JP2000019358A - 光アイソレータ内蔵光素子モジュール - Google Patents

光アイソレータ内蔵光素子モジュール

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JP2000019358A
JP2000019358A JP10186704A JP18670498A JP2000019358A JP 2000019358 A JP2000019358 A JP 2000019358A JP 10186704 A JP10186704 A JP 10186704A JP 18670498 A JP18670498 A JP 18670498A JP 2000019358 A JP2000019358 A JP 2000019358A
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JP
Japan
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optical
optical element
lens
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isolator
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JP10186704A
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Tsuyoshi Tanaka
強 田中
Masaki Michiwaki
正樹 道脇
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Kyocera Corp
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Kyocera Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】光素子モジュール1の冷却能力を向上させると
ともに、パッケージ4を小型化し、かつ組み立て工程を
簡略化する。 【解決手段】光素子14と、第1レンズ18と、反射戻
り光を抑制するための光アイソレータ19と、光信号を
入出力する光ファイバ11とをこの順序でパッケージ4
内に収納してなる光アイソレータ内蔵光素子モジュール
において、上記第1レンズ18、光アイソレータ19
を、互いの光軸が一致するように、段差を持った略平板
状の固定部材21上に載置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光アイソレータを
内蔵した光通信用の光素子モジュールに関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、受発光素子からなる光素子と
光ファイバを光結合する光素子モジュールが使用されて
いる。例えば、光素子が半導体レーザの場合、半導体レ
ーザの出射光を光ファイバに結合する第1レンズと、反
射戻り光を抑制する光アイソレータと、光ファイバがこ
の順序で配置されている。
【0003】そして、図4に示すように、第1レンズ1
8と光アイソレータ19とは、互いの光軸を一致させる
ように、円筒状の固定部材24内に固定して一体化し、
この固定部材24を熱電子冷却素子上に搭載してパッケ
ージに収納している(特開平9−68631号公報参
照)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の光素
子モジュールでは、第1レンズ18と光アイソレータ1
9を固定する固定部材24が円筒状であるため、その体
積が大きく、小型化することができなかった。
【0005】そのため、固定部材24を搭載した熱電子
冷却装置の吸熱量が大きくなって、半導体レーザモジュ
ールの冷却能力を低下させたり、パッケージの高さを8
mm以下に小型化することができなかった。
【0006】また、固定部材24を取り付ける際は、光
アイソレータ19の透過偏波面と半導体レーザの偏波面
を一致させる透過偏波面方向調節のために、回転方向の
位置合わせを行わなければならず、組み立て工程が煩雑
であった。
【0007】本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
解消することにあり、光素子モジュールにおける冷却能
力の向上とパッケージの小型化と、組み立て工程の簡略
化にある。
【0008】
【課題を解決するための手段】そこで本発明は、光素子
と、第1レンズと、反射戻り光を抑制するための光アイ
ソレータと、光信号を入出力する光ファイバとをこの順
序でパッケージ内に収納してなる光アイソレータ内蔵光
素子モジュールにおいて、上記第1レンズ、光アイソレ
ータを、互いの光軸が一致するように、略平板状の固定
部材上に載置したことを特徴とする。
【0009】即ち、本発明によれば、第1レンズ、光ア
イソレータを載置する固定部材を略平板状とすることに
よって、小型化することができ、冷却能力を向上させる
とともに、パッケージを小型化するようにしたものであ
る。しかも、平板状の固定部材上に光アイソレータを載
置することにより、予め光素子の偏波面方向と一致する
ように載置しておけば、組み立て時の透過偏波面方向調
節の必要がなく、組み立て工程を簡略化できる。
【0010】また本発明は、光素子を載置するステムに
段差部を形成し、この段差部に上記固定部材を固定した
ことを特徴とする。
【0011】即ち、本発明によれば、まず第1レンズと
光アイソレータを固定部材上に載置した後、光素子を載
置したステムの段差部に上記プレートを載置して固定す
ることによって、容易に組み立てを行うことができる。
【0012】さらに、本発明は、上記固定部材に光アイ
ソレータを覆う保持部材を備えたことを特徴とする。
【0013】即ち、上記保持部材を備えることによっ
て、組み立て時に保持部材を吸着して容易に作業を行え
るようにしたものである。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
よって説明する。
【0015】図1に、光素子として半導体レーザを用い
た光素子モジュールの平面図及び縦断面図を示す。
【0016】光素子モジュール1は、箱型のケース2と
これを覆うキャップ3からなる気密のパッケージ4を有
し、パッケージ4の内部は乾燥窒素ガスが充填されてい
る。
【0017】ケース2の壁面には、円筒形のスリーブ7
が形成され、スリーブ7のパッケージ4内部側には、サ
ファイア等からなる気密窓8を備えている。スリーブ7
のパッケージ4外部側には、第2レンズ9を固定するレ
ンズホルダ10が取り付けられ、レンズホルダ10の端
部には、光ファイバ11の端部を保持するフェルール1
2を固定するフェルールホルダ13が取り付けられてい
る。
【0018】一方、ケース2の底面の内側には、温度制
御用の熱電子冷却素子5に搭載されたステム6がはんだ
付け等の取りつけ手段によって固定されている。ステム
6の上面には、半導体レーザからなる光素子14が搭載
され、その後方には後方出射光を監視するモニタ用フォ
トダイオード15が載置され、光素子14の近傍には温
度を検出するサーミスタ16が取り付けられている。
【0019】ステム6の光素子14の前方側には、光素
子14から出射されるレーザ光の軸線に垂直な面と、レ
ーザ光の軸線に平行な面からなる段差部17が形成され
ている。そして、この段差部17に、第1レンズ18と
光アイソレータ19が低融点ガラス20により固定され
た固定部材21が取り付けられている。
【0020】ここで、図2に、第1レンズ18と光アイ
ソレータ19が低融点ガラス20により固定された固定
部材21のみの正面図と側面図を示す。金属又はセラミ
ックスからなる固定部材21には、第1レンズ18と光
アイソレータ19の光軸が一致するように、レーザ光の
軸線に垂直な面と、レーザ光の軸線に平行な面からなる
段差部22が形成され、この段差部22上に、第1レン
ズ18と光アイソレータ19を載置して低融点ガラス2
0または他の接合材で固定してある。
【0021】なお、この時第1レンズ18は固定部材2
1上に縦に配置されることになるが、位置決めを容易に
行うために、固定部材21に形成した凹部21aに第1
レンズ18を配置することもできる。この場合、第1レ
ンズ18と光アイソレータ19の光軸が一致するように
上記凹部21aを形成しておけば、段差を備えておく必
要がない。また、上記凹部21aは、第1レンズ18と
合致した形状やV溝状等さまざまな形状とすることがで
きる。あるいは、凹部の代わりにレンズ取りつけ部の周
囲に凸部を形成することもできる。
【0022】このように、第1レンズ18と光アイソレ
ータ19を固定する固定部材21を平板状としてあるた
め、固定部材21を小型化することができる。その結
果、光素子モジュール1の冷却能力を向上させることが
でき、かつパッケージ4の厚みを8mm以下と薄くする
ことが可能となる。しかも、予め光アイソレータ19の
偏波面が光素子14の偏波面と一致するように載置して
おけば、固定部材21をステム6上に載置する際に調整
を行う必要がなく、組み立て工程を簡略化できる。
【0023】この光素子モジュール1を組み立てる場合
は、上述したように、第1レンズ18と光アイソレータ
19を固定部材21上に固定し、光素子14を載置した
ステム6の段差部17に、上記固定部材21を載置し固
定する。次に、パッケージ4内を乾燥窒素ガスで置換
し、キャップ3をシーム溶接して気密封止する。最後
に、側面に光ファイバ11を接続するが、光ファイバ1
1はフェルール12に保持されており、フェルール12
をフェルールホルダ13にて保持し、光軸方向に調整す
るとともに、フェルールホルダ13を第2レンズ9が固
定されたレンズホルダ10の端面にて、光軸方向に対し
て直交方向に位置調整し最適結合状態でYAGレーザ固
定する。
【0024】このようにして得られた本発明の光素子モ
ジュールでは、光素子14から出射された光は第1レン
ズ18により平行光又は疑似平行光に変換され、光アイ
ソレータ19の有効径内を通り、第2レンズ9で集光さ
れ、フェルール12で保持された光ファイバ11に入射
することになる。
【0025】次に本発明の他の実施形態を説明する。
【0026】図3に示すように、第1レンズ18と光ア
イソレータ19を載置した固定部材21上に、光アイソ
レータ19を覆うように保持部材22を備えることもで
きる。このように保持部材22を備えることによって、
光アイソレータ19を保護するとともに、組み立て時に
は保持部材22の上面の平坦面を真空吸着することで、
容易に搬送し、所定位置に載置することができる。
【0027】また上記実施形態では、光素子14として
発光素子である半導体レーザを用いたが、光素子14と
して受光素子を用い、光ファイバ11からの入射光を増
幅又は変調するための光素子モジュールとすることもで
きる。この場合は、光素子14として、半導体増幅器チ
ップや外部変調器チップを用いる。
【0028】さらに、上記実施形態では、2つのレンズ
を用いたが、第1レンズ18のみで光を集光させること
もできる。
【0029】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。
【0030】図1、2に示す光素子モジュール1を試作
した。
【0031】この光結合系では、位置調整誤差に伴う結
合劣化を0.2dBとする許容位置ズレ量は、光素子1
4と第1レンズ18の間では光軸方向で±20μm、光
軸に垂直方向で±10μm、第1レンズ18と第2レン
ズ9の間では、光軸方向で±1000μm、光軸に垂直
方向で±90μmである。したがって、最大結合を得る
ためには、光素子14と第1レンズ18間を高精度で位
置合わせすることが重要となる。
【0032】また、第1レンズ18と第2レンズ9の間
に配置される光アイソレータ19の偏光方向は、光素子
14から出射される光の偏光方向と同一となるように、
予め設定してある。そして、光素子14から出射した光
が第1レンズ18で平行光又は疑似平行光に変換された
ビーム径は約0.8mmであり、その光が通る光アイソ
レータ19の有効ビーム径は約1.1mmであるため、
第1レンズ18と光アイソレータ19の中心軸許容位置
ズレ量は、約±150μmである。
【0033】そこで、本発明では、ステム6に設けた段
差部17、及び固定部材21に設ける段差部22をそれ
ぞれ基準面として利用し、上述した許容値となるように
機械加工しておくことによって、組み立て時の光軸及び
偏光方向の調整を不要とできるようにした。
【0034】まず、固定部材21上に固定された第1レ
ンズ18の光軸線を光素子14の活性面(発光面)に合
わせる必要がある。そのためには、固定部材21下面の
ステム6への取りつけ面から第1レンズ18の光軸線ま
での高さH1を予め所定寸法となるように設定してお
く。また、第1レンズ18と光アイソレータ19の光軸
線を一致させるために、段差部22の高さH2を所定寸
法となるように設定する。
【0035】一方、ステム6は銅タングステン合金等で
形成されるが、その段差部17も機械加工により、高精
度に形成することができる。そして、段差部17から光
素子14の活性面(発光面)までの高さH3が、上記固
定部材21の高さH1と一致するように、設定しておく
ことによって、固定部材21を載置するだけで、光素子
14と第1レンズ18の光軸線を一致させることができ
る。
【0036】また、ステム6の段差部17における光軸
に垂直な面を基準とし、この面から第1レンズ18の中
心までの長さLを、光素子14からの出射光が平行光又
は疑似平行光に変換されるような間隔に設定する。
【0037】一方、固定部材21の幅Wは、熱電子冷却
素子5への流入熱量を抑えるように、光アイソレータ1
9を搭載可能とできる最小幅としてある。これは、熱電
子冷却素子5の冷却性能を最大限に有効活用するため
に、ステム6の吸熱量を低減する必要があるからであ
る。
【0038】ここで、図4に示す従来の円筒状の固定部
材24では、表面積が約50mm2であったのに対し、
図2に示す本発明実施例では、第1レンズ18と光アイ
ソレータ19を含めた固定部材21の表面積を約30m
2 とすることができ、表面積を40%低減することが
できる。
【0039】ステム6へのケース2内雰囲気を介する伝
達熱量をQ1とすると、 Q1=λ・A・(Tcase−TLD)/d で表される。ここで、λは窒素雰囲気中の熱伝導率、A
はステム6及びこの上に搭載される部材の表面積、Tca
seはケース2の温度、TLDは光素子14の温度、dはケ
ース2内空間の間隔量である。また、ケース2からステ
ム6への輻射熱量をQ2とすると、 Q1=ε・σ・(Tcase4 −TLD4 )・A であらわされる。ここで、εは輻射率、σはステファン
ボルツマン定数である。これらの式より、ステム6及び
この上に搭載される部材の表面積Aを低減することで、
ステム6への吸熱量を低減し、モジュールの冷却能力が
向上することがわかる。
【0040】しかも、本発明実施例では、予め光アイソ
レータ19をその偏光面が光素子14と一致するように
備えているため、偏光方向の調整を行うことなく、容易
に組み立てることができる。
【0041】さらに、従来の円筒状の固定部材24を備
えた光素子モジュールでは、パッケージの厚みが10m
m必要であったが、本発明実施例では固定部材21を板
状としたことによって、パッケージの厚みを7.7mm
と薄くすることができた。
【0042】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、光素子
と、第1レンズと、反射戻り光を抑制するための光アイ
ソレータと、光信号を入出力する光ファイバとをこの順
序でパッケージ内に収納してなる光アイソレータ内蔵光
素子モジュールにおいて、上記第1レンズ、光アイソレ
ータを、互いの光軸が一致するように、段差を持った略
平板状の固定部材上に載置したことによって、モジュー
ルの冷却能力を向上させるとともに、パッケージを小型
化することができる。しかも、予め光アイソレータと光
素子の偏波面方向が一致するように載置しておけば、組
み立て時の透過偏波面方向調節の必要がなく、組み立て
工程を簡略化できる。
【0043】また本発明は、光素子を載置するステムに
段差部を形成し、この段差部に上記固定部材を固定した
ことによって、まず第1レンズと光アイソレータを固定
部材上に載置した後、光素子を載置したステムの段差部
に上記プレートを載置して固定することによって、容易
に組み立てを行うことができる。
【0044】さらに、本発明は、上記固定部材に光アイ
ソレータを覆う保持部材を備えたことによって、組み立
て時に保持部材を吸着して容易に作業を行うことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の光素子モジュールを示す平面
図、(b)は同じく縦断面図である。
【図2】(a)は図1中の要部を示す正面図、(b)は
同じく側面図、(c)は他の実施形態を示す断面図であ
る。
【図3】(a)は本発明の他の実施形態の要部を示す正
面図、(b)は同じく側面図である。
【図4】(a)は従来の光素子モジュールのの要部を示
す正面図、(b)は同じく側面図である。
【符号の説明】
1:光素子モジュール 2:ケース 3:キャップ 4:パッケージ 5:熱電子冷却素子 6:ステム 7:スリーブ 8:透明窓 9:第2レンズ 10:レンズホルダ 11:光ファイバ 12:フェルール 13:フェルールホルダ 14:光素子 15:フォトダイオード 16:サーミスタ 17:段差部 18:第1レンズ 19:光アイソレータ 20:低融点ガラス 21:固定部材 22:段差部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H037 BA03 DA05 DA06 DA15 DA35 5F072 AB13 HH02 JJ01 JJ12 KK16 KK24 KK30 MM03 TT12 TT14 TT15 TT27 YY17 5F073 BA01 EA12 FA06 GA12 GA14 GA23 GA24

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光素子と、第1レンズと、反射戻り光を抑
    制するための光アイソレータと、光信号を入出力する光
    ファイバとをこの順序でパッケージ内に収納してなる光
    アイソレータ内蔵光素子モジュールにおいて、 上記第1レンズと光アイソレータを、互いの光軸が一致
    するように、略平板状の固定部材上に載置したことを特
    徴とする光アイソレータ内蔵光素子モジュール。
  2. 【請求項2】光素子を載置したステムに段差部を形成
    し、この段差部に上記固定部材を固定したことを特徴と
    する請求項1記載の光アイソレータ内蔵光素子モジュー
    ル。
  3. 【請求項3】上記固定部材に光アイソレータを覆う保持
    部材を備えたことを特徴とする請求項1記載の光アイソ
    レータ内蔵光素子モジュール。
  4. 【請求項4】上記光素子が、半導体レーザ、半導体増幅
    器、外部変調器のいずれかであることを特徴とする請求
    項1乃至3記載の光アイソレータ内蔵光素子モジュー
    ル。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7194160B2 (en) 2002-02-14 2007-03-20 Nippon Sheet Glass Co., Ltd. Filter module
JP2011124444A (ja) * 2009-12-11 2011-06-23 Opnext Japan Inc 光モジュール、光モジュールの製造方法及び光モジュールの調整方法

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