JP2006147769A - Cap for optical element, optical element and optical module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一方向にのみ光を透過させる光アイソレータを一体化した光素子用キャップ、それを用いた光素子および光モジュールに関する。 The present invention relates to an optical element cap integrated with an optical isolator that transmits light only in one direction, and an optical element and an optical module using the cap.
一般に、光通信用に使用される光モジュールとしては、光信号を送信するためのLDモジュールや光信号を受信するためのPDモジュールが知られている。また、特に大容量化、高速化、長距離中継通信機能が要求される光情報処理システムの場合、LDモジュールの内部に実装されるO/E変換(光/電変換)用の発光素子として、分布帰還型半導体レーザ(以下、DFBレーザとする)が使用される。このDFBレーザは、発振スペクトルが狭くて分散特性に優れるという特徴を持つが、その反面、反射光による戻り光に対しては非常に敏感であり、光ファイバヘの結合端面やその他の不連続界面からの反射光が戻ると特性が不安定状態となってしまうという難点がある。そこで、光モジュールにおいて、反射光が発光素子へ戻るのを防止するため、発光素子と光ファイバとの間に光の一方向透過機能(順方向の光を透過し、逆方向の光を遮断する機能)を有する光アイソレータを配置し、光ファイバから発光素子の方向への反射光の戻り光を光アイレータで遮断し、発光素子に対して常に安定動作を行わせている。 In general, as an optical module used for optical communication, an LD module for transmitting an optical signal and a PD module for receiving an optical signal are known. In particular, in the case of an optical information processing system that requires large capacity, high speed, and long-distance relay communication function, as a light emitting element for O / E conversion (light / electric conversion) mounted inside an LD module, A distributed feedback semiconductor laser (hereinafter referred to as a DFB laser) is used. This DFB laser has the characteristics that the oscillation spectrum is narrow and has excellent dispersion characteristics, but on the other hand, it is very sensitive to the return light due to the reflected light, and from the coupling end face to the optical fiber and other discontinuous interfaces. When the reflected light returns, the characteristic becomes unstable. Therefore, in the optical module, in order to prevent the reflected light from returning to the light emitting element, a one-way transmission function of light (transmits light in the forward direction and blocks light in the reverse direction) between the light emitting element and the optical fiber. The optical isolator having a function) is disposed, and the return light of the reflected light from the optical fiber in the direction of the light emitting element is blocked by the optical eyelator, so that the light emitting element is always stably operated.
そこで、この種の反射戻り光を遮断する手段として、発振偏光方向の光は透過し、戻り光を遮断する非相反素子が半導体レーザの間近に配置させる構造が一般的になってきている。この光アイソレータは、光学回路の保守や構造の制限から、半導体レーザの間近ではなく、光回路の途中に配置されることも多くある。 Therefore, as a means for blocking this kind of reflected return light, a structure in which light in the oscillation polarization direction is transmitted and a nonreciprocal element for blocking the return light is arranged in the vicinity of the semiconductor laser has become common. This optical isolator is often placed not in the vicinity of a semiconductor laser but in the middle of the optical circuit due to maintenance of the optical circuit and structural limitations.
ところで、光半導体素子は気密封止する必要があるため、図5のように光を透過する窓ガラス12を低融点ガラス13で封着した金属キャップ11で気密封止される。また、図6のように窓ガラスの代わりにレンズ22を低融点ガラス23で封着した金属キャップ21を使用することで、キャップにレンズの機能を追加したものも一般的に使用されている。また、図6のようなキャップを持つ光半導体素子と光アイソレータとを備えた光モジュールの配置図を図7に示す。34はステム、35は半導体レーザチップ、31は金属キャップ、32はレンズ、33は低融点ガラス、36は光アイソレータ、37は光ファイバ付きフェルールである。
Incidentally, since the optical semiconductor element needs to be hermetically sealed, it is hermetically sealed with a
また、特許文献1には、光アイソレータ付きキャップを有する光半導体気密封止容器が開示されている。 Patent Document 1 discloses an optical semiconductor hermetic sealing container having a cap with an optical isolator.
上述した、図5または図6のようなキャップを使用して、光アイソレータ付きの光モジュールを作製する場合、光アイソレータを光路上に配置する必要が生じる。図6のレンズ機能を持ったキャップを使用した光素子を用いた光アイソレータ付き光モジュールの場合、図7のようにレンズと光ファイバ付きフェルールの間に光アイソレータが配置されるが、光アイソレータおよび光ファイバ付きフェルールの調芯を別々に行う機構部品が必要であるだけでなく、組立工数の低減が困難である。 When an optical module with an optical isolator is manufactured using the cap as shown in FIG. 5 or FIG. 6, it is necessary to dispose the optical isolator on the optical path. In the case of the optical module with the optical isolator using the optical element using the cap having the lens function of FIG. 6, the optical isolator is arranged between the lens and the ferrule with the optical fiber as shown in FIG. Not only is it necessary to provide mechanical parts that separately align the ferrule with an optical fiber, but it is difficult to reduce the number of assembly steps.
他方、特許文献1の請求項2に記載の光半導体気密封止容器の場合には、レンズと光アイソレータが直列に配置されたキャップを用いるが、光アイソレータが占める光路方向の長さゆえに、光半導体の発光を光ファイバに有効に結合効率するための光学系の設定に制約が多く、結果として、全体の機構部品が大型になる。 On the other hand, in the case of the optical semiconductor hermetic sealing container according to claim 2 of Patent Document 1, a cap in which a lens and an optical isolator are arranged in series is used. However, because of the length in the optical path direction occupied by the optical isolator, There are many restrictions on the setting of the optical system for effectively coupling the light emission of the semiconductor to the optical fiber, and as a result, the entire mechanical component becomes large.
この状況にあって、本発明の課題は組立が容易で小型かつ単純構造の光アイソレータ内蔵型光モジュール、それに使用する光素子および光素子用キャップを提供することにある。 In this situation, an object of the present invention is to provide an optical module with a built-in optical isolator that is easy to assemble, has a small size, and has a simple structure, an optical element used therefor, and an optical element cap.
本発明は、上記課題を解決すべくなされたもので、キャップの気密封止性能を保ちつつ、球面加工された偏光子を有する光アイソレータをキャップと一体化することによってなされた。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and has been made by integrating an optical isolator having a spherically processed polarizer with a cap while maintaining hermetic sealing performance of the cap.
本発明の光素子用キャップは、ファラデー回転結晶の両側に偏光子が接合され前記偏光子には球面加工が施されてなる光学部材接合体を有する光アイソレータと、気密封止および光透過のための窓と、キャップ本体部とを備えることを特徴とする。このように、光の偏光方向を非相反回転させるファラデー回転素子の両側に接合された特定偏光を選択する偏光子に球面加工を施し、レンズ作用を付与するように加工してなる光アイソレータを、気密封止される窓ガラス付きキャップに一体化することで、その光アイソレータの利点を生かしつつ配置する。 The optical element cap of the present invention includes an optical isolator having an optical member assembly in which a polarizer is bonded to both sides of a Faraday rotation crystal and a spherical surface is applied to the polarizer, and for hermetic sealing and light transmission. And a cap main body. In this way, an optical isolator formed by applying spherical processing to a polarizer that selects specific polarized light bonded to both sides of a Faraday rotator that rotates the polarization direction of light non-reciprocally, and processing to give a lens action, By integrating the cap with a window glass that is hermetically sealed, the cap is placed while taking advantage of the optical isolator.
また、前記光アイソレータは前記窓の気密封止される内側に配置され一体化されるとよい。このように気密封止の内側に前述の光アイソレータを配置し、レンズ作用を持つ光アイソレータを半導体レーザチップに近づけ、光アイソレータの有効径を小さくして低価格化を図る。 The optical isolator may be disposed and integrated inside the window hermetically sealed. In this way, the above-described optical isolator is arranged inside the hermetic seal, the optical isolator having a lens action is brought close to the semiconductor laser chip, and the effective diameter of the optical isolator is reduced to reduce the cost.
また、前記光アイソレータは前記窓の気密封止されない外側に配置され一体化されてもよい。このように気密封止の外側に光アイソレータを配置することで、有機接着剤からの脱ガスを少なくする必要がなく、使用できる有機接着剤の選択範囲を増やし、全体の設計を容易にする。 Further, the optical isolator may be arranged and integrated outside the window which is not hermetically sealed. By disposing the optical isolator outside the hermetic seal in this way, it is not necessary to reduce the degassing from the organic adhesive, and the range of usable organic adhesives can be increased to facilitate the overall design.
また、前記光アイソレータは前記光学部材接合体を円筒状磁石の内部に配置してなり、前記円筒状磁石の端面と前記キャップ本体部とが接合されるとよい。この構造により、光アイソレータとキャップ本体部との接合を容易にする。 The optical isolator may be formed by disposing the optical member assembly inside a cylindrical magnet, and an end surface of the cylindrical magnet and the cap body portion may be bonded. This structure facilitates the joining of the optical isolator and the cap body.
また、本発明の光素子は、前記光素子用キャップと、半導体レーザチップとを備えることを特徴とする。このように、小型かつ単純構造で光アイソレータが一体化された光素子を得る。 The optical element of the present invention includes the optical element cap and a semiconductor laser chip. In this way, an optical element in which the optical isolator is integrated with a small and simple structure is obtained.
また、本発明の光モジュールは、前記光素子と、出力用光ファイバとを備えることを特徴とする。このように、小型かつ単純構造で組立が容易な光アイソレータ内蔵型光モジュールを得る。 The optical module of the present invention includes the optical element and an output optical fiber. Thus, an optical module with a built-in optical isolator that is small and simple in structure and easy to assemble is obtained.
本発明によれば、レンズ作用を持つ光アイソレータを光素子用キャップに一体化したことで、光アイソレータ付き光素子の、小型化および構造の単純化が可能になる。また、その光素子の出力を光ファイバに結合させて作製する光モジュールの組立工数の低減が可能になる。 According to the present invention, since the optical isolator having a lens action is integrated into the optical element cap, the optical element with the optical isolator can be reduced in size and simplified in structure. In addition, it is possible to reduce the number of man-hours for assembling an optical module manufactured by coupling the output of the optical element to an optical fiber.
すなわち、本発明によれば、組立が容易で小型かつ単純構造の光モジュール、それに使用する光素子および光素子用キャップを提供することができる。 That is, according to the present invention, it is possible to provide an optical module that is easy to assemble, has a small and simple structure, an optical element used therefor, and an optical element cap.
本発明の一実施の形態の光素子用キャップは、光の偏光面を非相反回転させるファラデー回転結晶と、その両側に接合された特定偏光を選択する2枚の偏光子とからなる接合体に対して、両側の偏光子に球面加工を施し、その偏光子を透過する光を屈折させ結像させるレンズに加工して形成した光アイソレータを気密封止用の窓ガラス付きキャップの内側または外側に一体として固定して作製される。 The cap for an optical element according to an embodiment of the present invention is a bonded body composed of a Faraday rotating crystal that rotates the polarization plane of light nonreciprocally and two polarizers that select specific polarized light bonded to both sides thereof. On the other hand, an optical isolator formed by applying spherical processing to the polarizers on both sides and refracting the light transmitted through the polarizer to form an image is formed inside or outside the cap with window glass for hermetic sealing. It is made by fixing as one.
本発明の一実施の形態の光素子は、ピン端子を備えるステムに固定したヒートシンク上の半導体レーザチップを本発明の一実施の形態の光素子用キャップで気密封止して、作製される。 An optical device according to an embodiment of the present invention is manufactured by hermetically sealing a semiconductor laser chip on a heat sink fixed to a stem having pin terminals with the optical device cap according to an embodiment of the present invention.
本発明の一実施の形態の光モジュールは、本発明の一実施の形態の光素子の出力を光ファイバに結合するように配置して作製される。 An optical module according to an embodiment of the present invention is manufactured by arranging the output of the optical element according to an embodiment of the present invention so as to be coupled to an optical fiber.
図1は、本発明の実施例1の光素子用キャップ(光アイソレータが一体化された窓付きキャップ)の基本構造を示した断面図である。光アイソレータの材料(光学部材)には、ファラデー回転結晶としてGdBi鉄ガーネット膜(GdBiIG厚膜)を用い、偏光子として厚さ0.9mmのルチル単結晶板を用い、片面対屈折率1.0、片面対屈折率1.5の無反射コートを施した。前記GdBi鉄ガーネット膜およびルチル単結晶板に施した無反射コートの設定波長は1550nmである。まず、ルチル単結晶板一枚の対屈折率1.5の無反射コート側にエポッテック社の353ND有機接着剤を塗布し、GdBi鉄ガーネット膜をそれぞれの端辺を合わせて接着固定した。次に、もう一枚のルチル単結晶板を逆方向損失が最大になる状態に固定して硬化した。その硬化試料をダイシングソーにより、切断し、湿式バレル研磨によって球状に研磨した。このようにして、図1に示したルチル単結晶44,45およびファラデー回転結晶46からなる、R1.0mmの球状の光学部材接合体を得た。次に、この光学部材接合体を有機接着剤48を用いて円筒状磁石47の内部に固定して光アイソレータを完成させた。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the basic structure of an optical element cap (a cap with a window integrated with an optical isolator) according to a first embodiment of the present invention. As a material (optical member) of the optical isolator, a GdBi iron garnet film (GdBiIG thick film) is used as a Faraday rotation crystal, and a rutile single crystal plate having a thickness of 0.9 mm is used as a polarizer. A non-reflective coating having a refractive index of 1.5 on one side was applied. The set wavelength of the antireflective coating applied to the GdBi iron garnet film and the rutile single crystal plate is 1550 nm. First, EPOTECH 353ND organic adhesive was applied to the antireflective coating with a refractive index of 1.5 on one rutile single crystal plate, and the GdBi iron garnet film was bonded and fixed with the respective edges aligned. Next, another rutile single crystal plate was fixed and cured in a state where the reverse loss was maximized. The cured sample was cut with a dicing saw and polished into a spherical shape by wet barrel polishing. In this way, an R1.0 mm spherical optical member assembly made of the rutile
このようにしてできた光アイソレータを円筒状磁石47の端面において、窓ガラス42が低融点ガラス43によって封着された金属キャップ(キャップ本体部)41の内側に接着固定した。
The optical isolator thus formed was adhered and fixed to the inner surface of the metal cap (cap body portion) 41 in which the
このとき波長1550nmで順方向損失0.8dB、逆方向損失45dBの特性が得られた。これに、バレル研磨のときに失われた対空気無反射コートを改めて施すことによりフレネル反射損失の分の約0.7dBの順方向損失の改善がなされた。 At this time, characteristics of a forward loss of 0.8 dB and a backward loss of 45 dB were obtained at a wavelength of 1550 nm. The forward loss of about 0.7 dB corresponding to the Fresnel reflection loss was improved by re-applying the antireflection coating for air lost during barrel polishing.
図2は、本発明の実施例2の光素子用キャップ(光アイソレータと一体化された窓付きキャップ)の基本構造を示した断面図である。光アイソレータの材料には、ファラデー回転結晶としてGdBi鉄ガーネット膜(GdBiIG厚膜)を用いた。偏光子として厚さ0.9mmのルチル単結晶板を用い、片面対屈折率1.0、片面対屈折率1.5の無反射コートを施した。前記GdBi鉄ガーネット膜およびルチル単結晶板に施した無反射コートの設定波長は1310nmである。まず、ルチル単結晶板一枚の対屈折率1.5の無反射コート側にエポッテック社の353ND有機接着剤を塗布し、GdBi鉄ガーネット膜をそれぞれの端辺を合わせて接着固定した。次に、もう一枚のルチル単結晶板を固定した状態で硬化した。前記硬化した試料をダイシングソーにより、切断し、湿式バレル研磨によって球状に研磨した。このようにして、図2に示したルチル単結晶54,55およびファラデー回転結晶56からなる、R1.0mmの球状の光学部材接合体を得た。次に、この光学部材接合体を有機接着剤58を用いて円筒状磁石57の内部に固定して光アイソレータを完成させた。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the basic structure of an optical element cap (a cap with a window integrated with an optical isolator) according to a second embodiment of the present invention. As the material of the optical isolator, a GdBi iron garnet film (GdBiIG thick film) was used as a Faraday rotation crystal. A rutile single crystal plate having a thickness of 0.9 mm was used as a polarizer, and a non-reflective coating with a single-sided refractive index of 1.0 and a single-sided refractive index of 1.5 was applied. The set wavelength of the antireflection coating applied to the GdBi iron garnet film and the rutile single crystal plate is 1310 nm. First, EPOTECH 353ND organic adhesive was applied to the antireflective coating with a refractive index of 1.5 on one rutile single crystal plate, and the GdBi iron garnet film was bonded and fixed with the respective edges aligned. Next, another rutile single crystal plate was fixed and cured. The cured sample was cut with a dicing saw and polished into a spherical shape by wet barrel polishing. In this way, an R1.0 mm spherical optical member assembly comprising the rutile
このようにしてできた光アイソレータを円筒状磁石57の端面において、窓ガラス52が低融点ガラス53によって封着された金属キャップ51の外側に接着固定した。
The optical isolator thus formed was adhered and fixed to the outside of the
このとき波長1310nmで順方向損失0.8dB、逆方向損失45dBの特性が得られた。これに、バレル研磨のときに失われた対空気無反射コートを改めて施すことによりフレネル反射損失の分の約0.7dBの順方向損失の改善がなされた。 At this time, characteristics of a forward loss of 0.8 dB and a backward loss of 45 dB were obtained at a wavelength of 1310 nm. The forward loss of about 0.7 dB corresponding to the Fresnel reflection loss was improved by re-applying the antireflection coating for air lost during barrel polishing.
図3は、本発明の実施例3の光素子を示す部分断面図である。実施例2の光素子用キャップを用い、ピン端子38を備えたステム34上にヒートシンク39を介して固定された半導体レーザチップ35を気密封止して、実施例3の光素子を作製した。このように、本発明の光素子用キャップを用いると、光アイソレータなしの光素子と同様の工程で、光アイソレータ付き光素子を作製することができる。
FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing an optical element according to Example 3 of the present invention. Using the optical element cap of Example 2, the
図4は、本発明の実施例4の光モジュールを示す部分断面図である。実施例3の光素子の光出力を光ファイバ端面のコアに絞りこむように、光ファイバ付きフェルール37を調芯固定するだけで、光アイソレータ内蔵型の本発明の光モジュールを得る。なお、実施例1の光素子用キャップを用いた光素子を使用すれば、半導体レーザチップとレンズ機能を有する光アイソレータとの距離を接近させることができ、光アイソレータの有効径を小さくすることができるので、材料コストを低減できるだけでなく、同時に光アイソレータと光ファイバ端面との距離を小さくできるので、光路方向の小型化が可能になる。
FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing an optical module according to Embodiment 4 of the present invention. The optical module with built-in optical isolator of the present invention is obtained simply by aligning and fixing the
11,21,31,41,51 金属キャップ
12,42,52 窓ガラス
13,23,33,43,53 低融点ガラス
22,32 レンズ
34 ステム
35 半導体レーザチップ
36 光アイソレータ
37 光ファイバ付きフェルール
38 ピン端子
39 ヒートシンク
44,45,54,55 ルチル単結晶
46,56 ファラデー回転結晶
47,57 円筒状磁石
48,58 有機接着剤
11, 21, 31, 41, 51
Claims (6)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004334494A JP2006147769A (en) | 2004-11-18 | 2004-11-18 | Cap for optical element, optical element and optical module |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007279614A (en) * | 2006-04-12 | 2007-10-25 | Alps Electric Co Ltd | Optical transmitting/receiving module |
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2004
- 2004-11-18 JP JP2004334494A patent/JP2006147769A/en active Pending
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