JP6129066B2

JP6129066B2 - 半導体レーザモジュール及びその製造方法

Info

Publication number: JP6129066B2
Application number: JP2013254645A
Authority: JP
Inventors: 智久遠藤
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2013-12-10
Filing date: 2013-12-10
Publication date: 2017-05-17
Anticipated expiration: 2033-12-10
Also published as: JP2015115379A

Description

本発明は、半導体レーザモジュール及びその製造方法に係り、特に半導体レーザ素子と半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を集光する集光レンズとを含む半導体レーザモジュール及びその製造方法に関するものである。

従来から、複数の半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を集光レンズで集光して１つの出力として光ファイバに光学的に結合する半導体レーザモジュール（マルチチップレーザモジュール）が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような集光レンズは樹脂により筐体に取り付けられることが多いが、温度変化や吸水によってその樹脂が収縮又は膨張し、この樹脂の収縮又は膨張により集光レンズがその接着面に垂直な方向に変位してしまう。この結果、集光レンズの焦点位置が変化し、光ファイバへの光の結合効率が低下してしまう。

特開２００２−２０２４４２号公報

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、集光レンズを固定する樹脂の収縮や膨張による影響を低減し、集光レンズを高精度に調心された状態に保持し、半導体レーザ素子からのレーザ光の光ファイバへの結合効率を高く維持することができる半導体レーザモジュールを提供することを第１の目的とする。

また、本発明は、集光レンズのアクティブ調心を行いつつ、集光レンズを半導体レーザ素子に対して高い精度で固定することができる半導体レーザモジュールの製造方法を提供することを第２の目的とする。

本発明の第１の態様によれば、集光レンズを固定する樹脂の収縮や膨張による影響を低減し、集光レンズを高精度に調心された状態に保持し、半導体レーザ素子からのレーザ光の光ファイバへの結合効率を高く維持することができる半導体レーザモジュールが提供される。この半導体レーザモジュールは、レーザ光を出射する少なくとも１つの半導体レーザ素子と、第１の光軸を有する第１の集光レンズであって、上記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を上記第１の光軸に垂直な第１の垂直軸に沿った方向に集光する第１の集光レンズと、上記第１の垂直軸及び上記第１の光軸の双方に平行な第１のレンズ取付面と、第２の光軸を有する第２の集光レンズであって、上記レーザ光を上記第２の光軸に垂直な第２の垂直軸に沿った方向に集光する第２の集光レンズと、上記第２の垂直軸及び上記第２の光軸の双方に平行な第２のレンズ取付面と、上記第１の集光レンズ及び上記第２の集光レンズにより集光されるレーザ光に光学的に結合される光ファイバとを備えている。上記第１の垂直軸及び上記第１の光軸の双方に垂直な方向における上記第１の集光レンズの端部の少なくとも一方が、上記第１のレンズ取付面に第１のレンズ固定用樹脂により固定されている。上記第２の垂直軸及び上記第２の光軸の双方に垂直な方向における上記第２の集光レンズの端部の少なくとも一方が、上記第２のレンズ取付面に第２のレンズ固定用樹脂により固定されている。

このように、本発明の第１の態様によれば、第１集光レンズと第２の集光レンズのいずれについても、これらの集光レンズを固定するレンズ固定用樹脂が、集光レンズの垂直軸及び光軸の双方に垂直な方向（取付方向）における集光レンズの端部とこの取付方向に垂直なレンズ取付面との間に設けられているため、レンズ固定用樹脂の硬化収縮や温度又は湿度によるレンズ固定用樹脂の収縮や膨張による集光レンズの位置の変化が主として取付方向のみとなる。さらに、これらの集光レンズは取付方向には位置を調整する必要がなく光学的にはどの位置でもよいため、集光レンズとレンズ取付面との間のレンズ固定用樹脂の厚さを薄くすることも可能であり、レンズ固定用樹脂の収縮又は膨張による変化量自体を小さくすることができる。このため、集光レンズの位置が取付方向と垂直な方向にはほとんど変化することがない。したがって、集光レンズを固定するレンズ固定用樹脂の収縮や膨張による影響を低減し集光レンズを高精度に調心された状態に保持することができる。

上記少なくとも１つの半導体レーザ素子が搭載される基板を取り囲む枠体の側壁の一部を上記レンズ取付面としてもよい。あるいは、上記少なくとも１つの半導体レーザ素子が搭載される基板にレンズ固定ブロックを固定し、該レンズ固定ブロックの側面の一部を上記レンズ取付面としてもよい。この場合において、レンズ固定ブロックと基板との間のブロック固定用樹脂の厚さが２０μｍよりも厚くなると、温度又は湿度によるブロック固定用樹脂の収縮や膨張によってレンズ固定ブロック及びそれに固定された集光レンズが第２の方向に動いてしまい、集光レンズから出射されるレーザ光の光路がずれて悪影響が生じるので、厚さが２０μｍ以下のブロック固定用樹脂を介して上記レンズ固定ブロックを上記基板に固定することが好ましい。

また、上記レンズ固定用樹脂として、ＵＶ硬化樹脂又は熱硬化樹脂を用いることができる。

また、第１の集光レンズと第２の集光レンズのいずれについても、上記集光レンズを挟んで上記集光レンズの垂直軸に沿った方向の両側に存在するレンズ固定用樹脂の量を互いに等しくすることが好ましい。このようにすることで、上記集光レンズを挟んで集光レンズの垂直軸に沿った方向の両側に存在するレンズ固定用樹脂の収縮量又は膨張量が等しくなり互いに相殺し合うため、レンズ固定用樹脂の収縮や膨張による上記集光レンズの垂直軸に沿った方向への影響を実質的になくすことができる。同様に、上記集光レンズを挟んで上記集光レンズの光軸に沿った方向の両側に存在するレンズ固定用樹脂の量を互いに等しくすることが好ましい。このようにすることで、上記集光レンズを挟んで集光レンズの光軸に沿った方向の両側に存在するレンズ固定用樹脂の収縮量又は膨張量が等しくなり互いに相殺し合うため、レンズ固定用樹脂の収縮や膨張による上記集光レンズの光軸に沿った方向への影響を実質的になくすことができる。

本発明の第２の態様によれば、集光レンズのアクティブ調心を行いつつ、集光レンズを半導体レーザ素子に対して高い精度で固定することができる半導体レーザモジュールの製造方法が提供される。この製造方法により、レーザ光を出射する少なくとも１つの半導体レーザ素子と、上記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を異なる方向に集光する複数の集光レンズと、上記集光レンズにより集光されるレーザ光に光学的に結合される光ファイバとを備えた半導体レーザモジュールを製造する。この製造方法では、上記半導体レーザ素子を基板に対して固定し、上記集光レンズのうち少なくとも１つの集光レンズの光軸及び該光軸に垂直な垂直軸の双方に平行なレンズ取付面にレンズ固定用樹脂を塗布し、上記少なくとも１つの集光レンズの光軸及び垂直軸の双方に垂直な方向における該集光レンズの端部を上記レンズ取付面に塗布されたレンズ固定用樹脂に挿入し、上記半導体レーザ素子からレーザ光を出射しつつ上記レンズ固定用樹脂に挿入された集光レンズを通過したレーザ光が上記光ファイバに結合するように上記少なくとも１つの集光レンズを位置決めし、上記少なくとも１つの集光レンズが位置決めされた状態で上記レンズ固定用樹脂を硬化させて上記少なくとも１つの集光レンズを固定する。

このように、本発明の第２の態様によれば、レンズ固定用樹脂を用いて集光レンズをレンズ取付面に固定しているので、はんだ接合のように高温に保つ必要がない。したがって、半導体レーザ素子からレーザ光を出射させながら集光レンズの位置決め（アクティブ調心）をすることができる。しかも、レンズ固定用樹脂が、集光レンズの取付方向の端部と集光レンズの光軸に平行なレンズ取付面との間に設けられているため、レンズ固定用樹脂の硬化収縮や温度又は湿度によるレンズ固定用樹脂の収縮や膨張による集光レンズの位置の変化が主として取付方向のみとなる。さらに、集光レンズは取付方向には位置を調整する必要がなく光学的にはどの位置でもよいため、集光レンズとレンズ取付面との間のレンズ固定用樹脂の厚さを薄くすることも可能であり、レンズ固定用樹脂の収縮又は膨張による変化量自体を小さくすることができる。このため、集光レンズの位置が取付方向と垂直な方向にはほとんど変化することがなく、集光レンズを半導体レーザ素子に対して高い精度で固定することができる。

上記少なくとも１つの半導体レーザ素子が搭載される基板を取り囲む枠体の側壁の一部に上記レンズ取付面を形成してもよい。

上記少なくとも１つの半導体レーザ素子が搭載される基板にレンズ固定ブロックを固定し、上記レンズ固定ブロックの側面の一部に上記レンズ取付面を形成してもよい。この場合において、レンズ固定ブロックと基板との間のブロック固定用樹脂の厚さが２０μｍよりも厚くなると、温度又は湿度によるブロック固定用樹脂の収縮や膨張によってレンズ固定ブロック及びそれに固定された集光レンズが光軸方向に動いてしまうので、上記レンズ固定ブロックを上記基板に固定する際に、上記レンズ固定ブロックと上記基板との間にブロック固定用樹脂を塗布し、上記レンズ固定ブロックと上記基板との間の上記ブロック固定用樹脂の厚さが２０μｍ以下となるように上記レンズ固定ブロックを上記基板に押圧しながら上記ブロック固定用樹脂を硬化させて上記レンズ固定ブロックを上記基板に固定することが好ましい。

また、上記集光レンズを挟んで上記集光レンズの垂直軸に沿った方向の両側に存在するレンズ固定用樹脂の量が互いに等しくなるように上記集光レンズの端部を上記レンズ固定用樹脂に挿入することが好ましい。このようにすることで、集光レンズを挟んで集光レンズの垂直軸に沿った方向の両側に存在するレンズ固定用樹脂の収縮量又は膨張量が等しくなり互いに相殺し合うため、レンズ固定用樹脂の収縮や膨張による集光レンズの垂直軸に沿った方向への影響を実質的になくすことができる。同様に、上記集光レンズを挟んで上記集光レンズの光軸に沿った方向の両側に存在するレンズ固定用樹脂の量が互いに等しくなるように上記集光レンズの端部を上記レンズ固定用樹脂に挿入することが好ましい。このようにすることで、集光レンズを挟んで集光レンズの光軸に沿った方向の両側に存在するレンズ固定用樹脂の収縮量又は膨張量が等しくなり互いに相殺し合うため、レンズ固定用樹脂の収縮や膨張による集光レンズの光軸に沿った方向への影響を実質的になくすことができる。

本発明によれば、集光レンズを固定する樹脂の収縮や膨張による影響を低減し、集光レンズを高精度に調心された状態に保持し、半導体レーザ素子からのレーザ光の光ファイバへの結合効率を高く維持することができる半導体レーザモジュールを提供することができる。また、本発明によれば、集光レンズのアクティブ調心を行いつつ、集光レンズを半導体レーザ素子に対して高い精度で固定することができる半導体レーザモジュールの製造方法を提供することができる。

本発明の第１の実施形態における半導体レーザモジュールを示す平面図である。図１の半導体レーザモジュールの部分断面正面図である。図１の半導体レーザモジュールにおける光伝搬方向転換部材の１つを示す側面図である。図１の半導体レーザモジュールにおける光伝搬方向転換部材の１つを示す正面図である。図１の半導体レーザモジュールにおける光伝搬方向転換部材の１つを示す斜視図である。図１の半導体レーザモジュールの製造方法を説明する図である。図１の半導体レーザモジュールの製造方法を説明する図である。本発明の第２の実施形態における半導体レーザモジュールを示す平面図である。図８の半導体レーザモジュールの部分断面正面図である。図８の半導体レーザモジュールの製造方法を説明する図である。図８の半導体レーザモジュールの製造方法を説明する図である。図８の半導体レーザモジュールの製造方法を説明する図である。図８の半導体レーザモジュールの製造方法を説明する図である。本発明の第３の実施形態における半導体レーザモジュールを示す平面図である。

以下、本発明に係る半導体レーザモジュールの実施形態について図１から図１４を参照して詳細に説明する。なお、図１から図１４において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図１は本発明の第１の実施形態における半導体レーザモジュール１を示す平面図、図２は半導体レーザモジュール１の部分断面正面図である。図１及び図２に示すように、本実施形態における半導体レーザモジュール１は、基板１０と、基板１０を囲むように配置された枠体１１と、基板１０上に実装された複数の半導体レーザ素子（レーザダイオード）２０とを備えている。これら複数の半導体レーザ素子２０は、Ｚ方向に等間隔に配置され、Ｘ方向に向けてレーザ光を出射するように構成されている。

図１に示すように、基板１０上には、これらの半導体レーザ素子２０に対応して、第１のコリメートレンズ（ファースト軸コリメートレンズ）３０と、第２のコリメートレンズ（スロー軸コリメートレンズ）３２と、光伝搬方向転換部材３４とが設けられている。ある半導体レーザ素子２０に対応する第１のコリメートレンズ３０、第２のコリメートレンズ３２、及び光伝搬方向転換部材３４は、そのＺ方向の位置が対応する半導体レーザ素子２０のＺ方向の位置と同じになるように配置されている。すなわち、対応する半導体レーザ素子２０、第１のコリメートレンズ３０、第２のコリメートレンズ３２、及び光伝搬方向転換部材３４は、Ｘ方向に沿った一直線上に配置されている。

図１に示すように、それぞれの第１のコリメートレンズ３０は、対応する半導体レーザ素子２０に隣接して配置されている。半導体レーザ素子２０のｐｎ接合に垂直な方向はファースト軸と呼ばれ、ｐｎ接合に平行な方向はスロー軸と呼ばれるが、半導体レーザ素子２０のファースト軸方向の光の広がり度合いはスロー軸方向の広がり度合いに比べてはるかに大きい。このため、半導体レーザ素子２０から出射されるレーザ光は、ファースト軸方向に大きな広がりを有することとなる。本実施形態においては、半導体レーザ素子２０から出射されるレーザ光のファースト軸方向は図２のＹ方向であり、スロー軸方向はＺ方向である。第１のコリメートレンズ３０は、対応する半導体レーザ素子２０から出射されファースト軸方向（Ｙ方向）に広がるレーザ光をコリメートして平行光にするものである。一方、第２のコリメートレンズ３２は、第１のコリメートレンズ３０を透過したレーザ光の成分のうちスロー軸方向（Ｚ方向）の成分をコリメートして平行光にするものである。上述したように、半導体レーザ素子２０から出射されるレーザ光はファースト軸方向に大きな広がりを有することから、ファースト軸方向に広がるレーザ光をコリメートする第１のコリメートレンズ３０が半導体レーザ素子２０に隣接して設けられる。

図１に示すように、光伝搬方向転換部材３４は、互いにＸ方向に所定のピッチで位置をずらして配置されている。これらの光伝搬方向転換部材３４は、第１のコリメートレンズ３０及び第２のコリメートレンズ３２を透過したレーザ光の伝搬方向を１組のミラーを使って方向転換するものである。本実施形態では、Ｘ方向に沿って光伝搬方向転換部材３４に入射したレーザ光が光伝搬方向転換部材３４によってＺ方向に方向転換される。

図３は光伝搬方向転換部材３４の１つを示す側面図、図４は正面図、図５は斜視図である。図３から図５に示すように、光伝搬方向転換部材３４は、基板１０上に載置される跳ね上げミラー３６とこの跳ね上げミラー３６上に載置される折り返しミラー３８とを有している。

図３及び図５に示すように、跳ね上げミラー３６は、ＸＹ平面の形状が台形状になっており、ＸＹ平面上でＸ方向に対して４５°の角度をなす反射面３６Ａを有している。したがって、図３に示すように、第２のコリメートレンズ３２を透過してＸ方向に伝搬するレーザ光Ｌ₁は、跳ね上げミラー３６の反射面３６Ａで反射してＹ方向に向かうレーザ光Ｌ₂となる。

また、図４及び図５に示すように、折り返しミラー３８は、ＹＺ平面上でＹ方向に対して４５°の角度をなす反射面３８Ａを有している。したがって、跳ね上げミラー３６の反射面３６Ａで反射してＹ方向に伝搬するレーザ光Ｌ₂は、折り返しミラー３８の反射面３８Ａで反射してＺ方向に向かうレーザ光Ｌ₃となる。このように、第２のコリメートレンズ３２を透過してＸ方向に進むレーザ光Ｌ₁は、光伝搬方向転換部材３４によって９０°方向転換され、Ｚ方向に進むレーザ光Ｌ₃となる。

ここで、図１及び図２に示すように、半導体レーザモジュール１は、光伝搬方向転換部材３４から出たレーザ光をＸ方向に集光する第１の集光レンズ４０と、第１の集光レンズ４０を透過したレーザ光をＹ方向に集光する第２の集光レンズ４２とを備えている。これら第１の集光レンズ４０及び第２の集光レンズ４２は、光伝搬方向転換部材３４から出たレーザ光を光ファイバ５０に入射可能なビームサイズまで縮小するものであり、光伝搬方向転換部材３４から出たレーザ光がフェルール５２で保持された光ファイバ５０の端部に集光するように配置されている。これらの集光レンズ４０，４２としてはシリンドリカルレンズを用いることができるが、これに限られるものではない

ここで、光ファイバ５０を保持するフェルール５２は、枠体１１の側壁１１Ａに取り付けられたパイプ５４の内部に樹脂５６により固定されている。枠体１１の側壁１１Ａには、パイプ５４及びフェルール５２に対応して開口が形成されており、第２の集光レンズ４２を透過したレーザ光がこの開口を介してフェルール５２で保持された光ファイバ５０の端部に光学的に結合されるようになっている。なお、パイプ５４の外側の樹脂５６はブーツ５８により被覆されている。

上述したように、複数の光伝搬方向転換部材３４は互いにＸ方向に所定のピッチで位置をずらして配置されている。したがって、複数の半導体レーザ素子２０から出射されたレーザ光は光伝搬方向転換部材３４により９０°方向転換され、互いに干渉することなくＸ方向に所定のピッチで並んだ複数のレーザ光として第１の集光レンズ４０に入射する。このとき、半導体レーザ素子２０から出射されたレーザ光が９０°方向転換されているため、図１のＸ方向がレーザ光のファースト軸方向となり、Ｙ方向がスロー軸方向となる。

第１の集光レンズ４０は、レーザ光をファースト軸方向（Ｘ方向）に集光するもの（ファースト軸集光レンズ）であり、Ｚ方向に沿った光軸を有している。すなわち、第１の集光レンズ４０は、Ｚ方向に沿った光軸に垂直な第１の垂直軸に沿った方向（Ｘ方向）にレーザ光を集光するものである。第１の集光レンズ４０は、ファースト軸方向（Ｘ方向）に関して調心され、Ｘ方向及びＺ方向に関して高精度に位置決めされる。この第１の集光レンズ４０は、レンズ固定用樹脂（図示せず）により基板１０（レンズ取付面）に固定されているが、その接着面（レンズ取付面）はＹ方向に垂直であるため、このレンズ固定用樹脂が温度変化や吸水によって収縮又は膨張したとしても、第１の集光レンズ４０は光軸に沿った方向（Ｚ方向）又はファースト軸方向（Ｘ方向）にほとんど変位しない。したがって、第１の集光レンズ４０を固定する樹脂の収縮や膨張が、光ファイバへの光の結合効率に影響を与えることは少ない。

第２の集光レンズ４２は、レーザ光をスロー軸方向（Ｙ方向）に集光するもの（スロー軸集光レンズ）であり、Ｚ方向に沿った光軸を有している。すなわち、第２の集光レンズ４２は、Ｚ方向に沿った光軸に垂直な第２の垂直軸に沿った方向（Ｙ方向）にレーザ光を集光するものである。本実施形態では、図２に示すように、ＹＺ平面における第２の集光レンズ４２の断面は、レーザ光が入射する側が凸面状になっており、レーザ光が出射する側がＹ軸に平行になっている。第２の集光レンズ４２は、このような断面形状を有してＸ方向に延びている。例えば、第２の集光レンズ４２のＹ方向の長さは３ｍｍ程度である。第２の集光レンズ４２は、スロー軸方向（Ｙ方向）に関して調心され、Ｙ方向及びＺ方向に関して高精度に位置決めされる。

ここで、この第２の集光レンズ４２を第１の集光レンズ４０と同様に樹脂を使って基板１０に固定した場合、樹脂の温度変化や吸水によって第２の集光レンズ４２がスロー軸方向（Ｙ方向）に変位してしまい、第２の集光レンズ４２の焦点がずれ、光ファイバへの光の結合効率が低下してしまう。したがって、本実施形態では、以下のように第２の集光レンズ４２を固定している。

すなわち、第２の集光レンズ４２のＸ方向の端部４２Ａは、Ｘ方向に垂直な枠体１１の側壁の内面（レンズ取付面）１１Ｂにレンズ固定用樹脂４４により固定されている。第２の集光レンズ４２は、基板１０に接触しないようになっており、枠体１１の側壁１１Ｂに片持ち梁状に固定されている。このレンズ固定用樹脂４４としては例えばＵＶ硬化樹脂又は熱硬化樹脂を用いることができる。レンズ固定用樹脂４４は、第２の集光レンズ４２の端部４２ＡをＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向から固定している。ここで、第２の集光レンズ４２を挟んでＺ方向（第２の集光レンズ４２の光軸の方向）の両側に存在するレンズ固定用樹脂４４の量が互いに等しいことが好ましく、また、第２の集光レンズ４２を挟んでＹ方向の両側に存在するレンズ固定用樹脂４４の量が互いに等しいことが好ましい。さらに、第２の集光レンズ４２と枠体１１の側壁１１Ｂとの間のレンズ固定用樹脂４４の厚さを薄くすることが好ましい。

ここで、第２の集光レンズ４２を固定するレンズ固定用樹脂４４が、第２の集光レンズ４２のＸ方向の端部４２Ａと、Ｘ方向に垂直な枠体１１の側壁１１Ｂとの間に設けられているため、レンズ固定用樹脂４４の硬化収縮や温度又は湿度によるレンズ固定用樹脂４４の収縮や膨張による第２の集光レンズ４２の位置の変化は主としてＸ方向のみとなる。さらに、第２の集光レンズ４２と枠体１１の側壁１１Ｂとの間のレンズ固定用樹脂４４の厚さを薄くすれば、レンズ固定用樹脂４４の収縮又は膨張による変化量自体を小さくすることができる。したがって、第２の集光レンズ４２の位置がＹ方向及びＺ方向にはほとんど変化することがなく、第２の集光レンズ４２を高精度に調心された状態に保持することができ、光ファイバ５０への光の結合効率を高く維持することができる。

なお、図１及び図２に示す例では、第２の集光レンズ４２の端部４２ＡのＸ方向の端面全体がレンズ固定用樹脂４４により枠体１１の側壁１１Ｂに固定されているが、第２の集光レンズ４２の端部４２ＡのＸ方向の端面の少なくとも一部がレンズ固定用樹脂４４により枠体１１の側壁１１Ｂに固定されていればよい。

また、第２の集光レンズ４２を挟んでＺ方向の両側に存在するレンズ固定用樹脂４４の量を互いに等しくすることにより、第２の集光レンズ４２の両側に存在するレンズ固定用樹脂４４の収縮量又は膨張量が等しくなり互いに相殺し合うため、レンズ固定用樹脂４４の収縮や膨張による第２の集光レンズ４２のＺ方向への影響を実質的になくすことができる。

また、第２の集光レンズ４２を挟んでＹ方向の両側に存在するレンズ固定用樹脂４４の量を互いに等しくすることにより、第２の集光レンズ４２の両側に存在するレンズ固定用樹脂４４の収縮量又は膨張量が等しくなり互いに相殺し合うため、レンズ固定用樹脂４４の収縮や膨張による第２の集光レンズ４２のＹ方向への影響を実質的になくすことができる。

同様に、第１の集光レンズ４０を挟んでＺ方向（第１の集光レンズ４０の光軸の方向）の両側に存在するレンズ固定用樹脂の量が互いに等しいことが好ましい。このように、第１の集光レンズ４０を挟んでＺ方向の両側に存在するレンズ固定用樹脂の量を互いに等しくすることにより、第１の集光レンズ４０の両側に存在するレンズ固定用樹脂の収縮量又は膨張量が等しくなり互いに相殺し合うため、レンズ固定用樹脂の収縮や膨張による第１の集光レンズ４０のＺ方向への影響を実質的になくすことができる。

また、第１の集光レンズ４０を挟んでＸ方向の両側に存在するレンズ固定用樹脂の量が互いに等しいことが好ましい。このように、第１の集光レンズ４０を挟んでＸ方向の両側に存在するレンズ固定用樹脂の量を互いに等しくすることにより、第１の集光レンズ４０の両側に存在するレンズ固定用樹脂の収縮量又は膨張量が等しくなり互いに相殺し合うため、レンズ固定用樹脂の収縮や膨張による第１の集光レンズ４０のＸ方向への影響を実質的になくすことができる。

ここで、枠体１１自体も温度変化に伴い高さ方向に熱膨張するため、第２の集光レンズ４２の端部４２Ａが固定されている位置も高さ方向（Ｙ方向）に変化する。しかしながら、光ファイバ５０が取り付けられているパイプ５４も枠体１１に固定されているため、光ファイバ５０も高さ方向（Ｙ方向）に第２の集光レンズ４２と同じ量だけ変化する。したがって、第２の集光レンズ４２と光ファイバ５０との相対的な位置は変化せず、光ファイバ５０への光の結合効率を高く維持することができる。

次に、本実施形態における半導体レーザモジュール１を製造する方法について説明する。半導体レーザモジュール１を製造する際には、まず、半導体レーザ素子２０、第１のコリメートレンズ３０、第２のコリメートレンズ３２、光伝搬方向転換部材３４、及び第１の集光レンズ４０をそれぞれ調心された状態で基板１０上に固定する（図６）。

次に、枠体１１の側壁１１Ｂにレンズ固定用樹脂４４を塗布し、第２の集光レンズ４２の端部４２Ａを枠体１１の側壁１１Ｂに垂直な方向からレンズ固定用樹脂４４に挿入する（図７）。そして、半導体レーザ素子２０からレーザ光を出射させ、その状態で第２の集光レンズ４２を移動させて位置決めを行う（アクティブ調心）。このとき、第２の集光レンズ４２と枠体１１の側壁１１Ｂとの間のレンズ固定用樹脂４４の厚さがなるべく薄くなるようにすることが好ましい。第２の集光レンズ４２が高精度に位置決めされた状態で、レンズ固定用樹脂４４を硬化させて第２の集光レンズ４２を枠体１１の側壁１１Ｂに固定する。このようにして、半導体レーザモジュール１が完成する（図１）。

上述したように、本実施形態における半導体レーザモジュール１の製造方法によれば、半導体レーザ素子２０からレーザ光を出射させながら第２の集光レンズ４２の位置決め（アクティブ調心）をすることができる。

また、第２の集光レンズ４２のＸ方向の端部４２ＡをＸ方向に垂直な枠体１１の側壁（レンズ取付面）１１Ｂに固定しているので、レンズ固定用樹脂４４の硬化収縮や温度又は湿度によるレンズ固定用樹脂４４の収縮や膨張による第２の集光レンズ４２の位置の変動がＹ方向及びＺ方向にはほとんど生じることがない。また、第２の集光レンズ４２と枠体１１の側壁１１Ｂとの間のレンズ固定用樹脂４４の厚さを薄くすれば、レンズ固定用樹脂４４の収縮又は膨張による変化量自体を小さくすることができる。したがって、第２の集光レンズ４２を高精度に調心された状態に保持することができる。

図８は本発明の第２の実施形態における半導体レーザモジュール１０１を示す平面図、図９は正面図である。図８及び図９に示すように、本実施形態における半導体レーザモジュール１０１は、基板１０上に固定されるレンズ固定ブロック１１０を備えている。

レンズ固定ブロック１１０は、例えばガラスなどからなる略直方体状の部材であり、光伝搬方向転換部材３４から出たレーザ光の光軸に平行な側面（レンズ取付面）１１０Ａを有している。このレンズ固定ブロック１１０の側面１１０Ａは、第１の集光レンズ４０を透過したレーザ光のスロー軸（Ｙ方向）にも平行になるように、すなわちＸ方向に垂直に構成されている。

図８に示すように、レンズ固定ブロック１１０は、基板１０の上面にブロック固定用樹脂１２０により固定されている。このブロック固定用樹脂１２０としては例えばＵＶ硬化樹脂又は熱硬化樹脂を用いることができる。

第２の集光レンズ４２のＸ方向の端部４２Ａは、レンズ固定ブロック１１０の側面１１０Ａにレンズ固定用樹脂１４４により固定されている。第２の集光レンズ４２は、基板１０に接触しないようになっており、レンズ固定ブロック１１０に片持ち梁状に固定されている。このレンズ固定用樹脂１４４としては例えばＵＶ硬化樹脂又は熱硬化樹脂を用いることができる。レンズ固定用樹脂１４４は、第２の集光レンズ４２の端部４２ＡをＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向から固定している。ここで、第２の集光レンズ４２を挟んでＺ方向の両側に存在するレンズ固定用樹脂１４４の量が互いに等しいことが好ましく、また、第２の集光レンズ４２を挟んでＹ方向の両側に存在するレンズ固定用樹脂１４４の量が互いに等しいことが好ましい。さらに、第２の集光レンズ４２と側面１１０Ａとの間のレンズ固定用樹脂１４４の厚さを薄くすることが好ましい。

ここで、第２の集光レンズ４２を固定するレンズ固定用樹脂１４４が、第２の集光レンズ４２のＸ方向の端部４２ＡとＸ方向に垂直な側面１１０Ａとの間に設けられているため、レンズ固定用樹脂１４４の硬化収縮や温度又は湿度によるレンズ固定用樹脂１４４の収縮や膨張による第２の集光レンズ４２の位置の変化は主としてＸ方向、すなわちファースト軸方向のみとなる。さらに、第２の集光レンズ４２と側面１１０Ａとの間のレンズ固定用樹脂１４４の厚さを薄くすれば、レンズ固定用樹脂１４４の収縮又は膨張による変化量自体を小さくすることができる。したがって、第２の集光レンズ４２の位置がＹ方向及びＺ方向にはほとんど変化することがなく、第２の集光レンズ４２を高精度に調心された状態に保持することができる。

なお、図８及び図９に示す例では、第２の集光レンズ４２の端部４２ＡのＸ方向の端面全体がレンズ固定用樹脂１４４により側面１１０Ａに固定されているが、第２の集光レンズ４２の端部４２ＡのＸ方向の端面の少なくとも一部がレンズ固定用樹脂１４４により側面１１０Ａに固定されていればよい。

また、第２の集光レンズ４２を挟んでＺ方向の両側に存在するレンズ固定用樹脂１４４の量を互いに等しくすることにより、第２の集光レンズ４２の両側に存在するレンズ固定用樹脂１４４の収縮量又は膨張量が等しくなり互いに相殺し合うため、レンズ固定用樹脂１４４の収縮や膨張による第２の集光レンズ４２のＺ方向への影響を実質的になくすことができる。

また、第２の集光レンズ４２を挟んでＹ方向の両側に存在するレンズ固定用樹脂１４４の量を互いに等しくすることにより、第２の集光レンズ４２の両側に存在するレンズ固定用樹脂１４４の収縮量又は膨張量が等しくなり互いに相殺し合うため、レンズ固定用樹脂１４４の収縮や膨張による第２の集光レンズ４２のＹ方向への影響を実質的になくすことができる。

次に、本実施形態における半導体レーザモジュール１０１を製造する方法について説明する。半導体レーザモジュール１０１を製造する際には、まず、半導体レーザ素子２０、第１のコリメートレンズ３０、第２のコリメートレンズ３２、光伝搬方向転換部材３４、及び第１の集光レンズ４０をそれぞれ調心された状態で基板１０上に固定する（図１０）。

次に、基板１０上の所定の箇所にブロック固定用樹脂１２０を塗布し（図１１）、そのブロック固定用樹脂１２０の上にレンズ固定ブロック１１０を置く（図１２）。そして、レンズ固定ブロック１１０と基板１０との間のブロック固定用樹脂１２０の厚さがなるべく薄くなるように、レンズ固定ブロック１１０を基板１０に押圧しつつ、ブロック固定用樹脂１２０を硬化させてレンズ固定ブロック１１０を基板１０に固定する。このとき、レンズ固定ブロック１１０の側面１１０ＡはＸ方向に垂直になっている。

次に、レンズ固定ブロック１１０の側面（レンズ取付面）１１０Ａにレンズ固定用樹脂１４４を塗布し、第２の集光レンズ４２のＸ方向の端部４２ＡをＸ方向からレンズ固定用樹脂１４４に挿入する（図１３）。

そして、半導体レーザ素子２０からレーザ光を出射させ、その状態で第２の集光レンズ４２を移動させて位置決めを行う（アクティブ調心）。このとき、第２の集光レンズ４２と側面１１０Ａとの間のレンズ固定用樹脂１４４の厚さがなるべく薄くなるようにすることが好ましい。第２の集光レンズ４２が高精度に位置決めされた状態で、レンズ固定用樹脂１４４を硬化させて第２の集光レンズ４２をレンズ固定ブロック１１０に固定する。このようにして、半導体レーザモジュール１０１が完成する（図８）。

上述したように、本実施形態における半導体レーザモジュール１０１の製造方法によれば、レンズ固定用樹脂１４４を用いて第２の集光レンズ４２をレンズ固定ブロック１１０に固定しているため、はんだ接合のように高温に保つ必要がなく、半導体レーザ素子２０からレーザ光を出射させながら第２の集光レンズ４２の位置決め（アクティブ調心）をすることができる。

また、第２の集光レンズ４２のＸ方向の端部４２ＡをＸ方向に垂直な側面１１０Ａに固定しているので、レンズ固定用樹脂１４４の硬化収縮や温度又は湿度によるレンズ固定用樹脂１４４の収縮や膨張による第２の集光レンズ４２の位置の変動がＹ方向及びＺ方向にはほとんど生じることがない。また、第２の集光レンズ４２と側面１１０Ａとの間のレンズ固定用樹脂１４４の厚さを薄くすれば、レンズ固定用樹脂１４４の収縮又は膨張による変化量自体を小さくすることができる。したがって、第２の集光レンズ４２を高精度に調心された状態に保持することができる。

ここで、レンズ固定ブロック１１０と基板１０との間のブロック固定用樹脂１２０の厚さが２０μｍ以下となるようにレンズ固定ブロック１１０を固定することが好ましい。レンズ固定ブロック１１０と基板１０との間のブロック固定用樹脂１２０の厚さが２０μｍよりも厚くなると、温度又は湿度によるブロック固定用樹脂１２０の収縮や膨張によってレンズ固定ブロック１１０及びそれに固定された第２の集光レンズ４２がＹ方向（スロー軸方向）に動いてしまい、第２の集光レンズ４２から出射されるレーザ光の光路がずれて悪影響が生じてしまうからである。

なお、レンズ固定ブロック１１０を枠体１１と同じ材質により形成すれば、温度変化による枠体１１の高さ方向の変化とレンズ固定ブロック１１０の高さ方向の変化とを同じにすることができるので、第２の集光レンズ４２と光ファイバ５０との相対的な位置を変化させずに、光ファイバ５０への光の結合効率を高く維持することができる。

図１４は、本発明の第３の実施形態における半導体レーザモジュール２０１を示す平面図である。上述した第１及び第２の実施形態では、光伝搬方向転換部材３４から第１の集光レンズ４０に入射するレーザ光が互いに平行であったが、本実施形態においては、光伝搬方向転換部材３４の折り返しミラー３８−１〜３８−１０がＸ軸に対して傾いて配置されており、それぞれの折り返しミラー３８−１〜３８−１０から第１の集光レンズ４０に入射するレーザ光が互いに平行とはなっていない。このように第１の集光レンズ４０に入射する複数のレーザ光が平行でない場合にも本発明を適用することができる。

すなわち、第１の集光レンズ４０に入射する複数のレーザ光が平行でなくても、第１の集光レンズ４０の光軸及び該光軸に垂直な第１の垂直軸の双方に平行なレンズ取付面（基板１０）に第１の集光レンズ４０が固定されている限り、レンズ固定用樹脂の収縮や膨張が第１の集光レンズ４０に与える影響を抑えることができる。また、同様に、第２の集光レンズ４２に入射するレーザ光が互いに平行でなくても、第２の集光レンズ４２の光軸及び該光軸に垂直な第２の垂直軸の双方に平行なレンズ取付面（側壁１１Ｂ）に第２の集光レンズ４２が固定されている限り、レンズ固定用樹脂４４の収縮や膨張が第２の集光レンズ４２に与える影響を抑えることができる。

なお、上述した各実施形態では、第２の集光レンズ４２のＸ方向の端部の一方のみを固定する構成を説明したが、他方の端部に対しても同様に固定してもよい。同様に、第１の集光レンズ４０のＹ方向の端部の一方のみを固定する構成を説明したが、他方の端部に対しても同様に固定してもよい。

さらに、レーザ光をスロー軸方向（Ｙ方向）に集光する集光レンズ（第２の集光レンズ４２）の位置と、レーザ光をファースト軸方向（Ｘ方向）に集光するレンズ（第１の集光レンズ４０）の位置とを入れ替えてもよい。

また、上述した実施形態では、複数の半導体レーザ素子２０が配置された例を説明したが、本発明は、単一の半導体レーザ素子を備える場合にも適用できるものである。さらに、本実施形態における光伝搬方向転換部材は、１組のミラーから構成されているが、単一のミラーにより構成することも可能である。

これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

１半導体レーザモジュール
１０基板
１１枠体
１１Ａ側壁
１１Ｂ側壁（レンズ取付面）
２０半導体レーザ素子
３０第１のコリメートレンズ（ファースト軸コリメートレンズ）
３２第２のコリメートレンズ（スロー軸コリメートレンズ）
３４光伝搬方向転換部材
３６跳ね上げミラー
３６Ａ反射面
３８折り返しミラー
３８Ａ反射面
４０第１の集光レンズ（ファースト軸集光レンズ）
４２第２の集光レンズ（スロー軸集光レンズ）
４２Ａ端部
４４レンズ固定用樹脂
５０光ファイバ
５２フェルール
５４パイプ
５６樹脂
５８ブーツ
１０１半導体レーザモジュール
１１０レンズ固定ブロック
１１０Ａ側面（レンズ取付面）
１２０ブロック固定用樹脂
１４４レンズ固定用樹脂
２０１半導体レーザモジュール

Claims

レーザ光を出射する少なくとも１つの半導体レーザ素子と、
第１の光軸を有する第１の集光レンズであって、前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を前記第１の光軸に垂直な第１の垂直軸に沿った方向に集光する第１の集光レンズと、
前記第１の垂直軸及び前記第１の光軸の双方に平行な第１のレンズ取付面と、
第２の光軸を有する第２の集光レンズであって、前記レーザ光を前記第２の光軸に垂直な第２の垂直軸に沿った方向に集光する第２の集光レンズと、
前記第２の垂直軸及び前記第２の光軸の双方に平行な第２のレンズ取付面と、
前記第１の集光レンズ及び前記第２の集光レンズにより集光されるレーザ光に光学的に結合される光ファイバと、
を備え、
前記第１の垂直軸及び前記第１の光軸の双方に垂直な方向における前記第１の集光レンズの端部の少なくとも一方が、前記第１のレンズ取付面に第１のレンズ固定用樹脂により固定され、
前記第２の垂直軸及び前記第２の光軸の双方に垂直な方向における前記第２の集光レンズの端部の少なくとも一方が、前記第２のレンズ取付面に第２のレンズ固定用樹脂により固定されている、
ことを特徴とする半導体レーザモジュール。
前記第１のレンズ取付面及び前記第２のレンズ取付面の一方は、前記少なくとも１つの半導体レーザ素子が搭載される基板を取り囲む枠体の側壁の一部であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザモジュール。
前記少なくとも１つの半導体レーザ素子が搭載される基板に固定されるレンズ固定ブロックをさらに備え、
前記第１のレンズ取付面及び前記第２のレンズ取付面の一方は、前記固定されるレンズ固定ブロックの側面の一部であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザモジュール。
前記レンズ固定ブロックは、厚さが２０μｍ以下のブロック固定用樹脂を介して前記基板に固定されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザモジュール。
前記第１のレンズ固定用樹脂及び前記第２のレンズ固定用樹脂は、ＵＶ硬化樹脂又は熱硬化樹脂であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体レーザモジュール。
前記第１の集光レンズを挟んで前記第１の垂直軸に沿った方向の両側に存在する前記第１のレンズ固定用樹脂の量が互いに等しく、
前記第１の集光レンズを挟んで前記第１の光軸に沿った方向の両側に存在する前記第１のレンズ固定用樹脂の量が互いに等しい、
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体レーザモジュール。
前記第２の集光レンズを挟んで前記第２の垂直軸に沿った方向の両側に存在する前記第２のレンズ固定用樹脂の量が互いに等しく、
前記第２の集光レンズを挟んで前記第２の光軸に沿った方向の両側に存在する前記第２のレンズ固定用樹脂の量が互いに等しい、
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体レーザモジュール。
レーザ光を出射する少なくとも１つの半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を異なる方向に集光する複数の集光レンズと、前記集光レンズにより集光されるレーザ光に光学的に結合される光ファイバとを備えた半導体レーザモジュールの製造方法であって、
前記半導体レーザ素子を基板に対して固定し、
前記集光レンズのうち少なくとも１つの集光レンズの光軸及び該光軸に垂直な垂直軸の双方に平行なレンズ取付面にレンズ固定用樹脂を塗布し、
前記少なくとも１つの集光レンズの光軸及び垂直軸の双方に垂直な方向における該集光レンズの端部を前記レンズ取付面に塗布されたレンズ固定用樹脂に挿入し、
前記半導体レーザ素子からレーザ光を出射しつつ前記レンズ固定用樹脂に挿入された集光レンズを通過したレーザ光が前記光ファイバに結合するように前記少なくとも１つの集光レンズを位置決めし、
前記少なくとも１つの集光レンズが位置決めされた状態で前記レンズ固定用樹脂を硬化させて前記少なくとも１つの集光レンズを固定する、
ことを特徴とする半導体レーザモジュールの製造方法。
前記少なくとも１つの半導体レーザ素子が搭載される基板を取り囲む枠体の側壁の一部に前記レンズ取付面を形成することを特徴とする請求項８に記載の半導体レーザモジュールの製造方法。
前記少なくとも１つの半導体レーザ素子が搭載される基板にレンズ固定ブロックを固定し、
前記レンズ固定ブロックの側面の一部に前記レンズ取付面を形成することを特徴とする請求項８に記載の半導体レーザモジュールの製造方法。
前記レンズ固定ブロックを前記基板に固定する際に、
前記レンズ固定ブロックと前記基板との間にブロック固定用樹脂を塗布し、
前記レンズ固定ブロックと前記基板との間の前記ブロック固定用樹脂の厚さが２０μｍ以下となるように前記レンズ固定ブロックを前記基板に押圧しながら前記ブロック固定用樹脂を硬化させて前記レンズ固定ブロックを前記基板に固定する、
ことを特徴とする請求項１０に記載の半導体レーザモジュールの製造方法。
前記集光レンズの端部を前記レンズ固定用樹脂に挿入する際に、前記集光レンズを挟んで前記集光レンズの垂直軸に沿った方向の両側に存在する前記レンズ固定用樹脂の量を互いに等しくし、前記集光レンズを挟んで前記集光レンズの光軸に沿った方向の両側に存在する前記レンズ固定用樹脂の量を互いに等しくすることを特徴とする請求項８から１１のいずれか一項に記載の半導体レーザモジュールの製造方法。