JP2006295003A - レーザモジュール、およびレーザモジュールを作製する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光コネクタを介して加わる外力に起因する光パワーの揺らぎを小さくできるレーザモジュールが提供される。
【解決手段】レーザモジュール１１は、光通信サブアセンブリ１３、ファイバスタブ１５、及びホルダ１７を備える。光通信サブアセンブリ１３は、レーザダイオード１９、ステム２１、レンズホルダ２３、及びレンズ２５を含む。レーザダイオード１９の端面とレンズ２５のレンズ主面との距離Ｌ１は基準値Ｌ０よりも大きい。レーザダイオード１９の端面とレンズ２５のレンズ主面との距離Ｌ１はレンズ２５の焦点距離ＦＰより大きい。基準値Ｌ０は、実験的に或いは仮想的に、レーザダイオード１９とレンズ２５との距離およびレンズ２５とファイバスタブ１５との距離を変化させたときに、レーザダイオード１９からレンズ２５を通した光Ｌの出力パワーＰ１が基準値Ｌ０において最大であるように決定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザモジュール、およびレーザモジュールを作製する方法に関する。

特許文献１には、レーザダイオードモジュールが記載されている。レーザダイオードモジュールは、シングルモードファイバと、レーザダイオードと、シングルモードファイバとレーザダイオードとの間に設けられたレンズとを有する。このレーザダイオードモジュールでは、シングルモードファイバは、該レンズによって生じるガウスの鏡面を中心として、上記レンズによって生じる最小散乱円の位置と反対の方向に設定されている。

特許文献２には、レセプタクル型レーザモジュールが記載されている。このレーザモジュールは、ファイバスタブを含む。
特開平１−２０７７０９号公報 特開２００３−２４１０２５号公報

レーザダイオード、レンズ、レンズキャップおよびステムを組み立てて、光通信サブアセンブリを作製する。この光通信サブアセンブリでは、レーザダイオードとレンズとの間の距離は、レーザダイオード、レンズおよびファイバスタブの光学系において最大結合効率が得られるように決定されている。光通信サブアセンブリにファイバスタブを固定する際は、最大結合効率が得られる位置よりも遠くにファイバスタブを位置決めして、所望の光出力レベルを得ていた。この調芯手法は、次の２点で有利である。
（１）ＸＹ方向に関する固定時の光軸ずれに対する許容値が大きくできる。
（２）１種類の光通信サブアセンブリで様々な光出力レベルに対応できる。
このように、レーザダイオード−レンズ間距離が最大結合効率が得られる値になるように、レーザダイオードを搭載した後に、仕様の光出力レベルに合うようにファイバスタブを位置決めすると、デフォーカス量も大きくなり、光軸に垂直方向の軸ずれ許容も大きくとれ、ＹＡＧ溶接での固定時に有利である。

このレーザモジュールは光コネクタに接続される。発明者らは、レーザモジュールを使用しているときに、光パワーに揺らぎが生じることを発見した。この揺らぎが生じる原因を調べたところ、スタブ端での光パワーの分布の形状に関係していた。

本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、光コネクタを介して加わる外力に起因する光パワーの揺らぎを小さくできるレーザモジュール、およびこのレーザモジュールを作製する方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係るレーザモジュールは、（ａ）レーザダイオード、（ｂ）該レーザダイオードを搭載するステム、前記ステムに取り付けられたレンズホルダ、および該レンズホルダに支持されたレンズを含む光通信サブアセンブリと、（ｃ）光コネクタのフェルールを受け入れるための光レセプタクル部に支持されたファイバスタブと、（ｄ）前記光通信サブアセンブリを保持すると共に前記光レセプタクル部を搭載しており前記レンズを介して前記ファイバスタブの端面に前記レーダイオードを光学的に結合するためのホルダとを備え、前記レーザダイオードの端面と前記レンズのレンズ主面との距離Ｌ１は基準値Ｌ０よりも大きく、前記レーザダイオードの前記端面と前記レンズ主面との距離Ｌ１は前記レンズの焦点距離より大きく、前記レーザダイオードの前記端面と前記レンズ主面との距離および前記レンズ主面と前記ファイバスタブの前記端面との距離を変化させたときに、前記レーザダイオードからの前記レンズを通した光の出力パワーが前記基準値Ｌ０において最大である。

本発明に係るレーザモジュールによれば、レーザダイオードの端面とレンズ主面との距離Ｌ１は基準値Ｌ０およびレンズの焦点距離のいずれよりも大きいので、光コネクタを介して加わる外力に起因する光パワーの揺らぎが小さくできる。

本発明に係るレーザモジュールでは、前記レーザダイオードの前記端面と前記レンズの前記主面との距離Ｌ１は、前記レーザダイオードと前記レンズとから成る光学系において前記レーザダイオードおよび前記レンズの間隔を変化させた場合に最大結合効率になる距離よりも大きく、前記レーザダイオードは、当該レーザモジュールの出力パワーに合わせて位置決めされていることが好ましい。ファイバスタブの調芯においてデフォーカス量が非常に小さくできる。この結果、従来と比べ出力される光ビームの光パワーの分布の変形が小さくなり、光出力における揺らぎを抑制できる。

本発明に係るレーザモジュールでは、前記レーザダイオードの前記端面と前記レンズ主面との距離Ｌ１に対する前記ファイバスタブの前記端面と前記レンズ主面との距離Ｌ２の比（Ｌ２／Ｌ１）は１以上であることが好ましい。

発明者らの実験によれば、本発明に係るレーザモジュールでは、前記レーザダイオードの前記端面と前記レンズ主面との距離Ｌ１は前記基準値より２０マイクロメートルより大きいことが好ましい。

本発明に係るレーザモジュールでは、前記レンズは球レンズであり、 前記ファイバスタブの前記端面は傾斜しており、前記レーザダイオードは、第１の基準面に沿って伸びており前記ステムにダイボンドされたボンド面を有しており、前記レーザダイオードは、前記第１の基準面に平行な第２の基準面に沿って設けられた活性層を有しており、前記レンズの中心は、前記第１の基準面に平行な第３の基準面上に位置しており、前記ファイバスタブの前記光ファイバの中心は、前記第１の基準面に平行な第４の基準面上に位置しており、前記第１、第２、第３および第４の基準面は、この順に所定の方向に配列されており、前記ファイバスタブの前記端面は前記所定の方向を向いていることが好ましい。このレーザモジュールによれば、当該レーザモジュールから出力された光ビームの光パワーの分布の変形がさらに小さくなる。好適な実施例では、本発明に係るレーザモジュールにおいて前記ファイバスタブの前記端面の傾斜角は５度以上９度以下である。

本発明の別の側面は、レーザモジュールを作製する方法に関する。この方法は、（ａ）第１の基準位置Ｌ０１より第１の距離だけオフセットしてレーザダイオードをステムに位置決めする工程と、（ｂ）前記レーザダイオードを位置決めした後に、レンズを保持したレンズホルダと前記ステムとから光通信サブアセンブリを形成する工程と、（ｃ）前記ファイバスタブを支持する光レセプタクルハウジングと前記光通信サブアセンブリとの間に配置されたホルダを用いて前記ファイバスタブの端面と前記光通信サブアセンブリとを互いに調芯する工程とを備え、前記レーザダイオードの端面と前記レンズのレンズ主面との距離Ｌ１は前記レンズの焦点距離より大きく、前記基準位置Ｌ０１は前記レンズと前記レーザダイオードとの間にあり、前記基準位置Ｌ０１は、前記レーザダイオードと前記レンズとの距離および前記ファイバスタブと前記レンズとの距離を変化させたときに前記レーザダイオードから前記レンズを通した光の出力パワーが最大になる位置であり、前記第１の距離は、前記ステムに対する前記レーザダイオードの位置決めばらつきの許容値より大きい。

この方法によれば、レーザダイオードが、レーザダイオードの端面とレンズ主面との距離Ｌ１がレンズの焦点距離より大きく、且つ基準位置Ｌ０１がレンズとレーザダイオードとの間にあるように、ステム上においてオフセットして位置決めされるので、光コネクタを介して加わる外力に起因する光パワーの揺らぎがさらに小さいレーザモジュールが提供される。

発明者らの実験によれば、本発明に係る方法は、前記第１の距離は２０マイクロメートルより大きいことが好ましい。

本発明に係る方法では、レンズを保持したレンズホルダと前記ステムとから光通信サブアセンブリを形成する前記工程は、第２の基準位置Ｌ０２より第２の距離だけ所定の方向にオフセットして、前記レンズホルダを前記ステムに搭載する工程と、前記レンズホルダを前記ステムに固定する工程とを含み、前記ファイバスタブの前記端面は傾斜しており、当該方法は、（ｄ）前記ファイバスタブの前記端面が前記所定の方向を向くように、前記ホルダ上において前記レセプタクルハウジングを向きづける工程をさらに備え、前記レンズは球レンズであり、前記レーザダイオードの活性層は、所定の軸に沿って伸びており、前記第２の基準位置は、前記レンズホルダが前記第２の基準位置に配置されたとき前記レンズの中心が前記所定の軸上に位置するように決定されており、前記第２の距離は前記ステムと前記レンズホルダとの位置決めばらつきの許容値より大きい。

この方法によれば、当該レーザモジュールから出力された光ビームの光パワーの分布の変形が小さいレーザモジュールが提供される。好適な実施例では、本発明に係る方法において前記第２の距離は２０マイクロメートルより大きい。

本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。

以上説明したように、本発明によれば、光コネクタを介して加わる外力に起因する光パワーの揺らぎを小さくできるレーザモジュールが提供される。また、本発明によれば、光コネクタを介して加わる外力に起因する光パワーの揺らぎを小さいレーザモジュールを作製する方法が提供される。

本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明のレーザモジュールおよびレーザモジュールを作製する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係るレーザモジュールを示す図面である。レーザモジュール１１は、光通信サブアセンブリ１３と、ファイバスタブ１５と、ホルダ１７とを備える。光通信サブアセンブリ１３は、レーザダイオード１９、ステム２１、レンズホルダ２３、およびレンズ２５を含む。ステム２１は、サブマウント２７を介してレーザダイオード１９を搭載している。レンズホルダ２３は、レンズ２５を支持しており、またステム２１に取り付けられている。ファイバスタブ１５は、光コネクタ２９（例えばフェルール）を受け入れるための光レセプタクル部３１に支持されている。ホルダ１７は、光通信サブアセンブリ１３を保持すると共に光レセプタクル部３１を搭載しており、またレンズ２５を介してファイバスタブ１５の端面１５ａにレーダイオード１９を光学的に結合させるための位置決めに用いられる。ファイバスタブ１５の一端面１５ａから入射した光は他端１５ｂから出射する。ファイバスタブ１５は、光ファイバ１５ｃと該光ファイバ１５ｃを保持する支持体１５ｄとを含む。レーザダイオード１９とレンズ２５との距離Ｌ１は、後述する基準値Ｌ０よりも大きい。レーザダイオード１９とレンズ２５との距離Ｌ１はレンズ２５の焦点距離ＦＰより大きい。基準値Ｌ０は次のように決められる。例えば、実験的に或いは仮想的に、レーザダイオード１９とレンズ２５との距離およびレンズ２５とファイバスタブ１５との距離を変化させたときに、基準値Ｌ０において、レーザダイオード１９からのレンズ２５を通した光Ｂ１の出力パワーＰ１が最大である。

レーザモジュール１１によれば、レーザダイオード１９とレンズ２５との距離Ｌ１は、基準値Ｌ０およびレンズの焦点距離ＦＰのいずれよりも大きいので、光コネクタ２９を介して加わる外力に起因する光パワーの揺らぎが小さくなっている。

光パワーの揺らぎについて、図２および図３を参照しながら説明する。図２は、本実施の形態に係るレーザモジュールにおける光パワーの分布を示す図面であり、一方、図３は、本実験にために作製された別の構成のレーザモジュールにおける光パワーの分布を示す図面である。これらの光パワーのパターンはファイバスタブの他端において測定されている。別のレーザモジュールでは、レーザダイオードとレンズとの間の距離は、レーザダイオード、レンズおよびファイバスタブの光学系において最大結合効率が得られるように決定されており、また光通信サブアセンブリにファイバスタブを固定する際に、最大結合効率が得られる位置より遠くにファイバスタブを位置決めして、所望の光出力レベルに調整されている。図２および図３に示されたパターンを比較すると、図３に示された測定では、光パワーが、ファイバスタブの他端において揺らいでいることが理解される。一方、図２に示されたパターンの対称性が優れている。

次いで、図４（Ａ）、図４（Ｂ）および図４（Ｃ）を参照しながら、基準値について説明する。図４（Ａ）は、本実験に用いた光学系を示す図面であり、この光学系ＯＳは、レーザダイオードＬＤ、球レンズＬＺおよびシングルモード光ファイバＦからなる。シンボルＤ１はレーザダイオードＬＤの端面と球レンズＬＺの中心との距離を示し、シンボルＤ２はレンズＬＺの中心とシングルモード光ファイバＦの一端との距離を示す。光ファイバＦの一端面は傾斜していない。この光学系ＯＳにおける実験の条件
ＬＤの放射角：２５度
ＬＤの光源径：１マイクロメートル
球レンズＬＺの屈折率：１．８
球レンズＬＺの径：０．８ｍｍ
球レンズＬＺの焦点距離ＦＰ：０．４５ｍｍ
光ファイバＦのＮＡ：０．１
光ファイバＦのコア径：１０マイクロメートル
である。

図４（Ｂ）は、光出力と距離Ｄ１との関係を示すグラフである。特性線Ｃ１は、横軸に示された距離Ｄ１において、距離Ｄ２を変化させたとき、光ファイバＦから得られる最大光出力Ｐｆを示している。特性線Ｃ２は、横軸に示された距離Ｄ１において、上記光出力Ｐｆを得たときの距離Ｄ２を示している。図４（Ｃ）は、光出力と距離Ｄ２との関係を示すグラフである。特性線Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５は、それぞれ、距離Ｄ１が８００、７００、６００マイクロメートルである光学系において距離Ｄ２を変化させたときの光出力Ｐｆを示す。

一例ＥＸ１では、距離Ｄ１＝６００μｍおよび距離Ｄ２＝１６５０μｍの光学系ＯＳを有するレーザモジュールにおいて５ｍＷの出力でレーザダイオードを発光させるとき、図４（Ｂ）に示されるように、１．８９ｍＷの光出力（最大結合効率（３７．８％）が得られている）が得られる。このとき、レーザダイオードとレンズとの距離Ｄ１は基準値に等しい。図４（Ｃ）に示されるように、光出力の仕様が１ｍＷのレーザモジュールを作製するためには、距離Ｄ２を光出力１ｍＷが得られるまで大きくしていく。このレーザモジュールでは、光ファイバＦを１５０μｍだけレンズから離さなければならない。

別の例ＥＸ２では、距離Ｄ１＝７００μｍおよび距離Ｄ２＝１２００μｍの光学系ＯＳを有するレーザモジュールにおいては、図４（Ｂ）に示されるように、１．３ｍＷが最大出力である。このとき、レーザダイオードとレンズとの距離Ｄ１は基準値およびレンズＬＺの焦点距離のいずれよりも大きい。例ＥＸ２におけるレーザモジュールの光出力のパターンは、例ＥＸ１におけるレーザモジュールの光出力のパターンよりの小さい揺らぎである。例ＥＸ２におけるレーザモジュールにおいて、光出力の仕様が１ｍＷのレーザモジュールを作製するためには、図４（Ｃ）に示されるように、光ファイバＦを５０μｍだけレンズから離せばよい。

また、別の実施例として、直径１．５ｍｍおよび屈折率１．５の球レンズを用いる光学系では、距離Ｄ１＝８１０μｍにおいて最大結合効率（１５．３％）が得られる。

これらの実験から総合的に判断して、レーザダイオードの端面とレンズ主面との距離（図１に示されたＬ１）は基準値より２０マイクロメートル（レーザダイオードの端面とレンズ主面との距離の実装ばらつき）より大きければよい。

最大結合効率が得られるようにレーザダイオードとレンズとの距離を調整したレーザモジュール比べて、当該実施の形態に係るレーザモジュール（レーザダイオードの端面とレンズ主面との距離が基準値よりも大きい）ではレンズに入射する光量は減る。しかしながら、実施の形態に係るレーザモジュールによれば、発明者らの実験によって、外力が作用したときに生じる光出力の揺らぎが非常に小さいことが明らかになった。光ファイバとレンズとの距離を設計することによって、レーザモジュールの光出力を所望の仕様に合わせることができる。

再び、図１を参照しながら、レーザモジュール１１を説明する。光レセプタクル部３１は、ファイバスタブ１５と、光レセプタクルハウジング３３と、スリーブ３５と、ブッシュ３７とを含む。ファイバスタブ１５はスリーブ３５内において位置決めされており、スリーブ３５はブッシュ３７を介して光レセプタクルハウジング３３により保持されている。光レセプタクル部３１は、ホルダ１７の搭載面１７ａ上に搭載されている。ステム２１上には、モニタ用のフォトダイオード３９が搭載されている。レーザダイオード１９およびフォトダイオード３９は、ステム２１のリード端子２１ａに電気的に接続されている。レーザダイオード１９はリード端子２１ａを介して送信電気信号を受けて、この信号に応答して光信号Ｂ２を発生する。光信号Ｂ２の一部はレンズ２５に入射する。レンズ２５からファイバスタブ１５の一端１５ａに向けて、光信号Ｂ３が伝搬する。ファイバスタブ１５の他端１５ｂから、光パターンの揺らぎが小さい光信号Ｂ１が得られる。

図５（Ａ）は図１に示されたI−I線に沿ってとられた断面を示す図面であり、レーザモジュール１１は軸Ａｘの回りに９０度回転されている。図５（Ｂ）は、レーザダイオード、レンズおよびファイバスタブの位置関係を示す図面である。

レーザモジュール１１では、レンズ２５は球レンズであることが好ましい。レーザダイオード１９は、第１の基準面Ｒ１に沿って伸びておりステム２１上においてダイボンドされたボンド面１９ａを有している。レーザダイオード１９は、第１の基準面Ｒ１に平行な第２の基準面Ｒ２に沿って設けられておりｐ型クラッド層およびｎ型クラッド層の間に設けられた活性層１９ｂを有している。レンズ２５の中心２５ａは、第１の基準面Ｒ１に平行な第３の基準面Ｒ３上に位置している。ファイバスタブ１５の光ファイバ１５ｃの中心は、第１の基準面Ｒ１に平行な第４の基準面Ｒ４上に位置している。図５（Ｂ）に示されるように、第１、第２、第３および第４の基準面Ｒ１〜Ｒ４は、この順に所定の方向に配列されている。ファイバスタブ１５の傾斜端面１５ａは上記所定の方向を向いている。基準面Ｒ１と基準面Ｒ３との距離は２０μｍより大きく、好ましくは６０μｍより大きい。この距離は、ステム２１上にレンズホルダ２３をオフセットして実装することにより実現される。このレーザモジュール１１によれば、当該レーザモジュール１１から出力された光ビームＢ１の光パワーの分布の変形が小さくなる。好適な実施例では、ファイバスタブ１５の端面１５ａの傾斜角Ａは５度以上９度以下である。

図６は、ファイバスタブ端における光出力と距離Ｄ２との関係を示す図面である。図６では、レンズ−ファイバスタブ間隔Ｄ２を最大結合効率が得られる位置から大きくしてデフォーカスしている。つまり、ファイバスタブ端における光出力は、このデフォーカスにより小さくなる。このレーザモジュールでは、径８００μｍおよび屈折率１．８の球レンズを用いている。特性線Ｆ１〜Ｆ１１は、６００〜８００μｍの範囲で２０μｍ毎に距離Ｌ１を変えたレーザモジュールの各々のファイバスタブ端において測定された光出力と距離Ｌ２との関係を示す。レーザダイオードの光出力は５ｍＷ（しきい値Ｉ_ｔｈ＋２０ｍＡ）である。

例えば、ファイバスタブ端において１．０ｍＷの光出力を得るためには、レーザダイオードとレンズとから成る光学系においてレーザダイオードおよびレンズの間隔を変化させた場合に最大結合効率が得られる距離よりも、レーザダイオードとレンズとの距離Ｄ１を大きくしている。例えば、このレーザモジュールでは特性線Ｆ８（Ｄ１＝７４０μｍ）が選択される。次いで、所定の軸Ａｘの方向（例えば、光軸の方向）にファイバスタブを配置することによって、上記の光出力目標値を有するレーザモジュールを作製できる。ファイバスタブは、当該レーザモジュールの出力パワーに合わせて位置決めされている。このレーザモジュールによれば、ファイバスタブの調芯においてデフォーカス量を小さくできるので、光出力における揺らぎを小さくできる。

或いは、ファイバスタブ端において、例えば０．５ｍＷの光出力を得るためには、レーザダイオードとレンズとから成る光学系においてレーザダイオードおよびレンズの間隔を変化させた場合に最大結合効率が得られる距離よりも、レーザダイオードとレンズとの距離Ｄ１を大きくしている。６００〜８００μｍの範囲の距離Ｄ１を用いれば、所定の軸Ａｘの方向にファイバスタブを調芯することによって、上記の光出力目標値を有するレーザモジュールを作製できる。このレーザモジュールによれば、ファイバスタブの調芯においてデフォーカス量を小さくできるので、光出力における揺らぎを小さくできる。

特に、距離Ｄ１を８００μｍ（特性線Ｆ１１）に設定すれば、所定の軸Ａｘの方向にファイバスタブを調芯して上記の光出力目標値（０．５ｍW）に到達できる。このレーザモジュールでは、光出力目標値（０．５ｍW）は、レーザダイオードとレンズとの距離によって実質的に達成されている。このレーザモジュールによれば、ファイバスタブの調芯においてデフォーカス量が非常に小さくできる。この結果、光出力における揺らぎを抑制できる。

上記球レンズを用いるレーザモジュールでは、例えば距離Ｄ１＝６００μｍ（特性線Ｆ１）および距離Ｄ２＝１６５０μｍにおいて、最大結合効率が得られる。このとき、Ｄ２／Ｄ１＝２．７６である。距離Ｄ１＝８００μｍにおいて、Ｄ２／Ｄ１＝１のとき最大結合効率が得られる。好適な実施例に係るレーザモジュール１１では、レーザダイオード１９−レンズ２５の中心との間の距離Ｄ１と対応する最適のレンズ２５の中心−ファイバスタブ１５との間の距離Ｌ２の比Ｄ２／Ｄ１が１以上である。この値が１未満になると、結合効率が実用レベルよりも小さくなる。

図７および図８では、光出力のゆらぎとして下記の式
光出力のゆらぎ＝１０＊ｌｏｇ（Ｐｆ_ｍｉｎ／Ｐｆ_ｍａｘ）
Ｐｆ_ｍｉｎ：最小光ファイバ端出力、ｍＷ単位
Ｐｆ_ｍａｘ：最大光ファイバ端出力、ｍＷ単位
を用いている。また、光のゆらぎは、次のように測定している。ＴＯＳＡ（Transmitter Optical Sub-Assembly）を内蔵した光モジュールのコネクタ部に光ファイバコードのコネクタを接続し、光ファイバコードのコネクタ端の近傍に５００ｇの重りをつける。ＴＯＳＡを３６０度回転させて、光ファイバ端もおける最大出力および最小出力を測定する。上式を用いて光のゆらぎを算出する。光のゆらぎの許容値は１．０ｄＢ以下である。この値よりも小さい光のゆらぎが、レーザモジュールにとって望ましい。

図７は、距離Ｄ２およびＰｆ、光のゆらぎ（wiggle）の関係を示している。この関係は、最大結合効率が得られるＤ１＝６００μｍであるレーザモジュールを用いて測定された。この測定結果から、距離Ｄ２が大きくなるにつれた、光のゆらぎも大きくなることが理解される。つまり、光出力のゆらぎの点では、距離Ｄ２が小さいことが好ましい。

図８は、距離Ｄ１およびＰｆ、光のゆらぎ（wiggle）の関係を示している。この関係は、距離Ｄ１の時の最大結合効率が得られる距離Ｄ２に設定されたレーザモジュールを用いて測定された。図８から、距離Ｄ１を変化させるとき、光出力が小さい場合においても光のゆらぎはあまり大きくなっていないことが理解される。

図９を参照すると、ゆらぎを考慮して決定された発光パターンの良否を示す下記のマークが図７に示された測定値上に示されている。
マーク「×（クロス）」：好ましくない。
マーク「△（白抜き三角形）」：許容。
マーク「○（白抜き丸）」：好ましい。

好適な実施例に係るレーザモジュール１１では、最大結合効率よりも低い所望の結合効率を有するレーザモジュール１１を得るために、レーザダイオード１９の端面とレンズ２５のレンズ主面との間の距離をレーザダイオード１９−レンズ２５系が最大結合になる位置よりも大きく、かつ所望の結合効率が得られる距離に設定する。ついでこの距離に対応して、もっとも結合効率が高いレンズ−ファイバスタブ間距離に設定されたファイバスタブを固定することで所望の結合効率を有するレーザモジュール１１が作製される。

光出力パワーに関する規格値が小さいレーザモジュール１１では、光出力パワーに関する規格値が大きいレーザモジュールに比べて、光出力のゆらぎに対して敏感である。例えば、光出力パワーの規格値が０．５ｍW以下であるとき、光出力のゆらぎは十分に観測可能な大きさになる。これ故に、光出力パワーの規格値が０．５ｍW以下のレーザモジュール１１では、特に、光出力のゆらぎが生じない構造が必要である。

（第２の実施の形態）
図１０、図１１、図１２および図１３を参照しながら、第１の実施の形態において示されたレーザモジュールを作製する方法を説明する。本実施の形態では、レンズ２５は球レンズである。

図１０は、搭載工程を示す図面である。搭載工程では、第１の基準位置Ｌ０１より第１の距離△Ｓ１だけオフセットしてレーザダイオード１９をステム２１に位置決めする。この位置決めにより、完成したレーザモジュールにおいて、レーザダイオード１９とレンズ２５との距離Ｌ１（図１）はレンズ２５の焦点距離ＦＰより大きくなっている。基準位置Ｌ０１はレンズ２５とレーザダイオード１９との間にある。既に説明したことから理解されるように、基準位置Ｌ０１は、レーザダイオード１９とレンズ２５との距離およびファイバスタブ１５の端面１５ａとレンズ２５の中心との距離を変化させたときに、レーザダイオード１９からレンズ２５を通した光の出力パワーが最大（最大結合効率となる）になるように決定された位置である。第１の距離△Ｓ１は、ステム２１に対するレーザダイオード１９の位置決めばらつきの許容値より大きく、発明者らの実験によれば、好ましくは２０マイクロメートルより大きい。

この工程のように、レーザダイオード１９が、レーザダイオード１９とレンズ２５との距離Ｌ１がレンズの焦点距離ＦＰより大きく、且つ基準位置Ｌ０１がレンズ２５とレーザダイオード１９との間にあるように、ステム２１上においてオフセットして位置決めされるので、光コネクタを介して加わる外力に起因する光パワーの揺らぎが小さいレーザモジュールを作製できる。

また、搭載工程では、フォトダイオード３９をステム２１上に搭載する。レーザダイオード１９およびフォトダイオード３９をステム２１上に搭載した後に、ワイヤボンディングを行ってレーザダイオード１９およびフォトダイオード３９をリード端子２１ａと電気的に接続する。

図１１は、光通信サブアセンブリ形成工程を示す図面である。光通信サブアセンブリ形成工程では、レーザダイオード１９を位置決めした後に、レンズ２５を保持したレンズホルダ２３とステム２１とから光通信サブアセンブリ１３を形成する。例えば、レンズホルダ２３をステム２１上に配置してレンズホルダ２３をステム２１に固定する。

好ましくは、当該工程では、レンズホルダ２３は、第２の基準位置Ｌ０２より第２の距離△Ｓ２だけ所定の方向Ａｒｒｏｗにオフセットして、ステム２１上に位置決めされる。この位置決めの後に、レンズホルダ２３はステム２１に固定される。この固定は、一実施例では抵抗溶接法により行われる。第２の基準位置Ｌ０２は、レンズホルダ２３が第２の基準位置Ｌ０２に配置されたときレンズ２５の中心２５ａが所定の軸Ａｘ上に位置するように決定される。レーザダイオード１９の活性層は所定の軸Ａｘに沿って伸びている。一方、レンズ２５の中心２５ａは、所定の軸Ａｘに平行な中心軸Ｏｘ上に位置している。第２の距離△Ｓ２はステム２１とレンズホルダ２３との位置決めばらつきの許容値より大きい。

この方法によれば、当該レーザモジュールから出力された光ビームの光パワーの分布の変形がさらに小さいレーザモジュールが提供される。第２の距離△Ｓ２は２０マイクロメートルより大きく、好適な実施例では６０マイクロメートルより大きい。

図１２は向き合わせ工程を示す図面である。向き合わせ工程では、ファイバスタブ１５の傾斜端面１５ａが所定の方向Ａｒｒｏｗを向くように、ホルダ１７上において光レセプタクル部３１を向きづける。

図１３は、調芯工程を示す図面である。調芯工程では、ファイバスタブ１５を支持する光レセプタクル部３１と光通信サブアセンブリ１３との間に配置されたホルダ１７を用いてファイバスタブ１５の端面１５ａと光通信サブアセンブリ１３とを互いに調芯する。この調芯は、レーザダイオード１９を発光させながら、光モニタツール４１を用いて光学的な位置合わせが行われている。調芯工程おいては、意図せず加わる外力に対するビーム変形も小さくなる。調芯により、所望の光出力仕様のレーザモジュールが完成する。なお、向き合わせ工程に先立って、調芯工程を行ってもよい。

以上説明したように、本実施の形態に係る製造方法によれば、光ビームの光パワーの分布の形状の偏りが低減されたレーザモジュールを製造できる。

発明者らの検討によれば、光ファイバのコア部の発光強度分布の偏りを抑制するためには、レーザモジュールの光パワー仕様値に合わせるためのデフォーカス量を少なくすることが好適である。また、ファイバスタブの斜め研磨面の向きに合わせてレーザダイオードを配置するとさらに好適である。さらに、これらのいずれかによっても、ファイバスタブの出力端面における発光強度分布の崩れが小さくなる。これを実現するために、ＬＤ−レンズ間の距離Ｌ１を最大結合効率が得られる値よりも大きくとる。これにより、光パワー調整時のデフォーカス量が小さくなる。また、レンズの取り付けばらつきによるビーム形状の変形も小さくなる。この結果、コア部での光強度分布の不均一性が抑制され、光パワ−の揺らぎが小さくなる。

好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。

図１は、第１の実施の形態に係るレーザモジュールを示す図面である。 図２は、本実施の形態に係るレーザモジュールにおける光パワーの分布を示す図面である。 図３は、本実験にために作製された別のレーザモジュールにおける光パワーの分布を示す図面である。 図４（Ａ）は、本実験に用いた光学系を示す図面であり、図４（Ｂ）は、光出力と距離Ｄ１との関係を示すグラフであり、図４（Ｃ）は、光出力と距離Ｄ２との関係を示すグラフである。 図５（Ａ）は図１に示された線I−Iに沿ってとられた断面を示す図面である。図５（Ｂ）は、レーザダイオード、レンズおよびファイバスタブの位置関係を示す図面である。 図６は、ファイバスタブ端における光出力と距離Ｄ２との関係を示す図面である。 図７は、距離Ｄ２およびＰｆ、光のゆらぎ（wiggle）の関係を示素図面である。 図８は、距離Ｄ１およびＰｆ、光のゆらぎ（wiggle）の関係を示す図面である。 図９は、ゆらぎを考慮して決定された発光パターンの良否を示すマークが描かれた図面である。 図１０は搭載工程を示す図面である。 図１１は光通信サブアセンブリ形成工程を示す図面である。 図１２は向き合わせ工程を示す図面である。 図１３は調芯工程を示す図面である。

符号の説明

１１…レーザモジュール、１３…光通信サブアセンブリ、１５…ファイバスタブ、１５ａ…一端面、１５ｂ…他端面、１５ｃ…光ファイバ、１５ｄ…支持体、１７…ホルダ、１７ａ…搭載面、１９…レーザダイオード、１９ａ…ボンド面、１９ｂ…活性層、２１…ステム、２１ａ…リード端子、２３…レンズホルダ、２５…レンズ、２５ａ…レンズ中心、２７…サブマウント、３１…光レセプタクル部、３３…光レセプタクルハウジング、３５…スリーブ、３７…ブッシュ、３９…モニタ用フォトダイオード、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３…光信号、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４…基準面

Claims (10)

1. レーザダイオード、該レーザダイオードを搭載するステム、前記ステムに取り付けられたレンズホルダ、および該レンズホルダに支持されたレンズを含む光通信サブアセンブリと、
   光コネクタのフェルールを受け入れるための光レセプタクル部に支持され、シングルモードファイバを中心部に有するファイバスタブと、
   前記光通信サブアセンブリを保持すると共に前記光レセプタクル部を搭載しており前記レンズを介して前記ファイバスタブの端面に前記レーダイオードを光学的に結合するためのホルダと
   を備え、
   前記レーザダイオードの端面と前記レンズのレンズ主面との距離Ｌ１は基準値Ｌ０よりも大きく、
   前記レーザダイオードの前記端面と前記レンズ主面との距離Ｌ１は前記レンズの焦点距離より大きく、
   前記レーザダイオードの前記端面と前記レンズ主面との距離および前記レンズ主面と前記ファイバスタブの前記端面の距離を変化させたときに、前記レーザダイオードからの前記レンズを通した光の出力パワーが前記基準値Ｌ０において最大である、ことを特徴とするレーザモジュール。
2. 前記レーザダイオードの前記端面と前記レンズ主面との距離Ｌ１は、前記レーザダイオードと前記レンズとから成る光学系において前記レーザダイオードおよび前記レンズの間隔を変化させた場合に最大結合効率になる距離よりも大きく、
   前記レーザダイオードの前記端面と前記レンズ主面の距離Ｌ１は、当該レーザモジュールの出力パワーに合わせて位置決めされており、前記フアイバスタブは距離Ｌ１のときの最大結合効率が得られるように位置決めされたことを特徴とする請求項１に記載されたレーザモジュール。
3. 前記レーザダイオードの前記端面と前記レンズ主面との距離Ｌ１に対する前記ファイバスタブの前記端面と前記レンズ主面との距離Ｌ２の比（Ｌ２／Ｌ１）は１以上である、ことを特徴とする請求項１に記載されたレーザモジュール。
4. 前記レーザダイオードの前記端面と前記レンズ主面との距離Ｌ１は前記基準値より２０マイクロメートルより大きい、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載されたレーザモジュール。
5. 前記レンズは球レンズであり、
   前記ファイバスタブの前記端面は傾斜しており、
   前記レーザダイオードは、第１の基準面に沿って伸びており前記ステムにダイボンドされたボンド面を有しており、
   前記レーザダイオードは、前記第１の基準面に平行な第２の基準面に沿って設けられた活性層を有しており、
   前記レンズの中心は、前記第１の基準面に平行な第３の基準面上に位置しており、
   前記ファイバスタブの前記光ファイバの中心は、前記第１の基準面に平行な第４の基準面上に位置しており、
   前記第１、第２、第３および第４の基準面は、この順に所定の方向に配列されており、
   前記ファイバスタブの前記端面は前記所定の方向を向いている、ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載されたレーザモジュール。
6. 前記ファイバスタブの前記端面の傾斜角は５度以上９度以下である、ことを特徴とする請求項５に記載されたレーザモジュール。
7. レーザモジュールを作製する方法であって、
   第１の基準位置Ｌ０１より第１の距離だけオフセットしてレーザダイオードをステムに位置決めする工程と、
   前記レーザダイオードを位置決めした後に、レンズを保持したレンズホルダと前記ステムとから光通信サブアセンブリを形成する工程と、
   前記ファイバスタブを支持する光レセプタクルハウジングと前記光通信サブアセンブリとの間に配置されたホルダを用いて前記ファイバスタブの端面と前記光通信サブアセンブリとを互いに調芯する工程と
   を備え、
   前記光通信サブアセンブリにおいて前記レーザダイオードの前記端面と前記レンズのレンズ主面との距離Ｌ１は前記レンズの焦点距離より大きく、
   前記光通信サブアセンブリにおいて前記基準位置Ｌ０１は前記レンズと前記レーザダイオードとの間にあり、
   前記基準位置Ｌ０１は、前記レーザダイオードと前記レンズとの距離および前記ファイバスタブと前記レンズとの距離を変化させたときに前記レーザダイオードからの前記レンズを通した光の出力パワーが最大になる位置であり、
   前記第１の距離は、前記ステムに対する前記レーザダイオードの位置決めばらつきの許容値より大きい、方法。
8. 前記第１の距離は２０マイクロメートルより大きい、ことを特徴とする請求項７に記載された方法。
9. レンズを保持したレンズホルダと前記ステムとから光通信サブアセンブリを形成する前記工程は、
   第２の基準位置Ｌ０２より第２の距離だけ所定の方向にオフセットして、前記レンズホルダを前記ステムに搭載する工程と、
   前記レンズホルダを前記ステムに固定する工程と
   を含み、
   当該方法は、前記ファイバスタブの前記端面が前記所定の方向を向くように、前記ホルダ上において前記レセプタクルハウジングを向きづける工程をさらに備え、
   前記レンズは球レンズであり、
   前記ファイバスタブの前記端面は傾斜しており、
   前記レーザダイオードの活性層は、所定の軸に沿って伸びており、
   前記第２の基準位置は、前記レンズホルダが前記第２の基準位置に配置されたとき前記レンズの中心が前記所定の軸上に位置するように決定されており、
   前記第２の距離は前記ステムと前記レンズホルダとの位置決めばらつきの許容値より大きい、ことを特徴とする請求項７または請求項８に記載された方法。
10. 前記第２の距離は２０マイクロメートルより大きい、ことを特徴とする請求項９に記載された方法。

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