專利名稱：激光模塊的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種激光模塊，所述激光模塊包括透鏡，該透鏡準直或聚焦從激光源發射的激光。下列日本專利申請的內容通過引用并入本文2010年5月11號提交的第2010-109207號日本專利申請。
背景技術：
設有準直或聚焦從激光源發射的激光的透鏡的傳統激光模塊是已知的。在這樣的傳統激光模塊中，透鏡以入射面和出射面露出的方式保持在金屬框架中，并且通過焊接將金屬框架固定至襯底。然而，金屬框架使得難以降低激光模塊的成本和尺寸。因此，最近的透鏡不使用金屬框架，而是使用樹脂膠附接至襯底(例如參見專利文獻1和2)。專利文獻1 第2006-301597號日本特許公開專利申請專利文獻2 第2004-U6319號日本特許公開專利申請
發明內容
一些樹脂膠包括主要成分是無機材料的填料(分散粒子)，以調節用于將透鏡附接至襯底的樹脂膠的特性，例如線性膨脹系數、固化收縮和導熱率。然而，當使用包含這種填料的樹脂膠時，在透鏡的接合表面與襯底的頂面之間的填料的插入使得透鏡被接合為其相對于與襯底的表面垂直的方向傾斜。如果接合的透鏡相對于與襯底的表面垂直的方向的傾斜角超出可容許角(在下文中為“可容許傾斜角”)，激光的光軸變得不齊并且激光的光束輪廓變得扭曲，使得激光模塊的光學特性下降。因此，需要提供一種這樣的激光模塊，該激光模塊可抑制由于樹脂膠包含無機填料而造成的光學特性的下降。鑒于上述問題實現本發明，并且本發明的目的是提供一種激光模塊，該激光模塊可抑制由于樹脂膠包含無機填料而造成的光學特性的下降。為了解決上述問題并實現該目的，根據本發明的一個方面，提供一種激光模塊，該激光模塊包括激光源，所述激光源發射激光；和透鏡，所述透鏡利用樹脂膠接合至襯底的表面。所述透鏡準直或聚焦從所述激光源發射的激光。所述樹脂膠包括主要成分為無機材料的填料。所述填料沿著與所述襯底的表面垂直的方向的高度h滿足
^fsin^max……(1)其中d是所述透鏡的接合表面沿著所述激光的光軸的方向的寬度，且θ_是所述透鏡的可容許傾斜角。在上述激光模塊中，當所述透鏡的接合表面寬度d不小于0. 5毫米且不大于1毫米時，所述填料的高度h可小于或等于8微米。所述填料可包括作為主要成分的、選自如下物質的無機材料Si02、 Mg3Si4O10 (OH)2, Al2O3> A1N、BN 和 TiO20所述填料具有球形、磷片狀、板狀或粉碎塊狀。
所述填料在所述樹脂膠中的含量按重量百分比計可大于或等于25%。所述樹脂膠可包括作為主要成分的、選自以下物質的樹脂材料環氧樹脂、丙烯酸樹脂、聚氨酯樹脂和硅樹酯。所述激光源可以是分布反饋式半導體激光元件。所述激光源可以是分布反射鏡半導體激光元件。所述激光源可以是通過集成多個縱向單模半導體激光元件、半導體光放大器和復用器而形成的陣列型半導體激光元件，所述半導體光放大器放大從所述縱向單模半導體激光元件發射的激光，所述復用器將從所述縱向單模半導體激光元件發射的激光引導至所述半導體光放大器。所述透鏡可以準直所述激光并出射準直的激光。所述激光模塊還可包括接收所述準直的激光的聚焦透鏡。可基于所述透鏡和所述聚焦透鏡之間的距離、所述激光被所述聚焦透鏡接受的接受區域的直徑和所述激光的光點直徑中的一個或多個，確定可容許傾斜角
θ 0 max υ當所述激光的光點直徑為0. 5毫米并且可容許入射區域的直徑為1. 55毫米時，所述透鏡和所述聚焦透鏡之間的距離可以為15毫米。技術效果根據本發明的激光模塊可限制由于樹脂膠包含無機填料而造成的光學特性的下降。
圖1是從上方觀察的根據本發明的第一實施方式的激光模塊的剖視示意圖。圖2是如圖1所示的激光源的結構的示意圖。圖3示出如圖1所示的準直透鏡的示例性構造。圖4是用于獲取無機填料沿著垂直于襯底表面的方向的可容許高度的方法示意圖。圖5是朝著出射表面傾斜的準直透鏡的示意圖。圖6是朝著入射表面傾斜的準直透鏡的示意圖。圖7示出了當準直透鏡的可容許傾斜角為2度時透鏡寬度與填料的可容許高度之間的關系。
具體實施例方式下文參照附圖詳細地描述本發明的示例性實施方式。圖1和圖2用于描述根據本發明的第一實施方式的激光模塊1的結構。圖1是從上方觀察的激光模塊1的剖視示意圖。圖2是如圖1所示的激光源2的結構的示意圖。在該說明書中，在水平面內發射激光的方向，即光軸的方向定義為X軸，在水平面內垂直于X軸的方向定義為Y軸，并且垂直于水平的XY面的方向，即豎直方向定義為Z軸。如圖1所示，激光模塊1包括激光源2、準直透鏡3、襯底4、分束器5、光強監測光電二極管6、標準濾光器7、波長監測光電二極管8、底板9、匹爾特設備10、光隔離器11、聚焦透鏡12以及容納所有這些構件的殼體13。如圖2所示，激光源2包括半導體激光陣列21、波導管22、復用器23、波導管M、 半導體光放大器(SOA) 25以及彎曲波導管26。激光源2是將上述構件集成在單個襯底上形成的陣列型半導體激光元件。半導體激光陣列21包括形成為條形的多個縱向單模半導體激光元件(在后文中為“半導體激光元件”)211，以從前端面發射具有不同波長的激光。半導體激光元件211是分布反饋式(DFB)激光元件，并且其振蕩波長可通過調節所述元件的溫度而被控制。更具體地說，每個半導體激光元件211的振蕩波長可以在例如從大約3納米至4 納米的范圍內變化。半導體激光元件211設計成使得其振蕩波長之間具有大約3納米至4 納米的間隔。因此，通過切換半導體激光元件211并控制半導體激光元件211的溫度，半導體激光陣列21可發射激光LB，該激光LB的波長區在比單個半導體激光元件更寬的頻寬上連續。通過將振蕩波長可在3納米至4納米的范圍內變化的十個或更多個半導體激光元件211集成在一起，激光的波長可在30納米或更大的波長區內變化。因此，這十個或更多個半導體激光元件211可覆蓋用于WDM通信的整個波長區，例如其可以是從1. 53微米至1. 56 微米的C頻段，或是從1. 57微米至1. 61微米的L頻段。為每個半導體激光元件211提供波導管22，該波導管22將從相應的半導體激光元件211發射的激光LB引導至復用器23。復用器23例如可以是多模干涉(MMI)耦合器，其將來自波導管22的激光LB引導至波導管24。波導管M將來自復用器23的激光LB引導至半導體光放大器25。半導體光放大器25將波導管M引導的激光LB放大，并將放大的激光LB引導至彎曲波導管沈。彎曲波導管沈以相對于發射端面大約7度的角，發射由半導體光放大器25沿X 軸方向引導的激光LB。激光LB相對于發射端面形成的角度優選地調節為6度至12度的范圍。由此，較少的光朝著半導體激光陣列21反射。下文基于圖1描述激光模塊1的結構。準直透鏡3布置在激光源2的發射端面附近。準直透鏡3使從激光源2發射的激光LB準直，并且將準直的激光LB引導至分束器5。 在襯底4水平安裝表面(即XY面)上裝載激光源2和準直透鏡。分束器5透射來自準直透鏡3的激光LB的一部分，并將該部分激光引導至光隔離器11。分束器5朝著光強監測光電二極管6和標準濾光器7分離來自準直透鏡3的激光 LB的其余部分，即沒有被分束器5透射的部分。光強監測光電二極管6檢測由分束器5分離的激光LB的光強。光強監測光電二極管6將與檢測的光強相對應的電信號輸入到與激光模塊1連接的控制設備。標準濾光器7具有與激光LB的波長有關的周期透射特性，并選擇性地透射具有與所述透射特性相對應的光強的激光LB，以輸入至波長監測光電二極管8。波長監測光電二極管8檢測從標準濾光器7輸入的激光LB的光強，并將與檢測的光強對應的電信號輸入至控制設備。由光強監測光電二極管6和波長監測光電二極管8檢測的激光LB的光強由控制設備使用以執行波長鎖定控制。具體地說，激光模塊1由控制設備控制，以通過控制半導體光放大器25的驅動電流來執行波長鎖定控制，使得由光強監測光電二極管6檢測的激光LB的光強與由波長監測光電二極管8檢測的激光的光強的比率與當激光LB的振蕩波長和光強為預期值時獲得的比率匹配。而且，激光模塊1通過控制設置在激光源2和襯底4之間的匹爾特設備(未示出)而調節激光源2的溫度。利用上述結構，激光模塊1可控制激光LB的振蕩波長和光強為預期值。底板9具有在XY面內的水平安裝表面，在該安裝表面上裝載有襯底4、分束器5、 光強監測光電二極管6、標準濾光器7和波長監測光電二極管8。匹爾特設備10具有在XY 面內的水平安裝表面，底板9裝載在該安裝表面上。匹爾特設備10經由底板9和襯底4來冷卻激光源2，并且通過經由底板9調節標準濾光器7的溫度來控制標準濾光器7的選定波長。光隔離器11限制從光纖14反射回的光與激光LB重新組合。聚焦透鏡12將由分束器 5透射的激光LB在光纖14中組合，以供輸出。下面參照圖3描述準直透鏡3的結構。圖3示出了準直透鏡3的示例性構造。如圖3所示，準直透鏡3是雙面透鏡，該雙面透鏡包括透鏡本體31，其具有長方體形，在激光 LB的光軸的方向上的寬度為d ；透鏡部分32，其形成在透鏡本體31的入射激光LB的一側； 和透鏡部分33，其形成在透鏡本體31的發射激光LB的一側。準直透鏡3由比如玻璃、晶體、金剛石、紅寶石之類的材料制成。準直透鏡3使用樹脂膠34固定至襯底4的表面，樹脂膠34包含主要成分為無機材料的無機填料341。樹脂膠34將透鏡本體31的底面接合至襯底4的頂面。無機填料341 優選地包括作為其主要成分的、選自以下的無機材料Si02、M&Si401(1(0H)2、Al203、AlN、BN和 Ti02。無機填料341的形狀優選地為球形、磷片狀、板狀或粉碎塊狀。樹脂膠34中的無機填料341含量按重量百分比計優選地不少于25%且不大于 95%。為了調節樹脂膠34的特性，例如固化收縮率、線性熱膨脹系數和導熱系數，無機填料 341的含量按重量百分比計必須為25%或更多。另一方面，如果無機填料341的含量按重量百分比計大于95%，則樹脂膠34的粘度變得太大，這降低了可使用性，并且樹脂膠34變得脆弱，這降低粘附性。樹脂膠34優選地包括作為其主要成分的、選自以下的樹脂材料環氧樹脂、丙烯酸樹脂、聚氨酯樹脂和硅樹酯。在具有上述結構的激光模塊1中，以如下所示的方式設定無機填料341沿著垂直于襯底4的表面的方向(Z軸方向)和垂直于激光LB的光軸的方向的可容許高度，防止了準直透鏡3相對于與襯底4的表面垂直的方向超出可容許的角度范圍，所述角度范圍定義使激光LB的光軸的傾斜和激光LB的光束形狀的變形落在可容許的范圍內的角度。下面參照圖4至圖6描述無機填料341的可容許高度。圖4至圖6是用于描述用于獲取無機填料341在與襯底4的表面垂直的方向上的可容許高度的方法的示意圖。如圖4所示，可想到這樣的狀況一種無機填料341設在透鏡本體31的接合表面(底面)與襯底(未示出)之間。在下面的描述中，在X軸方向上，透鏡本體31的入射表面側311定位在X = 0處，透鏡本體31的出射表面側312定位在X = d處，并且無機填料341定位在X = χ處，該X軸方向是透鏡本體31的寬度方向。在該狀態下，如圖5所示，將無機填料341從透鏡本體31的入射表面側311移動至更靠近寬度方向的中央(X= l/2d)使得準直透鏡3朝著出射表面傾斜，并且傾斜角θ 增加。當無機填料341移動超出透鏡本體31的寬度方向的中央時，準直透鏡3朝著入射表面傾斜，如圖6所示，并且傾斜角θ減小。因此，當無機填料341位于寬度方向的中央時準直透鏡3的傾斜角θ為最大值。因此，通過設定無機填料341沿著垂直于襯底4的方向的可容許高度h和透鏡本體31的接合表面寬度d，使得當無機填料341靠近寬度方向的中央時，準直透鏡3的傾斜角 θ不超出可容許最大傾斜角θ _，即使當無機填料341插入準直透鏡3的底面與襯底4的頂面之間時，也可限制激光模塊1的光學特性的下降。具體地，如從圖5和圖6中了解的，準直透鏡3的傾斜角θ的正弦值sin θ可以如下所示的表達式( 表示。因此，準直透鏡3的傾斜角θ的最大可容許傾斜角θ_的正弦值Sinemax可以如下所示的表達式(3)表示。因此，通過以滿足如下所示的表達式的方式設定無機填料341的沿著垂直于襯底4的表面的方向的可容許高度h，即使當無機填料341插入準直透鏡3的底面與襯底4的頂面之間，可限制激光模塊1的光學特性的下降。
權利要求
1.一種激光模塊，包括激光源，所述激光源發射激光；和透鏡，所述透鏡利用樹脂膠接合至襯底的表面，所述透鏡準直或聚焦從所述激光源發射的激光，其中所述樹脂膠包括主要成分為無機材料的填料，和所述填料在與所述襯底的表面垂直的方向的高度h滿足/ζ < I Sin^max,其中d是所述透鏡的接合表面沿著所述激光的光軸的方向的寬度，且θ_是所述透鏡的可容許傾斜角。
2.根據權利要求1所述的激光模塊，其中，當所述透鏡的接合表面的寬度d不小于0.5 毫米且不大于1毫米時，所述填料的高度h不大于8微米。
3.根據權利要求1或2所述的激光模塊，其中，所述填料包括作為主要成分的、選自如下物質的無機材料SiO2、Mg3Si4Oltl (OH) 2、A1203、A1N、BN 和 TiO2。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的激光模塊，其中，所述填料具有球形、磷片狀、板狀或粉碎塊狀的形狀。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的激光模塊，其中，所述填料在所述樹脂膠中的含量按重量百分比計不少于25%。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的激光模塊，其中，所述樹脂膠包括作為主要成分的、選自以下物質的樹脂材料環氧樹脂、丙烯酸樹脂、聚氨酯樹脂和硅樹酯。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的激光模塊，其中，所述激光源是分布反饋式半導體激光元件。
8.根據權利要求1至6中任一項所述的激光模塊，其中，所述激光源是分布反射鏡半導體激光元件。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的激光模塊，其中，所述激光源是通過集成多個縱向單模半導體激光元件、半導體光放大器和復用器而形成的陣列型半導體激光元件，所述半導體光放大器放大從所述縱向單模半導體激光元件發射的激光，所述復用器將從所述縱向單模半導體激光元件發射的激光引導至所述半導體光放大器。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的激光模塊，其中，所述透鏡準直所述激光并出射準直的激光；所述激光模塊還包括接收所述準直的激光的聚焦透鏡，并且基于所述透鏡和所述聚焦透鏡之間的距離、所述激光被所述聚焦透鏡接受的接受區域的直徑和所述激光的光點直徑中的一個或多個，確定所述可容許傾斜角θ _。
11.根據權利要求10所述的激光模塊，其中，當所述激光的光點直徑為0.5毫米并且所述接受區域的直徑為1. 55毫米時，所述透鏡和所述聚焦透鏡之間的距離為15毫米。
全文摘要
激光模塊(1)包括激光源(2)和利用樹脂膠(34)接合至襯底(4)的表面的透鏡(3)，該樹脂膠包括無機填料顆粒(341)。為了限制由于樹脂膠包含無機填料造成的光學特性的下降，透鏡本體(31)的寬度(d)和無機填料(341)沿著與襯底的表面垂直的方向的高度設定為，使得當無機填料(341)位于透鏡本體(31)的寬度方向的中央時，準直透鏡(3)的傾斜角不超出最大可容許傾斜角，例如2度。由此，即使當無機填料(341)插入準直透鏡(3)的底面與襯底(4)的頂面之間時，可限制激光模塊的光學特性的下降，該光學特性的下降包括激光的光軸的偏斜和激光的光束形狀的變形。
文檔編號H01S5/40GK102472876SQ201180003196
公開日2012年5月23日 申請日期2011年5月9日 優先權日2010年5月11日
發明者有賀麻衣子, 木村俊雄 申請人:古河電氣工業株式會社