各种新型多波长合波器及使用合波器的新型多波长光源制造技术

本发明专利技术涉及一种合波器及使用该合波器的光源，所述合波器用于手机和车载用激光投影机，具有较高的环境耐受性能和较高的光效率，并且能以较低成本进行大量生产，是小型化的对红绿蓝及近红外的多波长光束进行合波的合波器。权利要求1的中空型光导或权利要求4的Φ10μm以下的细包层直径的束状光纤中，合波器不受波长及波长带宽的光束纵模与横模的影响，能够解决上述环境耐受性能、光效率与生产性的提高等各项课题，此外，将该合波器与表面安装用芯片型LD同时使用，还能够以低成本大量生产权利要求3的光纤输出型和权利要求5的基于LD平面安装的纤薄芯片型、以及权利要求6的基于LD立体安装的外形为圆柱形或方形的各种实用级别的多波长小型激光光源。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种三原色RGB(R＝Red、G＝Green、B＝Blue波长)光源技术，其用于图像处理装置、内视镜和眼科装置等利用光进行的医疗诊断和治疗、光通信、以及基于MEMS或DMD的扫描型或基于LCOS的投影型投影机。
技术介绍
现有的光通信中,基于光纤波分复用的合波器中大多使用阵列波导光栅(AWG＝Array Wave-Guide Grating)(专利文献1)。最近为了将投影机式小型激光显示器用于手机和车载用途，也出现了小型化的波导型RGB三波长合波器(专利文献2)。此外还有成本低且耦合效率高的光纤输出、滤波器型的RGB合波器(专利文献3)。现有技术文献专利文献1：日本专利特开2005-234245号公报专利文献2：日本专利特开2013-195603号公报专利文献3：日本专利特开2013-228651
技术实现思路
专利技术所要解决的技术问题按照上述的现有技术，虽然能够制作各种多波长合波器，但在光通信以外的应用方面，例如使用激光的投射型投影机等设备和装置中，如使用这些现有的合波器，从一般的评估标准来说，诸如在光的损耗、波段和光束横模、以及生产性与成本等方面，其运用条件和局限有如下几条。现有技术中，包含从光源到合波器的光耦合效率与合波器内部的合波光学系统损耗、以及合波器内部的光传输损耗等，光的损耗不容忽视，并且这种光学损耗还会随着合波波长的根数及光源数量的增加而变大。而且，过去的合波技术无论光源是LD还是LED，无论合波器一侧的构成要素是光纤还是波导，都很大程度取决于入射和出射光束的横模。此外，过去的合波器中，是根据想要合波的各光的波长差进行合波，并使用基于波长的透射或反射型滤波器或衍射元件，由于这些光学部件的波长依赖性，因而合波器的特性会取决于要合波的多个光的波长及波长的带宽。而使用波导型和光纤型合波器时，将光封闭在波导或光纤中是通过内芯与包层材质的折射率差来进行的，因而与所封闭的光的横模也有关系。由于它们的波长依赖性，在用于投射型电视显示的三原色的蓝绿红波长上施加200nm以上、且传感器用的1600nm以内的光源，使LD等光源的带宽延伸到1200nm，则过去的光纤或波导技术将完全无法应对。也就是说，大部分的现有合波器均具有波长依赖性和光束横模依赖性。综上所述，合波器的光学损耗、以及对于光束的横模及波长与波长带宽的限制和依赖性等现有的问题，即为本专利技术所要解决的主要技术问题。投射型电视、特别是车载用途和手机用途中，存在大量生产需求，必须要如半导体工艺的技术所带来的生产性和产品可靠性、低成本且高性能、以及如芯片型的极小型化产品，因而，能满足以上要求的合波器的制作方法也是本专利技术所要解决的技术问题。解决技术问题所采用的技术方案本专利技术所要解决的主要技术问题之一，是现有合波器所合波的光的波长依赖性和所合波的光束的横模依赖性。首先，作为解决这些问题的方法，对光进行传输的介质可使用如本专利技术权利要求1所述的合波器中无波长依赖性的中空式光导。并且，作为解决这些问题的另一种方法，通过在权利要求1所述光导的内壁面附带几乎不依赖于波长的金属等反射薄膜，从而将光束封闭在光导内，而与入射光波长无关。此外，在光导中传输的光束无论是怎样的横模，也就是说无论是怎样的光束径、有怎样的光束发散角，均能通过附带在光导侧面的薄膜的反射而封闭在光导内，因而通过上述各种方法还能解决合波器对光束横模的依赖性。另外，在权利要求4的合波器内，作为解决上述各项问题的方法，使用了束状光纤，根据各个入射光源的波长特性和光束横模特性，一根根单独选取要捆束的各个光纤裸线的种类，从而不再受到所要合波的光源的波长和带宽及光束的横模等各项限制因素的影响。因而，以诸如权利要求2所述的中空型光导及权利要求4所述的束状光纤的构成要素作为技术方案制作而成的合波器既可运用于单横模的LD，也可运用于含极高次模的LED等面光源，并且无论是对于从紫外到近红外的波长，还是对于波长带宽都几乎没有依赖性。此外，关于合波器的综合光效率的课题，具体来说，包括对合波器内入射光束耦合效率的提升、将入射到合波器内部的多根光束耦合为一根光束时所使用的光学系统的合波效率的提升、以及合波器内部光的传输损耗及出射端损耗的克服等。权利要求1所述的合波器中，作为提升光效率的方法，采用了中空的光导。首先，因为是中空，所以不存在光的吸收，并且由于在中空光导的内壁附带有具有高反射率的薄膜，因而能将光较好地封闭，传输损耗少。并且还能够根据入射光束的特性，对光导入射端的形状进行设计，从而提升入射光的耦合效率。此外，权利要求4所述的束状光纤合波器中，因为是根据各个入射光源的波长和光束特性分别单独选择光纤，因而通过这个方法能够以各个入射光最适合的耦合方法而获得最大的耦合效率。此外，因为将耦合于各光纤的光直接连结到出射端进行输出，所以除了在入射端入射光进行耦合时的损耗之外，合波器主体几乎没有损耗。另外，针对需以高可靠性、小型化且低成本进行大量生产的课题，首先，本专利技术权利要求2所述的权利要求1的合波器的中空型光导的制作方法、即通过将附带反射薄膜的沟槽所在基板与附带反射薄膜的盖板贴合从而制作合波器的方法能够解决该问题。也就是说，权利要求2所述的基板，如果采用硅和玻璃等一般材质，通过使用半导体工艺用的蚀刻装置或激光束直接成型装置，很容易就能高精度地制作出权利要求2所述的光导用沟槽。此外，通过电镀或PVD(Physical Vapor Deposition：物理气相沉积)和CVD(Chemical Vapor Deposition：化学气相沉积)等蒸镀方法能够在权利要求2所述基板上所刻的光导用沟槽的两个侧面和底面进行金属或电介质薄膜的涂覆。上述制造方法与半导体部件的制造一样，能够以低成本进行大量生产。通过束状光纤制作权利要求4所述的合波器也是能以低成本进行大量生产的方法。另外，本专利技术权利要求5和6中任一项所述的多波长光源，能够将上述权利要求1和4所述的成本低且可靠性高、能够量产的合波器作为部件，从原先的多个N个光源中独立出来，事先进行准备，因而无论在管理还是生产方面，均能够以低成本和高可靠性进行大量生产。专利技术效果权利要求1中使用无波长依赖性的中空光导，因而能够在从紫外到可见及近红外的1000nm以上的很大范围带宽中进行多波长光的合波。权利要求4所述的合波器因为使用束状光纤，因而在从紫外到近红外的大范围带宽内，只要是在光纤裸线玻璃的透射带内均可适用。也就是说，本专利技术权利要求1和4所述的两种合波器几乎不依赖于波长和波长带宽，在波长特性方面具有优异的效果。另外，权利要求1所述的中空型光导通过附带在相对于光传输方向的各个侧面的反射薄膜，能够几乎与所输入光束的发散角无关地将光封闭，因此从单横模的LD到面光源的高次多横模的LED，几乎不依赖于光束横模，能够根据各自的应用进行各波长及各横模的光源的合波。此外，权利要求4所述的束状光纤也能够根据入射光源光束的各横模的特性选择各光纤裸线的种类。也就是说，本专利技术权利要求1和4所述的两种合波器在入射光源光束的横模方面具有优异的适用性。从基本构造来看，无论是权利要求1所述的光导还是权利要求4所述的束状光纤，对于每个合波的光源，入射光都是从受光端面直接连结到出射端进行出射，而不通过其他部件，所以几乎本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种N对1的光合波器，其特征在于，为了从使多个N根光束入射的N根入射光导，将所述N根入射光合波至1根出射光导并输出，所述N根中的第n(n＝1、2、…、N)根光导中具有作为光前进方向的终端的第n(n＝1、2、…、N)个端子，设置为了将所述N根中的第n(n＝1、2、…、N)根光束从所述N个中的第n(n＝1、2、…、N)个端子向所述出射光导转移并出射而具备的N个耦合部，为了实现将从所述N根光导的N个入射端面入射的所述N根光束全部合波至所述1根出射光导并输出的目的，关于形成用于对所述N根入射光与所述1根出射光进行传输的N+1根光导，通过使光导主体中空，在光导的内侧壁的整面涂覆对光进行全反射的金属薄膜或电介质薄膜，从而成为能够将光束完全封闭在光导内进行传输的结构，使入射到所述N根入射光导中的所述N根光高效地合波至所述1根出射光导并输出。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.11 JP 2014-240554;2014.12.18 JP 2014-267191.一种N对1的光合波器，其特征在于，为了从使多个N根光束入射的N根入射光导，将所述N根入射光合波至1根出射光导并输出，所述N根中的第n(n＝1、2、…、N)根光导中具有作为光前进方向的终端的第n(n＝1、2、…、N)个端子，设置为了将所述N根中的第n(n＝1、2、…、N)根光束从所述N个中的第n(n＝1、2、…、N)个端子向所述出射光导转移并出射而具备的N个耦合部，为了实现将从所述N根光导的N个入射端面入射的所述N根光束全部合波至所述1根出射光导并输出的目的，关于形成用于对所述N根入射光与所述1根出射光进行传输的N+1根光导，通过使光导主体中空，在光导的内侧壁的整面涂覆对光进行全反射的金属薄膜或电介质薄膜，从而成为能够将光束完全封闭在光导内进行传输的结构，使入射到所述N根入射光导中的所述N根光高效地合波至所述1根出射光导并输出。2.一种在如权利要求1所述的N对1合波器上制作所述N+1根光导的方法，其特征在于，关于在如权利要求1所述的N对1合波器上，作为构造的基本要素，形成N+1根覆有反射薄膜的中空型入射和出射光导，首先预先设置1张材质为硅或金属、或者陶瓷或玻璃，或者光学晶体的基板，预先设计所述N根入射光导和所述1根出射光导以及入射和出射光导之间所述N个耦合部的形成图案，从所述基板的上表面往深度方向，通过湿蚀刻或干蚀刻，或者根据基板材质采用激光束或离子束等射束精细加工，沿着形成为所述N个带耦合部的N+1根光导的图案，刻出N+1根光导用的沟槽，在通过所述方法刻出的光导用的所述N+1根沟槽的底面和两个侧面的所有表面上，实施对光进行全反射的金属薄膜或电介质薄膜的涂覆，由于刻在所述基板上的所述N+1根光导用沟槽的上方开放，因而再设置一张(尽量与所述基板使用相同材质)用来覆盖的盖板，在所述盖板的下表面涂覆对光进行全反射的金属薄膜或电介质薄膜，将按照所述方法制作而成的底面和两个侧面均覆有全反射薄膜的N+1根光导用沟槽所在的所述基板的上表面与按照所述方法制作而成的覆有全反射薄膜的所述盖板的下表面对齐，并将盖板贴附，从而在所述基板的N+1根光导用沟槽的两个侧面和底面以及所述贴附的盖板的下表面、即作为光导沿着光传输方向的所有侧面均附带有光的全反射薄膜，从而将光封闭在所述N+1根中空型沟槽中。3.一种N对1合波器，在如权利要求1所述的中空型光导式的多个N对1基本合波器的基础上，介于光纤中且采用下述三种类型中任一种结构：具备N根输入光导和1根输出光纤,将来自所述合波器的出射光导的输出光耦合于预先设置的1根光纤的类型1的合波器；或者，具备N根输入光纤和1根输出光导,在预先设置的多个N根光纤与所述基本合波器的N根入射光导之间，以1对1的形式对光束进行直接耦合，或使用透镜进行耦合的类型2的合波器；或者，具备N根输入光纤和1根输出光纤,将来自预先设置的所述类型2的合波器的出射光导的输出光与类型1的合波器同样地耦合于预先设置的1根光纤的类型3的合波器。4.一种使用束状光纤的芯片型N对1的光束空间合波器，其特征在于，针对来自输入侧的多个N个点光源或多个N根平行光输出激光的空间上独立的N根光束，为了使其光...

【专利技术属性】
技术研发人员：成泽润，
申请(专利权)人：光研公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP