JP2507644B2 - 光 源 - Google Patents

光 源

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光源、特にそれに限定するものではないが光
送信器に関する。
光送信器の適用は、送信媒体として光ファイバを使用
する光通信システムにおいて重要である。
光通信システムの実際の使用に関する主な問題の１つ
は、種々のシステムおよびサブシステムの部品において
十分に正確な整列を達成し、部品が消耗するまで長期間
にわたってその整列を維持することが難しいことであ
る。
その問題は関連する部品の寸法が小さいために生じ
る。特に、単一モードのファイバによる送信に関する場
合、マイクロメータ以下の微小な不整列であっても著し
く高い送信損失を引起す。
典型的な半導体レーザの活性領域の断面は２μｍ程度
である。単一モードファイバのコアの直径は約５μｍ乃
至10μｍである。通常のレーザ送信器において、活性領
域はファイバコアと整列される必要がある。実際的な理
由として、レンズ化されたファイバ端部のために隣接し
たレーザ面から典型的に20乃至25μｍの小さい距離だけ
ファイバの端部に間隔を置くことがしばしば必要であ
る。これは、レーザとファイバ間の過剰な結合損失が回
避されるならば実際に約１乃至２μｍの要求整列精度を
減少する。
別の整列は、通常レーザの背面すなわちファイバに面
しているものと反対のレーザ面と監視光検出器との間に
必要とされる。低速の監視装置のために典型的に直径が
250μｍ以上である光検出器の一般的に非常に広い活性
領域は要求される整列精度を緩和するものである。しか
しながら、光は装置の主面の上方（または下方）から活
性領域に入射する必要がある。これは通常レーザの活性
領域に垂直なその主面を光検出器に設けることによって
達成される。組立て中にその位置で検出装置を操作し、
例えば光検出器に電気接続する満足できる方法を見出す
ことが実際に困難であるにもかかわらずこの方法が用い
られる。この本質的な悪影響の問題は生産費用を高め、
実際の大量生産に障害をもたらす。
本発明の目的は、大量生産に利用できる比較的簡単な
構造の光送信装置を提供することである。
本発明によると、光送信装置は光源および光屈折手段
を介して間接的に光源から出力された光を受光するよう
に配置された光学監視検出器を含み、光源、検出器およ
び光屈折手段は共通の支持構造上に設けられている。
別の装置において光源は発光ダイオードまたは光増幅
器のような非レーザ放射装置でもよいが、光源は典型的
に半導体レーザ装置である。
通常は、光屈折手段の主な目的は光源からの光を光フ
ァイバまたはその他の受光装置中に集束することであ
る。
屈折手段は、監視検出器に直接取付けられるレンズ
（複合レンズ構造の素子であってもよい）を含んでいる
ことが好ましい。レンズは球体レンズであることが有効
である。レンズは、それを通過した光の一部がレンズの
境界面で反射され、必要ならば反復的に反射されること
によって光検出器に導かれるように光源および検出器に
関して配置されてもよい。
その代わりとして、光はレンズ材料の光散乱によって
光検出器に導かれてもよい。しばしば反射および散乱の
両方の構造が使用される。
光検出器に到達する光量を増加するために、レンズは
通常大気よりも大きい屈折率を有する接着剤によって検
出器に取付けられ、レンズと光検出器間の光学的接触断
面を能率的に拡大する。
支持構造は一般的に平坦な基体でよいが、絶縁性の熱
伝導性材料のものであることが好ましい。任意の１以上
の上記部品は基体に直接的に取り付けられるか、或は共
通の基体に取付けられるか、もしくはその上に形成され
た２次基体に取付けられてもよい。
レーザまたはその他の光源はその発光領域を有し、好
ましい装置によりレーザが基体付近に活性領域を与えら
れる多数の初期の装置とは対照的に、レーザまたはLED
の場合は支持部または基体から離れた活性領域を有す
る。
光検出器は、その活性領域に入射光の入口を与える面
が基体の取付け面と実質的に平行な平面に存在するよう
に基体上に設けられている。
レンズは、光源への反射を最小にする高能率の装置の
ために反射防止被覆を施されてもよい。
光増幅器の場合、レンズは増幅器を監視し制御する手
段を提供するために各光検出器上の入力および出力端部
に同様に取付けられることができる。
共通基体は絶縁性であるが熱伝導性材料のモノリシッ
クブロックを含み、熱伝導性は光源中で発生した熱を消
散するために必要である。絶縁材料を使用することによ
り適切な電気導体のトラックが例えば金属付着により基
体上に形成されることを可能にする。
支持構造はさらに関連した光ファイバ、制御回路等に
固定点用の面領域を提供する。
本発明は、以下において実施例により添付図面を参照
してさらに説明される。
第１図は光送信装置の斜視図である。
第２図は第１図の装置の側面図である。
第３図は光増幅装置の側面図である。
第１図および第２図を参照すると、光送信装置はレー
ザ２、光検出器４および球体レンズ３を含み、それら全
ては共通の段を付けられた基体１上に設けられている。
基体１は、熱ディメンション安定性、良好な熱伝導性
および絶縁性を提供するように選択された材料から成
る。
レーザ２は種々の適切な半導体レーザ装置の任意のも
のでよく、半導体装置の詳細な構造は本発明の実施およ
び理解に重要ではない。
レーザ装置の活性領域付近の位置は狭いストライプ21
により示されている。レーザ２は、レーザから基体への
熱伝導を可能にし、基体１の上面上の適切な導電トラッ
ク（示されていない）との電気接続を行うハンダ付けま
たはその他の適切な方法で基体１に取付けられてもよ
い。第１図および第２図においてレーザはその最上の活
性領域と共に示されている。レーザはまた基体に最も近
い活性領域を与えられてもよい。
レーザの光出力はレンズ３を介して以下に説明される
方法で光ファイバ（示されていない）中に結合される。
特に第２図から理解することができるように、レーザ
２はその活性領域21が基体１の上面から離され、それに
平行に延在するように設けられている。
光検出器は、基体１の上面に平行な平面にその入口面
を有する平坦なフォトダイオード４を含む。平坦な装置
構造を有する装置の代わりに、フォトダイオードは例え
ばメサ構造を有してもよい。フォトダイオード４はレー
ザ２と類似した方法で基体１に取付けられ、電気接続は
第１の導電トラックを介してフォトダイオード４のボデ
ィの下面を介して、および別の導電トラックからフォト
ダイオード４の適切な接着領域までボンドワイヤにより
行われる。フォトダイオード４は、レーザ２の光出力の
一部を受光し感知することによってレーザ２の合計光出
力を監視するように動作し、光の一部は第２図の矢印6b
により示されるようにレンズ３中の内部反射およびまた
は散乱を経てフォトダイオード４の活性領域に導かれ
る。
レンズ３は例えばサファイヤまたは1.7よりも大きい
屈折率を有する高屈折率のガラスの球体レンズである。
多数の適用に対して、1.9乃至2.2の範囲にある屈折率が
好ましい。屈折率として実際に最適な値は、例えばレン
ズ面からの反射とレンズの光収集性能間の兼合いによっ
て関連される適用により変動する。レンズの大きさは典
型的に200乃至500μｍである。しかしもっと大きい（約
2mmまで）およびもっと小さい（150μｍまで）レンズが
適切ならば使用されてもよい。
レンズ３は接着剤５によって光検出器４の上部に取付
けられる。接着剤は典型的に光学キュア可能な接着剤で
ある。その屈折率は、レンズ境界面から内部に反射され
た光だけでなくレンズ内で散乱された光もフォトダイオ
ード４中に結合させることができるように周辺大気の屈
折率よりも大きくなければならない。
フォトダイオード４の入り口面41に入射し、そこで対
応した電気出力電圧に変換されるレーザ２の光パワーの
一部は、通常伝送から失われる光である。
本発明の装置は基体の最上部またはその付近の活性領
域を有するレーザダイオード10を設けることを容易に可
能にする。しかしながら、最上部に活性領域を有するレ
ーザダイオードを設けることにはいくつかの重要な利点
がある。第１に、活性領域21が面41と直接隣接している
場合、活性領域21と面41との間に形成された非常に狭い
実質的な回折スリットから生じる疑似的な干渉効果が回
避される。第２として、最下部の活性領域を有するレー
ザを取付けることはレーザの前面と対応する基体エッジ
間において非常に正確な整列が要求される。基体がレー
ザを越えて突出した場合、上記の干渉効果が発生する。
レーザが突出した場合には、活性領域からの基体への熱
伝導に悪影響を及ぼし、結果的に装置寿命の短縮し、ま
たは信頼性を低下させ、或はその両方をもたらす。
さらにレーザがハンダ付けによって基体付近にその活
性領域を有する基体に取付けられた場合、どんなに小さ
い溶接凸部が形成されてもレーザの光出力を妨げ、干渉
効果を発生させる。本発明の方法を使用することによっ
て、レーザ２は最上部の活性領域21を有することがで
き、したがってこれらの問題をほぼ回避するのみなら
ず、レンズ３の使用によりさらにレーザとファイバ間の
横の整列許容度が拡大される。レーザの前面からのレン
ズ３の間隔は典型的に数μｍであり、選択されたレンズ
のタイプ（例えばレンズが球体レンズか、または傾斜屈
折率レンズであるか等）に対応する。
球体レンズを使用することによって、切断されたファ
イバ端部面からの疑似的な反射がファイバとレーザ２と
の間に横方向およびまたは角度的なオフセットを与える
ことによって最小にされることができる。
本発明による装置を使用する別の利点は、レーザがそ
の背面において100％の反射率であるように設計される
ことができ、改善されたレーザパワー出力を提供するこ
とである。
第３図に示されているように、本発明はまた光増幅装
置に適用されてもよい。第３図を参照すると、そこに示
された光増幅器102は活性領域を具備したレーザ状の半
導体構造を含む。前記のように、装置の動作知識はほと
んど本発明の理解に重要ではない。簡潔には、レーザの
場合とは異なり半導体構造の端面は例えば反射防止被覆
の適用により非反射性にされている。したがって共振空
洞は形成されず、装置はレーザ放射することができない
が、しかしそれに入射する光に対して進行波増幅器のよ
うに動作することができる。
外部レンズ３および103からの望ましくない反射は、
活性領域121の軸がレンズ面と直角に交差しないことを
保証することによってほぼ回避されることができる。
第１図および第２図におけるレンズの場合のように、
フォトダイオード４および104は適切な電子回路に接続
されている。入力および出力パワーをそれぞれ監視する
フォトダイオードを増幅器の各端部に設けることによっ
て、利得のような増幅器パラメータは容易に制御される
ことができる。

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】共通の支持基体上に設けられている、光源
    と、光源からの光の第１のビームを光ファイバに又はそ
    の逆に集束させるためのレンズを経由して、光源から出
    力された光を間接的に受信するために配列された光監視
    検出器とを具備する光送信装置であって、 レンズを通過した後光監視検出器に入射する光は、レン
    ズの中での散乱又は複数回の反射により、光源からファ
    イバへの又はその逆の伝送から本質的に失われる光によ
    り成ることを特徴とする光送信装置。
  2. 【請求項２】空気の屈折率よりも大きい屈折率の接着剤
    によりレンズが光監視検出器に直接取付けられる請求項
    １記載の装置。
  3. 【請求項３】レンズは複合レンズ構造の素子である請求
    項１又は２記載の装置。
  4. 【請求項４】レンズは球体レンズである請求項１又は２
    記載の装置。
  5. 【請求項５】レンズはサファイア又は屈折率が1.7より
    大きい高屈折率ガラスのような材料を含む請求項４記載
    の装置。
  6. 【請求項６】レンズは屈折率が1.9乃至2.2の範囲の屈折
    率を有する材料を含む請求項５記載の装置。
  7. 【請求項７】光監視検出器は入射光の活性領域への入口
    を提供する面が実質的に基体の設置面と共面であるよう
    な基体に取付けられている請求項１乃至６のいずれか１
    項記載の装置。
  8. 【請求項８】光源が半導体レーザを含む請求項１乃至７
    のいずれか１項記載の装置。
  9. 【請求項９】光源が非レーザ装置を含む請求項１乃至７
    のいずれか１項記載の装置。
  10. 【請求項１０】光源の活性領域の軸がレンズ面と交差し
    ないようにレンズが直角に取付けられている請求項８又
    は９記載の装置。
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