专利名称：激光光源的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光光源，特别涉及直接光耦合了激光光学元件和光学元件的激光光源。
背景技术：
已知的激光光源具有在发光单元上设置有透镜的半导体激光器、对从半导体激光器射出的光进行波长变换的光波导型的二次谐波发生元件(SHG (Second HarmonicGeneration)元件)(例如,参照专利文献I)。·
在上述的激光光源中，进行半导体激光器和SHG元件的对位调整以使SHG元件的光波导的入射单元与设置在半导体激光器上的透镜的焦点位置一致。参见JP-2010-262252-A (图 I)。但是，当在半导体激光器和光学元件之间设置包含透镜等的光学零件的光学耦合单元时，因设置光学耦合单元而产生成本提高、光量损失等问题。另外，半导体激光器内的激光元件的发光单元和光学耦合单元等之间也需要对位，半导体激光器大型化，其结果还存在激光光源难以小型化的问题。另一方面，因为由设置光学耦合单元导致成本上升、光量损失等，所以在激光光源中高效率的方法是不使用光学耦合单元，而直接进行激光光学元件和光学兀件的光f禹合。而且，从激光光学元件的发光单元射出的激光并不是必须从激光光学元件的发光单元向着铅直方向直接射出。再有，在入射单元上接收来自激光光学元件的激光的光学元件中，对于入射单元来说直接从铅直方向入射的激光未必就与良好的输出相关。
发明内容
因而，本发明的目的在于提供一种用于解决上述课题的激光光源。另外，本发明的目的在于提供一种包含有效地直接进行了光耦合的激光光学元件以及光学元件的激光光源。激光光源的特征在于包括激光元件，具有脊部，且从发光单元射出激光；光学元件，具有用于对入射到入射单元的激光进行波导的波导；基板，用于为了使激光元件和光学元件直接光耦合而使其接近接合，其中，在相对于发光单元的位置，入射单元的位置在上方或者下方偏移指定距离的状态下，将激光元件以及光学元件接合在基板上。另外，在激光光源中理想的是，在将激光元件的脊部一侧接合在基板上时，以相对于发光单元的位置入射单元的位置在下方偏移指定距离的方式将光学元件接合在基板上。另外，在激光光源中理想的是，在将光学元件的波导一侧接合在基板上时，以相对于入射单元的位置发光单元在下方偏移指定距离的方式将激光元件接合在基板上。
另外，在激光光源中理想的是，在从激光元件的发光单元只偏离了相当于激光的中场的距离的位置上配置光学元件的入射单元。另外，在激光光源中理想的是，光学元件是对从激光元件射出的激光的波长进行变换的波长变换元件。在激光光源中，因为根据脊型激光元件和光波导型的SHG元件各自的光学特性直接进行了二者的光学耦合，所以可以提高脊型激光元件和光波导型的SHG元件的耦合效率。另外，在激光光源中，因为不使用光学耦合单元，而直接进行脊型激光元件和光波导型的SHG元件的光耦合，所以可以实现激光光源的成本降低、小型化、平面化，以及/或者闻输出化。
通过与附图一起阅读以下具体描述，将更好地理解本发明的这些和其他特征和优点。图I (a) (C)是表不激光光源I的图。图2是LD元件20的概略构成图。图3是表示从LD元件20输出的激光的光强度分布(I)的图。图4是表示从LD元件20输出的激光的光强度分布(2)的图。图5是SHG元件30的概略构成图。图6 Ca)和(b)是表示SHG30的入射光的角度和射出光的强度的关系(I)的图。图7 Ca)和(b)是表示SHG30的入射光的角度和射出光的强度的关系(2)的图。图8 (a)和(b)是表示LD元件20和SHG元件30的光耦合的状态的图。
具体实施例方式以下参照
本发明的激光光源。但是，请注意本发明的技术范围不限于这些实施方式，涉及记载在专利文献的范围中的发明和其均等物。图I (a)是激光光源I的平面图，图I (b)是图I (a)的AA’剖面图，图I (C)是微凸起的剖面图。激光光源I的构成包含硅基板10、固定在硅基板10上的LD (激光二极管)元件20和用于对从LD元件20射出的光进行波长变换的SHG元件30、用于将从SHG元件30射出的波长变换后的激光向光纤50传播的耦合元件40、用于向LD元件20提供驱动电流的FPC (挠性印刷电路基板)60、保持印刷电路基板10的保持部件70等。另外，也可以设置遮盖包含保持部件70的激光光源I的盖部件(未图示)。在硅基板10上形成有SiO2 (二氧化硅)薄膜11，在SiO2薄膜11上形成有Ti (钛)薄膜12，在Ti薄膜12上形成有微凸起13以及14。SiO2薄膜11具有作为对硅基板10和微凸起13以及14之间进行绝缘的绝缘层的功能，形成Ti薄膜12是为了提高由SiO2薄膜11和Au构成的微凸起13以及14的附着性。微凸起13如图I (C)图示的那样，是将所构成的多个圆锥台型的突起部分以等间距(例如，间距2μπι)在左右均等配置。圆锥台型的突起部分例如能够设置成底面是直径2μπι的圆形，上面是直径Iym的圆形，高度2μπι。微凸起14也一样。在微凸起13的表面上实施活性化处理，在LD元件20的微凸起一侧的基板上也形成Au层，在其表面上实施活性化处理。因而，在微凸起13的上部施加指定的负荷并只安装LD元件20，LD元件20在微凸起18上表面活性化结合而固定。另外，LD元件20构成为经由FPC60以及微凸起13接受驱动电流的供给。在微凸起14的表面也实施活性化处理，在SHG元件30的微凸起一侧的基板上也形成Au层，对其表面实施活性化处理。因而，在微凸起14的上部仅施加指定的负荷并安装SHG元件30，SHG元件30在微凸起14上表面活性化结合而固定。另外，可以通过在SHG元件30上施加指定的负荷，微凸起14被压溃，调整SHG30和LD元件20的在高度方向(Ζ轴方向)的相对位置关系。而且，因为不需要为了让SHG元件30动作而提供驱动电流，所以不需要电气连接SHG元件30和FPC60。 另外，图I (C)所示的微凸起的形状只是一例，但并不限定于此。另外，只要是可以调整SHG元件30和LD元件20的在高度方向(Ζ轴方向)的相对位置关系，也可以采用微凸起以外的其他接合方式(一般的Au突起等)。图2是LD元件20的概略构成图。LD元件20是脊型激光元件(不是嵌入型)，从包层(η型AlGaAs) 21和脊部(ρ型AlGaAs) 23之间的活性层(GaAs) 22的发光单元26射出1064nm波长的激光。为了激光光源内的激光元件和光学元件进行良好的光耦合，在LD元件20中不使用嵌入构造，而具有作为波导光的波导的脊部23。但是,在用结下(junction down)将脊部23—侧接合在娃基板10上时，因为其表面不平坦，所以夹着沟部27形成触点部24以及25。因为通过这样的构成脊部23 —侧变得平坦，所以可以稳定地用结下接合在硅基板10上。图3是从LD元件20输出的激光的光强度分布(I)的图。如图3所示，将脊部23朝上以在基台上接合包层21的方式配置LD元件20，测定和发光单元26在同一水平上的Z轴上的激光。另外，设置成在脊部23上方不配置基台等的障碍物的开放状态。光强度分布50表示在从发光单元26离开O. I μ m的位置(近场)上的光强度分布，光强度分布51表不在从发光单兀26离开I μ m的位置上的光强度分别。另外，光强度分布52表不在从发光单兀26离开3 μ m的位置(中场)上的光强度分布，光强度分布53表不在从发光单兀26离开10 μ m的位置(中场)上的光强度分布。进而，光强度分布54表不在从发光单兀26离开15 μ m的位置(中场)上的光强度分布，光强度分布55表不在从发光单兀26离开110 μ m (约100X λ (1064nm))的位置上(远场)的光强度分布。另外，设所谓近场表示在LD元件20的发光单元附近，所谓中场表示从LD元件20的发光单元离开3 λ 15 λ ( λ是LD元件20的发光波长)的位置，所谓远场表示从LD元件20的发光单元离开大于等于100 λ的位置。光强度分布5(Γ光强度分布55中的原点“O”表不和LD兀件20的发光单兀26是相同位置，“ + ”表示图中的上侧，表示图中的下侧。另外，光强度分布5(Γ光强度分布55的光强度将从发光单元26离开O. I μπι的位置(近场)上的最大光强度表示为“I. O”。另夕卜，UfU6表示各光强度分布的最大强度位置和原点的偏移量。另外，远场(参照光强度分布55)中的偏移量(U6)为最大。
如从光强度分布5(Γ光强度分布55中可以理解的那样,在从近场到中场中,各光强度分布的最大强度位置从和发光单元26相同的位置(原点)偏移到脊部23 —侧。这是因为由于LD元件20的脊部23具有作为波导的功能，因此从LD元件20的发光单元26射出的激光的光强度分布不是以和LD元件20的发光单元26同样位置为顶点的分布，而是偏移到脊部23 —侧的缘故。另外，如从光强度分布55可以理解的那样，在远场中，向着脊部23一侧的偏移量变成最大。图4是表示从LD元件20输出的激光的光强度分布(2)的图。如图4所示那样，将包层21朝上以将脊部23接合在基台上的方式配置LD元件20，测定了和发光单元26在同一水平上的Z轴上的激光。另外，设置成在包层21的上方不配置基台等的障碍物的开放状态。光强度分布60表不从发光单兀26离开O. I μ m的位置(近场)上的光强度分布，光强度分布61表不从发光单兀26离开I μ m的位置上的光强度分布。另外，光强度分布62 表不从发光单兀26离开3 μ m的位置(中场)上的光强度分布，光强度分布63表不从发光单兀26离开10 μ m的位置(中场)上的光强度分布。另外，光强度分布64表不从发光单兀26离开15 μ m的位置(中场)上的光强度分布，光强度分布65表不从发光单兀26离开110 μ m(约100X λ (1064nm))的位置上(远场)的光强度分布。光强度分布6(Γ光强度分布65中的原点“O”表不和LD兀件20的发光单兀26是相同位置，“ + ”表示图中的上侧，表示图中的下侧。另外，光强度分布6(Γ光强度分布65的光强度将从发光单元26离开O. I μπι的位置(近场)上的最大光强度表示为“I. O”。另夕卜，VfV6表示各光强度分布的最大强度位置和原点的偏移量。另外，远场(参照光强度分布65)中的偏移量(V6)为最大。如从光强度分布60 光强度分布65中可以理解的那样,在从近场到中场中，各光强度分布的最大强度位置从和发光单元26相同的位置(原点)偏移到脊部23 —侧。这是因为由于LD元件20的脊部23具有作为波导的功能，因此从LD元件20的发光单元26射出的激光的光强度分布不是以和LD元件20的发光单元26同样位置为顶点的分布，而是偏移到脊部23 —侧的缘故。另外，如从光强度分布65可以理解的那样，在远场中，向着脊部23一侧的偏移量变成最大。另外，从近场到中场的偏移量VfV5变为比从图3所示的近场到中场的偏移量υΓυδ小的值。这是因为在脊部23 —侧有基台，因此从LD元件20的发光单元26射出的激光的强度分布的偏移量变少的缘故。从图3和图4可以理解为虽然偏移量有不同，但从LD元件20的发光单元26射出的激光的光强度分布未变为以和LD兀件20的发光单兀26相同位置为顶点的分布,而偏移到脊部23 —侧。另外，这种现象在具有脊型波导的LD元件(脊型激光元件)中是共同的特征。图5是SHG元件30的概略构成图。SHG 兀件 30 是在 PPLN (Periodically Poled Lithium Niobate :周期极化银酸锂)晶体31的表面上形成光波导32，对光波导32的两端面进行光学研磨，实施了对基本波长1064nm的激光的无反射涂层的元件。构成为在设置于SHG元件30的光波导32的端面上的入射单元36上入射基本波长1064nm的激光时，发生二次谐波射出原激光的1/2波长的激光，即波长532nm的G光。但是，在将SHG元件30的光波导32 —侧接合在硅基板10上时，因为其表面不是平坦的，所以夹着光波导32形成触点部33以及34。通过这样的构成，因为光波导32 —侧变得平坦，所以可以稳定地与硅基板10接合。图6是表示SHG30的入射光的角度和射出光的强度的关系(I)的图。如图6(a)所示，将光波导32朝上以在基台上接合PPLN晶体31的方式配置了 SHG元件30。接着，测定了在入射单元36上一边改变入射角度一边入射基本波长1063nm的激光时射出的波长532nm的G光的最大光强度。另外，设置成在光波导32的上方不配置基台等的障碍物的开放状态。图6 (b)是将横轴作为入射角度α，将纵轴作为从SHG元件30射出的波长532nm的G光的光强度的图。另外，在图6 (b)中，将光强度的最大值设置为“I. O”来对纵轴的值进行标准化。另外，将和SHG元件30的入射单元36的中心部平行的位置作为原点“0”，将 图6 (a)中的上侧设置为“ + ”，将图6 (b)中的下侧作为“-”。如从图6 (b)中可以理解的那样，当以入射角度α 从图6 (a)中的“ + ”一侧入射基本波长1063nm的激光时，可以最佳地射出波长532nm的G光。这认为是因为光波导32从PPLN晶体31突出，所以通过从光波导32 —侧入射向着PPLN晶体31 —侧的光，而最高效率地发生二次谐波。图7是表示SHG30的入射光的角度和射出光的强度的关系(2)的图。如图7 Ca)所示，将PPLN晶体31朝上以在基台上接合光波导32的方式配置SHG元件30。接着，测定了在入射单元36上一边改变入射角度一边入射基本波长1063nm的激光时射出的波长532nm的G光的最大光强度。另外，设置成在PPLN晶体31的上方不配置基台等的障碍物的开放状态。图7 (b)是将横轴作为入射角度α，将纵轴作为从SHG元件30射出的波长532nm的G光的光强度的图。另外，在图7 (b)中，将光强度的最大值设置为“I. O”来对纵轴的值进行标准化。另外，将和SHG元件30的入射单元36的中心部平行的位置作为原点“0”，将图7 (a)中的上侧设置为“ + ”，将图7 (b)中的下侧作为“-”。如从图7 (b)中可以理解的那样，当以入射角度ci2从图7 (a)中的一侧入射基本波长1063nm的激光时，可以最佳地射出波长532nm的G光。这是因为光波导32从PPLN晶体31突出，所以通过从光波导32 —侧入射向着PPLN晶体31 —侧的光，而最高效率地发生二次谐波。另外，上述的图6 (b)所示的α 和图7 (b)所示的α 2的绝对值相同。从图6和图7可以认为在向着具有光波导的SHG元件30输入基本波长时，通过从光波导32 —侧入射向着PPLN晶体31 —侧的光，而最高效率地发生二次谐波。另外，可以认为上述SHG元件30的特性是适用于光波导突出的SHG元件(光波导型SHG元件)的全部的特性。图8是表示LD元件20和SHG元件30的光耦合的状态的图。从图3和图4可以理解，在具有脊型波导的LD元件20中在中场中，射出的激光的强度分布偏移到脊部23 —侧。另外，从图6和图7可以理解,在向具有光波导的SHG兀件30输入基本波长时，通过从光波导32 —侧入射向着PPLN晶体31 —侧的光，而最高效率地
发生二次谐波。理想的是，在不利用光耦合单元(准直透镜和聚光透镜等)而对LD元件20和SHG元件30直接进行光耦合时，让LD元件20的发光单元26和SHG元件30的入射单元36尽可能接近。但是，在用安装装置安装到硅基板10上时可以最接近的距离d大致是10 μ m左右，即是中场的距离。在图8 (a)中，以用微凸起13将LD元件20的包层21向硅基板10接合的方式安装，以用微凸起14将SHG元件30的光波导32 —侧向硅基板10接合的方式安装。而且，在图8 Ca)中，通过在硅基板10上设置校准标志等的基准标志，在安装时用安装装置进行硅基板10上的平面方向(XY面)的位置精度的调整。另外，和LD元件20的距离d设定成10 μ m0这样在图8 Ca)的情况下，具有脊型波导的LD元件20将其脊部朝上向硅基板10接合。另外，与LD元件20的发光单元26的位置S2相比，以具有光波导的SHG元件30的光波导32的入射单元36的位置SI处于上侧的方式，SHG元件30将光波导32 —侧与硅基板接合。因而，在图8 Ca)的情况下，LD元件20和SHG元件30可以很好地进行直接光耦合。即，在SHG兀件30的光波导32 —侧与娃基板10接合时，以发光单兀26的位置相对于 入射单元36的位置向下方只偏移距离Wl的方式，将LD元件20与硅基板10接合。LD元件20相对于SHG元件30的位置关系通过调整微凸起13以及/或者14的压溃量进行调整。在图8 (b)中，具有脊型波导的LD元件20将其脊部23—侧在结下向硅基板10接合。另外，与LD元件20的发光单元26的位置S2相比，以具有光波导的SHG元件30的光波导32的入射单元36的位置SI在下侧且SHG元件30的光波导32处于上侧的方式，将SHG元件30接合在硅基板上。因而，即使在图8(b)的情况下，LD元件20和SHG元件30也可以良好地进行直接光耦合。即，在LD元件20的脊部23 —侧与硅基板10接合时，以相对于发光单元26的位置，入射单元36的位置在下方只偏移距离W2的方式将SHG元件30接合在硅基板10上。SHG元件30相对于LD元件20的位置关系通过调整微凸起13以及/或者14的压溃量进行调整。如在图3以及图4的例子中说明的那样，在结下将具有脊型波导的LD元件20的脊部23—侧向娃基板10接合的情况下,光强度分布的中心位置偏移量少。因而,与图8 (b)中的位置S2和位置SI之间的偏移量W2相比，还是图8 (a)中的增大位置S2和位置SI之间的偏移量Wl可以更好的直接进行光耦合。
权利要求
1.一种激光光源，其特征在于包括 激光元件，具有脊部，且从发光单元射出激光； 光学元件，具有用于对入射到入射单元的上述激光进行波导的波导； 基板，用于为了使上述激光元件和上述光学元件直接光耦合而使其接近接合，其中， 在相对于上述发光单元的位置，上述入射单元的位置在上方或者下方偏移指定距离的状态下，将上述激光元件以及上述光学元件接合在上述基板上。
2.根据权利要求I所述的激光光源，其特征在于在将上述激光元件的上述脊部一侧接合在上述基板上时，以相对于上述发光单元的位置上述入射单元的位置在下方偏移指定距离的方式将上述光学元件接合在上述基板上。
3.根据权利要求I所述的激光光源，其特征在于在将上述光学元件的上述波导一侧接合在上述基板上时，以相对于上述入射单元的位置上述发光单元在下方偏移指定距离的方式将上述激光元件接合在上述基板上。
4.根据权利要求I所述的激光光源，其特征在于在从上述激光元件的上述发光单元只偏离了相当于上述激光的中场的距离的位置上配置上述光学元件的上述入射单元。
5.根据权利要求I所述的激光光源，其特征在于上述光学元件是对从上述激光元件射出的激光的波长进行变换的波长变换元件。
全文摘要
本申请的目的在于提供一种包含有效地直接进行光耦合的激光元件以及光学元件的激光光源。激光光源其特征在于包括激光元件，具有脊部，且从发光单元射出激光；光学元件，具有用于对入射到入射单元的激光进行波导的波导；基板，用于为了使激光元件和光学元件直接光耦合而使其接近接合，其中，在相对于发光单元的位置，入射单元的位置在上方或者下方偏移指定距离的状态下，将激光元件以及光学元件接合在基板上。
文档编号H01S5/022GK102957087SQ20121029350
公开日2013年3月6日 申请日期2012年8月17日 优先权日2011年8月19日
发明者井出昌史 申请人:西铁城控股株式会社