JP2002314189A

JP2002314189A - 光送信装置

Info

Publication number: JP2002314189A
Application number: JP2001115959A
Authority: JP
Inventors: Tsugio Ide; 次男井出; Shojiro Kitamura; 昇二郎北村; Atsushi Harada; 篤原田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2001-04-13
Filing date: 2001-04-13
Publication date: 2002-10-25

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】面発光レーザの出射光をモニタするための光軸
調整や組立にかかる手間を軽減する。【解決手段】面発光レーザ１と支持部材２とを突起Ｔで
結合する。面発光レーザ１は、同一面に同時に形成され
た２個の発光部３ａ，３ｂを有する。一方の発光部３ａ
を光送信用として光ファイバＦと対向配置し、他方の発
光部３ｂを参照光用としてフォトダイオード７と対向配
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、発光面が基板面と
平行である発光素子から光ファイバに光を入射させて光
を送信するとともに、発光部からの出射光量に応じて発
光素子の駆動電流を制御するように構成された光送信装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ等の発光素子から光ファイバに光
を入射させて光を送信する光送信装置では、発光素子の
出力が、一定電流で駆動していても周囲の温度や経時変
化等の影響で変化することから、受信側で常に必要な受
光量が得られるように、出射光量に応じて駆動電流を変
化させる自動光出力制御が行われている。そのために、
発光素子からの出射光をモニタする必要がある。

【０００３】特開平１１−１０１９２７号公報には、面
発光レーザと光ファイバとで構成される光送信モジュー
ルであって、面発光レーザの出力光の一部をモニタ用に
取り出し、残りを光ファイバに入射するように構成され
た２種類のモジュールが記載されている。いずれのモジ
ュールにおいても、面発光レーザと光ファイバは、面発
光レーザからの出力光の光軸と光ファイバの光軸が９０
°となるように配置されている。

【０００４】第１のモジュールでは、面発光レーザと光
ファイバとの間に、ハーフミラー面を有するフォトダイ
オードを設けている。このハーフミラー面で光軸を９０
°曲げることにより、面発光レーザからの出力光の一部
を光ファイバに入射させ、残りをこのフォトダイオード
で受光し、フォトダイオードの光電変換により生じた電
流で出力光をモニタしている。

【０００５】第２のモジュールでは、面発光レーザと光
ファイバとの間にハーフミラーを設けている。このハー
フミラーで光軸を９０°曲げることにより、面発光レー
ザからの出力光の一部を光ファイバに入射させ、ハーフ
ミラーを透過したレーザ光をフォトダイオードで受光す
ることによりモニタしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１１−１０１９２７号公報に記載のモジュールでは、面
発光レーザからの出力光の光軸をハーフミラー等で９０
°曲げてから光ファイバに入射させるため、ハーフミラ
ー等と光ファイバとの間に集光レンズを設ける必要があ
る。このように、前述のモジュールには、出射光をモニ
タするためにハーフミラーや集光レンズを設けることに
伴って、光軸調整や組立に手間がかかるという問題点が
ある。

【０００７】なお、特開平５−１９９５５３号公報に
は、同時に形成された複数個の発光素子のうちの少なく
とも一つを、出射光のモニタ用に発光させて受光素子で
検出することが記載されている。ただし、この公報に
は、光送信装置としての具体的な構造については記載さ
れていない。本発明は、このような従来技術の問題点に
着目してなされたものであり、発光面が基板面と平行で
ある発光素子から光ファイバに光を入射させて光を送信
するとともに、発光部からの出射光量に応じて発光素子
の駆動電流を制御するように構成された光送信装置にお
いて、面発光レーザの出射光をモニタするための光軸調
整や組立にかかる手間を軽減することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、発光面が基板面と平行である発光素子か
ら光ファイバに光を入射させて光を送信するとともに、
発光部からの出射光量に応じて発光素子の駆動電流を制
御するように構成された光送信装置において、下記の
〜の構成を必須要件とする光送信装置を提供する。

【０００９】同一面に（好ましくは同時に）形成され
た複数個の発光部を有する発光素子と、光ファイバの端
部を支持する支持部材と、これらの発光素子と支持部材
とを結合する結合部材とを備えている。支持部材は単結晶シリコンからなり、この支持部材
に、発光部からの出射光量を検出する光検出素子が形成
されている。

【００１０】複数個の発光部のうちの少なくとも一つ
は、光送信に使用しない参照光の発光部として、の支
持部材の光検出素子と対向するように配置されている。
なお、の支持部材には、発光素子の駆動回路と、発光
部からの出射光量を検出する光検出素子と、この光検出
素子からの検出値に基づいて発光素子の駆動電流を制御
する制御回路とがモノリシックに形成されていることが
好ましい。

【００１１】本発明はまた、発光面が基板面と平行であ
る発光素子から光ファイバに光を入射させて光を送信す
るとともに、発光部からの出射光量に応じて発光素子の
駆動電流を制御するように構成された光送信装置におい
て、下記の〜の構成を必須要件とする光送信装置を
提供する。同一面に（好ましくは同時に）形成された複数個の発
光部を有する発光素子と、光ファイバの端部を支持する
支持部材と、これらの発光素子と支持部材とを結合する
結合部材とを備えている。

【００１２】支持部材に形成された凹部に、発光部か
らの出射光量を検出する光検出素子が嵌め込まれてい
る。複数個の発光部のうちの少なくとも一つは、光送信に
使用しない参照光の発光部として、の支持部材の光検
出素子と対向するように配置されている。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。図１は、本発明の一実施形態に相当する光送
信装置の概略構成を示す断面図である。この図は、後述
の図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図および図２（ｂ）のＢ−
Ｂ線断面図に相当する。

【００１４】この光送信装置は、面発光レーザ（発光素
子）１と、光ファイバＦと、光ファイバＦの端部を支持
する支持部材２と、面発光レーザ１と支持部材２とを結
合する導電性の突起（結合部材）Ｔとで構成されてい
る。図２（ａ）は支持部材２を示す正面図であり、図２
（ｂ）は面発光レーザ１を示す正面図である。面発光レ
ーザ１と支持部材２は、これらの正面同士を対向させて
配置され、導電性の突起Ｔで結合されている。

【００１５】面発光レーザ１は、同一面（正面）に同時
に形成された２個の発光部（光出射口）３ａ，３ｂを有
する。この面発光レーザ１は、通常の面発光レーザアレ
イの作製方法により得られる。すなわち、半導体基板上
の全面に形成された積層体の所定位置に発光部を形成し
て、多数の発光部を有する面発光レーザを得た後、これ
を切り出すことによって得られる。この面発光レーザ１
は長方形に切り出され、その短辺の二等分線に沿って中
心から等間隔となる各位置に、２個の発光部３ａ，３ｂ
が配置されている。

【００１６】各発光部３ａ，３ｂには独立に電極４が形
成されている。また、各発光部３ａ，３ｂを挟んで各電
極４のパッド部４ａと対称となる位置に、ダミー電極５
１，５２が形成されている。発光部３ａの横に形成され
たダミー電極５１は、パッド部４ａと同形状の部分５１
ａと、この部分５１ａより発光部３ａ側に延びる部分５
１ｂとからなる。発光部３ｂの横に形成されたダミー電
極５２は、パッド部４ａと同形状である。また、面発光
レーザ１の背面（基板の裏面）には共通電極５が形成さ
れている。

【００１７】支持部材２は単結晶シリコン製の直方体か
らなり、直方体の一つの面（正面）に、レーザ駆動回路
６、フォトダイオード（光検出素子）７、フォトダイオ
ード７用のアンプ７１、駆動電流の制御回路８、電極８
１〜８６が形成されている。制御回路８は、アンプ７１
とレーザ駆動回路６の近傍に配置されており、アンプ７
１からの出力信号が入力され、レーザ駆動回路６に信号
を出力するように構成されている。また、この支持部材
２には、直方体の正面に対して垂直に貫通する円筒状の
貫通穴２１が形成されている。

【００１８】貫通穴２１とフォトダイオード７は、面発
光レーザ１の２つの発光部３ａ，３ｂの配置に合わせ
て、貫通穴２１と発光部３ａの中心同士が合い、フォト
ダイオード７と発光部３ｂの中心同士が合うように配置
されている。すなわち、発光部３ａが光送信用の発光部
であり、発光部３ｂが光送信に使用しない参照光用の発
光部である。

【００１９】貫通穴２１およびフォトダイオード７を挟
む両側に電極８２〜８５が配置されている。電極８２，
８３はダミー電極であり、電極８４，８５はレーザ駆動
回路６の出力パッドである。フォトダイオード７の横の
ダミー電極８２は、面発光レーザ１の発光部３ｂの横の
ダミー電極５２に対応する位置に配置されている。フォ
トダイオード７の横の駆動回路用電極８４は、面発光レ
ーザ１の発光部３ｂの横のパッド部４ａに対応する位置
に配置されている。貫通穴２１の横のダミー電極８３
は、面発光レーザ１の発光部３ａの横のダミー電極５１
のパッド部分５１ａに対応する位置に配置されている。
貫通穴２１の横の駆動回路用電極８５は、面発光レーザ
１の発光部３ａの横のパッド部４ａに対応する位置に配
置されている。

【００２０】フォトダイオード７とアンプ７１は配線７
２で接続されている。電極８１はフォトダイオード７用
であり、配線７３でフォトダイオード７と接続されてい
る。この電極８１は、電極８２，８３より外側に配置さ
れている。レーザ駆動回路６の下側に配置された電極８
６は、ワイヤボディング法により面発光レーザ１の背面
の電極５と接続されている。

【００２１】この支持部材２は、単結晶シリコン製の基
板上に、従来より公知の方法で、レーザ駆動回路６、フ
ォトダイオード７、アンプ７１、および制御回路８をモ
ノリシックに形成した後、所定の位置に貫通穴２１を形
成することによって形成されている。この貫通穴２１は
以下の方法で形成することができる。先ず、エッチング
により、基板両面の貫通穴２１断面中心に対応する位置
に、単結晶シリコンの結晶面に沿って四角錐状の凹部を
形成する。次に、一方の凹部にレーザを照射する。これ
により、両凹部の四角錐の頂点間に存在するシリコンが
除去されて細い貫通穴が形成される。次に、更にエッチ
ングを行ってこの細い貫通穴の径を大きくする。

【００２２】突起Ｔによる面発光レーザ１と支持部材２
との結合は、例えば、以下のようにして行う。先ず、面
発光レーザ１側の結合位置である、電極４のパッド部４
ａ、ダミー電極５１のパッド部分５１ａ、およびダミー
電極５２の上に、突起Ｔをワイヤボンディング法に準じ
た方法で形成する。この方法では、先ず、ワイヤボンデ
ィング装置のキャピラリに金等の金属ワイヤを通し、そ
の先端を電気トーチ等で溶融して金属ボールを形成す
る。次に、このキャピラリを、突起を形成する金属面に
向けて下降させて、この金属面に金属ボールを熱圧着す
る。次に、キャピラリを引き上げて、金属ワイヤを金属
ボールの根元で切断する。これにより、金属面に金属製
の突起が鋲状に形成される。

【００２３】図２（ｂ）に示すように、光送信用の発光
部３ａは支持部材２の貫通穴２１と中心同士が合うよう
に配置され、この貫通穴２１内に光ファイバＦの端部が
挿入される。図１に示すように、光ファイバＦは、先端
部が支持部材２の正面から少し突出するように配置され
る。そのため、この光ファイバＦの先端面を面発光レー
ザ１側で受ける突起Ｋが、前述のワイヤボンディング法
に準じた方法により、貫通穴２１の内側となる支持部材
２の位置（光ファイバＦの端面内の位置であってコアの
外側となる位置）に形成されている。

【００２４】ここでは、二個の突起Ｋが、光送信用の発
光部３ａの電極４（パッド部４ａよりも発光部３ａ側の
部分４ｂ）とダミー電極５１（発光部３ａ側の部分５１
ｂ）に形成されている。これらの突起Ｋは、光ファイバ
Ｆの端面に突き当てた時に、光ファイバＦの端面と面発
光レーザ１の発光面との間に所定距離が確保されるよう
な高さで形成する。

【００２５】突起Ｔ，Ｋの形成後、画像認識法により、
面発光レーザ１の突起Ｔが形成された金属面（パッド部
４ａ等）と支持部材２の電極８２〜８５とを利用して、
面発光レーザ１と支持部材２との位置決めを行う。すな
わち、貫通穴２１の中心点と光送信用の発光部３ａの中
心点を合わせ、フォトダイオード７の中心点と参照光用
の発光部３ｂの中心点とを合わせる。

【００２６】位置決めが完了したら、面発光レーザ１側
の突起Ｔを支持部材２側の電極８２〜８５に所定の力で
押し当てた状態で、突起Ｔと電極８２〜８５を加熱しな
がら超音波溶接する。これにより、突起Ｔと電極８２〜
８５とが接合される。その結果、面発光レーザ１と支持
部材２が所定の隙間を開けて結合される。また、支持部
材２の電極８４，８５と面発光レーザ１のパッド部４ａ
との突起Ｔによる接合によって、面発光レーザ１の各発
光部３ａ，３ｂと支持部材２のレーザ駆動回路６とが電
気的に接続される。なお、図２（ａ）の符号「ｔ」は、
電極８２〜８５に接合された突起Ｔの先端面を示す。

【００２７】このようにして、面発光レーザ１を支持部
材２に対して固定した後に、支持部材２の貫通穴２１
に、被覆材Ｈを除去して貫通穴２１の長さより少し長く
クラッドを露出させた光ファイバＦを挿入して、この光
ファイバＦの端面を突起Ｋに突き当てる。これにより、
光ファイバＦの端面と面発光レーザ１の発光部３ａ，３
ｂとの間に所定距離が確保された状態で、光ファイバＦ
が支持部材２に取り付けられる。

【００２８】なお、光送信用の発光部３ａ側で面発光レ
ーザ１と支持部材２を結合している突起Ｔは、図１では
光ファイバＦの端面突き当て用の突起Ｋの奥に隠れて見
えないが、電極８５を破線で示し、この位置に突起Ｔが
存在するという意味で「Ｋ（Ｔ）」と表記した。したが
って、この実施形態の光送信装置によれば、面発光レー
ザ１と支持部材２とを、両者の所定位置に設けた各電極
およびダミー電極同士を突起（結合部材）Ｔで結合する
ことにより、光送信用の発光部３ａと光ファイバＦとの
位置合わせ、および光送信に使用しない参照光用の発光
部３ｂと支持部材２のフォトダイオード（光検出素子）
７との位置合わせを、簡単に行うことができる。また、
同一面に同時に形成された二つの発光部３ａ，３ｂから
の出力特性は同じであるため、参照光用の発光部３ｂか
らの出射光を検出することで光送信用の発光部３ａから
の出射光量を正確にモニタすることができる。

【００２９】すなわち、この実施形態の光送信装置によ
れば、従来の光送信装置と比較して、面発光レーザの出
射光をモニタするための光軸調整や組立にかかる手間を
軽減することができる。また、出射光量の制御に必要な
素子および回路が支持部材２に一体化されているため、
光送信装置が小型化できる。本発明の別の実施形態で
は、図１の支持部材２に代えて図３に示す支持部材２０
を使用する。この支持部材２０は、図１の支持部材２と
同様の貫通穴２１を有するとともに、直方体の一つの面
（正面）のフォトダイオード７が配置される位置に凹部
２２を有する。

【００３０】この支持部材２０は、ガラス、セラミック
ス、プラスチック等により、図３に示す貫通穴２１と凹
部２２とを有する直方体を形成することによって得られ
る。一方で、従来より公知の方法により、レーザ駆動回
路６、フォトダイオード７、アンプ７１、および制御回
路８をそれぞれ作製しておく。次に、この支持部材２０
の凹部２２にフォトダイオード７を嵌め込んだ後、図２
（ａ）と同じ配置で、レーザ駆動回路６、アンプ７１、
および制御回路８を、フィリップチップボンディングま
たはワイヤボンディングによって支持部材２０に固定す
る。次に、配線７２，７３および電極８１〜８６を形成
する。この状態の支持部材２０を、前述の実施形態と同
じ方法で面発光レーザ１と結合する。

【００３１】凹部２２にフォトダイオード７を嵌め込む
方法としては、米国特許５９０４５４５号に記載されて
いる方法を採用することができる。すなわち、フォトダ
イオード７の側面を裏面側の寸法が小さい台形状に形成
し、凹部２２の側面もこれに合わせた台形状とするとと
もに、支持部材２０を凹部２２の形成面が上に配置され
るように設置し、その上でフォトダイオード７が所定の
流体に混入されたスラリを流動させる。これにより、フ
ォトダイオード７が凹部２２に容易に嵌め込まれる。ま
た、この方法では、他の素子も素子毎に異なる外形寸法
で形成し、各素子用の凹部を支持部材２０に形成し、寸
法の大きな順に各素子を流動させることによって、各素
子を所定の位置に正しく嵌め込むことができる。

【００３２】したがって、この実施形態の光送信装置の
場合も、従来の光送信装置と比較して、面発光レーザの
出射光をモニタするための光軸調整や組立にかかる手間
を軽減することができる。また、出射光量の制御に必要
な素子および回路が支持部材２に固定されているため、
光送信装置が小型化できる。なお、上記各実施形態で
は、光ファイバＦは、支持部材２，２０の貫通穴２１に
光ファイバＦの端部が挿入されることで、支持部材２，
２０によって支持されているが、この貫通穴２１の部分
に支持部材２，２０の正面から背面に延びる導波路を形
成し、この導波路に光ファイバの端部を結合すること
で、光ファイバの端部が支持部材２，２０によって支持
されていてもよい。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光送信装
置によれば、従来の光送信装置と比較して、面発光レー
ザの出射光をモニタするための光軸調整や組立にかかる
手間を軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に相当する光送信装置の概
略構成を示す断面図であって、図２（ａ）のＡ−Ａ線断
面図および図２（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図に相当する図で
ある。

【図２】（ａ）は支持部材を示す正面図であり、（ｂ）
は面発光レーザ１を示す正面図である。

【図３】本発明の別の実施形態に相当する光送信装置の
支持部材を示す断面図である。

【符号の説明】

１面発光レーザ（発光素子）２支持部材２０支持部材２１貫通穴２２凹部３ａ光送信用の発光部（光出射口）３ｂ参照光用の発光部（光出射口）４電極４ａパッド部５共通電極５１ダミー電極５２ダミー電極５１ａパッド部分５１ｂ発光部側の部分６レーザ駆動回路７フォトダイオード（光検出素子）７１アンプ８駆動電流の制御回路８１電極８２ダミー電極８３ダミー電極８４レーザ駆動回路用電極８５レーザ駆動回路用電極８６電極Ｆ光ファイバＫ突起Ｔ突起（結合部材）ｔ突起Ｔの先端面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｂ 10/04 Ｈ０１Ｌ 31/02 Ｂ 10/06 10/14 10/26 10/28 (72)発明者原田篤長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA02 DA03 DA04 DA06 5F073 AB04 AB15 AB17 AB28 BA02 EA15 FA04 FA05 FA07 FA23 FA27 GA02 GA12 5F088 AA01 BA15 BA16 BB01 EA07 EA09 EA16 JA03 JA14 KA02 5F089 AA01 AC01 AC20 AC24 BB09 CA20 FA05 GA10 5K002 AA01 BA13 EA05 FA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光面が基板面と平行である発光素子か
ら光ファイバに光を入射させて光を送信するとともに、
発光部からの出射光量に応じて発光素子の駆動電流を制
御するように構成された光送信装置において、同一面に形成された複数個の発光部を有する発光素子
と、光ファイバの端部を支持する支持部材と、これらの
発光素子と支持部材とを結合する結合部材とを備え、前記支持部材は単結晶シリコンからなり、この支持部材
に、発光部からの出射光量を検出する光検出素子が形成
され、前記複数個の発光部のうちの少なくとも一つは、光送信
に使用しない参照光の発光部として、前記支持部材の光
検出素子と対向するように配置されていることを特徴と
する光送信装置。
【請求項２】発光面が基板面と平行である発光素子か
ら光ファイバに光を入射させて光を送信するとともに、
発光部からの出射光量に応じて発光素子の駆動電流を制
御するように構成された光送信装置において、同一面に形成された複数個の発光部を有する発光素子
と、光ファイバの端部を支持する支持部材と、これらの
発光素子と支持部材とを結合する結合部材とを備え、前記支持部材に形成された凹部に、発光部からの出射光
量を検出する光検出素子が嵌め込まれており、前記複数個の発光部のうちの少なくとも一つは、光送信
に使用しない参照光の発光部として、前記支持部材の光
検出素子と対向するように配置されていることを特徴と
する光送信装置。