JP2995747B2 - 光アイソレータ内蔵半導体レーザモジュール - Google Patents
光アイソレータ内蔵半導体レーザモジュールInfo
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Description
ルに関し、特に経済的で小型化が可能であり、かつ温度
特性が優れるとともに実装性の優れた光アイソレータ内
蔵型半導体レーザモジュールに関するものである。
のファイバを備えたモジュールとして供給され、その終
端にコネクタを設けて伝送用のファイバに接続する場合
が多い。この場合、コネクタ部で生ずる反射戻り光は半
導体レーザーに再注入され、半導体レーザの動作状態に
不安定化させることが知られている。このことは高速度
長距離伝送を行なう場合には特に大きな障害になる。こ
のため、反射戻り光を除去する光アイソレータを内蔵し
た半導体レーザモジュールが開発されている。
atari)の両氏により発表された論文「An Effctive Non
reciprocal Circuit for Semiconductor Laser−to−Fi
ber Coupling a YIG Sphere」(JOURNAL OF LIGHTWAVE
TECHNOLOGY,VOL.LT−1,NO.1,MARCH1983)の中で説明さ
れている光アイソレータ内蔵型半導体レーザモジュール
の構造を示したものである。同図において、半導体レー
ザ1より放射された光ビームはYIG球21により収束ビー
ムに変換され、さらにレンズ22および偏光子23を経由し
て光ファイバ20に結合する。YIG球21の周囲に配置され
たリング状の磁石19により、光軸方向の磁界がYIG球21
に印加されており、YIG球21を通過するビームの偏光方
向はファラデー効果により45度だけ回転する。偏光子23
としては方解石のプレートが用いられている。
出射する光は効率よくファイバに結合するが、逆にファ
イバの中を逆方向に戻って来る光は半導体レーザに戻ら
ず、安定に動作する。その原理について以下説明する。
半導体レーザから出射するビームは一般にTE偏光であ
り、第3図において紙面に垂直な方向に偏光している。
このビームの偏光方向はYIG球21によって45度だけ回転
したのち偏光子に入射するが、そのときには常光屈折率
のみを感じるので、光ビームは分離されずにそのままフ
ァイバに結合する。逆に、ファイバを逆方向に進んで来
た光は偏光方向が不安であるから、偏光子23によって常
光屈折率のみを感じる光と異常光屈折率を感じる光の二
つのビームに分かれる。このうち、常光屈折率のみを感
じた光は半導体レーザの偏光方向に対し45度回転してい
るが、YIG球を通過するさいにさらに45度回転するので
半導体レーザに戻ったときには合計90度回転してTM偏光
になっており、半導体レーザの動作に影響を与えない。
また、異常光屈折率を感じた光のビームは横方向にシフ
トし、半導体レーザに戻ったときには発光点からずれた
ところで戻るので同じく半導体レーザの動作に影響を与
えない。従って、このモジュールは反射戻り光の影響が
除去されており、安定な動作をさせることができる。
表された論文「光アイソレータ内蔵DFB−LDモジュー
ル」(昭和60年度電子通信学会半導体・材料部門全国大
会305)の中で説明されている光アイソレータ内蔵型半
導体レーザモジュールの構成を示したものである。同図
において、半導体レーザ1より放射された光ビームは第
一レンズ15により平行ビームに変換され、ルチルプリズ
ム,YIG結晶および磁石から成るアイソレータ25を通過し
たのち、第二レンズ14によって収束されて、光ファイバ
20に結合する。この場合、アイソレータ25にプリズムが
2個用いられているところが第3図の場合と異なってい
る。
発振しきい値,微分量子効率,発振波長が変化すること
が知られている。特に発振波長が変化すると、半導体レ
ーザから雑音が発生したりファイバの分散が変化したり
して、伝送特性に好ましくない影響を与える。またファ
ラデー回転素子は材料にもよるが温度変化によってファ
ラデー回転角が変化し、反射戻り光に対するアイソレー
ションが劣化することが考えられる。従って、半導体レ
ーザとファラデー回転素子はモジュールに内蔵されたペ
ルチェ素子によって温度制御されることが望ましいが、
前述のモジュールはそれが不可能である。
ュールは同軸型の形状であり、DIP型の形状のモジュー
ルと比較すると、小型化が困難であるのみならず通信機
器に搭載するさいの実装性が悪い。
ーザモジュールは、いずれもYIG結晶をファラデー回転
素子として用いているが、その価格は高価である。
ュールでは光アイソレータやその前後の部分が気密封止
されておらず、低温条件下での結露を防止することがで
きないので、信頼性が悪い。
光子・検出子を円筒形の磁石19の内部に取付けようとす
ると接着剤を使用せねばならず、その点でも信頼性に欠
ける。
り、かつ、温度特性が優れるとともに信頼性の優れた光
アイソレータ内蔵型半導体レーザモジュールを提供する
ことを目的としている。
は、金属ケース内に半導体レーザおよび光アイソレータ
が実装され、光出力用光ファイバを備えた光アイソレー
タ内蔵半導体レーザモジュールであり、前記半導体レー
ザ,チップキャリア,金属ベース,集光用レンズ,先端
部を金属管により保護された前記光ファイバ,前記金属
管よりもわずかに大きい内径を有するスライドリング,
側壁に光ファイバを通過させる導入孔を有する前記金属
ケースおよび光アイソレータから成り、前記金属ベース
が平坦部と垂直面を有するとともに前記平坦部から垂直
面に連なる貫通孔を有し、前記半導体レーザが前記チッ
プキャリアを介して前記平坦部にマウントされ、前記集
光レンズが前記貫通孔の内部に固定され、前記光アイソ
レータが前記金属ベースの前記垂直面に固定され、前記
金属管が前記スライドリングを介して前記光アイソレー
タに接合固定され、前記金属ベースが前記ケースの内部
に固定され、前記金属管が前記導入孔を通過してハンダ
によって封止されて成り、前記光アイソレータは、ファ
ラデー回転素子、偏光子、検光子、磁石、およびホルダ
から成り、前記ホルダが中心軸上に貫通孔を有し同軸型
の形状をなす第1の金属ホルダおよび第2の金属ホルダ
から成り、前記第1の金属ホルダと前記第2の金属ホル
ダを中心軸を一致させて組合わせたときに生じる空隙内
の中心軸上に前記ファラデー回転素子、前記偏光子およ
び前記磁石が配置され、前記検光子が前記第2の金属ホ
ルダの外側の中心軸上に配置され、前記偏光子、前記フ
ァラデー回転素子および前記検光子がいずれも中央の円
形部分を除く外周部分にメタライズされてそれぞれ前記
第1の金属ホルダ、前記第2の金属ホルダおよび同じく
第2の金属ホルダにハンダ付けまたは、ろう付けにより
接着固定され、前記第1の金属ホルダと前記第2の金属
ホルダが溶接により接合されていることを特徴としてい
る。
いで組立てるので信頼性が高く、かつ小型のものが得ら
れる。
は、ファラデー回転素子等の光アイソレータ光学部品を
支持する金属ホルダを、モジュール全体の結合光学系を
支持する構造部材として活用しているので、信頼性を向
上させ、小型化を図ることができる。また同時にペルチ
ェ素子を内蔵することによってアイソレータの温度制御
ができるとともに、結合光学系全体を気密封止すること
ができるという特長もある。
半導体レーザモジュールに使用する光アイソレータの構
造図である。同図の光アイソレータはファラデー回転素
子31,磁石32,偏光子33,検光子34,ホルダ35,ホルダ36か
ら構成され、以下に説明するような方法で組立てられて
いる。
ya)氏らにより発表された論文「Growth and Magneto−
Optic Properties of Liquid Phase Epitaxial Bi−Sub
stituted Garnet Films for Optical Isolator」(NEC
Res.& Develop,No.80,January1986)の中で紹介されて
いるビスマス置換ガーネット厚膜が有用である。このガ
ーネット厚膜は、量産性に優れ、わずかな磁界で飽和磁
界に達しその回転能も大きいので、経済的でかつ小型の
光アイソレータ内蔵型半導体レーザモジュールを実現す
る場合に有利である。
された後、中心部の円形部分を除く周辺部分にメタライ
ズを施され、ホルダ36に対してハンダ付けされる。同時
に円筒状の磁石32はメタライズされたのちホルダ36に対
してハンダ付けされる。このときホルダ36の左側端面に
適切な段差が設けられていればファラデー回転素子31は
磁石32の内部に位置することになり、ファラデー回転素
子31に対して有効に磁界を印加することができる。当然
のことながらホルダの材料としてはSUS304等の非磁性材
料を用いることが必要である。
転素子と同様の方法で固定される。偏光子33はもう1つ
のホルダ35の内部に同様の方法で固定される。偏光子33
および検光子34の材料としてはルチル等の一軸異方性光
学結晶が使用される。
ホルダ36は、偏光子33を取りつけたホルダ35の座ぐりの
内部に挿入されたのち、偏光子と検光子の相対回転角を
45゜に調整し、溶接部分37で溶接個体され一体化され
る。
ないので信頼性が高くかつ小型のものが得られる。
した半導体レーザモジュールの一実施例の構造図であ
る。同図において半導体レーザ1はヒートシンク2およ
びチップキャリア3を介してモニタ用フォトダイオード
5とともにベース4の上にマウントされている。ベース
4にはレンズ7が内包されており、ベース4の先端部に
は実施例1の光アイソレータ30が溶接により固定されて
いる。さらに、光アイソレータ30の先端部には先端をフ
ェルール9で保護された光ファイバ20がスライドリング
8を介して溶接により固定されている。これら一連の構
造により半導体レーザ1からの出力光は光ファイバ20へ
導びかれる。ベース4はペルチェ素子10を介してケース
11の内部にとりつけられ、フェルール9とケース11はハ
ンダ12により接続封止されている。サーミスタ6はチッ
プ状のものであり、半導体レーザ1に隣接してチップキ
ャリア3の上にマウントされている。
ベース4からフェルールに至るまでの支持系は金属部品
を用いて溶接により組立てられており、かつファラデー
回転素子,偏光子や検光子がそれら金属部品に直接取り
つけられているので機械的な強度に優れている。云い換
えれば、ファラデー回転素子,偏光子や検光子を支持す
るホルダが同時に光アイソレータの前後の光学系を機械
的に連結する構造部材として活用されているため、モジ
ュール内部に組込む場合にも占有空間を節約して小型化
を図ることができる。
設置されたベースに連結されているので、周囲温度の変
化による光アイソレータの特性変動を相当程度補償でき
る。
ザモジュールの場合、半導体レーザ1から光ファイバ20
の端面に至るまでの光学系全体がDIPパッケージ内部に
気密封止されているので、低温条件下での結露の危険は
防止されている。
導体レーザモジュールは信頼性が高く小型化が容易であ
り、かつ温度補償が可能になるとともに完全に気密封止
を施して結露を防止することが可能である。
ュールに用いた光アイソレータの構造を示す構造図、第
2図は本発明の光アイソレータ内蔵半導体レーザモジュ
ールを構造を示す構造図、第3図は従来の光アイソレー
タの構成を示す図、第4図は従来の光アイソレータ内蔵
半導体レーザモジュールの構造を示す断面図である。 1……半導体レーザ、2……ヒートシンク、3……チッ
プキャリア、4……ベース、5……モニタ用フォトダイ
オード、6……サーミスタ、7……レンズ、8……スラ
イドリング、9……フェルール、10……ペルチェ素子、
11……ケース、12……ハンダ、14……第2レンズ、15…
…第1レンズ、19……磁石、20……光ファイバ、21……
YIG球、22……レンズ、23……偏光子、30……光アイソ
レータ、31……ファラデー回転素子、32……磁石、33…
…偏光子、34……検光子、35……ホルダ、36……ホル
ダ、37……溶接部分。
Claims (1)
- 【請求項1】金属ケース内に半導体レーザおよび光アイ
ソレータが実装され、光出力用光ファイバを備えた、光
アイソレータ内蔵半導体レーザモジュールにおいて、前
記半導体レーザ、チップキャリア、金属ベース、集光用
レンズ、先端部を金属管により保護された前記光ファイ
バ、前記金属管よりもわずかに大きい内径を有するスラ
イドリング、側壁に光ファイバを通過させる導入孔を有
する前記金属ケースおよび光アイソレータから成り、前
記金属ベースが平坦部と垂直面を有するとともに前記平
坦部から垂直面に連なる貫通孔を有し、前記半導体レー
ザが前記チップキャリアを介して前記平坦部にマウント
され、前記集光用レンズが前記貫通孔の内部に固定さ
れ、前記光アイソレータが前記金属ベースの前記垂直面
に固定され、前記金属管が前記スライドリングを介して
前記光アイソレータに接合固定され、前記金属ベースが
前記ケースの内部に固定され、前記金属管が前記導入孔
を通過してハンダによって封止されて成り、前記光アイ
ソレータは、ファラデー回転素子、偏光子、検光子、磁
石、およびホルダから成り、前記ホルダが中心軸上に貫
通孔を有し同軸型の形状をなす第1の金属ホルダおよび
第2の金属ホルダから成り、前記第1の金属ホルダと前
記第2の金属ホルダを中心軸を一致させて組合わせたと
きに生じる空隙内の中心軸上に前記ファラデー回転素
子、前記偏光子および前記磁石が配置され、前記検光子
が前記第2の金属ホルダの外側の中心軸上に配置され、
前記偏光子、前記ファラデー回転素子および前記検光子
がいずれも中央の円形部分を除く外周部分にメタライズ
されてそれぞれ前記第1の金属ホルダ、前記第2の金属
ホルダおよび同じく第2の金属ホルダにハンダ付けまた
は、ろう付けにより接着固定され、前記第1の金属ホル
ダと前記第2の金属ホルダが溶接により接合されている
ことを特徴とする光アイソレータ内蔵半導体レーザモジ
ュール。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP1123726A JP2995747B2 (ja) | 1989-05-16 | 1989-05-16 | 光アイソレータ内蔵半導体レーザモジュール |
Applications Claiming Priority (1)
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP10028172A Division JP2998735B2 (ja) | 1998-02-10 | 1998-02-10 | 光アイソレータ |
Publications (2)
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JPH02301714A JPH02301714A (ja) | 1990-12-13 |
JP2995747B2 true JP2995747B2 (ja) | 1999-12-27 |
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Family Applications (1)
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JP1123726A Expired - Lifetime JP2995747B2 (ja) | 1989-05-16 | 1989-05-16 | 光アイソレータ内蔵半導体レーザモジュール |
Country Status (1)
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Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04119425U (ja) * | 1991-04-10 | 1992-10-26 | 信越化学工業株式会社 | 固定治具付き光アイソレータ |
DE69631495D1 (de) * | 1995-12-18 | 2004-03-11 | Shinetsu Chemical Co | Optisches Element mit einer hitzebeständigen Antireflexionsschicht |
-
1989
- 1989-05-16 JP JP1123726A patent/JP2995747B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH02301714A (ja) | 1990-12-13 |
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