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光合波裝置的制作方法

文檔序號:11653109
光合波裝置的制造方法

本發明涉及對多個波長的光進行合波的光合波裝置。



背景技術:

以前,存在使用多個波長的激光的各種各樣的裝置:如射出RGB各色激光顯示彩色圖像的投影裝置以及用可見光和紅外線(IR光)進行傳感的診斷裝置等。在這些裝置中,通常從產生各個波長的光的激光光源分別射出多個波長的激光,利用光合波裝置(合波器)將激光合波成一束光線輸出。

作為合波器,已知的,例如:使用光波導(導光管)進行光的輸入輸出,把只反射與入射光分別對應的波長的光而使其他波長的光通過的多個濾波器(二向色濾波器)設置在輸出射線上,將各自所對應的波長的光入射至各個二向色濾波器(例如,專利文獻1、2)。

現有技術文獻

專利文獻

[專利文獻1]特開2007-164109號公報

[專利文獻2]特開2006-003673號公報



技術實現要素:

發明所要解決的技術問題

但是,如使用上述濾波器,則不能忽視透過濾波器時的能量損失。并且,因為需要兼顧所希望的波長的光的反射率和其他波長的光的透過率,存在濾波器的尺寸擴大及成本提高的課題。

本發明的目的在于提供簡單結構且能夠低損耗地對多個波長的光進行合波的光合波裝置。

解決技術問題所采用的技術方案

為了達成上述目的,本發明的光合波裝置,其特征在于,包括:

供2個以上規定數量的波長的光各自入射的入射口;

將來自上述規定數量的入射口的入射光射出的單個射出口;

將上述入射光引導至射出口的光波導。

上述光波導包括:上述規定數量的獨立波導,其一端是上述入射口,各自分別引導上述入射光;以及單個合流波導,與該獨立波導的上述一端相反的另一端各自連接,將上述獨立波導所各自引導的光引導至上述射出口。

上述規定數量的獨立波導各自設置成具有對入射光進行反射的彎曲部的折線狀。

上述合流波導設置成上述折線狀或者直線狀,該合流波導和上述獨立波導的各自的連接部分中,上述規定數量的獨立波導在自上述合流波導的延伸方向的規定的角度范圍內分別連接,從而對從上述規定數量的入射口入射的光進行合波。

發明效果

按照本發明,能達到對多個波長的光簡單構成且低損耗地進行合波的效果。

附圖說明

圖1是表示合波器的外觀的立體圖。

圖2是表示光波導的結構的示意圖。

圖3是說明光波導內的反射面的圖。

圖4是表示合波器的變形例的立體圖。

圖5是表示光波導的結構的變形例的示意圖。

圖6是表示光波導的結構的變形例的示意圖。

具體實施方式

以下,根據附圖說明本發明的實施方式。

圖1是表示本發明的光合波裝置的實施方式的合波器1的整體結構的外觀圖。

合波器1無特別限制,一般為長方體形狀的外殼結構。沿著長邊的側面(此處為一個YZ面內的平面;入射面E)的一直線上設置多個(2個以上的規定數量),在這里是4個入射口E1~E4設置在一直線上,沿著短邊的側面(XZ面內)、即與入射面E正交的面(射出面A)上設置單個射出口A1。即,入射口E1~E4各自設置在從射出面A開始的與該射出面A正交的方向(沿Y軸的方向)上彼此不同(至少2處不同)的位置。外殼結構的長邊的長度(沿Y軸方向的長度)確定為從各入射口E1~E4入射的激光的光源(激光光源)能夠排列的間隔,此處,根據激光二極管(LD)的尺寸為4個激光光源(LD)能夠排列的間隔。

圖2是說明本實施方式的合波器1內部的光波導的示意圖。該示意圖所示出的平面是以與高度(Z軸)方向正交的面(XY面)切開的截面,包含圖1的合波器1中的各入射口E1~E4及射出口A1。此處,在說明上夸大表示光波導的配置的特征。

入射口E1~E4成為各個獨立的4個的光波導G1~G4(獨立波導)的一端,這些多個光波導G1~G4在射出口A1前面位置的光波導Gs(合流波導)一端的附近合流(被連接)。光波導Gs的上述的一端附近較寬,中間形成為沿X軸方向(X方向)錐狀截面的尺寸不斷縮小的直線狀,與該一端相反一側的另一端為射出口A1。光波導G1~G4呈折線狀,在從入射口E1~E4向X方向前進對光波導G11、G21、G31、G41(上游波導)設定的各自不同的距離后,大致向沿Y軸的方向(Y方向)彎曲一次,從而作為光波導G12、G22、G32、G42(下游波導)在相對于光波導Gs的延伸方向、即射出面A的法線方向的規定的角度范圍內連接到光波導Gs的一端附近。

作為光波導,只要能夠低損耗地傳輸光線(此處為單橫模(Single Transverse Mode;STM))即可,沒有特別限制,例如,選擇空心導光管和以玻璃材料(硅)為介質的PLC(Planar Lightwave Circuit:平面光波電路)等。例如用已知的半導體制造工藝在硅基板上形成該結構。特別是,通過將入射口E1~E4及射出口A1設置在單個平面上,光波導G1~G4,Gs均能夠形成在單個層上。

分別逐個設置在光波導G1~G4中的彎曲部G1r~G4r構成為,從入射口E1~E4入射的激光分別通過反射面R1~R4全反射到射出口A1的方向上。此處,反射面R1~R4上例如設置有鋁薄膜等作為鏡面構件。入射到各入射口E1~E4的激光的波長及其順序無特別限制,例如使用RGB 3色和近紅外線(NIR)。

反射面R1~R4中的反射角(反射面R1~R4的法線和反射光所成的角度)確定為,從射出口A1至反射面R1~R4的距離越小角度越大,即,相對于射出面A的入射角度(射出面A的法線與入射光所成的角度)逐漸擴大。光波導G1~G4的寬度(截面尺寸)與Y軸方向的長度相比足夠小,反射面R1~R4中的反射角的差異例如確定為0.25~1.0度左右的微小角度(規定的角度差)。因此,光波導G12~G42與光波導Gs連接的部分中,相對于該光波導Gs的延伸方向、即射出面A的法線方向在0.75~3.0度左右(規定)的角度范圍成為彼此不同的方向。這樣的配置,使入射到光波導G1~G4的各波長的激光以互相接近平行的角度引導到光波導Gs,在該光波導Gs中合波后,從射出口A1射出。

圖3是說明光波導內的反射面的圖。此處,以反射面R1為例舉例說明,其他的反射面R2~R4也能具有同樣的構造。

光波導G1的彎曲部G1r中,為了至少抑制在規定的單軸方向上光的發散,反射面R1在與圖紙平行的面(XY面)內,即,包括上述的單軸方向(接近于X方向)和光波導G12的延伸方向(接近于Y方向)的平面內略微具有凹面形狀。通常,為了防止因激光未入射到入射口E1的損耗,將激光以耦合透鏡進行聚光之后導入至入射口E1。該入射光一邊發散一邊被引導至反射面R1,所以反射面R1抑制反射光的該發散,特別是以預先規定的發散角入射到反射面R1的光的反射光設為直接射向光波導Gs、進而射向射出口A1的大致平行的光,從而使得在光波導G1的側面上的反射次數減少,理想情況下為零次。因此,能夠降低因激光傳輸而引起的損耗。此處,例如,使來自激光光源的入射光的慢軸(slow axis)方向與Y軸方向一致,該慢軸方向上,在光波導G1中通過反射面R1的激光反射只有一次或接近于該標準程度,此外,降低與Z軸方向一致的快軸(fast axis)方向的擴散率,光波導G1的內部的激光的反射次數減少。

圖4是表示合波器1的變形例的圖。

如圖4(a)所示,入射口E1~E8在與射出面A正交并且互相正交的2個入射面E、Ea上各設置4個。該合波器1使用同樣地在外殼內一次反射約90度的獨立波導,使來自設置在多個入射面E、Ea上的入射口的光經由單個合流波導引導至射出口A1。從設置在入射面Ea上的入射口E5~E8入射的激光沿Z軸的負方向(-Z方向)上進入后約90度反射,引導至Y方向上。即,在YZ平面內設置和XY平面內對從入射口E1~E4入射的光進行引導的光波導相同的結構即可。此時,所有反射角被設定為大于45度,使得從入射口E1、E5至射出口A1的光波導的位置(彎曲部及該彎曲部到射出口A1為止)不會重復。

此外,如圖4(b)所示,設置在一個入射面E上的入射口E1b~E4b也可以不在一直線上。這種情況下,從入射口E1b~E4b在X方向上進入光波導G1~G4的激光在反射面R1~R4不僅伴隨著Y方向分量,也伴隨著Z方向分量而被反射,作為與射出口A1連通的單個光波導大致平行的光被引導并且合波,并從射出口A1射出。

圖5和圖6是表示合波器1的光波導結構的變形例的示意圖。

如圖5(a)所示,可以將與射出面A正交且相互平行的兩個面設為入射面E、Ec,并設置入射口E1~E4、E1c~E3c。這種情況下,將光波導G1c~G3c設置為在XY平面內以光波導G12為軸與光波導G2~G4相對稱,通過光波導Gsc與單個射出口A1連通。即,全部的光波導G1~G4、G1c~G3c、Gsc可以形成在單個XY平面內。

此處,入射口E1c設置在與入射口E2相對的位置上,通過光波導G11c的激光在彎曲部G1rc上被反射面R1c向光波導G12c的延伸方向(例如,反射角45.5度)反射,從而引導至光波導Gsc。入射口E2c設置在與入射口E3相對的位置上,通過光波導G21c的激光在彎曲部G2rc中被反射面R2c向光波導G22c的延伸方向(例如,反射角46.0度)反射,從而引導至光波導Gsc。入射口E3c設置在與入射口E4相對的位置上,通過光波導G31c的激光在彎曲部G3rc中被反射面R3c向光波導G32c的延伸方向(例如,反射角46.5度)反射,從而引導至光波導Gsc。

此外,從入射面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上未設置以反射角45.0度反射的激光的入射口,但也可以不在外殼的任何一側設置以反射角45.0度反射的激光的入射口,而在兩側形成為例如以最小反射角45.25度使相同數量的入射口入射。

此外,如圖5(b)所示,也可以包含反射角小于45度的類型。

此處,從入射口E4入射至光波導G4d(G41d)的激光在彎曲部G4rd中被反射面R4d以反射角45.0度反射到光波導G42d的延伸方向上,引導至光波導Gsd。從入射口E3入射至光波導G3d(G31d)的激光前進了大于導波管G41d的距離后,在彎曲部G3rd中被反射面R3d以小于反射面R4d的反射角、例如44.5度反射到光波導G32d的延伸方向上,引導至光波導Gsd。從入射口E2入射至光波導G2d(G21d)的激光前進了大于導波管G31d的距離后,在通過彎曲部G2rd中被反射面R2d以小于反射面R3d的反射角、例如44.0度反射到光波導G22d的延伸方向上,引導至光波導Gsd。此外,從入射口E1入射至光波導G1d(G11d)的激光前進了大于導波管G21d的距離后,在彎曲部G1rd中被反射面R1d以小于反射面R2d的反射角、例如43.5度反射到光波導G12d的延伸方向上,引導至光波導Gsd。各波長的激光在光波導Gsd中被合波后,從射出口A1射出。

此外,也可以如圖6所示,設置中途具備彎曲部Gsre的光波導Gse代替圖2中所示的實施方式的合波器1中的光波導Gs,從而合波器1e從設置在和激光的入射面E平行的射出面Ae上的射出口A1e射出與激光的入射方向相同方向的激光。

如上所述,本實施方式的合波器1包括:使來自4個波長的LD的光分別入射的入射口E1~E4;使從4個入射口E1~E入射的光射出的單個射出口A1;各自獨立地引導入射光的4個光波導G1~G4;與光波導G1~G4相連,且將上述光波導G1~G4所引導的光引導至射出口A1的光波導Gs。4個光波導G1~G4分別設置為具備以反射面R1~R4反射入射光的彎曲部G1r~G4r的折線狀,光波導Gs設置為折線狀或者直線狀。此外,各個光波導G1~G4中最接近射出口A1的反射面R1~R4至射出口A1為止的光波導G12~G42(下游波導)在自光波導Gs的延伸方向規定的角度范圍與該光波導Gs連接,因此入射到各個光波導G1~G4的4束光在光波導Gs中被合波。

如此,各個獨立的光波導G1~G4中,在光波導Gs中以相互接近平行的角度將各波長的光合流,并引導至射出口A1,從而無需采用只反射所希望波長的光的二向色濾波器,與合波相關的結構變得簡單,并且易于小型化。此外,因無需考慮二向色濾波器的吸收散射,所以能夠降低能量損耗(光強度的降低)。此外,光波導G1~G、Gs除彎曲部G1r~G4r以外,形成為直線狀,因此與曲線相比,不會使反射次數增加到所需以上,能夠降低能量損耗。

此外,4個入射口E1~E4設置在與射出面A正交方向上的不同位置處,在該射出面A上設置有射出口A1。

對于使從入射口E1~E4入射的激光射出的激光光源(激光二極管),由于在與射出方向垂直的平面內也需要空間,所以在排列多個激光光源的方向上使入射光彎曲,并在其前方的射出面A上設置射出口A1,從而能有效地產生排列激光光源所需的長度,能夠將角度差相對較小的大致平行的多個光波導G12~G42連接到射出口A1。

此外,彎曲部G1r~G4r及反射面R1~R4在4個光波導G1~G4中各自設置了一個,光波導Gs設置為直線狀,所以能夠以最小反射次數抑制能量損耗,且能夠容易且高效地形成合波器1。

此外,彎曲部G1r~G4r的反射面R1~R4具備如下形狀:對于與比該反射面R1~R4更靠射出口A1側的光波導G12~G42的彎曲部G1r~G4r的延伸方向正交的平面內至少規定的一個軸方向,在這里是入射光的慢軸方向,在該方向上進行反射,以抑制入射到反射面R1~R4的光的擴散。因此,合波器1能夠對發散較少的多個波長的激光進行合波來高精度輸出。此外,因減少在光波導G12~G42內的反射次數,所以能進一步降低能量損耗。此外,由于在內部使激光收斂,因此相對的比以前更易于進行入射光的軸對準。

此外,彎曲部G1r~G4r的反射面R1~R4呈如下凹面:在包含比該反射面R1~R4更靠射出口A1側的光波導G12~G42的彎曲部G1r~G4r的延伸方向以及規定的一個軸方向(慢軸方向)的平面內具備曲率。因此,特別是,能利用半導體制造工藝容易且高精度地獲得在慢軸方向上使大致平行的光從射出口A1輸出的合波器1。

此外,彎曲部G1r~G4r的反射面R1~R4至少對于規定的一個軸方向(慢軸方向),使以預先確定的發散角度入射到反射面R1~R4的光向沿著比該反射面R1~R4更靠射出口A1側的光波導G12~G42的彎曲部的延伸方向的方向反射。由此,能夠抑制在光波導G12~G42內引導的激光在慢軸方向上的反射。因此,能夠以簡單的結構將入射光的能量損耗控制在最低水平,同時進行合波并射出,并能根據所需的輸出精度來省略耦合透鏡、校準透鏡等。因此,能夠進一步降低對多個波長的光進行合波并輸出的結構的尺寸和成本。

此外,彎曲部G1r~G4r的反射面R1~R4上設有使入射光反射的鏡面構件。由此,即使不限制入射角也不會透過覆蓋層,能夠可靠地反射入射光并將之引導至射出口A1的方向。

此外,各個光波導G1~G4中分別從入射口E1~E4到最接近該入射口E1~E4側的反射面R1~R4為止的光波導G11~G41(上游波導)分別設置成相對于規定的光波導(例如,G11)平行或垂直。由此,能夠容易且精密地將使激光入射到該入射口E1~E4的激光光源配置到合波器1。

此外,4個光波導G1~G4及光波導Gs設置在單個平面上。由此,光波導G1~G4、Gs的形成和反射面R1~R4的形成能夠集中在一層上,所以能利用半導體制造工藝更容易且準確地對它們進行配置。此外,在高度方向上與激光光源的相對位置匹配能同樣地進行,所以配置變得更容易。

此外,反射面R1~R4分別逐個設置在4個光波導G1~G4中,光波導Gs設置成直線狀,各個光波導G1~G4中將由反射面R1~R4所反射的光引導至光波導Gs的光波導G12~G42各自以相對于光波導Gs的延伸方向分別相差規定角度差的不同角度與光波導Gs相連接。由此均等且平衡地對光波導Gs配置光波導G1~G4,因此能夠以適宜的強度及擴散程度對各波長的光進行合波并輸出。

再者,本發明不限于上述實施方式,可以有各種各樣的變更。

例如,上述實施方式中,列舉了在長方體形狀的外殼上設置入射口、射出口及光波導的例子,但不限于長方體形狀的結構,根據合波器的配置空間及所希望的射出方向,其他的形狀也可以。即,射出面A和入射面E并不一定正交。

此外,上述實施方式中,在反射面R1~R4上設置鏡面構件,從而使入射光全反射,但是,如果來自入射口的入射光在反射面R1~R4上的入射角足夠大,能利用光波導G1~G4的中心部和覆蓋層之間的折射率的比率來可靠地全反射,則可以不設置鏡面構件。

此外,上述實施方式中,雖然通過反射面R1~R4在光波導G1~G4中僅反射一次,但并不妨礙在光波導中設置2個以上的反射面。但是,通常,反射面的數量越少越易于容易且高精度地形成光波導。

同時,這種情況下,無需所有的反射面均為凹面形狀。例如,對大致平行的光再次進行反射的反射面可以是單純的平面。

此外,上述實施方式中、光波導G1~G4形成為在距離射出口A1相等距離的位置處與光波導Gs合流,但不限于此。光波導G1~G4也可以在Y方向上以不同位置依次與光波導Gs連接。

此外,上述實施方式中,反射面R1~R4在XY平面內形成為凹面形狀,而在入射光的角度充分平行等情況下,反射面R1~R4也可以是平面,配置多個(比如3個)平面狀的反射面,并形成凹形。此外,凹面形狀的聚光方向取決于合波器1和激光光源的位置關系,所以在將激光光源旋轉90度來配置的情況下,聚光在快軸方向上。但是,也可以將合波器1形成為,對應于表面安裝的激光二極管等通常配置的方向,在該通常配置時聚光慢軸方向上。同時,也可以在入射口上設置表示聚光方向的刻度、標識等。

此外,上述實施方式中,以入射口的數量為4、7、8的情況為例進行說明,但不限于此。此外,無論哪種情況,本發明的光合波裝置的多個入射口的入射光的波長的順序均不作特別限定。但是,在更恰當地區分反射構件的情況下,也可以限定為在特定的入射口輸入特定波長的光。

此外,上述實施方式中,光波導G12~G42以0.5度的間隔被配置,但是,并不一定要以均等的間隔被配置,由此,也可以不使所有光波導G1~G4以Y方向上相同的位置合流至光波導Gs。

此外,能適當設定光波導的截面(與入射光的前進方向垂直的面)的尺寸和其縱橫比。例如,在入射激光的光軸確定的情況下,可以按照規定的比例使快軸方向的尺寸和慢軸方向的尺寸不同。

此外,上述實施方式所表示的結構及構造等的具體細節,在不偏離本發明的宗旨的范圍內可以進行適當變更。

標號說明

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 光波導

G11~G41、G11c~G31c、G12~G42、G12c~G32c 光波導

G 1r~G 4r、G1rc~G3rc、G1rd~G4rd、Gsre 彎曲部

Gs、Gsc、Gsd、Gse 光波導

R1~R4、R1c~R3c、R1d~R4d 反射面

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