特許 7516351 光学部品および半導体レーザモジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-05

(45)【発行日】2024-07-16

(54)【発明の名称】光学部品および半導体レーザモジュール

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/44 20060101AFI20240708BHJP

   G02B 6/02 20060101ALI20240708BHJP

   G02B 6/42 20060101ALI20240708BHJP

【ＦＩ】

G02B6/44 306

G02B6/02 421

G02B6/42

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021509507

(86)(22)【出願日】2020-03-25

(86)【国際出願番号】 JP2020013353

(87)【国際公開番号】W WO2020196626

(87)【国際公開日】2020-10-01

【審査請求日】2023-01-24

(31)【優先権主張番号】P 2019064583

(32)【優先日】2019-03-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000005290

【氏名又は名称】古河電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】橋本 博

(72)【発明者】

【氏名】石毛 悠太

(72)【発明者】

【氏名】早水 尚樹

(72)【発明者】

【氏名】那須 秀行

【審査官】野口 晃一

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－１５８０９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２０５２５２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００７－２９３３００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２２３８９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／０３７７２５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－０２８４１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０８３３６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第５９４３２０９（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ６／０２ － ６／１０

６／２６ － ６／２７

６／３０ － ６／３４

６／４２ － ６／４３

Ｈ０１Ｓ ５／００ － ５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

コア部および該コア部の外周に形成されたクラッド部を有し、パッケージから当該パッケージ外へ延び当該パッケージ内の光学素子と光学的に接続された光ファイバと、
前記クラッド部の外周に配置され前記光ファイバの長手方向に延びたガラスキャピラリと、
前記ガラスキャピラリの外周に配置された光吸収体と、
前記クラッド部の前記長手方向の一部である第一区間の外周と当該外周に接した前記ガラスキャピラリの内周とを他の部材を介することなく溶着または圧着して一体化している一体部と、
を有し、
前記クラッド部の前記第一区間を除く前記長手方向の区間のうち少なくとも一部である第二区間の外周と当該外周に面した前記ガラスキャピラリの内周との間に、クラッドモード光を前記クラッド部から前記ガラスキャピラリへ導出されやすい直径基準で５μｍ以下の間隔のクリアランスが設けられ、
前記光吸収体は、熱伝導性のある材料からなり、前記パッケージに熱良導体を介して接続されていることを特徴とする光学部品。

【請求項2】

前記ガラスキャピラリの入力端面には光反射膜が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光学部品。

【請求項3】

前記一体部と前記光反射膜が設けられた前記入力端面とは離間していることを特徴とする請求項２に記載の光学部品。

【請求項4】

前記ガラスキャピラリの光の入力側の端部は、光の進行方向に沿って次第に大径となるテーパ形状を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光学部品。

【請求項5】

前記一体部では、光の進行方向を基準とする前記ガラスキャピラリの前半部の一部の内周が前記第一区間の外周と一体化されていることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の光学部品。

【請求項6】

前記光吸収体の内面に凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の光学部品。

【請求項7】

前記一体部は溶着されることによって一体化されていることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の光学部品。

【請求項8】

前記光ファイバの入力端面にはパワー密度を低減するエンドキャップを介して光が結合されることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の光学部品。

【請求項9】

前記ガラスキャピラリは、入射側の大径部と、該大径部よりも光出射側の小径部とを備え、
前記光吸収体は、前記大径部の外周に配置され該大径部の径に応じた内径の第１筒部と、前記小径部の外周に配置され該小径部の径に応じた内径の第２筒部とを備えていることを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の光学部品。

【請求項10】

請求項１～９のいずれか一つに記載の光学部品と、
半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子から出力されたレーザ光を前記光学部品の入力端面に導く光学系と、
を備えることを特徴とする半導体レーザモジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光学部品および半導体レーザモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

加工や溶接といった産業分野においても、半導体レーザモジュールが用いられている。半導体レーザモジュールにおいて、半導体レーザ素子から出力されたレーザ光を光ファイバに結合させる部分の構成として、光ファイバの外周に光ファイバを固定するガラスキャピラリを設け、ガラスキャピラリの外周にガラスキャピラリを固定する光吸収体を設ける構成が開示されている。光ファイバとガラスキャピラリとはたとえば樹脂などの第１固着剤で固着される。ガラスキャピラリと光吸収体とはたとえば樹脂などの第２固着剤で固着される（特許文献１）。この構成において、光ファイバに入力されたレーザ光の一部はコア部に結合せずにクラッドモードで伝搬する。このようなレーザ光は、伝搬中に徐々にクラッド部から漏洩し、２つの固着剤とガラスキャピラリを透過して光吸収体に到達し、光吸収体によって吸収される。特許文献１の構成によれば、被覆の損傷の抑制が可能とされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０１５／０３７７２５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

産業分野において、光源のレーザ光の高パワー化が求められている。特許文献１の構成では、レーザ光が高パワー化するにつれて、レーザ光のうちクラッドモードで伝搬するレーザ光のパワーが大きくなる。その結果、クラッドモードで伝搬し、クラッド部から漏洩したレーザ光が、第１または第２固着剤を損傷させるおそれがある。特に、第１固着剤はクラッド部の外周に隣接しているため、漏洩したレーザ光のパワー密度が高く、第２固着剤に比して損傷されやすい。

【0005】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、損傷の発生が抑制された光学部品および半導体レーザモジュールを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る光学部品は、コア部および該コア部の外周に形成されたクラッド部を有する光ファイバと、前記クラッド部の外周に配置されたガラスキャピラリと、前記ガラスキャピラリの外周に配置された光吸収体と、を備え、前記クラッド部と前記ガラスキャピラリとは少なくとも一部の区間において一体化された一体部を有することを特徴とする。

【0007】

本発明の一態様に係る光学部品は、前記ガラスキャピラリの入力端面には光反射膜が設けられていることを特徴とする。

【0008】

本発明の一態様に係る光学部品は、前記一体部と前記光反射膜が設けられた前記入力端面とは離間していることを特徴とする。

【0009】

本発明の一態様に係る光学部品は、前記ガラスキャピラリの端部は、光の進行方向に沿って次第に大径となるテーパ形状であることを特徴とする。

【0010】

本発明の一態様に係る光学部品は、前記一体部は、光の進行方向を基準として前半部に設けられていることを特徴とする。

【0011】

本発明の一態様に係る光学部品は、前記一体部は溶着されることによって一体化されていることを特徴とする。

【0012】

本発明の一態様に係る光学部品は、前記光ファイバの入力端面にはパワー密度を低減するエンドキャップを介して光が結合されることを特徴とする。

【0013】

本発明の一態様に係る光学部品は、前記ガラスキャピラリは、入射側の大径部と、該大径部よりも光出射側の小径部とを備え、前記光吸収体は、前記大径部の外周に配置され該大径部の径に応じた内径の第１筒部と、前記小径部の外周に配置され該小径部の径に応じた内径の第２筒部とを備えていることを特徴とする。

【0014】

本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールは、半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子から出力されたレーザ光を前記光学部品の入力端面に導く光学系と、を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、光学部品および半導体レーザモジュールの損傷の発生が抑制されるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、実施形態に係る半導体レーザモジュールの模式的な平面図である。

【図2】図２は、第１実施形態に係る光学部品および光ファイバの模式的な断面図である。

【図3】図３は、第１実施形態に係る光学部品の一部拡大断面図である。

【図4】図４は、一体部およびその周辺の拡大断面図である。

【図5】図５は、第２実施形態に係る光学部品および光ファイバの模式的な断面図である。

【図6】図６は、第３実施形態に係る光学部品および光ファイバの模式的な断面図である。

【図7】図７は、第４実施形態に係る光学部品および光ファイバの模式的な断面図である。

【図8】図８は、第５実施形態に係る光学部品および光ファイバの模式的な断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付し、重複説明を適宜省略する。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。

【0018】

（半導体レーザモジュール）
図１は、実施形態に係る半導体レーザモジュール１００の模式的な平面図である。半導体レーザモジュール１００は実施形態に係る光学部品１０を備える。半導体レーザモジュール１００は、筐体であるパッケージ１０１と、パッケージ１０１の内部に順に積載されたＬＤ高さ調整板１０２と、サブマウント１０３－１～１０３－６と、６つの半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６とを備える。パッケージ１０１は、蓋を備えるが、図１においては説明のために図示を省略している。半導体レーザモジュール１００は、半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６に電流を注入するリードピン１０５を備える。そして、半導体レーザモジュール１００は、半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６が出力するレーザ光の光路上に順に配置された光学素子（光学系）である、第１レンズ１０６－１～１０６－６と、第２レンズ１０７－１～１０７－６と、ミラー１０８－１～１０８－６と、第３レンズ１０９と、光フィルタ１１０と、第４レンズ１１１とを備える。第１レンズ１０６－１～１０６－６、第２レンズ１０７－１～１０７－６、ミラー１０８－１～１０８－６、第３レンズ１０９、光フィルタ１１０、第４レンズ１１１は、それぞれパッケージ１０１の内部に固定されている。さらに、半導体レーザモジュール１００は、第４レンズ１１１と対向して配置された光学部品１０と、一部が光学部品１０に挿入された光ファイバ１１２とを備える。光ファイバ１１２の光学部品１０に挿入された側とは反対側の一端は、パッケージ１０１の外部に延伸している。

【0019】

半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６は、ＬＤ高さ調整板１０２によってパッケージ１０１の底面から互いに異なる高さに配置されている。さらに、第１レンズ１０６－１～１０６－６、第２レンズ１０７－１～１０７－６、ミラー１０８－１～１０８－６は、それぞれ対応する１つの半導体レーザ素子と同じ高さに配置されている。また、光ファイバ１１２のパッケージ１０１への挿入部には、ルースチューブ１１４が設けられ、ルースチューブ１１４の一部を覆うように、パッケージ１０１の一部にブーツ１１３が外嵌されている。

【0020】

各半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６は、リードピン１０５から電力を供給されてレーザ光を出力する。出力された各レーザ光は、それぞれ第１レンズ１０６－１～１０６－６および第２レンズ１０７－１～１０７－６によって、略平行光とされる。つぎに、各レーザ光は、対応する高さに配置された１つのミラー１０８－１～１０８－６によって、光ファイバ１１２の方向に反射される。そして、各レーザ光は、第３レンズ１０９および第４レンズ１１１によって集光される。

【0021】

光学部品１０は、第４レンズ１１１によって集光された各レーザ光を光ファイバ１１２に結合させる。光ファイバ１１２は、結合された各レーザ光を半導体レーザモジュール１００の外部に出力する。

【0022】

つぎに、半導体レーザモジュール１００の各構成要素についてより詳細に説明する。筐体であるパッケージ１０１は、内部の温度上昇を抑制するため、熱伝導性のよい材料からなることが好ましく、各種金属からなる金属部材であってよい。

【0023】

ＬＤ高さ調整板１０２は、上述したように、パッケージ１０１内に固定されており、半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６の高さを調節し、半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６が出力するレーザ光の光路が互いに干渉しないようにしている。なお、ＬＤ高さ調整板１０２は、パッケージ１０１と一体として構成されていてもよい。

【0024】

サブマウント１０３－１～１０３－６は、ＬＤ高さ調整板１０２上に固定されており、載置された半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６の放熱を補助する。そのため、サブマウント１０３－１～１０３－６は、熱伝導性のよい材料からなることが好ましく、各種金属からなる金属部材であってよい。

【0025】

半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６は、出力されるレーザ光の光強度が、１Ｗ以上、さらには、１０Ｗ以上の高出力な半導体レーザ素子である。本実施形態において、半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６の出力するレーザ光の光強度は、たとえば１１Ｗである。また、半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６は、たとえば、９００ｎｍ～１０００ｎｍの波長のレーザ光を出力する。なお、半導体レーザモジュール１００は６つの半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６を備えているが、６つ以外の複数でもよく、１つでもよい。

【0026】

リードピン１０５は、不図示のボンディングワイヤを介して半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６に電力を供給する。供給する電力は、一定の電圧であってよいが、変調電圧であってもよい。

【0027】

第１レンズ１０６－１～１０６－６は、たとえば焦点距離が０．３ｍｍのシリンドリカルレンズである。第１レンズ１０６－１～１０６－６は、対応する１つの半導体レーザ素子の出力光を鉛直方向に略平行光とする位置に配置される。

【0028】

第２レンズ１０７－１～１０７－６は、たとえば焦点距離が５ｍｍのシリンドリカルレンズである。第２レンズ１０７－１～１０７－６は、半導体レーザ素子の出力光を水平方向に略平行光とする位置に配置される。

【0029】

ミラー１０８－１～１０８－６は、各種の金属膜、または誘電体膜を備えるミラーであってよく、半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６の出力するレーザ光の波長において、反射率が高いほど好ましい。また、ミラー１０８－１～１０８－６は、対応する１つの半導体レーザ素子のレーザ光を光ファイバ１１２に好適に結合するように、反射方向を微調整することができる。

【0030】

第３レンズ１０９と第４レンズ１１１とは、たとえばそれぞれ焦点距離が１２ｍｍ、５ｍｍの互いに曲率が直交したシリンドリカルレンズであり、半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６が出力したレーザ光を集光し、光ファイバ１１２に好適に結合する。第３レンズ１０９と第４レンズ１１１とは、たとえば半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６が出力したレーザ光の光ファイバ１１２への結合効率が８５％以上となるように、光ファイバ１１２に対する位置が調整されている。

【0031】

光フィルタ１１０は、たとえば波長１０６０ｎｍ～１０８０ｎｍの光を反射し、９００ｎｍ～１０００ｎｍの光を透過するローパスフィルタである。その結果、光フィルタ１１０は、半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６が出力したレーザ光を透過するとともに、波長１０６０ｎｍ～１０８０ｎｍの光が半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６に外部から照射されることを防止する。また、光フィルタ１１０は、光フィルタ１１０でわずかに反射された半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６の出力レーザ光が半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６に戻らないように、レーザ光の光軸に対して角度をつけて配置されている。光フィルタ１１０の通過波長として、１０６０ｎｍ～１０８０ｎｍとしたが、この波長に限定するものではない。ただし、光フィルタ１１０は必ずしも必要ではない。

【0032】

ブーツ１１３は、光ファイバ１１２を挿通されており、光ファイバ１１２の曲げによる損傷を防止する。ブーツ１１３は、金属製のブーツであってよいが、材料は特に限定されず、ゴムや各種の樹脂、プラスチックなどであってもよい。ただし、ブーツ１１３は必ずしも必要ではない。

【0033】

ルースチューブ１１４は、光ファイバ１１２を挿通されており、光ファイバ１１２の曲げによる損傷を防止する。さらに、ルースチューブ１１４は、光ファイバ１１２と固着され、その結果、光ファイバ１１２に対して長手方向に引っ張る力が加えられた場合に、光ファイバ１１２の位置がずれることを防止する構成であってもよい。ただし、ルースチューブ１１４は必ずしも必要ではない。

【0034】

半導体レーザモジュール１００における光学部品１０は、光ファイバ１１２に入力されたレーザ光のうち一部はコア部に結合せずにクラッドモードで伝搬する光（以下、クラッドモード光と呼ぶ。）を除去または低減する部品であり、具体的には以下に説明する光学部品１０Ａ～１０Ｅのいずれかの適用が好適である。光学部品１０Ａ～１０Ｅは、それぞれの構成要素を互いに組み合わせて適用してもよい。光学部品１０Ａ～１０Ｅについて順に説明する。

【0035】

（第１実施形態に係る光学部品）
まず、第１実施形態に係る光学部品１０Ａの構成について具体的に説明する。図２は、光学部品１０Ａおよび光ファイバ１１２の模式的な断面図である。

【0036】

図２に示すように、光学部品１０Ａは上記の光ファイバ１１２の一部を含む。光ファイバ１１２は、石英ガラス系材料からなる光ファイバであって、コア部１１２ａおよび該コア部１１２ａの外周に形成されたクラッド部１１２ｂを有する。光ファイバ１１２は、さらにクラッド部１１２ｂの外周が被覆材１１２ｃで覆われている。クラッド部１１２ｂの屈折率はコア部１１２ａの屈折率よりも低い。

【0037】

光ファイバ１１２は、たとえばコア部１１２ａのコア径が１０５μｍ、クラッド部１１２ｂのクラッド径が１２５μｍのマルチモード光ファイバであってよいが、シングルモード光ファイバであってもよい。光ファイバ１１２のＮＡは、たとえば０．１５～０．２２である。

【0038】

光学部品１０Ａは、さらにクラッド部１１２ｂの外周に配置されたガラスキャピラリ１１６と、ガラスキャピラリ１１６の外周に配置された光吸収体１１７とを備える。光ファイバ１１２は一端がガラスキャピラリ１１６に挿通されている。光ファイバ１１２は、被覆材１１２ｃを備えるが、光ファイバ１１２のガラスキャピラリ１１６に挿通される部分は、挿入側端部を除いて被覆材１１２ｃが除去されて、コア部１１２ａとクラッド部１１２ｂとがガラスキャピラリ１１６に挿通されている。本願では被覆材１１２ｃを除いたコア部１１２ａとクラッド部１１２ｂとの部分を光ファイバ１１２と呼ぶ場合がある。被覆材１１２ｃはガラスキャピラリ１１６の端面と固定材１２１によって固定されている。固定材１２１は、例えば第１固着剤１１９と同じものを用い、または適当な固定具を用いることができる。

【0039】

ガラスキャピラリ１１６は、貫通孔を備えた円管状のガラスキャピラリである。ガラスキャピラリ１１６は、貫通孔には光ファイバ１１２が挿通されており、ガラスキャピラリ１１６の貫通孔の内壁とクラッド部１１２ｂとの一部とは第１固着剤１１９で固着される。ガラスキャピラリ１１６は、半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６が出力したレーザ光Ｌ（図２参照）の波長において、光透過性を有し、たとえばこの波長において、透過率が９０％以上の材料からなることが好ましい。ガラスキャピラリ１１６の屈折率は、光ファイバ１１２のクラッド部１１２ｂの屈折率と等しい、またはそれよりも高いことが好ましく、たとえばガラスキャピラリ１１６の屈折率は、光ファイバ１１２のクラッド部１１２ｂに対する比屈折率差が０．１％以上１０％以下である。なお、ガラスキャピラリ１１６は、光出射側に光ファイバ１１２を挿通しやすいよう設けられたテーパ部を備えていてもよい。

【0040】

第１固着剤１１９は、光学部品１０Ａにおいて、光の進行方向Ａを基準として後半部に設けられており、さらに好ましくは出力端近傍の一部に設けられる。第１固着剤１１９は、たとえばエポキシ樹脂、ウレタン系の樹脂などのＵＶ硬化樹脂からなる。第１固着剤１１９の屈折率は、２５℃において光ファイバ１１２のクラッド部１１２ｂの屈折率と等しい、またはそれよりも高いことが好ましく、半導体レーザモジュール１００の使用温度領域（たとえば、１５℃～１００℃）において、光ファイバ１１２のクラッド部１１２ｂの屈折率と等しい、またはそれよりも高いことがさらに好ましい。第１固着剤１１９の屈折率は、たとえばクラッド部１１２ｂに対する比屈折率差が０％以上１０％以下である。また、第１固着剤１１９は、光ファイバ１１２の長手方向に直交する方向における厚さが１μｍ以上８００μｍ以下とされていることが好ましい。なお、ＵＶ硬化樹脂は、たとえば、フッ素を含有させることで低屈折率化でき、イオウを含有させることで高屈折率化できることが知られており、屈折率を高くする材料や、低くする材料の含有量を調整することで、屈折率を調整することができる。

【0041】

光吸収体１１７は、筒状の部材であって、ガラスキャピラリ１１６の外周に配置されており、該ガラスキャピラリ１１６に対して第２固着剤１２０で固着される。光吸収体１１７は、レーザ光Ｌ（図２参照）の波長において、光吸収性を有し、たとえばこの波長において、吸収率が３０％以上、好ましくは７０％以上である。その結果、光吸収体１１７は、クラッド部１１２ｂから漏洩したクラッドモード光をガラスキャピラリ１１６を介して吸収する。また、光吸収体はガラスキャピラリ１１６に結合されてキャピラリモードで伝搬されるレーザ光（以下、キャピラリモード光と呼ぶ）をも吸収する。

【0042】

さらに、光吸収体１１７は、光吸収により発生した熱を放熱するため、熱伝導性のよい材料からなることが好ましく、たとえばＣｕ、Ｎｉ、ステンレス鋼、またはＦｅを含む金属部材、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉを含む金属、もしくはＣを含む表面メッキ層を備える部材、ＡｌＮ、もしくはＡｌ_２Ｏ_３を含むセラミック部材、またはＡｌＮ、もしくはＡｌ_２Ｏ_３を含む表面を覆うセラミック層を備える部材からなることが好ましい。また、光吸収体１１７は、光吸収により発生した熱を放熱するため、パッケージ１０１に不図示の熱良導体を介して接続されていることが好ましい。熱良導体は、熱伝導率が０．５Ｗ／ｍＫ以上の材料からなることが好ましく、たとえばはんだや熱伝導性接着剤からなる。

【0043】

ガラスキャピラリ１１６と光吸収体１１７とは、上記のとおり第２固着剤１２０で固着されている。第２固着剤１２０はガラスキャピラリ１１６と光吸収体１１７とを全長に亘って固着している。第２固着剤１２０は第１固着剤１１９と同一の材料であってもよいが、異なる材料であってもよく、たとえばエポキシ樹脂、ウレタン系の樹脂などのＵＶ硬化樹脂からなる。第２固着剤１２０の屈折率は、２５℃においてガラスキャピラリ１１６の屈折率と等しい、またはそれよりも高いことが好ましく、半導体レーザモジュール１００の使用温度領域（たとえば、１５℃～１００℃）において、ガラスキャピラリ１１６の屈折率と等しい、またはそれよりも高いことがさらに好ましい。

【0044】

クラッド部１１２ｂとガラスキャピラリ１１６とは一部の区間において一体化された一体部１２２を備える。一体部１２２はクラッド部１１２ｂとガラスキャピラリ１１６とが他の部材を介在させずに連続的に一体化された部分であり、後述するようにたとえば溶着加工されている。一体部１２２は、後述するようにクラッドモード光をクラッド部１１２ｂからガラスキャピラリ１１６に導出させるための部分である。

【0045】

ガラスキャピラリ１１６の入力端面１１６ａは、光の進行方向Ａに沿って次第に大径となるテーパ形状となっており、該入力端面１１６ａには光反射膜１２３が設けられている。一体部１２２は光学部品１０Ａにおいて一体部１２２は光の進行方向Ａを基準として前半部に設けられており、かつ光反射膜１２３が設けられた入力端面１１６ａとは適度に離間している。

【0046】

光学部品１０Ａは、さらに結合されるレーザ光Ｌのパワー密度を低減するエンドキャップ１２４を備えており、光ファイバ１１２の入力端面には該エンドキャップ１２４を介して光が結合される。エンドキャップ１２４は、円錐台形状の出力部１２４ａと、円柱形状の入力部１２４ｂとを備える。エンドキャップ１２４の材料は、光ファイバ１１２のコア部１１２ａと同程度の屈折率を有する材料であることが好ましく、たとえば光ファイバ１１２のコア部１１２ａと同じ石英系ガラス材料であることが好ましい。エンドキャップ１２４は入力部１２４ｂの底面から、第４レンズ１１１で集光されたレーザ光Ｌが入力される。エンドキャップ１２４の形状は図示のものに限らず、パワー密度を低減できるものであればよい。エンドキャップ１２４は、たとえば光ファイバ１１２の入力端に溶着されている。

【0047】

図３は、光学部品１０Ａの一部拡大断面図である。図３に示すように、光吸収体１１７の内面１１７ａにはその全面に凹凸が設けられている。内面１１７ａの凹凸は、たとえば高さが１０μｍ程度である。第２固着剤１２０はガラスキャピラリ１１６の外面と光吸収体１１７の内面１１７ａとの間に介在している。

【0048】

クラッド部１１２ｂとガラスキャピラリ１１６との間にはクリアランス１２６が形成されている。クリアランス１２６は第１固着剤１１９の固着部および一体部１２２以外の区間に形成されている。クリアランス１２６の幅はいくつかの要件に基づきたとえば直径基準で５μｍ以下（片側で２．５μｍ以下）に設定されている。クリアランス１２６の幅を規定する要件の１つは、光ファイバ１１２をガラスキャピラリ１１６の貫通部に挿通しやすいことである。また他の要件は、クラッドモード光が導出されやすい程度にクリアランス１２６が十分狭いことである。さらに他の要件は、一体部１２２の加工が可能な程度にクリアランス１２６が十分に狭いことである。さらにまた他の要件は、加工精度条件が満たされることである。

【0049】

ここで図２を参照しながら、光学部品１０Ａの製造方法について説明する。まず、ガラスキャピラリ１１６の入力端面１１６ａに光反射膜１２３を蒸着する。この時点ではガラスキャピラリ１１６に光ファイバ１１２は挿通されていないことから、該光ファイバ１１２に光反射膜１２３の材質が付着することがない。

【0050】

次に、一端の被覆材１１２ｃを剥いだ光ファイバ１１２をガラスキャピラリ１１６に挿入する。そして所定の位置に保持しながらガラスキャピラリ１１６と光ファイバ１１２との隙間から第１固着剤１１９を浸透させ、硬化（例えばＵＶ硬化）させる。これにより第１固着剤１１９は光学部品１０Ａにおける光出射端近傍に設けられる。挿入された光ファイバ１１２は第１固着剤１１９によって固定される。光ファイバ１１２はさらに固定材１２１によって固定される。

【0051】

そして、所定長さＸに亘ってクラッド部１１２ｂの外面とガラスキャピラリ１１６の内面とを溶着によって一体化し一体部１２２を形成する。この溶着加工は、たとえばバーナーや放電で対象箇所を加熱することによって行われ、全周に亘って加工される。一体部１２２は熱溶着以外にも、たとえば超音波溶着や圧着でもよい。一体部１２２と光反射膜１２３が設けられた入力端面１１６ａとは適度に離間していることから、光反射膜１２３に対する熱影響は十分に小さい。一体部１２２はクラッド部１１２ｂとガラスキャピラリ１１６との固着作用もある。

【0052】

クラッドモード光を導出させるためには一体部１２２の長さＸは十分に長いことが好ましいが、一方で光ファイバ１１２が受ける溶着による熱の影響を抑制するために長さＸは適度に短いことが望ましい。結局、長さＸは、クラッドモード光を導出させるのに十分な長さがあれば足り、さらには、多少のクラッドモード光が多少残留してもそのパワー密度を十分に低くすることができる長さがあればよい。

【0053】

この後、光吸収体１１７にガラスキャピラリ１１６を挿通するとともに双方を第２固着剤１２０で固着する。さらに、エンドキャップ１２４を取り付ける。

【0054】

次に、このように構成される光学部品１０Ａの作用について説明する。

【0055】

図２に示すように、光学部品１０Ａに結合するレーザ光Ｌはエンドキャップ１２４を通過した後に光ファイバ１１２の入射端に結合される。レーザ光Ｌはエンドキャップ１２４を通過することにより適度にパワー密度が低減され、光ファイバ１１２の入力端の損傷が防止される。

【0056】

上記の通りレーザ光Ｌは第４レンズ１１１(図１参照)で集光されており、そのほとんどはコア部１１２ａに結合し、光ファイバ１１２によって伝送される。一方、レーザ光Ｌのうちコア部１１２ａに結合されなかった一部の非カップリング光であるレーザ光Ｌ１はクラッド部１１２ｂに結合し、さらに一部の非カップリング光のレーザ光Ｌ２はガラスキャピラリ１１６の入力端面１１６ａに照射される。

【0057】

入力端面１１６ａには光反射膜１２３が設けられていることから、レーザ光Ｌ２は該光反射膜１２３によって反射されてガラスキャピラリ１１６に結合することが防止される。また、入力端面１１６ａは、光の進行方向Ａに沿って次第に大径となるテーパ形状であることから、反射したレーザ光Ｌ２は中心軸から離れる方向に向かい、光源方向に戻ることがない。このようにテーパ形状の入力端面１１６ａおよび光反射膜１２３は、レーザ光Ｌ２をガラスキャピラリ１１６に結合させずに分散させるための相乗作用がある。入力端面１１６ａはテーパ形状であり、その円錐面の中心角度はたとえば１５０°程度であってレーザ光Ｌ２の反射光は矢印Ａの反対方向に向かって広がる。また、入力端面１１６ａの円錐面の中心角度を９０°以下として、レーザ光Ｌ２の反射光を矢印Ａの方向に向かって広がるようにしてもよい。

【0058】

図４は、一体部１２２およびその周辺の拡大断面図である。図４に示すように、クラッド部１１２ｂに結合したレーザ光Ｌ１はクラッドモード光となるが、やがて一体部１２２に達する。一体部１２２ではクラッド部１１２ｂとガラスキャピラリ１１６とが一体になっていることから、クラッドモード光は反射することなくクラッド部１１２ｂからガラスキャピラリ１１６に導出される。

【0059】

一体部１２２は適度な長さＸに設定されていることから、クラッドモード光は、そのほとんどがクラッド部１１２ｂからガラスキャピラリ１１６に抜けてしまい、またはパワー密度が十分に低減され、第１固着剤１１９などを局所加熱で損傷させることがない。特に第１固着剤１１９はクラッド部１１２ｂの外周に隣接しているが、入力端面１１６ａおよび一体部１２２からは十分に離間して設けられており、損傷が防止される。なお、一体部１２２は、光学部品１０Ａにおけるガラスキャピラリ１１６に対するクラッド部１１２ｂの挿入部分の全長に対して、少なくとも一部の区間に設けられていれば相応の効果がある。

【0060】

また、一体部１２２は光の進行方向Ａを基準として光学部品１０Ａの前半部に設けられている。したがって一体部１２２を通過してガラスキャピラリ１１６に結合したレーザ光Ｌ１は、出射側端部にまでに到達する以前にガラスキャピラリ１１６を透過して光吸収体１１７に到達し、光吸収体１１７によって吸収される。さらに、光吸収体１１７の内面１１７ａ（図３参照）には凹凸が形成されていることから、光吸収体１１７に吸収されなかったレーザ光Ｌ１はこの境界面で乱反射し、エネルギーが分散される。

【0061】

（第２実施形態に係る光学部品）
図５は、第２実施形態に係る光学部品１０Ｂおよび光ファイバ１１２の模式的な断面図である。図５に示すように、光学部品１０Ｂでは、入力端面１１６ａが平面状で光ファイバ１１２および光吸収体１１７と同一面状となっており、光反射膜１２３（図２参照）は設けられていない。すなわち、レーザ光Ｌの集光精度が高く入力端面１１６ａに結合するレーザ光Ｌ２（図２参照）がほとんどない場合には、キャピラリモード光は発生しないため入力端面１１６ａをテーパ形状にする必要はなく、また光反射膜１２３を設けなくてもよい。この場合、ガラスキャピラリ１１６は入力端面１１６ａをテーパ状に加工する必要がなく製作が容易である。

【0062】

光学部品１０Ｂでは、一体部１２２がクラッド部１１２ｂとガラスキャピラリ１１６との境界面の全区間に亘って形成されている。すなわち、一体部１２２を形成する際の溶着加工で精度よく加熱することが可能である場合には、光ファイバ１１２に対する熱歪の影響が低減されるため、一体部１２２を十分に長く形成してもよい。光学部品１０Ｂでは光反射膜１２３が設けられていないことから、一体部１２２を入力端面１１６ａに接する位置まで形成することができる。一体部１２２を入力端面１１６ａに接する位置まで形成すると、クラッドモード光を一層の初期段階でガラスキャピラリ１１６に導出させることができる。また、一体部１２２が十分に長く形成されていると、クラッドモード光をガラスキャピラリ１１６に導出しやすくなる。

【0063】

（第３実施形態に係る光学部品）
図６は、第３実施形態に係る光学部品１０Ｃおよび光ファイバ１１２の模式的な断面図である。図６に示すように、光学部品１０Ｃでは、入力端面１１６ａが平面状で光ファイバ１１２および光吸収体１１７と同一面状となっており、該入力端面１１６ａには光反射膜１２３が設けられている。すなわち、光反射膜１２３が設けられていればレーザ光Ｌ２はガラスキャピラリ１１６には結合しないためキャピラリモード光は発生しない。また、レーザ光Ｌの集光精度が高く入力端面１１６ａに結合するレーザ光Ｌ２が弱い場合には、レーザ光Ｌ２の反射方向について特段の措置は不要であって入力端面１１６ａをテーパ状にしなくてもよい。

【0064】

光学部品１０Ｃでは、一体部１２２がクラッド部１１２ｂとガラスキャピラリ１１６との境界面のほぼ全区間に亘って形成されているが、入力端面１１６ａとは適度に離間しており一体部１２２の溶着加工時に光反射膜１２３に対する熱影響がない。

【0065】

（第４実施形態に係る光学部品）
図７は、第４実施形態に係る光学部品１０Ｄおよび光ファイバ１１２の模式的な断面図である。図７に示すように、光学部品１０Ｄでは、入力端面１１６ａが平面状で光ファイバ１１２および光吸収体１１７と同一面状となっており、光反射膜１２３（図２参照）は設けられていない。これは光学部品１０Ｂ（図５参照）と同様である。

【0066】

光学部品１０Ｄでは、一体部１２２が入力端面１１６ａを基準として長さＸ１に亘って形成されている。一体部１２２は光の進行方向Ａを基準として前半部に設けられており、光学部品１０Ａにおける長さＸ（図２参照）と同等かまたはそれよりある程度長い。光反射膜１２３（図２参照）を設けていないため一体部１２２は入力端面１１６ａと接する位置まで形成することができ、クラッドモード光を一層の初期段階でガラスキャピラリ１１６に導出することができる。

【0067】

クラッド部１１２ｂとガラスキャピラリ１１６との境界面において、一体部１２２よりも光出射側の区間には第１固着剤１１９が設けられており、クラッド部１１２ｂとガラスキャピラリ１１６とを固着している。一体部１２２においてクラッドモード光を十分にガラスキャピラリ１１６に導出可能であれば、残余の区間の第１固着剤１１９は損傷を受けることなく、しかも一層確実にクラッド部１１２ｂとガラスキャピラリ１１６とを固着することができる。

【0068】

（第５実施形態に係る光学部品）
図８は、第５実施形態に係る光学部品１０Ｅおよび光ファイバ１１２の模式的な断面図である。図８に示すように、光学部品１０Ｅでは、ガラスキャピラリ１１６は、入射側の大径部１１６ｂと、該大径部１１６ｂよりも出力側の小径部１１６ｃとを備えている。

【0069】

大径部１１６ｂは、小径部１１６ｃが一定の径で入射側に延長された延長部１２７ａと、該延長部１２７ａの外周に設けられた筒部分１２７ｂとを備える。大径部１１６ｂは、延長部１２７ａとクラッド部１１２ｂとの境界面に一体部１２２を溶着形成した後に筒部分１２７ｂを設けるとよい。延長部１２７ａと筒部分１２７ｂとは、たとえば第１固着剤１１９と同質剤によって固定されていてもよいし、溶着されていてもよいし、予め一体化されているものでもよい。延長部１２７ａと筒部分１２７ｂとは、例えば同一材にするとよい。

【0070】

また、光学部品１０Ｅにおける光吸収体１１７は、大径部１１６ｂの外周に配置され該大径部１１６ｂの径に応じた内径である第１筒部１１７ｂと、小径部１１６ｃの外周に配置され該小径部１１６ｃの径に応じた内径である第２筒部１１７ｃとを備えている。第１筒部１１７ｂおよび第２筒部１１７ｃの各内面１１７ａには凹凸（図３参照）が形成されている。ガラスキャピラリ１１６の筒部分１２７ｂと光吸収体１１７の第２筒部１１７ｃとは、段差面１２８で当接している。段差面１２８は光の進行方向Ａに対して直交する面である。

【0071】

光学部品１０Ｅによれば、クラッド部１１２ｂに結合したレーザ光Ｌ１がクラッドモード光となって、その後一体部１２２からガラスキャピラリ１１６に導出されると、矢印で示す漏洩光Ｌ１_０のように進行する。そうすると、漏洩光Ｌ１_０は光吸収体１１７の内面１１７ａに到達する以前に、そのほとんどは段差面１２８に到達し光吸収体１１７に吸収されやすくなる。漏洩光Ｌ１_０は段差面１２８に対する入射角度が大きいため、内面１１７ａに対して入射する場合よりも光吸収体１１７に吸収されやすい。

【0072】

また、上記実施形態では、端部構造は、半導体レーザ素子等の光源から出力されたレーザ光を光ファイバに結合させる用途に使用されている。ただし、端部構造の用途はこれに限られない。たとえば、端部構造を、ファイバレーザ等を用いた加工用レーザ装置の出力側、たとえばヘッド部などのデリバリ光ファイバの出力側に設けてもよい。加工用レーザ装置では、加工対象に照射したレーザ光が反射して戻ってくる場合がある。このような戻り光が、加工用レーザ装置を構成する光ファイバをクラッドモードで伝搬すると、戻り光の一部がクラッド部から漏洩して装置を損傷させる場合がある。そこで、加工用レーザ装置の出力側に端部構造を設けることで、戻り光のクラッドモードでの伝搬を抑制または防止することができる。

【0073】

なお、上記実施形態では、赤外領域の波長のレーザ光を例に挙げたが、波長はこれに限定されない。例えば、緑色や青色のような短波長のレーザ光にあっては、固着材によるエネルギの吸収量が赤外領域の波長のレーザ光よりも大きく、本発明による効果がより顕著になる場合がある。

【0074】

また、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。

【産業上の利用可能性】

【0075】

本発明は、光学部品および半導体レーザモジュールに利用することができる。

【符号の説明】

【0076】

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ 光学部品
１００ 半導体レーザモジュール
１０１ パッケージ
１０２ ＬＤ高さ調整板
１０３－１～１０３－６ サブマウント
１０４－１～１０４－６ 半導体レーザ素子
１０５ リードピン
１０６－１～１０６－６ 第１レンズ
１０７－１～１０７－６ 第２レンズ
１０８－１～１０８－６ ミラー
１０９ 第３レンズ
１１０ 光フィルタ
１１１ 第４レンズ
１１２ 光ファイバ
１１２ａ コア部
１１２ｂ クラッド部
１１２ｃ 被覆材
１１３ ブーツ
１１４ ルースチューブ
１１６ ガラスキャピラリ
１１６ａ 入力端面
１１６ｂ 大径部
１１６ｃ 小径部
１１７ 光吸収体
１１７ａ 内面
１１７ｂ 第１筒部
１１７ｃ 第２筒部
１１９ 第１固着剤
１２０ 第２固着剤
１２１ 固定材
１２２ 一体部
１２３ 光反射膜
１２４ エンドキャップ
１２４ａ 出力部
１２４ｂ 入力部
１２６ クリアランス
１２７ａ 延長部
１２７ｂ 筒部分
１２８ 段差面
Ｌ，Ｌ１，Ｌ２ レーザ光
Ｌ１０ 漏洩光

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】