JP2000121886A - Optical coupling device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば光通信の光
源に用いられ、レンズを介して半導体素子と光ファイバ
とを光学的に結合させる光結合装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical coupling device which is used, for example, as a light source for optical communication and optically couples a semiconductor element and an optical fiber via a lens.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の光結合装置の構造として特開平5
−224100号公報記載の構造がある。これは、半導
体レーザと光ファイバの光結合をレンズと光アイソレー
タを介して行うものである。すなわち、チップキャリア
に搭載された半導体レーザ、モニタ用フォトダイオー
ド、温度検出用のチップサーミスタ、及びレンズがそれ
ぞれ台座上に設置されている。台座に設置したレンズの
先端には光アイソレータが、この光アイソレータの先端
部にはスライドリングを介して光ファイバを内設したフ
ェルールが、それぞれ溶接により固定されている。そし
て、これらはペルチェ素子を介して金属ケース内に取り
付けられている。フェルールと金属ケースははんだで接
続封止されている。2. Description of the Related Art The structure of a conventional optical coupling device is disclosed in
There is a structure described in JP-A-224100. In this method, optical coupling between a semiconductor laser and an optical fiber is performed via a lens and an optical isolator. That is, a semiconductor laser, a monitoring photodiode, a temperature detecting chip thermistor, and a lens mounted on a chip carrier are respectively mounted on a base. An optical isolator is fixed to the distal end of the lens installed on the pedestal, and a ferrule having an optical fiber provided therein is fixed to the distal end of the optical isolator via a slide ring by welding. These are mounted in a metal case via a Peltier element. The ferrule and the metal case are connected and sealed with solder.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術には、以下の課題が存在する。However, the above prior art has the following problems.
【0004】すなわち、半導体レーザやレンズを搭載し
た台座に光アイソレータ及びフェルールを溶接固定し、
さらにフェルールを金属ケースにはんだ接続し、これら
が全て台座を介してペルチェ素子に搭載されているた
め、ペルチェ素子で温度制御する熱容量が大きくなり、
半導体レーザの温度制御を精度良くできない。また、光
アイソレータを金属ケース内に設置することで、装置が
大型化するという不都合もある。That is, an optical isolator and a ferrule are welded and fixed to a base on which a semiconductor laser and a lens are mounted.
Furthermore, since the ferrule is soldered to the metal case and all of them are mounted on the Peltier element via the pedestal, the heat capacity for controlling the temperature with the Peltier element increases,
Temperature control of the semiconductor laser cannot be performed with high accuracy. In addition, there is also a disadvantage that the installation of the optical isolator in the metal case increases the size of the device.
【0005】本発明の目的は、半導体素子と光ファイバ
との光結合を安定させて行うことができ、小型で容易な
作業で組立てができる光結合装置を提供することにあ
る。An object of the present invention is to provide an optical coupling device that can stably perform optical coupling between a semiconductor element and an optical fiber and that can be assembled with a small size and easy operation.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、半導体発光素子及び半導体受光素子のう
ち少なくとも一方からなる半導体素子と、この半導体素
子を搭載する基板部材と、前記半導体素子と光学的に結
合されレーザ光を内部伝送する光ファイバと、前記基板
部材に搭載され、前記半導体素子と前記光ファイバとを
光学的に光結合させるレンズと、前記半導体素子と前記
光ファイバとを光学的に光結合させるもう1つのレンズ
と、このレンズを保持固定するレンズホルダと、前記半
導体素子を内部に搭載し収納する箱型ケースと、この箱
型ケースの底面を成し、かつ箱型ケースの側面から延長
して突出した部分にネジ止め固定用の穴が設けられたベ
ースと、前記箱型ケースの側面に設置され前記レンズホ
ルダが取り付けられるパイプとを有し、前記パイプは、
前記箱型ケースの側面から延長されたベースと略同じ方
向に設置され、そのパイプは、前記箱型ケースから延長
した前記ベースの長さよりも短く、前記ベースは、前記
箱型ケースから少なくとも2つに分割されて突出してお
り、その2つに分割したベースにそれぞれネジ止め固定
用穴が設けられ、前記レンズホルダは、前記パイプ端面
に、前記2つに分割されたベースの間と、前記ベースに
設けたネジ止め固定用穴を通してレーザ溶接で略全周囲
が固定されている。In order to achieve the above object, the present invention provides a semiconductor device comprising at least one of a semiconductor light emitting device and a semiconductor light receiving device, a substrate member on which the semiconductor device is mounted, and a semiconductor device. An optical fiber that is optically coupled to the element and internally transmits laser light, a lens mounted on the substrate member, and a lens that optically optically couples the semiconductor element and the optical fiber; and the semiconductor element and the optical fiber. Another lens for optically coupling the lens, a lens holder for holding and fixing the lens, a box-shaped case for mounting and housing the semiconductor element therein, and a box forming the bottom surface of the box-shaped case A base provided with holes for screw fixing at portions protruding from the side of the mold case and a lens holder mounted on the side of the box-shaped case and having the lens holder attached thereto; That and a pipe, the pipe,
The pipe is installed in substantially the same direction as the base extended from the side surface of the box-shaped case, the pipe is shorter than the length of the base extended from the box-shaped case, and the base is at least two pieces away from the box-shaped case. The two divided bases are provided with screw fixing holes, respectively, and the lens holder is provided on the pipe end surface between the two divided bases and the base. Almost the entire periphery is fixed by laser welding through the screw fixing holes provided in.
【0007】[0007]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて説明する。なお、各図においては、煩雑を避けるた
めに一部の部品やレーザ溶接等の図示を適宜省略してい
る。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each of the drawings, some components, laser welding, and the like are omitted as appropriate in order to avoid complication.
【0008】図1に、本発明の光結合装置の全体構造の
一例を表す縦断面図を、底面図を図2に示す。FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an example of the entire structure of the optical coupling device of the present invention, and FIG. 2 is a bottom view showing the same.
【0009】この図において、光結合装置は、半導体発
光素子としてのレ−ザダイオ−ド1及び半導体受光素子
としてのフォトダイオード2とレンズ3とをステム4に
搭載している。このステム4をケース6内のベース15
に温度冷却素子5を介して設置している。この温度冷却
素子5は、レーザダイオード1及びフォトダイオード2
の温度を一定に保つように温度制御するために設けたも
のである。また、レーザダイオード1とフォトダイオー
ド2とレンズ3を介して光学的に結合され、レーザ光を
内部又は外部に伝送する光ファイバ10と、光ファイバ
被覆11を内設したフェルール12とがガイド14によ
り支持されている。また、ケース6の側面に取り付けら
れたパイプ7と、このパイプ7端面に接合され内部にレ
ーザダイオード1と、光ファイバ10を光学的に結合さ
せるロッドレンズ9と、光アイソレータ8とを設置した
レンズホルダ13が設けれている。レンズホルダ13に
は先に述べたガイド14が取付けられている。レ−ザダ
イオ−ド1及びフォトダイオ−ド2と光ファイバ10と
の光結合を、光アイソレータ8と2つのレンズ3、9で
行う構成となっている。In FIG. 1, the optical coupling device has a laser diode 1 as a semiconductor light emitting element, a photodiode 2 as a semiconductor light receiving element, and a lens 3 mounted on a stem 4. This stem 4 is attached to the base 15 in the case 6.
Is installed via a temperature cooling element 5. The temperature cooling element 5 includes a laser diode 1 and a photodiode 2
Is provided to control the temperature so as to keep the temperature constant. An optical fiber 10 that is optically coupled to the laser diode 1, the photodiode 2, and the lens 3 and transmits the laser light to the inside or the outside, and a ferrule 12 having an optical fiber coating 11 provided therein are guided by a guide 14. Supported. Further, a lens provided with a pipe 7 attached to the side surface of the case 6, a rod lens 9 joined to an end face of the pipe 7 and internally having a laser diode 1, an optical fiber 10 optically coupled thereto, and an optical isolator 8. A holder 13 is provided. The guide 14 described above is attached to the lens holder 13. The optical coupling between the laser diode 1 and the photodiode 2 and the optical fiber 10 is performed by an optical isolator 8 and two lenses 3 and 9.
【0010】ケース6は、箱型形状を備えた例えば金属
材料とセラミックス材料で構成されており、リ−ド端子
(図示せず)を両側に8本づつ計16本備えている。ケ
ース6の上面には、ケース6の内部と外部とを遮断する
ためのキャップ18が接合されている。また、この箱型
ケース6の寸法は、例えば、高さ(図1中紙面に上下方
向)が6.5mm、横幅(図1中紙面の垂直方向)が1
2.7mm、長さ(図1中紙面の横方向)が21.0m
mとなっており、リード端子(図示せず)が例えば2.
54mm間隔で設けられている。The case 6 is made of, for example, a metal material and a ceramic material having a box shape, and has a total of 16 lead terminals (not shown), eight on each side. A cap 18 for shutting off the inside and the outside of the case 6 is joined to the upper surface of the case 6. The dimensions of the box-shaped case 6 are, for example, 6.5 mm in height (vertical direction on the paper surface in FIG. 1) and 1 in width (vertical direction on the paper surface in FIG. 1).
2.7 mm, length (transverse direction of paper surface in FIG. 1) 21.0 m
m, and the lead terminals (not shown) are, for example, 2.
They are provided at 54 mm intervals.
【0011】ケース6の底面を形成するベース15は、
ケース6の両面(図1中紙面の横方向)から延長され突
出して形成されており、その突出した部分にネジ止め固
定用の穴16が形成されている。ケース6の側面に取り
付けられたパイプ7側に突出したベース15は、パイプ
7の一部が見えるように2つに分割されて形成され、そ
の反対側に突出されたベース15は、分割されずそのま
ま延長した状態で形成されている。ベース15に形成さ
れているネジ止め固定用の穴16は、例えばφ2.6m
mの径で設けられている。The base 15 that forms the bottom surface of the case 6 includes
The case 6 is formed so as to extend and protrude from both sides of the case 6 (lateral direction of the paper surface in FIG. 1), and a screw hole 16 is formed in the protruding portion. The base 15 projecting toward the pipe 7 attached to the side surface of the case 6 is divided into two parts so that a part of the pipe 7 can be seen, and the base 15 projecting to the opposite side is not divided. It is formed in an extended state. The screw fixing hole 16 formed in the base 15 is, for example, φ2.6 m.
m.
【0012】光結合装置は、ベース15を放熱性に優れ
たヒートシンク等にネジ止めにより取り付けられ、プリ
ント基板上に実装される。ベース15には、ヒートシン
クと接触する面に溝17が設けられており、ネジ止め固
定したときのケース6の変形をこの溝17部分で吸収し
光結合系に位置ずれを生じさせないようにしている。In the optical coupling device, the base 15 is attached to a heat sink or the like having excellent heat dissipation by screwing, and is mounted on a printed circuit board. The base 15 is provided with a groove 17 on the surface that comes into contact with the heat sink, so that the deformation of the case 6 when screwed and fixed is absorbed by the groove 17 so that the optical coupling system is not displaced. .
【0013】ステム4は、金属部材であり、その上面
に、レーザダイオード1、フォトダイオード2、レーザ
ダイオード1と光ファイバ10とを光結合させるレンズ
3、温度検出用のチップサーミスタ(図示せず)、及び
薄膜抵抗(図示せず)等の調整抵抗が搭載されている。
レーザダイオード1とレンズ3は、それらの光軸を一致
させるように、レンズ3搭載部分に段差が設けられてい
る。ステム4は温度冷却素子5を介してケース6内のベ
ース15に設置されている。温度冷却素子5は、レーザ
ダイオード1及びフォトダイオード2の温度を一定にす
るように、ステム4に搭載したチップサーミスタ(図示
せず)で温度検出して制御している。The stem 4 is a metal member. On its upper surface, a laser diode 1, a photodiode 2, a lens 3 for optically coupling the laser diode 1 and the optical fiber 10, and a chip thermistor for temperature detection (not shown) , And an adjustment resistor such as a thin film resistor (not shown).
The laser diode 1 and the lens 3 are provided with a step at a portion where the lens 3 is mounted so that their optical axes coincide with each other. The stem 4 is installed on the base 15 in the case 6 via the temperature cooling element 5. The temperature cooling element 5 is controlled by detecting the temperature with a chip thermistor (not shown) mounted on the stem 4 so as to keep the temperatures of the laser diode 1 and the photodiode 2 constant.
【0014】パイプ7は、金属部材であり、レンズホル
ダ13を取り付ける(後述)前に、予めケース6に銀ろ
う付け(図示せず)で固定されている。The pipe 7 is a metal member, and is fixed to the case 6 in advance by silver brazing (not shown) before the lens holder 13 is mounted (described later).
【0015】レンズホルダ13は、金属部材であり、そ
の内部に予め光アイソレータ8とロッドレンズ9がはん
だ等の接合部材で固定されている。The lens holder 13 is a metal member, in which the optical isolator 8 and the rod lens 9 are fixed in advance by a joining member such as solder.
【0016】このレンズホルダ13をパイプ7に取り付
ける際は、レンズ3から通って来たレーザ光を光ファイ
バ10に入射させるように、光アイソレータ8とロッド
レンズ9を保持固定したレンズホルダ13を位置調整
(そのときの光ファイバ10出力が最大となるように調
整)した後、レンズホルダ13をパイプ7端面にレーザ
溶接19で溶接固定している。When the lens holder 13 is attached to the pipe 7, the lens holder 13 holding and fixing the optical isolator 8 and the rod lens 9 is positioned so that the laser light passing through the lens 3 is incident on the optical fiber 10. After the adjustment (adjustment so that the output of the optical fiber 10 at that time is maximized), the lens holder 13 is fixed to the end face of the pipe 7 by laser welding 19.
【0017】フェルール12は、光ファイバ10素線を
内設し固定しているジルコニア部材(図示せず)と、光
ファイバ被覆11を固定している金属部材とから構成さ
れている。このフェルール12をガイド14に取り付け
る際は、レンズ3、光アイソレータ8、及びロッドレン
ズ9から通ってきた集光されたレーザ光を光ファイバ1
0に入射させ、そのときの光ファイバ10出力が最大と
なるように位置を調整した後、まずフェルール12をガ
イド14にレーザ溶接で溶接固定(図示せず)する。次
にガイド14をレンズホルダ13端面にレーザ溶接19
で溶接固定している。The ferrule 12 is composed of a zirconia member (not shown) for internally fixing the optical fiber 10 and a metal member for fixing the optical fiber coating 11. When attaching the ferrule 12 to the guide 14, the condensed laser light passing through the lens 3, the optical isolator 8, and the rod lens 9 is
The ferrule 12 is first fixed to the guide 14 by laser welding (not shown) after adjusting the position so that the output of the optical fiber 10 is maximized at that time. Next, the guide 14 is laser welded 19 to the end face of the lens holder 13.
It is fixed by welding.
【0018】フェルール12の先端に露出した光ファイ
バ10先端は、レーザダイオード1から発振したレーザ
光が、光ファイバ10先端で反射戻り光としてレーザダ
イオード1に戻るのを防ぐために斜めに加工(図示せ
ず)されている。この斜め加工された光ファイバ10に
対し効率良くレーザ光を入射させるため、レーザダイオ
ード1、レンズ3、光アイソレータ8、及びロッドレン
ズ9の光軸を相対的に数十μmずらしてレーザ光を斜め
に出射させると共に、レーザダイオード1とレンズ3を
搭載したステム4をケース6の中心からずらして設置
し、レンズ3から通ってきたレーザ光を斜めに出射させ
るようにしている。また、レーザダイオード1、レンズ
3、光アイソレータ8、及びロッドレンズ9の光軸を相
対的に数十μmずらすことにより、光アイソレータ8及
びロッドレンズ9の入射端で反射するレーザ光の反射戻
り光も防いでいる。The tip of the optical fiber 10 exposed at the tip of the ferrule 12 is processed obliquely to prevent the laser light oscillated from the laser diode 1 from returning to the laser diode 1 as reflected return light at the tip of the optical fiber 10 (not shown). Zu) has been. In order to make the laser light incident on the obliquely processed optical fiber 10 efficiently, the laser light is obliquely shifted by relatively moving the optical axes of the laser diode 1, the lens 3, the optical isolator 8, and the rod lens 9 by several tens of μm. The stem 4 on which the laser diode 1 and the lens 3 are mounted is displaced from the center of the case 6 so that the laser light passing through the lens 3 is emitted obliquely. Further, by shifting the optical axes of the laser diode 1, the lens 3, the optical isolator 8, and the rod lens 9 relatively by several tens of μm, the reflected return light of the laser light reflected at the incident end of the optical isolator 8 and the rod lens 9 Is also preventing.
【0019】本実施例の光結合装置の特徴の1つであ
る、ベース15に溝17を形成した場合の比較図を図3
に示す。FIG. 3 shows a comparison of the case where the groove 17 is formed in the base 15, which is one of the features of the optical coupling device of this embodiment.
Shown in
【0020】図3において、横軸は図2に示すベース1
5裏面のA−A‘の位置を示している。縦軸はベース1
5裏面の変位量を相対値として示している。変位量は、
光結合装置をヒートシンク等の部材にネジ止め固定した
ときのベース15の変形を計算から求めている。In FIG. 3, the horizontal axis is the base 1 shown in FIG.
5 shows the position of AA 'on the back surface. The vertical axis is base 1
5 shows the displacement amount on the back surface as a relative value. The amount of displacement is
The deformation of the base 15 when the optical coupling device is screwed and fixed to a member such as a heat sink is obtained by calculation.
【0021】図3から分かるように、ケース6から突出
しているベース15部分は変形が大きくなっている。ベ
ース15裏面に溝17を付けた場合、溝17を付けない
ときよりも変位量は大きい。つまり、ベース15裏面に
溝17を設けることにより、溝17の部分での変形が大
きくなり、ケース6へ加わる変形が低減し、光結合系の
位置ずれを生じさせないようにすることができる。As can be seen from FIG. 3, the portion of the base 15 protruding from the case 6 is greatly deformed. When the groove 17 is provided on the back surface of the base 15, the displacement is larger than when the groove 17 is not provided. That is, by providing the groove 17 on the back surface of the base 15, the deformation at the groove 17 is increased, the deformation applied to the case 6 is reduced, and the displacement of the optical coupling system can be prevented.
【0022】ベース15裏面に形成する溝17の形状と
しては、例えばベース15の厚さが1.0mmの場合、
ケース6側面の直下に、幅1.0mm、深さ0.5mm
程度の形状の溝17が望ましい。しかし、これに限られ
るものではなく、溝17の設置位置や幅及び深さはケー
ス6やベース15の形状により適宜決まる。As the shape of the groove 17 formed on the back surface of the base 15, for example, when the thickness of the base 15 is 1.0 mm,
Immediately below the side of Case 6, 1.0 mm wide and 0.5 mm deep
A groove 17 having a moderate shape is desirable. However, the present invention is not limited to this, and the installation position, width and depth of the groove 17 are appropriately determined by the shapes of the case 6 and the base 15.
【0023】次に、本実施例の光結合装置のもう1つの
特徴である、パイプ7とレンズホルダ13の略全周囲の
レーザ溶接19の詳細を図4から図6を用いて説明す
る。Next, details of the laser welding 19 around the entire circumference of the pipe 7 and the lens holder 13, which is another feature of the optical coupling device of the present embodiment, will be described with reference to FIGS.
【0024】図4は、図1の光結合装置を縦置きにし
て、ケース6側面のパイプ7端面にレンズホルダ13を
レーザ溶接19で固定する方法を示しており、図5は、
パイプ7端面を正面方向から見た正面図で、レンズホル
ダ13をレーザ溶接19する溶接順序を示している。図
6は、図5に示したレーザ溶接19点の増加と光出力変
化の関係を示している。FIG. 4 shows a method of mounting the optical coupling device of FIG. 1 vertically and fixing the lens holder 13 to the end surface of the pipe 7 on the side surface of the case 6 by laser welding 19, and FIG.
FIG. 4 is a front view of the end face of the pipe 7 as viewed from the front, and shows a welding sequence for laser welding 19 of the lens holder 13. FIG. 6 shows the relationship between the increase of 19 laser welding points shown in FIG. 5 and the change in light output.
【0025】図4(a)において、光アイソレータ8と
ロッドレンズ9を保持固定したレンズホルダ13は、ケ
ース6の側面に取り付けられたパイプ7端面に位置調整
され設置されている。レンズホルダ13の位置調整は、
前述のように、ケース6内のステム4に搭載したレーザ
ダイオード1とレンズ3から通ってきたレーザ光を光フ
ァイバ(図示せず)に入射させ、光ファイバ出力が最大
となるように位置調整を行う。位置調整は、レンズホル
ダ13をパイプ7端面から10〜20μm程度離して非
接触状態で行う。位置調整後、10〜20μm程度離し
ていたレンズホルダ13とパイプ7端面を、5〜10μ
m程度にまで近づけ、その状態でレーザ照射20しレン
ズホルダ13をパイプ7端面にレーザ溶接19固定す
る。次にケース6を順次回転させながらレーザ溶接19
を繰り返し、レンズホルダ13の略全周囲を溶接する
(図4(b))。In FIG. 4A, a lens holder 13 holding and fixing an optical isolator 8 and a rod lens 9 is positioned and installed on an end face of a pipe 7 attached to a side surface of a case 6. The position adjustment of the lens holder 13
As described above, the laser beam transmitted from the laser diode 1 and the lens 3 mounted on the stem 4 in the case 6 is made incident on an optical fiber (not shown), and the position is adjusted so that the optical fiber output becomes maximum. Do. Position adjustment is performed in a non-contact state with the lens holder 13 separated from the end face of the pipe 7 by about 10 to 20 μm. After the position adjustment, the lens holder 13 and the end face of the pipe 7 which are separated by about 10 to 20 μm
In this state, laser irradiation 20 is performed and the lens holder 13 is fixed to the end face of the pipe 7 by laser welding 19. Next, the laser welding 19 is performed while sequentially rotating the case 6.
Is repeated, and substantially the entire periphery of the lens holder 13 is welded (FIG. 4B).
【0026】図5は、パイプ7端面にレンズホルダ13
をレーザ溶接19する溶接順序を示している。レンズホ
ルダ13の中心軸に対して120°間隔で3分岐された
レーザ照射ヘッド(図示せず)が配置され、その照射ヘ
ッドからレーザ光が照射20される。これらの照射ヘッ
ドは固定されており、略全周囲を溶接するため光結合装
置の回転は、レンズホルダ13の中心軸を回転中心とな
るようにケース6側の中心軸を随時補正しながら回転さ
せて行う。レンズホルダ13のレーザ溶接19は、3分
岐されたレーザ照射ヘッドから同時にレーザ光を出射2
0し、溶接点を3点づつ増加させながら、全周囲24点
をレーザ溶接19して行われる。FIG. 5 shows the lens holder 13 on the end face of the pipe 7.
Are shown in the order of laser welding 19. A laser irradiation head (not shown) branched into three at 120 ° intervals with respect to the center axis of the lens holder 13 is arranged, and the irradiation head irradiates a laser beam 20. These irradiation heads are fixed, and in order to weld substantially the entire periphery, the rotation of the optical coupling device is performed by rotating the center axis of the case 6 side while correcting the center axis of the lens holder 13 as needed so that the center axis of the lens holder 13 becomes the center of rotation. Do it. Laser welding 19 of the lens holder 13 simultaneously emits laser light from the three-branched laser irradiation head.
Then, laser welding 19 is performed on 24 points around the entire circumference while increasing the welding points by three points.
【0027】レーザ溶接19の溶接順序は、図中の○内
の数字で表しており最初の溶接点位置がである。点
は、ケース6の上面(図5中紙面の上側)方向からやや
斜めにレーザ照射20されるのと、ケース6の底面(図
5中紙面の下側)方向から2つに分割されたベース15
の間からレーザ照射20される。次の点は、点から
ケース6を約60°回転させて、点のレーザ照射20
と同じようにレーザ溶接19される。しかし、ケース6
の底面側の点の2点は、ベース15に設けたネジ止め
固定用の穴16を通してレーザ照射20する。さらに、
次の点は、点から点のレーザ溶接点位置に戻るよ
うに約75°回転させて、点の直横にレーザ照射20
する。The welding order of the laser welding 19 is represented by a numeral in a circle in the drawing, and the position of the first welding point is. A point is irradiated with the laser 20 slightly obliquely from the upper surface (upper side of the paper surface in FIG. 5) of the case 6 and the base divided into two parts from the bottom surface (lower side of the paper surface in FIG. 5) of the case 6 Fifteen
The laser irradiation 20 is performed during the interval. The next point is that the case 6 is rotated about 60 ° from the point and the laser irradiation 20 of the point is performed.
Laser welding 19 is performed in the same manner as described above. However, case 6
The two points on the bottom surface side are irradiated with laser 20 through a screw fixing hole 16 provided in the base 15. further,
The next point is rotated about 75 ° so that it returns to the point of the laser welding point from point to point.
I do.
【0028】その後、点までケース6を15°間隔で
回転させながら、レーザ溶接を繰り返し行う。ただし、
点及び点のレーザ照射20においては、‘点及び
‘点のそれぞれがネジ止め固定用穴16以外のベース
15部分が障害となり未溶接点となる。この場合、同時
にレーザ溶接19される点が3点から2点になり、溶接
バランスが崩れて位置ずれが生じやすくなるが、筆者ら
は溶接順序を最適にコントロールすることで位置ずれが
生じないことを確認している。Thereafter, laser welding is repeatedly performed while rotating the case 6 to the point at intervals of 15 °. However,
In the point 20 and the laser irradiation 20 of the point, each of the points 'and' becomes an unwelded point because the base 15 other than the screw fixing hole 16 becomes an obstacle. In this case, the number of laser welding points 19 is reduced from three to two at the same time, and the welding balance is lost, which tends to cause displacement. However, the authors have found that by controlling the welding order optimally, no displacement occurs. Have confirmed.
【0029】図6は、図5に示したレーザ溶接19点の
増加と光出力の変化の関係を示した図である。図におい
て、横軸は溶接点の増加を表しており、縦軸はその時の
光出力損失を相対値として表している。FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the increase in 19 laser welding points shown in FIG. 5 and the change in light output. In the figure, the horizontal axis represents the increase in the number of welding points, and the vertical axis represents the light output loss at that time as a relative value.
【0030】この図6から分かるように、光出力損失は
初期から3点溶接、6点溶接までは比較的大きく変
化するが、9点溶接あるいは12点溶接付近から溶
接点が増加してもほとんど大きな変化はない。このよう
に、光出力が安定した後に未溶接ヶ所が形成される溶接
手順とすることで、光出力損失を増加させずに略全周囲
をレーザ溶接で固定することができる。As can be seen from FIG. 6, the light output loss changes relatively greatly from the initial stage to three-point welding and six-point welding, but almost does not increase even when the number of welding points increases from around 9-point welding or 12-point welding. No big change. As described above, by adopting a welding procedure in which an unwelded portion is formed after the light output is stabilized, almost the entire periphery can be fixed by laser welding without increasing the light output loss.
【0031】以上のように構成した本実施例の効果を以
下に説明する。The effect of the embodiment constructed as described above will be described below.
【0032】ベース15の裏面に溝17を設けた構造に
よる効果としては、光結合装置をヒートシンク等の部材
にネジ止め固定したとき、ケース6から突出しているベ
ース15部分の変形を溝17を設けることで大きく変形
させ、ケース6に生じる変形を低減し、光結合系の位置
ずれを生じさせないようにすることができる。これによ
り、光結合装置をネジ止め固定したときの光出力変化を
なくし、レーザダイオード1と光ファイバ10との光結
合を安定させて行うことができる。The effect of the structure in which the groove 17 is provided on the back surface of the base 15 is as follows. When the optical coupling device is fixed to a member such as a heat sink by screwing, the deformation of the base 15 projecting from the case 6 is provided by the groove 17. Accordingly, the case 6 can be largely deformed, the deformation occurring in the case 6 can be reduced, and the optical coupling system can be prevented from being displaced. This eliminates a change in optical output when the optical coupling device is fixed by screwing, and enables stable optical coupling between the laser diode 1 and the optical fiber 10.
【0033】レーザ溶接を行う際、ネジ止め固定用の穴
16及びベース15の間からレーザ照射20でき、レン
ズホルダ13をパイプ7端面に略全周囲レーザ溶接19
できる。特に、パイプ7がベース15の突出長さよりも
短い場合でも、略全周囲をレーザ溶接19することがで
き、装置を大幅に小型化することができる。また、レー
ザ溶接19により強固に固定できるので、レーザダイオ
ード1と光ファイバ10との光結合を長期に渡って安定
に行うことができる。When laser welding is performed, laser irradiation 20 can be performed between the screw fixing hole 16 and the base 15, and the lens holder 13 is attached to the end face of the pipe 7 by substantially all-around laser welding 19.
it can. In particular, even when the pipe 7 is shorter than the protruding length of the base 15, the laser welding 19 can be performed on substantially the entire periphery, and the apparatus can be significantly reduced in size. Further, since the laser diode 19 can be firmly fixed, the optical coupling between the laser diode 1 and the optical fiber 10 can be stably performed over a long period of time.
【0034】さらに、レーザダイオード1と光ファイバ
10とを光結合させるレンズ3、9を、ケース6内の温
度冷却素子5上に搭載するレンズ3と、ケース6外部に
設置するレンズ9とに分けることにより、装置の高さを
低減でき薄型化することができる。これにより、レーザ
ダイオード1と光ファイバ10との光結合を複数のレン
ズ3、9や光アイソレータ8を用いた場合でも、装置が
大型化することはなく、容易な作業で組立てを行え、レ
ーザダイオード1と光ファイバ10との光結合を安定さ
せて行うことができる。Further, the lenses 3, 9 for optically coupling the laser diode 1 and the optical fiber 10 are divided into a lens 3 mounted on the temperature cooling element 5 in the case 6 and a lens 9 installed outside the case 6. Thereby, the height of the device can be reduced and the device can be made thinner. As a result, even when a plurality of lenses 3, 9 and an optical isolator 8 are used for optical coupling between the laser diode 1 and the optical fiber 10, the device can be easily assembled without increasing the size of the device. Optical coupling between the optical fiber 1 and the optical fiber 10 can be performed stably.
【0035】なお、上記実施例においては、半導体素子
としてレーザダイオード1とフォトダイオード2との両
方を備えている光結合装置を例にとって説明してきた
が、これに限られず、いずれか一方のみを備えている光
結合装置にも適用でき、同様の効果が得られる。In the above embodiment, an optical coupling device having both a laser diode 1 and a photodiode 2 as semiconductor elements has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and only one of them is provided. The same effect can be obtained.
【0036】また、上記実施例においては、ベース15
の裏面に形成した溝17の形状として、ケース6の横方
向と平行に2本形成しているが、これに限られるもので
はなく、例えばケース6の横方向と垂直方向に設けても
よく、またベース15の裏面でなく表面あるいはケース
6内の底面に形成してもよく、ベース15をネジ止め固
定したときの光結合系の位置ずれを低減でき、同様の効
果が得られる。In the above embodiment, the base 15
As the shape of the groove 17 formed on the back surface of the case 6, two grooves are formed in parallel with the lateral direction of the case 6, but the shape is not limited thereto. For example, the grooves 17 may be provided in the lateral direction and the vertical direction of the case 6, Further, the optical coupling system may be formed not on the back surface of the base 15 but on the front surface or the bottom surface in the case 6, so that the displacement of the optical coupling system when the base 15 is fixed by screwing can be reduced, and the same effect can be obtained.
【0037】さらに、上記実施例においては、図5に示
したように、パイプ7端面へのレンズホルダ13の溶接
手順を示しているが、この手順に限られず、他の溶接手
順でも光出力損失を増加させずに略全周囲をレーザ溶接
19で固定できるので、同様の効果を得ることができ
る。Furthermore, in the above embodiment, as shown in FIG. 5, the procedure for welding the lens holder 13 to the end face of the pipe 7 is shown. Approximately the entire circumference can be fixed by the laser welding 19 without increasing the number of laser beams, so that the same effect can be obtained.
【0038】さらに、上記実施形態においては、レーザ
ダイオード1及びフォトダイオード2と光ファイバ10
の光結合を2つのレンズ3、9で行う光結合装置を例に
とって説明したが、これに限らない。すなわち、1つの
レンズを用いた結合光学系でも、ケース6側面への略全
周囲のレーザ溶接19やベース15裏面への溝17形成
については上記実施形態と同様の構成を適用することが
できるので、これらの場合も同様の効果を得ることがで
きる。Further, in the above embodiment, the laser diode 1, the photodiode 2, and the optical fiber 10
Although the optical coupling device that performs the optical coupling by the two lenses 3 and 9 has been described as an example, the present invention is not limited to this. That is, even with a coupling optical system using one lens, the same configuration as that of the above-described embodiment can be applied to the laser welding 19 of substantially the entire circumference on the side surface of the case 6 and the formation of the groove 17 on the back surface of the base 15. In these cases, similar effects can be obtained.
【0039】[0039]
【発明の効果】以上、本発明によれば、レーザダイオー
ドと光ファイバとの光結合を安定させて行い、小型で容
易な作業で組立てを行うことができる。As described above, according to the present invention, the optical coupling between the laser diode and the optical fiber can be stably performed, and the assembly can be performed by a small and easy operation.
【図1】本発明の実施形態による光結合装置の全体構造
を表す縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view illustrating an entire structure of an optical coupling device according to an embodiment of the present invention.
【図2】図1に示した光結合装置の全体構造を表す底面
図である。FIG. 2 is a bottom view showing the entire structure of the optical coupling device shown in FIG.
【図3】図1及び図2に示した光結合装置の底面に溝を
設けたときの変位量の比較図である。FIG. 3 is a comparison diagram of a displacement amount when a groove is provided on the bottom surface of the optical coupling device shown in FIGS. 1 and 2;
【図4】図1に示した光結合装置のレーザ溶接部構造の
要部を示す縦断面図である。FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a main part of a laser welded portion structure of the optical coupling device shown in FIG.
【図5】図1に示した光結合装置のレーザ溶接部構造の
要部を示す側面図である。FIG. 5 is a side view showing a main part of a laser welding structure of the optical coupling device shown in FIG. 1;
【図6】図5に示した光結合装置のレーザ溶接点の増加
と光出力の変化を表す図である。6 is a diagram illustrating an increase in laser welding points and a change in light output of the optical coupling device illustrated in FIG. 5;
1…レーザダイオード(半導体発光素子)、2…フォト
ダイオード(半導体受光素子)、3…レンズ、4…ステ
ム、5…温度冷却素子(ペルチェ素子)、6…ケース、
7…パイプ、8…光アイソレータ、9…ロッドレンズ、
10…光ファイバ、11…光ファイバ被覆、12…フェ
ルール、13…レンズホルダ、14…ガイド、15…ベ
ース、16…ネジ穴、17…溝、18…キャップ、19
…レーザ溶接、20…レーザ照射光。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser diode (semiconductor light emitting element), 2 ... photodiode (semiconductor light receiving element), 3 ... lens, 4 ... stem, 5 ... temperature cooling element (Peltier element), 6 ... case,
7 ... pipe, 8 ... optical isolator, 9 ... rod lens,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Optical fiber, 11 ... Optical fiber coating, 12 ... Ferrule, 13 ... Lens holder, 14 ... Guide, 15 ... Base, 16 ... Screw hole, 17 ... Groove, 18 ... Cap, 19
... laser welding, 20 ... laser irradiation light.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 末嶋 哲士 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立製作所情報通信事業部内 (72)発明者 山田 圭一 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立製作所情報通信事業部内 (72)発明者 桑野 英之 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立製作所情報通信事業部内 (72)発明者 嶋岡 誠 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 Fターム(参考) 2H037 AA01 BA03 BA12 CA16 DA04 DA05 DA15 DA17 DA35 DA38 5F073 AB27 AB28 BA02 FA05 FA07 FA08 FA25 5F088 AA01 BB01 JA05 JA12 JA14 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Tetsushi Sueshima 216 Totsuka-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Information and Communication Division, Hitachi, Ltd. (72) Keiichi Yamada 216 Totsuka-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Address Co., Ltd.Hitachi, Ltd.Information and Communication Division (72) Inventor Hideyuki Kuwano 216 Totsuka-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture, Ltd.Information and Communication Division, Hitachi, Ltd. Address F-term in Hitachi Research Institute, Ltd. F-term (reference) 2H037 AA01 BA03 BA12 CA16 DA04 DA05 DA15 DA17 DA35 DA38 5F073 AB27 AB28 BA02 FA05 FA07 FA08 FA25 5F088 AA01 BB01 JA05 JA12 JA14
Claims (4)
少なくとも一方からなる半導体素子と、この半導体素子
を搭載する基板部材と、前記半導体素子と光学的に結合
されレーザ光を内部伝送する光ファイバと、前記基板部
材に搭載され、前記半導体素子と前記光ファイバとを光
学的に光結合させるレンズと、前記半導体素子と前記光
ファイバとを光学的に光結合させるもう1つのレンズ
と、このレンズを保持固定するレンズホルダと、前記半
導体素子を内部に搭載し収納する箱型ケースと、この箱
型ケースの底面を成し、かつ箱型ケースの側面から延長
して突出した部分にネジ止め固定用の穴が設けられたベ
ースと、前記箱型ケースの側面に設置され前記レンズホ
ルダが取り付けられるパイプとを有する光結合装置にお
いて、前記パイプは、前記箱型ケースの一方側の側面か
ら延長されたベースと略同じ方向に設置され、前記箱型
ケースから延長した前記ベースの長さよりも短く、前記
パイプ側のベースは、前記箱型ケースから少なくとも2
つに分割されて突出し、前記2つに分割したベースにそ
れぞれネジ止め固定用穴が設けられ、前記レンズホルダ
は、前記パイプ端面に、レーザ溶接で略全周囲が固定さ
れていることを特徴とする光結合装置。1. A semiconductor device comprising at least one of a semiconductor light emitting device and a semiconductor light receiving device, a substrate member on which the semiconductor device is mounted, and an optical fiber optically coupled to the semiconductor device for internally transmitting laser light. A lens mounted on the substrate member and optically coupling the semiconductor element and the optical fiber; another lens for optically coupling the semiconductor element and the optical fiber; and A lens holder for holding and fixing, a box-shaped case for mounting and storing the semiconductor element therein, and a screw-fixing portion for forming a bottom surface of the box-shaped case and extending from a side surface of the box-shaped case and projecting therefrom. In a light coupling device having a base provided with a hole, and a pipe installed on a side surface of the box-shaped case and to which the lens holder is attached, the pipe is It is installed in substantially the same direction as the base extended from one side surface of the box-shaped case, is shorter than the length of the base extended from the box-shaped case, and the pipe-side base is at least from the box-shaped case. 2
The two divided bases are provided with screw fixing holes respectively in the two divided bases, and the lens holder is fixed to the end face of the pipe by laser welding substantially all around. Optical coupling device.
ベースは、前記箱型ケースの側面から延長された突出部
が複数個あり、その突出部にネジ止め固定用穴が少なく
とも1個備えていることを特徴とする光結合装置。2. The optical coupling device according to claim 1, wherein the base has a plurality of protrusions extending from a side surface of the box-shaped case, and the protrusions have at least one screw fixing hole. An optical coupling device, comprising:
基板部材は、前記半導体素子の温度制御を行う温度冷却
素子を介して前記箱型ケース内に設置されていることを
特徴とする光結合装置。3. The optical coupling device according to claim 1, wherein said substrate member is installed in said box-shaped case via a temperature cooling element for controlling the temperature of said semiconductor element. Coupling device.
ベースは、前記基板部材が搭載される面あるいはその裏
面に、複数個の溝を備えていることを特徴とする光結合
装置。4. The optical coupling device according to claim 1, wherein the base has a plurality of grooves on a surface on which the substrate member is mounted or on a rear surface thereof.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10297818A JP2000121886A (en) | 1998-10-20 | 1998-10-20 | Optical coupling device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP10297818A JP2000121886A (en) | 1998-10-20 | 1998-10-20 | Optical coupling device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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ID=17851566
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JP10297818A Withdrawn JP2000121886A (en) | 1998-10-20 | 1998-10-20 | Optical coupling device |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2000121886A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6614590B2 (en) | 2000-11-22 | 2003-09-02 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Optical semiconductor hermetic sealing package, optical semiconductor module and optical fiber amplifier |
US6931215B1 (en) | 2000-06-26 | 2005-08-16 | Hitachi, Ltd. | Optical transmitter module |
SG118224A1 (en) * | 2003-12-31 | 2006-01-27 | Mfg Integration Technology Ltd | Method of assembling imaging components of a digital camera |
JP2010140937A (en) * | 2008-12-09 | 2010-06-24 | Anritsu Corp | Semiconductor laser package and semiconductor laser module |
CN116338366A (en) * | 2023-05-29 | 2023-06-27 | 中久光电产业有限公司 | Semiconductor laser VBG coupling process detection equipment |
-
1998
- 1998-10-20 JP JP10297818A patent/JP2000121886A/en not_active Withdrawn
Cited By (6)
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