JP3336824B2 - 光結合装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、レーザダイオー
ドの出射光を偏波保存型の光ファイバに結合する光結合
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１７は、例えばパッケージにより気密
封止されたレーザダイオードと、レンズをレンズホルダ
で接着により保持したレンズ保持部と、光ファイバをフ
ェルールチップが圧入されたフェルールで接着により保
持し、さらにフェルールをフェルールホルダでねじによ
り保持したファイバ端末とを備えた従来の光結合装置の
構成説明図である。図において１はレーザダイオード、
２はレーザダイオード１の出射光、３はレンズ、４はレ
ンズ３を保持するレンズホルダ、５は偏波面保存型の光
ファイバ、６は被覆を除去した光ファイバ５の心線、７
は心線５を保持するフェルールチップ、８はフェルール
チップ７が圧入され、光ファイバ５を保持するフェルー
ル、９はフェルール８を保持するフェルールホルダ、１
０はフェルール８をフェルールホルダ９に固定するね
じ、１１はパッケージ、１２は出射光２をパッケージ１
１の外部に取り出し、パッケージ１１内の気密を保つ
窓、１３はパッケージ１１とレンズホルダ４とを固定す
る溶接部、１４はレンズホルダ４とフェルールホルダ９
とを固定する溶接部である。

【０００３】次に動作について説明する。レーザダイオ
ード１の出射光２は、レンズ３を通過し、光ファイバ５
の心線６に結合する。これにより、レーザダイオード１
の出射光は光ファイバ５から外部に取り出すことができ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のレーザダイオー
ドモジュールは以上のように構成されているので、レー
ザダイオードの出射光を光ファイバに結合させ、外部に
取り出す機能を有していた。ただし、レンズや光ファイ
バなどの光学部品は機械的な固定による応力で複屈折を
生じるため、レーザダイオードの出射光の偏波消光比が
劣化し、偏波面保存型の光ファイバ通過した後に高い偏
波消光比が得られず、偏波面保存型の光ファイバ特長が
生かせないという課題があった。

【０００５】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、レンズや光ファイバなどの光学部
品で生じる複屈折を低減するために、機械的な固定によ
る応力が光学部品に加わりにくい構造とし、レーザダイ
オードの出射光の偏波消光比が劣化せず、偏波面保存型
の光ファイバ通過した後に高い偏波消光比を得ることを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明に係る光結合装
置は、レンズを固定する内側の筒と、レンズダイオード
や光ファイバと機械的に接続する外側の筒と、内側の筒
と外側の筒とを接続する接続部とを備えたものである。

【０００７】また、レーザダイオードや光ファイバと機
械的に接続する部分の肉厚を前記レンズを固定する部分
の肉厚より薄くした筒を備えたものである。

【０００８】また、側面に円盤状に鍔を設けたレンズ
と、レンズを鍔の平坦面で接続する筒とを備えたもので
ある。

【０００９】さらに、レンズの熱膨張係数とほぼ等しい
レンズを固定する筒を備えたものである。

【００１０】また、光ファイバを固定するフェルールと
フェルールを固定する筒とを光ファイバの被覆を除去し
た部分の円周面の位置を外して固定したものである。

【００１１】また、光ファイバを固定するフェルールと
フェルールを固定する筒とを仮固定した後接着により固
定したものである。

【００１２】さらに、光ファイバの熱膨張係数とほぼ等
しいフェルールを備えたものである。

【００１３】さらに、レンズと光ファイバとの間に偏光
子を備えたものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態を示す構成
図であり、図において１〜３，５〜１４は上記従来と全
く同一のものである。１５はレンズ３を固定する内側の
筒１５ａと、その外周に設けられたレーザダイオード１
を保持しているパッケージ１１および光ファイバ５を保
持しているフェルールホルダ９と溶接部１３および溶接
部１４で機械的に接続する外側の筒１５ｂとを、内側の
筒１５ａと外側の筒１５ｂとの中央部１５ｃで接続した
レンズホルダである。レンズホルダ１５の断面図を図２
に示した。

【００１５】また、レンズホルダ１５の材質は、例えば
レンズの材質がＴａＦ３である場合、熱膨張係数の近い
コバールやＳＦ２０Ｔなどより選定する。参考までに、
表１に検討した材料の熱膨張係数を示した。

【００１６】

【表１】

【００１７】前記のように構成された光結合装置におい
ては、レンズホルダ１５は二重の筒構造となっているの
で、パッケージ１１との固定のための溶接部１３および
フェルールホルダ９との固定のための溶接部１４からの
機械的な応力は内側の筒１５ａには加わりにくく、レン
ズ３の複屈折は低減される。したがって、出射光２の偏
波消光比は劣化することなく光ファイバ５に結合するた
め、偏波面保存型の光ファイバ５を通過した後、高い偏
波消光比を得ることができる。

【００１８】また、上記従来において、溶接前後での偏
波消光比の変動量が平均値で約５ｄＢの劣化、標準偏差
で約７ｄＢであるのに対し、実施の形態１では、溶接前
後での偏波消光比の変動量が平均値で約０ｄＢ、標準偏
差で約２ｄＢであることが実験にて確認した。

【００１９】さらに、レンズ３とレンズホルダ１５の熱
膨張係数が近いため、周囲の温度が変動しても両部品は
ほぼ等価に伸縮し、レンズ３に歪みは生じない。したが
って、周囲の温度に関係なく偏波面保存ファイバ通過後
に高い偏波消光比を得ることができる。

【００２０】図３に、レンズ３の材質をＴａＦ３とし、
レンズホルダ１５を熱膨張係数がＴａＦ３の３倍程度の
ＳＵＳ３０３とした場合と、熱膨張係数のほぼ等しいコ
バールとした場合の偏波消光比の温度特性の実験結果を
示した。これより、レンズホルダ１５をコバールとした
場合のほうが優れた温度特性を持つことがわかる。

【００２１】実施の形態２．上記実施の形態１では、レ
ンズホルダ１５を設けるものを示したが、図４に示すレ
ンズ３を固定する筒１６ａの両底面に筒１６ａより肉厚
が薄くて筒１６ａと外径が等しい筒１６ｂを接続したレ
ンズホルダ１６を設ける方法においても、パッケージ１
１との固定のための溶接部１３およびフェルールホルダ
９との固定のための溶接部１４からの機械的な応力はレ
ンズに加わりにくく、レンズ３の複屈折は低減される。
また、レンズホルダ１６にレンズ３と熱膨張係数のほぼ
等しい材質を設けることにより温度特性も向上する。よ
って、実施の形態１と同等の効果が期待できる。

【００２２】実施の形態３．また、図５に示すレンズ３
を固定する内側の筒１７ａと、内側の筒１７ａより長い
外側の筒１７ａとを、一方の底面を揃え、内側の筒１７
ａの他方の底面と外側の筒１７とを接続部１７ｃで接続
したレンズホルダ１７を設けてもよい。

【００２３】実施の形態４．また、図６に示すレンズ３
を固定する内側の筒１８ａと、内側の筒１８ａと長さの
等しい外側の筒１８ｂとを、一方の底面を接続部１８ｃ
で接続し、外側の筒１８ｂより肉厚が薄く筒１８ｂと外
径が等しい筒１８ｄを接続部１８ｃで接続された底面に
接続したレンズホルダ１８を設けてもよい。

【００２４】実施の形態５．また、図７に示すレンズ３
を固定する内側の筒１９ａと、内側の筒１９ａと長さの
等しい外側の筒１９ｂとを、一方の底面を接続部１９ｃ
で接続したレンズホルダ１９と、その外側に筒状の第２
のホルダ２０を設け、図８に示すようにレンズホルダ１
９と第２のホルダ２０とを溶接部２１で固定し、第２の
ホルダ２０をパッケージ１１とフェルールホルダ９に固
定する構成としてもよい。

【００２５】実施の形態６．また、実施の形態５におい
て、図９に示すレンズ３を固定する筒２２ａの一方の底
面に筒２２ａより肉厚が薄く筒２２ａと外径が等しい筒
２２ｂを接続したレンズホルダ２２を設けてもよい。

【００２６】実施の形態７．また、図１０に示すように
側面に本体と材質の等しい円盤状の鍔を設けたレンズ２
３と、レンズ２３を鍔の平坦面で接着により接続するレ
ンズホルダ２４とを備える方法においても、レンズ２３
の複屈折は低減される。また、レンズホルダ２４にレン
ズ２３と熱膨張係数のほぼ等しい材質を用いることによ
り温度特性も向上する。よって、実施の形態１と同等の
効果が期待できる。

【００２７】レンズ２３の傾斜図を図１１に、レンズホ
ルダ２４の断面図を図１２に示した。

【００２８】なお、実施の形態３のレンズホルダ１７お
よび実施の形態４のレンズホルダ１８および実施の形態
５のレンズホルダ１９および実施の形態６のレンズホル
ダ２２および実施の形態７のレンズホルダ２４は出射光
２の方向に対し挿入してもよい。

【００２９】実施の形態８．また、図１３に示すように
フェルール８を光ファイバ５の心線６の部分の位置、つ
まりフェルールチップ７の位置を外して固定できるよう
にねじ穴をあけたフェルールホルダ２５を備え、ねじ１
０で固定する方法では、心線６にねじ固定の軸力が加わ
りにくく複屈折は低減される。したがって、光ファイバ
５に結合した出射光２は高い偏波消光比を保ち、光ファ
イバ５を通過した後、高い偏波消光比を得ることができ
る。

【００３０】図１４に、心線６の直径が１２５μｍの光
ファイバ５と外径が１．４ｍｍで長さが２．５ｍｍのフ
ェルールチップ７と外径が３ｍｍのフェルール８とを備
えた構成において、Ｍ１．６ねじで偏波面保存型の光フ
ァイバ５の応力付与部の並んだ軸（一般的にスロー軸と
呼ぶ）から４５度回転した軸方向をねじの締め付けトル
ク４００ｇｆ・ｍで固定した場合のフェルールチップ７
の端面からねじまでの距離と偏波消光比との関係を示し
た。これより、偏波消光比を２０ｄＢ以上とするにはフ
ェルールチップ７の位置を外して固定する必要があるこ
とがわかる。

【００３１】また、例えば光ファイバの材質が石英ガラ
スである場合、フェルールチップ７およびフェルール８
の材質を、熱膨張係数の近い石英ガラスやスーパーイン
バなどより選択すれば、偏波消光比の温度特性を向上す
ることができる。参考までに、表２に検討した材料の熱
膨張係数を示した。

【００３２】

【表２】

【００３３】なお、実施の形態８においてフェルール８
とフェルールホルダ２５とを溶接により固定してもよ
い。

【００３４】実施の形態９．また、図１７に示す従来の
光結合装置においてねじ１０で仮固定した後、接着など
により心線６に機械的な応力が加わらないよう固定する
方法においても、実施の形態８と同等の効果が期待でき
る。

【００３５】図１５に、心線６の直径が１２５μｍの光
ファイバ５と外径が１．４ｍｍのフェルールチップ７と
外径が３ｍｍのフェルール８とを備えた構成において、
Ｍ１．６のねじ１０で任意の位置を固定した場合のねじ
の締め付けトルクと偏波消光比との関係を示した。これ
より、偏波消光比を２０ｄＢ以上とするには仮固定は締
め付けトルク５０ｇｆ・ｃｍ以下とする必要があること
がわかる。

【００３６】なお、実施の形態８および９ではフェルー
ルチップ７とフェルール８の２部品を備えた場合につい
て示したが、フェルールチップとフェルールが一体とな
ったフェルールを備えた場合でも同等の効果が期待でき
る。

【００３７】実施の形態１０．また、図１６に示すよう
に実施の形態１においてレンズ３と光ファイバ５の間に
特定の方向に振動する光のみを通過させる偏光子２６を
備えることにより、レンズ３を通過した出射光２の偏波
の状態にかかわらず偏光子２６を通過後に高い偏波消光
比を持ち光ファイバ５に結合するため、偏波面保存型の
光ファイバ５を通過した後、高い偏波消光比を得ること
ができる。

【００３８】ところで、上記説明では、１つのレンズを
用いた光学系の場合について示したが、２つのレンズを
用いた光学系においても同等の効果が期待できる。

【００３９】また、上記説明では、光半導体素子とし
て、レーザダイオードを用いた場合について示したが、
他の半導体素子を用いた場合へも転用できる。

【００４０】さらに上記説明ではレーザダイオードの出
力光をレンズ、光ファイバを介して伝送する送信系を例
に示したが、これを受信系（光ファイバ、レンズ、受光
素子）に適用しても良い。

【００４１】また実施の形態８，９の光結合装置におい
てレンズホルダとして実施の形態１，２，３，４，５，
６のレンズホルダを用いることにより偏波消光比が実施
の形態１〜６の光結合装置よりも高くなることが実験に
より得られた。

【００４２】

【発明の効果】この発明は以上示したように構成されて
いるので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００４３】レンズホルダやフェルールホルダとの機械
的な固定による応力がレンズに加わりにくくなるよう構
成したので、レンズの複屈折が低減され、発光素子の出
射光（又は受光素子の入射光）の偏波消光比を劣化させ
ず光ファイバ（又は受光素子）に結合でき、偏波面保存
型の光ファイバ通過後に高い偏波消光比を得ることがで
きる。

【００４４】また、フェルールのフェルールホルダとの
機械的な固定による応力が光ファイバの心線に加わりに
くくなるよう構成したので、光ファイバの複屈折は低減
され、光ファイバに結合した光半導体素子の出射光又は
入射光は高い偏波消光比を保ち、偏波面保存型の光ファ
イバ通過後に高い偏波消光比を得ることができる。

【００４５】さらに、レンズとレンズホルダおよび光フ
ァイバの心線とフェルールチップの熱膨張係数を揃える
ことにより、偏波消光比の温度特性を向上することがで
きる。

【００４６】さらに、レンズと光ファイバの間に偏光子
を挿入したので、光半導体素子の出射光は偏光子を通過
して高い偏波消光比を持つため、偏波面保存型の光ファ
イバ通過後に高い偏波消光比を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１を示す構成図であ
る。

【図２】 レンズホルダ１５の断面図である。

【図３】 偏波消光比の温度特性を示す図である。

【図４】 この発明の実施の形態２を示すレンズホルダ
１６の断面図である。

【図５】 この発明の実施の形態３を示すレンズホルダ
１７の断面図である。

【図６】 この発明の実施の形態４を示すレンズホルダ
１８の断面図である。

【図７】 この発明の実施の形態５を示すレンズホルダ
１９の断面図である。

【図８】 この発明の実施の形態５の構成図である。

【図９】 この発明の実施の形態６を示すレンズホルダ
２２の断面図である。

【図１０】 この発明の実施の形態７の構成図である。

【図１１】 この発明の実施の形態７のレンズ２３を示
す斜視図である。

【図１２】 この発明の実施の形態７のレンズホルダ２
４を示す断面図である。

【図１３】 この発明の実施の形態８の構成図である。

【図１４】 フェルールチップ７の端面からの距離と偏
波消光比との関係を示す図である。

【図１５】 ねじ１０の締め付けトルクと偏波消光比と
の関係を示す図である。

【図１６】 この発明の実施の形態１０の構成図であ
る。

【図１７】 従来のレーザダイオードモジュールの構成
図である。

【符号の説明】

１ レーザダイオード、２ 出射光、３ レンズ、５
光ファイバ、６ 心線、７ フェルールチップ、８ フ
ェルール、１０ ねじ、１５ レンズホルダ、１６ レ
ンズホルダ、１７ レンズホルダ、１８ レンズホル
ダ、１９ レンズホルダ、２０ 第２のホルダ、２２
レンズホルダ、２３ レンズ、２４ レンズホルダ、２
５ フェルールホルダ、２６ 偏光子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−47086（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−195811（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−218773（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−168064（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−104154（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−84158（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−310807（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−300943（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−109944（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−11149（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−291211（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−246617（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−206674（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−120783（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−68906（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−65908（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−32307（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−161207（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−8707（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−50806（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−108506（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 6/42 - 6/43 H01S 5/022 - 5/026 H01L 33/00 G02B 7/02

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光半導体素子と、 偏波面保存型の光ファイバと、 前記光半導体素子と前記光ファイバとを光学的に結合す
   るレンズと、 前記光半導体素子を保持するパッケージと、 前記光ファイバを保持するフェルールホルダと、 前記レンズの外周を内周で固定する内側の筒、 一端面が前記パッケージに溶接されて他端面が前記フェ
   ルールホルダに溶接されるとともに前記内側の筒の外周
   よりも外側に、内側の筒と空隙を有して配置された外側
   の筒、 および前記外側の筒の一端面の溶接部と前記外側の筒の
   他端面の溶接部との間であって、当該溶接部から離間し
   て配置されるとともに、前記レンズを間に挟む位置に設
   けられ、前記内側の筒と前記外側の筒とを一体的に接続
   する接続部とを有するレンズホルダとを備え、前記接続部の幅は前記内側の筒の幅よりも小さいことを
   特徴とする 光結合装置。
2. 【請求項２】 前記レンズを固定する筒の熱膨張係数を
   レンズの熱膨張係数とほぼ等しくした請求項１記載の光
   結合装置。