JP4593022B2

JP4593022B2 - 光デバイス組立方法

Info

Publication number: JP4593022B2
Application number: JP2001209447A
Authority: JP
Inventors: 尚野呂田
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2001-07-10
Filing date: 2001-07-10
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2021-07-10
Also published as: JP2003021757A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光デバイスの組立方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から様々な光デバイスが開発されており、その一つに図６に示す光デバイス（ＬＤモジュール）がある。図６に示す光デバイスは、発光素子（レーザーダイオード：ＬＤ）Ａと、光ファイバＢが挿通固定されたフェルールＣとがパッケージＤ内に収容され、フェルールＣはそれに挿通固定されている光ファイバＢと前記発光素子Ａとが光結合可能な位置で固定部品Ｅにレーザー溶接されている。この種の光デバイスを組立てる場合は、図７に示すように、フェルールＣと固定部品Ｅとの接点のうち、フェルールＣに挿通固定されている光ファイバＢを挟んで対向する２以上の接点（溶接点）Ｆにレーザー光を照射して両者をレーザー溶接する。この際、図８に示すように、前記溶接点Ｆとレーザー光の焦点とが一致するように、レーザー光を出射するレーザーヘッドＧと溶接点Ｆとの間の距離を調整している。何故なら、レーザー光はその焦点においてエネルギー密度が最大となり、溶接点Ｆの溶け込みが良好になると目されていたからである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、実際には一方又は双方のレーザーヘッドＧが所定位置からズレていたり、固定部品Ｅの寸法にバラツキがあったりするため、前記溶接点Ｆとレーザー光の焦点とが一致しない場合が多々ある。例えば図９に示すように、一方のレーザーヘッドＧから出射されたレーザー光の焦点は溶接点Ｆに一致しているが、他方のレーザーヘッドＧから出射されたレーザー光の焦点が溶接点ＦよりもレーザーヘッドＧ側（手前）にズレてしまうことがある。また、図１０に示すように、他方のレーザーヘッドＧから出射されたレーザー光の焦点が溶接点Ｆを挟んでレーザーヘッドＧと反対側（先方）にズレてしまうこともある。ここで、レーザー光はその焦点においてエネルギー密度が最大となるので、前記のように一方のレーザー光の焦点が一方の溶接点Ｆに一致し、他方のレーザー光の焦点が溶接点Ｆからズレていると、両溶接点Ｆにおけるレーザー光のエネルギー密度の差が顕著になる。また、同様の理由から２つのレーザー光のバランスが悪い場合（夫々のレーザー光のエネルギー密度が異なる場合や焦点の形状が歪んでいる場合など）、その影響が溶接点Ｆにおいて顕著に現われる。さらに、２つの溶接点Ｆに照射されたレーザー光のエネルギー密度に差がある場合、フェルールＣはよりエネルギー密度の高いレーザー光が照射された溶接点Ｆの側へ引っ張られる。この結果、フェルールＣが位置決めされた位置から横ズレし、発光素子Ａ（図６）と光ファイバＢとの光結合が劣化してしまう。特に、フェルールＣに挿通固定されている光ファイバＢがレンズドファイバである場合は、許容されるフェルールＣの位置ズレ量が極めて小さい。従って、許容される位置ズレ量の範囲内でフェルールＣを固定することは非常に困難であった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本件出願の光デバイス組立方法の一つは、光部品と、光ファイバが挿通固定された円筒状のフェルールとを備え、フェルールはそれに挿通固定されている光ファイバと前記光部品とが光結合可能な位置で固定部品にレーザー溶接されている光デバイスを組立てるための方法であって、前記フェルールと前記固定部品のレーザー溶接点である接点がフェルール周方向の側面部に２以上設けられるとともに、フェルールを挟んで対向する２個所の接点を１対とする接点の組み合わせが１又は２以上設けられるように、フェルールを固定部品に配置し、前記１対を構成する２個所の接点に、異なるレーザーヘッドから出射された２以上のレーザー光を同時に照射して、前記フェルールと前記固定部品を前記接点でレーザー溶接し、レーザー溶接する際に、各レーザー光の焦点を、前記１対を構成する２個所の接点間でレーザー光のエネルギー密度に大差が生じないように、各接点位置よりもレーザー光の照射方向手前側又はこれとは反対側のいずれかのうち、同じ側に位置させるものである。
【０００５】
本件出願の光デバイス組立方法の他の一つは、接点に照射されたレーザー光の直径が焦点における該レーザー光の直径の１．３倍以上となるように、レーザーヘッドと接点との間の距離を設定するものである。
【０００６】
本件出願の光デバイス組立方法の他の一つは、各接点にその真上又は斜め上からレーザー光を照射するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本発明の光デバイス組立方法は、例えば、図１に示す光デバイスを組立てる際に用いられる。図１に示す光デバイスは光通信用のレーザーダイオードモジュール（以下「ＬＤモジュール」）であり、次のような構成を有する。
【０００８】
図１に示すＬＤモジュールは、金属製のパッケージ１を有している。パッケージ１内にはベース２が配置固定され、そのベース２の固定部にヒートシンク３を介して発光素子４が配置固定されている。また、レンズドファイバ（先端面にレンズが形成された光ファイバ）５の先端側が前記パッケージ１の側壁に設けられた挿入部６からパッケージ１内に挿入され、レンズ加工された先端面７が前記発光素子４と調心状態で対向している。尚、発光素子４とレンズドファイバ５の先端面７とは、励振効率（光結合効率）が最大になる位置で対向している。パッケージ１は、例えば、その底板８がＣｕＷにより形成され、その他の部分がＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金により形成されている。底板８上には、発光素子４の温度制御を行うサーモモジュール９が配置されており、そのサーモモジュール９の上に前記ベース２が配置固定されている。
【０００９】
前記ベース２には、単体の固定部品１０及び別体の２つの固定部品１１、１２（図１には一方の固定部品１１のみ図示）を介して第１フェルール１３が固定されており、その第１フェルール１３には前記レンズドファイバ５の先端側が挿通固定されている。第１フェルール１３の後端側には該第１フェルール１３と間隔をおいて第２フェルール１４が配置されており、第２フェルール１４にはレンズドファイバ５の途中部が挿通固定されている。第２フェルール１４は前記パッケージ１の挿入部６に挿入されている。第２フェルール１４は、パッケージ１に設けられたフェルール嵌合部１５を介してパッケージ１の側壁に固定されている。尚、第１フェルール１３と第２フェルール１４との間のレンズドファイバ５には、その表面に金属メッキが施されている。この金属メッキ部１６の一端側は半田１７によって第２フェルール１４に固定され、第２フェルール１４は、半田１８によってフェルール嵌合部１５に固定されている。即ち、レンズドファイバ５の金属メッキ部１６が第２フェルール１４に半田固定され、かつ、第２フェルール１４がフェルール嵌合部１５に半田固定されることにより、パッケージ１内は気密状態を成している。
【００１０】
以上の構成を有するＬＤモジュールを本発明の光デバイス組立方法によって組立てるには次のようにする。もっとも、本発明の光デバイス組立方法は、前記第１フェルール１３を固定部品１０、及び固定部品１１、１２に固定する工程に特徴を有するので、該工程についてのみ説明し、他の工程の説明は省略する。
（１）図２（ａ）（ｂ）に示すように、前記第１フェルール１３の接合端面寄りを固定部品１０の対向する一対のアーム２０、２１の間にセットする。ここで、第１フェルール１３は光軸方向（Ｚ軸方向）を高さ方向とする円筒形をしている。また、固定部品１０の一対のアーム２０、２１は、第１フェルール１３の直径と略同一の間隔で対向しており、夫々のアーム２０、２１はＸ軸及びＺ軸を含む平坦な上面２０ａ、２１ａを備えている。従って、両アーム２０、２１の間に第１フェルール１３をセットすると、該フェルール１３が両アーム２０、２１の間に保持される。このとき、第１フェルール１３の円筒側面部と夫々のアーム２０、２１の上面２０ａ、２１ａとの間に接点２２、２３が形成される。尚、第１フェルールと各アーム２０、２１とは接点２２、２３において厳密に接触しておらず、両者の間には多少の隙間（数〜数十μｍ）が存在する。しかし、本明細書ではこのような場合も説明の便宜上接点と称する。
（２）第１フェルール１３の位置を調整して、該フェルール１３に挿通固定されているレンズドファイバ５と発光素子４（図１）とを調心する。具体的には、レンズドファイバ５と発光素子４との励振効率（光結合効率）が最大になるように両者を調心する。
（３）図２（ａ）（ｂ）に示す各アーム２０、２１と第１フェルール１３との接点（溶接点）２２、２３にレーザー光（例えばＹＡＧレーザー）を斜め上から同時照射して、両者をレーザー溶接する。このとき、溶接点２２、２３に照射されるレーザー光の焦点が該溶接点２２、２３から外れるように、各レーザーヘッドと各溶接点２２、２３との間の距離を予め調整しておく。具体的には、図３に示すように、レーザー光の焦点が溶接点２２、２３よりもレーザーヘッド３０、３１側（手前側）に位置するように、該レーザーヘッド３０、３１と溶接点２２、２３との間の距離を調整しておく。または、図４に示すように、レーザー光の焦点が溶接点２２、２３を挟んでレーザーヘッド３０、３１とは反対側（先方）に位置するように、該レーザーヘッド３０、３１と溶接点２２、２３との間の距離を調整しておく。ここで、第１フェルールと各アーム２０、２１とは、溶接点２２、２３において厳密に接触してはいないが、該溶接点２２、２３にレーザー光を照射すると、第１フェルール１３と各アーム２０、２１との間に架橋部が形成される。
（４）前記架橋部を支点として第１フェルール１３の後部を振って、第１フェルール１３と発光素子４とを再度調心する。
（５）図５（ａ）（ｂ）に示すように、第１フェルールの後部寄りを２つの固定部品１１、１２で両外側から挟着保持する。ここで、夫々の固定部品１１、１２もＸ軸及びＺ軸を含む平坦な上面１１ａ、１２ａを備えている。従って、両固定部品１１、１２によって第１フェルール１３を挟着保持すると、該フェルール１３の円筒側面部と夫々の固定部品１１、１２の上面１１ａ、１２ａの間に接点２４、２５が形成される。尚、各固定部品１１、１２は接点２４、２５において第１フェルール１３を両側から強く押しており、両者の間に隙間は存在しない。
（６）前記接点２４、２５に２つのレーザーヘッドから出射された２つのレーザー光を斜め上から同時照射する。これにより、第１フェルール１３と各固定部品１１、１２とは固定部品１０側と同様に溶接固定される。このときも、前記図３又は図４に示すようにして、溶接点２４、２５に照射されるレーザー光の焦点が該溶接点２４、２５から外れるように、レーザーヘッド３０、３１と溶接点２４、２５との間の距離を予め調整しておく。
【００１１】
以上のように、本発明の光デバイス組立方法では、溶接点２２及び２３、又は２４及び２５に同時照射される２つのレーザー光の焦点を共にそれら溶接点２２〜２５よりも照射方向手前側又はこれとは反対側のいずれかのうち、同じ側に外す。これによって、夫々のレーザーヘッド３０、３１から出射されたレーザー光のエネルギー密度が異なったり、焦点形状に歪みがあったりしても、各溶接点２２〜２５におけるそれらの影響が小さくなる。特に、レーザー光が同時照射される溶接点２２と２３の間、又は溶接点２４と２５の間における溶接による凝固収縮量のバラツキを小さく抑えることができる。さらに、固定部品１０、１１、１２の寸法（特に図２、図５に示すＹ軸方向における寸法）に誤差があって、レーザーヘッド３０、３１と各溶接点２２〜２５との間の距離が多少変化したとしても、それら溶接点２２〜２５に照射されるレーザー光のエネルギー密度に大差が生じることがなくなる。また、各溶接点２２〜２５に照射されるレーザー光の形状を真円と仮定すると、その面積はπｒ^２（ｒ：溶接点に照射されたレーザー光の半径）となり、単位面積当りの光エネルギー密度はＥ／πｒ^２となる。従って、レーザー光の焦点を各溶接点２２〜２５から外すことによって、それら溶接点２２〜２５に照射されるレーザー光の半径を大きくすれば、レーザー光の光エネルギー量が多少異なっても、その密度はほぼ同一となる。以上のような観点からは、各溶接点２２〜２５に照射されるレーザー光の直径が焦点における直径の１．３倍以上となるように、レーザーヘッド３０、３１と各溶接点２２〜２５との間の距離を調整する（レーザーヘッド３０、３１を各溶接点２２〜２５に近付けるか、遠ざける）ことが望ましい。
【００１２】
本実施形態では、レーザー溶接される２部品（フェルールと固定部品）の接点に、斜め上からレーザーを照射している。接点とそこに照射されるレーザー光の照射方向がかかる関係にある場合には、一方又は双方の部品の加工精度がレーザー溶接による固定精度に大きな影響を与える。特に、前記２つの固定部品１１、１２は別体であるため、両者の寸法が異なることが多々あり、この寸法誤差がレーザー溶接による固定精度を劣化させる虞がある。しかし、レーザー光の焦点を接点から外す本発明によれば、部品の加工精度に起因する固定精度の劣化を軽減することができる。
【００１３】
本実施形態では、前記接点２２、２３において第１フェルール１３と固定部品１０との間に若干の隙間を設けることによって、該フェルール１３の再調心を可能としている。この場合、前記隙間が原因となって第１フェルール１３に横ズレ（図２のＸ軸方向への位置ズレ）が発生し易い。しかし、レーザー光の焦点を接点から外す本発明によれば前記横ズレを効果的に抑制することができる。また、前記接点２４、２５における第１フェルール１３と固定部品１１、１２との間に隙間はないものの、前記と同様の横ズレが発生する可能はある。しかし、本発明によればこの横ズレも効果的に抑制することができる。
【００１４】
図１に示す光デバイスを組立てるために必要な工程のうち、前記工程以外の工程は既存の工程であってもよく、新規な要素を含む新たな工程であってもよい。また、光ファイバと光結合可能な光部品は、前記発光素子以外の他の光部品であってもよい。もっとも、光部品が発光素子であり、光ファイバがフェルールに挿通固定されたレンズドファイバである場合は、両者に高い位置決め精度が要求されるので、本発明の光デバイス組立方法によってフェルールの位置ズレを防止することが望ましい。
【００１５】
【発明の効果】
本件出願の光デバイス組立方法は、２以上のレーザーヘッドから出射された２つのレーザー光をフェルールと固定部品との間の異なる２以上の接点に夫々照射して両者をレーザー溶接する際に、各レーザー光の焦点を各接点から外すので、次のような効果を有する。即ち、レーザー光はその焦点において光エネルギー量が最大になる。従って、レーザー光の焦点をフェルールと固定部品との接点から外せば、夫々のレーザーヘッドの出力にバラツキがあっても、各接点に照射されるレーザー光のエネルギー密度に大差が生じない。また、固定部品の寸法誤差に起因して各レーザーヘッドと各接点との間の距離が多少変化してもその影響が小さくなる。さらに、レーザー光の焦点形状に歪みがあっても、接点においてその影響が顕著に現われることがない。以上の効果によって、夫々の接点に照射されるレーザー光のエネルギー密度がほぼ均一になる。従って、各接点に照射されたレーザー光のエネルギー密度差に起因してフェルールが横ズレすることがなく、フェルールは予め位置決めされた位置に固定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光デバイス組立方法によって組立られる光デバイスの一例を示す説明図。
【図２】（ａ）はフェルールの先端側を固定部品にセットした状態を示す平面図、（ｂ）は同側面図。
【図３】フェルールと固定部品との溶接点にレーザー光を照射した状態を示す説明図であって、レーザー光の焦点を溶接点の手前に設定した場合の図。
【図４】フェルールと固定部品との溶接点にレーザー光を照射した状態を示す説明図であって、レーザー光の焦点を溶接点の先方に設定した場合の図。
【図５】（ａ）はフェルールの後端側を固定部品にセットした状態を示す平面図、（ｂ）は同側面図。
【図６】光デバイスの一例を示す説明図。
【図７】図６に示す固定部品に同図に示すフェルールをセットした状態を示す平面図。
【図８】固定部品とフェルールとの接点にレーザー光を照射した状態を示す説明図であって、レーザー光の焦点と前記接点とが一致している場合の図。
【図９】固定部品とフェルールとの接点にレーザー光を照射した状態を示す説明図であって、レーザー光の焦点が前記接点より手前にズレている場合の図。
【図１０】固定部品とフェルールとの接点にレーザー光を照射した状態を示す説明図であって、レーザー光の焦点が前記接点より先方にズレている場合の図。
【符号の説明】
１パッケージ
２ベース
３ヒートシンク
４発光素子
５光ファイバ（レンズドファイバ）
６挿入部
７光ファイバの先端面
８底板
９サーモモジュール
１０固定部品
１１固定部品
１２固定部品
１３第１フェルール
１４第２フェルール
１５フェルール嵌合部
１６金属メッキ部
１７半田
１８半田
２０アーム
２１アーム
２２〜２５固定部品とフェルールとの溶接点
３０レーザーヘッド
３１レーザーヘッド

Claims

光部品と、光ファイバが挿通固定された円筒状のフェルールとを備え、フェルールはそれに挿通固定されている光ファイバと前記光部品とが光結合可能な位置で固定部品にレーザー溶接されている光デバイスの組立て方法であって、
前記フェルールと前記固定部品のレーザー溶接点である接点がフェルール周方向の側面部に２以上設けられるとともに、フェルールを挟んで対向する２個所の接点を１対とする接点の組み合わせが１又は２以上設けられるように、フェルールを固定部品に配置し、
前記１対を構成する２個所の接点に、異なるレーザーヘッドから出射されるレーザー光を同時に照射して、前記フェルールと前記固定部品を前記接点でレーザー溶接し、
レーザー溶接する際に、各レーザー光の焦点を、前記１対を構成する２個所の接点間でレーザー光のエネルギー密度に大差が生じないように、各接点位置よりもレーザー光の照射方向手前側又はこれとは反対側のいずれかのうち、同じ側に位置させたことを特徴とする光デバイス組立方法。
接点に照射されたレーザー光の直径が焦点における該レーザー光の直径の１．３倍以上となるように、レーザーヘッドと接点との間の距離を設定することを特徴とする請求項１記載の光デバイス組立方法。
各接点にその真上又は斜め上からレーザー光を照射することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光デバイス組立方法。