JP2001194563A - 半導体レーザモジュールとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レンズと光アイソレータとの間における光軸
ずれの発生を抑えて光の結合効率を高めると共に、コス
トダウンが可能な半導体レーザモジュールとその製造方
法を提供する。 【解決手段】 半導体レーザ素子５から出射される光を
レンズ17及び光アイソレータ18を用いて光ファイバ８に
光結合させる半導体レーザモジュール１とその製造方
法。レンズ17を保持するレンズホルダ16及び光アイソレ
ータ18が共通の単一の固定部材15上に固定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザモジ
ュールとその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザモジュールは、例えば、特
開平１０−３９１７４号公報に開示されているように、
半導体レーザ素子、レンズ、レンズホルダ、前記半導体
レーザ素子の出力をモニタするフォトダイオード、温度
制御素子及び光アイソレータ等、多くの構成部品を備え
ている。この半導体レーザモジュールにおいては、前記
半導体レーザ素子からの出力光を、前記レンズで集光し
て平行光とした後、前記光アイソレータを介して光ファ
イバに導き、光ファイバ内を導波して所望の用途に供し
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の半
導体レーザモジュールは、前記のように多くの部品によ
って半導体レーザ素子から光ファイバに至る光経路が形
成されるため、光軸、特に、前記レンズと光アイソレー
タとの光軸がずれることがある。このような事態が発生
すると、半導体レーザモジュールでは、前記レンズから
出射した光が前記光アイソレータの一部によってけら
れ、光の結合効率が低下する。また、半導体レーザモジ
ュールは、前記のように構成部品数が多いことから、部
品コストがかかる結果、高価になるという問題があっ
た。

【０００４】本発明は上記の点に鑑みてなされたもの
で、レンズと光アイソレータとの間における光軸ずれの
発生を抑えて光の結合効率を高めると共に、コストダウ
ンが可能な半導体レーザモジュールとその製造方法を提
供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明においては上記目
的を達成するため、半導体レーザ素子から出射される光
をレンズ及び光アイソレータを用いて光ファイバに光結
合させる半導体レーザモジュールにおいて、前記レンズ
を保持するレンズホルダ及び前記光アイソレータが共通
の固定部材上に固定されている構成としたのである。

【０００６】好ましくは、前記固定部材を、底板の両側
に側壁が形成されたチャンネル状の部材とする。また好
ましくは、前記各側壁は、前記レンズホルダに保持され
るレンズと前記光アイソレータとの光軸が一致するよう
に前記光軸に直交する高さ方向の長さを設定する。

【０００７】好ましくは、前記光アイソレータを円柱状
とする。更に好ましくは、前記固定部材は、前記光アイ
ソレータの直径をＤとしたとき、前記側壁の高さＨ1
と、２つの側壁間の幅Ｗ1とを、次式のように設定す
る。 Ｗ1＜Ｄ， Ｈ1＞Ｄ／２−（Ｄ²／４−Ｗ1²／４）^1/2 一方、前記固定部材は、前記２つの側壁間の幅が、前記
光アイソレータの直径と略等しいか僅かに大きい場合に
は、前記光アイソレータを２つの側壁の間に配置し、前
記各側壁の外側からＹＡＧレーザで貫通溶接して前記光
アイソレータを固定する。

【０００８】また好ましくは、前記固定部材は、前記側
壁の前記レンズホルダを固定する部分の高さと前記光ア
イソレータを固定する部分の高さとを異ならせる。更に
好ましくは、前記レンズホルダを前記固定部材に固定す
る位置の高さを、該レンズホルダに保持される前記レン
ズの光軸の高さと実質的に一致させる。好ましくは、前
記レンズホルダや前記光アイソレータを前記固定部材に
溶接固定する。

【０００９】また好ましくは、前記レンズホルダや前記
光アイソレータを前記固定部材の側壁上部に固定する。
更に好ましくは、前記光アイソレータを前記側壁を貫通
して前記固定部材に溶接固定する。好ましくは、前記固
定部材をベース上に固定する。

【００１０】また好ましくは、前記ベースを温度制御素
子上に固定する。また、本発明においては上記目的を達
成するため、半導体レーザ素子から出射される光をレン
ズ及び光アイソレータを用いて光ファイバに光結合させ
る半導体レーザモジュールの製造方法において、前記レ
ンズを保持するレンズホルダ及び前記光アイソレータを
共通の単一の固定部材上に固定する工程を含む構成とし
たのである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体レーザモジ
ュールとその製造方法に係る一実施形態を図１乃至図５
に基づいて詳細に説明する。半導体レーザモジュール１
は、図１に示すように、パッケージ２、温度制御素子
３、ベース４、半導体レーザ素子５、フォトダイオード
６、固定部材１５、第１レンズ１７及び光アイソレータ
１８を備えている。

【００１２】パッケージ２は、図１に示したように、温
度制御素子３、ベース４、半導体レーザ素子５、フォト
ダイオード６、固定部材１５、第１レンズ１７及び光ア
イソレータ１８等を収納する。パッケージ２は、底板２
ａ、周壁２ｂ及びカバー２ｃを有し、周壁２ｂの上部に
カバー２ｃが被着される。また、パッケージ２は、周壁
２ｂにフランジ２ｄが設けられ、フランジ２ｄ端面に第
２レンズホルダ２ｅがＹＡＧレーザによって溶接固定さ
れている。第２レンズホルダ２ｅは、内部に第２レンズ
として球レンズ７が挿着され、端部にはファイバスリー
ブ２ｆが設けられている。ファイバスリーブ２ｆには、
光ファイバ８の端部に取り付けられたフェルール８ａが
ＹＡＧレーザによって溶接固定されている。

【００１３】温度制御素子３は、図１に示すように、底
板２ａに設置され、半導体レーザ素子５の作動に伴う発
熱を冷却して所定温度に制御するぺルチェ素子で、この
上にベース４が設けられている。温度制御素子３は、半
導体レーザ素子５の近傍に配置されたサーミスタ（図示
せず）によって測定された温度に基づき、電流値を調整
することで半導体レーザ素子５の温度を制御している。

【００１４】ベース４は、図２に示すように、長手方向
（図２のＺ軸方向）の一方が高い第１搭載台４ａと、他
方が低い第２搭載台４ｂとを有する板状の部材で、第１
搭載台４ａに第１キャリア９，ヒートシンク１０を介し
て半導体レーザ素子５が設けられている。また、第１搭
載台４ａには、第１キャリア９に隣接して第２キャリア
１１が配置され、半導体レーザ素子５と対向する位置に
フォトダイオード６が設けられている。一方、第２搭載
台４ｂには、固定部材１５が搭載され、ＹＡＧレーザ等
によって適宜個所の溶接点Ｐwdで溶接されている。

【００１５】ここで、第１キャリア９及び第２キャリア
１１はベース４に、ヒートシンク１０は第１キャリア９
に、半導体レーザ素子５はヒートシンク１０に、それぞ
れ半田によって固定されている。半導体レーザ素子５
は、所定波長のレーザ光を前端面から第１レンズ１７に
向けて出射すると共に、後端面からフォトダイオード６
にモニタ光を出射する。このとき、半導体レーザ素子５
は、例えば、活性層と第１レンズ１７の光軸との高さ方
向の差が数μｍ以内となるように位置決めされる。

【００１６】フォトダイオード６は、図２に示すよう
に、第２キャリア１１の傾斜させた前面に設けられ、半
導体レーザ素子５の後端面から出射されるモニタ光をモ
ニタする。固定部材１５は、図２に示すように、底板１
５ａの両側にレンズホルダ１６と光アイソレータ１８を
図２のＸ軸方向で位置決めする側壁１５ｂが形成された
チャンネル状の部材で、レンズホルダ１６と光アイソレ
ータ１８が直接固定されている。このとき、２つの側壁
１５ｂは、レンズホルダ１６に保持される第１レンズ１
７（図１参照）と光アイソレータ１８との光軸が一致す
るように、それぞれの部材を配置する部分における高さ
方向（図２のＹ軸方向）の長さが適宜異なるように設定
されている。また、固定部材１５は、側壁１５ｂのレン
ズホルダ１６固定する部分の高さを、例えば、第１レン
ズ１７の中心の高さと略一致させておく。このようにす
ると、固定部材１５は、レンズホルダ１６を溶接固定す
る際に、溶接点Ｐwdの高さが第１レンズ１７の中心の高
さと略一致する。従って、固定部材１５への溶接作業に
伴うレンズホルダ１６の回動方向における僅かな位置ず
れが発生しても、第１レンズ１７の目標とする位置から
の位置ずれを防止することができる。このように、固定
部材１５は、レンズホルダ１６を固定する側壁１５ｂの
部分の高さと、光アイソレータ１８を固定する側壁１５
ｂの部分の高さを、それぞれ適宜相違させた構成とする
ことにより、第１レンズ１７と光アイソレータ１８との
光軸のずれに起因した光の結合効率の低減をより一層抑
制することができる。

【００１７】第１レンズ１７は、半導体レーザ素子５か
ら出射される光を平行光とするコリメーションレンズ
で、ステンレス等の金属からなるレンズホルダ１６の挿
着孔１６ａに低融点ガラスで固定されている。光アイソ
レータ１８は、図２に示すように、外観が円柱状に形成
されて固定部材１５の２つの側壁１５ｂに固定され、レ
ンズホルダ１６に隣接して配置されている。

【００１８】このとき、レンズホルダ１６及び光アイソ
レータ１８は、ＹＡＧレーザ等によって適宜個所の溶接
点（固定位置）Ｐwdで側壁１５ｂに溶接固定される。半
導体レーザモジュール１は以上のように構成され、以下
に説明する製造方法に従って製造される。先ず、ベース
４の第１搭載台４ａに第１キャリア９を半田で固定す
る。第１キャリア９は、予めヒートシンク１０を介して
半導体レーザ素子５が半田で固定され、ワイヤボンディ
ングにより半導体レーザ素子５と電気的に接続されてい
る。

【００１９】次に、第２キャリア１１を、第１搭載台４
ａに半田固定する。第２キャリア１１は、予めフォトダ
イオード６が半田固定され、ワイヤボンディングによっ
てフォトダイオード６と電気的に接続されている。次い
で、第１レンズホルダ１６を固定部材１５の両側壁１５
ｂの間に嵌めた状態で第１レンズ７から出射される光が
平行光となるようにレンズホルダ１６の位置を調節す
る。

【００２０】その後、図２に示すように、固定部材１５
とベース４及び固定部材１５とレンズホルダ１６を、Ｙ
ＡＧレーザによりそれそれ適宜個所の溶接点Ｐwdで溶接
する。次いで、光アイソレータ１８をレンズホルダ１６
に隣接させて２つの側壁１５ｂ間に載置し、この状態で
光軸周りにおける調心を行い、前記と同様にしてＹＡＧ
レーザにより適宜個所の溶接点Ｐwdで側壁１５ｂに溶接
する。このとき、光アイソレータ１８は、前記とは逆
に、光軸周りにおける調心を行った後、２つの側壁１５
ｂ間に載置してもよい。

【００２１】しかる後、パッケージ２の底板２ａに温度
制御素子３を取り付け、リード（図示せず）をパッケー
ジ２に半田で接続する。次に、ベース４を温度制御素子
３の上に取り付け、半導体レーザ素子５から出射される
光がフランジ２ｄの中央に位置するように調心した後、
ベース４を温度制御素子３に半田固定する。この後、金
ワイヤ（図示せず）で第１キャリア９及び第２キャリア
１１の電極とパッケージ２のリード（図示せず）とを接
続する（ワイヤボンド）。

【００２２】そして、周壁２ｂの上部にカバー２ａを被
着し、フランジ２ｄ端面に第２レンズホルダ２ｅをＹＡ
Ｇレーザによって溶接固定する。次に、第２レンズホル
ダ２ｅの端部に、ファイバスリーブ２ｆ及びフェルール
８ａをＹＡＧレーザによって溶接固定して半導体レーザ
モジュール１の組み立てが完了する。

【００２３】以上のように、半導体レーザモジュール１
は、第１レンズ１７を保持するレンズホルダ１６及び光
アイソレータ１８が共通の固定部材１５上に固定され
る。このため、半導体レーザモジュール１は、第１レン
ズ１７と光アイソレータ１８との間における光軸ずれの
発生が抑えられ、半導体レーザ素子５から出射される光
の光ファイバ８への結合効率が高まる。しかも、半導体
レーザモジュール１は、第１レンズ１７を保持するレン
ズホルダ１６及び光アイソレータ１８が共通の固定部材
１５上に固定されることから、固定部材１５が１つで済
む。このため、半導体レーザモジュール１は、構成部品
数が少なくなってコストダウンを図ることができる。

【００２４】ここで、以下に半導体レーザモジュール１
の固定部材に関する変形例を説明するが、半導体レーザ
モジュール１と同一の構成部材には同一の符号を、固定
部材１５と対応する構成部分には対応する符号を、それ
ぞれ使用することで重複した説明を省略する。例えば、
図３に示す固定部材２０のように、光アイソレータ１８
を固定する側壁２０ｂの高さＨ1と、２つの側壁２０ｂ
間の幅Ｗ1とは、光アイソレータ１８の直径をＤとした
とき、光アイソレータ１８が底板２０ａと接触しないよ
うに、次式が成立するように設定することが望ましい。 Ｗ1＜Ｄ， Ｈ1＞Ｄ／２−（Ｄ²／４−Ｗ1²／４）^1/2

【００２５】このとき、光アイソレータ１８は、２つの
側壁２０ｂ上部が長手方向に一直線状に形成されていれ
ば、２つの側壁２０ｂ上に安定して固定される。また、
図４に示す固定部材２２のように、２つの側壁２２ｂの
高さを長手方向に沿って同一に設定すると、図２に示す
固定部材１５や図３に示す固定部材２０に比べて形状が
簡単になる分安価になり、半導体レーザモジュール１の
より一層のコストダウンを図ることができる。

【００２６】更に、図５に示す固定部材２４のように、
２つの側壁２４ｂ間の幅Ｗ2が、光アイソレータ１８の
直径Ｄと略等しいか僅かに大きく、Ｗ2≒Ｄの関係が成
立する場合には、光アイソレータ１８を２つの側壁２４
ｂ間に配置し、側壁２４ｂの外側からＹＡＧレーザによ
りそれぞれ適宜個所の溶接点Ｐwdで貫通溶接する。この
場合、光アイソレータ１８を固定部材２４に対して上下
方向に位置合わせすることで上下方向に調心することが
できる。このため、レンズホルダ１６に保持された第１
レンズ１７（図示せず）と光アイソレータ１８とは、光
軸をより一層合わせ易くなる。この結果、半導体レーザ
モジュール１は、固定部材２４を使用することで、半導
体レーザ素子５から出射される光の光ファイバ８への結
合効率を一層高めることができる。

【００２７】

【発明の効果】請求項１乃至３の発明によれば、レンズ
と光アイソレータとの間における光軸ずれの発生を抑え
て光の結合効率を高めると共に、コストダウンが可能な
半導体レーザモジュールとその製造方法を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体レーザモジュールとその製造方
法の一実施形態を示す断面正面図である。

【図２】図１の半導体レーザモジュールのパッケージ内
に配置される主要部品を、レンズホルダ及び光アイソレ
ータを固定した固定部材と共に示す斜視図である。

【図３】固定部材の変形例を示す斜視図である。

【図４】固定部材の他の変形例を示す斜視図である。

【図５】固定部材の更に他の変形例を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１ 半導体レーザモジュール ２ パッケージ ３ 温度制御素子 ４ ベース ５ 半導体レーザ素子 ６ フォトダイオード ７ 球レンズ ８ 光ファイバ ９ 第１キャリア １０ ヒートシンク １１ 第２キャリア １５ 固定部材 １６ レンズホルダ １７ 第１レンズ １８ 光アイソレータ ２０，２２，２４ 固定部材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザ素子から出射される光をレ
   ンズ及び光アイソレータを用いて光ファイバに光結合さ
   せる半導体レーザモジュールにおいて、 前記レンズを保持するレンズホルダ及び前記光アイソレ
   ータが共通の単一の固定部材上に固定されていることを
   特徴とする半導体レーザモジュール。
2. 【請求項２】 前記固定部材は、底板の両側に側壁が形
   成されたチャンネル状の部材である、請求項１の半導体
   レーザモジュール。
3. 【請求項３】 半導体レーザ素子から出射される光をレ
   ンズ及び光アイソレータを用いて光ファイバに光結合さ
   せる半導体レーザモジュールの製造方法において、 前記レンズを保持するレンズホルダ及び前記光アイソレ
   ータを共通の単一の固定部材上に固定する工程を含むこ
   とを特徴とする半導体レーザモジュールの製造方法。