JP2773675B2 - 光結合モジュールの製造方法 - Google Patents
光結合モジュールの製造方法Info
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Description
方法に関する。
温度で安定した出力特性を有する半導体光装置が求めら
れている。光通信用の光源としては、比較的短距離の通
信用には発光ダイオード(以下LEDと記す)が用いら
れるが、通常はレーザダイオード(以下LDと記す)が
用いられている。しかしながら、LD素子そのものの出
力特性は周囲の温度による変化が大きく、図8(a)お
よび図8(b)に示すように高温ほど閾値電流が増加
し、微分効率ηd が低下する。また、LDからの出力光
と光ファイバーを結合する光結合モジュールにおいても
LD,レンズ及びファイバを支持する材料の熱膨張によ
りその結合効率ηc に温度依存性が存在し、室温で結合
系の位置調節を行い、結合効率ηc を図8(c)に示す
ように室温付近で最大になるようにしている。このため
実際通信に使用される際に問題となるファイバ出力Pf
の微分効率ηf の温度上昇による低下は図8(d)に示
すように一層大きなものとなる。
には、通常閾値電流に近いバイアス電流Ib を流し、I
b にパルス電流Ip を加えることにより信号となる光パ
ルスを発生させているが、受信素子のダイナミックレン
ジの問題からファイバに入力される光パルスの波高値は
出来るだけ一定にする必要がある。しかしながら、LD
においては上述のごとく、その出力特性に温度依存性が
あるため、LDを一定の温度に保つための温度制御装置
が利用されるが、この温度制御装置は高価なだけでな
く、半導体光装置の大きさ及び消費電力を大きくしてし
まう。また、このような温度制御装置を用いない場合
は、温度Tに伴い微分効率が大きく低下するため、直流
バイアス電流Ib を制御すると共に、これに重畳するパ
ルス電流Ipの大きさにも補正を加えることにより光パ
ルス出力の波高値を一定にしなければならないが、変調
回路の構成と制御が複雑となる。
一定に保つ装置や、光出力を一定に保つための複雑な入
力信号制御回路を必要とし、小型化及び低価格化の点か
ら半導体光装置そのものの温度特性の改善が求められて
いる。
に記載されているように、光ファイバとLDを支持する
部品にそれぞれ膨張係数の異なる材質を使用することに
より、温度変化によって相対位置に変位を生じさせ、L
Dの微分効率が最も低下する条件でその相対位置が最適
位置となる支持機構を構成したり、光ファイバーとLD
との間に、微分効率を保証する光透過特性を有するフィ
ルターを挿入することにより、光ファイバ出力の微分効
率の変化を小さくする方法も知られている。
ュールは、半導体光素子の出力特性の温度変化を補償す
るために、上述のごとく半導体光素子の温度を一定に保
つ装置や、光出力を一定に保つための複雑な入力信号制
御回路を必要とし、装置の小型化及び低価格化の大きな
障害となっている。
て結合効率を高める機構として、熱膨張係数の異なる支
持体や微分効率を補償する光透過特性を有する光フィル
ターを設ける方法では、部品点数の増加による部材およ
び組立コストの増加を伴い、また膨張係数の異なる材料
を用いる場合にはその接合部の歪によるモジュールの信
頼性を低下させるという問題がある。
を追加することなく、結合系に半導体光素子の出力特性
の温度依存性を補償する特性を有せしめ、広い温度範囲
で使用可能な光結合モジュールの製造方法を提供するこ
とにある。
ルの製造方法は、レーザダイオードと、前記レーザダイ
オードの放射光を集束させるレンズと、前記レンズで集
束されたレーザ光を入射して伝送する光ファイバとを備
え且つ前記レーザダイオードおよび前記レンズおよび前
記光ファイバのそれぞれが同一材料の支持体で支持され
た光結合モジュールの製造方法において、前記光結合モ
ジュールの動作保証温度範囲の最高値に設定した温度で
前記レーザダイオードと前記光ファイバとの光結合効率
が最大になるように前記レーザダイオードと前記レンズ
との間の距離および前記レンズと前記光ファイバとの間
の距離を調整して固定することを含んで構成される。
る。
めの光結合モジュールの断面図である。
に設けた支持体4aにマウントされたLD1から放射さ
れたレーザ光は、支持体4bによりLD1の前方に支持
されたレンズ2により集束され、支持体4cにより支持
された光ファイバ3の先端に入射され光ファイバ3中を
伝播する。
バ3のそれぞれを支持している支持体4a,4b,4c
の主要構成材料は銅で、その熱膨張係数は1.68×1
0-5/℃であるため、例えば室温25℃から光結合モジ
ュールの動作補償温度の最高値85℃への60℃の温度
上昇による長さLの銅の熱膨張ΔLはΔL=L×1.6
8×10-5×60=1.0×10-3Lとなる。すなわ
ち、1mmの銅は熱膨張により約1μm伸びることにな
り、図1に示したモジュールにおいてはLD1とレンズ
2の距離L1 =1mmおよびレンズ2と光ファイバ3の
距離L2 =5mmはそれぞれ約1μm,約5μm長くな
る。
ンズ2と光ファイバ3の距離L2 の変化により、室温2
5℃で結合効率が最大になるように位置調節されたモジ
ュールにおける結合効率ηc は図8(c)に示すように
85℃で約1.0dB低下する。
うに25℃から85℃の温度上昇によって約2dB低下
するため、このように室温で結合効率が最大になるよう
に位置調節されたモジュールに組み立てると、ファイバ
出力Pf の微分効率ηf の温度変化は図8(d)のよう
になり、25℃から85℃の温度上昇による微分効率η
f の低下は約3dBにも及ぶ。
位置調節を行い、図2(a)に示すように、結合効率が
85℃付近で最大となるようにして固定すると動作温度
による光ファイバ出力Pf は図2(b)に示すようにな
り、ファイバ出力の微分効率ηf の温度変化は図2
(c)に示すように、25℃から85℃の温度上昇によ
る低下が約1dBと、LD素子そのものと比べて1d
B、通常の方法で位置調節を行ったモジュールと比べて
2dBも効率の低下を改善することができる。
効率が最大になる位置を検出した後、LD1とレンズ2
の距離L1 およびレンズ2と光ファイバ3の距離L2 を
室温25℃から85℃まで加熱したときの熱膨張に相当
する長さ約1μm,約5μmずつ短くして固定すること
により、結合効率が85℃付近で最大となるようにする
こともでき、その結果LDの高温での微分効率の低下及
び出力の低下を改善することができる。
2の実施例を適用しようとする他の光結合モジュールの
従来の組立法によるLDの出力特性の温度依存性、光出
力の温度依存性、モジュールの結合効率の温度依存性を
それぞれ示す図である。
は閾値電流が25℃で2mA,85℃で4mAと十分に
小さく、無バイアスで使用することができるが、例えば
駆動電流20mAでの光出力は、図3(b)に示すよう
に、0℃から85℃で3dB低下する。一方、モジュー
ルには結合系の位置変化に対するトレランスの小さなレ
ンズ系を用いており、図3(c)に示すように、結合効
率の温度変化がLDの微分効率の温度変化より大きくな
るようにしている。このようなモジュールに第1の実施
例と同様に85℃での結合効率が最大になるように位置
調節を行った場合、光ファイバ出力の駆動電流依存性
は、図4(a)に示すように、高温ほど微分効率が大き
くなり、また、駆動電流20mAでの光出力の温度変化
は、図4(b)に示すように、0℃から85℃の温度範
囲で0.5dB以下となる。
ァイバ出力の温度変化が十分に小さいモジュールはバイ
アス電流及びパルス電流を調節する回路が全く不要とな
り、従って光出力モニター用のフォトダイオードもモジ
ュール内に必要としない。
ファイバ出力が変化しないモジュールは、所望のファイ
バ出力値及びLDの出力特性の温度依存性に合わせて、
結合系に使用するレンズやLD−レンズ−光ファイバの
距離を最適化することによって容易に実現することが可
能である。
めの光結合モジュールの断面図である。
台6の上にマウントしたLD1と、先端が球状に整形さ
れた光ファイバ5とをL3 の距離に近接して対向させた
構造を有し、LD1から放射されたレーザ光を光ファイ
バ5の球状先端で集光し光ファイバ5内に導入する構成
を有しており、LD1と光ファイバ5との距離L3 は数
μmから数十μmと非常に小さいため、支持台(シリコ
ン)6の熱膨張による結合系の変位は小さいが、レンズ
を用いないため位置変化に対する結合効率の変化が非常
に大きく、温度変化に対する結合効率の変化は図6に示
すようにレンズを用いた場合と同等もしくはそれ以上に
大きい。
結合効率が最大になるように位置調節を行うことによ
り、図7に示すように、ファイバ出力の微分効率の温度
変化が非常に小さいモジュールや、ファイバ出力の温度
変化が非常に小さいモジュールを実現することができ
る。
持部の材料は銅やシリコンのみに限定されず、同一材料
を用いていれば鉄やその他の合金材料でも良い。
体のLDやLED,面発光素子の他、アレイ状のLD,
LED,面発光素子を用いても良い。
支持体に何等特殊な材料を用いることなく、周囲温度が
変化した場合における光ファイバ出力の微分効率もしく
は一定駆動電流値における光ファイバ出力の変化を極め
て小さくすることが可能となり、これにより変調回路を
著しく簡略化し、半導体光装置のコストダウンを実現で
きるという効果を有する。
モジュールの断面図。
の結合効率の温度依存性を示す図および光ファイバ出力
特性を示す図および光ファイバ出力効率の温度特性を示
す図。
光結合モジュールの従来方法によるLDの出力特性の温
度依存性を示す図および光出力の温度依存性を示す図お
よびモジュールの結合効率の温度依存性を示す図。
ールの光ファイバ出力の駆動電流依存性を示す図および
光出力の温度変化を示す図。
モジュールの断面図。
合モジュールの従来方法による結合効率の温度依存性を
示す図。
の光ファイバ出力効率の温度依存性を従来例に比較して
示す図。
率、結合効率、光ファイバ出力効率の各温度依存性を示
す図。
Claims (2)
- 【請求項1】 レーザダイオードと、前記レーザダイオ
ードの放射光を集束させるレンズと、前記レンズで集束
されたレーザ光を入射して伝送する光ファイバとを備え
且つ前記レーザダイオードおよび前記レンズおよび前記
光ファイバのそれぞれが同一材料の支持体で支持された
光結合モジュールの製造方法において、前記レーザダイ
オードと前記光ファイバとの光結合効率が前記光結合モ
ジュールの動作保証温度範囲の最高値で最大になるよう
に前記レーザダイオードと前記レンズとの間の距離およ
び前記レンズと前記光ファイバとの間の距離を調整して
固定する工程を、前記光結合モジュールの動作保証温度
範囲の最高値に設定した周囲温度の下で行うことを特徴
とする光結合モジュールの製造方法。 - 【請求項2】 Siから成る支持台上にレーザダイオー
ドをマウントし、先端が球状に整形された光ファイバを
前記レーザダイオードに近接対向して前記Si支持台上
に設置する光結合モジュールの製造方法において、前記
レーザダイオードと前記光ファイバとの光結合効率が前
記光結合モジュールの動作保証温度範囲の最高値で最大
になるように前記レーザダイオードと前記光ファイバと
の距離を調整して固定する工程を、前記光結合モジュー
ルの動作保証温度範囲の最高値に設定した周囲温度の下
で行うことを特徴とする光結合モジュールの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7075129A JP2773675B2 (ja) | 1995-03-31 | 1995-03-31 | 光結合モジュールの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7075129A JP2773675B2 (ja) | 1995-03-31 | 1995-03-31 | 光結合モジュールの製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08271766A JPH08271766A (ja) | 1996-10-18 |
JP2773675B2 true JP2773675B2 (ja) | 1998-07-09 |
Family
ID=13567286
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7075129A Expired - Fee Related JP2773675B2 (ja) | 1995-03-31 | 1995-03-31 | 光結合モジュールの製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP5400421B2 (ja) * | 2009-02-25 | 2014-01-29 | 株式会社フジクラ | 光デバイス及びその製造方法 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61239209A (ja) * | 1985-04-16 | 1986-10-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レ−ザ・光フアイバ結合装置の製造方法 |
JPS62211979A (ja) * | 1986-03-12 | 1987-09-17 | Fujitsu Ltd | 半導体発光装置の結合機構 |
-
1995
- 1995-03-31 JP JP7075129A patent/JP2773675B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JPH08271766A (ja) | 1996-10-18 |
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