JP2000081550A

JP2000081550A - レ―ザダイオ―ドモジュ―ル

Info

Publication number: JP2000081550A
Application number: JP11197077A
Authority: JP
Inventors: Yukio Inoguchi; 幸男井野口
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1998-07-10
Filing date: 1999-07-12
Publication date: 2000-03-21

Abstract

(57)【要約】【課題】ＣＡＮパッケージされたＬＤチップの寿命信
頼性を損うことなく、ＬＤチップと光ファイバとの光結
合効率を向上させることができるＬＤモジュールを提供
すること。【解決手段】ＬＤチップがＬＤ保全ガスと共にＣＡＮ
パッケージされているＬＤ光源と、一端部に集光用の凸
型ファイバレンズが形成された光ファイバと、前記ＬＤ
光源と凸型ファイバレンズとの間に介設されたカップリ
ング用のレンズ系とを有するＬＤモジュールであって、
前記レンズ系は、ＬＤチップからのＬＤ光を集光して結
像可能に構成され、前記凸型ファイバレンズは、その焦
点位置がＬＤ光の結像位置に一致する状態で配置されて
いることを特徴とするＬＤモジュールを提供する。本発
明のＬＤモジュールによれば、ＣＡＮパッケージされた
ＬＤチップの寿命信頼性を損うことなく、ＬＤチップと
光ファイバとの光結合効率を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザダイオード
（以下「ＬＤ」という）モジュールに関し、詳しくは、
ＣＡＮパッケージされたＬＤチップの寿命信頼性を損う
ことなく、ＬＤチップと光ファイバとの光結合効率を向
上させることができるＬＤモジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＤモジュールは、ＬＤチップを内蔵し
たＬＤ光源に光ファイバが光学的にカップリングされた
光通信用のモジュールである。前記ＬＤ光源としては、
その寿命信頼性を向上させるため、不活性ガスを主成分
とするＬＤ保全ガスと共にＬＤチップをＣＡＮパッケー
ジした構造のＬＤ光源が知られている。

【０００３】前記ＬＤモジュールにおいては、ＬＤチッ
プからのＬＤ光が所定方向に偏光しており、ＬＤ光が光
ファイバの一端部に対して楕円形に照射される。このた
め、ＬＤ光源と光ファイバとの光結合効率は一般に低
く、これを補うためには、ＬＤチップを大きな出力で使
用せざるを得ない。しかしながら、ＬＤチップを大きな
出力で使用すると、ＬＤチップの寿命時間が短くなるの
が現状であり、前記のＬＤモジュールにおいては、寿命
信頼性が低いという問題がある。

【０００４】そこで、ＬＤチップを大きな出力で使用す
ることなくＬＤモジュールの光結合効率を向上させる手
役として、ＬＤ光のアスペクト比を是正してＬＤ光を効
率的に集光する凸型ファイバレンズを光ファイバの一端
部に形成することが提案されている（特開平８−８６９
２３号公報または特開平８−５８６５号公報参照）。こ
の種のＬＤモジュールにおいては、ＬＤチップを低出力
で使用することができ、その寿命信頼性を維持すること
が可能である。

【０００５】ところで、凸型ファイバレンズを有する光
ファイバとＣＡＮパッケージ構造のＬＤ光源とをカップ
リングする場合には、次のような問題が生じる。すなわ
ち、前記の凸型ファイバレンズは、焦点距離が極めて短
いため、ＬＤチップに対して、通常、１〜２０μｍの範
囲に近接して配置しなければならない。このため、凸型
ファイバレンズと共に光ファイバの一端部を前述したＣ
ＡＮパッケージ構造に挿入する必要がある。しかしなが
ら、前述の構造に光ファイバの一端部を挿入し且つ十分
な気密状態を維持することは、現在の技術レベルにおい
ては困難である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、これらの従
来技術の問題点を解決することを課題とした。すなわち
本発明は、ＣＡＮパッケージされたＬＤチップの寿命信
頼性を損うことなく、ＬＤチップと光ファイバとの光結
合効率を向上させることができるＬＤモジュールを提供
することを解決すべき課題とする。本発明のその他の解
決すべき課題は、以下の明細書の記載から把握すること
ができる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記目的を
達成するために鋭意検討を進めた結果、ＬＤチップがＬ
Ｄ保全ガスと共にＣＡＮパッケージされているＬＤ光源
と、一端部に集光用の凸型ファイバレンズが形成された
光ファイバと、前記ＬＤ光源と凸型ファイバレンズとの
間に介設されたカップリング用のレンズ系とを有するＬ
Ｄモジュールであって、前記レンズ系は、ＬＤチップか
らのＬＤ光を集光して結像可能に構成され、前記凸型フ
ァイバレンズは、その焦点位置がＬＤ光の結像位置に一
致する状態で配置されていることを特徴とする本発明の
ＬＤモジュールを提供するに至った。

【０００８】本発明のＬＤモジュールの好ましい態様と
して、前記光ファイバが偏光面保存ファイバである態
様；前記偏光面保存ファイバの偏光面保存軸が偏光方向
に一致する状態で配置されている態様；前記偏光面保存
ファイバを透過するＬＤ光の消光比が１０ｄＢ以上、好
ましくは２０ｄＢ以上となるように配置されている態
様；前記凸型ファイバレンズが、光ファイバの光軸方向
に直交する縦軸方向の開口角度と横軸方向の開口角度と
が異なるように形成されている態様；前記縦軸と光ファ
イバの光軸に直交する偏光保存軸としてのスルー軸との
なす挟角が２０度以下、好ましくは０度に配置されてい
る態様；前記凸型ファイバレンズが楔型である態様；前
記凸型ファイバレンズが光ファイバ先端に向かうに従い
漸次接近する２つの傾斜面からなる態様；前記２つの傾
斜面が交わる稜線が縦軸と重ならない態様；前記凸型フ
ァイバレンズが、先端面と、該先端面と交わりかつ光フ
ァイバ先端に向かうに従い漸次接近する２つの傾斜連続
面で構成されている態様；前記先端面が曲面である態
様；前記先端面が平面である態様；前記先端面が光ファ
イバの光軸に直交しない態様；前記２つの傾斜連続面の
少なくとも一方が曲面を含む態様；前記２つの傾斜連続
面が平面のみからなる態様；前記２つの傾斜連続面がそ
れぞれ１つの傾斜平面からなる態様；前記凸型ファイバ
レンズの一方の傾斜平面と光ファイバの光軸との角度
と、他方の傾斜平面と光ファイバの光軸との角度との差
が１０゜以内である態様；前記凸型ファイバレンズの２
つの傾斜平面が交わる直線と光ファイバの光軸との距離
が１μｍ以下である態様；前記凸型ファイバレンズの先
端面と光ファイバの光軸に直交する平面との角度が６〜
１５゜である態様；前記凸型ファイバレンズの一方の傾
斜連続面と先端面との交線と、他方の傾斜連続面と先端
面との交線が平行である態様；前記凸型ファイバレンズ
の一方の傾斜連続面と先端面との交線が、他方の傾斜連
続面と先端面との交線よりも先端方向に位置する態様；
前記凸型ファイバレンズの２つの傾斜連続面で形成され
る稜線が存在する態様；前記凸型ファイバレンズの２つ
の傾斜連続面で形成される稜線が存在しない態様；前記
凸型ファイバレンズの先端面の幅がファイバのモードフ
ィールド径よりも小さい態様；前記凸型ファイバレンズ
の表面に無反射コーティングを有する態様；前記光ファ
イバがシングルモード光ファイバである態様；前記ＬＤ
光源の透光窓にレンズ系の一部が組み込まれている態
様；前記レンズ系のＬＤ光の結像倍率が０．５〜１０倍
である態様；前記光ファイバが、ＬＤチップから照射さ
れたＬＤ光をプラグ反射することにより、ＬＤ光の中心
波長を固定する外部共振器としての機能を有する態様；
外部共振器の反射率Ｒｇ、ＬＤ光源と光ファイバとの結
合効率Ｋとした場合の有効反射率Ｋ²ＲｇがＬＤ前端面
の反射率Ｒよりも大きい態様；ＬＤ光の中心波長が５０
０〜１４００ｎｍ、好ましくは７００〜１０００ｎｍで
ある態様を例示することができる。

【０００９】

【発明の実施の態様】以下において、本発明のＬＤモジ
ュールについて図面を参照しながら詳細に説明する。本
発明のＬＤモジュールは、例えば図１に示すように、Ｌ
Ｄチップ（１Ａ）がＬＤ保全ガスと共にＣＡＮパッケー
ジされているＬＤ光源（１）と、一端部に集光用の凸型
ファイバレンズ（２Ａ）が形成された光ファイバ（２）
と、ＬＤ光源（１）と凸型ファイバレンズ（２Ａ）との
間に介設されたカップリング用のレンズ系（３）とを少
なくとも有する。そして、本発明のＬＤモジュールの特
徴は、レンズ系（３）がＬＤチップ（１Ａ）からのＬＤ
光を集光して結像可能に構成されており、かつ凸型ファ
イバレンズ（２Ａ）がその焦点位置（Ｐ）がＬＤ光の結
像位置に一致する状態で配置されている点にある。

【００１０】ＬＤ光源（１）のＬＤチップ（１Ａ）は、
窒素ガス等の不活性ガスを主成分とするＬＤ保全ガスと
共にＣＡＮ（１Ｂ）内に封入されている。このＬＤチッ
プ（１Ａ）は、電圧の印加により、例えば、７００〜１
０００ｎｍ、好ましくは９００〜１０００ｎｍ、更に好
ましく９８０ｎｍ周辺を中心波長とするＬＤ光を発光す
る。その出力は、例えば、３００ｍＷである。このＬＤ
光は、アスペクト比が２〜５程度であり、透光窓に嵌め
込まれた透光ガラス（１Ｃ）を通してＣＡＮ（１Ｂ）の
外部に楕円形に照射される。斯かるＬＤ光源（１）は、
その透光ガラス窓（１Ｃ）を一端側に向けた状態で筒状
の光源ホルダ（４）内に保持されている。

【００１１】レンズ系（３）は、ＬＤチップ（１Ａ）か
ら照射されたＬＤ光を集光して凸型ファイバレンズ（２
Ａ）の焦点位置に結像するように構成されている。この
ような条件を満たすものである限り、レンズ系（３）の
構成の詳細は特に制限されないが、通常は図１に示すよ
うに２枚の凸レンズ（３Ａ，３Ｂ）からなる。図１で
は、２枚の凸レンズ（３Ａ，３Ｂ）は、フェルールホル
ダ（５）の凸型ファイバレンズ（２Ａ）が臨む側の端部
に予め一端部がレーザ溶接された筒状のレンズホルダ
（７）内に保持されている。そして、このレンズホルダ
（７）の他端部は、前記光源ホルダ（４）のＬＤ光が照
射される側の端部にレーザ溶接されている。

【００１２】本発明のＬＤモジュールにおいて、ＬＤ光
源（１）の透光窓には、レンズ系（３）の何れか一方の
凸レンズ（３Ａ，３Ｂ）を透光ガラス（１Ｃ）に代えて
組み込むことができる。このような態様を採用すれば、
ＬＤモジュールの全長を短くでき、その構成をコンパク
トにすることができる。レンズ系（２）の像倍率は、例
えば０．５〜１０倍にすることができ、好ましくは１〜
２倍である。レンズ系によるＬＤ光の像倍率を適正化す
ることにより、ファイバレンズのモードフィールドパタ
ーンとＬＤチップのモードフィールドパターンを完全に
マッチングさせることが可能となる。

【００１３】光ファイバ（２）は、一端部に集光用の凸
型ファイバレンズ（２Ａ）が形成されているものであれ
ば特にその構造の詳細は制限されない。例えば、光ファ
イバ（２）は、円形断面の所謂ＰＡＮＤＡファイバと呼
称される偏光面保存ファイバからなり、図２に示される
ように、屈折率の小さいクラッド（２Ｂ）の中心部に屈
折率の大きいコア（２Ｃ）が配置され、その両側に円形
断面の応力付与部（２Ｄ，２Ｄ）が配置されているもの
であるのが好ましい。斯かる光ファイバ（２）は、直径
が例えば１２５μｍ程度であって、筒状のフェルールホ
ルダ（５）の中心部にフェルール（６）を介して保持さ
れているのが一般的である。

【００１４】凸型ファイバレンズ（２Ａ）は、光ファイ
バ（２）の光軸方向に直交する縦軸方向の開□角度と横
軸方向の開口角度とが異なるように形成されているのが
好ましい。その代表例として、楔型ファイバレンズを挙
げることができる。なお、本明細書において「縦軸」と
は、先端面の中心線（先端面が存在しない場合は稜線）
を光軸直交面へ投影した軸をさす。先端面の中心線と
は、先端面と一方の傾斜面との交線と、先端面ともう一
方の傾斜面との交線の中線をさす。

【００１５】図３は、典型的な凸型ファイバレンズを先
端に有する光ファイバの基本的な形状を示す斜視図であ
る。図４は図３のレンズ付き光ファイバをＡ、Ｂおよび
Ｃ方向から見た図である。なお、これらの図３、４およ
び後述する図５〜７では、説明の便宜上コア径を比較的
大きく描いてある。図３に示す光ファイバの先端は、光
ファイバ先端に向かうに従い漸次接近する２つの傾斜連
続面（２Ｆ，２Ｇ）と、これら２つの傾斜連続面に交わ
る先端面（２Ｅ）の３つの面で構成されている。図３で
は、２つの傾斜連続面（２Ｆ，２Ｇ）はともに１つずつ
の平面（傾斜平面）からなるが、傾斜連続面はそれぞれ
２以上の平面からなっていてもよい。すなわち、傾斜連
続面は、傾斜角が異なる２以上の平面からなる連続面で
あってもよい。また、２つの傾斜連続面（２Ｆ，２Ｇ）
は、対称であってもよいし、非対称であってもよい。

【００１６】図３の凸型ファイバレンズでは、傾斜平面
（２Ｆ）と光軸（ｚ）との角度は、傾斜平面（２Ｇ）と
光軸（ｚ）との角度に等しい。また、２つの傾斜平面
（２Ｆ，２Ｇ）が交わる仮想交線は光軸（ｚ）と直交す
るように設計されている。光軸（ｚ）と直交する仮想平
面と先端面（２Ｅ）との角度は１５度である。また、先
端面（２Ｅ）と２つの傾斜平面（２Ｆ，２Ｇ）の交線
は、互いに平行である。

【００１７】本発明では、図３の態様に限定されず、傾
斜平面（２Ｆ，２Ｇ）と光軸（ｚ）との角度は、１０〜
８０度であるのが好ましく、２０〜５０度であるのがよ
り好ましく、３０〜４０度であるのが特に好ましい。ま
た、図３および図４に示す実施態様では、傾斜平面（２
Ｆ）と光軸（ｚ）との角度は、傾斜平面（２Ｇ）と光軸
（ｚ）との角度に等しいが、これらの角度は等しくなく
てもよい。両者の差は１度以上であってもよいが、１０
度以内が好ましく、７度以内であることがより好まし
い。

【００１８】傾斜平面（２Ｆ，２Ｇ）と光軸（ｚ）との
角度は、結合すべき光源の大きさと先端面（２Ｅ）の寸
法に応じて適宜設定することが好ましい。また、先端面
（２Ｅ）の傾きと組み合わせて戻り光による問題が小さ
くなるように設定することが望ましい。本発明では、結
合効率を高くするために、２つの傾斜平面（２Ｆ，２
Ｇ）が交わる仮想交線と光軸（ｚ）との距離（軸ずれ）
が小さいことが好ましい。仮想交線と光軸（ｚ）との距
離は、１μｍ以下であるのが好ましく、０．５μｍ以下
であるのがより好ましく、０．３μｍ以下であるのがさ
らにより好ましく、仮想交線と光軸（ｚ）とが交差する
ことが最も好ましい。

【００１９】先端面（２Ｅ）は、２つの傾斜平面（２
Ｆ，２Ｇ）および光ファイバの外周面と交差する平面で
あり、光軸（ｚ）が平面内を貫くように形成することが
好ましい。先端面（２Ｅ）と一方の傾斜平面（２Ｆ）と
の交線と、先端面（２Ｅ）と他方の傾斜平面（２Ｇ）と
の交線は互いに平行であってもよいし、平行でなくても
よい。また、先端面（２Ｅ）と光ファイバの外周面とは
図３に示すように２箇所で交差して２本の交線を形成し
てもよいし、図５に示すように１箇所でのみ交差して１
本の交線を形成してもよい。

【００２０】本発明で用いる光ファイバが、シングルモ
ードの光ファイバであるときは、先端面（２Ｅ）はコア
断面の少なくとも一部を含むものでなければならない。
本発明のレンズ付き光ファイバは、先端面（２Ｅ）が光
軸（ｚ）に直交していてもよいし、直交していなくても
よい。好ましいのは、先端面が光軸に直交していない態
様である。このような態様を採用することによって、レ
ーザ光源から放射されたレーサ光の一部が先端面で反射
しても、先端面が傾いているために反射光はレーザ光源
に直接戻らなくなり、レーザ光源の安定性が保たれる。
したがって、先端面が光軸に直交しない態様を採用すれ
ば、レーザ光源の安定性を保つために、ファイバ先端に
無反射コーティング（ＡＲコート）を施すことは必ずし
も必要ではなくなる。このため製造工程が簡略化され、
製造コストも抑えることができる。ただし、先端面が光
軸に直交しない態様を採用した場合であっても、無反射
コーティングを施して、より確実に反射光による問題を
解消してもよい。

【００２１】また、先端面（２Ｅ）が光軸（ｚ）に直交
しない構成を採用すれば、戻り光の問題にも対応するこ
とができる。すなわち、光ファイバ光源に向かって進む
光がファイバ先端で反射しても、先端面が傾いているた
めに反射光がそのままファイバ内を戻ることはない。こ
のため、例えばファイバーアンプの励起光源に向かって
進む信号光がファイバ先端で反射してアンプに戻りにく
くなる。このため、ノイズの原因を大幅に減らし、ファ
イバーアンプなどのシステムの安定動作を確保すること
が可能になる。

【００２２】先端面（２Ｅ）の傾きの大きさと方向は、
上記のレーザ光源から発せられたレーザ光の先端面での
反射の低減や、ファイバ内での戻り光の低減の作用を効
果的に発揮し得るように設定するのが好ましい。即ち、
レーザ反射光低減のためには、先端面（２Ｅ）と光軸
（ｚ）に垂直な仮想平面との角度は４度以上が好まし
く、６度以上がより好ましく、８度以上がさらに好まし
い。６度以上であれば、少なくともファイバ端レーザ出
力６０ｍＷ程度までは電流−光出力特性の線形性が保た
れ、全く問題なく使用できる。同様に８度以上であれ
ば、ファイバ端レーザ出力１２０ｍＷ程度まで問題なく
使用できる。

【００２３】先端面（２Ｅ）と光軸（ｚ）に垂直な仮想
平面との角度は４度以上なら戻り光反射損失−２５ｄＢ
以下、６度以上なら戻り光反射損失−４０ｄＢ以下、８
度以上なら戻り光損失−５０ｄＢ以下が実現できる。こ
のような関係を考慮して、先端面（２Ｅ）と光軸（ｚ）
に垂直な仮想平面との角度を適宜調節して、ファイバ内
での戻り光を低減させることが好ましい。一方、先端
面（２Ｅ）と光軸（ｚ）に垂直な仮想平面との角度が大
きすぎると、結合効率が悪化し、光出力が低下すること
がある。当該角度は１５度以下が好ましく、１０度以下
がより好ましく、６度以下がさらに好ましい。

【００２４】光軸（ｚ）に垂直な仮想平面に対して先端
面（２Ｅ）が傾いている方向は、特に制限されない。先
端面（２Ｅ）は、光軸（ｚ）に垂直な仮想平面を図３の
ｘ軸を軸として回転させた平面であってもよいし、図３
のｙ軸を軸として回転させた平面であってもよい。ま
た、ｘ軸とｙ軸以外の軸を選択して回転させた平面であ
ってもよい。図３および図４に示す態様は、仮想平面を
ｘ軸を軸として回転させた平面を先端面としている。こ
のとき先端面（２Ｅ）と一方の傾斜平面（２Ｆ）との交
線よりも、先端面（２Ｅ）と他方の傾斜平面（２Ｇ）と
の交線が先端方向に位置しているが、このように２つの
交線のいずれか一方がより先端方向に位置している態様
が好ましい。

【００２５】図５〜７は、仮想平面をｙ軸を軸として回
転させた平面を先端面とする態様を図示したものであ
る。図５および図６では、２つの傾斜平面（２Ｆ，２
Ｇ）の交線が稜線としてレンズ付き光ファイバの構造に
現れている。一方、図７では、２つの傾斜平面（２Ｆ，
２Ｇ）の交線はレンズ付き光ファイバの構造に現れてい
ない。

【００２６】図３〜７に示される実施態様は、いずれも
傾斜連続面と先端面が平面のみから構成されているが、
傾斜連続面を構成する１以上の面と先端面はそれぞれ曲
面であってもよい。図８は、３〜７μｍ程度の曲率半径
でＲ加工された先端面（２Ｅ）が２つの傾斜平面（２
Ｆ、２Ｇ）に挟まれている凸型ファイバレンズの断面図
を示すものである。このとき曲面である先端面と隣り合
う傾斜面との境界は２本とも直線である。このような曲
面の面方向を論ずるときには、これらの２本の境界線を
含む平面の方向をもって曲面の面方向とする。

【００２７】また、図３〜７に示される実施態様は、い
ずれも先端面を有するものであるが、本発明では２つの
傾斜面のみから構成され、先端面を有しない凸型ファイ
バレンズを有する光ファイバを使用することもできる。
このとき、２つの傾斜面が交わる稜線は縦軸と重ならな
い態様を採用することが好ましい。

【００２８】凸型ファイバレンズが先端に形成された光
ファイバの製造方法は特に制限されない。いずれの方法
により製造された光ファイバであっても、特許請求の範
囲に記載される条件を満たすものである限り本発明の範
囲内に包含される。本発明で使用する凸型レンズ付き光
ファイバのうち図３に示す凸型ファイバレンズの好まし
い製造方法について、以下に説明する。

【００２９】まず、光ファイバを劈開して、好ましくは
光軸に対して垂直な平面を形成する。その後、ホルダー
で固定したファイバ端部を砥石（グラインダー）の表面
に当接させて研削することにより、レンズ（１）を作製
する。具体的には、２つの傾斜平面（２Ｆ，２Ｇ）を、
砥粒面に対して左右それぞれに所定の角度傾斜させて研
削することによって形成する。こうして、２つの傾斜平
面（２Ｆ，２Ｇ）の交線からなる稜線を形成した後、形
成した稜線ないし稜線端部（頂部）を砥粒面に対して特
定の角度で押し当てることにより、凸型レンズ付き光フ
ァイバを作製することができる。このとき、先端面（２
Ｅ）の傾斜度に対する許容誤差を比較的大きく設定する
ことができるため、加工に困難は伴わない。なお、傾斜
平面（２Ｆ、２Ｇ）や先端面（２Ｅ）の加工方法として
は、放電加工などの適宜の方法を採用し得る。

【００３０】このように凸型ファイバレンズは、最初に
基準となる中心線を設定する１回の芯出し操作と、３つ
の平面加工のみによって作製できるので、高い加工精度
が容易かつ低コストで得られる。また、上記の製造方法
によれば、最初の芯出し加工によって、傾斜平面（２
Ｆ，２Ｇ）が交わる稜線となるべき直線を画定すること
ができるため、稜線と光軸（ｚ）との間の軸ずれを簡単
に０．３μｍ以下にすることができる。このため、高い
歩留まりで高結合効率を有する凸型レンズ付き光ファイ
バを製造することができる。

【００３１】外部共振器の反射率をＲｇ、ＬＤ光源と光
ファイバとの結合効率をＫとすると、ＬＤ光源から出力
された光のうち、Ｋ²Ｒｇ（＝ＫｘＫＲｇ）の光がＬＤ
チップに戻ることとなる。このＫ²Ｒｇは実効反射率と
呼ばれ、例えば結合効率が１．５倍になると実効反射率
は２．２５倍になる。モジュール端の出力は、反射率を
含めた実効結合効率がＫ−ＫｘＲｇとなり、Ｒｇが数％
の実用的条件下では、外部共振器が強まるうえにモジュ
ールのファイバ出力も向上することになる。

【００３２】本発明では、実効反射率Ｋ²ＲｇをＬＤ前
端面の反射率Ｒよりも大きくすることが好ましい。ＬＤ
前端面のレーザ発振波長における反射率Ｒは、ＬＤ発振
の必要性、構造上の要請、およびモジュールのファイバ
出力を下げないようにする必要があるなどの理由によ
り、過度に下げることができない。このため本発明で
は、結合効率Ｋを高めるとともに、外部共振器の反射率
Ｒｇをある程度高く設定することが望ましい。コア（２
Ｃ）には、外部共振器として機能するプラグ反射層が設
けられており、ＬＤチップ（１Ａ）から照射されたＬＤ
光をプラグ反射してＬＤ光の中心波長を固定するように
構成されていることが好ましい。

【００３３】一般に、ＬＤ光の偏波状態とＬＤ反射光の
偏波条件が一致していなければ、外部共振器からのＬＤ
反射光のＬＤチップ内での増幅率は最大にならず、外部
共振器の強さも弱まってしまう。通常、ファイバ内の偏
波状態は、温度やファイバの曲げなどの状態により容易
に変化する。このため、通常、ファイバグレーティング
からの反射光はＬＤチップに戻る際に偏波状態が変化し
てしまう。このため、本発明のＬＤモジュールではファ
イバ内部の偏波状態が保持されるように制御することが
望ましい。ファイバ内部の偏波状態を制御すれば、ファ
イバグレーティングによる波長ロック安定性をより向上
させることもできる。具体的には、偏光面保存ファイバ
と、より像変換機能の高いファイバレンズとを用いるこ
とによる高結合効率の組み合わせを利用することが望ま
しい。

【００３４】偏光面保存ファイバとしては、先端に形成
された凸型ファイバレンズが、縦軸方向の開口角度と横
軸方向の開口角度とが異なるように形成されていて、か
つ、縦軸と光ファイバの２つの応力付与部（２Ｄ、２
Ｄ）の中心を結ぶ偏光保存軸としてのスルー軸（Ｌ）と
のなす挟角が小さいものを挙げることができる（図９参
照）。該挟角は２０度以下であることが好ましく、１０
度以下であることがより好ましく、５度以下であること
がさらにより好ましい。最も好ましい挟角は０度であ
り、このときスルー軸（Ｌ）をＬＤ光の偏光方向に一致
させると、ファイバレンズの縦軸がＬＤ光の偏光方向に
一致し、レンズ系（３）によって結像されるＬＤ光のア
スペクト比を是正して集光することが可能になり、光結
合効率を最大にすることができる。

【００３５】偏光面保存ファイバは、ＬＤ光源の点灯に
より偏光面保存ファイバを透過するＬＤ光の消光比が所
定値以上になるようにＬＤ光源とカップリングすること
が好ましい。消光比は、１０ｄＢ以上になるようにカッ
プリングすることが好ましく、２０ｄＢ以上になるよう
にカップリングすることがより好ましく、３０ｄＢ以上
になるようにカップリングすることがさらにより好まし
い。

【００３６】本発明のＬＤモジュールの組み立て方法は
特に制限されないが、例えば、専用の組立装置を使用し
て以下の組立方法により組立てられる。組立装置は、Ｌ
Ｄ光源（１）と光ファイバ（２）とを光軸廻りに相対回
動させ、かつ、両者の光軸を合わせる手段として、例え
ば光源ホルダ（４）を把持してその光軸Ｚ方向および
Ｘ，Ｙ方向の直交３軸方向に移動可能な第１ステージ
と、フェルールホルダ（５）に予め溶接されたレンズホ
ルダ（７）を把持してその光軸Ｚ廻りに回動可能な第２
ステージとを備えている。

【００３７】また、前記組立装置は、ＬＤ光の消光比を
求める手段として、フェルールホルダ（５）に保持され
た光ファイバ（２）の端部に臨んで光軸Ｚ廻りに回動自
在に支持された偏光板から成る検光子と、この検光子を
透過するＬＤ光を受光して光電変換するフォトダイオー
ドと、このフォトダイオードの検出値に基づいて消光比
を算出する演算装置と、前記フォトダイオードの検出値
および算出された消光比を画面表示するモニタ装置など
を備えている。なお、消光比は、検光子を光軸Ｚ廻りに
回動させた際にフォトダイオードが検出する検出値の最
大値をＡ（ｍＷ）、最小値をＢ（ｍＷ）としたとき、消
光比（ｄＢ）＝−１０ｌｏｇ（Ｂ／Ａ）として定義され
る。

【００３８】本発明のＬＤモジュールの組立作業に際し
ては、先ず、組立装置の第１ステージに光源ホルダ
（４）を把持させ、第２ステージにレンズホルダ（７）
を把持させる。そして、第１ステージをＸ，Ｙ，Ｚ方向
に移動させることにより、光源ホルダ（４）とレンズホ
ルダ（７）とを光軸Ｚ方向に直列させ、両者の光軸を略
一致させた状態で両者の接合端面を当接させる。この接
触圧力は、通常、０．５〜３ｋｇｆ程度である。

【００３９】その後、ＬＤ光源（１）を点灯させ、フォ
トダイオードの検出値が最大値となるように検光子を光
軸Ｚ廻りに回動させ、続いて、検出値が最小値となるよ
うに検光子を略９０度回転させる。そして、この操作に
より得られた最大値と最小値のデータに基づいて消光比
を求める。目標とする消光比は、２０ｄＢ以上、好まし
くは３０ｄＢ以上である。

【００４０】前述の操作により求められた消光比が目標
値より大きい場合には、前記第２ステージを光軸Ｚ方向
に回動させることにより、レンズホルダ（７）を光源ホ
ルダ（４）に対して所定角度（例えば３〜５度）だけ回
動させ、その後、同様の操作により再び消光比を求め
る。この消光比が目標値に近づいた場合には、レンズホ
ルダ（７）をさらに所定角度だけ回動させるが、目標値
から遠ざかった場合には、レンズホルダ（７）を所定角
度以内で逆方向に回動させ、再び消光比を求める。以
下、同様の操作を繰り返し、消光比が２０ｄＢ以上、好
ましくは３０ｄＢ以上となるように、光源ホルダ（４）
とレンズホルダ（７）とを光軸廻りに位置合わせする。
すなわち、ＬＤ光源（１）と光ファイバ（２）とを光軸
廻りに位置合わせする。

【００４１】ＬＤ光源（１）と光ファイバ（２）との光
軸Ｚ廻りの位置合わせ作業が終了したら、続いて、ＬＤ
光源（１）と光ファイバ（２）との光軸合わせ作業を行
う。この作業は、前記組立装置において、検光子を取り
外し、光ファイバ（２）を透過するＬＤ光を直接フォト
ダイオードで受光し、その光量が最大となるように前記
第１ステージをＸ，Ｙ方向に微動させることによって精
密に行う。この場合、第１ステージは、Ｘ軸に沿って３
０μｍ程度の微少量ずつ操作された後、Ｙ軸に沿って３
０μｍ程度の微小量ずつ操作される。ＬＤ光源（１）と
光ファイバ（２）との光軸合わせ作業が終了したら、光
源ホルダ（４）とレンズホルダ（７）との接合部をレー
ザ溶接することによってＬＤモジュールを組立てる。

【００４２】前述の組立方法によって組立てられた本発
明のＬＤモジュールは、ＬＤ光源（１）の点灯により光
ファイバ（２）を透過するＬＤ光の消光比が２０ｄＢ以
上、好ましくは３０ｄＢ以上となるようにカップリング
されているため、ＬＤ光の偏光方向と光ファイバ（２）
の偏光保存軸としてのスルー軸（Ｌ）とが略一致してい
る。また、凸型ファイパレンズ（２Ａ）の縦軸に沿って
延びる先端面（２Ｅ）は、光ファイバ（２）の２つの応
力付与部（２Ｄ，２Ｄ）の中心を結ぶスルー軸（Ｌ）に
一致するように形成されているため、ＬＤ光の偏光方向
と凸型ファイバレンズ（２Ａ）の縦軸とが略一致してい
る。

【００４３】本発明のＬＤモジュールによれば、レンズ
系（３）の凸レンズ（３Ａ，３Ｂ）がＬＤチップ（１
Ａ）からのＬＤ光を結像し、光ファイバ（２）の凸型フ
ァイバレンズ（２Ａ）がアスペクト比を是正してＬＤ光
を効率的に集光するため、極めて高い光結合効率を得る
ことができる。また、本発明のＬＤモジュールは、光結
合効率が極めて高いため、ＬＤ光源（１）のＬＤチップ
（１Ａ）を小出力化してその寿命信頼性を大幅に向上さ
せることが可能である。さらに、光ファイバ（２）のコ
ア（２Ｃ）に設けられたプラグ反射層がＬＤ光の中心波
長を固定する外部共振器として機能を十分に発揮するこ
とができるため、優れた波長ロック特性を発揮すること
ができ、高速通信用に好適である。

【００４４】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的
に説明する。以下の具体例に示す寸法、度、加工工程等
は、本発明の趣旨から逸脱しない限り適宜変更すること
ができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体
例に制限されるものではない。

【００４５】（実施例１）図１に示すように、ＬＤチッ
プ（１Ａ）がＬＤ保全ガスと共にＣＡＮパッケージされ
ているＬＤ光源（１）と、一端部に集光用の凸型ファイ
バレンズ（２Ａ）が形成された光ファイバ（２）と、Ｌ
Ｄ光源（１）と凸型ファイバレンズ（２Ａ）との間に介
設されたカップリング用のレンズ系（３）からなるＬＤ
モジュールを作製した。レンズ系（３）は、ＬＤチップ
（１Ａ）からのＬＤ光を結像可能に構成され、凸型ファ
イバレンズ（２Ａ）は、その焦点位置（Ｐ）がＬＤ光の
結像位置に一致する状態で配置した。

【００４６】ＬＤ光源（１）のＬＤチップ（１Ａ）は、
窒素ガスを主成分とするＬＤ保全ガスと共にＣＡＮ（１
Ｂ）内に封入した。このＬＤチップ（１Ａ）は、４０〜
６０ｍＡで駆動し、９８０ｎｍを中心波長とする出力３
００ｍＷのＬＤ光を発光する。このＬＤ光のモードフィ
ールドパターンは（１／ｅ²）で長径が５μｍ、短径が
２μｍの楕円形であり、透光窓に嵌め込まれた透光ガラ
ス（１Ｃ）を通してＣＡＮ（１Ｂ）の外部に楕円形に照
射するようにした。このＬＤ光源（１）は、その透光ガ
ラス窓（１Ｃ）を一端側に向けた状態で筒状の光源ホル
ダ（４）内に保持した。

【００４７】光ファイバ（２）は、円形断面の所謂ＰＡ
ＮＤＡファイバと呼称される偏光面保存ファイバからな
り、図２に示されるように、屈折率の小さいクラッド
（２Ｂ）の中心部に屈折率の大きいコア（２Ｃ）が配置
され、その両側に円形断面の応力付与部（２Ｄ，２Ｄ）
が配置されるように作製した。コア（２Ｃ）には、外部
共振器として機能するプラグ反射層が設けられており、
ＬＤチップ（１Ａ）から照射されたＬＤ光をプラグ反射
してＬＤ光の中心波長を固定するように構成した。反射
率は３〜５％に設定した。この光ファイパ（２）は、直
径が１２５μｍであって、筒状のフェルールホルダ
（５）の中心部にフェルール（６）を介して保持した。

【００４８】凸型ファイバレンズ（２Ａ）は縦軸方向の
開□角度と横軸方向の開口角度とが異なる楔形に形成さ
れている。具体的には、図８に示されるように、頂角が
１１０度の楔形に形成され、その縦軸に沿って延びる先
端面（２Ｅ）は、５μｍの曲率半径にＲ加工されてい
る。そして、凸型ファイバレンズ（２Ａ）の先端面頂部
は、図９に示されるように、光ファイパ（２）の２つの
応力付与部（２Ｄ，２Ｄ）の中心を結ぶ偏光保存軸とし
てのスルー軸（Ｌ）に一致するように形成されている。
そして、凸型ファイバレンズの縦軸がＬＤ光の偏光方向
に沿って配置されるようにして、レンズ系（３）によっ
て結像されるＬＤ光のアスペクト比を是正して集光可能
に構成した。この凸型ファイバレンズ（２Ａ）の焦点距
離は５μｍである。

【００４９】レンズ系（３）は、２枚の凸レンズ（３
Ａ，３Ｂ）からなり、ＬＤチップ（１Ａ）からのＬＤ光
を凸型ファイバレンズ（２Ａ）の焦点位置（Ｐ）に結像
する。その像倍率は、１．３倍である。２枚の凸レンズ
（３Ａ，３Ｂ）は、フェルールホルダ（５）の凸型ファ
イバレンズ（２Ａ）が臨む側の端部に予め一端部がレー
ザ溶接された筒状のレンズホルダ（７）内に保持されて
いる。そして、このレンズホルダ（７）の他端部は、前
記光源ホルダ（４）のＬＤ光が照射される側の端部にレ
ーザ溶接されている。なお、本実施例および以下の実施
例において条件値が数値範囲で特定されているものは、
その範囲内で最も結合効率が高くなる値を選択して実施
したことを示す。

【００５０】（実施例２）凸型ファイバレンズの形状
を、図５に示す３平面からなる形状に変えた以外は、実
施例１と同様にしてＬＤモジュールを作製した。図５に
おいて、２つの傾斜平面と光軸との角度はともに３５度
〜４５度とし、２つの傾斜平面が交わって形成される稜
線は光軸に対して垂直とし、光軸に直交する仮想平面と
先端面との角度は６度とし、コアにおける先端面の幅は
１．０〜４．０μｍにした。

【００５１】（実施例３）凸型ファイバレンズの形状
を、図５に示す３平面からなる形状に変え、さらにファ
イバーグレーティング前端面の反射率Ｒｇを５〜７％に
したこと以外は、実施例１と同様にしてＬＤモジュール
を作製した。図５において、２つの傾斜平面と光軸との
角度はともに３５度〜４５度とし、２つの傾斜平面が交
わって形成される稜線は光軸に対して垂直とし、光軸に
直交する仮想平面と先端面との角度は８度とし、コアに
おける先端面の幅は１．０〜４．０μｍにした。

【００５２】（実施例４）凸型ファイバレンズの形状
を、図５に示す形状に変え（ただし先端面はＲ加工）、
さらにファイバーグレーティング前端面の反射率Ｒｇを
５〜７％にしたこと以外は、実施例１と同様にしてＬＤ
モジュールを作製した。図５において、２つの傾斜平面
と光軸との角度はともに３５度〜４５度とし、２つの傾
斜平面が交わって形成される稜線は光軸に対して垂直と
し、光軸に直交する仮想平面と先端面との角度は９度と
し、先端面には曲率半径６μｍのＲ加工を施し、コアに
おける先端面の幅は１．０〜４．０μｍにした。

【００５３】（比較例１）光ファイバ先端を研磨して、
レンズを形成せずに反射率３〜５％の光ファイバ先端を
調製した以外は、実施例１と同様にしてＬＤモジュール
を作製した。

【００５４】（比較例２）光ファイバ先端を研磨して、
レンズを形成せずに反射率８％の光ファイバ先端を調製
した以外は、実施例１と同様にしてＬＤモジュールを作
製した。

【００５５】（試験例）上で作製した６種類のＬＤモジ
ュールのそれぞれについて、光結合効率、波長ロック特
性、戻り光の影響、リターンロスを測定、評価した。波
長ロック特性は、ＬＤモジュールの出力を６０ｍＷに固
定して、０〜５０℃の範囲内で温度変化させて波長ロッ
クが認められる温度領域を調べることにより評価した。
このとき、ファイバーグレーティング以外の出力をファ
イバーグレーティングの出力で除した値が−６ｄＢ以下
であるときを波長ロックとした。戻り光の影響について
は、２５℃においてＬＤモジュールが実用性を示す出力
領域を調べることにより評価した。結果を以下の表に示
す。

【００５６】

【表１】

【００５７】上の表は、本発明のＬＤモジュールが結合
効率が高く、波長ロック特性が良好で、戻り光による影
響とリターンロスが小さいことを示している。一方、先
端に凸型ファイバレンズを形成していない比較例のＬＤ
モジュールでは、反射率を上げても波長ロック特性等は
改善されない。

【００５８】

【発明の効果】本発明のＬＤモジュールは、ＣＡＮパッ
ケージされたＬＤチップの寿命信頼性を損うことなく、
ＬＤチップと光ファイバとの光結合効率を向上させるこ
とができる。このため、本発明のＬＤモジュールは広範
な用途に有効に供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＬＤモジュールの全体構成を示す縦
断面図である。

【図２】本発明のＬＤモジュールを構成する光ファイ
バとしての偏光面保存ファイバの横断面図である。

【図３】本発明のＬＤモジュールを構成する凸型レン
ズ付き光ファイバの一実施態様を示す斜視図である。

【図４】図３の凸型レンズ付き光ファイバをＡ、Ｂお
よびＣ方向から見た図である

【図５】本発明のＬＤモジュールを構成する凸型レン
ズ付き光ファイバの別の実施態様を示す斜視図である。

【図６】図５の凸型レンズ付き光ファイバをＤ、Ｅお
よびＦ方向から見た図である

【図７】本発明のＬＤモジュールを構成する凸型レン
ズ付き光ファイバのさらに別の実施態様を示す斜視図で
ある。

【図８】図２の偏光面保存ファイバ先端部の平面図で
ある。

【図９】本発明のＬＤモジュールを構成する光ファイ
バ先端の凸型ファイバレンズの一実施態様を示す正面図
である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＬＤチップがＬＤ保全ガスと共にＣＡＮ
パッケージされているＬＤ光源と、一端部に集光用の凸
型ファイバレンズが形成された光ファイバと、前記ＬＤ
光源と凸型ファイバレンズとの間に介設されたカップリ
ング用のレンズ系とを有するＬＤモジュールであって、
前記レンズ系は、ＬＤチップからのＬＤ光を集光して結
像可能に構成され、前記凸型ファイバレンズは、その焦
点位置がＬＤ光の結像位置に一致する状態で配置されて
いることを特徴とするＬＤモジュール。
【請求項２】前記光ファイバが偏光面保存ファイバで
ある請求項１のＬＤモジュール。
【請求項３】前記偏光面保存ファイバの偏光面保存軸
が偏光方向に一致する状態で配置されている請求項２の
ＬＤモジュール。
【請求項４】前記偏光面保存ファイバを透過するＬＤ
光の消光比が１０ｄＢ以上となるように配置されている
請求項２のＬＤモジュール。
【請求項５】前記消光比が２０ｄＢ以上となるように
配置されている請求項４のＬＤモジュール。
【請求項６】前記凸型ファイバレンズが、光ファイバ
の光軸方向に直交する縦軸方向の開口角度と横軸方向の
開口角度とが異なるように形成されている請求項２のＬ
Ｄモジュール。
【請求項７】前記縦軸と光ファイバの光軸に直交する
偏光保存軸としてのスルー軸とのなす挟角が２０度以下
に配置されている請求項６のＬＤモジュール。
【請求項８】前記挟角が０度である請求項７のＬＤモ
ジュール。
【請求項９】前記凸型ファイバレンズが楔型である請
求項６のＬＤモジュール。
【請求項１０】前記凸型ファイバレンズが光ファイバ
先端に向かうに従い漸次接近する２つの傾斜面からなる
請求項９のＬＤモジュール。
【請求項１１】前記２つの傾斜面が交わる稜線が前記
縦軸と重ならない請求項１０のＬＤモジュール。
【請求項１２】前記凸型ファイバレンズが、先端面
と、該先端面と交わりかつ光ファイバ先端に向かうに従
い漸次接近する２つの傾斜連続面で構成されている請求
項９のＬＤモジュール。
【請求項１３】前記先端面が曲面である請求項１２の
ＬＤモジュール。
【請求項１４】前記先端面が平面である請求項１２の
ＬＤモジュール。
【請求項１５】前記先端面が光ファイバの光軸に直交
しない請求項１２のＬＤモジュール。
【請求項１６】前記２つの傾斜連続面の少なくとも一
方が曲面を含む請求項１２のＬＤモジュール。
【請求項１７】前記２つの傾斜連続面が平面のみから
なる請求項１２のＬＤモジュール。
【請求項１８】前記２つの傾斜連続面がそれぞれ１つ
の傾斜平面からなる請求項１７のＬＤモジュール。
【請求項１９】前記凸型ファイバレンズの一方の傾斜
平面と光ファイバの光軸との角度と、他方の傾斜平面と
光ファイバの光軸との角度との差が１０゜以内である請
求項１８のＬＤモジュール。
【請求項２０】前記凸型ファイバレンズの２つの傾斜
平面が交わる直線と光ファイバの光軸との距離が１μｍ
以下である請求項１８のＬＤモジュール。
【請求項２１】前記凸型ファイバレンズの先端面と光
ファイバの光軸に直交する平面との角度が６〜１５゜で
ある請求項１２のＬＤモジュール。
【請求項２２】前記凸型ファイバレンズの一方の傾斜
連続面と先端面との交線と、他方の傾斜連続面と先端面
との交線が平行である請求項１２のＬＤモジュール。
【請求項２３】前記凸型ファイバレンズの一方の傾斜
連続面と先端面との交線が、他方の傾斜連続面と先端面
との交線よりも先端方向に位置する請求項１２のＬＤモ
ジュール。
【請求項２４】前記凸型ファイバレンズの２つの傾斜
連続面で形成される稜線が存在する請求項１２のＬＤモ
ジュール。
【請求項２５】前記凸型ファイバレンズの２つの傾斜
連続面で形成される稜線が存在しない請求項１２のＬＤ
モジュール。
【請求項２６】前記凸型ファイバレンズの先端面の幅
がファイバのモードフィールド径よりも小さい請求項１
２のＬＤモジュール。
【請求項２７】前記凸型ファイバレンズの表面に無反
射コーティングを有する請求項１のＬＤモジュール。
【請求項２８】前記光ファイバがシングルモード光フ
ァイバである請求項１のＬＤモジュール。
【請求項２９】前記ＬＤ光源の透光窓にレンズ系の一
部が組み込まれている請求項１のＬＤモジュール。
【請求項３０】前記レンズ系のＬＤ光の結像倍率が
０．５〜１０倍である請求項１のＬＤモジュール。
【請求項３１】前記光ファイバが、ＬＤチップから照
射されたＬＤ光をプラグ反射することにより、ＬＤ光の
中心波長を固定する外部共振器としての機能を有する請
求項１のＬＤモジュール。
【請求項３２】外部共振器の反射率Ｒｇ、ＬＤ光源と
光ファイバとの結合効率Ｋとした場合の有効反射率Ｋ²
ＲｇがＬＤ前端面の反射率Ｒよりも大きい請求項２６の
ＬＤモジュール。
【請求項３３】ＬＤ光の中心波長が５００〜１４００
ｎｍである請求項１のＬＤモジュール。
【請求項３４】ＬＤ光の中心波長が７００〜１０００
ｎｍである請求項３３のＬＤモジュール。