專利名稱：激光光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光光源，特別涉及直接光耦合了激光光學(xué)元件和光學(xué)元件的激光光源。
背景技術(shù)：
已知的激光光源具有在發(fā)光單元上設(shè)置有透鏡的半導(dǎo)體激光器、對從半導(dǎo)體激光器射出的光進(jìn)行波長變換的光波導(dǎo)型的二次諧波發(fā)生元件(SHG (Second HarmonicGeneration)元件)(例如,參照專利文獻(xiàn)I)。·
在上述的激光光源中，進(jìn)行半導(dǎo)體激光器和SHG元件的對位調(diào)整以使SHG元件的光波導(dǎo)的入射單元與設(shè)置在半導(dǎo)體激光器上的透鏡的焦點位置一致。參見JP-2010-262252-A (圖 I)。但是，當(dāng)在半導(dǎo)體激光器和光學(xué)元件之間設(shè)置包含透鏡等的光學(xué)零件的光學(xué)耦合單元時，因設(shè)置光學(xué)耦合單元而產(chǎn)生成本提高、光量損失等問題。另外，半導(dǎo)體激光器內(nèi)的激光元件的發(fā)光單元和光學(xué)耦合單元等之間也需要對位，半導(dǎo)體激光器大型化，其結(jié)果還存在激光光源難以小型化的問題。另一方面，因為由設(shè)置光學(xué)耦合單元導(dǎo)致成本上升、光量損失等，所以在激光光源中高效率的方法是不使用光學(xué)耦合單元，而直接進(jìn)行激光光學(xué)元件和光學(xué)兀件的光f禹合。而且，從激光光學(xué)元件的發(fā)光單元射出的激光并不是必須從激光光學(xué)元件的發(fā)光單元向著鉛直方向直接射出。再有，在入射單元上接收來自激光光學(xué)元件的激光的光學(xué)元件中，對于入射單元來說直接從鉛直方向入射的激光未必就與良好的輸出相關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容
因而，本發(fā)明的目的在于提供一種用于解決上述課題的激光光源。另外，本發(fā)明的目的在于提供一種包含有效地直接進(jìn)行了光耦合的激光光學(xué)元件以及光學(xué)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，且從發(fā)光單元射出激光；光學(xué)元件，具有用于對入射到入射單元的激光進(jìn)行波導(dǎo)的波導(dǎo)；基板，用于為了使激光元件和光學(xué)元件直接光耦合而使其接近接合，其中，在相對于發(fā)光單元的位置，入射單元的位置在上方或者下方偏移指定距離的狀態(tài)下，將激光元件以及光學(xué)元件接合在基板上。另外，在激光光源中理想的是，在將激光元件的脊部一側(cè)接合在基板上時，以相對于發(fā)光單元的位置入射單元的位置在下方偏移指定距離的方式將光學(xué)元件接合在基板上。另外，在激光光源中理想的是，在將光學(xué)元件的波導(dǎo)一側(cè)接合在基板上時，以相對于入射單元的位置發(fā)光單元在下方偏移指定距離的方式將激光元件接合在基板上。
另外，在激光光源中理想的是，在從激光元件的發(fā)光單元只偏離了相當(dāng)于激光的中場的距離的位置上配置光學(xué)元件的入射單元。另外，在激光光源中理想的是，光學(xué)元件是對從激光元件射出的激光的波長進(jìn)行變換的波長變換元件。在激光光源中，因為根據(jù)脊型激光元件和光波導(dǎo)型的SHG元件各自的光學(xué)特性直接進(jìn)行了二者的光學(xué)耦合，所以可以提高脊型激光元件和光波導(dǎo)型的SHG元件的耦合效率。另外，在激光光源中，因為不使用光學(xué)耦合單元，而直接進(jìn)行脊型激光元件和光波導(dǎo)型的SHG元件的光耦合，所以可以實現(xiàn)激光光源的成本降低、小型化、平面化，以及/或者聞輸出化。


通過與附圖一起閱讀以下具體描述，將更好地理解本發(fā)明的這些和其他特征和優(yōu)點。圖I (a) (C)是表不激光光源I的圖。圖2是LD元件20的概略構(gòu)成圖。圖3是表示從LD元件20輸出的激光的光強度分布(I)的圖。圖4是表示從LD元件20輸出的激光的光強度分布(2)的圖。圖5是SHG元件30的概略構(gòu)成圖。圖6 Ca)和(b)是表示SHG30的入射光的角度和射出光的強度的關(guān)系(I)的圖。圖7 Ca)和(b)是表示SHG30的入射光的角度和射出光的強度的關(guān)系(2)的圖。圖8 (a)和(b)是表示LD元件20和SHG元件30的光耦合的狀態(tài)的圖。
具體實施例方式以下參照

本發(fā)明的激光光源。但是，請注意本發(fā)明的技術(shù)范圍不限于這些實施方式，涉及記載在專利文獻(xiàn)的范圍中的發(fā)明和其均等物。圖I (a)是激光光源I的平面圖，圖I (b)是圖I (a)的AA’剖面圖，圖I (C)是微凸起的剖面圖。激光光源I的構(gòu)成包含硅基板10、固定在硅基板10上的LD (激光二極管)元件20和用于對從LD元件20射出的光進(jìn)行波長變換的SHG元件30、用于將從SHG元件30射出的波長變換后的激光向光纖50傳播的耦合元件40、用于向LD元件20提供驅(qū)動電流的FPC (撓性印刷電路基板)60、保持印刷電路基板10的保持部件70等。另外，也可以設(shè)置遮蓋包含保持部件70的激光光源I的蓋部件(未圖示)。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 (鈦)薄膜12，在Ti薄膜12上形成有微凸起13以及14。SiO2薄膜11具有作為對硅基板10和微凸起13以及14之間進(jìn)行絕緣的絕緣層的功能，形成Ti薄膜12是為了提高由SiO2薄膜11和Au構(gòu)成的微凸起13以及14的附著性。微凸起13如圖I (C)圖示的那樣，是將所構(gòu)成的多個圓錐臺型的突起部分以等間距(例如，間距2μπι)在左右均等配置。圓錐臺型的突起部分例如能夠設(shè)置成底面是直徑2μπι的圓形，上面是直徑Iym的圓形，高度2μπι。微凸起14也一樣。在微凸起13的表面上實施活性化處理，在LD元件20的微凸起一側(cè)的基板上也形成Au層，在其表面上實施活性化處理。因而，在微凸起13的上部施加指定的負(fù)荷并只安裝LD元件20，LD元件20在微凸起18上表面活性化結(jié)合而固定。另外，LD元件20構(gòu)成為經(jīng)由FPC60以及微凸起13接受驅(qū)動電流的供給。在微凸起14的表面也實施活性化處理，在SHG元件30的微凸起一側(cè)的基板上也形成Au層，對其表面實施活性化處理。因而，在微凸起14的上部僅施加指定的負(fù)荷并安裝SHG元件30，SHG元件30在微凸起14上表面活性化結(jié)合而固定。另外，可以通過在SHG元件30上施加指定的負(fù)荷，微凸起14被壓潰，調(diào)整SHG30和LD元件20的在高度方向(Ζ軸方向)的相對位置關(guān)系。而且，因為不需要為了讓SHG元件30動作而提供驅(qū)動電流，所以不需要電氣連接SHG元件30和FPC60。 另外，圖I (C)所示的微凸起的形狀只是一例，但并不限定于此。另外，只要是可以調(diào)整SHG元件30和LD元件20的在高度方向(Ζ軸方向)的相對位置關(guān)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)。圖2是LD元件20的概略構(gòu)成圖。LD元件20是脊型激光元件(不是嵌入型)，從包層(η型AlGaAs) 21和脊部(ρ型AlGaAs) 23之間的活性層(GaAs) 22的發(fā)光單元26射出1064nm波長的激光。為了激光光源內(nèi)的激光元件和光學(xué)元件進(jìn)行良好的光耦合，在LD元件20中不使用嵌入構(gòu)造，而具有作為波導(dǎo)光的波導(dǎo)的脊部23。但是,在用結(jié)下(junction down)將脊部23—側(cè)接合在娃基板10上時，因為其表面不平坦，所以夾著溝部27形成觸點部24以及25。因為通過這樣的構(gòu)成脊部23 —側(cè)變得平坦，所以可以穩(wěn)定地用結(jié)下接合在硅基板10上。圖3是從LD元件20輸出的激光的光強度分布(I)的圖。如圖3所示，將脊部23朝上以在基臺上接合包層21的方式配置LD元件20，測定和發(fā)光單元26在同一水平上的Z軸上的激光。另外，設(shè)置成在脊部23上方不配置基臺等的障礙物的開放狀態(tài)。光強度分布50表示在從發(fā)光單元26離開O. I μ m的位置(近場)上的光強度分布，光強度分布51表不在從發(fā)光單兀26離開I μ m的位置上的光強度分別。另外，光強度分布52表不在從發(fā)光單兀26離開3 μ m的位置(中場)上的光強度分布，光強度分布53表不在從發(fā)光單兀26離開10 μ m的位置(中場)上的光強度分布。進(jìn)而，光強度分布54表不在從發(fā)光單兀26離開15 μ m的位置(中場)上的光強度分布，光強度分布55表不在從發(fā)光單兀26離開110 μ m (約100X λ (1064nm))的位置上(遠(yuǎn)場)的光強度分布。另外，設(shè)所謂近場表示在LD元件20的發(fā)光單元附近，所謂中場表示從LD元件20的發(fā)光單元離開3 λ 15 λ ( λ是LD元件20的發(fā)光波長)的位置，所謂遠(yuǎn)場表示從LD元件20的發(fā)光單元離開大于等于100 λ的位置。光強度分布5(Γ光強度分布55中的原點“O”表不和LD兀件20的發(fā)光單兀26是相同位置，“ + ”表示圖中的上側(cè)，表示圖中的下側(cè)。另外，光強度分布5(Γ光強度分布55的光強度將從發(fā)光單元26離開O. I μπι的位置(近場)上的最大光強度表示為“I. O”。另夕卜，UfU6表示各光強度分布的最大強度位置和原點的偏移量。另外，遠(yuǎn)場(參照光強度分布55)中的偏移量(U6)為最大。
如從光強度分布5(Γ光強度分布55中可以理解的那樣,在從近場到中場中,各光強度分布的最大強度位置從和發(fā)光單元26相同的位置(原點)偏移到脊部23 —側(cè)。這是因為由于LD元件20的脊部23具有作為波導(dǎo)的功能，因此從LD元件20的發(fā)光單元26射出的激光的光強度分布不是以和LD元件20的發(fā)光單元26同樣位置為頂點的分布，而是偏移到脊部23 —側(cè)的緣故。另外，如從光強度分布55可以理解的那樣，在遠(yuǎn)場中，向著脊部23一側(cè)的偏移量變成最大。圖4是表示從LD元件20輸出的激光的光強度分布(2)的圖。如圖4所示那樣，將包層21朝上以將脊部23接合在基臺上的方式配置LD元件20，測定了和發(fā)光單元26在同一水平上的Z軸上的激光。另外，設(shè)置成在包層21的上方不配置基臺等的障礙物的開放狀態(tài)。光強度分布60表不從發(fā)光單兀26離開O. I μ m的位置(近場)上的光強度分布，光強度分布61表不從發(fā)光單兀26離開I μ m的位置上的光強度分布。另外，光強度分布62 表不從發(fā)光單兀26離開3 μ m的位置(中場)上的光強度分布，光強度分布63表不從發(fā)光單兀26離開10 μ m的位置(中場)上的光強度分布。另外，光強度分布64表不從發(fā)光單兀26離開15 μ m的位置(中場)上的光強度分布，光強度分布65表不從發(fā)光單兀26離開110 μ m(約100X λ (1064nm))的位置上(遠(yuǎn)場)的光強度分布。光強度分布6(Γ光強度分布65中的原點“O”表不和LD兀件20的發(fā)光單兀26是相同位置，“ + ”表示圖中的上側(cè)，表示圖中的下側(cè)。另外，光強度分布6(Γ光強度分布65的光強度將從發(fā)光單元26離開O. I μπι的位置(近場)上的最大光強度表示為“I. O”。另夕卜，VfV6表示各光強度分布的最大強度位置和原點的偏移量。另外，遠(yuǎn)場(參照光強度分布65)中的偏移量(V6)為最大。如從光強度分布60 光強度分布65中可以理解的那樣,在從近場到中場中，各光強度分布的最大強度位置從和發(fā)光單元26相同的位置(原點)偏移到脊部23 —側(cè)。這是因為由于LD元件20的脊部23具有作為波導(dǎo)的功能，因此從LD元件20的發(fā)光單元26射出的激光的光強度分布不是以和LD元件20的發(fā)光單元26同樣位置為頂點的分布，而是偏移到脊部23 —側(cè)的緣故。另外，如從光強度分布65可以理解的那樣，在遠(yuǎn)場中，向著脊部23一側(cè)的偏移量變成最大。另外，從近場到中場的偏移量VfV5變?yōu)楸葟膱D3所示的近場到中場的偏移量υΓυδ小的值。這是因為在脊部23 —側(cè)有基臺，因此從LD元件20的發(fā)光單元26射出的激光的強度分布的偏移量變少的緣故。從圖3和圖4可以理解為雖然偏移量有不同，但從LD元件20的發(fā)光單元26射出的激光的光強度分布未變?yōu)橐院蚅D兀件20的發(fā)光單兀26相同位置為頂點的分布,而偏移到脊部23 —側(cè)。另外，這種現(xiàn)象在具有脊型波導(dǎo)的LD元件(脊型激光元件)中是共同的特征。圖5是SHG元件30的概略構(gòu)成圖。SHG 兀件 30 是在 PPLN (Periodically Poled Lithium Niobate :周期極化銀酸鋰)晶體31的表面上形成光波導(dǎo)32，對光波導(dǎo)32的兩端面進(jìn)行光學(xué)研磨，實施了對基本波長1064nm的激光的無反射涂層的元件。構(gòu)成為在設(shè)置于SHG元件30的光波導(dǎo)32的端面上的入射單元36上入射基本波長1064nm的激光時，發(fā)生二次諧波射出原激光的1/2波長的激光，即波長532nm的G光。但是，在將SHG元件30的光波導(dǎo)32 —側(cè)接合在硅基板10上時，因為其表面不是平坦的，所以夾著光波導(dǎo)32形成觸點部33以及34。通過這樣的構(gòu)成，因為光波導(dǎo)32 —側(cè)變得平坦，所以可以穩(wěn)定地與硅基板10接合。圖6是表示SHG30的入射光的角度和射出光的強度的關(guān)系(I)的圖。如圖6(a)所示，將光波導(dǎo)32朝上以在基臺上接合PPLN晶體31的方式配置了 SHG元件30。接著，測定了在入射單元36上一邊改變?nèi)肷浣嵌纫贿吶肷浠静ㄩL1063nm的激光時射出的波長532nm的G光的最大光強度。另外，設(shè)置成在光波導(dǎo)32的上方不配置基臺等的障礙物的開放狀態(tài)。圖6 (b)是將橫軸作為入射角度α，將縱軸作為從SHG元件30射出的波長532nm的G光的光強度的圖。另外，在圖6 (b)中，將光強度的最大值設(shè)置為“I. O”來對縱軸的值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。另外，將和SHG元件30的入射單元36的中心部平行的位置作為原點“0”，將 圖6 (a)中的上側(cè)設(shè)置為“ + ”，將圖6 (b)中的下側(cè)作為“-”。如從圖6 (b)中可以理解的那樣，當(dāng)以入射角度α 從圖6 (a)中的“ + ”一側(cè)入射基本波長1063nm的激光時，可以最佳地射出波長532nm的G光。這認(rèn)為是因為光波導(dǎo)32從PPLN晶體31突出，所以通過從光波導(dǎo)32 —側(cè)入射向著PPLN晶體31 —側(cè)的光，而最高效率地發(fā)生二次諧波。圖7是表示SHG30的入射光的角度和射出光的強度的關(guān)系(2)的圖。如圖7 Ca)所示，將PPLN晶體31朝上以在基臺上接合光波導(dǎo)32的方式配置SHG元件30。接著，測定了在入射單元36上一邊改變?nèi)肷浣嵌纫贿吶肷浠静ㄩL1063nm的激光時射出的波長532nm的G光的最大光強度。另外，設(shè)置成在PPLN晶體31的上方不配置基臺等的障礙物的開放狀態(tài)。圖7 (b)是將橫軸作為入射角度α，將縱軸作為從SHG元件30射出的波長532nm的G光的光強度的圖。另外，在圖7 (b)中，將光強度的最大值設(shè)置為“I. O”來對縱軸的值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。另外，將和SHG元件30的入射單元36的中心部平行的位置作為原點“0”，將圖7 (a)中的上側(cè)設(shè)置為“ + ”，將圖7 (b)中的下側(cè)作為“-”。如從圖7 (b)中可以理解的那樣，當(dāng)以入射角度ci2從圖7 (a)中的一側(cè)入射基本波長1063nm的激光時，可以最佳地射出波長532nm的G光。這是因為光波導(dǎo)32從PPLN晶體31突出，所以通過從光波導(dǎo)32 —側(cè)入射向著PPLN晶體31 —側(cè)的光，而最高效率地發(fā)生二次諧波。另外，上述的圖6 (b)所示的α 和圖7 (b)所示的α 2的絕對值相同。從圖6和圖7可以認(rèn)為在向著具有光波導(dǎo)的SHG元件30輸入基本波長時，通過從光波導(dǎo)32 —側(cè)入射向著PPLN晶體31 —側(cè)的光，而最高效率地發(fā)生二次諧波。另外，可以認(rèn)為上述SHG元件30的特性是適用于光波導(dǎo)突出的SHG元件(光波導(dǎo)型SHG元件)的全部的特性。圖8是表示LD元件20和SHG元件30的光耦合的狀態(tài)的圖。從圖3和圖4可以理解，在具有脊型波導(dǎo)的LD元件20中在中場中，射出的激光的強度分布偏移到脊部23 —側(cè)。另外，從圖6和圖7可以理解,在向具有光波導(dǎo)的SHG兀件30輸入基本波長時，通過從光波導(dǎo)32 —側(cè)入射向著PPLN晶體31 —側(cè)的光，而最高效率地
發(fā)生二次諧波。理想的是，在不利用光耦合單元(準(zhǔn)直透鏡和聚光透鏡等)而對LD元件20和SHG元件30直接進(jìn)行光耦合時，讓LD元件20的發(fā)光單元26和SHG元件30的入射單元36盡可能接近。但是，在用安裝裝置安裝到硅基板10上時可以最接近的距離d大致是10 μ m左右，即是中場的距離。在圖8 (a)中，以用微凸起13將LD元件20的包層21向硅基板10接合的方式安裝，以用微凸起14將SHG元件30的光波導(dǎo)32 —側(cè)向硅基板10接合的方式安裝。而且，在圖8 Ca)中，通過在硅基板10上設(shè)置校準(zhǔn)標(biāo)志等的基準(zhǔn)標(biāo)志，在安裝時用安裝裝置進(jìn)行硅基板10上的平面方向(XY面)的位置精度的調(diào)整。另外，和LD元件20的距離d設(shè)定成10 μ m0這樣在圖8 Ca)的情況下，具有脊型波導(dǎo)的LD元件20將其脊部朝上向硅基板10接合。另外，與LD元件20的發(fā)光單元26的位置S2相比，以具有光波導(dǎo)的SHG元件30的光波導(dǎo)32的入射單元36的位置SI處于上側(cè)的方式，SHG元件30將光波導(dǎo)32 —側(cè)與硅基板接合。因而，在圖8 Ca)的情況下，LD元件20和SHG元件30可以很好地進(jìn)行直接光耦合。即，在SHG兀件30的光波導(dǎo)32 —側(cè)與娃基板10接合時，以發(fā)光單兀26的位置相對于 入射單元36的位置向下方只偏移距離Wl的方式，將LD元件20與硅基板10接合。LD元件20相對于SHG元件30的位置關(guān)系通過調(diào)整微凸起13以及/或者14的壓潰量進(jìn)行調(diào)整。在圖8 (b)中，具有脊型波導(dǎo)的LD元件20將其脊部23—側(cè)在結(jié)下向硅基板10接合。另外，與LD元件20的發(fā)光單元26的位置S2相比，以具有光波導(dǎo)的SHG元件30的光波導(dǎo)32的入射單元36的位置SI在下側(cè)且SHG元件30的光波導(dǎo)32處于上側(cè)的方式，將SHG元件30接合在硅基板上。因而，即使在圖8(b)的情況下，LD元件20和SHG元件30也可以良好地進(jìn)行直接光耦合。即，在LD元件20的脊部23 —側(cè)與硅基板10接合時，以相對于發(fā)光單元26的位置，入射單元36的位置在下方只偏移距離W2的方式將SHG元件30接合在硅基板10上。SHG元件30相對于LD元件20的位置關(guān)系通過調(diào)整微凸起13以及/或者14的壓潰量進(jìn)行調(diào)整。如在圖3以及圖4的例子中說明的那樣，在結(jié)下將具有脊型波導(dǎo)的LD元件20的脊部23—側(cè)向娃基板10接合的情況下,光強度分布的中心位置偏移量少。因而,與圖8 (b)中的位置S2和位置SI之間的偏移量W2相比，還是圖8 (a)中的增大位置S2和位置SI之間的偏移量Wl可以更好的直接進(jìn)行光耦合。
權(quán)利要求
1.一種激光光源，其特征在于包括 激光元件，具有脊部，且從發(fā)光單元射出激光； 光學(xué)元件，具有用于對入射到入射單元的上述激光進(jìn)行波導(dǎo)的波導(dǎo)； 基板，用于為了使上述激光元件和上述光學(xué)元件直接光耦合而使其接近接合，其中， 在相對于上述發(fā)光單元的位置，上述入射單元的位置在上方或者下方偏移指定距離的狀態(tài)下，將上述激光元件以及上述光學(xué)元件接合在上述基板上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光光源，其特征在于在將上述激光元件的上述脊部一側(cè)接合在上述基板上時，以相對于上述發(fā)光單元的位置上述入射單元的位置在下方偏移指定距離的方式將上述光學(xué)元件接合在上述基板上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光光源，其特征在于在將上述光學(xué)元件的上述波導(dǎo)一側(cè)接合在上述基板上時，以相對于上述入射單元的位置上述發(fā)光單元在下方偏移指定距離的方式將上述激光元件接合在上述基板上。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光光源，其特征在于在從上述激光元件的上述發(fā)光單元只偏離了相當(dāng)于上述激光的中場的距離的位置上配置上述光學(xué)元件的上述入射單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光光源，其特征在于上述光學(xué)元件是對從上述激光元件射出的激光的波長進(jìn)行變換的波長變換元件。
全文摘要
本申請的目的在于提供一種包含有效地直接進(jìn)行光耦合的激光元件以及光學(xué)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，且從發(fā)光單元射出激光；光學(xué)元件，具有用于對入射到入射單元的激光進(jìn)行波導(dǎo)的波導(dǎo)；基板，用于為了使激光元件和光學(xué)元件直接光耦合而使其接近接合，其中，在相對于發(fā)光單元的位置，入射單元的位置在上方或者下方偏移指定距離的狀態(tài)下，將激光元件以及光學(xué)元件接合在基板上。
文檔編號H01S5/022GK102957087SQ20121029350
公開日2013年3月6日 申請日期2012年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月19日
發(fā)明者井出昌史 申請人:西鐵城控股株式會社