JP2007115933A - Optical semiconductor module and its assembling method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光半導体モジュールおよびその組立方法に関し、詳しくは光通信システムや、光情報処理システムにおいて用いられる光半導体素子の実装に関するものである。 The present invention relates to an optical semiconductor module and an assembling method thereof, and more particularly to an optical communication system and an optical semiconductor element used in an optical information processing system.
従来の光半導体モジュールでは、二つの光半導体素子をレンズを介して光学的に結合させる際には、高い光結合効率を得るために焦点距離がほぼ同一の二つのレンズを用いていた。これは、半導体素子の光のフィールド径、すなわち光半導体素子内を伝搬する光のパワー分布の半値全幅(FWHM)が、どの種類の素子でも同一の2μm程度であることから、半導体素子間の光結合では、焦点距離がほぼ同一の二つのレンズを用いて像倍率をほぼ1とすることにより、損失の少ない光結合を得ることができるためである(例えば、非特許文献1参照)。 In the conventional optical semiconductor module, when two optical semiconductor elements are optically coupled via a lens, two lenses having substantially the same focal length are used in order to obtain high optical coupling efficiency. This is because the light field diameter of the semiconductor element, that is, the full width at half maximum (FWHM) of the power distribution of light propagating in the optical semiconductor element is about 2 μm, which is the same for all types of elements. This is because, in the coupling, by using two lenses having substantially the same focal length and setting the image magnification to approximately 1, an optical coupling with a small loss can be obtained (for example, see Non-Patent Document 1).
すなわち、非特許文献1によれば、像倍率をm、第一の半導体素子のフィールド径をw1、第二の半導体素子のフィールド径をw2、第一の半導体素子から出射される光を平行光線にする第一のレンズの焦点距離をf1、第一のレンズを透過した光を集光する第二のレンズの焦点距離をf2とすると、非特許文献1の第58頁に記載の(4.3−6)式から、二つの素子のフィールド径が等しい(w1=w2)場合に最大の光結合効率が得られる最適像倍率moptが1となる。非特許文献1の第56頁に記載の(4.2−16)式から、像倍率mopt=1の場合、半導体素子間の光結合において最大の光結合効率が得られる二つのレンズの焦点距離f1,f2の関係はf1=f2となる。したがって、光半導体モジュールは、二つのレンズの焦点距離が等しい場合に最大の光結合効率が得られることがわかる。
That is, according to Non-Patent
一方、レンズ固定時の軸ズレ、すなわち一方の光半導体素子の出射端と、他方の光半導体素子の入射端とを結ぶ光軸に対して、この軸に直交する方向に生じるレンズの位置ズレや、位置調整の自由度の不足などによる光結合効率の低下を補うために、例えば、非特許文献2の第197頁、Fig1に示されているように、二つのレンズの間に第三のレンズまたはプリズムなど光の光線軸を補正するための光学部品を必要としていた。
On the other hand, when the lens is fixed, that is, with respect to the optical axis connecting the emission end of one optical semiconductor element and the incident end of the other optical semiconductor element, the positional deviation of the lens that occurs in the direction perpendicular to this axis In order to compensate for the decrease in optical coupling efficiency due to lack of freedom of position adjustment, for example, as shown in FIG. 1, page 197 of Non-Patent
しかし、二つの光半導体素子間を光結合するために焦点距離がほぼ同一の二つのレンズを用いると、レンズの軸ズレに対する結合損失が大きくなる。そして、例えばレンズや光軸補正用の光学部品を固定するためにエポキシ樹脂等の接着剤を用いた場合は、レンズ位置の長期的な安定性が悪く、時間とともに光結合効率が大幅に変化し、出力光強度が低下してしまうというおそれがあった。また、レンズや光軸補正用の光学部品を固定するためにYAGレーザ溶接による固定手段を用いると、長期的な安定性は確保できるものの、溶接時の軸ズレにより、光結合効率が劣化し、出力光強度が低下するという問題があった。 However, if two lenses having substantially the same focal length are used for optical coupling between the two optical semiconductor elements, the coupling loss with respect to the axial deviation of the lens increases. For example, when an adhesive such as an epoxy resin is used to fix a lens or an optical component for correcting the optical axis, the long-term stability of the lens position is poor, and the optical coupling efficiency changes significantly with time. There was a risk that the output light intensity would decrease. Also, if fixing means by YAG laser welding is used to fix lenses and optical components for optical axis correction, long-term stability can be secured, but optical coupling efficiency deteriorates due to axial misalignment during welding, There was a problem that the output light intensity decreased.
YAGレーザ溶接によるレンズの固定の際は、溶接時の金属の溶融および凝固時に発生する伸縮に伴い、レンズ位置に数μmのズレが生じる。一方、光半導体素子の光のフィールド径は、2μm程度であり、溶接時の軸ズレに比べて小さい。そのため、軸ズレに伴う光結合効率の劣化が大きな問題となっていた。 When the lens is fixed by YAG laser welding, a deviation of several μm occurs in the lens position with the expansion and contraction that occurs during melting and solidification of the metal during welding. On the other hand, the light field diameter of the optical semiconductor element is about 2 μm, which is smaller than the axial misalignment during welding. For this reason, degradation of optical coupling efficiency due to axial misalignment has been a major problem.
このようなことから本発明は、レンズの軸ズレによる光結合効率の低下を抑制し、光結合効率の安定した光半導体モジュールおよびその組立方法を提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide an optical semiconductor module having a stable optical coupling efficiency and a method for assembling the same, by suppressing a decrease in optical coupling efficiency due to an axial shift of the lens.
上記の課題を解決するための本発明の請求項1に係る光半導体モジュールは、第一の光半導体素子と、前記第一の光半導体素子から出射される光を平行光線にする第一のレンズと、前記平行光線を集光させる第二のレンズと、前記第二のレンズによって集光した光が光導波路に結合する位置に配置された第二の光半導体素子とを共通のサブマウント上に搭載した光半導体モジュールにおいて、前記第一のレンズの焦点距離と前記第二のレンズの焦点距離が互いに異なることを特徴とする。
An optical semiconductor module according to
本発明の請求項2に係る光半導体モジュールは、請求項1記載の光半導体モジュールにおいて、前記第一の光半導体素子のフィールド径と前記第二の光半導体素子のフィールド径が略等しいことを特徴とする。
The optical semiconductor module according to
本発明の請求項3に係る光半導体モジュールは、請求項1又は請求項2記載の光半導体モジュールにおいて、組立時に生じる前記レンズの軸ズレ量が、前記第一および第二の光半導体素子のフィールド径のうちの小さいフィールド径と同じか、それよりも大きいことを特徴とする。 An optical semiconductor module according to a third aspect of the present invention is the optical semiconductor module according to the first or second aspect, wherein an axial displacement amount of the lens generated during assembly is a field of the first and second optical semiconductor elements. It is characterized by being equal to or larger than the smaller field diameter of the diameters.
本発明の請求項4に係る光半導体モジュールは、請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の光半導体モジュールにおいて、前記二つのレンズの焦点距離の比が1:1.5以上かつ1:2.5以下であるとともに、像倍率1.5倍以上かつ2.5倍以下の光学系を形成していることを特徴とする。 An optical semiconductor module according to a fourth aspect of the present invention is the optical semiconductor module according to any one of the first to third aspects, wherein a ratio of focal lengths of the two lenses is 1: 1.5 or more and 1: An optical system having an image magnification of 1.5 times or more and 2.5 times or less is formed.
本発明の請求項5に係る光半導体モジュールの組立方法は、請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の光半導体モジュールを組み立てる方法であって、前記レンズを収容した金属筐体をYAGレーザ溶接によりレンズホルダを介して前記サブマウント上に固定したことを特徴とする。 An optical semiconductor module assembling method according to a fifth aspect of the present invention is a method for assembling the optical semiconductor module according to any one of the first to fourth aspects, wherein a metal housing containing the lens is attached to a YAG laser. It is fixed on the submount through a lens holder by welding.
本発明の請求項6に係る光半導体モジュールの組立方法は、請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の光半導体モジュールを組み立てる方法であって、前記二つの光半導体素子を前記サブマウント上に固定した後、前記レンズの位置を調整し、焦点距離の異なる前記第一のレンズおよび前記第二のレンズを固定する際、焦点距離の短いレンズを先に前記サブマウント上に固定し、焦点距離の長いレンズを後に前記サブマウント上に固定することを特徴とする。
An optical semiconductor module assembling method according to
本発明の請求項7に係る光半導体モジュールは、請求項5又は請求項6記載の光半導体モジュールの組立方法によって作製されたことを特徴とする。 An optical semiconductor module according to a seventh aspect of the present invention is manufactured by the method for assembling an optical semiconductor module according to the fifth or sixth aspect.
上述した本発明による光半導体モジュールは、焦点距離が互いに異なる二つのレンズを用いて、半導体素子に結合する光の像倍率を拡大させている。焦点距離が互いに異なる二つのレンズを用いた場合、焦点距離の長いレンズを固定する際に、光軸に直交する方向に生じるレンズの軸ズレによる光結合効率の劣化は、焦点距離が略同一のレンズを用いた場合のレンズの軸ズレによる光結合効率の劣化に比べて小さいため、本発明による手段を用いることで、レンズ固定の際に軸ズレが生じた場合、出力光強度の低下を抑え、光結合効率の安定した光半導体モジュールを提供することが可能となった。 The above-described optical semiconductor module according to the present invention uses two lenses having different focal lengths to enlarge the image magnification of light coupled to the semiconductor element. When two lenses with different focal lengths are used, when fixing a lens with a long focal length, the optical coupling efficiency is deteriorated due to the deviation of the lens in the direction orthogonal to the optical axis. When the lens is used, it is small compared to the deterioration of the optical coupling efficiency due to the axial deviation of the lens. Therefore, by using the means according to the present invention, when the axial deviation occurs when fixing the lens, the decrease in the output light intensity is suppressed. Therefore, it is possible to provide an optical semiconductor module having a stable optical coupling efficiency.
以下に、本発明に係る光半導体モジュールおよびその組立方法の実施形態を示す。本実施形態は、一つのモジュール内に二つの光半導体素子を実装し、この二つの光半導体素子を焦点距離の互いに異なる二個のレンズを用いて光結合するものである。また、光半導体モジュールを組み立てる際には、最初に焦点距離の短いレンズを固定し、次に、焦点距離の長いレンズを、焦点距離の短いレンズの固定時に生じた軸ズレを補正するように再調整した後、固定するものとする。 Embodiments of an optical semiconductor module and an assembly method thereof according to the present invention will be described below. In the present embodiment, two optical semiconductor elements are mounted in one module, and the two optical semiconductor elements are optically coupled using two lenses having different focal lengths. Also, when assembling the optical semiconductor module, first fix the lens with the short focal length, and then reconnect the lens with the long focal length so as to correct the axial misalignment caused when the lens with the short focal length is fixed. After adjustment, it shall be fixed.
光半導体素子、特に導波路型光半導体素子は、素子の種類が異なっても略等しいフィールド径を持つことから、二つのレンズの焦点距離が等しい場合に最大の光結合効率が得られ、二つのレンズの焦点距離が異なると、光結合効率が低下する。したがって、従来の光半導体モジュールは、二個の光半導体素子を光結合する場合に焦点距離の等しい二個のレンズを用いていた。 An optical semiconductor element, particularly a waveguide type optical semiconductor element, has substantially the same field diameter even if the type of the element is different, so that the maximum optical coupling efficiency can be obtained when the focal lengths of the two lenses are equal. If the focal lengths of the lenses are different, the optical coupling efficiency decreases. Therefore, the conventional optical semiconductor module uses two lenses having the same focal length when optically coupling two optical semiconductor elements.
しかし、本実施形態のように焦点距離が異なる二個のレンズを用いれば、光半導体モジュール組立において、レンズの軸ズレ、すなわち、光軸に直交する方向へのずれが発生しても、それぞれ焦点距離が等しい二個のレンズを用いた場合に比べ、光結合効率の低下が少ないという効果がある。さらに、焦点距離の短いレンズの軸ズレ量に対し、焦点距離の長いレンズの軸ズレ量に対する光結合効率の低下は小さいため、焦点距離の短いレンズを固定した後に焦点距離の長いレンズを固定することで、より光結合効率の低下を抑制することができる。 However, if two lenses with different focal lengths are used as in the present embodiment, even if an optical axis misalignment of the lens, that is, a shift in a direction perpendicular to the optical axis, occurs in the optical semiconductor module assembly, Compared with the case where two lenses having the same distance are used, there is an effect that the optical coupling efficiency is less decreased. Furthermore, since the decrease in optical coupling efficiency with respect to the axial shift amount of a lens with a long focal length is small compared to the axial shift amount of a lens with a short focal length, a lens with a long focal length is fixed after fixing a lens with a short focal length. Thereby, the fall of optical coupling efficiency can be suppressed more.
なお、本実施形態の光半導体モジュールは、実装する二個の光半導体素子のフィールド径が略等しい場合、およびモジュール組立時に生じるレンズの軸ズレ量が光半導体素子のフィールド径と同程度か、それよりも大きい場合に特に効果を有する。 In the optical semiconductor module of the present embodiment, when the field diameters of the two optical semiconductor elements to be mounted are substantially equal, and the amount of axial misalignment of the lens that occurs when the module is assembled is approximately the same as the field diameter of the optical semiconductor element. It is particularly effective when it is larger than.
光半導体素子のフィールド径の典型的な値は約2μmである。特に導波路型光半導体素子の場合は、素子の種類によらず約2μmである。したがって導波路型光半導体素子同士の場合は、フィールド径が略等しいと考えて差し支えない。また導波路型以外の光半導体素子の場合であっても、そのフィールド径は大概1.0〜2.5μmの範囲に入る。この範囲に入るフィールド径をもつ光半導体素子同士を光結合する場合も、フィールド径が略等しい範疇に入り、本発明の効果がある。 A typical value of the field diameter of the optical semiconductor element is about 2 μm. In particular, in the case of a waveguide type optical semiconductor element, it is about 2 μm regardless of the type of element. Therefore, in the case of waveguide type optical semiconductor elements, it can be considered that the field diameters are substantially equal. Even in the case of an optical semiconductor element other than the waveguide type, the field diameter is generally in the range of 1.0 to 2.5 μm. Even when optical semiconductor elements having field diameters falling within this range are optically coupled to each other, the field diameters fall within a substantially equal category, and the effects of the present invention are obtained.
略等しいフィールド径をもった光半導体素子同士の光結合であっても、小さいフィールド径をもつ方の影響が大きい。したがって、モジュール組立時に生じるレンズの軸ズレ量が、小さい方のフィールド径と同じかそれよりも大きい場合に、本発明は特に効果を有する。 Even in the case of optical coupling between optical semiconductor elements having substantially the same field diameter, the effect of having a smaller field diameter is large. Therefore, the present invention is particularly effective when the axial displacement of the lens that occurs during module assembly is the same as or larger than the smaller field diameter.
図1および図2に本発明の第一の実施例を示す。図1に示すように、本実施例による光半導体モジュールは、サブマウント105上に搭載された光半導体素子としてそれぞれ導波路型の光半導体素子である半導体レーザ101と半導体光変調器104を具備し、半導体レーザ101から出射された光が半導体光変調器104へ低損失に結合するよう位置調整された、第一のレンズ102および第二のレンズ103を備えている。第一のレンズ102および第二のレンズ103は、それぞれ金属筐体112,113に収められている。
1 and 2 show a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the optical semiconductor module according to the present embodiment includes a
第一のレンズ102は半導体レーザ101が出射した光を平行光線にし、第二のレンズ103は、上記平行光線を集光して半導体光変調器104に結合させる。これらのレンズ102,103は位置調整された後、レンズホルダ106を介してサブマウント105上に固定される。この際、まず、第一のレンズ102を固定し、次に、第二のレンズ103を第一のレンズ102の固定時に生じた軸ズレを補正するように再調整した後、固定する。なお、半導体光変調器104から出射された光は第三のレンズ107によって平行光線となり、第四のレンズ(図示省略)によって集光された光が光ファイバ(図示省略)に接続される。第三のレンズ107は、金属筐体117に収められている。
The
第一のレンズ102と、第二のレンズ103とは、互いに異なる焦点距離を有するものとし、図2(a)に示すように、第一のレンズ102の焦点距離をf1、第二のレンズ103の焦点距離をf2(f2≠f1)とすると、半導体レーザ101から出射され、二つのレンズ102,103を介して半導体光変調器104の入力光導波路へ集光される光の像倍率はf2/f1になる。このため、焦点距離f1が焦点距離f2より小さいと、半導体光変調器104の入射端での光のフィールド111の径は、半導体レーザ101の出射端での光のフィールド110の径のf2/f1倍に拡大される。
The
なお、半導体素子の光のフィールド径は、どの種類の素子でも略同一であることから、半導体レーザ101のフィールド110の径と、半導体光変調器104のフィールド112の径とは、略等しいものとする。
In addition, since the field diameter of the light of the semiconductor element is substantially the same for all kinds of elements, the diameter of the
図2(b)に、拡大した光のフィールド111および半導体光変調器104の光のフィールド112の例を示す。光結合効率は、拡大した光のフィールド111と、半導体光変調器104の光のフィールド112との重なり積分で表される。したがって、本実施例における光結合効率は、同じ大きさの光のフィールドを重ね合わせたときの光結合効率より低下するが、第二のレンズ103の図中矢印で示す方向に生じる軸ズレ、すなわち光軸と垂直方向に生じる軸ズレによる光結合効率の変化量は小さくなる。
FIG. 2B shows an example of the enlarged
このため、レンズ固定時に軸ズレが発生する場合には、互いに異なる焦点距離を有する第一のレンズ102と第二のレンズ103とを用いることで、軸ズレによる光結合効率の低下を軽減することができるとともに、その変化量を一定値以内に収めることが容易になる。
For this reason, when an axial deviation occurs when the lens is fixed, the
したがって、本実施例によれば、光半導体モジュールの組立時にレンズの軸ズレが生じた場合であっても光結合効率の変化を抑制し、光結合効率の安定した光半導体モジュールを作製することができた。 Therefore, according to the present embodiment, it is possible to suppress the change of the optical coupling efficiency even when the lens is misaligned during the assembly of the optical semiconductor module, and to produce the optical semiconductor module having a stable optical coupling efficiency. did it.
図3および図4に本発明の第二の実施例を示す。図3に示すように、本実施例による光半導体モジュールは、サブマウント205上に搭載されたそれぞれ導波路型の光半導体素子である半導体レーザ201と半導体光変調器204を具備し、半導体レーザ201から出射された光が半導体光変調器204へ低損失に結合するよう位置調整された、第一のレンズ202および第二のレンズ203を備えている。第一のレンズ202および第二のレンズ203は、それぞれ金属筐体212,213に収められている。
3 and 4 show a second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the optical semiconductor module according to the present embodiment includes a
第一のレンズ202は半導体レーザ201が出射した光を平行光線にし、第二のレンズ203は、上記平行光線を集光して半導体光変調器204に結合させる。これらのレンズ202,203は位置調整された後、レンズホルダ206を介してサブマウント205上に固定される。この際、まず、第二のレンズ203を固定し、次に、第一のレンズ202を第二のレンズ203の固定時に生じた軸ズレを補正するように再調整した後、固定する。なお、半導体光変調器204から出射された光は第三のレンズ207によって平行光線となり、第四のレンズ(図示省略)によって集光された光が光ファイバ(図示省略)に接続される。第三のレンズ207は金属筐体217に収められている。
The
ここで、第一のレンズ202と、第二のレンズ203とは焦点距離が異なるものとし、図4(a)に示すように、第一のレンズ202の焦点距離をf1、第二のレンズ203の焦点距離をf2とする。半導体光変調器204から光の進行方向と逆に光のフィールド形状をたどると、二つのレンズ202,203を介して半導体レーザ201の出力光導波路に結合する光の像倍率は、f1/f2になる。このため、焦点距離f1が焦点距離f2より大きいと、半導体レーザ201の出射端での光のフィールド211の径は、半導体光変調器204の光のフィールド210の径のf1/f2倍に拡大される。
Here, it is assumed that the
なお、光半導体素子の光のフィールド径は、どの種類の素子でも略同一であることから、半導体レーザ201のフィールド210の径と、半導体レーザ201のフィールド212の径とは、略等しいものとする。
In addition, since the field diameter of light of the optical semiconductor element is substantially the same for all types of elements, the diameter of the
図4(b)に拡大した光のフィールド211と、半導体レーザ201の光のフィールド212の例を示す。光結合効率は、この拡大した光のフィールド211と、半導体レーザ201の光のフィールド212との重なり積分で表される。本実施例における光結合効率は、同じ大きさの光のフィールドを重ね合わせたときの光結合効率よりも低下するが、第一のレンズ202の図中矢印で示す方向に生じる軸ズレ、すなわち光軸と垂直方向に生じる軸ズレによる光結合効率の変化量は小さくなる。このため、レンズ固定時に軸ズレが発生する場合には、軸ズレによる光結合効率の低下を軽減することができるとともに、その変化量を一定値以内に収めることが容易になる。
FIG. 4B shows an example of the enlarged
したがって、本実施例によれば、光半導体モジュールの組立時にレンズの軸ズレが生じた場合であっても光結合効率の変化を抑制し、光結合効率の安定した光半導体モジュールを作製することができた。 Therefore, according to the present embodiment, it is possible to suppress the change of the optical coupling efficiency even when the lens is misaligned during the assembly of the optical semiconductor module, and to produce the optical semiconductor module having a stable optical coupling efficiency. did it.
以下に、本発明の第三の実施例を示す。本実施例は、上記実施例1に記載の形態を例に挙げて説明する。
本実施例による光半導体モジュールは、図1および図2に示す構成に適用され、サブマウント105上に搭載されたそれぞれ導波路型の光半導体素子である半導体レーザ101と半導体光変調器104を具備し、半導体レーザ101から出射された光が半導体光変調器104へ低損失に結合するよう位置調整された、第一のレンズ102および第二のレンズ103を備えている。そして、レンズ102,103は位置調整された後、レンズホルダ106を介してサブマウント105上にYAGレーザ溶接によって第一のレンズ102、第二のレンズ103の順に固定されているものとする。この際、まず、第一のレンズ102を固定し、次に、第二のレンズ103を第一のレンズ102の固定時に生じた軸ズレを補正するように再調整した後、固定する。
The third embodiment of the present invention will be shown below. In the present embodiment, the embodiment described in the first embodiment will be described as an example.
The optical semiconductor module according to the present embodiment is applied to the configuration shown in FIGS. 1 and 2, and includes a
第一のレンズ102と、第二のレンズ103とは、焦点距離が異なるものとし、第一のレンズ102の焦点距離をf1、第二のレンズ103の焦点距離をf2とする。すると、半導体レーザ101から出射され、半導体光変調器104の入力光導波路へ集光される光の像倍率はf2/f1になる。このため、焦点距離f1が焦点距離f2より小さいと、半導体光変調器104の入射端での光のフィールド径111の径は、半導体レーザ101の出射端での光のフィールド110の径のf2/f1倍に拡大される。
The
なお、半導体素子の光のフィールド径は、どの種類の素子でも略同一であることから、半導体レーザ101のフィールド110の径と、半導体光変調器104のフィールド112の径とは、略等しいものとする。
In addition, since the field diameter of the light of the semiconductor element is substantially the same for all kinds of elements, the diameter of the
光結合効率は、この拡大した光のフィールド111と、半導体光変調器104の光のフィールド112との重なり積分で表されるため、本実施例における光結合効率は、同じ大きさの光のフィールドを重ね合わせたときの効率よりも低下するが、第二のレンズ103の軸ズレによる光結合効率の変化量は小さくなる。
The optical coupling efficiency is expressed by the overlap integral of the expanded
第二のレンズ103の、光軸に直交する方向への軸ズレに対する結合損失の変化を計算した結果を図3に示す。なお、レンズの焦点距離f1とf2の比は、f1:f2=1:1,1:1.5,1:2,1:2.5,1:3の五通りの場合について計算してある。
FIG. 3 shows the result of calculating the coupling loss change with respect to the axial displacement of the
例えば、光半導体モジュールを組み立てる際にYAGレーザ溶接によってレンズを固定する場合、レンズの軸ズレ量は数μm(条件により5〜8μm)程度である。このズレ量は、溶接前にレンズ位置を収縮方向(ズレ方向)と反対にオフセットすることで光軸のズレを最小限に抑えることができるが、ズレ量のばらつきは補正することが困難である。そして、このズレ量のばらつきは1.0〜2.5μm程度である。 For example, when the lens is fixed by YAG laser welding when assembling the optical semiconductor module, the axial displacement of the lens is about several μm (5 to 8 μm depending on conditions). The amount of deviation can be minimized by offsetting the lens position opposite to the contraction direction (the direction of deviation) before welding, but it is difficult to correct variations in the amount of deviation. . The variation in the amount of deviation is about 1.0 to 2.5 μm.
図5より、第二のレンズ103の軸ズレ量が1.0μm以上である場合は、焦点距離f1とf2の比がf1:f2=1:1の場合より、f1:f2=1:1.5の場合の方が、第二のレンズ103の軸ズレに対して結合損失の低下が小さいことがわかる。また、第二のレンズ103の軸ズレ量が2.5μm以下である場合は、焦点距離f1とf2の比がf1:f2=1:3の場合より、f1:f2=1:2.5の場合の方が、第二のレンズ103の軸ズレに対して結合損失の低下が小さいことがわかる。
From FIG. 5, when the axis shift amount of the
以上に示したように、第一のレンズ102および第二のレンズ103の焦点距離f1,f2の比を1:1.5〜1:2.5とすることで、焦点距離が等しい二つのレンズを用いる場合と比べて、レンズ固定時に軸ズレが発生する場合のレンズの軸ズレによる光結合効率の低下をより軽減することができるとともに、その変化量を一定値以内に収めることが容易になる。
As described above, by setting the ratio of the focal lengths f 1 and f 2 of the
したがって、本実施例によれば、光半導体モジュールの組立時にレンズの軸ズレが生じた場合であっても光結合効率の変化を抑制し、光結合効率の安定した光半導体モジュールを作製することができた。 Therefore, according to the present embodiment, it is possible to suppress the change of the optical coupling efficiency even when the lens is misaligned during the assembly of the optical semiconductor module, and to produce the optical semiconductor module having a stable optical coupling efficiency. did it.
本発明の第四の実施例を以下に示す。本実施例は上記実施例1から実施例3に記載の形態に適用される。以下、実施例1を例に挙げて説明する。
図1および図2に示すように、本実施例による光半導体モジュールは、サブマウント105上に搭載されたそれぞれ導波路型の光半導体素子である半導体レーザ101と半導体光変調器104を具備し、半導体レーザ101から出射された光が半導体光変調器104へ低損失に結合するよう位置調整された、第一のレンズ102および第二のレンズ103を備えている。レンズ102および103は位置調整された後、レンズホルダ106を介してサブマウント105上に固定されている。第一のレンズ102と第二のレンズ103は、焦点距離が異なるものとし、第一のレンズ102の焦点距離をf1、第二のレンズ103の焦点距離をf2とする。
A fourth embodiment of the present invention will be described below. The present embodiment is applied to the forms described in the first to third embodiments. Hereinafter, Example 1 will be described as an example.
As shown in FIGS. 1 and 2, the optical semiconductor module according to the present embodiment includes a
図6に、第一のレンズ102を先に固定し、次に第二のレンズ103を第一レンズ102の固定時に生じた軸ズレを補正するように再調整して固定した場合の第二のレンズ103の軸ズレ量に対する結合損失の変化を示したグラフを示す。図6は、第一および第二のレンズの焦点距離f1,f2の比をf1:f2=1:1,1:2,2:1とした三通りの場合について計算した結果である。
FIG. 6 shows a second case where the
第一のレンズ102として焦点距離の短いレンズを用い、第二のレンズ103として焦点距離の長いレンズを用いた(f1:f2=1:2)場合、第二のレンズ103の軸ズレ量に対する結合損失は、図6中に実線で示すように変化し、第二のレンズ103の軸ズレ量が1.2μm以上の場合には、図6中に破線で示した、焦点距離が同一(f1:f2=1:1)の場合と比べて、結合損失が小さい。
When a lens with a short focal length is used as the
一方、第一のレンズ102として焦点距離の長いレンズを用い、第二のレンズ103として焦点距離の短いレンズを用いた(f1:f2=2:1)場合、第二のレンズ103の軸ズレ量に対する結合損失は図6に点線で示すように変化し、軸ズレ量に対して結合損失が大きくなる。
On the other hand, when a lens having a long focal length is used as the
すなわち、焦点距離の異なる二つのレンズを用いて半導体素子間の光結合をとる際には、焦点距離の短いレンズの軸ズレ量に対する光結合効率の低下は大きく、焦点距離の長いレンズの軸ズレ量に対する光結合効率の低下は小さいことがわかる。なお、図3に示す実施例2の構成において、焦点距離の短い第二のレンズ203を固定した後、焦点距離の長い第一のレンズ202を第二のレンズ203の固定時に生じた軸ズレを補正するように再調整して固定した場合、焦点距離の長い第一のレンズ202の軸ズレに対する光結合効率の変化は、図6に実線で示した計算結果と同一になる。
That is, when optical coupling between semiconductor elements is performed using two lenses having different focal lengths, the optical coupling efficiency greatly decreases with respect to the amount of axial deviation of a lens with a short focal length, and the axial deviation of a lens with a long focal length. It can be seen that the decrease in the optical coupling efficiency with respect to the amount is small. In the configuration of Example 2 shown in FIG. 3, after the
したがって、二つのレンズを固定する際は、レンズの位置調整により最適結合位置にレンズを持ってきた後、まず、焦点距離の短いレンズを固定し、この焦点距離の短いレンズの固定時に生じた軸ズレを補正するように、焦点距離の長いレンズを再調整した後、焦点距離の長いレンズを固定することにより、光半導体モジュールの組立時にレンズの軸ズレが生じた場合であっても光結合効率の低下を抑制し、光結合効率の安定した光半導体モジュールを作製することができる。 Therefore, when fixing the two lenses, after bringing the lens to the optimum coupling position by adjusting the position of the lens, first fix the lens with a short focal length, and the axis generated when fixing the lens with a short focal length. After adjusting the lens with a long focal length to correct the misalignment, the lens with a long focal length is fixed, so that the optical coupling efficiency can be achieved even when the lens is misaligned during assembly of the optical semiconductor module. Can be produced, and an optical semiconductor module with stable optical coupling efficiency can be manufactured.
本発明は、光半導体モジュールおよびその組立方法に関し、詳しくは光通信システムや、光情報処理システムにおいて用いられる光半導体素子の実装に利用可能である。 The present invention relates to an optical semiconductor module and an assembling method thereof, and more specifically, can be used for mounting an optical semiconductor device used in an optical communication system or an optical information processing system.
101,201 半導体レーザ
102,202 第一のレンズ
103,203 第二のレンズ
104,204 半導体光変調器
105,205 サブマウント
106,206 レンズホルダ
110,212 半導体レーザ出射端での光のフィールド
111 レンズによって倍率変換された半導体レーザの光のフィールド
112,210 半導体光変調器入射端での光のフィールド
211 レンズによって倍率変換された半導体光変調器の光のフィールド
101, 201
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