JP4146196B2 - Composite optical device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、発光素子を含む微小光学素子、特に高品質の微小平行光を生成する光学素子を含む装置の技術に関するものである。ここでいう発光素子とは、光源そのもののほかに、光束が光ファイバー等に入射した場合の出射端面も含む。
応用分野としては、高品質の光線を利用する応用製品一般、例えば、光伝送用光源、半導体レーザ(以下単にLDという)プリンター、光ディスクシステム用ピックアップ光源、LD光を掃引する光プロジェクターディスプレーなどがある。
【0002】
【従来の技術】
従来の光学素子は、LDなどの光をmmオーダーの大きさのレンズやミラーを介して、光をコントロールしていた。しかし、光伝送などが汎用化されるに従い、高密度、小型化、高精度、低コスト化などへの要求が高まっている。そこで、マイクロマシニング技術と光学とが融合したOPT-MEMSの発展により、光をμmオーダーで扱う、マイクロレンズ、マイクロミラー、MEMS技術による光スイッチなどの微小光学素子が開発されている。
【0003】
このような微小光学素子はそのレンズ面やミラー面の大きさがμmオーダーであることから、その大きさの光源が求められている。この要望に応える解の1つとして、μmオーダーの径の平行光がある。平行光であれば、mmオーダーの距離を発散することなく伝達し、煩雑な大きなレンズのアライメントの必要もなく、スイッチングやミラーなどの整合性が高い。また、光ファイバーの径や高速対応PD(フォトダイオード)等の大きさもμmオーダーであることから、微小平行光の汎用性は高い。
【0004】
一般にLDなどの光源から発せられる光線を整形する場合には、LDを実装してあるキャンの外側にレンズを配置することが行われる。その場合にはLDの発光点から数mm程度離れ、光の発散角が40°程度あることから、そのレンズは数mmの口径を持つことになる。また、レンズの実装配置は、LDの発光スポットを観察しながら手作業で行われることが多く、製造コストが高くなると同時に、その実装公差は非常に大きく設定される。そのような大きな公差では実装した後の完成した複合光学装置の光線には大きな収差がのり、今後求められる高品質な光源とは言えない。
【0005】
また、一方、キャンの内部、LDのステム(LDを固定してある基板)に直接レンズを実装する試みがなされている。LDの発光点近傍数十μmの距離にレンズを実装することができ、そのレンズも数十〜数百μmの口径のもので良くなる。このような大きさのレンズはマイクロレンズとして、半導体プロセスなどによって作られる。レンズ作製方法は確立し、アレー化し易いこともあり、その実用化には期待も大きく、多くの研究もなされている(例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4、特許文献5 参照。)。しかし、マイクロレンズと発光素子との実装には多くの問題が残り、その実装公差は未だ大きい。
【0006】
マイクロレンズの端面をLDに当接することで、簡便に実装し、実装に関わるコストを下げる方法も検討されている。(特許文献6)もその一つである。そこでは、レンズ端面がLD端面に当接することを特徴としている。そこで示しているマイクロレンズは研削加工によってレンズ形状を作った後に加熱延伸方法を使用し形成されている。また、この方法ではレンズとの距離を所望のものにするために、適当なスペーサーを同様な方法で作成し、接合することで一体化している。このため、これらのスペーサーの形状誤差を含み、製造上のコストも跳ね上がる。この方法では、スペーサーとレンズとを一体化して作成することは難しく、上記のような接合する方法は避けられない。
【0007】
一方、平板型のレンズとして屈折率分布レンズがある。このレンズはガラス基板にタリウム等の金属イオンを拡散させたもので、表面は平面であり、発光素子に密着することはできる。しかし、この屈折率分布レンズは波面収差の増大、光線屈折の精度など、通常のレンズに比べ、品質が劣る。このため、高品質の発光源をもつ、複合光学装置にはなり得ない(例えば、特許文献7 参照。)。
【0008】
【特許文献1】
特開2001−185792号公報
【特許文献2】
特開平5−236216号公報
【特許文献3】
特開平6−160605号公報
【特許文献4】
特開平2−222589号公報
【特許文献5】
特開2001−021771号公報
【特許文献6】
米 国特許第6078437号明細書
【特許文献7】
特開平6−13699号公報
【特許文献8】
特開平11−177123号公報
【特許文献9】
特開2000−280366号公報
【特許文献10】
特開2000−349384号公報
【非特許文献1】
O plus E 2001年2月号P210
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
LDなどの光源とその光線を整形する光学素子との実装を、高い精度、かつ低コストで実現する方法を提供し、収差の小さい高品質な光束を得ることができる複合光学装置を提供する。以下に詳細にその課題を述べる。
【0010】
ここでは発光素子の面の定義を、“光を空中に発する面”と広げることとする。例えば、光ファイバーなどでは、LDを「一方の端面」に結合したような、光ファイバーとLDの複合した素子も、ここで言う発光素子の定義とする。この場合、“発光素子の平面”あるいは“光の出射端面”とは、光ファイバーの端面のうち、LDが結合していない「他方の端面」を指すことになる。このような、発光素子の平面には、従来からレンズを精度良く実装しようとする研究が成されてきた。
【0011】
例えば、光ファイバーの端面に直接フォトリソプロセスを適用し、ファイバーの端面をマイクロレンズの形状に加工する方法がある(例えば、非特許文献1 参照。)。しかし、マイクロレンズの表面粗さ(以下ラフネスという)などによる波面収差が増大し、高品質な光源であるべき複合光学装置としては問題が残っている。
上記発明によれば、マイクロレンズの光学部材と発光素子平面とは当接することが可能であるが、それぞれの当接面の表面性が悪いことで、実装精度が低下する。
【0012】
図11はLDとマイクロレンズの実装の、従来の形態を説明するための図である。
従来のLDとマイクロレンズの実装では、マイクロレンズの光学部材とLDのへき開面とは当接していない。つまり、図11に示すようにマイクロレンズの頂点がその光学部材の平面より凸状態に出ており、平坦部に適当なスペーサーを介して、間隙Sを確保する必要があった(特許文献5 参照)。
【0013】
このスペーサーはレンズ部の当たりを避けるために、直径にして数百μmの凹部分が必要なことなど、非常に困難な機械加工が必要とされた。また、微小な形状のため、研磨を行うことが不可能で、フライスなどの機械加工により作られ、表面にラフネスが残り、高い精度の実装を難しくしていた。また、そのため、その精度は数μmとなり、公差としては大きいものとなる。また、このような加工をするステムは非常に高価なものとなり、コストとして跳ね上がることになる。ただし、本発明においてマイクロレンズというときは、曲面屈折型のレンズを指し、屈折率分布型のレンズなどを含まないものとする。
【0014】
従来、LDに対し、マイクロレンズを実装する際には、発光スポットを観察して実装する方法が一般的であり、製造コストが嵩んだ。また、別な方法として、アライメントマークをLDの実装してあるステムなどに合わせる方法も有るが、LDとステムの実装公差を含むため、精度が低下していた。そのため、品質のよい光束を得ることができない。
【0015】
従来例に示すようにマイクロレンズを固定する方法として、マイクロレンズの光学部材の側面にUV硬化樹脂を塗布硬化する方法が取られている。この方法では接合する面が少ないため、その接合強度に問題がある。レンズとLDなどの発光素子との距離の公差は数μm程度であるので、わずかな振動などの外乱によって、ずれることは許されない。そのため、高い接合強度が必要とされる。
【0016】
従来のリフロー法によるマイクロレンズの製造方法では、そのレンズの形状は球面に限られている。球面であるために、そのレンズ表面における波面収差によって、完成された複合光学装置における収差は大きなものとなってしまう。
【0017】
マイクロレンズが凸面レンズである場合、レンズの縁の部分では、レンズ表面に光線が浅い角度で入射する。すなわち、レンズに対する入射角が大きくなる。光の反射は入射角に依存し、入射角は大きい方が反射率が高くなる。その関係を、図12を用いて説明する。ただし、図では面の接線に対する角度で表示してある。法線に対する入射角と接線に対するそれとは余角の関係にある。
図12は凸面と凹面の面の接線に対する入射角の違いを説明するための図である。
図12aは凸レンズの周辺に光が入射する状態を表している。θ1はレンズ面の接線に対する入射光の入射角を示す。
図12bは凹レンズの周辺に光が入射する状態を表している。θ2はレンズ面の接線に対する入射光の入射角を示す。いずれも、屈折後の光線は省略してある。図からも分かるようにθ2>θ1となっている。したがって、凹面よりも凸面のほうが光の損失が大きくなる。
できる限り、法線に対する入射角を小さくし、反射の少ないレンズを作ることが望まれる。
【0018】
発光素子表面、マイクロレンズ表面と2つの界面が存在するため、それぞれの界面での反射がある。反射はノイズや結合効率を低下するなど問題となる。また、発光素子の平面にラフネスがある場合、その面での光散乱が起り、光結合効率が下がる。
マイクロレンズには製造上の問題から、そのレンズの高さにはある制限があった。そのため、高いNAのレンズをつくることはできなかった。
【0019】
複合光学装置において、その実装方法として、光軸以外の2軸(光軸をZ軸とすると、X軸及びY軸)を精度よく合わせる必要がある。2つの軸を同時に合わせることは困難であり、製造コストを増大させている。
【0020】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項1に記載の発明では、発光素子と、光学素子を含む光学部材とを集積してなる複合光学装置において、前記光学部材は研磨面である第一面と、該第一面に対面する第二面とを有し、前記光学素子は前記第一面の一部を加工してなり、前記発光素子の出射端面に前記光学部材の第一面を当接していることを特徴とする。
【0021】
請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の複合光学装置において、前記光学部材が、前記発光素子と前記光学素子との距離を一定に支持する機能を有してている。
請求項3に記載の発明では、請求項1または2に記載の複合光学装置において、前記光学部材の第一面に凹部が形成され、該凹部の底部に前記光学素子が形成されていることを特徴とする。
【0022】
請求項4に記載の発明では、請求項請求項1ないし3のいずれか1つに記載の複合光学装置において、前記発光素子が、半導体レーザーであることを特徴とする。
請求項5に記載の発明では、請求項1ないし4のいずれか1つに記載の複合光学装置において、前記光学部材の第二面にも光学素子を形成したことを特徴とする。
請求項6に記載の発明では、請求項1ないし5のいずれか1つに記載の複合光学装置において、前記光学素子がマイクロレンズであることを特徴とする。
【0023】
請求項7に記載の発明では、請求項6に記載の複合光学装置において、前記マイクロレンズの光学面がアナモフィック面であることを特徴とする。
請求項8に記載の発明では、請求項1ないし5のいずれか1つに記載の複合光学装置において、前記光学素子がシリンドリカルレンズであることを特徴とする。
請求項9に記載の発明では、請求項8に記載の複合光学装置において、前記シリンドリカルレンズは、前記光学部材の第一面においては、光束の断面の楕円形の長軸方向に作用方向を合わせ、第二面においては光束の断面の楕円形の短軸方向に作用方向を合わせることを特徴とする。
【0024】
請求項10に記載の発明では、請求項6ないし9のいずれか1つに記載の複合光学装置において、前記第一面における前記光学素子の頂点の高さが前記光学部材の第一面より低いことを特徴とする。
請求項11に記載の発明では、請求項6ないし9のいずれか1つに記載の複合光学装置において、前記第一面における前記光学素子のレンズ面が凹面であることを特徴とする
【0025】
請求項12に記載の発明では、請求項6ないし11のいずれか1つに記載の複合光学装置において、前記光学素子の光学面の光学的パワーを有する断面が非円形面であることを特徴とする。
請求項13に記載の発明では、請求項1ないし5のいずれか1つに記載の複合光学装置において、前記光学素子が光学くさびであることを特徴とする。
請求項14に記載の発明では、請求項13に記載の複合光学装置において、前記第一面に入射するすべての光束の入射角が、前記第一面、および第二面の光学面によって形成される三角プリズムの最大偏角に対応する角度より大きくなるように前記光学面を形成することを特徴とする。
【0026】
請求項15に記載の発明では、請求項14に記載の複合光学装置において、前記半導体レーザからの出射光の光束のうち、発散角度が小さい方の方向に前記光学くさびの作用方向を合わせることを特徴とする。
請求項16に記載の発明では、請求項14に記載の複合光学装置において、前記第一面に入射するすべての光束の入射角が、前記第一面、および第二面の光学面によって形成される三角プリズムの最大偏角に対応する角度より小さくなるように前記光学面を形成することを特徴とする。
【0027】
請求項17に記載の発明では、請求項16に記載の複合光学装置において、前記半導体レーザからの出射光の光束のうち、発散角度が大きい方の方向に前記光学くさびの作用方向を合わせることを特徴とする。
請求項18に記載の発明では、請求項1ないし5のいずれか1つに記載の複合光学装置において、前記光学素子が円形回折格子であることを特徴とする。
請求項19に記載の発明では、請求項1ないし18のいずれか1つに記載の複合光学装置において、前記凹部の、前記光学素子が存在しない空間を、前記光学部材とは屈折率が異なる透明部材で充填したことを特徴とする。
【0028】
請求項20に記載の発明では、請求項19に記載の複合光学装置において、前記透明部材の屈折率が前記光学素子の屈折率より大きいことを特徴とする
請求項21に記載の発明では、請求項19に記載の複合光学装置において、前記発光素子が光ファイバー端面であり、前記透明部材の屈折率が前記発光素子の屈折率と概ね等しいことを特徴とする。
請求項22に記載の発明では、請求項1ないし21のいずれか1つに記載の複合光学装置において、前記光学部材の第一面に、溝を形成しその溝に接着剤を注入したことを特徴とする。
【0029】
請求項23に記載の発明では、請求項1ないし22のいずれか1つに記載の複合光学装置において、前記光学部材にアライメントマークを形成したことを特徴とする。
請求項24に記載の発明では、請求項23に記載の複合光学装置を製造する製造方法であって、前記光学部材のアライメントマークを発光素子の平面上にあるマークにアライメントし、発光素子の出射端面と、前記光学部材の第一面とを当接接合する複合光学装置の製造方法を特徴とする。
【0030】
本発明では、グレースケールマスクを利用した作成方法によるマイクロレンズ等の光学素子を作製することで、光学部材の研磨面を基準とした高精度のパッシブアライメントを可能にする。
【0031】
半導体プロセスを用いて作製されるマイクロレンズは一般的にはリフロー方法など用いられるが、本発明では、グレースケールマスクによる製造方法を用いた。しかし、本発明はこの製造方法によって限定されるものではない。
グレースケールマスクで作られた光学素子は、研磨した平面上に光学素子を作ることで、素子以外の領域は精度の高い表面性をもつ平面である。
【0032】
グレースケールマスクでは、フォトリソグラフィーに用いるマスクを、透過率が1と0の細かいドットによって階調表現したものや、中間調によって表現されたものがある。階調表現によって、明るい部分、暗い部分ができ、これをフォトレジストに露光することで、ポジレジストの場合で言えば、暗い所は高く、明るい所は低く、中間高さを含む、高さ表現されたレジスト形状を得ることができる。このようにマスク形状を工夫することで、レジストを3次元的かつ任意形状に加工することができる。グレースケールマスクの作製方法の詳細は特許文献8及び9などに記述してある。
【0033】
この任意形状作製技術を利用し、レンズが石英基板の基準より凹状態のマイクロレンズを作ることが可能になる。これにより、マイクロレンズより基準面がLD側に出ており、この基準面を当接した状態に実装することができる。また、後述するように、傾斜面や回折格子をLDから離れた部分に作り込むことも可能である。
【0034】
このマイクロレンズの光学部材の基準面は研磨で加工され、その精度は高い場合には数nmオーダーとなる。またLDのへき開面も同様に結晶面に準じて形成されていることにより非常に高い精度で面出しされている。この2面を当接することにより、非常に高い精度の実装が可能となる。また、サブマウント表面は石英基板と同様の研磨を施すことができる。このことより、LDとサブマウントを高い精度の平行度を保ったまま同一面位置に実装することができ、かつ、その平行度が保たれたLDへき開面とサブマウント研磨面に石英研磨面を当接実装することが可能となる。
【0035】
【実施形態1】
図1は本発明の実施形態1の構成を示す側面図である。
図2は同じく本発明の実施形態1の構成を示す正面図である。
図1、2において符号1、1’はマイクロレンズ、2は光学部材、3はLD、4はサブマウント、5はUV硬化樹脂注入溝、6はステム、7はUV硬化樹脂、8はLDのエピタキシャル面、9はアライメントマークをそれぞれ示す。
マイクロレンズ1、1’を有する石英基板等からなる光学部材2は、LD3を保持するサブマウント4と当接している。光学部材2にはUV硬化樹脂注入溝5が形成され、UV硬化樹脂が注入されている。
【0036】
マイクロレンズ1、1’は、光軸を合わせて光学部材2の表裏に形成される。マイクロレンズ1を作製する面を第一面とする。第一面は予め研磨しておくものとする。第一面にマイクロレンズ1を作製した後に、必要があれば、第一面に対面する第二面に光軸を合わせて、もう1つマイクロレンズ1’を作製する。この時のアライメントは石英基板が透明であることから、同じレンズアライメントマークを利用でき、高精度に行うことができる。その精度は顕微鏡を利用することで数百nmオーダーとなる。
【0037】
また、マイクロレンズは1枚のウェハーから数多く取ることができ、このアライメントはウェハー毎に行うので、製造コストは非常に低い。このため、マイクロレンズを両面に形成することによるコスト上昇は小さい。ただし、マイクロレンズ1だけで目的が達せられる場合は、マイクロレンズ1’を省略できる。その場合、第二面の少なくとも光束が透過する面は光学面として、光学的に平滑な面に形成しておく。以後のマイクロレンズ以外の各実施形態においても同様である。ここで光学面と呼んだのは、有効な光束を散乱させずに透過させる面のことであり、単なる平面を含み、直進する光線に何らかの光学的作用を与える面のことである。
【0038】
LDの発光部の形状及び発散角度は縦方向と横方向では大きく異なる。すなわち、発光部の形状は横方向に長く、縦方向は横方向の長さの数十分の一程度しかない。しかし、発散角度の方は、コヒーレント光の干渉の関係で、横方向の発散角度は縦方向の発散角度の数分の一程度になる。LDは個体差が大きいが、出射光束は出射端面から概ね数μmないし10μm程度の位置で光束の断面形状、すなわち光のプロファイルが円形になり、それを超えると光のプロファイルは縦長な楕円形となる。
【0039】
本発明の光学素子の、LD3の光の出射端面からの距離は種々選べるが、なるべく個体差の影響を受けないようにするためには、光のプロファイルが縦長の楕円形になる位置を選ぶのがよい。
【0040】
これに対し、縦方向の中心断面と横方向の中心断面の曲率が異なるアナモフィックレンズというのがある。このレンズは縦方向と横方向のパワーが異なるので、それぞれの方向の発散角度を個別に変化させることができる。本実施形態は、LDから発せられる楕円形の光束を整形し、真円とすることが目的である。この2面のレンズの光学面の少なくとも片方をアナモフィックレンズ面にすることによって、LDが発した発散光が真円の平行光へ変換される。
【0041】
任意の方向からの光線を受け入れるレンズとしては、球面レンズが総合的には優れているが、本発明を適用する光源は単一波長のLDであり、光学素子としてのレンズ系に対する入射角度が固定的の場合は、光学面として適切な非球面を選ぶことによって、各種の収差を取り除いて非常に高品質な光束を得ることができる。本実施形態ではアナモフィックレンズを用いることにしているが、これは縦断面と横断面の形状は円形であるが、曲率が異なっているもので、球面とは呼べない。ただ、前記非球面と呼んだのは、これとは別のものである。すなわち、光学的パワーを有する縦断面或いは横断面の形状が非円形であるものを意味している。
【0042】
図2に示すように、アライメントマーク9をLD3の下面のエピタキシャル面と側面のへき開面の角部に一致させるように形成されている。
アライメントマーク9はフォトリソグラフィー時にマイクロレンズのグレースケールマスクに同時に入れている。これにより、マスク製造における公差で、アライメントマーク9を作ることができ、その精度は数百nmとなる。
【0043】
LD3の上記角部をアライメントマーク9に当接密着させることによって、顕微鏡観察による実装精度は格段にあがる。密着していない場合は、それぞれのアライメントマーク面を顕微鏡のフォーカス機能を用いて、それぞれ交互フォーカスし観察しながら、位置出しする必要があり、顕微鏡の平行度などの他の不確定要素によって、実装精度が低下する。以下にそれぞれの軸に従いアライメント方法を述べる。ただし、それぞれの軸方向は図2の規定に従う。
【0044】
<Y軸方向のアライメント>
図1、2に示しているLD3はジャンクションダウンとして、上側を部材裏面とし、下側をエピタキシャル面とした。このエピタキシャル面と発光点との距離は精度数十nmオーダーで、設計製造されている。このため、光学部材2に形成されたアライメントマーク9に、上記LD3の角部を当接密着さてアライメントすることで、1μm以下の精度を出すことが可能になる。
【0045】
<X軸方向のアライメント>
発光点からLD3の側面までの距離は、それぞれLDの個体差によって異なる。これはLD側面がへき開面であることによっており、その精度は数十μmオーダーとなり、これに合わせて実装することはできない。そこで、実装する前に、それぞれのLDの発光点からLD側面までの距離を測定しておく。エピタキシャル面を観察することで、発光させることなく、LD発光点の位置を側面からの相対距離として測定することができる。この距離に対応して、アライメントマーク9を所望の距離に形成する。
【0046】
<製造方法>
ここで、上記実施形態の複合光学装置の製造方法を簡単に述べておく。
マイクロレンズ1、1’を形成する光学部材2は石英基板を用いる。この基板の両面は研磨によって仕上げられているため、その表面粗さは数nmとなる。この表面にマイクロレンズ1、1’をグレースケールマスクで作製する。作製方法の詳細は特許文献8、および特許文献9に記述してある。
【0047】
これによって、作製されたレンズの断面は図1に示されるように、レンズの頂点が石英基板表面、すなわち第一面より低いように設計してある。レンズ表面には反射防止膜を施す。第一面から光学素子の位置、この例の場合は例えばマイクロレンズの頂点、までの距離はエッチングの制御によって精度良く形成することができる。したがって、発光素子と光学素子との距離も所望の一定距離に対して精度良く支持することができる。これは、発光素子と密着接合される光学部材2の第一面と光学素子が一体として作製されるからである。
【0048】
このレンズを形成した石英基板をダイシングによって、切り出して光学部材2を構成する。形状は1mm角程度とした。光学部材2はダイシングした後、だいしんぐ面に研磨などを施し、数μmオーダーの精度で仕上げる。このマイクロレンズを形成した光学部材2をLD3を実装したサブマウント4に実装する。サブマウント4は、光学部材2の側面とUV硬化樹脂で固定される。
【0049】
LD3は上下面以外はへき開によって外形加工されたものを用いる。LD3はジャンクションダウンとして、エピタキシャル面を下にサブマウント4に実装する。サブマウント4の側面とLD3の1つのへき開面からなる光の出射端面とは、ほぼ同一面になるように実装する。この作業はダイボンダーを用い、顕微鏡で観察することで、高精度に実装することができる。顕微鏡ではサブマウント4の側面と出射端面とを同時に観察しながら行うことでこの精度を出すことができる。このように実装されたサブマウント4とLD3の出射端面とは数百nmオーダーの誤差で一致させることができる。詳細な実装方法などは特許文献10などに記載されている。
【0050】
次にサブマウント4を90度回転させ、LD3の出射端面が水平になるようにする。この面に先ほどの光学部材2を載せる。このとき光学部材2はダイボンダーの吸着ピンの先に支持されているが、相手面、すなわちサブマウント4の端面、またはLD3の出射端面に当接することでその方向に倣うようになっている。当接方向に倣った状態で発光点にマイクロレンズの中心が来るように移動する。
【0051】
この時、LDは発光させ、その発光光線がマイクロレンズによって平行光になることを確認することもできる。サブマウント4もしくはLD3の出射端面に倣わせた状態での、光学部材2の平行移動は、ダイボンダーの吸着ピンをマイクロメーターでX軸、Y軸方向に移動することで行っている。
以上に示す作成方法により、本発明の実装方法では光線に対し図3に示す製造公差に抑えることができる。
【0052】
図3は図1に示した各部のそれぞれの外形寸法を示す図である。それぞれの製造公差を±で示している。また、光線の品質に影響を与える重要な公差としては、以下のような数値を実現できる。
表1
画 角 ±0.1度
偏 芯 2 μm
LD−レンズ距離 ±0.1μm
【0053】
【実施形態2】
図4は実施形態2の構成を示す図である。
本実施形態では凸面のマイクロレンズ1を凹面のマイクロレンズ1”に変更した。図4に示すように、LD3側のレンズのみ凹面とし、高屈折率の樹脂によって埋められている。
レンズ面を凹面にすることで入射角を小さくし、反射による光量損失を小さくする。凹面にすると、そのままではレンズのパワーは負になるが、光学部材2よりも屈折率の高い樹脂を充填することで、レンズのパワーを正にし、集光系になるようにする。
【0054】
マイクロレンズ1”を作製する際のフォトリソグラフィー時にUV硬化樹脂を注入する溝を形成する。この溝は数十μmの高さ、幅は数百μm程度有れば良い。実装時には、マイクロレンズ1”の光学部材をサブマウント4に当接した状態で、前記UV硬化樹脂注入溝にUV硬化樹脂を垂らすことによって、UV硬化樹脂は毛細管現象により流れ込む。その流れ込みが終了した段階でUVを照射し硬化する。この際UV硬化樹脂注入溝には、UV硬化樹脂が流れ込める注入口、樹脂が流れる流路、マイクロレンズ1”には流れ込まないような障壁を作り込んでおく。
マイクロレンズ1”は凹面であっても、アナモフィック面にすることや、断面を非円形にできること等は、凸面の場合と同様である。
【0055】
<製造方法>
凹面レンズは通常のリフローによるマイクロレンズ1”作成方法では作ることは難しいが、先に述べたグレースケールマスクを用いることで実現できる。この凹部にUV硬化型の樹脂を封入する。UV硬化樹脂はその屈折率を石英より大きく1.6程度にした。高い屈折率にすることで、このレンズには、LD3からの光線の発散角度が小さくなるように働く。つまりは凸面レンズと同等の効果を得ることができる。高い屈折率を実現するにはエポキシ系やビニル系、アクリル系などが用いることができる。今回はエポキシ系を用い、硬度を大きくした。樹脂の硬度が大きければ、石英基板との研磨も可能であり、石英基板と樹脂の面を一致させることもできる。
【0056】
今回は、研磨での製造コストを下げるために、研磨を行わない方法を採用した。その方法は、光学部材2をLD3の出射端面に当接し、この状態で樹脂を流し込み硬化させる。凹部には樹脂が注入できる注入溝を形成しておけば、毛細管現象を利用して当接状態で注入することができる。ステム4との接合部に形成したUV硬化樹脂注入溝にもUV硬化樹脂を注入し、この状態でアライメントする。アライメントは実施形態1と同様である。この状態でUV照射を光学部材2とステム4の接着を行う接合部にも行い、固定する。実装精度は実施形態1と同様に高くできる。
【0057】
【実施形態3】
図5は実施形態3の構成を示す図である。
本実施形態は、実施形態1とほぼ同じであるが、ステム6の形状が異なっている。すなわち、光学部材2は、ステム6で下面を支持されるのではなく、第一面のみで支持されている。このためステム形状が簡便になり、研磨などの加工がし易く、表面のラフネスが低減し、実装精度が上がる。光学部材2のダイシング面の精度を研磨等で高くする必要がなくなり、簡単なダイシング工程のみとなる。ステム6への光学部材2の固定強度を補強するために、UV硬化樹脂注入溝を大きく取ってある。製造方法、その他は実施形態1に準ずる。
【0058】
【実施形態4】
図6は本発明を光ファイバーへ応用した実施形態4を示す図である。この場合には、発光素子の平面として光ファイバー3’の端面がそれに当る。光学部材2の材質は、伝送する波長によって、変えることができ、長波長の光源を利用する場合には、Si基板を用いることができる。この場合はアライメント方法として、赤外線顕微鏡を利用する。ステム6には、Siなどの結晶が利用され、半導体プロセスの異方性エッチングを使用し、V溝を形成している。V溝は半導体プロセスを利用することで、高い精度で形成することができ、このV溝には光ファイバーが高精度に実装される。
【0059】
ステム6の側面は、ステム6を構成している結晶の結晶方向に合わせられている。これはへき開の加工方向であり、簡便に製造することが可能である。また、この加工方法により、ステム6の側面も非常に高い平面性を有している。この面にファイバーの端面を一致させ、光学部材2の第一面を当接させることで容易に高精度の実装が可能なる。また、ファイバーの表面性が劣化している場合には、マイクロレンズ1とファイバーの間に、ファイバーとほぼ同様の屈折率を有する樹脂を流し込む。これによりファイバー表面での光の散乱がなくなり、高い結合効率を得ることができる。実装時のアライメントマーク9は高精度に形成されているV溝の外形を目標マークとしてアライメントする。
【0060】
【実施形態5】
図7は実施形態5の構成を示す図である。符号21、21’はそれぞれ光学くさびの一面を形成する傾斜面を示す。
LDの発散角は縦方向と横方向では大きく異なる。そのため、そこから発せられる光のプロファイルは縦長な楕円形となる。本実施形態は、LDから発せられる光を整形し、真円とすることが目的である。光学素子の光学面を単なる傾斜面21として、出射面側の傾斜面21’と合わせて光学くさびの役割をさせ、光の発散角を一方向だけ変化させる。この方向を作用方向と呼ぶことにする。
【0061】
本実施形態の傾斜面21は縦方向の発散角を縮小させるように作られている。傾斜面21はLD3から発せられる光の発散角から計算し、その光のプロファイルが真円になるように設計した。なお、傾斜面21’は光学部材2の第2面の光学面そのものの場合もある。作成方法は実施形態1ないし4とほぼ同様である。
【0062】
発せられた光の主光線の進行方向がLD3に対し垂直になるように設計したいところであるが、主光線はLD3を出たときはLD3の出射端面に対し垂直であっても、光学くさびへ入射するとその方向が変えられてしまう。しかし、光学くさびの出射面が入射面と平行になっていると主光線の向きは元に戻り、LD3の出射端面に対して垂直になる。ただし、入射面と出射面が平行であると、この2面では三角プリズムが構成できず、光束の発散角の補正はできない。したがって、本方式においては主光線の向きは、複合光学装置出射後、LD3の出射端面に対して垂直にはできない。
【0063】
図8は光学くさびの作用により発散角度が変化する様子を説明するための図である。図8(a)は最大偏角を説明する図、図8(b)は発散角度が拡大する様子を説明する図、図8(c)は発散角度が縮小する様子を説明する図である。
光学くさびはいわゆる三角プリズムと同種のものであり、光束の入射の仕方で発散角を拡大も縮小もできる。同図(a)に示すように、三角プリズムには最大偏角θMというものがある。入射面に対する光線の入射角が、出射面に対する出射角に等しいとき、入射光線と出射光線のなす角度、すなわち偏角が最大になる。それ以外の角度で入射した光線の偏角たとえばθ1、θ2は、その入射角が最大偏角の入射角から離れるにしたがって、より小さくなる。図において、θM>θ1であり、かつ、θM>θ2である。
【0064】
したがって、すべての光束の入射角が最大偏角の入射角度θMより大きい場合、光束の発散角は拡大する。その様子を図8(b)に示す。図において、入射光束の発散角度をΘI、出射光束の発散角度をΘOとすると、ΘO>ΘIとなる。逆にすべての光束の入射角がその角度θMより小さい場合、光束の発散角度は縮小する。その様子を図8(c)に示す。図において、ΘO<ΘIとなる。光束の中間の光線の入射角が最大偏角θMに一致すると、その光線を境に一方は発散角が拡大し、他方は発散角が縮小するので、光束の強度分布に偏りが生ずる。
【0065】
本実施形態で示す光学くさびは光学部材2の第一面に形成した傾斜面21と第二面に形成した傾斜面21’の2面で三角プリズムの役割を果たす。第二面の傾斜面21’を省略した場合は、第二面の傾斜面21’の代わりに第二面の光学面自身がその役割をする。
【0066】
上記の性質を利用すると、光学くさびの構成は2通りが可能である。すなわち、光束の断面の楕円形に対して、長軸側の発散角度を縮小する構成と、短軸側の発散角度を拡大する構成である。実施形態5では長軸側の発散角度を縮小する例で示したが、光束の径をなるべく大きく整形したい場合は短軸側の発散角度を拡大する構成にすればよい。
【0067】
<作製方法>
傾斜面21、21’の光学部材は石英基板を用いる。この表面は研磨によって仕上げられているため、その表面粗さは数nmとなる。この表面に傾斜面21、21’をグレースケールマスクで作製する。これによって、作製された傾斜面21、21’の断面は図7に示す。傾斜面21、21’の表面には反射防止膜を施す。この傾斜面21、21’を形成した石英基板をダイシングによって、切り出して光学部材2とする。形状は1mm角程度とした。この光学部材2を、LD3を実装したサブマウント4に実装する。サブマウント4はLD3当接面と、光学部材の第一面とにUV硬化樹脂で固定されている。
【0068】
LD3はへき開によって外形加工されたものを用いる。LD3はジャンクションダウンとして、エピタキシャル面を下にサブマウント4に実装する。サブマウント4の側面とLD3の出射端面とはほぼ同一面で平行になるように実装する。この作業はダイボンダーを用い、顕微鏡で観察することで、高精度に実装することができる。顕微鏡ではサブマウント4の側面と出射端面とを同時に観察しながら行うことでこの精度を出すことができる。このように実装されたサブマウント4とLD3の出射端面とは数百nmオーダーで一致する。
【0069】
次にサブマウント4を90度回転させ、LD3の出射端面が水平になるようにする。この面に先ほどの傾斜面を有する光学部材2を載せる。この時光学部材2はダイボンダーの吸着ピンの先に支持されているが、相手面に当接することでその方向に倣うようになっている。今回は、先に述べた方法を用いることで、パッシブアライメントを行った。サブマウント4もしくはLDの出射端面に倣わせた状態での、光学部材2の平行移動は、ダイボンダーの吸着ピンをマイクロメーターでX軸、Y軸方向に移動することで行っている。
【0070】
【実施形態6】
図9は実施形態6の構成を示す図である。
符号11、11’は楕円形回折格子を示す。
本実施形態では、光のプロファイルの整形方法として、楕円形回折格子11、11’を利用した。楕円形回折格子11,11’は波長レベルの格子を光学部材上に同心の楕円の溝として形成することで光のプロファイルをコントロールすることができる。
【0071】
楕円形回折格子11はLD3から数十μmほど、光学部材側へ離れた部分に形成されている。楕円形回折格子11,11’はLDから発せられた光が真円となり、平行光になるように設計してある。楕円形回折格子11,11’とLDの出射端面との距離は、高い精度で設計値にあった実装が望まれる。本実施形態では、ドライエッチングによって、その距離を制御していることにより、高い精度を得ることができている。
【0072】
<作製方法>
楕円形回折格子11,11’の光学部材は石英ウェハーをもちいる。この表面は研磨によって仕上げられているため、その表面の粗さは数nmとなる。楕円形回折格子11,11’はグレースケールマスクで作製し、回折格子表面には反射防止膜を施す。これによって、作製された楕円形回折格子11,11’の断面は図9に示されるように構成した。この回折格子面を形成した石英基板をダイシングによって切り出し、光学部材2とする。形状は1mm角程度とした。この光学部材2を、LD3を実装したサブマウント4に実装する。サブマウント4は、LD3当接面と、光学部材2の側面とにUV硬化樹脂で固定されている。
【0073】
LD3はへき開によって外形加工されたものを用いる。LD3はジャンクションダウンとして、エピタキシャル面を下にサブマウント4に実装する。サブマウント4の側面とLD3の出射端面とはほぼ同一面で平行になるように実装する。この作業はダイボンダーを用い、顕微鏡で観察することで、高精度に実装することができる。顕微鏡ではサブマウント4の側面と出射端面とを同時に観察しながら行うことでこの精度を出すことができる。このように実装されたサブマウント4とLD3の出射端面とは数百nmオーダーで一致する。
【0074】
次にサブマウント4を90度回転させ、LD3の出射端面が水平になるようにする。この面に先ほどの光学部材2を載せる。このとき光学部材2はダイボンダーの吸着ピンの先に支持されているが、相手面に当接することでその方向に倣うようになっている。今回は、先に述べた方法を用いることで、パッシブアライメントを行った。サブマウント4もしくはLD3の出射端面に倣わせた状態での、光学部材2の平行移動は、ダイボンダーの吸着ピンをマイクロメーターでX軸Y軸方向に移動することで行っている。
【0075】
【実施形態7】
図10は実施形態7の構成を示す図である。図10aは側面図である。図10bは平面図であるが、説明に必要な部分以外は省略してある。
符号31、31’はシリンドリカルレンズを示す。
本実施形態では、光のプロファイルの整形方法として、シリンドリカルレンズ31,31’を利用した。シリンドリカルレンズ31、31’は長辺方向には平行な形状をしており、その方向で得られる実装精度は飛躍的に高くなる。そのため、その方向での実装に関わるコストが低減する。
【0076】
シリンドリカルレンズは、長辺方向には光学的パワーを持たず、それと直交する一方向のみ光学的パワーを持つ。光学的パワーを持つ方向を作用方向と呼ぶことがある。発散角度の大きい方の向きの光束、すなわち、光のプロファイルの楕円形の長軸方向を収束させて、発散角度の小さい方の向きの光束、すなわち、短軸方向の発散角度に合わせることによって、LD3から発せられる光のプロファイルを楕円形から円形になるように設計することができる。
【0077】
図のように、シリンドリカルレンズ31の作用方向を発散角度の大きい方の向きに合わせて光束を収束させるようにし、シリンドリカルレンズ31’の作用方向を発散角度の小さい方の向きに合わせて光束を収束させるように配置し、シリンドリカルレンズ31の光学的パワーをシリンドリカルレンズ31’のそれより大きく設定すると、光束のプロファイルを円形に整形するための設計が比較的容易になる。
シリンドリカルレンズ31とLD3の出射端面との距離は、高い精度で設計値にあった実装が望まれる。本実施形態では、ドライエッチングによって、その距離を制御していることにより、高い精度を得ることができている。
【0078】
<作製方法>
シリンドリカルレンズ31、31’の光学部材は石英ウェハーをもちいる。この表面は研磨によって仕上げられているため、その表面の粗さは数nmとなる。この表面にシリンドリカルレンズ31、31’をグレースケールマスクで作製する。
【0079】
これによって、作製されたシリンドリカルレンズ31、31’の断面は図10に示されるようにし、レンズ表面には反射防止膜を施す。このシリンドリカルレンズ31、31’を形成した石英基板をダイシングによって切り出し、光学部材2とする。形状は1mm角程度とした。シリンドリカルレンズ31の頂点は光学部材2の第一面より低く形成されている。この光学部材2を、LD3を実装したサブマウント4に実装する。サブマウント4は、LD3の当接面と、光学部材2の側面とにUV硬化樹脂で固定されている。
【0080】
LD3はへき開によって外形加工されたものを用いる。LD3はジャンクションダウンとして、エピタキシャル面を下にサブマウント4に実装する。サブマウント4の側面とLD3の出射端面とはほぼ同一面で平行になるように実装する。この作業はダイボンダーを用い、顕微鏡で観察することで、高精度に実装することができる。顕微鏡ではサブマウント4の側面と出射端面とを同時に観察しながら行うことでこの精度を出すことができる。このように実装されたサブマウント4とLD3の出射端面とは数百nmオーダーで一致する。
【0081】
次にサブマウントを90度回転させ、LD3の出射端面が水平になるようにする。この面に先ほどの光学部材2を載せる。この時、光学部材2はダイボンダーの吸着ピンの先に支持をされているが、相手面に当接することでその方向に倣うようになっている。今回は、先に述べた方法を用いることで、パッシブアライメントを行った。サブマウント4もしくはLD3の出射端面に倣わせた状態での、光学部材2の平行移動は、ダイボンダーの吸着ピンをマイクロメーターでX軸、Y軸方向に移動することで行っている。
【0082】
第一面に形成するシリンドリカルレンズ31の光学面は、マイクロレンズ1の場合と同様レンズ面を凹面のシリンドリカルレンズ31”に作り込むことができる。その場合は光束の発散角の小さい方の向き、すなわち、光のプロファイルの楕円形の短軸方向をシリンドリカルレンズ31”作用方向に合わせるとよい。
凹部には光学部材2よりも屈折率の高い透明樹脂を充填することで、パワーが負になることを防いで正のパワーのレンズ系として用いることもできる。。
また、第一面に形成するシリンドリカルレンズ31の光学面の光学的パワーを有する断面を非円形面にすることも同様にできる。
【0083】
【発明の効果】
請求項1に記載の発明によれば、従来の方法のような、スペーサーとレンズとを個別に作りこむ必要もなく、光学部材を削るだけで、スペーサーとレンズの機能を持たせることが可能にり、低コストでの製造を可能になった。
【0084】
請求項2に記載の発明によれば、請求項1に記載の複合光学装置において、発光素子と光学素子の間に介在する要素が少ないので精度よく両者の距離が設定できる。
【0085】
請求項3に記載の発明によれば、請求項1または2に記載の複合光学装置において、第一面に凸の部分がないので第一面の研磨が簡単にできる。
請求項4に記載の発明によれば、請求項1ないし3のいずれか1つに記載の複合光学装置において、光源が非常に小さく作れる。
【0086】
請求項5に記載の発明によれば、請求項1ないし4のいずれか1つに記載の複合光学装置において、光学素子が2つの面に形成されているので、所望の光学的性能を得ることが比較的容易になる。
請求項6に記載の発明によれば、請求項1ないし5のいずれか1つに記載の複合光学装置において、精度よく光束のプロファイルを整形することができる。
【0087】
請求項7に記載の発明によれば、請求項6に記載の複合光学装置において、1つの光学面でも光束のプロファイルを整形することができる。
請求項8に記載の発明によれば、請求項1ないし5のいずれか1つに記載の複合光学装置において、一方向のみの光学的パワーで光束のプロファイルを整形することができる。
【0088】
請求項9に記載の発明によれば、請求項8に記載の複合光学装置において、光束のプロファイルを円形の整形するための設計が容易になる。
請求項10に記載の発明によれば、請求項6ないし9のいずれか1つに記載の複合光学装置において、光学部材の第一面から飛び出している部分がないので、相手面との当接が精度よく行える。
【0089】
請求項11に記載の発明によれば、請求項6ないし8のいずれか1つに記載の複合光学装置において、連図面に凹面を採用することで設計の自由度が増す。
請求項12に記載の発明によれば、請求項6ないし11のいずれか1つに記載の複合光学装置において、レンズ系固有の各種収差が取り除かれて、高品質な光束が得られる。
【0090】
請求項13に記載の発明によれば、請求項1ないし5のいずれか1つに記載の複合光学装置において、単純な平面によって光束のプロファイルを整形することができる。
請求項14に記載の発明によれば、請求項13に記載の複合光学装置において、入射光束の発散角度よりも出射光束の発散角度の方が大きくなる。
【0091】
請求項15に記載の発明によれば、請求項14に記載の複合光学装置において、半導体レーザの発散角度が小さい方を大きくして大きい方の発散角度に合わせることができる。
請求項16に記載の発明によれば、請求項14に記載の複合光学装置において、入射光束の発散角度よりも出射光束の発散角度の方が小さくなる。
【0092】
請求項17に記載の発明によれば、請求項16に記載の複合光学装置において、半導体レーザの発散角度が大きい方を小さくして小さい方の発散角度に合わせることができる。
請求項18に記載の発明によれば、請求項1ないし5のいずれか1つに記載の複合光学装置において、入射光束の主光線に垂直な平面の光学素子で光束のプロファイルを整形することができる。
【0093】
請求項19に記載の発明によれば、請求項1ないし18のいずれか1つに記載の複合光学装置において、光学的性能の調整をすることができる。
請求項20に記載の発明によれば、請求項19に記載の複合光学装置において、凹面によって負のパワーが発生することを防ぐことができる。。
【0094】
請求項21に記載の発明によれば、請求項19に記載の複合光学装置において、発光素子として光ファイバーの出射端面を用いた場合、該出射端面のラフネスが光を散乱させるのを防ぐことができる。
請求項22に記載の発明によれば、請求項1ないし21のいずれか1つに記載の複合光学装置において、発光素子と光学素子の間の距離が、接着剤の存在によって変化するようなことがない。
【0095】
請求項23に記載の発明によれば、請求項1ないし22のいずれか1つに記載の複合光学装置において、LDと光学部材との位置あわせが非常に簡単になる。
請求項24に記載の発明によれば、請求項23に記載の複合光学装置を製造する製造方法であって、アライメントマークの存在で、発光素子の出射端面と、光学部材の第一面とを当接接合させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1の構成を示す側面図である。
【図2】本発明の実施形態1の構成を示す正面図である。
【図3】図1に示した各部のそれぞれの外形寸法を示す図である。
【図4】本発明の実施形態2の構成を示す図である。
【図5】本発明の実施形態3の構成を示す図である。
【図6】本発明を光ファイバーへ応用した実施形態4を示す図である。
【図7】本発明の実施形態5の構成を示す図である。
【図8】光学くさびの作用により発散角度が変化する様子を説明するための図である。
【図9】本発明の実施形態6の構成を示す図である。
【図10】本発明の実施形態7の構成を示す図である。
【図11】LDとマイクロレンズの実装の、従来の形態を説明するための図である。
【図12】凸面と凹面の面の接線に対する入射角の違いを説明するための図である。
【符号の説明】
1 マイクロレンズ
2 光学部材
3 半導体レーザ(LD)
4 サブマウント
5 UV硬化樹脂注入溝
6 ステム
7 UV硬化樹脂
8 LDのエピタキシャル面
9 アライメントマーク
11 楕円回折格子
21 傾斜面
31 シリンドリカルレンズ[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a micro-optical element including a light-emitting element, and more particularly to an apparatus technique including an optical element that generates high-quality micro-parallel light. Here, the light emitting element includes not only the light source itself but also an emission end face when a light beam is incident on an optical fiber or the like.
Application fields include general application products that use high-quality light beams, such as light transmission light sources, semiconductor laser (hereinafter simply referred to as LD) printers, optical disk system pickup light sources, and optical projector displays that sweep LD light. .
[0002]
[Prior art]
A conventional optical element controls light from an LD or the like via a lens or mirror having a size on the order of mm. However, as optical transmission and the like become versatile, demands for high density, miniaturization, high accuracy, and low cost are increasing. Therefore, with the development of OPT-MEMS that combines micromachining technology and optics, micro optical elements such as microlenses, micromirrors, and optical switches based on MEMS technology that handle light in the order of μm have been developed.
[0003]
Since such a micro optical element has a lens surface or a mirror surface in the order of μm, a light source having such a size is required. One solution that meets this demand is parallel light with a diameter on the order of μm. If it is parallel light, the distance of the order of mm is transmitted without divergence, and there is no need for complicated alignment of a large lens, and the consistency of switching and mirrors is high. Moreover, since the diameter of the optical fiber and the size of the high-speed compatible PD (photodiode) are on the order of μm, the versatility of the minute parallel light is high.
[0004]
In general, when shaping a light beam emitted from a light source such as an LD, a lens is disposed outside a can on which the LD is mounted. In this case, the lens has a diameter of several millimeters because it is several millimeters away from the light emitting point of the LD and has a light divergence angle of about 40 °. In addition, the mounting of the lens is often performed manually while observing the light emitting spot of the LD, and the manufacturing cost is increased, and the mounting tolerance is set to be very large. Such a large tolerance causes a large aberration in the light beam of the completed composite optical device after mounting, and cannot be said to be a high-quality light source that will be required in the future.
[0005]
On the other hand, an attempt has been made to mount the lens directly on the inside of the can and on the stem of the LD (the substrate on which the LD is fixed). A lens can be mounted at a distance of several tens of μm in the vicinity of the light emitting point of the LD, and the lens can have a diameter of several tens to several hundreds of μm. A lens having such a size is manufactured as a microlens by a semiconductor process or the like. A lens manufacturing method has been established and it is easy to form an array, and there are great expectations for its practical use, and many studies have been made (for example, Patent Document 1,
[0006]
A method has also been studied in which the end face of the microlens is brought into contact with the LD so that it can be simply mounted and the cost associated with mounting is reduced. (Patent Document 6) is one of them. In this case, the lens end face is in contact with the LD end face. The microlenses shown there are formed using a heat drawing method after forming a lens shape by grinding. Further, in this method, in order to obtain a desired distance from the lens, an appropriate spacer is formed by the same method and is integrated by bonding. For this reason, the shape cost of these spacers is included, and the manufacturing cost increases. In this method, it is difficult to create the spacer and the lens integrally, and the above-described joining method is inevitable.
[0007]
On the other hand, there is a refractive index distribution lens as a flat lens. This lens is obtained by diffusing metal ions such as thallium on a glass substrate, and has a flat surface and can be in close contact with the light emitting element. However, this graded index lens is inferior in quality to ordinary lenses, such as increased wavefront aberration and accuracy of light refraction. For this reason, it cannot be a composite optical device having a high-quality light source (see, for example, Patent Document 7).
[0008]
[Patent Document 1]
JP 2001-185792 A
[Patent Document 2]
JP-A-5-236216
[Patent Document 3]
JP-A-6-160605
[Patent Document 4]
JP-A-2-222589
[Patent Document 5]
JP 2001-021771 A
[Patent Document 6]
US Patent No. 6078437
[Patent Document 7]
JP-A-6-13699
[Patent Document 8]
JP-A-11-177123
[Patent Document 9]
JP 2000-280366 A
[Patent Document 10]
JP 2000-349384 A
[Non-Patent Document 1]
O plus E February 2001 issue P210
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
Provided is a method for realizing mounting of a light source such as an LD and an optical element for shaping the light beam with high accuracy and low cost, and a composite optical device capable of obtaining a high-quality light beam with small aberration. The problem is described in detail below.
[0010]
Here, the definition of the surface of the light-emitting element is extended to “surface emitting light into the air”. For example, in the case of an optical fiber or the like, an element in which an optical fiber and an LD are combined, such as an LD coupled to “one end face”, is also defined as a light emitting element. In this case, the “plane of the light emitting element” or “light emitting end surface” refers to the “other end surface” of the end surfaces of the optical fiber to which the LD is not coupled. Conventionally, studies have been made to mount a lens with high accuracy on the plane of the light emitting element.
[0011]
For example, there is a method in which a photolithographic process is directly applied to an end face of an optical fiber, and the end face of the fiber is processed into a microlens shape (see, for example, Non-Patent Document 1). However, wavefront aberration due to the surface roughness (hereinafter referred to as roughness) of the microlenses increases, and there remains a problem as a composite optical device that should be a high-quality light source.
According to the above invention, the optical member of the microlens and the light emitting element plane can be in contact with each other, but the mounting accuracy is lowered due to the poor surface properties of the respective contact surfaces.
[0012]
FIG. 11 is a diagram for explaining a conventional form of mounting an LD and a microlens.
In the conventional LD and microlens mounting, the optical member of the microlens and the cleavage surface of the LD are not in contact with each other. That is, as shown in FIG. 11, the apex of the microlens protrudes from the plane of the optical member, and it is necessary to secure a gap S through an appropriate spacer in the flat portion (see Patent Document 5). ).
[0013]
In order to avoid hitting the lens portion of this spacer, it was necessary to perform very difficult machining such as a concave portion having a diameter of several hundred μm. Also, because of the minute shape, it is impossible to polish, and it is made by machining such as milling, and the surface remains rough, making it difficult to mount with high accuracy. Therefore, the accuracy is several μm, and the tolerance is large. Moreover, the stem which performs such a process becomes very expensive and jumps up as a cost. However, in the present invention, the term “microlens” refers to a curved surface refractive lens, and does not include a gradient index lens.
[0014]
Conventionally, when a microlens is mounted on an LD, a method of mounting by observing a light emitting spot is generally used, which increases the manufacturing cost. As another method, there is a method of aligning the alignment mark with a stem on which an LD is mounted. However, since the mounting tolerance between the LD and the stem is included, the accuracy is lowered. Therefore, it is not possible to obtain a light beam with good quality.
[0015]
As shown in the conventional example, as a method of fixing the microlens, a method of applying and curing a UV curable resin on the side surface of the optical member of the microlens is taken. This method has a problem in bonding strength because there are few surfaces to be bonded. Since the tolerance of the distance between the lens and the light emitting element such as the LD is about several μm, it is not allowed to shift due to disturbance such as slight vibration. Therefore, high joint strength is required.
[0016]
In the conventional microlens manufacturing method using the reflow method, the shape of the lens is limited to a spherical surface. Due to the spherical surface, the aberration in the completed composite optical device becomes large due to the wavefront aberration on the lens surface.
[0017]
When the microlens is a convex lens, light rays are incident on the lens surface at a shallow angle at the edge of the lens. That is, the incident angle with respect to the lens is increased. The reflection of light depends on the incident angle, and the larger the incident angle, the higher the reflectance. The relationship will be described with reference to FIG. In the figure, however, the angle is expressed with respect to the tangent of the surface. The angle of incidence with respect to the normal and the angle with respect to the tangent are in the relationship of the covariance.
FIG. 12 is a diagram for explaining a difference in incident angle with respect to a tangent line between a convex surface and a concave surface.
FIG. 12a shows a state in which light enters the periphery of the convex lens. θ1 represents an incident angle of incident light with respect to a tangent to the lens surface.
FIG. 12b shows a state in which light enters the periphery of the concave lens. θ2 represents an incident angle of incident light with respect to a tangent to the lens surface. In both cases, light rays after refraction are omitted. As can be seen from the figure, θ2> θ1. Therefore, the loss of light is greater on the convex surface than on the concave surface.
As much as possible, it is desirable to reduce the angle of incidence with respect to the normal and make a lens with low reflection.
[0018]
Since there are two interfaces with the light emitting element surface and the microlens surface, there is reflection at each interface. Reflection causes problems such as a reduction in noise and coupling efficiency. Further, when the plane of the light emitting element has roughness, light scattering occurs on that plane, and the optical coupling efficiency is lowered.
Microlenses have certain limitations on the height of the lens due to manufacturing problems. Therefore, a lens with a high NA could not be made.
[0019]
In the composite optical device, as a mounting method, it is necessary to accurately align two axes other than the optical axis (when the optical axis is the Z axis, the X axis and the Y axis). It is difficult to align the two axes at the same time, increasing the manufacturing cost.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, in the invention according to claim 1, in the composite optical device in which the light emitting element and the optical member including the optical element are integrated, the optical member isPolished surfaceA first surface and a second surface facing the first surface, wherein the optical element is formed by processing a part of the first surface, and an emission end of the light emitting elementOn the faceThe first surface of the optical member is in contact with the optical member.
[0021]
According to a second aspect of the present invention, there is provided the composite optical device according to the first aspect.,in frontThe optical member has a function of supporting a constant distance between the light emitting element and the optical element.
Claim 3In the invention described in claim 1,Or 2In the composite optical device according to the item 1, a concave portion is formed on the first surface of the optical member, and the optical element is formed on the bottom of the concave portion.
[0022]
Claim 4In the invention described in claim 1, claim 1 is provided.3In the composite optical device according to any one of the above, the light emitting element is a semiconductor laser.
Claim 5In the invention described in claim 1,4In the composite optical device according to any one of the above, an optical element is also formed on the second surface of the optical member.
Claim 6In the invention described in claim 1,5In the composite optical device according to any one of the above, the optical element is a microlens.
[0023]
Claim 7In the invention described inClaim 6In the composite optical device described in (1), the optical surface of the microlens is an anamorphic surface.
Claim 8In the invention described in claim 1,5In the composite optical device according to any one of the above, the optical element is a cylindrical lens.
Claim 9In the invention described inClaim 8In the composite optical device according to the above, the cylindrical lens has an action direction aligned with the major axis direction of the elliptical shape of the cross section of the light beam on the first surface of the optical member, and the elliptical shape of the cross section of the light beam on the second surface. The action direction is aligned with the minor axis direction.
[0024]
Claim 10In the invention described in claim6 to 9In the composite optical device according to any one of the above, the height of the apex of the optical element on the first surface is lower than the first surface of the optical member.
Claim 11In the invention described in claim6 to 9In the composite optical device according to any one of the above, the lens surface of the optical element on the first surface is a concave surface.
[0025]
Claim 12In the invention described in claim6 to 11In the composite optical device according to any one of the above, the cross section having the optical power of the optical surface of the optical element is a non-circular surface.
Claim 13In the invention described in claim1 to 5In the composite optical device according to any one of the above, the optical element is an optical wedge.
Claim 14In the invention described inClaim 13In the composite optical device according to the above, the incident angles of all the light beams incident on the first surface are more than the angle corresponding to the maximum deflection angle of the triangular prism formed by the optical surfaces of the first surface and the second surface. The optical surface is formed to be large.
[0026]
Claim 15In the invention described inClaim 14In the composite optical device described in (1), the direction of action of the optical wedge is aligned with the direction of the smaller divergence angle of the light beam emitted from the semiconductor laser.
Claim 16In the composite optical device according to claim 14, in the composite optical device according to claim 14, a triangular prism in which incident angles of all light beams incident on the first surface are formed by the optical surfaces of the first surface and the second surface. The optical surface is formed so as to be smaller than an angle corresponding to the maximum deviation angle.
[0027]
Claim 17In the invention described inClaim 16In the composite optical device described in (1), the direction of action of the optical wedge is aligned with the direction in which the divergence angle is larger in the luminous flux emitted from the semiconductor laser.
Claim 18In the invention described in claim1 to 5In the composite optical device according to any one of the above, the optical element is a circular diffraction grating.
Claim 19In the invention described in claim1 to 18In the composite optical device according to any one of the above, the space in which the optical element does not exist is filled with a transparent member having a refractive index different from that of the optical member.
[0028]
Claim 20In the invention described inClaim 19In the composite optical device described in the item 1, the refractive index of the transparent member is larger than the refractive index of the optical element.
Claim 21In the invention described inClaim 19In the composite optical device according to the item 1, the light emitting element is an optical fiber end face, and the refractive index of the transparent member is approximately equal to the refractive index of the light emitting element.
Claim 22In the invention described in claim 1,21In the composite optical device according to any one of the above, a groove is formed on the first surface of the optical member, and an adhesive is injected into the groove.
[0029]
Claim 23In the invention described in claim 1,Thirty-twoIn the composite optical device according to any one of the above, an alignment mark is formed on the optical member.
Claim 24In the invention described inClaim 23A manufacturing method for manufacturing the composite optical device according to claim 1, wherein an alignment mark of the optical member is aligned with a mark on a plane of the light emitting element, and an emission end of the light emitting elementSurface and saidIt is characterized by a method for manufacturing a composite optical device that abuts and joins a first surface of an optical member.
[0030]
In the present invention, an optical element such as a microlens is manufactured by a manufacturing method using a gray scale mask, thereby enabling highly accurate passive alignment based on the polished surface of the optical member.
[0031]
A micro lens manufactured using a semiconductor process is generally used by a reflow method or the like, but in the present invention, a manufacturing method using a gray scale mask is used. However, the present invention is not limited by this manufacturing method.
An optical element made of a gray scale mask is an optical element formed on a polished plane, and the area other than the element is a plane having a highly accurate surface property.
[0032]
As gray scale masks, there are masks used for photolithography in which gradations are expressed with fine dots having transmittances of 1 and 0, and those in halftones. By gradation expression, bright part and dark part are created, and this is exposed to photoresist, so in the case of positive resist, the dark part is high, the bright part is low, and the height expression includes the intermediate height. The resist shape thus obtained can be obtained. By devising the mask shape in this way, the resist can be processed into a three-dimensional and arbitrary shape. Details of the gray scale mask manufacturing method are described in Patent Documents 8 and 9, and the like.
[0033]
By utilizing this arbitrary shape manufacturing technique, it becomes possible to make a microlens whose lens is concave from the reference of the quartz substrate. As a result, the reference surface protrudes from the microlens to the LD side, and can be mounted in a state in which the reference surface is in contact. Further, as will be described later, an inclined surface or a diffraction grating can be formed in a portion away from the LD.
[0034]
The reference surface of the optical member of the microlens is processed by polishing, and if the accuracy is high, it is on the order of several nm. Further, the cleavage plane of the LD is also formed according to the crystal plane, so that it is surfaced with very high accuracy. By abutting these two surfaces, mounting with very high accuracy becomes possible. Further, the surface of the submount can be polished similarly to the quartz substrate. As a result, the LD and the submount can be mounted on the same surface position while maintaining a high degree of parallelism, and a quartz polishing surface is provided on the LD cleavage surface and the submount polishing surface in which the parallelism is maintained. Abutment mounting is possible.
[0035]
Embodiment 1
FIG. 1 is a side view showing the configuration of Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a front view showing the configuration of the first embodiment of the present invention.
1 and 2, reference numerals 1 and 1 'are microlenses, 2 is an optical member, 3 is an LD, 4 is a submount, 5 is a UV curable resin injection groove, 6 is a stem, 7 is a UV curable resin, and 8 is an LD. Epitaxial surface 9 indicates an alignment mark.
An
[0036]
The microlenses 1 and 1 ′ are formed on the front and back of the
[0037]
In addition, a large number of microlenses can be taken from one wafer, and since this alignment is performed for each wafer, the manufacturing cost is very low. For this reason, the cost increase by forming microlenses on both surfaces is small. However, when the objective can be achieved by the microlens 1 alone, the microlens 1 ′ can be omitted. In that case, at least the surface of the second surface through which the light beam is transmitted is formed as an optically smooth surface. The same applies to the following embodiments other than the microlens. The term “optical surface” as used herein refers to a surface that transmits an effective light beam without scattering, and includes a simple plane that gives an optical action to a light beam that travels straight.
[0038]
The shape and divergence angle of the light emitting part of the LD are greatly different in the vertical direction and the horizontal direction. That is, the shape of the light emitting portion is long in the horizontal direction, and the vertical direction is only a few tenths of the length in the horizontal direction. However, the divergence angle is related to the interference of coherent light, and the divergence angle in the horizontal direction is about a fraction of the divergence angle in the vertical direction. The LD has a large individual difference, but the emitted light beam has a circular cross-sectional shape, that is, a light profile at a position of about several μm to 10 μm from the emission end face, and beyond that, the light profile becomes a vertically long elliptical shape. Become.
[0039]
Various distances from the light emitting end face of the
[0040]
On the other hand, there is an anamorphic lens in which the curvature of the central section in the vertical direction and the central section in the horizontal direction are different. Since this lens has different power in the vertical and horizontal directions, the divergence angle in each direction can be changed individually. The purpose of this embodiment is to shape an elliptical light beam emitted from the LD into a perfect circle. By making at least one of the optical surfaces of the two lenses an anamorphic lens surface, the divergent light emitted from the LD is converted into a perfect circular parallel light.
[0041]
A spherical lens is generally excellent as a lens that accepts light from any direction, but the light source to which the present invention is applied is a single wavelength LD, and the incident angle with respect to the lens system as an optical element is fixed. In the target case, by selecting an appropriate aspherical surface as the optical surface, it is possible to remove various aberrations and obtain a very high quality light beam. In this embodiment, an anamorphic lens is used. This is circular in the shape of the longitudinal section and the transverse section, but has a different curvature and cannot be called a spherical surface. However, what is called the aspherical surface is different. That is, it means that the shape of the longitudinal section or the transverse section having optical power is non-circular.
[0042]
As shown in FIG. 2, the alignment mark 9 is formed to coincide with the corners of the epitaxial surface on the lower surface of the
The alignment mark 9 is simultaneously placed in the gray scale mask of the microlens during photolithography. Thereby, the alignment mark 9 can be made with a tolerance in mask manufacturing, and the accuracy thereof is several hundred nm.
[0043]
By mounting the corners of the
[0044]
<Alignment in the Y-axis direction>
The
[0045]
<X-axis alignment>
The distance from the light emitting point to the side surface of the
[0046]
<Manufacturing method>
Here, a method for manufacturing the composite optical device of the above embodiment will be briefly described.
A quartz substrate is used as the
[0047]
Thus, as shown in FIG. 1, the cross section of the produced lens is designed such that the apex of the lens is lower than the quartz substrate surface, that is, the first surface. An antireflection film is applied to the lens surface. The distance from the first surface to the position of the optical element, in this case, for example, the apex of the microlens, can be accurately formed by controlling the etching. Therefore, the distance between the light emitting element and the optical element can also be accurately supported with respect to a desired constant distance. This is because the first surface of the
[0048]
The quartz substrate on which this lens is formed is cut out by dicing to constitute the
[0049]
For LD3, the one that has been externally processed by cleavage other than the upper and lower surfaces is used. The
[0050]
Next, the
[0051]
At this time, it is also possible to confirm that the LD emits light and the emitted light becomes parallel light by the microlens. The parallel movement of the
With the production method described above, the mounting method of the present invention can suppress the manufacturing tolerance shown in FIG.
[0052]
FIG. 3 is a diagram showing the external dimensions of each part shown in FIG. Each manufacturing tolerance is indicated by ±. In addition, the following numerical values can be realized as important tolerances affecting the quality of light.
Table 1
Angle of view ± 0.1 degrees
Eccentric 2 μm
LD-lens distance ± 0.1μm
[0053]
FIG. 4 is a diagram illustrating the configuration of the second embodiment.
In the present embodiment, the convex microlens 1 is changed to a concave microlens 1 ″. As shown in FIG. 4, only the lens on the LD3 side is concave and is filled with a resin having a high refractive index.
By making the lens surface concave, the incident angle is reduced and the light loss due to reflection is reduced. If a concave surface is used, the lens power becomes negative as it is, but by filling a resin having a refractive index higher than that of the
[0054]
A groove for injecting a UV curable resin is formed at the time of photolithography when manufacturing the microlens 1 ″. The groove should have a height of several tens of μm and a width of about several hundreds of μm. The UV curable resin flows in by capillary action by hanging the UV curable resin in the UV curable resin injection groove in a state where the optical member "is in contact with the
Even if the microlens 1 ″ is concave, it can be made an anamorphic surface and the cross section can be made non-circular as in the case of the convex surface.
[0055]
<Manufacturing method>
Although it is difficult to make a concave lens by the ordinary reflow microlens 1 ″ manufacturing method, it can be realized by using the gray scale mask described above. A UV curable resin is sealed in the concave portion. Its refractive index is larger than quartz by about 1.6.By making the refractive index high, this lens works so that the divergence angle of the light beam from the
[0056]
This time, in order to reduce the manufacturing cost of polishing, a method without polishing was adopted. In this method, the
[0057]
FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the third embodiment.
The present embodiment is substantially the same as the first embodiment, but the shape of the
[0058]
FIG. 6 is a
[0059]
The side surface of the
[0060]
FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the fifth embodiment. Sign21, 21'Indicates an inclined surface forming one surface of the optical wedge.
The divergence angle of LD differs greatly between the vertical direction and the horizontal direction. For this reason, the profile of light emitted therefrom is a vertically long ellipse. The object of the present embodiment is to shape the light emitted from the LD to make a perfect circle. The optical surface of the optical element is simply an inclined surface.21As an inclined surface on the exit surface side21In combination with ′, it plays the role of an optical wedge, and the light divergence angle is changed only in one direction. This direction is called the action direction.
[0061]
Inclined surface of this embodiment21Is designed to reduce the vertical divergence angle. Inclined surface21Was calculated from the divergence angle of the light emitted from the LD3, and the light profile was designed to be a perfect circle. In addition, inclined surface21'May be the optical surface itself of the second surface of the
[0062]
We would like to design the chief ray of emitted light so that the traveling direction of the chief ray is perpendicular to LD3. However, when the chief ray exits LD3, it enters the optical wedge even if it is perpendicular to the exit end face of LD3. Then the direction will be changed. However, when the exit surface of the optical wedge is parallel to the entrance surface, the direction of the principal ray returns to the original and becomes perpendicular to the exit end surface of the
[0063]
FIG. 8 is a diagram for explaining how the divergence angle changes due to the action of the optical wedge. 8A is a diagram for explaining the maximum deflection angle, FIG. 8B is a diagram for explaining how the divergence angle is enlarged, and FIG. 8C is a diagram for explaining how the divergence angle is reduced.
The optical wedge is the same kind as a so-called triangular prism, and the divergence angle can be enlarged or reduced depending on the way the light beam is incident. As shown in FIG. 6A, there is a triangular prism having a maximum deflection angle θM. When the incident angle of the light beam with respect to the incident surface is equal to the outgoing angle with respect to the output surface, the angle formed by the incident light beam and the outgoing light beam, that is, the deflection angle is maximized. The declination angles, for example, θ1 and θ2, of light rays incident at other angles become smaller as the incident angle becomes farther from the maximum declination angle. In the figure, θM> θ1 and θM> θ2.
[0064]
Accordingly, when the incident angles of all the light beams are larger than the maximum deflection angle of incident angle θM, the light beam divergence angle is expanded. This is shown in FIG. In the figure, if the divergence angle of the incident light beam is ΘI and the divergence angle of the outgoing light beam is ΘO, then ΘO> ΘI. Conversely, when the incident angles of all the light beams are smaller than the angle θM, the divergence angle of the light beams is reduced. This is shown in FIG. In the figure, ΘO <ΘI. When the incident angle of a light beam in the middle of the light beam coincides with the maximum deviation angle θM, the divergence angle increases on the one side and the divergence angle decreases on the other side, so that the intensity distribution of the light beam is biased.
[0065]
The optical wedge shown in this embodiment is an inclined surface formed on the first surface of the optical member 2.21And the inclined surface formed on the second surface21It plays the role of a triangular prism on the two sides. The inclined surface of the second surface21If 'is omitted, the inclined surface of the second surface21The optical surface of the second surface itself plays the role instead of '.
[0066]
Using the above properties, the optical wedge can be configured in two ways. That is, a configuration in which the divergence angle on the long axis side is reduced and a divergence angle on the short axis side is increased with respect to the elliptical cross section of the light beam. In the fifth embodiment, an example in which the long axis side divergence angle is reduced is shown. However, when it is desired to shape the diameter of the light beam as large as possible, the short axis side divergence angle may be increased.
[0067]
<Production method>
Inclined surface21, 21A quartz substrate is used for the optical member '. Since this surface is finished by polishing, the surface roughness is several nm. Inclined surface on this surface21, 21'Is produced with a gray scale mask. As a result, the inclined surface produced21, 21The cross section of ′ is shown in FIG. Inclined surface21, 21An antireflection film is applied to the surface of '. This inclined surface21, 21The quartz substrate on which 'is formed is cut out by dicing to form the
[0068]
As the LD3, an outer shape processed by cleavage is used. The
[0069]
Next, the
[0070]
FIG. 9 is a diagram showing the configuration of the sixth embodiment.
Sign11, 11'Represents an elliptical diffraction grating.
In this embodiment, an elliptical diffraction grating is used as a method for shaping the light profile.11, 11'Was used. Elliptical diffraction grating11, 11The light profile can be controlled by forming a wavelength level grating as a concentric elliptical groove on the optical member.
[0071]
Elliptical diffraction grating11Is formed in a portion separated from the
[0072]
<Production method>
Elliptical diffraction grating11, 11The optical member 'uses a quartz wafer. Since this surface is finished by polishing, the roughness of the surface is several nm. Elliptical diffraction grating11, 11'Is produced with a gray scale mask, and an antireflection film is applied to the surface of the diffraction grating. Oval diffraction grating produced by this11, 11The cross section of ′ was configured as shown in FIG. The quartz substrate on which the diffraction grating surface is formed is cut out by dicing to obtain an
[0073]
As the LD3, an outer shape processed by cleavage is used. The
[0074]
Next, the
[0075]
FIG. 10 is a diagram showing the configuration of the seventh embodiment. FIG. 10a is a side view. FIG. 10b is a plan view, but the portions other than those necessary for the explanation are omitted.
In the present embodiment, the
[0076]
The cylindrical lens does not have optical power in the long side direction, but has optical power only in one direction orthogonal thereto. A direction having optical power is sometimes referred to as an action direction. By converging the elliptical major axis direction of the light profile with the larger divergence angle, that is, the light beam with the smaller divergence angle direction, that is, matching the divergence angle with the minor axis direction, The profile of light emitted from the
[0077]
As shown in the figure, the direction of action of the
The distance between the
[0078]
<Production method>
The optical members of the
[0079]
As a result, the cross-sections of the fabricated
[0080]
As the LD3, an outer shape processed by cleavage is used. The
[0081]
Next, the submount is rotated 90 degrees so that the emission end face of the
[0082]
The optical surface of the
By filling the concave portion with a transparent resin having a refractive index higher than that of the
Similarly, the cross section having the optical power of the optical surface of the
[0083]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, it is not necessary to make the spacer and the lens separately as in the conventional method, and it is possible to provide the functions of the spacer and the lens only by scraping the optical member. As a result, low-cost manufacturing is possible.
[0084]
According to the invention described in
[0085]
Claim 3According to the invention described in claim 1,Or 2In the composite optical device described in 1), the first surface can be easily polished because there is no convex portion on the first surface.
Claim 4According to the invention described in claim 1,3In the composite optical device according to any one of the above, the light source can be made very small.
[0086]
Claim 5According to the invention described in claim 1,4In the composite optical device according to any one of the above, since the optical elements are formed on the two surfaces, it is relatively easy to obtain the desired optical performance.
According to the invention described in
[0087]
Claim 7According to the invention described inClaim 6In the composite optical device described in 1), the profile of the light beam can be shaped even with one optical surface.
Claim 8According to the invention described in claim1 to 5In the composite optical device according to any one of the above, the profile of the light beam can be shaped with optical power in only one direction.
[0088]
Claim 9According to the invention described inClaim 8In the composite optical device described in 1), the design for shaping the light beam profile into a circular shape becomes easy.
Claim 10According to the invention described in claim6 to 9In the composite optical device according to any one of the above, since there is no portion protruding from the first surface of the optical member, contact with the mating surface can be performed with high accuracy.
[0089]
Claim 11According to the invention described in claim6 to 8In the composite optical device according to any one of the above, the degree of freedom in design is increased by adopting a concave surface in the continuous drawing.
Claim 12According to the invention described in claim6 to 11In the composite optical device according to any one of the above, various aberrations inherent to the lens system are removed, and a high-quality light beam can be obtained.
[0090]
Claim 13According to the invention described in claim1 to 5In the composite optical device according to any one of the above, the profile of the light beam can be shaped by a simple plane.
Claim 14According to the invention described inClaim 13In the composite optical device described in (1), the divergence angle of the outgoing light beam is larger than the divergence angle of the incident light beam.
[0091]
Claim 15According to the invention described inClaim 14In the composite optical device described in 1), the smaller divergence angle of the semiconductor laser can be increased to match the larger divergence angle.
Claim 16According to the invention described in item 14, in the compound optical device according to claim 14, the divergence angle of the outgoing light beam is smaller than the divergence angle of the incident light beam.
[0092]
Claim 17According to the invention described inClaim 16In the composite optical device described in 1), the larger divergence angle of the semiconductor laser can be reduced to match the smaller divergence angle.
Claim 18According to the invention described in claim1 to 5In the composite optical device according to any one of the above, the profile of the light beam can be shaped by a flat optical element perpendicular to the principal ray of the incident light beam.
[0093]
Claim 19According to the invention described in claim1 to 18In the composite optical device according to any one of the above, the optical performance can be adjusted.
Claim 20According to the invention described inClaim 19In the composite optical device described in 1), it is possible to prevent negative power from being generated by the concave surface. .
[0094]
Claim 21According to the invention described inClaim 19In the composite optical device described in 1), when the exit end face of the optical fiber is used as the light emitting element, the roughness of the exit end face can be prevented from scattering light.
Claim 22According to the invention described in claim1 to 21In the composite optical device according to any one of the above, the distance between the light emitting element and the optical element is not changed by the presence of the adhesive.
[0095]
Claim 23According to the invention described in claim1 to 22In the composite optical device according to any one of the above, the alignment between the LD and the optical member becomes very simple.
Claim 24According to the invention described inClaim 23A manufacturing method for manufacturing the composite optical device according to claim 1, wherein an emission end of the light emitting element is formed in the presence of the alignment mark.Face andThe first surface of the optical member can be abutted and joined.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing a configuration of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front view showing the configuration of Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing the external dimensions of each part shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a third exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a fourth embodiment in which the present invention is applied to an optical fiber.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a fifth exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram for explaining how the divergence angle changes due to the action of the optical wedge.
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram for explaining a conventional form of mounting of an LD and a microlens.
FIG. 12 is a diagram for explaining a difference in incident angle with respect to a tangent line between a convex surface and a concave surface.
[Explanation of symbols]
1 Microlens
2 Optical members
3 Semiconductor laser (LD)
4 Submount
5 UV curing resin injection groove
6 stem
7 UV curable resin
8 LD epitaxial surface
9 Alignment mark
11Elliptical diffraction grating
21Inclined surface
31 Cylindrical lens
Claims (24)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002263013A JP4146196B2 (en) | 2002-09-09 | 2002-09-09 | Composite optical device and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
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