発光素子モジュール
【課題】ファイバ裸線部近傍の漏れ光を低減させる。
【解決手段】ＬＤ１３と、コア部１７ａ、第１クラッド部１７ｂ、及び第２クラッド部１７ｃを含むファイバ被覆部ＣＡ、並びに、ＬＤ１３の出射端面１３ａから出射したレーザ光Ｌが入射するレンズ部１７ｅを有し、第２クラッド部１７ｃが除去されたファイバ裸線部ＣＲＡを有する光ファイバ１７と、ＬＤ１３が収容された筐体１１とを備え、光ファイバ１７は、マルチモードファイバであり、筐体１１は、出射端面１３ａが、レンズ部１７ｅと対向するようにファイバ裸線部ＣＲＡの一部を固定する光ファイバ挿通パイプ１１ａを備え、ファイバ裸線部ＣＲＡの一部は、光ファイバ挿通パイプ１１ａにおいて、第１クラッド部１７ｂよりも屈折率が低い樹脂１６ａで固定されている。
【解決手段】ＬＤ１３と、コア部１７ａ、第１クラッド部１７ｂ、及び第２クラッド部１７ｃを含むファイバ被覆部ＣＡ、並びに、ＬＤ１３の出射端面１３ａから出射したレーザ光Ｌが入射するレンズ部１７ｅを有し、第２クラッド部１７ｃが除去されたファイバ裸線部ＣＲＡを有する光ファイバ１７と、ＬＤ１３が収容された筐体１１とを備え、光ファイバ１７は、マルチモードファイバであり、筐体１１は、出射端面１３ａが、レンズ部１７ｅと対向するようにファイバ裸線部ＣＲＡの一部を固定する光ファイバ挿通パイプ１１ａを備え、ファイバ裸線部ＣＲＡの一部は、光ファイバ挿通パイプ１１ａにおいて、第１クラッド部１７ｂよりも屈折率が低い樹脂１６ａで固定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバを備えた発光素子モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的な発光素子モジュールは、筐体内に収容された発光素子（ＬＤ：Laser diodeまたはＬＥＤ：light-emitting diode）の出射端面と、光ファイバの一端（以下、「入射端」と呼称）とが、筐体内で互いに対向するように配置され、この光ファイバの他端（以下「出射端」と呼称）側が、筐体のネック部から筐体外に引き出された構造を有している。発光素子としてＬＤを備えた発光素子モジュールは、ＬＤモジュールなどと呼ばれ、発光素子としてＬＥＤを備えた発光モジュールは、ＬＥＤモジュールなどと呼ばれる。
【０００３】
従来のＬＤモジュール又はＬＥＤモジュールおいては、光ファイバの入射端からネック部までが、その被覆が除去されたファイバ裸線部となっている。このため、このファイバ裸線部から漏れ光が生じ、筐体内部やネック部近傍の局所的な温度上昇を招来してしまい、ＬＤ又はＬＥＤを所定の温度で動作させることが困難になるという問題がある。このような問題点に関する従来技術として、特許文献１に開示された半導体レーザモジュールがある。
【０００４】
この半導体レーザモジュールでは、シングルモードファイバのクラッド部の周囲を被覆する被覆部や、内側クラッド部の周囲を取り囲む外側クラッド部の屈折率を、内側クラッド部の屈折率よりも低くしている。
【０００５】
これにより、シングルモードファイバのクラッド部を導波するクラッドモード光をクラッド部に閉じ込めて筐体から遠ざけ、筐体内部やネック部近傍の局所的な温度上昇が防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−５１１６６号公報（２００１年２月２３日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本願発明者らは、特許文献１に記載された半導体レーザモジュールについて、筐体内部やネック部近傍の温度上昇を防止する観点から十分な構造となっているかを検討したところ、以下のような問題点が存在していることを見出した。
【０００８】
すなわち、特許文献１に記載された半導体レーザモジュールでは、ネック部近傍において、ファイバ裸線部の周囲が光ファイバのクラッド部よりも屈折率が高い接着剤で固定されているため、ファイバ裸線部から漏れ光が生じ易く、その結果、筐体内部やネック部近傍の温度が上昇し易いという問題があった。
【０００９】
なお、特許文献１に記載された接着剤の屈折率がファイバ裸線部のクラッド部の屈折率よりも高いことは、クラッド部の外部に放出される光が接着剤に吸収されるとの記載があることから明らかである。
【００１０】
次に、本願発明者らは、特許文献１では、光ファイバの外部に放出される光のほとんどが、光ファイバのレーザ光の入射端面から５ｃｍまでの間で放出されていると認識しているのにも関わらず、何故、上述したように、ファイバ裸線部からの漏れ光が考慮されていないのかについて検討した。
【００１１】
まず、特許文献１では、光ファイバが、シングルモードファイバであることが前提となっているが、シングルモードファイバのＬＤとの結合効率は、高くても７０％程度であり、マルチモードファイバのＬＤとの結合効率が９０％〜９５％程度であることと比較してかなり小さい。
【００１２】
また、シングルモードファイバよりもマルチモードファイバの方が、コア部に結合しなかった光がクラッド部に結合する確率が高いので、例えば、出力パワーが１０Ｗ程度のハイパワーＬＤを用いた場合、約０．５Ｗ〜１Ｗのレーザ光がクラッド部に結合する場合がある。したがって、マルチモードファイバの方が、ファイバ裸線部からの漏れ光はかなり大きいと考えられる一方、特許文献１で想定されているＬＤの出力パワーは、３００ｍＷ程度であり、シングルモードファイバを前提としているので、ファイバ裸線部からの漏れ光は、比較的小さいと考えられる。
【００１３】
したがって、特許文献１で前提となっているシングルモードファイバにおいて、想定されている３００ｍＷ程度の出力パワーのＬＤでは、ファイバ裸線部からの漏れ光は、あまり問題とならないため、特許文献１では、ファイバ裸線部からの漏れ光という問題点に想到できなかったものと考えられる。
【００１４】
また、将来的にＬＤ若しくはＬＥＤの出力パワーがどんどん増大していった場合、何らかのトラブルにより、ＬＤ若しくはＬＥＤと光ファイバとの結合効率が激変するなどして、ファイバ裸線部から大きな漏れ光が発生すると、筐体のネック部近傍の焼損が生じたり、外部に漏れた光が周辺へ悪影響を及ぼしたりする可能性もあり、安全性の確保の観点からもファイバ裸線部からの大きな漏れ光を処理する必要性が高くなると考えられる。
【００１５】
なお、ＬＥＤの出力パワーは、ＬＤと比較して将来的にそれほど大きく増大するとは思われないが、ＬＥＤの出射端面から出射される光の拡がり角は、ＬＤと比較して大きくなりがちである。よって、ＬＥＤと光ファイバとを光学的に結合する場合、コア部に結合しなかった光がクラッド部に結合する確率が高くなりがちであると考えられるため、ファイバ裸線部からの漏れ光を考慮する必要が生じることも十分考えられる。
【００１６】
本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ファイバ裸線部近傍の漏れ光を低減させることができる発光素子モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の発光素子モジュールは、前記課題を解決するために、光を出射する出射端面を有する発光素子と、光の導波方向に延在するコア部、前記コア部よりも屈折率が低く、前記導波方向に延在して前記コア部の周囲を取り囲むクラッド部、及び前記導波方向に延在して前記クラッド部の周囲を被覆する被覆部を含むファイバ被覆部、並びに、前記光が入射する入射端部を有し、前記被覆部が除去されたファイバ裸線部を有する光ファイバと、前記発光素子が収容された筐体と、を備えた発光素子モジュールであって、前記光ファイバは、マルチモードファイバであり、前記筐体は、前記発光素子の前記出射端面が、前記ファイバ裸線部の前記入射端部と対向するように前記ファイバ裸線部の一部を固定する固定部を備え、前記ファイバ裸線部の一部は、前記固定部において、前記ファイバ裸線部の前記クラッド部よりも屈折率が低い樹脂材料で固定されていることを特徴とする。
【００１８】
前記構成によれば、ファイバ裸線部の一部は、固定部において、ファイバ裸線部のクラッド部よりも屈折率が低い樹脂材料で固定されている。
【００１９】
このため、固定部の近傍では、光ファイバのコア部に導波モードとして結合しなかったクラッドモード光が、ファイバ裸線部のクラッド部の外部に逃げることなく、クラッド部に閉じこめられて導波するため、ファイバ裸線部の漏れ光を固定部の近傍において低減させることができる。よって、ファイバ裸線部近傍の漏れ光を低減させることができる。
【００２０】
また、本発明の発光素子モジュールは、前記構成に加えて、前記樹脂材料の屈折率が、前記光ファイバの前記ファイバ被覆部における被覆部の屈折率よりも高いことが好ましい。
【００２１】
一般に、屈折率が高い程、樹脂材料は硬くなる傾向がある。よって、前記構成によれば、比較的硬い樹脂材料を用いることによって、固定部の強度を高めることができる。
【００２２】
また、本発明の発光素子モジュールは、前記構成に加えて、前記固定部は、前記ファイバ裸線部の前記入射端部側が挿通される挿通口を有する光ファイバ挿通パイプを備えており、前記光ファイバ挿通パイプの前記挿通口の内部には、前記ファイバ裸線部を挿通させた状態で、前記ファイバ裸線部の一部の周囲を前記樹脂材料で封止した樹脂封止部が存在していても良い。
【００２３】
前記構成によれば、ファイバ裸線部の漏れ光を光ファイバ挿通パイプの近傍において低減させると共に、光ファイバ挿通パイプの挿通口の内部においてファイバ裸線部の一部の周囲を樹脂材料で封止して固定することができる。
【００２４】
また、光ファイバ挿通パイプの挿通口の内部においてファイバ裸線部の一部の周囲を樹脂材料で封止して固定する構造なので、特許文献１に記載の半導体レーザモジュールのように、フェルールを用いて固定する場合と比較して、筐体のネック部の大きさを小さくすることができる。
【００２５】
また、本発明の発光素子モジュールは、前記構成に加えて、前記光ファイバ挿通パイプの前記挿通口の内部には、前記ファイバ裸線部を挿通させた状態で、前記ファイバ裸線部の一部の周囲を半田で封止した半田封止部が存在していても良い。
【００２６】
一般に、屈折率が低い樹脂材料は、半田と比較して軟らかく、一方、半田は、金属であり、樹脂材料と比較して熱伝導率が高い。
【００２７】
よって、前記構成によれば、光ファイバ挿通パイプの挿通口の内部において、樹脂封止部と半田封止部とを設け、これらの各部のサイズを適切に設定することにより、挿通口の内部における封止強度を高めつつ、適切な位置でクラッドモード光を閉じ込めると共に、適切な位置で漏れ光を半田に吸収させて放熱させることができる。
【００２８】
また、本発明の発光素子モジュールは、前記構成に加えて、前記固定部は、前記光ファイバ挿通パイプの前記挿通口に挿通された前記ファイバ裸線部の下部において前記筐体の底板上に形成されたマウント部を備えており、前記ファイバ裸線部の一部は、前記マウント部の上部において、前記ファイバ裸線部の前記クラッド部よりも屈折率が低く、前記ファイバ裸線部の一部の周囲を被覆する樹脂材料で固定されていても良い。
【００２９】
前記構成によれば、筐体の底板上に形成されたマウント部の上部において、ファイバ裸線部の一部を樹脂材料で固定しつつ、ファイバ裸線部の漏れ光をマウント部の上部の近傍において低減させることができる。また、これにより、筐体内部の温度上昇を低減させることができるので、発光素子の寿命を延ばすこともできる。
【００３０】
また、本発明の発光素子モジュールは、前記構成に加えて、前記光ファイバの前記ファイバ被覆部は、前記導波方向に延在して前記クラッド部の周囲を被覆するプライマリ被覆層と、前記導波方向に延在して前記プライマリ被覆層を被覆するセカンダリ被覆層を含んでおり、前記プライマリ被覆層の屈折率は、前記ファイバ裸線部の前記クラッド部の屈折率よりも低いことが好ましい。
【００３１】
前記構成によれば、被覆部は、プライマリ被覆層及びセカンダリ被覆層で構成されており、クラッド部に近い方のプライマリ被覆層の屈折率がクラッド部の屈折率よりも小さいため、光ファイバのコア部に導波モードとして結合しなかったクラッドモード光が、クラッド部の外部に逃げることなく、クラッド部の内部に閉じこめられて導波するため、クラッドモード光を筐体から光ファイバの他端まで遠ざけることができる。よって、筐体内部や、光ファイバ挿通パイプの近傍の温度上昇をさらに低減させることができる。また、これにより、筐体内部の温度上昇をより低減させることができるので、発光素子の寿命をさらに延ばすこともできる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の発光素子モジュールは、以上のように、前記光ファイバは、マルチモードファイバであり、前記筐体は、前記発光素子の前記出射端面が、前記ファイバ裸線部の前記入射端部と対向するように前記ファイバ裸線部の一部を固定する固定部を備え、前記ファイバ裸線部の一部は、前記固定部において、前記ファイバ裸線部の前記クラッド部よりも屈折率が低い樹脂材料で固定されている構成である。
【００３３】
それゆえ、ファイバ裸線部近傍の漏れ光を低減させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明における発光素子モジュールの一実施形態の構造を示す断面図である。
【図２】前記発光素子モジュールに関し、固定部の屈折率分布とファイバ被覆部の屈折率分布とを対比して示す説明図であり、（ａ）は、図１又は図３に示すＡ−Ａ’断面（又はＣ−Ｃ’断面）の断面構造（上部）と、その屈折率分布（下部）とを示し、（ｂ）は、図１又は図３に示すＢ−Ｂ’断面の断面構造（上部）と、その屈折率分布（下部）とを示す。
【図３】本発明における発光素子モジュールの他の実施形態の構造を示す断面図である。
【図４】前記発光素子モジュールに関し、光ファイバの入射端面にレーザ光（光線）が入射したときの入射端面における、光線の入射位置とコア中心との距離、及びコア部の中心軸と光線とのなす角と、そのレーザ光の入射後の光パワー分布との関係を示す説明図である。
【図５】（ａ）は、前記発光素子モジュールに関し、光ファイバーの光学的特性に関する計算値を示すデータテーブルであり、（ｂ）は、４種類の樹脂材料の機械的特性を対比した結果を示すデータテーブルである。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明の一実施形態について図１〜図５に基づいて説明すれば、次の通りである。
【００３６】
〔１．ＬＤモジュール１０ａについて〕
まず、図１に基づき、本発明における発光素子モジュールの一実施形態であるＬＤモジュール（発光素子モジュール）１０ａの構造について説明する。図１は、ＬＤモジュール１０ａの構造を示す断面図である。なお、本実施形態では、発光素子モジュールの一形態としてＬＤ（発光素子）１３を備えるレーザダイオードモジュールについて説明するが、これに限られず、本発明は、ＬＥＤを備えるＬＥＤモジュールなどにも適用することができる。
【００３７】
図１に示すように、ＬＤモジュール１０ａは、筐体１１、固定基板１２、ＬＤ１３、マウント（マウント部、固定部）１４、樹脂（樹脂材料，樹脂封止部，固定部）１６ａ、樹脂（樹脂材料，固定部）１６ｂ、及び光ファイバ（マルチモードファイバ）１７を備える。
【００３８】
筐体１１は、ＬＤ１３を収容および固定する機能を有する光素子パッケージであり、筐体１１のネック部としての光ファイバ挿通パイプ（固定部）１１ａ、底板１１ｄ、立板１１ｅなどで構成される。また、筐体１１の底板１１ｄ上に設けられた固定基板１２上には、ＬＤ１３が固定されている。底板１１ｄの材料は、熱伝導率の高い材料であることが好ましく、例えば、銅等が例示できる。なお、立板１１ｅの材料は、例えば、鉄、または、コバール、ステンレス等の鉄を含有する合金である。
【００３９】
光ファイバ挿通パイプ１１ａは、筐体１１の立板１１ｅに設けられ、その立板１１ｅから底板１１ｄに平行な方向に延在している筒状の挿通口１１ｂを有するパイプであって、筐体１１の内部および外部に向かって開口している。また、光ファイバ挿通パイプ１１ａの側面上部には、樹脂１６ａを供給するための供給孔１１ｃが設けられている。なお、本実施形態では、光ファイバ挿通パイプ１１ａに供給孔１１ｃを設けているが、このような光ファイバ挿通パイプ１１ａに限られず、供給孔１１ｃが設けられていない光ファイバ挿通パイプ１１ａであっても良い。また、本実施形態では、光ファイバ挿通パイプ１１ａの側面上部に供給孔１１ｃを設けているが、これに限られず、例えば、光ファイバ挿通パイプ１１ａの側面下部に供給孔１１ｃを設けても良い。
【００４０】
光ファイバ挿通パイプ１１ａの材料は、例えば、コバール、鉄ニッケル合金、鉄、ステンレス等の金属が好ましい。
【００４１】
本実施形態の光ファイバ１７は、ＬＤ１３の使用波長において、コア部１７ａに対して複数の導波モードを導波させるマルチモードファイバであり、ＬＤ１３から出射されたレーザ光Ｌが入射する入射端部をレンズ形状としたレンズ部１７（入射端部）ｅを備える、いわゆるレンズドファイバである。なお、レンズ部１７ｅは、入射するレーザ光（光）Ｌをコア部１７ａに集光するレンズ機能を有しており、ＬＤ１３と光ファイバ１７とはレンズ部１７ｅを介して光学的に接続される。
【００４２】
また、光ファイバ１７は、光ファイバ挿通パイプ１１ａを介して筐体１１内に挿通された後、ＬＤ１３のレーザ光Ｌが出射される出射端面１３ａと、光ファイバ１７のレンズ部１７ｅとが、互いに対向するように配置され、ＬＤ１３との光軸調芯が行われた上で光学的に接続されている。
【００４３】
また、光ファイバ１７は、大きくわけて２つの部分で構成されており、その一方は、筐体１１の外部で、レンズ部１７ｅに入射したレーザ光Ｌの導波方向に延在するファイバ被覆部ＣＡであり、前記導波方向に延在するコア部１７ａ、コア部１７ａの周囲を取り囲み、前記導波方向に延在する第１クラッド部１７ｂ、第１クラッド部１７ｂの周囲を取り囲み、前記導波方向に延在する第２クラッド部（被覆部，プライマリ被覆層）１７ｃ、及び第２クラッド部１７ｃの周囲を取り囲み、前記導波方向に延在する被覆部（セカンダリ被覆層）１７ｄを備える。
【００４４】
一方、光ファイバ１７を構成する２つの部分のうち、もう一方は、前記導波方向に沿って、筐体１１の内部のレンズ部１７ｅの右端から光ファイバ挿通パイプ１１ａの右端開口部まで延在するファイバ裸線部ＣＲＡであり、コア部１７ａ、及び第１クラッド部１７ｂのみからなる被覆（被覆部）が除去された被覆除去部となっている。
【００４５】
また、光ファイバ挿通パイプ１１ａの挿通口１１ｂの内部では、光ファイバ１７のファイバ裸線部ＣＲＡを挿通させた状態で、その周囲を樹脂１６ａで封止して固定している。
【００４６】
これにより、特許文献１に記載の半導体レーザモジュールのように、フェルールを用いて固定する場合と比較して、筐体１１のネック部の大きさを小さくすることができる。
【００４７】
また、筐体１１は、光ファイバ挿通パイプ１１ａの挿通口１１ｂに挿通されたファイバ裸線部ＣＲＡの下部において底板上１１ｄに形成されたマウント１４を備えている。
【００４８】
さらに、マウント１４の上部において、光ファイバ１７のファイバ裸線部ＣＲＡの一部は、ファイバ裸線部ＣＲＡの周囲を被覆する樹脂１６ｂで固定されている。
【００４９】
次に、図２（ａ）及び（ｂ）に基づき、光ファイバ１７、樹脂１６ａ、及び樹脂１６ｂの断面構造及びその屈折率分布について説明する。
【００５０】
図２（ａ）は、図１に示すＡ−Ａ’断面（又はＣ−Ｃ’断面）の断面構造（上部）と、その屈折率分布（下部）とを示している。また、図２（ｂ）は、図１に示すＢ−Ｂ’断面の断面構造（上部）と、その屈折率分布（下部）とを示している。
【００５１】
図２（ａ）及び（ｂ）に示す屈折率分布の縦軸は、屈折率ｎの大きさであり、屈折率ｎ１〜ｎ５は、それぞれ、光ファイバ１７のコア部１７ａ、第１クラッド部１７ｂ、樹脂１６ａ（又は樹脂１６ｂ）、第２クラッド部１７ｃ、及び被覆部１７ｄの屈折率の大小関係を模式的に示している。
【００５２】
図２（ａ）及び（ｂ）に示すコア部１７ａのコア径ｄ１は、１０５μｍであり、第１クラッド部１７ｂの第１クラッド径ｄ２は、１２５μｍであり、被覆部１７ｄの被覆部外径ｄ４は、２５０μｍである。なお、第２クラッド部１７ｃの第２クラッド径ｄ３は、任意である。
【００５３】
次に、本実施形態では、コア部１７ａの屈折率ｎ１は、１．４６５、第１クラッド部１７ｂの屈折率ｎ２は、１．４５０、樹脂１６ａ及び樹脂１６ｂの屈折率ｎ３は、１．４０、第２クラッド部１７ｃの屈折率ｎ４は、１．３８である。なお、被覆部１７ｄは、ＵＶ（Ultra Violet）硬化樹脂で構成され、屈折率ｎ５は、本実施形態では、１．５〜１．６であるが、その値は、任意である（すなわち、屈折率ｎ５＞屈折率ｎ４であっても、第１クラッド部１７ｂによる光の閉じ込めへの影響は十分に小さい）。また、屈折率ｎ１、ｎ２（場合によっては、ｎ４）は、石英（二酸化珪素：ＳｉＯ２）を基材とする場合、石英に対するドーパントの種類及びその添加量によって決まる。なお、屈折率ｎ１〜ｎ５のそれぞれの値は、上述した数値に限られず、以下で説明する条件を満たしていれば良い。
【００５４】
図２（ａ）に示すように、光ファイバ挿通パイプ１１ａ近傍の光ファイバ１７のファイバ裸線部ＣＲＡにおけるＡ−Ａ’断面の屈折率分布では、屈折率ｎ１＞屈折率ｎ２＞屈折率ｎ３の関係が成り立っている。すなわち、樹脂１６ａの屈折率ｎ３は、第１クラッド部１７ｂの屈折率ｎ２よりも低くなっている。
【００５５】
これにより、ファイバ裸線部ＣＲＡの漏れ光を光ファイバ挿通パイプ１１ａの近傍において低減させると共に、光ファイバ挿通パイプ１１ａの挿通口１１ｂの内部においてファイバ裸線部ＣＲＡの一部の周囲を樹脂１６ｂで封止して固定することができる。
【００５６】
また、同様に、マウント１４の上部の近傍の光ファイバ１７のファイバ裸線部ＣＲＡにおけるＣ−Ｃ’断面の屈折率分布では、屈折率ｎ１＞屈折率ｎ２＞屈折率ｎ３の関係が成り立っている。すなわち、樹脂１６ｂの屈折率ｎ３は、第１クラッド部１７ｂの屈折率ｎ２よりも低くなっている。なお、本実施形態では、樹脂１６ａと樹脂１６ｂとを同じ樹脂材料としているので、その屈折率も共通しているが、樹脂１６ａと樹脂１６ｂとを異なる樹脂材料で構成しても良いし、屈折率も共通していなくても良い。
【００５７】
これにより、筐体１１の底板１１ｄ上に形成されたマウント１４の上部において、ファイバ裸線部ＣＲＡの一部を樹脂材料で固定しつつ、ファイバ裸線部ＣＲＡの漏れ光をマウント１４の上部の近傍において低減させることができる。また、これにより、筐体１１の内部の温度上昇を低減させることができるので、ＬＤ１３の寿命を延ばすこともできる。
【００５８】
また、図２（ｂ）に示すように、光ファイバ１７のファイバ被覆部ＣＡにおけるＢ−Ｂ’断面の屈折率分布では、屈折率ｎ５＞屈折率ｎ１＞屈折率ｎ２＞屈折率ｎ４の関係が成り立っている。すなわち、第２クラッド部１７ｃの屈折率ｎ４は、第１クラッド部１７ｂの屈折率ｎ２よりも低くなっている。
【００５９】
これにより、第１クラッド部１７ｂの周囲にある第２クラッド部１７ｃの屈折率ｎ４が第１クラッド部１７ｂの屈折率ｎ２よりも小さいため、光ファイバ１７のコア部１７ａに導波モードとして結合しなかったクラッドモード光が、第１クラッド部１７ｂの外部に逃げることなく、第１クラッド部１７ｂの内部に閉じこめられて導波するため、クラッドモード光を筐体１１から光ファイバ１７の他端（例えば、融着点）まで遠ざけることができる。よって、筐体１１の内部や、光ファイバ挿通パイプ１１ａの近傍の温度上昇を低減させることができる。また、これにより、筐体１１の内部の温度上昇を低減させることができるので、ＬＤ１３の寿命を延ばすこともできる。
【００６０】
なお、本実施形態では、また、屈折率ｎ３＞屈折率ｎ４となっている。一般に、屈折率が高い程、樹脂材料は硬くなる傾向がある。よって、屈折率ｎ３＞屈折率ｎ４であれば、樹脂１６ａは、第２クラッド部１７ｃよりも硬いと考えられるので、光ファイバ挿通パイプ１１ａの挿通口１１ｂの強度を高めることができる。また、屈折率ｎ３＞屈折率ｎ４であれば、樹脂１６ａの樹脂材料として、光ファイバ１７のファイバ被覆部ＣＡの第２クラッド部１７ｃよりは屈折率が高い樹脂材料を使うことで、ファイバピグテール部分で漏れる成分を、先に光ファイバ挿通パイプ１１ａの近傍で漏らしておくことができる。しかしながら、樹脂１６ｃの屈折率ｎ３と、第２クラッド部１７ｃの屈折率ｎ４の大小関係は任意であり、屈折率ｎ３≦屈折率ｎ４であっても良い。また、本実施形態では、屈折率ｎ４＜屈折率ｎ５となっているが、被覆部１７ｄの屈折率ｎ５の大きさは任意であり、屈折率ｎ４≧屈折率ｎ５であっても良い。
【００６１】
ＬＤ１３は、ＬＤチップであり、外部から筐体１１内に挿入されたリード（不図示）に、配線を介して接続されている。
【００６２】
以上で説明したように、本実施形態のＬＤモジュール１０ａでは、ファイバ裸線部ＣＲＡの一部は、光ファイバ挿通パイプ１１ａの挿通口１１ｂ内部、及び／又はマウント１４の上部において、第１クラッド部１７ｂよりも屈折率が低い樹脂１６ａ、及び／又は樹脂１６ｂで固定されている。
【００６３】
このため、光ファイバ挿通パイプ１１ａ、及び／又はマウント１４の上部の近傍では、光ファイバ１７のコア部１７ａに導波モードとして結合しなかったクラッドモード光が、ファイバ裸線部ＣＲＡの第１クラッド部１７ｂの外部に逃げることなく、第１クラッド部１７ｂに閉じこめられて導波するため、ファイバ裸線部ＣＲＡの漏れ光を光ファイバ挿通パイプ１１ａ、及び／又はマウント１４の上部の近傍において低減させることができる。よって、ファイバ裸線部ＣＲＡの近傍の漏れ光を低減させることができる。
【００６４】
なお、上述した各部材は、前記以外の形状、構造、大きさ等について特に制限はなく、ＬＤモジュール１０ａの用途、目的に応じて、適宜選択することができる。
【００６５】
〔２．ＬＤモジュール１０ｂについて〕
次に、図３に基づき、本発明における発光素子モジュールの他の実施形態であるＬＤモジュール（発光素子モジュール）１０ｂの構造について説明する。図３は、ＬＤモジュール１０ａの構造を示す断面図である。
【００６６】
なお、ＬＤモジュール１０ｂは、以下で説明する構成以外は、上述したＬＤモジュール１０ａと同じである。
【００６７】
本実施形態のＬＤモジュール１０ｂでは、光ファイバ１７のレーザ光Ｌが入射する入射端部は、通常の入射端面（入射端部）１７ｆとなっており、ＬＤ１３と光ファイバ１７とが、結合光学系１５を介して光学的に結合されている点がＬＤモジュール１０ａと異なっている。なお、結合光学系は、必要に応じてレンズやミラーなどの単一又は複数の光学素子で適宜構成すれば良い。
【００６８】
また、本実施形態のＬＤモジュール１０ｂでは、光ファイバ挿通パイプ１１ａの挿通口１１ｂ内部において、ファイバ裸線部ＣＲＡの一部が、樹脂（樹脂材料、樹脂封止部、固定部）１６ｃ及び半田（半田封止部）１８によって封止して固定されている点がＬＤモジュール１０ａと異なっている。なお、樹脂１６ｃに関する説明は、上述した樹脂１６ａと同様なので、その説明は省略する。
【００６９】
一般に、屈折率が低い樹脂材料は、半田と比較して軟らかく、一方、半田は、金属であり、樹脂材料と比較して熱伝導率が高い。
【００７０】
よって、ＬＤモジュール１０ｂによれば、光ファイバ挿通パイプ１１ａの挿通口１１ｂの内部において、樹脂１６ｃと半田１８とを設け、これらのサイズを適切に設定することにより、挿通口１１ｂの内部における封止強度を高めつつ、適切な位置でクラッドモード光を閉じ込めると共に、適切な位置で漏れ光を半田１８に吸収させて放熱させることができる。
【００７１】
以上で説明したように、本実施形態のＬＤモジュール１０ｂでは、ファイバ裸線部ＣＲＡの一部は、光ファイバ挿通パイプ１１ａの挿通口１１ｂ内部、及び／又はマウント１４の上部において、第１クラッド部１７ｂよりも屈折率が低い樹脂１６ｃ、及び／又は樹脂１６ｂで固定されている。
【００７２】
このため、光ファイバ挿通パイプ１１ａ、及び／又はマウント１４の上部の近傍では、光ファイバ１７のコア部１７ａに導波モードとして結合しなかったクラッドモード光が、ファイバ裸線部ＣＲＡの第１クラッド部１７ｂの外部に逃げることなく、第１クラッド部１７ｂに閉じこめられて導波するため、ファイバ裸線部ＣＲＡの漏れ光を光ファイバ挿通パイプ１１ａ、及び／又はマウント１４の上部の近傍において低減させることができる。よって、ファイバ裸線部ＣＲＡの近傍の漏れ光を低減させることができる。
【００７３】
なお、上述した各部材は、前記以外の形状、構造、大きさ等について特に制限はなく、ＬＤモジュール１０ｂの用途、目的に応じて、適宜選択することができる。
【００７４】
〔３．光ファイバ１７に入射したレーザ光Ｌの光パワー分布について〕
次に、図４に基づき、光ファイバ１７にレーザ光Ｌを入射させたときの光パワー分布について説明する。
【００７５】
図４に示す横軸は、ＬＤモジュール１０ｂにおける光ファイバ１７の入射端面１７ｆにレーザ光Ｌ（光線）が入射したときの入射端面１７ｆにおける、光線の入射位置とコア部１７ａのコア中心（中心軸Ｏ）との距離ｄを示し、横軸は、中心軸Ｏと光線とのなす角θを示している。
【００７６】
また、光パワー分布曲線Ｉ１及び光パワー分布曲線Ｉ２は、それぞれ、紙面に対して裏側から表側に向かう向きを、光パワーの値が正であるとしたときの、レーザ光Ｌの光パワー分布を概念的に示す模式図である。
【００７７】
次に、光パワー成分存在領域ＲＡは、コア部１７ａと第１クラッド部１７ｂとの屈折率差で定められる全反射条件によって、コア部１７ａを伝播する光線の光軸に対する角度には上限が定まるため（ここでは半値約８度）、この上限の角度よりも光線の角度θが小さいという条件と、距離ｄが、コア径ｄ１の１／２より小さいという条件を満足するレーザ光Ｌの光パワー成分の存在領域である。なお、前記上限の角度は、臨界角の余角（９０度−臨界角）であり、伝播する最大角度、若しくは伝播最大角とでも呼ぶべきであるが、煩雑なため、以下、単に「最大角」と呼ぶ。
【００７８】
光パワー成分存在領域ＲＢは、第１クラッド部１７ｂと樹脂１６ａ（樹脂１６ｂ又は樹脂１６ｃ）との屈折率差で定められる最大角（半値約１５度）よりも角度θが小さいという条件と、距離ｄが、第１クラッド径ｄ２の１／２より小さいという条件を満足するレーザ光Ｌの光パワー成分の存在領域である。
【００７９】
光パワー成分存在領域ＲＣは、コア部１７ａと樹脂１６ａ（樹脂１６ｂ又は樹脂１６ｃ）との屈折率差で定められるコア部１７ａ内に換算した見かけ上の最大角（半値約１７度）よりも角度θが小さいという条件と、距離ｄが、コア径ｄ１の１／２より小さいという条件を満足するレーザ光Ｌの光パワー成分の存在領域である。なお、レーザ光Ｌは、コア部１７ａと第１クラッド部１７ｂとの界面で屈折した上で樹脂１６ａ（樹脂１６ｂ又は樹脂１６ｃ）に入射するので、コア部１７ａ内に換算した見かけ上の最大角は、大きくなる。
【００８０】
光パワー成分存在領域ＲＤは、エアクラッドで閉じ込められる最大角（半値約４７度）よりも角度θが小さいという条件と、距離ｄが、第１クラッド径ｄ２の１／２より小さいという条件を満足するレーザ光Ｌの光パワー成分の存在領域である。なお、エアクラッドで閉じ込められる最大角は、コア部１７ａに入ったものも、第１クラッド部１７ｂ入ったものも大差はない。
【００８１】
光パワー成分存在領域ＲＡは、コア部１７ａと第１クラッド部１７ｂとの屈折率差によって全反射条件を満たす導波モードとして伝播する光（コアモード光）の光パワー成分が存在し、レーザ光Ｌの全光パワーの９５〜９９％程度が含まれている。よって、仮に、樹脂１６ａ〜樹脂１６ｃの屈折率ｎ３が、第１クラッド部１７ｂの屈折率ｎ２よりも高い場合、１％〜５％程度の光パワー成分が、第１クラッド部１７ｂからの漏れ光となり、発熱などの原因となると考えられる。
【００８２】
光パワー成分存在領域ＲＢ及び光パワー成分存在領域ＲＣは、第１クラッド部１７ｂと第２クラッド部１７ｃとの屈折率差、又は第１クラッド部１７ｂと樹脂１６ａ〜樹脂１６ｃとの屈折率差によって全反射条件を満たす導波モードとして伝播する光（クラッドモード光）の光パワー成分が存在し、レーザ光Ｌの全光パワーの１％〜５％程度の光パワー成分が、含まれる可能性がある。よって、上述したＬＤモジュール１０ａ及びＬＤモジュール１０ｂによれば、レーザ光Ｌの全光パワーの１％〜５％程度の光パワー成分が、第１クラッド部１７ｂからの漏れ光となり、発熱などを引き起こすことを回避することができる。
【００８３】
光パワー成分存在領域ＲＤは、ファイバ裸線部ＣＲＡの外が空気であれば閉じ込められるが、市販の低屈折率樹脂でも閉じ込められない光パワー成分が存在する領域である。なお、適正な光学系であれば、１％程度よりはるかに少ない光パワー成分しか含まれないと考えられる。
【００８４】
以上より、コア部１７ａへの結合効率が９９％であっても、レーザ光Ｌの出力パワーが１００Ｗであれば、ファイバ裸線部ＣＲＡから１Ｗもの漏れ光が生じることになり、発熱が無視できないことがわかる。
【００８５】
〔４．光ファイバ１７の光学的特性について〕
次に、図５（ａ）に基づき、光ファイバ１７の光学的特性について計算を行った結果について説明する。
【００８６】
データＡは、光ファイバ１７のコア部１７ａ（コア）の屈折率ｎ１を１．４６５、第１クラッド部１７ｂ（第１クラッド）の屈折率ｎ２を１．４５０、樹脂１６ａ〜樹脂１６ｃ（第２クラッド）の屈折率ｎ３を１．４００に設定したときの光ファイバ１７の光学的特性に関する計算値データを示す。
【００８７】
一方、データＢは、屈折率ｎ１を１．４６５、屈折率ｎ２を１．４５０、第２クラッド部１７ｃ（第２クラッド）の屈折率ｎ４を１．３８０に設定したときの光ファイバ１７の光学的特性に関する計算値データを示す。
【００８８】
まず、光ファイバ１７の入射端面１７ｆの外での開口数ＮＡは、データＡ及びＢのいずれも０．２１１となる。また、コア部１７ａ−第１クラッド部１７ｂ間における最大角は、データＡ及びＢのいずれも８．２１となる。
【００８９】
さらに、コア部１７ａ−第２クラッド部１７ｃ（又は樹脂１６ａ〜樹脂１６ａ）間におけるコア部１７ａ内での最大角相当は、データＡでは、１７．１３、データＢでは、１９．６１となる。なお、「最大角相当」とは、第２クラッド部１７ｃ（又は樹脂１６ａ〜樹脂１６ａ）でぎりぎり閉じ込められることになる成分のコア部１７ａ内での角度のことであり、第１クラッド部１７ｂの屈折率ｎ２には依存しない角度である。
【００９０】
なお、データＡ及びＢが示す結果より、光ファイバ１７のファイバ裸線部ＣＲＡの周りの被覆部（第２クラッド）の材料としてコア部１７ａより屈折率の高い樹脂材料を使う場合と比較して、かなり角度θが大きい成分まで閉じ込めることができることがわかる。
【００９１】
〔５．樹脂材料の機械的特性について〕
次に、図５（ｂ）に基づき、４種類の樹脂材料の機械的特性を対比した結果について説明する。
【００９２】
樹脂１は、第２クラッド部１７ｃの樹脂材料として使用する樹脂である。一方、樹脂２〜３のそれぞれは、樹脂１６ａ〜樹脂１６ｃのいずれかの樹脂材料として使用する樹脂である。
【００９３】
図５（ｂ）に示すように、樹脂１の屈折率は、１．３８であり、第１クラッド部１７ｂの屈折率ｎ２の１．４５０より小さいという条件を満たしている。また、樹脂１のヤング率は、６２．５×１０７Ｐａであり、他の樹脂と比較して小さく、また、ショアＤ硬度も２５と、極端に小さい。これは、樹脂１は、光ファイバ１７のファイバ被覆部ＣＡ、すなわち、ＬＤモジュール１０ａ又はＬＤモジュール１０ｂのファイバピグテール部の構成材料であるから、柔らかい樹脂材料であることが好ましいからである。
【００９４】
次に、樹脂２、３、及び４の屈折率は、それぞれ、１．４０３、１．４０３、及び１．４３であり、第１クラッド部１７ｂの屈折率ｎ２の１．４５０より小さいという条件を満たしている。また、樹脂２、３、及び４のヤング率は、それぞれ、９３．６×１０７Ｐａ、９０．６×１０７Ｐａ、及び１１６×１０７Ｐａであり、樹脂１と比較して大きく、また、ショアＤ硬度も、それぞれ、６２、６４、及び６８と、樹脂１と比較して極端に大きい。これは、樹脂２、３、及び４は、光ファイバ１７のファイバ裸線部ＣＲＡの一部を固定するための構成材料であるから、硬い樹脂材料であることが好ましいからである。
【００９５】
また、樹脂１の４０℃における線膨張率は、３８５×１０−６／℃であり、他の樹脂と比較して大きく、樹脂２、３、及び４の線膨張率は、それぞれ、２３５×１０−６／℃、２１８×１０−６／℃、及び１８１×１０−６／℃であり、樹脂１と比較して小さい。
【００９６】
よって、光ファイバ１７のファイバ裸線部ＣＲＡの一部を固定するための構成材料は、線膨張率が小さいことが好ましいが、線膨張率の観点からも樹脂２〜３は、樹脂１と比較して好適な樹脂材料であることが分かる。
【００９７】
〔６．ＬＤモジュールの製造方法について〕
次に、図１及び３に基づき、上述したＬＤモジュール１０ａ又は１０ｂの製造方法の一例を、以下に示す。
【００９８】
まず、マウント１４を半田等で底板１１ｄ上に固定し、固定基板１２及びＬＤ１３を半田等で固定する。ＬＤ１３は事前に半田等で固定基板１２に固定されていても良いし、また、ＬＤ１３と固定基板１２との間で事前にワイヤボンディング等が行われていても良い。
【００９９】
次に、筐体１１の内部から外部へ貫通しているリードピン（不図示）と固定基板１２との間で電気的な配線を行う。この配線は、ワイヤボンディングで行うことが好ましい。
【０１００】
また、光ファイバ挿通パイプ１１ａの挿通口１１ｂに光ファイバ１７のファイバ裸線部ＣＲＡを挿通し、ＬＤ１３に対して直接（例えば、ＬＤモジュール１０ａの場合）、或いは、結合光学系１５を介して（例えば、ＬＤモジュール１０ａの場合）、調心して、固定する。
【０１０１】
さらに、光ファイバ挿通パイプ１１ａの挿通口１１ｂに樹脂１６ａを充填（例えば、ＬＤモジュール１０ａの場合）、或いは、樹脂１６ａの代わりに半田１８を充填して封止及び補強する。また、半田１８で封止した後で、さらに樹脂１６ｃを充填して補強しても良い（例えば、ＬＤモジュール１０ｂの場合）。
【０１０２】
なお、樹脂１６ａ又は樹脂１６ｃの材料として、ＵＶ硬化樹脂を使う場合、硬化前の樹脂１６ａ又は樹脂１６ｃを充填して、ＵＶ照射を行えば良い。また、半田１８を充填する場合は、光ファイバ挿通パイプ１１ａを高周波誘導加熱によって加熱して半田１８を溶融させることが好ましいが、ヒーターによって光ファイバ挿通パイプ１１ａを加熱して半田１８を溶融させてもよい。必要に応じてさらに光ファイバ挿通パイプ１１ａの外側をゴムブーツなどで補強することが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明は、例えば光通信システムに用いる発光素子モジュールとして利用することができる。
【符号の説明】
【０１０４】
１０ａ，１０ｂ ＬＤモジュール（発光素子モジュール）
１１ 筐体
１１ａ 光ファイバ挿通パイプ（固定部）
１１ｂ 挿通口
１１ｃ 供給孔
１１ｄ 底板
１１ｅ 立板
１２ 固定基板
１３ ＬＤ（発光素子）
１３ａ 出射端面
１４ マウント（マウント部，固定部）
１５ 結合光学系
１６ａ 樹脂（樹脂材料，樹脂封止部，固定部）
１６ｂ 樹脂（樹脂材料，固定部）
１６ｃ 樹脂（樹脂材料，樹脂封止部，固定部）
１７ 光ファイバ（マルチモードファイバ）
１７ａ コア部
１７ｂ 第１クラッド部（クラッド部）
１７ｃ 第２クラッド部（被覆部，プライマリ被覆層）
１７ｄ 被覆部（セカンダリ被覆層）
１７ｅ レンズ部（入射端部）
１７ｆ 入射端面（入射端部）
１８ 半田（半田封止部）
ＣＡ ファイバ被覆部
ＣＲＡ ファイバ裸線部
θ 角度
ｄ 距離
ｄ１ コア径
ｄ２ 第１クラッド径
ｄ３ 第２クラッド径
ｄ４ 被覆部外径
Ｉ１，Ｉ２ 光パワー分布曲線
Ｌ レーザ光（光）
ｎ，ｎ１〜ｎ５ 屈折率
Ｏ 中心軸
ＲＡ，ＲＢ，ＲＣ，ＲＤ 光パワー成分存在領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバを備えた発光素子モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的な発光素子モジュールは、筐体内に収容された発光素子（ＬＤ：Laser diodeまたはＬＥＤ：light-emitting diode）の出射端面と、光ファイバの一端（以下、「入射端」と呼称）とが、筐体内で互いに対向するように配置され、この光ファイバの他端（以下「出射端」と呼称）側が、筐体のネック部から筐体外に引き出された構造を有している。発光素子としてＬＤを備えた発光素子モジュールは、ＬＤモジュールなどと呼ばれ、発光素子としてＬＥＤを備えた発光モジュールは、ＬＥＤモジュールなどと呼ばれる。
【０００３】
従来のＬＤモジュール又はＬＥＤモジュールおいては、光ファイバの入射端からネック部までが、その被覆が除去されたファイバ裸線部となっている。このため、このファイバ裸線部から漏れ光が生じ、筐体内部やネック部近傍の局所的な温度上昇を招来してしまい、ＬＤ又はＬＥＤを所定の温度で動作させることが困難になるという問題がある。このような問題点に関する従来技術として、特許文献１に開示された半導体レーザモジュールがある。
【０００４】
この半導体レーザモジュールでは、シングルモードファイバのクラッド部の周囲を被覆する被覆部や、内側クラッド部の周囲を取り囲む外側クラッド部の屈折率を、内側クラッド部の屈折率よりも低くしている。
【０００５】
これにより、シングルモードファイバのクラッド部を導波するクラッドモード光をクラッド部に閉じ込めて筐体から遠ざけ、筐体内部やネック部近傍の局所的な温度上昇が防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−５１１６６号公報（２００１年２月２３日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本願発明者らは、特許文献１に記載された半導体レーザモジュールについて、筐体内部やネック部近傍の温度上昇を防止する観点から十分な構造となっているかを検討したところ、以下のような問題点が存在していることを見出した。
【０００８】
すなわち、特許文献１に記載された半導体レーザモジュールでは、ネック部近傍において、ファイバ裸線部の周囲が光ファイバのクラッド部よりも屈折率が高い接着剤で固定されているため、ファイバ裸線部から漏れ光が生じ易く、その結果、筐体内部やネック部近傍の温度が上昇し易いという問題があった。
【０００９】
なお、特許文献１に記載された接着剤の屈折率がファイバ裸線部のクラッド部の屈折率よりも高いことは、クラッド部の外部に放出される光が接着剤に吸収されるとの記載があることから明らかである。
【００１０】
次に、本願発明者らは、特許文献１では、光ファイバの外部に放出される光のほとんどが、光ファイバのレーザ光の入射端面から５ｃｍまでの間で放出されていると認識しているのにも関わらず、何故、上述したように、ファイバ裸線部からの漏れ光が考慮されていないのかについて検討した。
【００１１】
まず、特許文献１では、光ファイバが、シングルモードファイバであることが前提となっているが、シングルモードファイバのＬＤとの結合効率は、高くても７０％程度であり、マルチモードファイバのＬＤとの結合効率が９０％〜９５％程度であることと比較してかなり小さい。
【００１２】
また、シングルモードファイバよりもマルチモードファイバの方が、コア部に結合しなかった光がクラッド部に結合する確率が高いので、例えば、出力パワーが１０Ｗ程度のハイパワーＬＤを用いた場合、約０．５Ｗ〜１Ｗのレーザ光がクラッド部に結合する場合がある。したがって、マルチモードファイバの方が、ファイバ裸線部からの漏れ光はかなり大きいと考えられる一方、特許文献１で想定されているＬＤの出力パワーは、３００ｍＷ程度であり、シングルモードファイバを前提としているので、ファイバ裸線部からの漏れ光は、比較的小さいと考えられる。
【００１３】
したがって、特許文献１で前提となっているシングルモードファイバにおいて、想定されている３００ｍＷ程度の出力パワーのＬＤでは、ファイバ裸線部からの漏れ光は、あまり問題とならないため、特許文献１では、ファイバ裸線部からの漏れ光という問題点に想到できなかったものと考えられる。
【００１４】
また、将来的にＬＤ若しくはＬＥＤの出力パワーがどんどん増大していった場合、何らかのトラブルにより、ＬＤ若しくはＬＥＤと光ファイバとの結合効率が激変するなどして、ファイバ裸線部から大きな漏れ光が発生すると、筐体のネック部近傍の焼損が生じたり、外部に漏れた光が周辺へ悪影響を及ぼしたりする可能性もあり、安全性の確保の観点からもファイバ裸線部からの大きな漏れ光を処理する必要性が高くなると考えられる。
【００１５】
なお、ＬＥＤの出力パワーは、ＬＤと比較して将来的にそれほど大きく増大するとは思われないが、ＬＥＤの出射端面から出射される光の拡がり角は、ＬＤと比較して大きくなりがちである。よって、ＬＥＤと光ファイバとを光学的に結合する場合、コア部に結合しなかった光がクラッド部に結合する確率が高くなりがちであると考えられるため、ファイバ裸線部からの漏れ光を考慮する必要が生じることも十分考えられる。
【００１６】
本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ファイバ裸線部近傍の漏れ光を低減させることができる発光素子モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の発光素子モジュールは、前記課題を解決するために、光を出射する出射端面を有する発光素子と、光の導波方向に延在するコア部、前記コア部よりも屈折率が低く、前記導波方向に延在して前記コア部の周囲を取り囲むクラッド部、及び前記導波方向に延在して前記クラッド部の周囲を被覆する被覆部を含むファイバ被覆部、並びに、前記光が入射する入射端部を有し、前記被覆部が除去されたファイバ裸線部を有する光ファイバと、前記発光素子が収容された筐体と、を備えた発光素子モジュールであって、前記光ファイバは、マルチモードファイバであり、前記筐体は、前記発光素子の前記出射端面が、前記ファイバ裸線部の前記入射端部と対向するように前記ファイバ裸線部の一部を固定する固定部を備え、前記ファイバ裸線部の一部は、前記固定部において、前記ファイバ裸線部の前記クラッド部よりも屈折率が低い樹脂材料で固定されていることを特徴とする。
【００１８】
前記構成によれば、ファイバ裸線部の一部は、固定部において、ファイバ裸線部のクラッド部よりも屈折率が低い樹脂材料で固定されている。
【００１９】
このため、固定部の近傍では、光ファイバのコア部に導波モードとして結合しなかったクラッドモード光が、ファイバ裸線部のクラッド部の外部に逃げることなく、クラッド部に閉じこめられて導波するため、ファイバ裸線部の漏れ光を固定部の近傍において低減させることができる。よって、ファイバ裸線部近傍の漏れ光を低減させることができる。
【００２０】
また、本発明の発光素子モジュールは、前記構成に加えて、前記樹脂材料の屈折率が、前記光ファイバの前記ファイバ被覆部における被覆部の屈折率よりも高いことが好ましい。
【００２１】
一般に、屈折率が高い程、樹脂材料は硬くなる傾向がある。よって、前記構成によれば、比較的硬い樹脂材料を用いることによって、固定部の強度を高めることができる。
【００２２】
また、本発明の発光素子モジュールは、前記構成に加えて、前記固定部は、前記ファイバ裸線部の前記入射端部側が挿通される挿通口を有する光ファイバ挿通パイプを備えており、前記光ファイバ挿通パイプの前記挿通口の内部には、前記ファイバ裸線部を挿通させた状態で、前記ファイバ裸線部の一部の周囲を前記樹脂材料で封止した樹脂封止部が存在していても良い。
【００２３】
前記構成によれば、ファイバ裸線部の漏れ光を光ファイバ挿通パイプの近傍において低減させると共に、光ファイバ挿通パイプの挿通口の内部においてファイバ裸線部の一部の周囲を樹脂材料で封止して固定することができる。
【００２４】
また、光ファイバ挿通パイプの挿通口の内部においてファイバ裸線部の一部の周囲を樹脂材料で封止して固定する構造なので、特許文献１に記載の半導体レーザモジュールのように、フェルールを用いて固定する場合と比較して、筐体のネック部の大きさを小さくすることができる。
【００２５】
また、本発明の発光素子モジュールは、前記構成に加えて、前記光ファイバ挿通パイプの前記挿通口の内部には、前記ファイバ裸線部を挿通させた状態で、前記ファイバ裸線部の一部の周囲を半田で封止した半田封止部が存在していても良い。
【００２６】
一般に、屈折率が低い樹脂材料は、半田と比較して軟らかく、一方、半田は、金属であり、樹脂材料と比較して熱伝導率が高い。
【００２７】
よって、前記構成によれば、光ファイバ挿通パイプの挿通口の内部において、樹脂封止部と半田封止部とを設け、これらの各部のサイズを適切に設定することにより、挿通口の内部における封止強度を高めつつ、適切な位置でクラッドモード光を閉じ込めると共に、適切な位置で漏れ光を半田に吸収させて放熱させることができる。
【００２８】
また、本発明の発光素子モジュールは、前記構成に加えて、前記固定部は、前記光ファイバ挿通パイプの前記挿通口に挿通された前記ファイバ裸線部の下部において前記筐体の底板上に形成されたマウント部を備えており、前記ファイバ裸線部の一部は、前記マウント部の上部において、前記ファイバ裸線部の前記クラッド部よりも屈折率が低く、前記ファイバ裸線部の一部の周囲を被覆する樹脂材料で固定されていても良い。
【００２９】
前記構成によれば、筐体の底板上に形成されたマウント部の上部において、ファイバ裸線部の一部を樹脂材料で固定しつつ、ファイバ裸線部の漏れ光をマウント部の上部の近傍において低減させることができる。また、これにより、筐体内部の温度上昇を低減させることができるので、発光素子の寿命を延ばすこともできる。
【００３０】
また、本発明の発光素子モジュールは、前記構成に加えて、前記光ファイバの前記ファイバ被覆部は、前記導波方向に延在して前記クラッド部の周囲を被覆するプライマリ被覆層と、前記導波方向に延在して前記プライマリ被覆層を被覆するセカンダリ被覆層を含んでおり、前記プライマリ被覆層の屈折率は、前記ファイバ裸線部の前記クラッド部の屈折率よりも低いことが好ましい。
【００３１】
前記構成によれば、被覆部は、プライマリ被覆層及びセカンダリ被覆層で構成されており、クラッド部に近い方のプライマリ被覆層の屈折率がクラッド部の屈折率よりも小さいため、光ファイバのコア部に導波モードとして結合しなかったクラッドモード光が、クラッド部の外部に逃げることなく、クラッド部の内部に閉じこめられて導波するため、クラッドモード光を筐体から光ファイバの他端まで遠ざけることができる。よって、筐体内部や、光ファイバ挿通パイプの近傍の温度上昇をさらに低減させることができる。また、これにより、筐体内部の温度上昇をより低減させることができるので、発光素子の寿命をさらに延ばすこともできる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の発光素子モジュールは、以上のように、前記光ファイバは、マルチモードファイバであり、前記筐体は、前記発光素子の前記出射端面が、前記ファイバ裸線部の前記入射端部と対向するように前記ファイバ裸線部の一部を固定する固定部を備え、前記ファイバ裸線部の一部は、前記固定部において、前記ファイバ裸線部の前記クラッド部よりも屈折率が低い樹脂材料で固定されている構成である。
【００３３】
それゆえ、ファイバ裸線部近傍の漏れ光を低減させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明における発光素子モジュールの一実施形態の構造を示す断面図である。
【図２】前記発光素子モジュールに関し、固定部の屈折率分布とファイバ被覆部の屈折率分布とを対比して示す説明図であり、（ａ）は、図１又は図３に示すＡ−Ａ’断面（又はＣ−Ｃ’断面）の断面構造（上部）と、その屈折率分布（下部）とを示し、（ｂ）は、図１又は図３に示すＢ−Ｂ’断面の断面構造（上部）と、その屈折率分布（下部）とを示す。
【図３】本発明における発光素子モジュールの他の実施形態の構造を示す断面図である。
【図４】前記発光素子モジュールに関し、光ファイバの入射端面にレーザ光（光線）が入射したときの入射端面における、光線の入射位置とコア中心との距離、及びコア部の中心軸と光線とのなす角と、そのレーザ光の入射後の光パワー分布との関係を示す説明図である。
【図５】（ａ）は、前記発光素子モジュールに関し、光ファイバーの光学的特性に関する計算値を示すデータテーブルであり、（ｂ）は、４種類の樹脂材料の機械的特性を対比した結果を示すデータテーブルである。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明の一実施形態について図１〜図５に基づいて説明すれば、次の通りである。
【００３６】
〔１．ＬＤモジュール１０ａについて〕
まず、図１に基づき、本発明における発光素子モジュールの一実施形態であるＬＤモジュール（発光素子モジュール）１０ａの構造について説明する。図１は、ＬＤモジュール１０ａの構造を示す断面図である。なお、本実施形態では、発光素子モジュールの一形態としてＬＤ（発光素子）１３を備えるレーザダイオードモジュールについて説明するが、これに限られず、本発明は、ＬＥＤを備えるＬＥＤモジュールなどにも適用することができる。
【００３７】
図１に示すように、ＬＤモジュール１０ａは、筐体１１、固定基板１２、ＬＤ１３、マウント（マウント部、固定部）１４、樹脂（樹脂材料，樹脂封止部，固定部）１６ａ、樹脂（樹脂材料，固定部）１６ｂ、及び光ファイバ（マルチモードファイバ）１７を備える。
【００３８】
筐体１１は、ＬＤ１３を収容および固定する機能を有する光素子パッケージであり、筐体１１のネック部としての光ファイバ挿通パイプ（固定部）１１ａ、底板１１ｄ、立板１１ｅなどで構成される。また、筐体１１の底板１１ｄ上に設けられた固定基板１２上には、ＬＤ１３が固定されている。底板１１ｄの材料は、熱伝導率の高い材料であることが好ましく、例えば、銅等が例示できる。なお、立板１１ｅの材料は、例えば、鉄、または、コバール、ステンレス等の鉄を含有する合金である。
【００３９】
光ファイバ挿通パイプ１１ａは、筐体１１の立板１１ｅに設けられ、その立板１１ｅから底板１１ｄに平行な方向に延在している筒状の挿通口１１ｂを有するパイプであって、筐体１１の内部および外部に向かって開口している。また、光ファイバ挿通パイプ１１ａの側面上部には、樹脂１６ａを供給するための供給孔１１ｃが設けられている。なお、本実施形態では、光ファイバ挿通パイプ１１ａに供給孔１１ｃを設けているが、このような光ファイバ挿通パイプ１１ａに限られず、供給孔１１ｃが設けられていない光ファイバ挿通パイプ１１ａであっても良い。また、本実施形態では、光ファイバ挿通パイプ１１ａの側面上部に供給孔１１ｃを設けているが、これに限られず、例えば、光ファイバ挿通パイプ１１ａの側面下部に供給孔１１ｃを設けても良い。
【００４０】
光ファイバ挿通パイプ１１ａの材料は、例えば、コバール、鉄ニッケル合金、鉄、ステンレス等の金属が好ましい。
【００４１】
本実施形態の光ファイバ１７は、ＬＤ１３の使用波長において、コア部１７ａに対して複数の導波モードを導波させるマルチモードファイバであり、ＬＤ１３から出射されたレーザ光Ｌが入射する入射端部をレンズ形状としたレンズ部１７（入射端部）ｅを備える、いわゆるレンズドファイバである。なお、レンズ部１７ｅは、入射するレーザ光（光）Ｌをコア部１７ａに集光するレンズ機能を有しており、ＬＤ１３と光ファイバ１７とはレンズ部１７ｅを介して光学的に接続される。
【００４２】
また、光ファイバ１７は、光ファイバ挿通パイプ１１ａを介して筐体１１内に挿通された後、ＬＤ１３のレーザ光Ｌが出射される出射端面１３ａと、光ファイバ１７のレンズ部１７ｅとが、互いに対向するように配置され、ＬＤ１３との光軸調芯が行われた上で光学的に接続されている。
【００４３】
また、光ファイバ１７は、大きくわけて２つの部分で構成されており、その一方は、筐体１１の外部で、レンズ部１７ｅに入射したレーザ光Ｌの導波方向に延在するファイバ被覆部ＣＡであり、前記導波方向に延在するコア部１７ａ、コア部１７ａの周囲を取り囲み、前記導波方向に延在する第１クラッド部１７ｂ、第１クラッド部１７ｂの周囲を取り囲み、前記導波方向に延在する第２クラッド部（被覆部，プライマリ被覆層）１７ｃ、及び第２クラッド部１７ｃの周囲を取り囲み、前記導波方向に延在する被覆部（セカンダリ被覆層）１７ｄを備える。
【００４４】
一方、光ファイバ１７を構成する２つの部分のうち、もう一方は、前記導波方向に沿って、筐体１１の内部のレンズ部１７ｅの右端から光ファイバ挿通パイプ１１ａの右端開口部まで延在するファイバ裸線部ＣＲＡであり、コア部１７ａ、及び第１クラッド部１７ｂのみからなる被覆（被覆部）が除去された被覆除去部となっている。
【００４５】
また、光ファイバ挿通パイプ１１ａの挿通口１１ｂの内部では、光ファイバ１７のファイバ裸線部ＣＲＡを挿通させた状態で、その周囲を樹脂１６ａで封止して固定している。
【００４６】
これにより、特許文献１に記載の半導体レーザモジュールのように、フェルールを用いて固定する場合と比較して、筐体１１のネック部の大きさを小さくすることができる。
【００４７】
また、筐体１１は、光ファイバ挿通パイプ１１ａの挿通口１１ｂに挿通されたファイバ裸線部ＣＲＡの下部において底板上１１ｄに形成されたマウント１４を備えている。
【００４８】
さらに、マウント１４の上部において、光ファイバ１７のファイバ裸線部ＣＲＡの一部は、ファイバ裸線部ＣＲＡの周囲を被覆する樹脂１６ｂで固定されている。
【００４９】
次に、図２（ａ）及び（ｂ）に基づき、光ファイバ１７、樹脂１６ａ、及び樹脂１６ｂの断面構造及びその屈折率分布について説明する。
【００５０】
図２（ａ）は、図１に示すＡ−Ａ’断面（又はＣ−Ｃ’断面）の断面構造（上部）と、その屈折率分布（下部）とを示している。また、図２（ｂ）は、図１に示すＢ−Ｂ’断面の断面構造（上部）と、その屈折率分布（下部）とを示している。
【００５１】
図２（ａ）及び（ｂ）に示す屈折率分布の縦軸は、屈折率ｎの大きさであり、屈折率ｎ１〜ｎ５は、それぞれ、光ファイバ１７のコア部１７ａ、第１クラッド部１７ｂ、樹脂１６ａ（又は樹脂１６ｂ）、第２クラッド部１７ｃ、及び被覆部１７ｄの屈折率の大小関係を模式的に示している。
【００５２】
図２（ａ）及び（ｂ）に示すコア部１７ａのコア径ｄ１は、１０５μｍであり、第１クラッド部１７ｂの第１クラッド径ｄ２は、１２５μｍであり、被覆部１７ｄの被覆部外径ｄ４は、２５０μｍである。なお、第２クラッド部１７ｃの第２クラッド径ｄ３は、任意である。
【００５３】
次に、本実施形態では、コア部１７ａの屈折率ｎ１は、１．４６５、第１クラッド部１７ｂの屈折率ｎ２は、１．４５０、樹脂１６ａ及び樹脂１６ｂの屈折率ｎ３は、１．４０、第２クラッド部１７ｃの屈折率ｎ４は、１．３８である。なお、被覆部１７ｄは、ＵＶ（Ultra Violet）硬化樹脂で構成され、屈折率ｎ５は、本実施形態では、１．５〜１．６であるが、その値は、任意である（すなわち、屈折率ｎ５＞屈折率ｎ４であっても、第１クラッド部１７ｂによる光の閉じ込めへの影響は十分に小さい）。また、屈折率ｎ１、ｎ２（場合によっては、ｎ４）は、石英（二酸化珪素：ＳｉＯ２）を基材とする場合、石英に対するドーパントの種類及びその添加量によって決まる。なお、屈折率ｎ１〜ｎ５のそれぞれの値は、上述した数値に限られず、以下で説明する条件を満たしていれば良い。
【００５４】
図２（ａ）に示すように、光ファイバ挿通パイプ１１ａ近傍の光ファイバ１７のファイバ裸線部ＣＲＡにおけるＡ−Ａ’断面の屈折率分布では、屈折率ｎ１＞屈折率ｎ２＞屈折率ｎ３の関係が成り立っている。すなわち、樹脂１６ａの屈折率ｎ３は、第１クラッド部１７ｂの屈折率ｎ２よりも低くなっている。
【００５５】
これにより、ファイバ裸線部ＣＲＡの漏れ光を光ファイバ挿通パイプ１１ａの近傍において低減させると共に、光ファイバ挿通パイプ１１ａの挿通口１１ｂの内部においてファイバ裸線部ＣＲＡの一部の周囲を樹脂１６ｂで封止して固定することができる。
【００５６】
また、同様に、マウント１４の上部の近傍の光ファイバ１７のファイバ裸線部ＣＲＡにおけるＣ−Ｃ’断面の屈折率分布では、屈折率ｎ１＞屈折率ｎ２＞屈折率ｎ３の関係が成り立っている。すなわち、樹脂１６ｂの屈折率ｎ３は、第１クラッド部１７ｂの屈折率ｎ２よりも低くなっている。なお、本実施形態では、樹脂１６ａと樹脂１６ｂとを同じ樹脂材料としているので、その屈折率も共通しているが、樹脂１６ａと樹脂１６ｂとを異なる樹脂材料で構成しても良いし、屈折率も共通していなくても良い。
【００５７】
これにより、筐体１１の底板１１ｄ上に形成されたマウント１４の上部において、ファイバ裸線部ＣＲＡの一部を樹脂材料で固定しつつ、ファイバ裸線部ＣＲＡの漏れ光をマウント１４の上部の近傍において低減させることができる。また、これにより、筐体１１の内部の温度上昇を低減させることができるので、ＬＤ１３の寿命を延ばすこともできる。
【００５８】
また、図２（ｂ）に示すように、光ファイバ１７のファイバ被覆部ＣＡにおけるＢ−Ｂ’断面の屈折率分布では、屈折率ｎ５＞屈折率ｎ１＞屈折率ｎ２＞屈折率ｎ４の関係が成り立っている。すなわち、第２クラッド部１７ｃの屈折率ｎ４は、第１クラッド部１７ｂの屈折率ｎ２よりも低くなっている。
【００５９】
これにより、第１クラッド部１７ｂの周囲にある第２クラッド部１７ｃの屈折率ｎ４が第１クラッド部１７ｂの屈折率ｎ２よりも小さいため、光ファイバ１７のコア部１７ａに導波モードとして結合しなかったクラッドモード光が、第１クラッド部１７ｂの外部に逃げることなく、第１クラッド部１７ｂの内部に閉じこめられて導波するため、クラッドモード光を筐体１１から光ファイバ１７の他端（例えば、融着点）まで遠ざけることができる。よって、筐体１１の内部や、光ファイバ挿通パイプ１１ａの近傍の温度上昇を低減させることができる。また、これにより、筐体１１の内部の温度上昇を低減させることができるので、ＬＤ１３の寿命を延ばすこともできる。
【００６０】
なお、本実施形態では、また、屈折率ｎ３＞屈折率ｎ４となっている。一般に、屈折率が高い程、樹脂材料は硬くなる傾向がある。よって、屈折率ｎ３＞屈折率ｎ４であれば、樹脂１６ａは、第２クラッド部１７ｃよりも硬いと考えられるので、光ファイバ挿通パイプ１１ａの挿通口１１ｂの強度を高めることができる。また、屈折率ｎ３＞屈折率ｎ４であれば、樹脂１６ａの樹脂材料として、光ファイバ１７のファイバ被覆部ＣＡの第２クラッド部１７ｃよりは屈折率が高い樹脂材料を使うことで、ファイバピグテール部分で漏れる成分を、先に光ファイバ挿通パイプ１１ａの近傍で漏らしておくことができる。しかしながら、樹脂１６ｃの屈折率ｎ３と、第２クラッド部１７ｃの屈折率ｎ４の大小関係は任意であり、屈折率ｎ３≦屈折率ｎ４であっても良い。また、本実施形態では、屈折率ｎ４＜屈折率ｎ５となっているが、被覆部１７ｄの屈折率ｎ５の大きさは任意であり、屈折率ｎ４≧屈折率ｎ５であっても良い。
【００６１】
ＬＤ１３は、ＬＤチップであり、外部から筐体１１内に挿入されたリード（不図示）に、配線を介して接続されている。
【００６２】
以上で説明したように、本実施形態のＬＤモジュール１０ａでは、ファイバ裸線部ＣＲＡの一部は、光ファイバ挿通パイプ１１ａの挿通口１１ｂ内部、及び／又はマウント１４の上部において、第１クラッド部１７ｂよりも屈折率が低い樹脂１６ａ、及び／又は樹脂１６ｂで固定されている。
【００６３】
このため、光ファイバ挿通パイプ１１ａ、及び／又はマウント１４の上部の近傍では、光ファイバ１７のコア部１７ａに導波モードとして結合しなかったクラッドモード光が、ファイバ裸線部ＣＲＡの第１クラッド部１７ｂの外部に逃げることなく、第１クラッド部１７ｂに閉じこめられて導波するため、ファイバ裸線部ＣＲＡの漏れ光を光ファイバ挿通パイプ１１ａ、及び／又はマウント１４の上部の近傍において低減させることができる。よって、ファイバ裸線部ＣＲＡの近傍の漏れ光を低減させることができる。
【００６４】
なお、上述した各部材は、前記以外の形状、構造、大きさ等について特に制限はなく、ＬＤモジュール１０ａの用途、目的に応じて、適宜選択することができる。
【００６５】
〔２．ＬＤモジュール１０ｂについて〕
次に、図３に基づき、本発明における発光素子モジュールの他の実施形態であるＬＤモジュール（発光素子モジュール）１０ｂの構造について説明する。図３は、ＬＤモジュール１０ａの構造を示す断面図である。
【００６６】
なお、ＬＤモジュール１０ｂは、以下で説明する構成以外は、上述したＬＤモジュール１０ａと同じである。
【００６７】
本実施形態のＬＤモジュール１０ｂでは、光ファイバ１７のレーザ光Ｌが入射する入射端部は、通常の入射端面（入射端部）１７ｆとなっており、ＬＤ１３と光ファイバ１７とが、結合光学系１５を介して光学的に結合されている点がＬＤモジュール１０ａと異なっている。なお、結合光学系は、必要に応じてレンズやミラーなどの単一又は複数の光学素子で適宜構成すれば良い。
【００６８】
また、本実施形態のＬＤモジュール１０ｂでは、光ファイバ挿通パイプ１１ａの挿通口１１ｂ内部において、ファイバ裸線部ＣＲＡの一部が、樹脂（樹脂材料、樹脂封止部、固定部）１６ｃ及び半田（半田封止部）１８によって封止して固定されている点がＬＤモジュール１０ａと異なっている。なお、樹脂１６ｃに関する説明は、上述した樹脂１６ａと同様なので、その説明は省略する。
【００６９】
一般に、屈折率が低い樹脂材料は、半田と比較して軟らかく、一方、半田は、金属であり、樹脂材料と比較して熱伝導率が高い。
【００７０】
よって、ＬＤモジュール１０ｂによれば、光ファイバ挿通パイプ１１ａの挿通口１１ｂの内部において、樹脂１６ｃと半田１８とを設け、これらのサイズを適切に設定することにより、挿通口１１ｂの内部における封止強度を高めつつ、適切な位置でクラッドモード光を閉じ込めると共に、適切な位置で漏れ光を半田１８に吸収させて放熱させることができる。
【００７１】
以上で説明したように、本実施形態のＬＤモジュール１０ｂでは、ファイバ裸線部ＣＲＡの一部は、光ファイバ挿通パイプ１１ａの挿通口１１ｂ内部、及び／又はマウント１４の上部において、第１クラッド部１７ｂよりも屈折率が低い樹脂１６ｃ、及び／又は樹脂１６ｂで固定されている。
【００７２】
このため、光ファイバ挿通パイプ１１ａ、及び／又はマウント１４の上部の近傍では、光ファイバ１７のコア部１７ａに導波モードとして結合しなかったクラッドモード光が、ファイバ裸線部ＣＲＡの第１クラッド部１７ｂの外部に逃げることなく、第１クラッド部１７ｂに閉じこめられて導波するため、ファイバ裸線部ＣＲＡの漏れ光を光ファイバ挿通パイプ１１ａ、及び／又はマウント１４の上部の近傍において低減させることができる。よって、ファイバ裸線部ＣＲＡの近傍の漏れ光を低減させることができる。
【００７３】
なお、上述した各部材は、前記以外の形状、構造、大きさ等について特に制限はなく、ＬＤモジュール１０ｂの用途、目的に応じて、適宜選択することができる。
【００７４】
〔３．光ファイバ１７に入射したレーザ光Ｌの光パワー分布について〕
次に、図４に基づき、光ファイバ１７にレーザ光Ｌを入射させたときの光パワー分布について説明する。
【００７５】
図４に示す横軸は、ＬＤモジュール１０ｂにおける光ファイバ１７の入射端面１７ｆにレーザ光Ｌ（光線）が入射したときの入射端面１７ｆにおける、光線の入射位置とコア部１７ａのコア中心（中心軸Ｏ）との距離ｄを示し、横軸は、中心軸Ｏと光線とのなす角θを示している。
【００７６】
また、光パワー分布曲線Ｉ１及び光パワー分布曲線Ｉ２は、それぞれ、紙面に対して裏側から表側に向かう向きを、光パワーの値が正であるとしたときの、レーザ光Ｌの光パワー分布を概念的に示す模式図である。
【００７７】
次に、光パワー成分存在領域ＲＡは、コア部１７ａと第１クラッド部１７ｂとの屈折率差で定められる全反射条件によって、コア部１７ａを伝播する光線の光軸に対する角度には上限が定まるため（ここでは半値約８度）、この上限の角度よりも光線の角度θが小さいという条件と、距離ｄが、コア径ｄ１の１／２より小さいという条件を満足するレーザ光Ｌの光パワー成分の存在領域である。なお、前記上限の角度は、臨界角の余角（９０度−臨界角）であり、伝播する最大角度、若しくは伝播最大角とでも呼ぶべきであるが、煩雑なため、以下、単に「最大角」と呼ぶ。
【００７８】
光パワー成分存在領域ＲＢは、第１クラッド部１７ｂと樹脂１６ａ（樹脂１６ｂ又は樹脂１６ｃ）との屈折率差で定められる最大角（半値約１５度）よりも角度θが小さいという条件と、距離ｄが、第１クラッド径ｄ２の１／２より小さいという条件を満足するレーザ光Ｌの光パワー成分の存在領域である。
【００７９】
光パワー成分存在領域ＲＣは、コア部１７ａと樹脂１６ａ（樹脂１６ｂ又は樹脂１６ｃ）との屈折率差で定められるコア部１７ａ内に換算した見かけ上の最大角（半値約１７度）よりも角度θが小さいという条件と、距離ｄが、コア径ｄ１の１／２より小さいという条件を満足するレーザ光Ｌの光パワー成分の存在領域である。なお、レーザ光Ｌは、コア部１７ａと第１クラッド部１７ｂとの界面で屈折した上で樹脂１６ａ（樹脂１６ｂ又は樹脂１６ｃ）に入射するので、コア部１７ａ内に換算した見かけ上の最大角は、大きくなる。
【００８０】
光パワー成分存在領域ＲＤは、エアクラッドで閉じ込められる最大角（半値約４７度）よりも角度θが小さいという条件と、距離ｄが、第１クラッド径ｄ２の１／２より小さいという条件を満足するレーザ光Ｌの光パワー成分の存在領域である。なお、エアクラッドで閉じ込められる最大角は、コア部１７ａに入ったものも、第１クラッド部１７ｂ入ったものも大差はない。
【００８１】
光パワー成分存在領域ＲＡは、コア部１７ａと第１クラッド部１７ｂとの屈折率差によって全反射条件を満たす導波モードとして伝播する光（コアモード光）の光パワー成分が存在し、レーザ光Ｌの全光パワーの９５〜９９％程度が含まれている。よって、仮に、樹脂１６ａ〜樹脂１６ｃの屈折率ｎ３が、第１クラッド部１７ｂの屈折率ｎ２よりも高い場合、１％〜５％程度の光パワー成分が、第１クラッド部１７ｂからの漏れ光となり、発熱などの原因となると考えられる。
【００８２】
光パワー成分存在領域ＲＢ及び光パワー成分存在領域ＲＣは、第１クラッド部１７ｂと第２クラッド部１７ｃとの屈折率差、又は第１クラッド部１７ｂと樹脂１６ａ〜樹脂１６ｃとの屈折率差によって全反射条件を満たす導波モードとして伝播する光（クラッドモード光）の光パワー成分が存在し、レーザ光Ｌの全光パワーの１％〜５％程度の光パワー成分が、含まれる可能性がある。よって、上述したＬＤモジュール１０ａ及びＬＤモジュール１０ｂによれば、レーザ光Ｌの全光パワーの１％〜５％程度の光パワー成分が、第１クラッド部１７ｂからの漏れ光となり、発熱などを引き起こすことを回避することができる。
【００８３】
光パワー成分存在領域ＲＤは、ファイバ裸線部ＣＲＡの外が空気であれば閉じ込められるが、市販の低屈折率樹脂でも閉じ込められない光パワー成分が存在する領域である。なお、適正な光学系であれば、１％程度よりはるかに少ない光パワー成分しか含まれないと考えられる。
【００８４】
以上より、コア部１７ａへの結合効率が９９％であっても、レーザ光Ｌの出力パワーが１００Ｗであれば、ファイバ裸線部ＣＲＡから１Ｗもの漏れ光が生じることになり、発熱が無視できないことがわかる。
【００８５】
〔４．光ファイバ１７の光学的特性について〕
次に、図５（ａ）に基づき、光ファイバ１７の光学的特性について計算を行った結果について説明する。
【００８６】
データＡは、光ファイバ１７のコア部１７ａ（コア）の屈折率ｎ１を１．４６５、第１クラッド部１７ｂ（第１クラッド）の屈折率ｎ２を１．４５０、樹脂１６ａ〜樹脂１６ｃ（第２クラッド）の屈折率ｎ３を１．４００に設定したときの光ファイバ１７の光学的特性に関する計算値データを示す。
【００８７】
一方、データＢは、屈折率ｎ１を１．４６５、屈折率ｎ２を１．４５０、第２クラッド部１７ｃ（第２クラッド）の屈折率ｎ４を１．３８０に設定したときの光ファイバ１７の光学的特性に関する計算値データを示す。
【００８８】
まず、光ファイバ１７の入射端面１７ｆの外での開口数ＮＡは、データＡ及びＢのいずれも０．２１１となる。また、コア部１７ａ−第１クラッド部１７ｂ間における最大角は、データＡ及びＢのいずれも８．２１となる。
【００８９】
さらに、コア部１７ａ−第２クラッド部１７ｃ（又は樹脂１６ａ〜樹脂１６ａ）間におけるコア部１７ａ内での最大角相当は、データＡでは、１７．１３、データＢでは、１９．６１となる。なお、「最大角相当」とは、第２クラッド部１７ｃ（又は樹脂１６ａ〜樹脂１６ａ）でぎりぎり閉じ込められることになる成分のコア部１７ａ内での角度のことであり、第１クラッド部１７ｂの屈折率ｎ２には依存しない角度である。
【００９０】
なお、データＡ及びＢが示す結果より、光ファイバ１７のファイバ裸線部ＣＲＡの周りの被覆部（第２クラッド）の材料としてコア部１７ａより屈折率の高い樹脂材料を使う場合と比較して、かなり角度θが大きい成分まで閉じ込めることができることがわかる。
【００９１】
〔５．樹脂材料の機械的特性について〕
次に、図５（ｂ）に基づき、４種類の樹脂材料の機械的特性を対比した結果について説明する。
【００９２】
樹脂１は、第２クラッド部１７ｃの樹脂材料として使用する樹脂である。一方、樹脂２〜３のそれぞれは、樹脂１６ａ〜樹脂１６ｃのいずれかの樹脂材料として使用する樹脂である。
【００９３】
図５（ｂ）に示すように、樹脂１の屈折率は、１．３８であり、第１クラッド部１７ｂの屈折率ｎ２の１．４５０より小さいという条件を満たしている。また、樹脂１のヤング率は、６２．５×１０７Ｐａであり、他の樹脂と比較して小さく、また、ショアＤ硬度も２５と、極端に小さい。これは、樹脂１は、光ファイバ１７のファイバ被覆部ＣＡ、すなわち、ＬＤモジュール１０ａ又はＬＤモジュール１０ｂのファイバピグテール部の構成材料であるから、柔らかい樹脂材料であることが好ましいからである。
【００９４】
次に、樹脂２、３、及び４の屈折率は、それぞれ、１．４０３、１．４０３、及び１．４３であり、第１クラッド部１７ｂの屈折率ｎ２の１．４５０より小さいという条件を満たしている。また、樹脂２、３、及び４のヤング率は、それぞれ、９３．６×１０７Ｐａ、９０．６×１０７Ｐａ、及び１１６×１０７Ｐａであり、樹脂１と比較して大きく、また、ショアＤ硬度も、それぞれ、６２、６４、及び６８と、樹脂１と比較して極端に大きい。これは、樹脂２、３、及び４は、光ファイバ１７のファイバ裸線部ＣＲＡの一部を固定するための構成材料であるから、硬い樹脂材料であることが好ましいからである。
【００９５】
また、樹脂１の４０℃における線膨張率は、３８５×１０−６／℃であり、他の樹脂と比較して大きく、樹脂２、３、及び４の線膨張率は、それぞれ、２３５×１０−６／℃、２１８×１０−６／℃、及び１８１×１０−６／℃であり、樹脂１と比較して小さい。
【００９６】
よって、光ファイバ１７のファイバ裸線部ＣＲＡの一部を固定するための構成材料は、線膨張率が小さいことが好ましいが、線膨張率の観点からも樹脂２〜３は、樹脂１と比較して好適な樹脂材料であることが分かる。
【００９７】
〔６．ＬＤモジュールの製造方法について〕
次に、図１及び３に基づき、上述したＬＤモジュール１０ａ又は１０ｂの製造方法の一例を、以下に示す。
【００９８】
まず、マウント１４を半田等で底板１１ｄ上に固定し、固定基板１２及びＬＤ１３を半田等で固定する。ＬＤ１３は事前に半田等で固定基板１２に固定されていても良いし、また、ＬＤ１３と固定基板１２との間で事前にワイヤボンディング等が行われていても良い。
【００９９】
次に、筐体１１の内部から外部へ貫通しているリードピン（不図示）と固定基板１２との間で電気的な配線を行う。この配線は、ワイヤボンディングで行うことが好ましい。
【０１００】
また、光ファイバ挿通パイプ１１ａの挿通口１１ｂに光ファイバ１７のファイバ裸線部ＣＲＡを挿通し、ＬＤ１３に対して直接（例えば、ＬＤモジュール１０ａの場合）、或いは、結合光学系１５を介して（例えば、ＬＤモジュール１０ａの場合）、調心して、固定する。
【０１０１】
さらに、光ファイバ挿通パイプ１１ａの挿通口１１ｂに樹脂１６ａを充填（例えば、ＬＤモジュール１０ａの場合）、或いは、樹脂１６ａの代わりに半田１８を充填して封止及び補強する。また、半田１８で封止した後で、さらに樹脂１６ｃを充填して補強しても良い（例えば、ＬＤモジュール１０ｂの場合）。
【０１０２】
なお、樹脂１６ａ又は樹脂１６ｃの材料として、ＵＶ硬化樹脂を使う場合、硬化前の樹脂１６ａ又は樹脂１６ｃを充填して、ＵＶ照射を行えば良い。また、半田１８を充填する場合は、光ファイバ挿通パイプ１１ａを高周波誘導加熱によって加熱して半田１８を溶融させることが好ましいが、ヒーターによって光ファイバ挿通パイプ１１ａを加熱して半田１８を溶融させてもよい。必要に応じてさらに光ファイバ挿通パイプ１１ａの外側をゴムブーツなどで補強することが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明は、例えば光通信システムに用いる発光素子モジュールとして利用することができる。
【符号の説明】
【０１０４】
１０ａ，１０ｂ ＬＤモジュール（発光素子モジュール）
１１ 筐体
１１ａ 光ファイバ挿通パイプ（固定部）
１１ｂ 挿通口
１１ｃ 供給孔
１１ｄ 底板
１１ｅ 立板
１２ 固定基板
１３ ＬＤ（発光素子）
１３ａ 出射端面
１４ マウント（マウント部，固定部）
１５ 結合光学系
１６ａ 樹脂（樹脂材料，樹脂封止部，固定部）
１６ｂ 樹脂（樹脂材料，固定部）
１６ｃ 樹脂（樹脂材料，樹脂封止部，固定部）
１７ 光ファイバ（マルチモードファイバ）
１７ａ コア部
１７ｂ 第１クラッド部（クラッド部）
１７ｃ 第２クラッド部（被覆部，プライマリ被覆層）
１７ｄ 被覆部（セカンダリ被覆層）
１７ｅ レンズ部（入射端部）
１７ｆ 入射端面（入射端部）
１８ 半田（半田封止部）
ＣＡ ファイバ被覆部
ＣＲＡ ファイバ裸線部
θ 角度
ｄ 距離
ｄ１ コア径
ｄ２ 第１クラッド径
ｄ３ 第２クラッド径
ｄ４ 被覆部外径
Ｉ１，Ｉ２ 光パワー分布曲線
Ｌ レーザ光（光）
ｎ，ｎ１〜ｎ５ 屈折率
Ｏ 中心軸
ＲＡ，ＲＢ，ＲＣ，ＲＤ 光パワー成分存在領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射する出射端面を有する発光素子と、
光の導波方向に延在するコア部、前記コア部よりも屈折率が低く、前記導波方向に延在して前記コア部の周囲を取り囲むクラッド部、及び前記導波方向に延在して前記クラッド部の周囲を被覆する被覆部を含むファイバ被覆部、並びに、前記光が入射する入射端部を有し、前記被覆部が除去されたファイバ裸線部を有する光ファイバと、
前記発光素子が収容された筐体と、を備えた発光素子モジュールであって、
前記光ファイバは、マルチモードファイバであり、
前記筐体は、前記発光素子の前記出射端面が、前記ファイバ裸線部の前記入射端部と対向するように前記ファイバ裸線部の一部を固定する固定部を備え、
前記ファイバ裸線部の一部は、前記固定部において、前記ファイバ裸線部の前記クラッド部よりも屈折率が低い樹脂材料で固定されていることを特徴とする発光素子モジュール。
【請求項２】
前記樹脂材料の屈折率が、前記光ファイバの前記ファイバ被覆部における被覆部の屈折率よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の発光素子モジュール。
【請求項３】
前記固定部は、前記ファイバ裸線部の前記入射端部側が挿通される挿通口を有する光ファイバ挿通パイプを備えており、
前記光ファイバ挿通パイプの前記挿通口の内部には、前記ファイバ裸線部を挿通させた状態で、前記ファイバ裸線部の一部の周囲を前記樹脂材料で封止した樹脂封止部が存在していることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子モジュール。
【請求項４】
前記光ファイバ挿通パイプの前記挿通口の内部には、前記ファイバ裸線部を挿通させた状態で、前記ファイバ裸線部の一部の周囲を半田で封止した半田封止部が存在していることを特徴とする請求項３に記載の発光素子モジュール。
【請求項５】
前記固定部は、前記光ファイバ挿通パイプの前記挿通口に挿通された前記ファイバ裸線部の下部において前記筐体の底板上に形成されたマウント部を備えており、
前記ファイバ裸線部の一部は、前記マウント部の上部において、前記ファイバ裸線部の前記クラッド部よりも屈折率が低く、前記ファイバ裸線部の一部の周囲を被覆する樹脂材料で固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子モジュール。
【請求項６】
前記光ファイバの前記ファイバ被覆部は、前記導波方向に延在して前記クラッド部の周囲を被覆するプライマリ被覆層と、前記導波方向に延在して前記プライマリ被覆層を被覆するセカンダリ被覆層を含んでおり、
前記プライマリ被覆層の屈折率は、前記ファイバ裸線部の前記クラッド部の屈折率よりも低いことを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の発光素子モジュール。
【請求項１】
光を出射する出射端面を有する発光素子と、
光の導波方向に延在するコア部、前記コア部よりも屈折率が低く、前記導波方向に延在して前記コア部の周囲を取り囲むクラッド部、及び前記導波方向に延在して前記クラッド部の周囲を被覆する被覆部を含むファイバ被覆部、並びに、前記光が入射する入射端部を有し、前記被覆部が除去されたファイバ裸線部を有する光ファイバと、
前記発光素子が収容された筐体と、を備えた発光素子モジュールであって、
前記光ファイバは、マルチモードファイバであり、
前記筐体は、前記発光素子の前記出射端面が、前記ファイバ裸線部の前記入射端部と対向するように前記ファイバ裸線部の一部を固定する固定部を備え、
前記ファイバ裸線部の一部は、前記固定部において、前記ファイバ裸線部の前記クラッド部よりも屈折率が低い樹脂材料で固定されていることを特徴とする発光素子モジュール。
【請求項２】
前記樹脂材料の屈折率が、前記光ファイバの前記ファイバ被覆部における被覆部の屈折率よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の発光素子モジュール。
【請求項３】
前記固定部は、前記ファイバ裸線部の前記入射端部側が挿通される挿通口を有する光ファイバ挿通パイプを備えており、
前記光ファイバ挿通パイプの前記挿通口の内部には、前記ファイバ裸線部を挿通させた状態で、前記ファイバ裸線部の一部の周囲を前記樹脂材料で封止した樹脂封止部が存在していることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子モジュール。
【請求項４】
前記光ファイバ挿通パイプの前記挿通口の内部には、前記ファイバ裸線部を挿通させた状態で、前記ファイバ裸線部の一部の周囲を半田で封止した半田封止部が存在していることを特徴とする請求項３に記載の発光素子モジュール。
【請求項５】
前記固定部は、前記光ファイバ挿通パイプの前記挿通口に挿通された前記ファイバ裸線部の下部において前記筐体の底板上に形成されたマウント部を備えており、
前記ファイバ裸線部の一部は、前記マウント部の上部において、前記ファイバ裸線部の前記クラッド部よりも屈折率が低く、前記ファイバ裸線部の一部の周囲を被覆する樹脂材料で固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子モジュール。
【請求項６】
前記光ファイバの前記ファイバ被覆部は、前記導波方向に延在して前記クラッド部の周囲を被覆するプライマリ被覆層と、前記導波方向に延在して前記プライマリ被覆層を被覆するセカンダリ被覆層を含んでおり、
前記プライマリ被覆層の屈折率は、前記ファイバ裸線部の前記クラッド部の屈折率よりも低いことを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の発光素子モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２０９６０９（Ｐ２０１１−２０９６０９Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７８９６６（Ｐ２０１０−７８９６６）
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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