光合波装置的制作方法

本发明涉及对多个波长的光进行合波的光合波装置。

背景技术：

以前，存在使用多个波长的激光的各种各样的装置：如射出rgb各色激光显示彩色图像的投影装置以及用可见光和红外线(ir光)进行传感的诊断装置等。在这些装置中，通常从产生各个波长的光的激光光源分别射出多个波长的激光，利用光合波装置(合波器)将激光合波成一束光线输出。

作为合波器，已知的，例如：使用光波导(导光管)进行光的输入输出，把只反射与入射光分别对应的波长的光而使其他波长的光通过的多个滤波器(二向色滤波器)设置在输出射线上，将各自所对应的波长的光入射至各个二向色滤波器(例如，专利文献1、2)。

现有技术文献

专利文献

[专利文献1]特开2007-164109号公报

[专利文献2]特开2006-003673号公报

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

但是，如使用上述滤波器，则不能忽视透过滤波器时的能量损失。并且，因为需要兼顾所希望的波长的光的反射率和其他波长的光的透过率，存在滤波器的尺寸扩大及成本提高的课题。

本发明的目的在于提供简单结构且能够低损耗地对多个波长的光进行合波的光合波装置。

解决技术问题所采用的技术方案

为了达成上述目的，本发明的光合波装置，其特征在于，包括：

供2个以上规定数量的波长的光各自入射的入射口；

将来自上述规定数量的入射口的入射光射出的单个射出口；

将上述入射光引导至射出口的光波导。

上述光波导包括：上述规定数量的独立波导，其一端是上述入射口，各自分别引导上述入射光；以及单个合流波导，与该独立波导的上述一端相反的另一端各自连接，将上述独立波导所各自引导的光引导至上述射出口。

上述规定数量的独立波导各自设置成具有对入射光进行反射的弯曲部的折线状。

上述合流波导设置成上述折线状或者直线状，该合流波导和上述独立波导的各自的连接部分中，上述规定数量的独立波导在自上述合流波导的延伸方向的规定的角度范围内分别连接，从而对从上述规定数量的入射口入射的光进行合波。

发明效果

按照本发明，能达到对多个波长的光简单构成且低损耗地进行合波的效果。

附图说明

图1是表示合波器的外观的立体图。

图2是表示光波导的结构的示意图。

图3是说明光波导内的反射面的图。

图4是表示合波器的变形例的立体图。

图5是表示光波导的结构的变形例的示意图。

图6是表示光波导的结构的变形例的示意图。

具体实施方式

以下，根据附图说明本发明的实施方式。

图1是表示本发明的光合波装置的实施方式的合波器1的整体结构的外观图。

合波器1无特别限制，一般为长方体形状的外壳结构。沿着长边的侧面(此处为一个yz面内的平面；入射面e)的一直线上设置多个(2个以上的规定数量)，在这里是4个入射口e1～e4设置在一直线上，沿着短边的侧面(xz面内)、即与入射面e正交的面(射出面a)上设置单个射出口a1。即，入射口e1～e4各自设置在从射出面a开始的与该射出面a正交的方向(沿y轴的方向)上彼此不同(至少2处不同)的位置。外壳结构的长边的长度(沿y轴方向的长度)确定为从各入射口e1～e4入射的激光的光源(激光光源)能够排列的间隔，此处，根据激光二极管(ld)的尺寸为4个激光光源(ld)能够排列的间隔。

图2是说明本实施方式的合波器1内部的光波导的示意图。该示意图所示出的平面是以与高度(z轴)方向正交的面(xy面)切开的截面，包含图1的合波器1中的各入射口e1～e4及射出口a1。此处，在说明上夸大表示光波导的配置的特征。

入射口e1～e4成为各个独立的4个的光波导g1～g4(独立波导)的一端，这些多个光波导g1～g4在射出口a1前面位置的光波导gs(合流波导)一端的附近合流(被连接)。光波导gs的上述的一端附近较宽，中间形成为沿x轴方向(x方向)锥状截面的尺寸不断缩小的直线状，与该一端相反一侧的另一端为射出口a1。光波导g1～g4呈折线状，在从入射口e1～e4向x方向前进对光波导g11、g21、g31、g41(上游波导)设定的各自不同的距离后，大致向沿y轴的方向(y方向)弯曲一次，从而作为光波导g12、g22、g32、g42(下游波导)在相对于光波导gs的延伸方向、即射出面a的法线方向的规定的角度范围内连接到光波导gs的一端附近。

作为光波导，只要能够低损耗地传输光线(此处为单横模(singletransversemode；stm))即可，没有特别限制，例如，选择空心导光管和以玻璃材料(硅)为介质的plc(planarlightwavecircuit：平面光波电路)等。例如用已知的半导体制造工艺在硅基板上形成该结构。特别是，通过将入射口e1～e4及射出口a1设置在单个平面上，光波导g1～g4，gs均能够形成在单个层上。

分别逐个设置在光波导g1～g4中的弯曲部g1r～g4r构成为，从入射口e1～e4入射的激光分别通过反射面r1～r4全反射到射出口a1的方向上。此处，反射面r1～r4上例如设置有铝薄膜等作为镜面构件。入射到各入射口e1～e4的激光的波长及其顺序无特别限制，例如使用rgb3色和近红外线(nir)。

反射面r1～r4中的反射角(反射面r1～r4的法线和反射光所成的角度)确定为，从射出口a1至反射面r1～r4的距离越小角度越大，即，相对于射出面a的入射角度(射出面a的法线与入射光所成的角度)逐渐扩大。光波导g1～g4的宽度(截面尺寸)与y轴方向的长度相比足够小，反射面r1～r4中的反射角的差异例如确定为0.25～1.0度左右的微小角度(规定的角度差)。因此，光波导g12～g42与光波导gs连接的部分中，相对于该光波导gs的延伸方向、即射出面a的法线方向在0.75～3.0度左右(规定)的角度范围成为彼此不同的方向。这样的配置，使入射到光波导g1～g4的各波长的激光以互相接近平行的角度引导到光波导gs，在该光波导gs中合波后，从射出口a1射出。

图3是说明光波导内的反射面的图。此处，以反射面r1为例举例说明，其他的反射面r2～r4也能具有同样的构造。

光波导g1的弯曲部g1r中，为了至少抑制在规定的单轴方向上光的发散，反射面r1在与图纸平行的面(xy面)内，即，包括上述的单轴方向(接近于x方向)和光波导g12的延伸方向(接近于y方向)的平面内略微具有凹面形状。通常，为了防止因激光未入射到入射口e1的损耗，将激光以耦合透镜进行聚光之后导入至入射口e1。该入射光一边发散一边被引导至反射面r1，所以反射面r1抑制反射光的该发散，特别是以预先规定的发散角入射到反射面r1的光的反射光设为直接射向光波导gs、进而射向射出口a1的大致平行的光，从而使得在光波导g1的侧面上的反射次数减少，理想情况下为零次。因此，能够降低因激光传输而引起的损耗。此处，例如，使来自激光光源的入射光的慢轴(slowaxis)方向与y轴方向一致，该慢轴方向上，在光波导g1中通过反射面r1的激光反射只有一次或接近于该标准程度，此外，降低与z轴方向一致的快轴(fastaxis)方向的扩散率，光波导g1的内部的激光的反射次数减少。

图4是表示合波器1的变形例的图。

如图4(a)所示，入射口e1～e8在与射出面a正交并且互相正交的2个入射面e、ea上各设置4个。该合波器1使用同样地在外壳内一次反射约90度的独立波导，使来自设置在多个入射面e、ea上的入射口的光经由单个合流波导引导至射出口a1。从设置在入射面ea上的入射口e5～e8入射的激光沿z轴的负方向(-z方向)上进入后约90度反射，引导至y方向上。即，在yz平面内设置和xy平面内对从入射口e1～e4入射的光进行引导的光波导相同的结构即可。此时，所有反射角被设定为大于45度，使得从入射口e1、e5至射出口a1的光波导的位置(弯曲部及该弯曲部到射出口a1为止)不会重复。

此外，如图4(b)所示，设置在一个入射面e上的入射口e1b～e4b也可以不在一直线上。这种情况下，从入射口e1b～e4b在x方向上进入光波导g1～g4的激光在反射面r1～r4不仅伴随着y方向分量，也伴随着z方向分量而被反射，作为与射出口a1连通的单个光波导大致平行的光被引导并且合波，并从射出口a1射出。

图5和图6是表示合波器1的光波导结构的变形例的示意图。

如图5(a)所示，可以将与射出面a正交且相互平行的两个面设为入射面e、ec，并设置入射口e1～e4、e1c～e3c。这种情况下，将光波导g1c～g3c设置为在xy平面内以光波导g12为轴与光波导g2～g4相对称，通过光波导gsc与单个射出口a1连通。即，全部的光波导g1～g4、g1c～g3c、gsc可以形成在单个xy平面内。

此处，入射口e1c设置在与入射口e2相对的位置上，通过光波导g11c的激光在弯曲部g1rc上被反射面r1c向光波导g12c的延伸方向(例如，反射角45.5度)反射，从而引导至光波导gsc。入射口e2c设置在与入射口e3相对的位置上，通过光波导g21c的激光在弯曲部g2rc中被反射面r2c向光波导g22c的延伸方向(例如，反射角46.0度)反射，从而引导至光波导gsc。入射口e3c设置在与入射口e4相对的位置上，通过光波导g31c的激光在弯曲部g3rc中被反射面r3c向光波导g32c的延伸方向(例如，反射角46.5度)反射，从而引导至光波导gsc。

此外，从入射面e的入射口e1入射的光在反射面r1上以反射角45.0度反射，在入射面ec上未设置以反射角45.0度反射的激光的入射口，但也可以不在外壳的任何一侧设置以反射角45.0度反射的激光的入射口，而在两侧形成为例如以最小反射角45.25度使相同数量的入射口入射。

此外，如图5(b)所示，也可以包含反射角小于45度的类型。

此处，从入射口e4入射至光波导g4d(g41d)的激光在弯曲部g4rd中被反射面r4d以反射角45.0度反射到光波导g42d的延伸方向上，引导至光波导gsd。从入射口e3入射至光波导g3d(g31d)的激光前进了大于导波管g41d的距离后，在弯曲部g3rd中被反射面r3d以小于反射面r4d的反射角、例如44.5度反射到光波导g32d的延伸方向上，引导至光波导gsd。从入射口e2入射至光波导g2d(g21d)的激光前进了大于导波管g31d的距离后，在通过弯曲部g2rd中被反射面r2d以小于反射面r3d的反射角、例如44.0度反射到光波导g22d的延伸方向上，引导至光波导gsd。此外，从入射口e1入射至光波导g1d(g11d)的激光前进了大于导波管g21d的距离后，在弯曲部g1rd中被反射面r1d以小于反射面r2d的反射角、例如43.5度反射到光波导g12d的延伸方向上，引导至光波导gsd。各波长的激光在光波导gsd中被合波后，从射出口a1射出。

此外，也可以如图6所示，设置中途具备弯曲部gsre的光波导gse代替图2中所示的实施方式的合波器1中的光波导gs，从而合波器1e从设置在和激光的入射面e平行的射出面ae上的射出口a1e射出与激光的入射方向相同方向的激光。

如上所述，本实施方式的合波器1包括：使来自4个波长的ld的光分别入射的入射口e1～e4；使从4个入射口e1～e入射的光射出的单个射出口a1；各自独立地引导入射光的4个光波导g1～g4；与光波导g1～g4相连，且将上述光波导g1～g4所引导的光引导至射出口a1的光波导gs。4个光波导g1～g4分别设置为具备以反射面r1～r4反射入射光的弯曲部g1r～g4r的折线状，光波导gs设置为折线状或者直线状。此外，各个光波导g1～g4中最接近射出口a1的反射面r1～r4至射出口a1为止的光波导g12～g42(下游波导)在自光波导gs的延伸方向规定的角度范围与该光波导gs连接，因此入射到各个光波导g1～g4的4束光在光波导gs中被合波。

如此，各个独立的光波导g1～g4中，在光波导gs中以相互接近平行的角度将各波长的光合流，并引导至射出口a1，从而无需采用只反射所希望波长的光的二向色滤波器，与合波相关的结构变得简单，并且易于小型化。此外，因无需考虑二向色滤波器的吸收散射，所以能够降低能量损耗(光强度的降低)。此外，光波导g1～g、gs除弯曲部g1r～g4r以外，形成为直线状，因此与曲线相比，不会使反射次数增加到所需以上，能够降低能量损耗。

此外，4个入射口e1～e4设置在与射出面a正交方向上的不同位置处，在该射出面a上设置有射出口a1。

对于使从入射口e1～e4入射的激光射出的激光光源(激光二极管)，由于在与射出方向垂直的平面内也需要空间，所以在排列多个激光光源的方向上使入射光弯曲，并在其前方的射出面a上设置射出口a1，从而能有效地产生排列激光光源所需的长度，能够将角度差相对较小的大致平行的多个光波导g12～g42连接到射出口a1。

此外，弯曲部g1r～g4r及反射面r1～r4在4个光波导g1～g4中各自设置了一个，光波导gs设置为直线状，所以能够以最小反射次数抑制能量损耗，且能够容易且高效地形成合波器1。

此外，弯曲部g1r～g4r的反射面r1～r4具备如下形状：对于与比该反射面r1～r4更靠射出口a1侧的光波导g12～g42的弯曲部g1r～g4r的延伸方向正交的平面内至少规定的一个轴方向，在这里是入射光的慢轴方向，在该方向上进行反射，以抑制入射到反射面r1～r4的光的扩散。因此，合波器1能够对发散较少的多个波长的激光进行合波来高精度输出。此外，因减少在光波导g12～g42内的反射次数，所以能进一步降低能量损耗。此外，由于在内部使激光收敛，因此相对的比以前更易于进行入射光的轴对准。

此外，弯曲部g1r～g4r的反射面r1～r4呈如下凹面：在包含比该反射面r1～r4更靠射出口a1侧的光波导g12～g42的弯曲部g1r～g4r的延伸方向以及规定的一个轴方向(慢轴方向)的平面内具备曲率。因此，特别是，能利用半导体制造工艺容易且高精度地获得在慢轴方向上使大致平行的光从射出口a1输出的合波器1。

此外，弯曲部g1r～g4r的反射面r1～r4至少对于规定的一个轴方向(慢轴方向)，使以预先确定的发散角度入射到反射面r1～r4的光向沿着比该反射面r1～r4更靠射出口a1侧的光波导g12～g42的弯曲部的延伸方向的方向反射。由此，能够抑制在光波导g12～g42内引导的激光在慢轴方向上的反射。因此，能够以简单的结构将入射光的能量损耗控制在最低水平，同时进行合波并射出，并能根据所需的输出精度来省略耦合透镜、校准透镜等。因此，能够进一步降低对多个波长的光进行合波并输出的结构的尺寸和成本。

此外，弯曲部g1r～g4r的反射面r1～r4上设有使入射光反射的镜面构件。由此，即使不限制入射角也不会透过覆盖层，能够可靠地反射入射光并将之引导至射出口a1的方向。

此外，各个光波导g1～g4中分别从入射口e1～e4到最接近该入射口e1～e4侧的反射面r1～r4为止的光波导g11～g41(上游波导)分别设置成相对于规定的光波导(例如，g11)平行或垂直。由此，能够容易且精密地将使激光入射到该入射口e1～e4的激光光源配置到合波器1。

此外，4个光波导g1～g4及光波导gs设置在单个平面上。由此，光波导g1～g4、gs的形成和反射面r1～r4的形成能够集中在一层上，所以能利用半导体制造工艺更容易且准确地对它们进行配置。此外，在高度方向上与激光光源的相对位置匹配能同样地进行，所以配置变得更容易。

此外，反射面r1～r4分别逐个设置在4个光波导g1～g4中，光波导gs设置成直线状，各个光波导g1～g4中将由反射面r1～r4所反射的光引导至光波导gs的光波导g12～g42各自以相对于光波导gs的延伸方向分别相差规定角度差的不同角度与光波导gs相连接。由此均等且平衡地对光波导gs配置光波导g1～g4，因此能够以适宜的强度及扩散程度对各波长的光进行合波并输出。

再者，本发明不限于上述实施方式，可以有各种各样的变更。

例如，上述实施方式中，列举了在长方体形状的外壳上设置入射口、射出口及光波导的例子，但不限于长方体形状的结构，根据合波器的配置空间及所希望的射出方向，其他的形状也可以。即，射出面a和入射面e并不一定正交。

此外，上述实施方式中，在反射面r1～r4上设置镜面构件，从而使入射光全反射，但是，如果来自入射口的入射光在反射面r1～r4上的入射角足够大，能利用光波导g1～g4的中心部和覆盖层之间的折射率的比率来可靠地全反射，则可以不设置镜面构件。

此外，上述实施方式中，虽然通过反射面r1～r4在光波导g1～g4中仅反射一次，但并不妨碍在光波导中设置2个以上的反射面。但是，通常，反射面的数量越少越易于容易且高精度地形成光波导。

同时，这种情况下，无需所有的反射面均为凹面形状。例如，对大致平行的光再次进行反射的反射面可以是单纯的平面。

此外，上述实施方式中、光波导g1～g4形成为在距离射出口a1相等距离的位置处与光波导gs合流，但不限于此。光波导g1～g4也可以在y方向上以不同位置依次与光波导gs连接。

此外，上述实施方式中，反射面r1～r4在xy平面内形成为凹面形状，而在入射光的角度充分平行等情况下，反射面r1～r4也可以是平面，配置多个(比如3个)平面状的反射面，并形成凹形。此外，凹面形状的聚光方向取决于合波器1和激光光源的位置关系，所以在将激光光源旋转90度来配置的情况下，聚光在快轴方向上。但是，也可以将合波器1形成为，对应于表面安装的激光二极管等通常配置的方向，在该通常配置时聚光慢轴方向上。同时，也可以在入射口上设置表示聚光方向的刻度、标识等。

此外，上述实施方式中，以入射口的数量为4、7、8的情况为例进行说明，但不限于此。此外，无论哪种情况，本发明的光合波装置的多个入射口的入射光的波长的顺序均不作特别限定。但是，在更恰当地区分反射构件的情况下，也可以限定为在特定的入射口输入特定波长的光。

此外，上述实施方式中，光波导g12～g42以0.5度的间隔被配置，但是，并不一定要以均等的间隔被配置，由此，也可以不使所有光波导g1～g4以y方向上相同的位置合流至光波导gs。

此外，能适当设定光波导的截面(与入射光的前进方向垂直的面)的尺寸和其纵横比。例如，在入射激光的光轴确定的情况下，可以按照规定的比例使快轴方向的尺寸和慢轴方向的尺寸不同。

此外，上述实施方式所表示的结构及构造等的具体细节，在不偏离本发明的宗旨的范围内可以进行适当变更。

标号说明

1合波器

a、ae射出面

a1、a1e射出口

e、ea、ec入射面

e1～e11、e1b～e4b、e1c～e3c入射口

g1～g4、g1c～g3c光波导

g11～g41、g11c～g31c、g12～g42、g12c～g32c光波导

g1r～g4r、g1rc～g3rc、g1rd～g4rd、gsre弯曲部

gs、gsc、gsd、gse光波导

r1～r4、r1c～r3c、r1d～r4d反射面