(zhǔn)直透鏡FACi以及S軸準(zhǔn)直透鏡SACi的激光束成為傳播方向向z 軸正方向收斂的準(zhǔn)直光束。此外，在從LD芯片LDi出射的激光束的S軸方向的發(fā)散十分小 的情況下，S軸準(zhǔn)直透鏡SACi也可以省略。
[0041] 如圖2所示，在從LD芯片LDi出射的激光束的光路上還配置有雙反射鏡Mi。雙反 射鏡Mi由載置于