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JP2004047651A - Laser apparatus and its manufacturing method - Google Patents

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JP2004047651A
JP2004047651A JP2002201906A JP2002201906A JP2004047651A JP 2004047651 A JP2004047651 A JP 2004047651A JP 2002201906 A JP2002201906 A JP 2002201906A JP 2002201906 A JP2002201906 A JP 2002201906A JP 2004047651 A JP2004047651 A JP 2004047651A
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semiconductor lasers
lens
collimator
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JP2002201906A
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Japanese (ja)
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Kazuhiko Nagano
永野 和彦
Yoji Okazaki
岡崎 洋二
Satoshi Ajino
味埜 敏
Eiji Suzuki
鈴木 栄二
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Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable a light-emitting point of each semiconductor laser and the center of a collimator lens to be accurately aligned, in a state in which a focal position of the lens is located at the point of the lens and the lines for connecting the points to the center of the lenses are in parallel with each other at the point of the laser, in a method for manufacturing a laser apparatus in which a plurality of the semiconductor lasers are arranged, in a state in which the points are aligned in one direction. <P>SOLUTION: A smooth reference surface S, perpendicular to light-emitting axes O of the semiconductor lasers LD1-LD7, is formed at a forward side from a section for fixing the lasers LD1-LD of a block 10. The plurality of the lasers LD1-LD7 are fixed to the block 10, by position-regulating the emitting axis direction based on focal distance measuring information of the corresponding lenses 11-17, and thereafter the plurality of the collimator lenses 11-17 are position-regulated to copy the reference surface S. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザー装置に関し、特に詳細には、複数の半導体レーザーから発せられたレーザービームを各々コリメーターレンズによって互いに平行な状態にして平行光化するレーザー装置に関するものである。
【0002】
また本発明は、上述のようなレーザー装置を製造する方法に関するものである。
【0003】
【従来の技術】
従来、紫外域のレーザービームを発生させる装置として、半導体レーザー励起固体レーザーから発せられた赤外光を紫外域の第3高調波に変換する波長変換レーザーや、エキシマレーザーや、Arレーザーが実用に供されている。
【0004】
さらには近時、例えば1998年発行のJpn.Appl.phys.Lett.,Vol.37.p.L1020に示されるように、400nm近傍の波長のレーザービームを発するGaN系半導体レーザー(レーザーダイオード)も提供されている。
【0005】
このような波長のレーザービームを発する光源は、350〜420nmの紫外領域を含んだ所定の波長域(以下「紫外域」という)に感度を有する感光材料を露光する露光装置において、露光用光源として適用することも考えられている。その場合の露光用光源は、当然ながら、感光材料を感光させるのに十分な出力を備えることが求められる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記エキシマレーザーは、装置が大型で、コストやメンテナンスコストも高いという問題がある。
【0007】
また、赤外光を紫外域の第3高調波に変換する波長変換レーザーは、波長変換効率が非常に低いことから、高出力を得るのは極めて困難になっている。現在のところは、30Wの半導体レーザーで固体レーザー媒質を励起して10Wの基本波(波長1064nm)を発振させ、それを3Wの第2高調波(波長532nm)に変換し、それら両者の和周波である1Wの第3高調波(波長355nm)を得る、というのが現在の実用レベルである。その場合の半導体レーザーの電気−光効率は50%程度であり、そして紫外光への変換効率は1.7%程度と非常に低いものとなっている。そしてこのような波長変換レーザーは、高価な光波長変換素子を用いるために、コストがかなり高いものとなっている。
【0008】
またArレーザーは電気−光効率が0.005%と非常に低く、寿命が1000時間程度と非常に短いという問題がある。
【0009】
一方、GaN系半導体レーザーについては、低転位のGaN結晶基板が得られないことから、ELOGという成長方法によって約5μm程度の低転位領域を作り出し、その上にレーザー領域を形成して高出力化と高信頼性を実現する試みがなされている。しかし、こうして作製されるGaN系半導体レーザーにおいても、大面積に亘って低転位の基板を得るのが難しいので、500mW〜1W級の高出力なものは未だ商品化されていない。
【0010】
また、半導体レーザーの高出力化の別の試みとして、例えば1つで100mWの光を出力するキャビティを100個形成することで10Wの出力を得るようなことも考えられているが、100個程度の多数のキャビティを高歩留まりで作成することは、ほとんど現実性が無いと言える。特に、シングルキャビティの場合でも99%以上の高歩留まり化は困難であるGaN系半導体レーザーにあっては、なおさらである。
【0011】
本出願人は上記の事情に鑑みて、先に特願2000−273849号および同−273870号において、特に高出力が得られるレーザー装置を提案した。
【0012】
特願2000−273849号のレーザー装置は、複数の半導体レーザーと、1本のマルチモード光ファイバーと、上記複数の半導体レーザーからそれぞれ出射したレーザービームを集光した上で上記マルチモード光ファイバーに結合させる集光光学系とを備えてなるものである。このレーザー装置の好ましい実施の形態において、上記複数の半導体レーザーは、それぞれの発光点が一方向に並ぶ状態に配設される。一方特願2000−273870号のレーザー装置は、複数の発光点を有するマルチキャビティ半導体レーザーチップが、複数個並べて固定されてなるものである。
【0013】
上記のように、複数の半導体レーザーが各発光点が一方向に並ぶ状態に配設されてなるレーザー装置において、通常複数の半導体レーザーは、CuまたはCu合金製の放熱ブロック等のブロックに固定保持される。
【0014】
また、複数の半導体レーザーからはそれぞれレーザービームが発散光状態で発せられるので、それらのレーザービームを1点に集束させる等の場合は、発散光状態のレーザービームをコリメーターレンズに通して平行光化し、さらに平行光化されたレーザービームを互いに同じ方向に進行させた上で集光レンズに入射させる必要がある。そのためには、各コリメーターレンズの焦点位置が半導体レーザーの発光点にあって、かつ各半導体レーザーの発光点とコリメーターレンズの中心とを結ぶ線が互いに平行になっている状態に両者を位置合わせしなければならない。もしこの位置合わせが不正になされていると、複数のレーザービームを十分小さなスポット径に収束させることが不可能になる。
【0015】
この問題を防止するためには、コリメーターレンズを半導体レーザーに合わせて、狭ピッチにXYZ3方向にミクロン〜サブミクロン精度で調芯位置決めする必要がある。ピッチが狭くなると当然レンズとレンズの間隔が狭まり、例えば100μm以下の隙間しか取ることができない。アクティブ方式で半導体レーザーを光らせて、1個1個レンズを動かして調整位置決めする方法が知られているが、レンズ保持を確実に行なうための設備スペースに余裕がなく、半導体レーザー基準でレンズを動かしながら3軸方向に調芯位置決めするのは容易でない。
【0016】
例えば3軸調芯するには、必ずホルダ部材を介してコリメーターレンズとレーザーブロックを固定しなければならないため、固定箇所は少なくとも2箇所必要となり、7個の半導体レーザーを合波に使用する場合には14箇所の固定をすべてミクロン〜サブミクロン精度で調芯位置決め固定しなければならない。この場合の歩留りは個々の歩留りの14乗で効いてくるため、固定信頼性を上げるにしても、接着箇所が増えれば歩留りを一定以上確保することが非常に困難となる。
【0017】
またホルダとレンズと半導体レーザーブロックの接着面平行度を合わせる事が固定精度を保つ上で重要な要素となるが、部品製作精度によって、この3者をともに合わせることとレンズと半導体レーザーの光軸を合わせることが必ずしも両立しない矛盾が起こり、精度確保が難しい状況となる。したがって調芯歩留りが悪化したり、調芯時間が長くなったり、部品コストが上がったりして、レーザー装置のコストアップを招く。
【0018】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、複数の半導体レーザーが各発光点が一方向に並ぶ状態に配設されてなるレーザー装置を製造する方法において、各コリメーターレンズの焦点位置が半導体レーザーの発光点にあって、かつ各半導体レーザーの発光点とコリメーターレンズの中心を結ぶ線が互いに平行になっている状態に両者を正確に位置合わせ可能とすることを目的とする。
【0019】
また本発明は、コリメーターレンズおよび半導体レーザーが上記のように正確に位置合わせされたレーザー装置を提供することを目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】
本発明によるレーザー装置の製造方法は、
複数の半導体レーザーと、
これらの半導体レーザーを、それぞれの発光点が一方向に並ぶ状態に固定保持したブロックと、
前記半導体レーザーから発せられたレーザービームを各々平行光化する複数のコリメーターレンズとを備えてなるレーザー装置を製造する方法において、
前記ブロックの複数の半導体レーザーを固定する部分よりも前方側に、該半導体レーザーの発光軸に垂直とされた平滑な基準面を形成し、
前記複数の半導体レーザーをそれぞれ、対応するコリメーターレンズの焦点距離測定情報に基づいて発光軸方向に位置調整して前記ブロックに固定し、
その後複数のコリメーターレンズを、前記基準面に倣って位置調整してから該基準面に固定することを特徴とするものである。
【0021】
また本発明によるレーザー装置は、
複数の半導体レーザーと、
これらの半導体レーザーを、それぞれの発光点が一方向に並ぶ状態に固定保持したブロックと、
前記半導体レーザーから発せられたレーザービームを各々平行光化する複数のコリメーターレンズとを備えてなるレーザー装置において、
前記ブロックの複数の半導体レーザーを固定する部分よりも前方側に、該半導体レーザーの発光軸に垂直とされた平滑な基準面が形成され、
前記複数の半導体レーザーがそれぞれ、対応するコリメーターレンズの焦点距離の各々に基づいて発光軸方向に位置調整された状態でブロックに固定され、
前記複数のコリメーターレンズが、前記基準面に倣って位置調整された状態で該基準面に固定されていることを特徴とするものである。
【0022】
なお上記構成の本発明によるレーザー装置においては、半導体レーザーがサブマウントにジャンクションダウンで実装され、この半導体レーザーを固定したサブマウントが、各々の半導体レーザーの発光点が1列に並ぶように、前記ブロックとしてのヒートブロック上に配設されていることが望ましい。
【0023】
またそのようにする場合は、サブマウント側から見た時に半導体レーザー先端部の発光位置を示す特徴点を認識できるように実装されていることが望ましい。
【0024】
【発明の効果】
本発明によるレーザー装置の製造方法は、前記ブロックの複数の半導体レーザーを固定する部分よりも前方側に、該半導体レーザーの発光軸に垂直とされた平滑な基準面を形成し、複数の半導体レーザーをそれぞれ、対応するコリメーターレンズの焦点距離測定情報に基づいて発光軸方向に位置調整してブロックに固定するようにしたので、各コリメーターレンズの焦点位置に正確に各半導体レーザーの発光点が位置する状態にそれら両者を位置合わせ可能となる。そして、その後に複数のコリメーターレンズを、前記基準面に倣って位置調整してから該基準面に固定するようにしたので、各半導体レーザーの発光点とコリメーターレンズの中心を結ぶ線が互いに平行になっている状態を作ることができる。
【0025】
そこでこのレーザー装置の製造方法によれば、各半導体レーザーから発せられたレーザービームを正確に平行光化し、そしてそれらの平行光化されたレーザービームを互いに平行に進行させるレーザー装置を得ることができる。そのようなレーザー装置によれば、集光レンズと併せて用いることにより、複数のレーザービームを十分小さなスポット径に収束させることが不可能になる。
【0026】
また、従来のレンズによる調整で、半導体レーザーとコリメーターレンズの固定箇所は合波本数の2倍となり、信頼性確保が困難であった。本発明では、半導体レーザー側で焦点合わせすることによって、固定箇所が半減(合波本数)し、シンプルな調芯装置構成とすることができるので、工数も少なくより信頼性の高い組立が期待できる。歩留りはべき乗で効いてくるため、固定箇所の半減の効果は大きい。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【0028】
図1および2はそれぞれ、本発明の第1の実施の形態によるレーザー装置の平面形状、側面形状を示すものである。図示されるようにこの合波レーザー光源は、銅からなるヒートブロック(ヒートシンク)10の水平なレーザー固定面10a上に配列固定された一例として7個のチップ状態の横マルチモードGaN系半導体レーザーLD1,LD2,LD3,LD4,LD5,LD6およびLD7と、各GaN系半導体レーザーLD1,LD2,LD3,LD4,LD5,LD6およびLD7に対してそれぞれ設けられたコリメーターレンズ11,12,13,14,15,16および17とから構成されている。
【0029】
また図4,5および6には、このレーザー装置を用いた紫外光高輝度合波ファイバーモジュールの側面形状、平面形状、正面形状を示してある。この合波ファイバーモジュールについては、後に詳しく説明する。
【0030】
なお本実施の形態では、GaN系半導体レーザーLD1〜7はそれぞれサブマウントM上に固定され、このサブマウントMを介してヒートブロック10のレーザー固定面10a上に固定されている。ヒートブロック10に対するGaN系半導体レーザーLD1〜7の取付状態を図3に示す。なおGaN系半導体レーザーLD1〜7は、サブマウントMを介さずに直接レーザー固定面10a上に固定されても構わない。
【0031】
以下、GaN系半導体レーザーLD1〜7およびコリメーターレンズ11〜17の取付けについて詳しく説明する。コリメータレンズ11〜17の焦点距離を予め別の測定系にて測定しておく。それぞれの測定結果がコリメーターレンズ製作基準面を正にして、f1に対する誤差Δf11〜Δf17で表されるとする。
【0032】
サブマウントM上に予め実装されたGaN系半導体レーザーLD1〜7をヒートブロック10上に順次並べてアレイ状にする時に、ヒートブロック10の一面を基準面Sにして、コリメータレンズ11〜17の製作基準面を互いに突き当てにより面合わせし、この面からf1=3mmの位置を基準としてそれぞれ誤差Δf11〜Δf17分補正をかけて、光軸方向(焦点距離調整方向:図1および2の左右方向)に位置決めする。この時GaN系半導体レーザーLD1〜7の焦点方向の位置基準は、出射端面を形成するチップエッジとなる。
【0033】
GaN系半導体レーザーLD1〜7の並び方向には、設計寸法である1.25mmピッチで位置決めする。この方向の位置決めは、後でレンズ調整する工程があるため厳しい精度は要求されない。その後調整した位置にて、サブマウントM上に予め実装されたGaN系半導体レーザーLD1〜7をヒートブロック10にアレイ状に実装固定する。
【0034】
本実施の形態ではヒートブロック10の一面Sを基準面とした。部品精度、コストから一体のヒートブロック10に基準面をとる事が好ましいが、基準面は別部材で構成しても構わない。
【0035】
GaN系半導体レーザーLD1〜7から発散光状態で出射したレーザービームB1,B2,B3,B4,B5,B6およびB7(図5参照)は、それぞれヒートブロック10の基準面Sに取り付けられたコリメーターレンズ11,12,13,14,15,16および17によって平行光化される。
【0036】
なぜならば、この基準面Sに例えばコリメーターレンズ11を突き当て状態にすることで、該コリメーターレンズ11とGaN系半導体レーザーLD1との間の距離は、f1+Δf11すなわち、実測焦点距離に等しくなるからである。他のGaN系半導体レーザーLD2〜7とコリメーターレンズ12〜17に関しても、互いの間の距離は実測焦点距離のf1+Δf12〜f1+Δf17に設定される。したがって、コリメータレンズ11〜17を改めて光軸方向に調整する必要がなくなり、光軸調整固定のためのレンズホルダを必要としない構造となる。
【0037】
次に、GaN系半導体レーザーLD1〜7から射出されるレーザービームB1〜7の調整について説明する。レーザービームB1〜7は軸同士の平行度が重要になる。これらのビームは平行光になっているが、互いに軸同士が平行なビームとなっていないので、コリメータレンズ11〜17をレーザー発光軸Oと直交するヒートブロック10の基準面Sに突き当て、各々対応するGaN系半導体レーザーLD1〜7に対して焦点距離が変わらないようにして、各々面内位置調整固定することによって、平行ビームの方向を合わせることが必要となる。
【0038】
この時、コリメータレンズ11〜17が基準面Sに当て付けで押し付けられるが、焦点方向の再現性を保つには、レンズ表面と基準面Sの表面粗さは部品製作上小さく抑える必要がある。この表面粗さは、好ましくは中心線平均粗さRaで1μm以下とする。面内の位置調整は通常、GaN系半導体レーザーLD1〜7を光らせて、コリメートされたレーザービームB1〜7を集光レンズを通してNFP光学系に結像し、その画像が1点に集光するように行う。こうしてコリメータレンズ11〜17はそれぞれ、GaN系半導体レーザーLD1〜7に対して基準面内位置調整が施され、順次固定される。コリメータレンズ11〜17の固定箇所はこの1箇所だけとなり、簡単な調芯装置構成とすることができるので、工数も少なくより信頼性の高い組立が期待できる。
【0039】
なおコリメータレンズ11〜17の焦点距離の測定は、本実施の形態では別測定系で行っているが、GaN系半導体レーザーLD1〜7をチップ状態でプローバなどによって給電しながらオンラインに発光させて、コリメータレンズ11〜17を基準として焦点方向に移動しながら、FFP光学系などを利用してコリメータレンズ11〜17を通したレーザービームB1〜7の広がり角が最も小さくなる点を探してここを焦点位置とし、その場でヒートブロック10に実装してしまう方法を採用してもよい。
【0040】
次に、上記のレーザー装置を用いた紫外光高輝度合波ファイバーモジュールについて、図4,5および6を参照して詳しく説明する。これらの図4,5および6はそれぞれ、本ファイバーモジュールの側面形状、平面形状、正面形状を示すものである。
【0041】
GaN系半導体レーザーLD1〜7は、発振波長が例えば全て共通の405nmであり、最大出力も全て共通の100mWである。これらのGaN系半導体レーザーLD1,LD2,LD3,LD4,LD5,LD6およびLD7から発散光状態で出射したレーザービームB1,B2,B3,B4,B5,B6およびB7は、それぞれコリメーターレンズ11,12,13,14,15,16および17によって平行光化される。
【0042】
平行光とされたレーザービームB1〜7は、集光レンズ20によって集光され、マルチモード光ファイバー30のコア30aの入射端面上で収束する。本例ではコリメーターレンズ11〜17および集光レンズ20によって集光光学系が構成され、それとマルチモード光ファイバー30とによって合波光学系が構成されている。すなわち、集光レンズ20によって上述のように集光されたレーザービームB1〜7がこのマルチモード光ファイバー30のコア30aに入射してそこを伝搬し、1本のレーザービームBに合波されてマルチモード光ファイバー30から出射する。なおマルチモード光ファイバー30としては、ステップインデックス型のもの、グレーデッドインデックス型のもの、およびそれらの複合型のものが全て適用可能である。
【0043】
本例においてモジュールを構成する光学要素は、上方が開口した箱状のパッケージ40内に収容され、このパッケージ40の上記開口がパッケージ蓋41によって閉じられることにより、該パッケージ40およびパッケージ蓋41が画成する閉空間内に密閉保持される。
【0044】
パッケージ40の底面にはベース板42が固定され、このベース板42の上面に前記ヒートブロック10が取り付けられ、そしてこのヒートブロック10にコリメーターレンズ11〜17を保持するコリメーターレンズホルダ44が固定されている。さらにベース板42の上面には、集光レンズ20を保持する集光レンズホルダ45と、マルチモード光ファイバー30の入射端部を保持するファイバーホルダ46が固定されている。またGaN系半導体レーザーLD1〜7に駆動電流を供給する配線類47は、パッケージ40の横壁面に形成された開口を通してパッケージ外に引き出されている。
【0045】
なお図4においては、図の煩雑化を避けるために、GaN系半導体レーザーLD1〜7のうち1つのGaN系半導体レーザーLD7にのみ番号を付し、同様にコリメーターレンズ11〜17のうち1つのコリメーターレンズ17にのみ番号を付してある。
【0046】
図6は、上記コリメーターレンズ11〜17の取付部分の正面形状を示すものである。ここに示されるように各コリメーターレンズ11〜17は、非球面円形レンズの光軸を含む領域を細長く切り取った形とされたものであり、例えば樹脂あるいは光学ガラスをモールド成形することによって形成される。図7の(1)および(2)にはそれぞれ、それらを代表して1つのコリメーターレンズ17の拡大側面形状および正面形状を、要部の寸法(単位はmm)も入れて示してある。
【0047】
図6および7に示される通りコリメーターレンズ11〜17は、GaN系半導体レーザーLD1〜7の発光点の並び方向(図6の左右方向)の開口径が該方向に直角な方向(図6の上下方向)の開口径よりも小さく形成されて、上記発光点の並び方向に密接配置されている。
【0048】
一方GaN系半導体レーザーLD1〜7としては、発光幅が2μmで、活性層と平行な方向、直角な方向の拡がり角が一例としてそれぞれ10°、30°の状態で各々レーザービームB1〜7を発するものが用いられている。これらのGaN系半導体レーザーLD1〜7は、活性層と平行な方向に発光点が1列に並ぶように配設されている。
【0049】
したがって、各発光点から発せられたレーザービームB1〜7は、上述のように細長い形状とされた各コリメーターレンズ11〜17に対して、拡がり角最大の方向が開口径大の方向と一致し、拡がり角最小の方向が開口径小の方向と一致する状態で入射することになる。つまり、細長い形状とされた各コリメーターレンズ11〜17は、入射するレーザービームB1〜7の楕円形の断面形状に対応して、非有効部分を極力少なくして使用されることになる。本実施の形態では具体的に、コリメーターレンズ11〜17の開口径は水平方向、垂直方向で各々1.1mm、4.6mmであり、それらに入射するレーザービームB1〜7の水平方向、垂直方向のビーム径は各々0.9mm、2.6mmである。また、コリメーターレンズ11〜17の各焦点距離f=3mm、NA=0.6、レンズ配置ピッチ=1.25mmである。
【0050】
また図8の(1)および(2)はそれぞれ、集光レンズ20の拡大側面形状および正面形状を、要部の寸法(単位はmm)も入れて示すものである。ここに示されるように集光レンズ20も、非球面円形レンズの光軸を含む領域を細長く切り取って、コリメーターレンズ11〜17の並び方向つまり水平方向に長く、それと直角な方向に短い形状とされている。そして該集光レンズ20の焦点距離f=12.5mm、NA=0.3である。この集光レンズ20も、例えば樹脂あるいは光学ガラスをモールド成形することによって形成される。
【0051】
他方、マルチモード光ファイバー30としては、三菱電線工業株式会社製のグレーデッドインデックス型光ファイバーを基本として、コア中心部がグレーデッドインデックスで外周部がステップインデックスである、コア径=25μm、NA=0.3、端面コートの透過率=99.5%以上のものが用いられている。本例の場合、先に述べたコア径×NAの値は7.5μmである。
【0052】
本実施の形態の構成においては、レーザービームB1〜7のマルチモード光ファイバー30への結合効率が0.9となる。したがって、GaN系半導体レーザーLD1〜7の各出力が100mWのときには、出力630mW(=100mW×0.9×7)の合波レーザービームBが得られることになる。
【0053】
次に、図9および10を参照して本発明の第2の実施の形態による合波レーザー光源について説明する。なおこの図9において、図1および2中の要素と同等の要素には同番号を付してあり、それらについての説明は特に必要のない限り省略する(以下、同様)。
【0054】
この第2の実施の形態のレーザー装置は、図1および2に示したレーザー装置と比べると、個別に形成された7個のコリメーターレンズ11〜17に代えて、7つのレンズ要素51、52、53、54、55、56、57を有するコリメーターレンズアレイ50が用いられた点が基本的に異なるものである。
【0055】
コリメーターレンズアレイを使った場合の組立では、前記第1の実施の形態のように、個々のコリメータレンズ調整によって、最終的に平行光の光軸合わせを行なうことができない。そのため一般的にはコリメーターレンズアレイと半導体レーザーアレイを同一寸法設計として、パッシブ的にあわせこむ手法で実装される。この方法は最も安価で工数も少なく、組立工程としてはシンプルなものとなる。
【0056】
しかしながらパッシブ実装を行うには、両者の組立のための基準面や位置決めマークを高精度で加工する必要があり、現実に実施するのは容易ではない。そこで、コリメーターレンズアレイと半導体レーザーアレイをレンズ要素と半導体レーザーとの関係を精度良く製作した上で、アレイ同士を調整位置決め固定して組立てる方法が考えられる。それぞれ個々の要素間の関係が決まっていれば、7つを平均的に合わせ込んで、集光合波する事が可能となる。アレイ同士の調整では3軸+光軸まわりの回転の4軸の調芯を行うが、光軸方向調整が含まれると、レンズホルダーが別途必要となり調芯工程が複雑化してしまう。
【0057】
一方ガラス成形コリメータレンズアレイを使った場合に懸念されることは、7つのレンズ要素間の光学性能のばらつきである。高さ方向、ピッチ方向は金型で追い込みやすく性能が許容に近いが、焦点方向のばらつきはプリフォームの重量ばらつきや経時収縮など、焦点距離の1〜3%めやすとかなり大きな設計値に対するずれが発生する。1つのアレイの中で個々に焦点距離がばらついたりすると、設計値通りに実装された半導体レーザーアレイに対して、レンズアレイを合わせ込もうとしても、7つ全部を最適に調整することができない。
【0058】
これに対して本発明では、コリメーターレンズアレイを構成する個々のレンズ要素の焦点距離を予め測定し、焦点距離補正した形で半導体レーザーアレイ化する事で、アレイレンズのばらつきを吸収し、良好にアレイ同士の焦点合わせができるようにしたものである。また焦点合わせを半導体レーザー位置で行うので、レンズによる調芯時にレンズホルダーが不要なだけでなく、調芯が2軸+軸周り回転とすべて同一面内での調整に変わるので、装置構成がシンプルで工数も少なくできる。
【0059】
以下、第2の実施の形態について詳しく説明する。コリメータレンズアレイ50のレンズ要素51〜57の焦点距離を予め別の測定系にて測定しておく。それぞれの測定結果がコリメーターレンズ製作基準面を正にして、f1に対する誤差Δf51〜Δf57で表されるとする。半導体レーザーチップはサブマウントM上に予めジャンクションダウン実装され、この半導体レーザー付きサブマウントMをヒートブロック10上に順次並べてアレイ状にする時に、ヒートブロック10の一面を基準面Sにして、コリメーターレンズアレイ50の製作基準面を互いに突き当てにより面合わせし、この面からf1=3mmの位置を基準として誤差Δf51〜Δf57分補正をかけて、光軸方向(焦点距離調整方向)に半導体レーザー付きサブマウントMを位置決めする。
【0060】
GaN系半導体レーザーLD1〜7の並び方向には、設計寸法である1.1mmピッチで位置決めする。この方向の位置決めは個別レンズ調整と異なり、後で個別にレンズ調整することができず、アレイ全体での調整工程があるだけなので、厳しい実装精度が要求される。その後、調整した位置にて半導体レーザー付きサブマウントMをヒートブロック10に実装固定して半導体レーザーアレイにする。
【0061】
本実施の形態ではヒートブロック10の一面を基準面Sとした。部品精度、コストから一体のヒートブロック10に基準面をとる事が好ましいが、基準面は別部材で構成しても構わない。
【0062】
GaN系半導体レーザーLD1〜7から発散光状態で出射したレーザービームB1,B2,B3,B4,B5,B6およびB7(図5参照)は、それぞれヒートブロック10の基準面Sに取り付けられたコリメーターレンズアレイ50のレンズ要素51,52,53,54,55,56および57によって平行光化される。
【0063】
なぜならば、コリメーターレンズアレイ50をこの基準面Sに突き当て状態にした後、軸周りの回転調整をする事でLD1とレンズ要素51の間はf1+Δf51すなわち、実測焦点距離に等しくなるからである。他のLD2〜LD7とレンズ要素52〜57に対しても、互いの距離は実測焦点距離のf1+Δf51〜f1+Δf57に設定される(図9参照)。
【0064】
したがってレンズを改めて光軸方向に調整する必要がなくなり、光軸調整固定のためのレンズホルダを必要としない構造となる。
【0065】
次に上記に説明したアレイ状のGaN系半導体レーザーLD1〜7から射出されるレーザービームB1〜7の調整について説明する。レーザービームB1〜7については、軸同士の平行度が重要になる。これらのレーザービームB1〜7は平行光になっているが、互いに光軸同士が平行なビームとなっていないので、複数のコリメーターレンズ要素51〜57を、ヒートブロック10の基準面Sに突き当て、焦点距離が変わらないようにして、GaN系半導体レーザーLD1〜7に対して各々面内位置調整固定することによって、平行ビームの方向を合わせる事が必要となる。
【0066】
この時コリメーターレンズアレイ50が基準面Sに当て付けで押し付けられているが、焦点方向の再現性を保つには、レンズアレイ表面と基準面Sの表面粗さは部品製作上小さく抑える必要がある。好ましくは、中心線平均粗さRaで1μm以下とする。またコリメーターレンズアレイ50は個別レンズに比べて長さが大きくなるため、ヒートブロック10との熱膨張差による応力発生の抑制と、接着面凹凸によるレンズの傾きや焦点方向の位置ズレなど対して、接着面積は小さい方が好ましく、接着強度を十分取れる範囲で設計する。コリメーターレンズアレイ50は、GaN系半導体レーザーLD1〜7に対して、ヒートブロック基準面内位置調整が施され、7つの要素51〜57が平均的に調芯されたところで固定される。GaN系半導体レーザーLD1〜7とコリメーターレンズアレイ50の固定箇所はこの1箇所だけとなり、シンプルな調芯装置構成とする事ができるので、工数も少なくより信頼性の高い組立が期待できる。
【0067】
なおコリメーターレンズアレイ50とGaN系半導体レーザーLD1〜7の高さ方向位置合わせは、この構成では調整が効かないため、パッシブ的に位置合わせを行う。したがってコリメーターレンズアレイ50とGaN系半導体レーザーLD1〜7の高さ方向のばらつきは、ともに許容誤差範囲内に抑える必要がある。半導体レーザーアレイで高さ方向を合わせこむには通常、ジャンクションダウン実装を施す事がよいとされている。
【0068】
しかしながら、GaN系半導体レーザーLD1〜7を直接ヒートブロック10にジャンクションダウン実装した場合には、焦点方向のばらつき調整による個々のGaN系半導体レーザーLD1〜7の光軸方向の位置ずれによって、必ずしもヒートブロック端面にGaN系半導体レーザーLD1〜7が実装されないため、ヒートブロック10でレーザービームのケラレが発生ししまう。一旦サブマウントに端面基準でジャンクションダウン実装してやれば、サブマウントの厚みによって、焦点方向に実装位置がばらついても、サブマウント厚みの方が焦点ばらつき値に対して十分大きな値である為、半導体レーザービームのケラレの心配がなくなる。
【0069】
ただし該サブマウント厚みのばらつきを抑える事により、GaN系半導体レーザーLD1〜7の発光点の高さばらつきを抑えてやる構成であるので、サブマウント厚みばらつきは高さ方向要求精度以上におさえこむ必要がある。
【0070】
以上のように、サブマウント付きの半導体レーザーアレイにする事で、焦点ばらつき調整によるレーザービームのケラレを無くしつつ、サブマウント厚みばらつきを抑えたジャンクションダウン実装によってアレイの高さ方向のばらつき抑制との両立が可能である。
【0071】
図11は、上述したケラレについて説明するものである。同図(a)と(b)は、ヒートブロック10に半導体レーザーLDが直接固定された場合を示し、(c)と(d)はヒートブロック10にレーザーダイオードLDがサブマウントMを介して固定された場合を示している。(a)と(b)の場合は、焦点位置合わせにより半導体レーザーLDの位置が調整されたとき、その位置に応じてケラレが発生しないこともあるし、発生することもある。それに対して(c)と(d)の場合は、焦点位置合わせにより半導体レーザーLDの位置が調整されたとき、その位置が大きく変わってもケラレが発生しない。
【0072】
また通常半導体レーザーは、ジャンクションアップ実装の場合は上から発光点を示す特徴点(たとえばリッジ)を見ることができるが、ジャンクションダウン実装の場合上からは発光点を示す特徴が無く、したがってチップを倒立光学系で、下からのぞき、ジャンクションアップ面を見ることで位置認識をしている。
【0073】
しかるにサブマウントにジャンクションダウン実装された半導体レーザーを上方から見た場合、半導体レーザーはビーム発光点を示す特徴点がなく、また下方からはサブマウントに実装されているために、レーザーをジャンクションアップの状態で見ることができない。したがって実装する際の位置決め情報を上下からの認識で得られない問題がある。
【0074】
そこで図12の(a)、(b)、(c)にそれぞれ上、横、下から見た状態を示すように、サブマウントMに対して半導体レーザーチップLDを突き出した状態で実装し、下から見た時に発光点を示すリッジ等の特徴点Hを認識できるようにする。これによってサブマウントMにジャンクションダウン実装した場合でも、容易に下から位置認識ができるようになる。
【0075】
なお、ジャンクションダウン実装時に上記位置認識をするための別の構成を図13および14に示す。なおここでも、(a)、(b)、(c)にそれぞれ上、横、下から見た状態を示す。図13のものは、サブマウントMを透明部材や、あるいは赤外線を透過するSi等で構成したものである。それにより、下から見た時に、発光点を示すリッジ等の特徴点Hを認識できるようになる。図14のものは、サブマウントMに切欠きや穴等の開口部Gを設けたものである。それにより、下から見た時に、発光点を示すリッジ等の特徴点Hを認識できるようになる。この開口部Gは、形状は矩形や円など何でもよく、極力発光部に近い位置に形成するのがよい。
【0076】
なおコリメーターレンズの焦点距離の測定だけでなく、レンズ要素のピッチ間測定によって、ピッチ情報を事前に測定しておき、設計寸法1.1mmに対するピッチ誤差Δp51〜Δp57としたときに、この誤差Δp51〜Δp57分補正をかけて、ピッチ方向(半導体レーザーのアレイ並び方向)に位置決めする。これによってアレイレンズが焦点方向、ピッチ方向に対して設計寸法通りにできない場合でも、事前の測定データを元に半導体レーザーアレイ実装の過程で補正をかけ、アレイ同士の調整をすることができる。
【0077】
次に、図15および16を参照して本発明の第3の実施の形態による合波レーザー光源について説明する。この第3の実施の形態のレーザー装置は、図9および10に示したレーザー装置と比べると、個別に形成された7個のGaN系半導体レーザーLD1〜7に代えて、7つの発光部C1,C2,C3,C4,C5,C6,C7を有するマルチキャビティダイオードMCDが用いられた点が基本的に異なるものである。
【0078】
コリメーターレンズアレイ50とマルチキャビティダイオード70を使った組立では、前記第1の実施の形態のように、個々のコリメータレンズ調整によって、最終的に平行光の光軸合わせをすることができない。そのため一般的には、コリメーターレンズアレイ50とマルチキャビティダイオード70を同一寸法設計として、パッシブ的にあわせこむ手法で実装される。この方法は最も安価で工数も少なく、組立工程としてはシンプルなものとなる。
【0079】
しかしながらパッシブ実装を行なうには、両者の組立のための基準面や位置決めマークを高精度で加工する必要があり、現実には行うのが困難である。そこでコリメーターレンズアレイ50とマルチキャビティダイオード70を、各々レンズ要素と半導体レーザー要素との関係を精度良く製作した上で、アレイ同士を調整位置決め固定して組立てる方法が考えられる。それぞれ個々の要素間の関係が決まっていれば、7つを平均的に合わせ込んで、集光合波することが可能となる。アレイ同士の調整では3軸+光軸まわりの回転の4軸の調芯を行うが、光軸方向調整が含まれると、レンズホルダーが別途必要となり調芯工程が複雑化してしまう。
【0080】
一方ガラス成形コリメータレンズアレイを使った場合に懸念されることは、7つのレンズ要素間の光学性能のばらつきである。高さ方向、ピッチ方向は金型で追い込みやすく性能が許容に近いが、焦点方向のばらつきはプリフォームの重量ばらつきや経時収縮など、焦点距離の1〜3%目安とかなり大きな設計値に対するずれが発生する。1つのアレイの中で個々に焦点距離がばらついたりすると、リソグラフィー精度でほぼ設計値とおりに出来上がるマルチキャビティダイオードに対して、レンズアレイを合わせ込もうとしても、7つ全部を最適に調整することができない。したがって要素同士のばらつきを小さく製作する事が最低条件となる。そのうえで、個々のレンズ間の焦点のばらつきに対しては第1、第2の実施の形態と同じ考え方で補正が可能である。
【0081】
すなわち本実施の形態では、コリメーターレンズアレイ50を構成する個々のレンズ要素の焦点距離を予め測定し、この焦点距離の平均値と設計上の焦点距離f1との誤差Δfとすると、Δfを補正した形でマルチキャビティダイオード70をヒートブロック10に実装することで、アレイレンズの焦点方向のずれを補正した形でつくれば、レンズアレイを基準面に突き当てるだけで、良好にアレイ同士の焦点合わせができるようになる。また焦点合わせをマルチキャビティダイオード70のヒートブロック10への実装位置で行うので、レンズによる調芯時にレンズホルダーが不要なだけでなく、調芯が2軸+軸周り回転とすべて同一面内での調整に変わるので、装置構成がシンプルで工数も少なくできる。
【0082】
以下、調整作業について詳しく説明する。コリメータレンズアレイ50のレンズ要素51〜57の焦点距離を予め別の測定系にて測定しておく。それぞれの測定結果の平均値を求め、コリメーターレンズ製作基準面を正にして、焦点距離f1に対する平均値との差分を誤差Δfで表わすものとする。マルチキャビティダイオード70はサブマウントM上に予めジャンクションダウン実装され、このマルチキャビティダイオード付きサブマウントMをヒートブロック10上に実装する時に、マルチキャビティダイオード用ヒートブロック10の一面Sを基準面にして、コリメーターレンズアレイ50の製作基準面を互いに突き当てにより面合わせし、この面からf1=3mmの位置を基準として誤差Δf分の補正をかけて、光軸方向(焦点距離調整方向)にマルチキャビティダイオード付きサブマウントMを位置決めする。
【0083】
ピッチ方向には設計寸法である1.1mmピッチで発光点の並んだマルチキャビティダイオード70を使っており、アレイ全体での調整工程があるので、ピッチ方向の位置決めは半導体レーザーアレイの調整と異なり、それほど厳しい実装精度で実装しなくても問題ない。その後調整した位置にてマルチキャビティダイオード付きサブマウントMをヒートブロック10に実装固定する。
【0084】
以上、合波本数を7本とした実施の形態について説明したが、本発明のレーザー装置を用いる場合の合波本数はこの7本に限られるものではなく、2本以上のいずれの数が選択されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態によるレーザー装置を示す平面図
【図2】図1のレーザー装置の側面図
【図3】図1のレーザー装置の一部を示す斜視図
【図4】上記レーザー装置を備えた紫外光高輝度合波ファイバーモジュールの側面図
【図5】上記紫外光高輝度合波ファイバーモジュールの平面図
【図6】上記紫外光高輝度合波ファイバーモジュールの部分正面図
【図7】上記合波レーザー光源に用いられたコリメーターレンズの側面図(1)と正面図(2)
【図8】上記合波レーザー光源に用いられた集光レンズの側面図(1)と正面図(2)
【図9】本発明の第2の実施の形態によるレーザー装置を示す平面図
【図10】図9のレーザー装置の側面図
【図11】レーザー素子の実装構造によるレーザービームのケラレを説明する図
【図12】サブマウントに対するレーザー素子の実装構造例を示す概略図
【図13】サブマウントに対するレーザー素子の実装構造例を示す概略図
【図14】サブマウントに対するレーザー素子の実装構造例を示す概略図
【図15】本発明の第3の実施の形態によるレーザー装置を示す平面図
【図16】図15のレーザー装置の側面図
【符号の説明】
10  ヒートブロック
11〜17  コリメーターレンズ
20  集光レンズ
30  マルチモード光ファイバー
30a  マルチモード光ファイバーのコア
50  コリメーターレンズアレイ
70  マルチキャビティダイオード
LD1〜7  GaN系半導体レーザー
B1〜7  レーザービーム
B  合波されたレーザービーム
M  サブマウント
S  基準面
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser device, and more particularly to a laser device that converts laser beams emitted from a plurality of semiconductor lasers into parallel light by collimator lenses.
[0002]
The present invention also relates to a method of manufacturing the laser device as described above.
[0003]
[Prior art]
Conventionally, wavelength conversion lasers, excimer lasers, and Ar lasers that convert infrared light emitted from semiconductor laser-excited solid-state lasers into third harmonics in the ultraviolet region have been put to practical use as devices that generate ultraviolet laser beams. It is provided.
[0004]
Furthermore, recently, for example, Jpn. Appl. phys. Lett. , Vol. 37. p. As shown in L1020, a GaN-based semiconductor laser (laser diode) that emits a laser beam having a wavelength near 400 nm is also provided.
[0005]
A light source that emits a laser beam having such a wavelength is used as an exposure light source in an exposure apparatus that exposes a photosensitive material having sensitivity in a predetermined wavelength region (hereinafter referred to as “ultraviolet region”) including an ultraviolet region of 350 to 420 nm. It is also considered to apply. In this case, the light source for exposure is naturally required to have a sufficient output for exposing the photosensitive material.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the excimer laser has a problem that the apparatus is large, and the cost and maintenance cost are high.
[0007]
In addition, a wavelength conversion laser that converts infrared light into the third harmonic in the ultraviolet region has extremely low wavelength conversion efficiency, so that it is extremely difficult to obtain a high output. At present, a solid laser medium is excited with a 30 W semiconductor laser to oscillate a 10 W fundamental wave (wavelength 1064 nm), which is converted into a 3 W second harmonic (wavelength 532 nm), and the sum frequency of both of them. The current practical level is to obtain a third harmonic of 1 W (wavelength 355 nm). In this case, the electro-optical efficiency of the semiconductor laser is about 50%, and the conversion efficiency to ultraviolet light is very low, about 1.7%. Such a wavelength conversion laser is considerably expensive because it uses an expensive optical wavelength conversion element.
[0008]
In addition, the Ar laser has a problem that the electro-optical efficiency is very low as 0.005% and the lifetime is as short as about 1000 hours.
[0009]
On the other hand, since a low dislocation GaN crystal substrate cannot be obtained for a GaN-based semiconductor laser, a low dislocation region of about 5 μm is created by a growth method called ELOG, and a laser region is formed thereon to increase the output. Attempts have been made to achieve high reliability. However, even in the GaN-based semiconductor laser manufactured in this way, it is difficult to obtain a substrate with a low dislocation over a large area, so that a high output of 500 mW to 1 W class has not yet been commercialized.
[0010]
As another attempt to increase the output power of a semiconductor laser, for example, it may be possible to obtain 10 W output by forming 100 cavities that output 100 mW light by one. It can be said that creating a large number of cavities at a high yield is almost unrealistic. This is especially true for GaN-based semiconductor lasers where it is difficult to achieve a high yield of 99% or more even in the case of a single cavity.
[0011]
In view of the above circumstances, the present applicant has previously proposed a laser apparatus capable of obtaining particularly high output in Japanese Patent Application Nos. 2000-2734949 and 273870.
[0012]
Japanese Patent Application No. 2000-2733849 discloses a laser device that collects a plurality of semiconductor lasers, one multimode optical fiber, and a laser beam emitted from each of the plurality of semiconductor lasers, and then combines them with the multimode optical fiber. And an optical optical system. In a preferred embodiment of the laser apparatus, the plurality of semiconductor lasers are arranged in a state where the respective light emitting points are aligned in one direction. On the other hand, the laser device of Japanese Patent Application No. 2000-273870 is formed by arranging a plurality of multi-cavity semiconductor laser chips having a plurality of light emitting points.
[0013]
As described above, in a laser device in which a plurality of semiconductor lasers are arranged in a state where each light emitting point is aligned in one direction, the plurality of semiconductor lasers are usually fixed and held on a block such as a heat dissipation block made of Cu or Cu alloy. Is done.
[0014]
In addition, since laser beams are emitted from a plurality of semiconductor lasers in a divergent light state, when the laser beams are focused at one point, the divergent light beam is passed through a collimator lens and collimated. Further, it is necessary to make the collimated laser beams travel in the same direction and enter the condenser lens. To do so, position each collimator lens in a state where the focal point of each collimator lens is at the emission point of the semiconductor laser and the lines connecting the emission point of each semiconductor laser and the center of the collimator lens are parallel to each other. Must be matched. If this alignment is incorrect, it is impossible to converge a plurality of laser beams to a sufficiently small spot diameter.
[0015]
In order to prevent this problem, it is necessary to align the collimator lens in the XYZ3 direction with a micron to submicron accuracy at a narrow pitch in accordance with the semiconductor laser. Naturally, when the pitch is narrowed, the distance between the lenses is narrowed, and for example, only a gap of 100 μm or less can be taken. There is known a method of adjusting and positioning by moving the lens one by one by shining the semiconductor laser with the active method, but there is not enough room to securely hold the lens, and the lens is moved with reference to the semiconductor laser. However, it is not easy to align and position in the three axis directions.
[0016]
For example, in order to align three axes, the collimator lens and laser block must be fixed via a holder member. Therefore, at least two fixing points are required, and seven semiconductor lasers are used for multiplexing. For all of the 14 positions, the alignment positioning must be fixed with micron to submicron accuracy. Since the yield in this case is effective at the 14th power of the individual yield, it is very difficult to secure the yield above a certain level if the number of adhesion points increases even if the fixing reliability is increased.
[0017]
In addition, matching the parallelism of the bonding surface of the holder, lens, and semiconductor laser block is an important factor for maintaining the fixing accuracy. There is a contradiction that is not always compatible with each other, and it is difficult to ensure accuracy. Therefore, the alignment yield deteriorates, the alignment time becomes long, and the cost of parts increases, leading to an increase in the cost of the laser device.
[0018]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a method of manufacturing a laser device in which a plurality of semiconductor lasers are arranged in a state where each light emitting point is aligned in one direction, the focal position of each collimator lens Is located at the emission point of the semiconductor laser, and the lines connecting the emission point of each semiconductor laser and the center of the collimator lens are parallel to each other.
[0019]
Another object of the present invention is to provide a laser device in which the collimator lens and the semiconductor laser are accurately aligned as described above.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
A method of manufacturing a laser device according to the present invention includes:
Multiple semiconductor lasers,
A block in which these semiconductor lasers are fixedly held in a state in which the respective emission points are aligned in one direction;
In a method of manufacturing a laser device comprising a plurality of collimator lenses for collimating laser beams emitted from the semiconductor laser,
Forming a smooth reference plane perpendicular to the emission axis of the semiconductor laser on the front side of the portion where the plurality of semiconductor lasers of the block are fixed,
Each of the plurality of semiconductor lasers is fixed to the block by adjusting the position in the emission axis direction based on the focal length measurement information of the corresponding collimator lens,
Thereafter, the positions of the plurality of collimator lenses are adjusted along the reference plane and then fixed to the reference plane.
[0021]
Moreover, the laser apparatus according to the present invention comprises:
Multiple semiconductor lasers,
A block in which these semiconductor lasers are fixedly held in a state in which the respective emission points are aligned in one direction;
In a laser apparatus comprising a plurality of collimator lenses that collimate each laser beam emitted from the semiconductor laser,
A smooth reference plane that is perpendicular to the emission axis of the semiconductor laser is formed on the front side of the portion where the plurality of semiconductor lasers of the block are fixed,
Each of the plurality of semiconductor lasers is fixed to the block in a state in which the position is adjusted in the emission axis direction based on each of the focal lengths of the corresponding collimator lenses,
The plurality of collimator lenses are fixed to the reference surface in a state where the position is adjusted following the reference surface.
[0022]
In the laser device according to the present invention having the above-described configuration, the semiconductor laser is mounted on the submount in a junction-down manner, and the submount to which the semiconductor laser is fixed is arranged so that the emission points of the semiconductor lasers are arranged in a line. It is desirable to be disposed on a heat block as a block.
[0023]
In such a case, it is desirable that the mounting is performed so that the feature point indicating the light emission position of the front end of the semiconductor laser can be recognized when viewed from the submount side.
[0024]
【The invention's effect】
According to the laser device manufacturing method of the present invention, a smooth reference plane perpendicular to the emission axis of the semiconductor laser is formed in front of a portion of the block where the plurality of semiconductor lasers are fixed. Is adjusted in the direction of the emission axis based on the focal length measurement information of the corresponding collimator lens and fixed to the block, so that the emission point of each semiconductor laser is accurately located at the focal position of each collimator lens. Both of them can be aligned with the position. After that, the position of the collimator lenses is adjusted to follow the reference plane and then fixed to the reference plane. Therefore, the lines connecting the emission points of the semiconductor lasers and the centers of the collimator lenses are mutually connected. You can create a parallel state.
[0025]
Therefore, according to this method of manufacturing a laser device, it is possible to obtain a laser device that accurately collimates the laser beams emitted from the respective semiconductor lasers and advances the collimated laser beams in parallel with each other. . According to such a laser device, it becomes impossible to converge a plurality of laser beams to a sufficiently small spot diameter when used in combination with a condensing lens.
[0026]
In addition, with the adjustment by the conventional lens, the fixing position of the semiconductor laser and the collimator lens becomes twice the number of combined waves, and it is difficult to ensure reliability. In the present invention, by focusing on the semiconductor laser side, the number of fixing points can be reduced by half (the number of combined beams), and a simple alignment device configuration can be obtained. . Since the yield works as a power, the effect of halving the fixed part is great.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0028]
1 and 2 show a planar shape and a side shape of the laser device according to the first embodiment of the present invention, respectively. As shown in the figure, this combined laser light source is arranged as an array fixed on a horizontal laser fixing surface 10a of a heat block (heat sink) 10 made of copper. , LD2, LD3, LD4, LD5, LD6, and LD7, and collimator lenses 11, 12, 13, 14, provided for the GaN semiconductor lasers LD1, LD2, LD3, LD4, LD5, LD6, and LD7, respectively. 15, 16 and 17.
[0029]
4, 5 and 6 show the side shape, planar shape, and front shape of an ultraviolet light high-intensity multiplexing fiber module using this laser device. This multiplexing fiber module will be described in detail later.
[0030]
In the present embodiment, the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 are respectively fixed on the submount M, and are fixed on the laser fixing surface 10a of the heat block 10 via the submount M. The attachment state of the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 to the heat block 10 is shown in FIG. Note that the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 may be directly fixed on the laser fixing surface 10a without using the submount M.
[0031]
Hereinafter, attachment of the GaN semiconductor lasers LD1 to LD7 and the collimator lenses 11 to 17 will be described in detail. The focal lengths of the collimator lenses 11 to 17 are previously measured with another measurement system. Assume that each measurement result is represented by errors Δf11 to Δf17 with respect to f1, with the collimator lens production reference plane being positive.
[0032]
When the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 mounted in advance on the submount M are sequentially arranged on the heat block 10 to form an array, one surface of the heat block 10 is used as a reference surface S, and the production standard for the collimator lenses 11 to 17 The surfaces are brought into contact with each other by being brought into contact with each other, and corrected by errors Δf11 to Δf17 with respect to the position of f1 = 3 mm from this surface, respectively, in the optical axis direction (focal length adjustment direction: left and right direction in FIGS. 1 and 2). Position. At this time, the position reference in the focal direction of the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 is the chip edge forming the emission end face.
[0033]
In the arrangement direction of the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7, positioning is performed at a design dimension of 1.25 mm pitch. Positioning in this direction does not require strict accuracy because there is a step of lens adjustment later. Thereafter, GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 mounted in advance on the submount M are mounted and fixed on the heat block 10 in an array at the adjusted position.
[0034]
In the present embodiment, one surface S of the heat block 10 is used as a reference surface. Although it is preferable to take a reference plane on the integrated heat block 10 in terms of component accuracy and cost, the reference plane may be formed of a separate member.
[0035]
Laser beams B1, B2, B3, B4, B5, B6 and B7 (see FIG. 5) emitted from the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 in a divergent state are respectively collimators attached to the reference plane S of the heat block 10. The lenses 11, 12, 13, 14, 15, 16 and 17 are collimated.
[0036]
This is because, for example, when the collimator lens 11 is brought into contact with the reference surface S, the distance between the collimator lens 11 and the GaN-based semiconductor laser LD1 is equal to f1 + Δf11, that is, the actually measured focal length. It is. Regarding the other GaN-based semiconductor lasers LD2 to LD7 and the collimator lenses 12 to 17, the distance between them is set to the actually measured focal lengths f1 + Δf12 to f1 + Δf17. Therefore, it is not necessary to adjust the collimator lenses 11 to 17 in the optical axis direction again, and a lens holder for fixing the optical axis is not required.
[0037]
Next, adjustment of the laser beams B1 to 7 emitted from the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 will be described. In the laser beams B1 to 7, the parallelism between the axes is important. These beams are parallel light, but the axes are not parallel to each other. Therefore, the collimator lenses 11 to 17 are abutted against the reference surface S of the heat block 10 orthogonal to the laser emission axis O, respectively. It is necessary to align the directions of the parallel beams by fixing the in-plane positions so that the focal length does not change with respect to the corresponding GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7.
[0038]
At this time, the collimator lenses 11 to 17 are pressed against the reference surface S. However, in order to maintain the reproducibility in the focal direction, the surface roughness of the lens surface and the reference surface S needs to be kept small in terms of component manufacture. This surface roughness is preferably 1 μm or less in terms of centerline average roughness Ra. In-plane position adjustment is usually performed by illuminating the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 and collimating the laser beams B1 to B7 through the condenser lens onto the NFP optical system so that the image is condensed at one point. To do. Thus, the collimator lenses 11 to 17 are adjusted in position in the reference plane with respect to the GaN semiconductor lasers LD1 to LD7, and are sequentially fixed. Since the collimator lenses 11 to 17 are fixed at only one place, and a simple alignment device configuration can be obtained, assembly with higher reliability can be expected with less man-hours.
[0039]
The focal lengths of the collimator lenses 11 to 17 are measured in a separate measurement system in the present embodiment, but the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 are emitted on-line while being fed with a prober or the like in a chip state. While moving in the focal direction with reference to the collimator lenses 11-17, the FFP optical system or the like is used to find the point where the spread angle of the laser beams B1-7 passing through the collimator lenses 11-17 is the smallest and focus here. It is also possible to adopt a method of mounting on the heat block 10 on the spot.
[0040]
Next, an ultraviolet light high-intensity multiplexing fiber module using the above laser device will be described in detail with reference to FIGS. These FIGS. 4, 5 and 6 show the side shape, planar shape and front shape of the fiber module, respectively.
[0041]
The GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 have a common oscillation wavelength of 405 nm, for example, and a maximum output of 100 mW. Laser beams B1, B2, B3, B4, B5, B6, and B7 emitted in a divergent light state from these GaN-based semiconductor lasers LD1, LD2, LD3, LD4, LD5, LD6, and LD7 are collimator lenses 11, 12 respectively. , 13, 14, 15, 16 and 17 are collimated.
[0042]
The parallel laser beams B1 to B7 are collected by the condenser lens 20 and converge on the incident end face of the core 30a of the multimode optical fiber 30. In this example, the collimating lenses 11 to 17 and the condensing lens 20 constitute a condensing optical system, and the multimode optical fiber 30 constitutes a multiplexing optical system. That is, the laser beams B1 to B7 condensed as described above by the condensing lens 20 are incident on the core 30a of the multimode optical fiber 30 and propagate there, and are combined into one laser beam B to be multiplexed. The light is emitted from the mode optical fiber 30. As the multimode optical fiber 30, a step index type, a graded index type, and a composite type thereof can all be applied.
[0043]
In this example, the optical elements constituting the module are accommodated in a box-shaped package 40 having an upper opening, and the opening of the package 40 is closed by the package lid 41, whereby the package 40 and the package lid 41 are defined. It is hermetically held in a closed space.
[0044]
A base plate 42 is fixed to the bottom surface of the package 40, the heat block 10 is attached to the top surface of the base plate 42, and a collimator lens holder 44 that holds the collimator lenses 11 to 17 is fixed to the heat block 10. Has been. Further, a condenser lens holder 45 that holds the condenser lens 20 and a fiber holder 46 that holds the incident end of the multimode optical fiber 30 are fixed to the upper surface of the base plate 42. Further, the wirings 47 for supplying a driving current to the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 are drawn out of the package through openings formed in the lateral wall surface of the package 40.
[0045]
In FIG. 4, in order to avoid complication of the drawing, only one GaN-based semiconductor laser LD 7 is numbered among the GaN-based semiconductor lasers LD 1 to 7, and similarly, one of the collimator lenses 11 to 17. Only the collimator lens 17 is numbered.
[0046]
FIG. 6 shows the front shape of the mounting portion of the collimator lenses 11-17. As shown here, each of the collimator lenses 11 to 17 has a shape obtained by cutting a region including the optical axis of an aspherical circular lens into an elongated shape, and is formed by molding a resin or optical glass, for example. The 7 (1) and (2) respectively show the enlarged side surface shape and front surface shape of one collimator lens 17 on behalf of them, including the dimensions (unit: mm) of the main part.
[0047]
As shown in FIGS. 6 and 7, the collimator lenses 11 to 17 have directions in which the aperture diameters in the direction in which the light emitting points of the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 are aligned (the left-right direction in FIG. 6) are perpendicular to the direction (FIG. 6). It is formed smaller than the opening diameter in the vertical direction) and is closely arranged in the direction in which the light emitting points are arranged.
[0048]
On the other hand, the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 emit laser beams B1 to B7 having an emission width of 2 μm and divergence angles in a direction parallel to and perpendicular to the active layer, respectively, as 10 ° and 30 °, for example. Things are used. These GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 are arranged so that the light emitting points are arranged in a line in a direction parallel to the active layer.
[0049]
Therefore, the laser beams B1 to B7 emitted from the respective light emitting points coincide with the direction of the large aperture diameter in the direction of the maximum divergence angle with respect to the respective collimator lenses 11 to 17 having the elongated shape as described above. The incident light is incident in a state where the direction with the smallest divergence angle coincides with the direction in which the aperture diameter is small. That is, each of the collimator lenses 11 to 17 having a long and narrow shape is used with the ineffective portion as small as possible corresponding to the elliptical cross-sectional shape of the incident laser beams B1 to B7. Specifically, in this embodiment, the aperture diameters of the collimator lenses 11 to 17 are 1.1 mm and 4.6 mm in the horizontal direction and the vertical direction, respectively, and the horizontal and vertical directions of the laser beams B1 to 7 incident thereon. The direction beam diameters are 0.9 mm and 2.6 mm, respectively. Further, the focal lengths f of the collimator lenses 11 to 17 1 = 3 mm, NA = 0.6, and lens arrangement pitch = 1.25 mm.
[0050]
Further, (1) and (2) in FIG. 8 respectively show the enlarged side surface shape and front surface shape of the condenser lens 20 including the dimensions (unit: mm) of the main part. As shown here, the condensing lens 20 also has a shape in which the region including the optical axis of the aspherical circular lens is cut into an elongated shape and is long in the alignment direction of the collimator lenses 11 to 17, that is, in the horizontal direction, and short in the direction perpendicular thereto. Has been. The focal length f of the condenser lens 20 2 = 12.5 mm, NA = 0.3. The condensing lens 20 is also formed by molding resin or optical glass, for example.
[0051]
On the other hand, the multimode optical fiber 30 is based on a graded index type optical fiber manufactured by Mitsubishi Cable Industries, Ltd., the core center portion is a graded index and the outer peripheral portion is a step index. Core diameter = 25 μm, NA = 0. 3. The transmittance of the end coat is 99.5% or more. In the case of this example, the value of the core diameter × NA described above is 7.5 μm.
[0052]
In the configuration of the present embodiment, the coupling efficiency of the laser beams B1 to B7 to the multimode optical fiber 30 is 0.9. Therefore, when each output of the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 is 100 mW, a combined laser beam B having an output of 630 mW (= 100 mW × 0.9 × 7) is obtained.
[0053]
Next, a combined laser light source according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In FIG. 9, the same elements as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted unless necessary (the same applies hereinafter).
[0054]
Compared with the laser apparatus shown in FIGS. 1 and 2, the laser apparatus according to the second embodiment has seven lens elements 51 and 52 instead of the seven collimator lenses 11 to 17 formed individually. , 53, 54, 55, 56, and 57 are basically different in that a collimator lens array 50 is used.
[0055]
In the assembly when the collimator lens array is used, the optical axes of the collimated light cannot be finally adjusted by adjusting the individual collimator lenses as in the first embodiment. For this reason, in general, the collimator lens array and the semiconductor laser array are mounted with the same size design and passively combined. This method is the least expensive, requires less man-hours, and is simple as an assembly process.
[0056]
However, in order to perform passive mounting, it is necessary to process a reference surface and a positioning mark for assembling both with high accuracy, and it is not easy to actually implement. Therefore, it is conceivable to assemble the collimator lens array and the semiconductor laser array after adjusting the relationship between the lens elements and the semiconductor laser with high accuracy and then adjusting and fixing the arrays. If the relationship between the individual elements is determined, it is possible to combine and average 7 together to collect and multiplex them. In the adjustment between the arrays, alignment of 3 axes + 4 axes of rotation around the optical axis is performed. However, when adjustment in the optical axis direction is included, a lens holder is separately required, and the alignment process becomes complicated.
[0057]
On the other hand, a concern when using a glass-molded collimator lens array is a variation in optical performance among the seven lens elements. In the height direction and pitch direction, it is easy to drive with the mold and the performance is close to tolerance, but the variation in the focal direction is a deviation from a considerably large design value when the focal length is 1 to 3%, such as weight variation of the preform and shrinkage with time. Occur. If the focal length varies individually in one array, all seven cannot be optimally adjusted even if the lens array is combined with the semiconductor laser array mounted as designed.
[0058]
On the other hand, in the present invention, the focal length of each lens element constituting the collimator lens array is measured in advance, and the semiconductor laser array is formed by correcting the focal length, so that the variation of the array lens is absorbed. In addition, the arrays can be focused on each other. In addition, since focusing is performed at the position of the semiconductor laser, not only a lens holder is not required when aligning with the lens, but also the alignment is changed to adjustment in the same plane with 2 axes + rotation around the axis, so the device configuration is simple This can reduce man-hours.
[0059]
Hereinafter, the second embodiment will be described in detail. The focal lengths of the lens elements 51 to 57 of the collimator lens array 50 are previously measured by another measurement system. Assume that each measurement result is represented by errors Δf51 to Δf57 with respect to f1, with the collimator lens production reference plane being positive. The semiconductor laser chip is pre-junction mounted on the submount M. When the submounts M with the semiconductor laser are sequentially arranged on the heat block 10 to form an array, one surface of the heat block 10 is used as a reference surface S, and a collimator The manufacturing reference planes of the lens array 50 are brought into contact with each other, and the semiconductor laser is attached in the optical axis direction (focal length adjustment direction) by correcting errors Δf51 to Δf57 with reference to the position of f1 = 3 mm from this plane. The submount M is positioned.
[0060]
In the direction in which the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 are arranged, they are positioned with a design dimension of 1.1 mm pitch. Unlike the individual lens adjustment, the positioning in this direction cannot be individually adjusted later, and there is only an adjustment process for the entire array, so that strict mounting accuracy is required. Thereafter, the submount M with a semiconductor laser is mounted and fixed on the heat block 10 at the adjusted position to form a semiconductor laser array.
[0061]
In the present embodiment, one surface of the heat block 10 is used as the reference surface S. Although it is preferable to take a reference plane on the integrated heat block 10 in terms of component accuracy and cost, the reference plane may be formed of a separate member.
[0062]
Laser beams B1, B2, B3, B4, B5, B6 and B7 (see FIG. 5) emitted from the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 in a divergent light state are respectively collimators attached to the reference plane S of the heat block 10. The light is collimated by lens elements 51, 52, 53, 54, 55, 56 and 57 of the lens array 50.
[0063]
This is because, after the collimator lens array 50 is brought into contact with the reference plane S, the rotation between the LD1 and the lens element 51 becomes equal to f1 + Δf51, that is, the actually measured focal length by adjusting the rotation around the axis. . Also for the other LD2 to LD7 and the lens elements 52 to 57, the mutual distance is set to the actually measured focal lengths f1 + Δf51 to f1 + Δf57 (see FIG. 9).
[0064]
Therefore, there is no need to adjust the lens in the optical axis direction again, and the lens holder for fixing the optical axis is not required.
[0065]
Next, adjustment of the laser beams B1-7 emitted from the arrayed GaN semiconductor lasers LD1-7 described above will be described. For the laser beams B1 to 7, the parallelism between the axes becomes important. Although these laser beams B1 to B7 are parallel lights, the optical axes are not parallel to each other, so that a plurality of collimator lens elements 51 to 57 are projected to the reference plane S of the heat block 10. It is necessary to adjust the directions of the parallel beams by adjusting and fixing the in-plane positions of the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 so that the focal length does not change.
[0066]
At this time, the collimator lens array 50 is pressed against the reference surface S. However, in order to maintain the reproducibility in the focal direction, the surface roughness of the lens array surface and the reference surface S must be kept small in the production of components. is there. Preferably, the center line average roughness Ra is 1 μm or less. Further, since the collimator lens array 50 is longer than an individual lens, it suppresses the generation of stress due to the difference in thermal expansion from the heat block 10, and the inclination of the lens due to the unevenness of the adhesive surface and the positional deviation in the focal direction. The adhesive area is preferably small, and the design is made within a range where sufficient adhesive strength can be obtained. The collimator lens array 50 is fixed to the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 when the position in the heat block reference plane is adjusted and the seven elements 51 to 57 are aligned on average. Since the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 and the collimator lens array 50 are fixed only at this one position, a simple alignment device configuration can be obtained, and therefore, the assembly can be expected with less man-hours.
[0067]
The alignment of the collimator lens array 50 and the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 in the height direction is passively performed because adjustment is not effective in this configuration. Accordingly, both the collimator lens array 50 and the GaN semiconductor lasers LD1 to LD7 in the height direction need to be suppressed within an allowable error range. In order to match the height direction with a semiconductor laser array, it is usually recommended to perform junction down mounting.
[0068]
However, when the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 are directly mounted on the heat block 10 in a junction-down manner, the heat block is not necessarily caused by the positional deviation in the optical axis direction of the individual GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 by adjusting the variation in the focal direction. Since the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 are not mounted on the end face, vignetting of the laser beam occurs in the heat block 10. Once the submount is mounted junction-down with reference to the end face, even if the mounting position varies in the focal direction depending on the thickness of the submount, the submount thickness is sufficiently larger than the focus variation value. No worries about beam vignetting.
[0069]
However, since the variation in the height of the light emitting points of the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 is suppressed by suppressing the variation in the thickness of the submount, the variation in the thickness of the submount needs to be suppressed beyond the required accuracy in the height direction. There is.
[0070]
As described above, by using a semiconductor laser array with a submount, it is possible to suppress variations in the height direction of the array by junction down mounting that suppresses variations in the thickness of the submount while eliminating vignetting of the laser beam due to focus variation adjustment. Both are possible.
[0071]
FIG. 11 explains the vignetting described above. FIGS. 4A and 4B show the case where the semiconductor laser LD is directly fixed to the heat block 10, and FIGS. 4C and 4D are diagrams where the laser diode LD is fixed to the heat block 10 through the submount M. Shows the case. In the cases of (a) and (b), when the position of the semiconductor laser LD is adjusted by the focal position alignment, vignetting may or may not occur depending on the position. On the other hand, in the cases of (c) and (d), when the position of the semiconductor laser LD is adjusted by the focal position alignment, no vignetting occurs even if the position changes greatly.
[0072]
In general, a semiconductor laser can see a characteristic point (for example, a ridge) indicating a light emitting point from the top in the case of junction-up mounting, but has no characteristic indicating a light emitting point from the top in the case of a junction down mounting, so the chip is With an inverted optical system, the position is recognized by looking from the bottom and looking at the junction-up surface.
[0073]
However, when the semiconductor laser mounted junction-down on the submount is viewed from above, the semiconductor laser has no feature point indicating the beam emission point, and since it is mounted on the submount from below, the laser is junction-up. I can't see it in the state. Therefore, there is a problem that positioning information for mounting cannot be obtained by recognition from above and below.
[0074]
Therefore, as shown in FIGS. 12A, 12B, and 12C from the top, side, and bottom, the semiconductor laser chip LD is mounted with the semiconductor laser chip LD protruding from the submount M. A feature point H such as a ridge indicating a light emitting point when viewed from the above can be recognized. As a result, even when the junction is mounted on the submount M, the position can be easily recognized from below.
[0075]
FIGS. 13 and 14 show another configuration for recognizing the position when the junction down is mounted. Here again, (a), (b), and (c) show states viewed from above, from the side, and from below, respectively. The thing of FIG. 13 comprises the submount M by the transparent member or Si etc. which permeate | transmits infrared rays. Thereby, when viewed from below, the feature point H such as a ridge indicating a light emitting point can be recognized. In FIG. 14, the submount M is provided with an opening G such as a notch or a hole. Thereby, when viewed from below, the feature point H such as a ridge indicating a light emitting point can be recognized. The opening G may have any shape such as a rectangle or a circle, and is preferably formed as close to the light emitting portion as possible.
[0076]
Note that when the pitch information is measured in advance by measuring not only the focal length of the collimator lens but also between the pitches of the lens elements and set as pitch errors Δp51 to Δp57 with respect to the design dimension of 1.1 mm, this error Δp51. Positioning is performed in the pitch direction (semiconductor laser array arrangement direction) by correcting for ~ Δp57. Thus, even when the array lens cannot be designed according to the design direction with respect to the focal direction and the pitch direction, correction can be performed in the process of mounting the semiconductor laser array based on the previous measurement data, and the arrays can be adjusted.
[0077]
Next, a combined laser light source according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Compared with the laser device shown in FIGS. 9 and 10, the laser device of the third embodiment is replaced with seven light emitting portions C1, instead of the seven individually formed GaN-based semiconductor lasers LD1-7. Basically, the multi-cavity diode MCD having C2, C3, C4, C5, C6 and C7 is used.
[0078]
In the assembly using the collimator lens array 50 and the multi-cavity diode 70, the optical axes of the collimated light cannot be finally adjusted by adjusting individual collimator lenses as in the first embodiment. Therefore, in general, the collimator lens array 50 and the multi-cavity diode 70 are mounted with the same size design in a passive manner. This method is the least expensive, requires less man-hours, and is simple as an assembly process.
[0079]
However, in order to perform passive mounting, it is necessary to process a reference surface and a positioning mark for assembling both with high accuracy, which is difficult in practice. Therefore, it is conceivable to assemble the collimator lens array 50 and the multi-cavity diode 70 by making the relationship between the lens element and the semiconductor laser element accurately and then adjusting and fixing the arrays to each other. If the relationship between the individual elements is determined, it is possible to combine and average the seven and collect and combine them. In the adjustment between the arrays, alignment of 3 axes + 4 axes of rotation around the optical axis is performed. However, when adjustment in the optical axis direction is included, a lens holder is separately required, and the alignment process becomes complicated.
[0080]
On the other hand, a concern when using a glass-molded collimator lens array is a variation in optical performance among the seven lens elements. The height direction and pitch direction are easy to follow with the mold, and the performance is close to tolerance, but the variation in the focal direction is 1 to 3% of the focal length, such as the weight variation of the preform and shrinkage with time, and a deviation from a considerably large design value Occur. If the focal length varies individually in one array, all seven can be optimally adjusted even if the lens array is aligned with a multi-cavity diode that is produced with lithographic accuracy almost as designed. Can not. Therefore, the minimum requirement is to produce a small variation between elements. In addition, the variation in focus between individual lenses can be corrected in the same way as in the first and second embodiments.
[0081]
That is, in the present embodiment, the focal length of each lens element constituting the collimator lens array 50 is measured in advance, and Δf is corrected if the error Δf between the average value of the focal lengths and the designed focal length f1 is obtained. If the multi-cavity diode 70 is mounted on the heat block 10 in such a manner that the deviation in the focal direction of the array lens is corrected, the lens array can be focused well by simply abutting the lens array against the reference plane. Will be able to. In addition, since the focusing is performed at the mounting position of the multi-cavity diode 70 on the heat block 10, not only the lens holder is unnecessary when aligning with the lens, but also the alignment is performed in the same plane as the rotation around the two axes + the axis. Since it changes to adjustment, the system configuration is simple and the number of man-hours can be reduced.
[0082]
Hereinafter, the adjustment work will be described in detail. The focal lengths of the lens elements 51 to 57 of the collimator lens array 50 are measured in advance by another measuring system. The average value of each measurement result is obtained, the collimator lens production reference plane is made positive, and the difference from the average value with respect to the focal length f1 is represented by an error Δf. The multi-cavity diode 70 is pre-junction mounted on the submount M, and when the submount M with multi-cavity diode is mounted on the heat block 10, the one surface S of the multi-cavity diode heat block 10 is used as a reference plane. The production reference surfaces of the collimator lens array 50 are brought into contact with each other, and the multicavity is corrected in the optical axis direction (focal length adjustment direction) by correcting an error Δf with reference to the position of f1 = 3 mm from this surface. Position the submount M with diode.
[0083]
In the pitch direction, a multi-cavity diode 70 in which light emitting points are arranged at a pitch of 1.1 mm, which is the design dimension, is used, and there is an adjustment process for the entire array. Therefore, positioning in the pitch direction is different from adjustment of a semiconductor laser array. There is no problem even if it is not mounted with such severe mounting accuracy. Thereafter, the submount M with a multi-cavity diode is mounted and fixed to the heat block 10 at the adjusted position.
[0084]
As described above, the embodiment in which the number of multiplexing is seven has been described, but the number of multiplexing when using the laser apparatus of the present invention is not limited to this seven, and any number of two or more is selected. May be.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a laser apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view of the laser device of FIG.
3 is a perspective view showing a part of the laser device of FIG. 1;
FIG. 4 is a side view of an ultraviolet light high intensity multiplexing fiber module equipped with the laser device.
FIG. 5 is a plan view of the ultraviolet light high-intensity multiplexing fiber module.
FIG. 6 is a partial front view of the ultraviolet light high-intensity multiplexing fiber module.
FIG. 7 is a side view (1) and a front view (2) of a collimator lens used in the combined laser light source.
FIG. 8 is a side view (1) and a front view (2) of a condensing lens used in the combined laser light source.
FIG. 9 is a plan view showing a laser apparatus according to a second embodiment of the present invention.
10 is a side view of the laser device of FIG. 9;
FIG. 11 is a diagram for explaining vignetting of a laser beam by a laser element mounting structure;
FIG. 12 is a schematic view showing an example of a mounting structure of a laser element on a submount.
FIG. 13 is a schematic diagram showing an example of a mounting structure of a laser element on a submount.
FIG. 14 is a schematic view showing a mounting structure example of a laser element with respect to a submount.
FIG. 15 is a plan view showing a laser apparatus according to a third embodiment of the present invention.
16 is a side view of the laser device of FIG.
[Explanation of symbols]
10 Heat block
11-17 Collimator lens
20 Condensing lens
30 Multimode optical fiber
30a Multimode optical fiber core
50 Collimator lens array
70 Multicavity diode
LD1-7 GaN semiconductor laser
B1-7 Laser beam
B Combined laser beam
M submount
S Reference plane

Claims (2)

複数の半導体レーザーと、
これらの半導体レーザーを、それぞれの発光点が一方向に並ぶ状態に固定保持したブロックと、
前記半導体レーザーから発せられたレーザービームを各々平行光化する複数のコリメーターレンズとを備えてなるレーザー装置を製造する方法において、
前記ブロックの前記複数の半導体レーザーを固定する部分よりも前方側に、該半導体レーザーの発光軸に垂直とされた平滑な基準面を形成し、
前記複数の半導体レーザーをそれぞれ、対応する前記コリメーターレンズの焦点距離測定情報に基づいて発光軸方向に位置調整して前記ブロックに固定し、
その後前記複数のコリメーターレンズを、前記基準面に倣って位置調整してから該基準面に固定することを特徴とするレーザー装置の製造方法。
Multiple semiconductor lasers,
A block in which these semiconductor lasers are fixedly held in a state in which the respective emission points are aligned in one direction;
In a method of manufacturing a laser device comprising a plurality of collimator lenses for collimating laser beams emitted from the semiconductor laser,
Forming a smooth reference plane perpendicular to the emission axis of the semiconductor laser on the front side of the portion of the block where the plurality of semiconductor lasers are fixed,
Each of the plurality of semiconductor lasers is fixed to the block by adjusting the position in the emission axis direction based on the focal length measurement information of the corresponding collimator lens,
Thereafter, the position of the plurality of collimator lenses is adjusted along the reference plane, and then fixed to the reference plane.
複数の半導体レーザーと、
これらの半導体レーザーを、それぞれの発光点が一方向に並ぶ状態に固定保持したブロックと、
前記半導体レーザーから発せられたレーザービームを各々平行光化する複数のコリメーターレンズとを備えてなるレーザー装置において、
前記ブロックの前記複数の半導体レーザーを固定する部分よりも前方側に、該半導体レーザーの発光軸に垂直とされた平滑な基準面が形成され、
前記複数の半導体レーザーがそれぞれ、対応する前記コリメーターレンズの焦点距離の各々に基づいて発光軸方向に位置調整された状態で前記ブロックに固定され、
前記複数のコリメーターレンズが、前記基準面に倣って位置調整された状態で該基準面に固定されていることを特徴とするレーザー装置。
Multiple semiconductor lasers,
A block in which these semiconductor lasers are fixedly held in a state in which the respective emission points are aligned in one direction;
In a laser apparatus comprising a plurality of collimator lenses that collimate each laser beam emitted from the semiconductor laser,
On the front side of the portion of the block where the plurality of semiconductor lasers are fixed, a smooth reference plane that is perpendicular to the emission axis of the semiconductor laser is formed,
Each of the plurality of semiconductor lasers is fixed to the block in a state in which the position is adjusted in the light emitting axis direction based on the focal length of the corresponding collimator lens
The laser device, wherein the plurality of collimator lenses are fixed to the reference surface in a state of being adjusted in accordance with the reference surface.
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