JP2005037730A - Optical oscillation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主に高速・大容量の光通信システムに用いられる光発振装置に係り、特にメトロ・アクセス網の光源として好適な光発振装置に関する。 The present invention relates to an optical oscillation device mainly used in a high-speed and large-capacity optical communication system, and more particularly to an optical oscillation device suitable as a light source for a metro access network.
高速・大容量の光通信に用いられる光発振装置は、例えば、図2のような光学的構成を有する。すなわち、レーザ発振素子である光半導体素子1、レーザ光を平行化(コリメート)する第1レンズ2、光アイソレータ等の非相反光素子3、光ファイバへ集光するための第2レンズ4を光軸6に沿って配置して構成される。このようなレーザ発振装置は、LD(レーザダイオード)、LDモジュール、半導体レーザモジュール、あるいは単に光発振装置などと呼ばれる。
An optical oscillation device used for high-speed and large-capacity optical communication has, for example, an optical configuration as shown in FIG. That is, the optical semiconductor element 1 that is a laser oscillation element, the
LD内の第1レンズ2により光束7を平行化するのは、光アイソレータ等の非相反光素子3に効率よくレーザ光を透過させるためであり、光アイソレータ等の非相反光素子3は、戻り光を遮断することで、発振する光半導体素子1の信号の安定性を確保する。
The reason why the
光ファイバ5のコアに集光させるための集光角は光ファイバのコア径や屈折率に左右され、また光半導体素子1で発振されたレーザ光の拡がり角は発光スポットの大きさによるので、前記第1レンズ2、第2レンズ4はその集光距離が異なるものを用いなければならない。これは通常の球状レンズであれば直径が異なるものを使用しなければならないことを意味する。
Since the condensing angle for condensing on the core of the
従来は、図3に模式的に示すように、このレンズの大きさの差を考慮して、各部品の高さを、ベース材10の上の台座8、9等で調節していた。しかしこの方法を用いると、台座8、9の高さの差を考慮した光学系の光路調芯を行わなければならず、調芯が困難であるばかりでなく、生産性を低下させていた。
Conventionally, as schematically shown in FIG. 3, the height of each component is adjusted by the
また、特許文献1では、同一の基板上に2つの球レンズを配設した光モジュールの例が開示されている。ただし、この技術においては、SiやInP等の半導体材料を基板として異方性エッチングを行うときに得られる精度を前提としており、機械加工によって、その精度を得ることは容易でない。また、異方性エッチングを用いた生産方法はその生産数量が一定以上でないと、費用の低減が容易でない。 Patent Document 1 discloses an example of an optical module in which two spherical lenses are arranged on the same substrate. However, this technique is based on the accuracy obtained when anisotropic etching is performed using a semiconductor material such as Si or InP as a substrate, and it is not easy to obtain the accuracy by machining. In addition, in the production method using anisotropic etching, it is not easy to reduce costs unless the production quantity is more than a certain value.
また、光学系の同軸上にそれぞれの部品を揃えるため、円筒状のレンズを用いて第1レンズと第2レンズの形状を少なくとも外径を揃えて配置する方法が一般的に用いられる。しかし、このレンズは大変高価なため、光学部品全体の生産費用を増大させていた。また、このような円筒状レンズは特性において、作製上の限界があり、レーザ発振装置の特性が制限されていた。 Further, in order to align the respective parts on the same axis of the optical system, a method is generally used in which a cylindrical lens is used and the shapes of the first lens and the second lens are arranged with at least the outer diameters aligned. However, this lens is very expensive, which increases the production cost of the entire optical component. In addition, such a cylindrical lens has a limitation in manufacturing characteristics, and the characteristics of the laser oscillation device are limited.
このような従来の問題点を受け、低価格の球状レンズを用い、かつ調芯の容易な光学部品の支持構造を用いた光発振装置を実現できるとよい。 In light of these conventional problems, it is desirable to realize an optical oscillation device that uses a low-cost spherical lens and that uses a support structure for an optical component that can be easily aligned.
すなわち、本発明の課題は、低コストの部材を用い、かつ調芯工数を低減できる光発振装置を提供することである。 That is, an object of the present invention is to provide an optical oscillation device that uses a low-cost member and can reduce the number of alignment steps.
本発明の光発振装置は、レーザ発振素子と、発振されたレーザ光を平行化する第1レンズと、該第1レンズを通過したレーザ光が入射される非相反光素子と、該非相反光素子を通過したレーザ光を光ファイバに集光するための第2レンズと、前記第1レンズおよび第2レンズの固定位置を導く溝が形成された台座とを備える光発振装置であって、前記第1および第2のレンズは球状のレンズであり、前記溝は、前記レーザ光の光軸方向に延伸するとともに、前記光軸と溝を含む平面内で、前記光軸方向から傾斜したことを特徴とする。 The optical oscillation device of the present invention includes a laser oscillation element, a first lens that collimates the oscillated laser light, a nonreciprocal light element that receives laser light that has passed through the first lens, and the nonreciprocal light element. An optical oscillation device comprising: a second lens for condensing the laser light that has passed through the optical fiber; and a pedestal formed with a groove that guides a fixed position of the first lens and the second lens. The first and second lenses are spherical lenses, and the groove extends in the optical axis direction of the laser light and is inclined from the optical axis direction in a plane including the optical axis and the groove. And
前記台座の溝が形成された面は、対向する底面に対して、溝の延伸方向に傾斜するとよい。 The surface on which the groove of the pedestal is formed may be inclined in the extending direction of the groove with respect to the opposing bottom surface.
前記底面は、前記光軸と平行に形成されるとよい。 The bottom surface may be formed in parallel with the optical axis.
前記溝の断面形状はV字形であるとよい。 The cross-sectional shape of the groove is preferably V-shaped.
そして、前記溝の断面形状は矩形であってもよい。 And the cross-sectional shape of the said groove | channel may be a rectangle.
本発明の光発振装置は、低コストの部材と、調芯が容易な光学系支持構造を用いているので、本発明によれば、低価格で生産性の高い光発振装置を提供することが出来る。 Since the optical oscillation device of the present invention uses a low-cost member and an optical system support structure that can be easily aligned, according to the present invention, it is possible to provide a low-cost and high-productivity optical oscillation device. I can do it.
図面に基づいて、本発明を実施するための最良の形態を説明する。図1は本発明の光発振装置を示す模式図である。本発明においては、レーザ発振素子である光半導体素子1から出力されたレーザ光を平行化させる第1レンズ2、および非相反光素子3を透過したレーザ光を光ファイバ5に集光させる第2レンズ4に、球状レンズを用いる。この球状レンズに入射されるレーザ光の光軸6をレンズ中心に一致させることにより最大効率が得られることから、前記第1レンズ2と第2レンズ4は同じ大きさのものを用いない限り、固定位置の高さは異なる。
The best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view showing a light oscillation device of the present invention. In the present invention, the
そこで、本発明では、光半導体素子1から発振されたレーザ光の光軸6の方向に延伸する溝を上面の溝形成面15に設けた傾斜台座11を用い、この傾斜台座11の底面16と光軸6を平行にし、かつその溝に前記第1レンズ2、前記第2レンズ4を配置したときのレンズ中心からの光軸6のずれを補償した傾斜を前記溝に持たせている。このことにより、異なった大きさの球状レンズを用いても光軸が傾斜することなく、第1レンズ2および第2レンズ4の中心に光軸を揃えることができるようになる。また、傾斜台座11の上面の第1レンズ2および第2レンズ4の間に非相反光素子3を配置し、また傾斜台座11の溝の延長線上の光半導体素子固定面17に光半導体素子1を配置する。
Therefore, in the present invention, an
この傾斜台座11について、さらに説明する。まず、傾斜台座11の底面16を水平にして、この面を基準面とする。次に、光軸6が基準面から所定の高さになるように、光半導体素子1の発光部の高さを定める。次に、第1レンズ2と第2レンズ4の直径およびレンズ間距離に基づいて、溝に対する光軸からの傾斜角度を定める。さらに、2つのレンズの光軸の高さと、光半導体素子1の発光部の高さと、光半導体素子1から第1レンズ2までの距離に基づいて、溝の断面形状および溝の端から光半導体素子1までの距離を定める。また、非相反光素子3の光学面のほぼ中心に光軸6が一致するように、傾斜台座11の上面に固定面を設ける。このようにして、光半導体素子1、第1レンズ2、非相反光素子3、第2レンズ4を、傾斜台座11を用いて一体化する。なお、光ファイバ5の調芯については、公知の技術による調芯機構を用いる。
The
次に、本発明の実施例1を挙げて、さらに具体的に説明する。本実施例1の光発振装置の構成は図1のとおりである。光学部材のベースとなる傾斜台座11にはSi基板ウェハを用いた。まずSi基板の片面の一部に5.03degの角度を付けて研磨(粒度#6000)を行い、ダイシングによって矩形溝を深さ0.5mmで形成する。この時発生するチッピングを取り除くため、切断後はさらに表面を研磨(#6000)する。溝の幅は0.03mm(±0.005mm)となるように切断を行う。
Next, the first embodiment of the present invention will be described in more detail. The configuration of the optical oscillation device of the first embodiment is as shown in FIG. A Si substrate wafer was used for the
この後、設計上の非相反素子位置に、溝と直行する方向に非相反素子固定用の切り込みを幅0.85mm、深さ1mmで作製する。このようにして傾斜台座11を作製する。前記作製された溝の傾斜角度は第1レンズ2、第2レンズ4の大きさの差と理想的な位置の関係から理論計算して求めたものである。
After that, a notch for fixing the nonreciprocal element is produced at a design nonreciprocal element position in a direction perpendicular to the groove with a width of 0.85 mm and a depth of 1 mm. In this way, the
使用するレンズについて、第1レンズ2にHOYA(株)製のTaF3R0.3(NA=0.35)、第2レンズ4にHOYA(株)製のTaF3R1.0(NA=0.1)を使用し、各部品は無反射コートを施したものを使用する。
Regarding the lens to be used, TaF3R0.3 (NA = 0.35) manufactured by HOYA Co., Ltd. is used for the
非相反光素子には、偏光子としてのHOYA(株)製のキューポ(登録商標)により、NECトーキン(株)製のGdBiIGガーネット厚膜を挟んで構成したものを用いる。この時、使用するガーネット厚膜には通常ラッチング型と呼ばれる、角形のヒステリシス特性を有する着磁素材を用いることで、マグネットが不要になり、小型化に大いに寄与できる。 As the non-reciprocal light element, an element configured by sandwiching a GdBiIG garnet thick film manufactured by NEC Tokin Co., Ltd. with Cupo (registered trademark) manufactured by HOYA Co., Ltd. as a polarizer is used. At this time, a magnetized material having a square hysteresis characteristic, which is usually called a latching type, is used for the garnet thick film to be used, which eliminates the need for a magnet and can greatly contribute to miniaturization.
光半導体素子1と非相反光素子3を傾斜台座11に固定した後、第1レンズ2と第2レンズ4を配置し、溝に沿って調芯(アライメント)作業を行う。固定はUV硬化型接着剤を用いて、レーザ光をモニタしながら最適位置で瞬間接着する。
After the optical semiconductor element 1 and the
このようにして作製された光発振装置は、各部品のARコート反射、非相反光素子の挿入損失、およびアライメントエラーを除いて0.27dBと従来の円筒状レンズ品に遜色のない特性が得られる。 The optical oscillation device thus fabricated has a characteristic comparable to that of a conventional cylindrical lens product of 0.27 dB except for AR coating reflection of each component, insertion loss of nonreciprocal light elements, and alignment error. It is done.
本発明の実施例2の光発振装置を図1に基づいて説明する。ベースとなる傾斜台座11にはSi基板を用いた。まずSi基板の片面の一部に5.03degの角度を付けて研磨(#6000)を行い、ダイシングによってV溝を深さ0.4mmで形成する。V溝を作るためのダイシング用ブレードは、断面がV字形になるように研削加工したレジンボンディングブレードを用いる。このV字形状の寸法は、使用するレンズの大きさによって左右される。また、この時発生するチッピングを取り除くため、切断後はさらに表面を研磨(#6000)する。溝の幅は0.03mm(±0.005mm)となるように切断を行う。この後、設計上の非相反素子位置に、溝と直交する方向に非相反光素子固定用の切り込みを幅0.85mm、深さ1mmで作製する。このようにして傾斜台座11を作製する。前記作製された溝の傾斜角度は第1レンズ2、第2レンズ4の大きさの差と理想的な位置の関係から理論計算して求めたものである。
A light oscillation device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. A Si substrate was used for the
使用するレンズについて、第1レンズ2にHOYA(株)製のTaF3R0.3(NA=0.35)、第2レンズ4にHOYA(株)製のTaF3R1.0(NA=0.1)を使用し、各部品は無反射コートを施したものを使用する。
Regarding the lens to be used, TaF3R0.3 (NA = 0.35) manufactured by HOYA Co., Ltd. is used for the
非相反光素子3には、偏光子としてのHOYA(株)製のキューポ(登録商標)により、NECトーキン(株)製のGdBiIGガーネット厚膜を挟んで構成したものを用いる。この時、使用するガーネット厚膜には通常ラッチング型と呼ばれる、角形のヒステリシス特性を有する着磁素材を用いることで、マグネットが不要になり、小型化に大いに寄与できる。
The non-reciprocal
光半導体素子1と非相反光素子3を傾斜台座11に固定した後、第1レンズ2と第2レンズ4を配置し、溝に沿って調芯(アライメント)作業を行う。固定はUV硬化型接着剤を用いて、レーザ光をモニタしながら最適位置で瞬間接着する。このようにして作製された光発振装置は、各部品のARコート反射、非相反光素子の挿入損失、アライメントエラーを除いて0.27dBと従来の円筒状レンズ品に遜色のない特性が得られる。
After the optical semiconductor element 1 and the nonreciprocal
なお、上記実施例においては、上面に溝が形成された傾斜台座を用いたが、平行平板の台座の上面に溝を形成し、この台座をくさび形の板などの上に載せ、傾けて使用してもよい。 In the above embodiment, an inclined pedestal with a groove formed on the upper surface is used, but a groove is formed on the upper surface of a parallel plate pedestal, and this pedestal is placed on a wedge-shaped plate and used in an inclined manner. May be.
以上の結果から、本発明の光発振装置は、特性的に問題がなく、簡易な光学系で、容易な調芯により作製できる。従って、本発明によれば、低価格で生産性の良い光発振装置を提供することができる。 From the above results, the optical oscillation device of the present invention has no problem in characteristics and can be manufactured by simple alignment with a simple optical system. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide an optical oscillation device that is inexpensive and has high productivity.
1 光半導体素子
2 第1レンズ
3 非相反光素子
4 第2レンズ
5 光ファイバ
6 光軸
7 光束
8,9 台座
10 ベース材
11 傾斜台座
15 溝形成面
16 底面
17 光半導体素子固定面
1
3 Non-reciprocal light element 4 Second lens
5 Optical fiber 6
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003275188A JP2005037730A (en) | 2003-07-16 | 2003-07-16 | Optical oscillation device |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020102476A (en) * | 2018-12-20 | 2020-07-02 | 三菱電機株式会社 | Spherical lens support structure, spherical lens height adjusting method using the same, and optical communication module manufacturing method |
-
2003
- 2003-07-16 JP JP2003275188A patent/JP2005037730A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2020102476A (en) * | 2018-12-20 | 2020-07-02 | 三菱電機株式会社 | Spherical lens support structure, spherical lens height adjusting method using the same, and optical communication module manufacturing method |
JP7202874B2 (en) | 2018-12-20 | 2023-01-12 | 三菱電機株式会社 | Ball lens height adjustment method and optical communication module manufacturing method |
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