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
【技術領域】
[0001] 本發明涉及對多個激光束進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】
[0002] 為了將從LD(LaserDiode:激光二極管）元件（半導體激光元件）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，作為將從多個激光二 極管元件各自出射的激光束導入光纖的導光裝置，公知有專利文獻1所記載的微型光學裝 置。
[0003] 圖12是專利文獻1所記載的微型光學裝置10的立體圖。如圖12所示，微型光學 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軸正方向為中心向±0X方向分 散。因此，在微型光學裝置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行準直（使傳播方向向z軸正方向收斂）的結 構。
[0006] 第一鏡列14是與構成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軸正方向側開始數的第i+1個LD元件出射的激光束進行反射的鏡 面14a、15a配置于比對自從X軸正方向側開始數的第i個LD元件出射的激光束進行反射 的鏡面14a、15b更靠z軸負方向側的位置。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軸正方向側的位置。
[0008] 這樣一來，微型光學裝置10具有將從構成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成的第一射束轉換為被構成第二鏡列15的各鏡面15a反射且沿X 軸方向傳播的激光束所構成的第二射束的功能。
[0009] 在具備微型光學裝置10的LD模塊中，從微型光學裝置10輸出的第二射束（以下， 稱為"輸出射束"）經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 配置于構成該輸出射束的激光束的交叉點即F軸合束透鏡的焦點的入射端面向光纖入射。 此外，構成輸出射束的激光束、即被構成第二鏡列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I:日本公開專利公報"日本特開2004-252428號公報"（公開日：2004年 9月9日）
[0011] 為了實現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。這是因為，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，其結果是，產 生耦合效率降低的問題。這是因為，在透過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芯，會成為損失。
【發明內容】
[0012] 本發明是鑒于這樣的問題而完成的，其目的在于實現LD模塊的小型化，而不犧牲 耦合效率。另外，還在于實現為此所需要的光束組合器。
[0013] 為了解決上述課題，本發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激光束構成的射束，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行合束，構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，構成被上述合束透 鏡合束之后的射束的各激光束交叉的交叉點形成于比上述合束透鏡的焦點更靠近上述合 束透鏡的位置。
[0014] 為了解決上述課題，本發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激光束構成射束，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行合束，構成經所 述輸出工序輸出但尚未經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，構成在經所述合束工序合束之后的射束的各激光束交叉的交叉點形成于比所述合 束透鏡的焦點更靠近所述合束透鏡的位置。
[0015] 根據本發明，通過在LD模塊搭載上述光束組合器能夠實現該LD模塊的小型化。
【附圖說明】
[0016] 圖1是表示本發明的第一實施方式所涉及的LD模塊的結構的俯視圖。
[0017] 圖2是表示圖1所示的LD模塊所具備的單位光學系統的結構的立體圖。
[0018] 圖3是表示圖1所示的LD模塊所具備的雙反射鏡的結構的立體圖。
[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來使各輸 出光束的傳播方向輕微旋轉時的第二反射鏡的旋轉角度進行說明的圖。
[0020] 圖5是用于對實施圖4所示的輸出光束的傳播方向的輕微旋轉時，各輸出光束在 比F軸合束透鏡更靠X軸正方向側的一點交叉的條件進行說明的圖。
[0021] 圖6是表示改變第二反射鏡的旋轉角度的情況下的、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角度的情況下的、輸出射束向光纖的耦合效率 相對于設置光纖的位置的圖。
[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)是表示本發明的第二實施方式所涉及的LD模塊的結構的俯視圖。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是表示本發明的第三實施方式所涉及的LD模塊的結構的俯視圖。
[0027] 圖12是表示現有的微型光學裝置的結構的立體圖。
【具體實施方式】
[0028] <第一實施方式>
[0029] 根據附圖對本發明的第一實施方式所涉及的LD模塊進行說明，內容如下所述。
[0030] 〔LD模塊1的結構〕
[0031] 參照圖1以及圖2對本實施方式所涉及的LD模塊1的結構進行說明。圖1是表 示LD模塊1的結構的俯視圖。圖2是表示構成LD模塊1的單位光學系統Si的結構的立 體圖。
[0032] LD模塊1用于將從N個（本實施方式中N= 10)LD芯片LDl~LDlO出射的激光 束與光纖OF耦合。此外，本實施方式中，LD模塊1所具備的LD芯片的個數N為10,但本發 明并不限定于此。即，LD模塊1所具備的LD芯片的個數N可以為2以上的任意整數。
[0033] 如圖1所示，LD模塊1除具備10個LD芯片LDl~LDlO之外，還具備10個F軸準 直透鏡FACl~FAC10、10個S軸準直透鏡SACl~SAC10、10個雙反射鏡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軸準直透鏡FACl~FAC10、 S軸準直透鏡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軸準直透鏡FACl~FACKKS軸準直透鏡SACl~SAClO 以及雙反射鏡Ml~MlO構成相當于現有的微型光學裝置10(參照圖12)的導光裝置。該 導光裝置與現有的微型光學裝置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"）所構成的輸入射束轉換為大致向X軸負方向 傳播的激光束（以下，也稱為"輸出光束"）所構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（優選為0)的方式使構成輸出射 束的各輸出光束進行折射。另外，F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成輸出射束的各輸出光束進行聚光。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成輸出射束的各輸出光束進行聚 光。
[0036] 如圖1所示，LD模塊1以由LD芯片LDi、F軸準直透鏡FACi、S軸準直透鏡SACi 以及雙反射鏡Mi構成的光學系統為單位而構成。在圖1中，例示了由LD芯片LD1、F軸準 直透鏡FACl、S軸準直透鏡SACl以及雙反射鏡Ml構成的單位光學系統Sl。
[0037]如圖2所示，構成LD模塊1的各單位光學系統Si由LD芯片LDi、F軸準直透鏡 FACi、S軸準直透鏡SACi以及雙反射鏡Mi構成。
[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，傳播方向為z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軸準直透鏡FACi 和S軸準直透鏡SACi。F軸準直透鏡FACi用于對從LD芯片LDi出射的激光束的F軸方向 的發散進行準直，S軸準直透鏡SACi用于對從LD芯片LDi出射的激光束的S軸方向的發 散進行準直。透過F軸準直透鏡FACi以及S軸準直透鏡SACi的激光束成為傳播方向向z 軸正方向收斂的準直光束。此外，在從LD芯片LDi出射的激光束的S軸方向的發散十分小 的情況下，S軸準直透鏡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