JPH01225910A - 光結合器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、発受光素子等の光学系と光ファイバ等の先導
波路とを光学的に結合させる光結合器、特にその光導波
路の固定方法に関するものである。

（従来の技術） 従来、このような分野の技術としては、第２図（ａ＞、
（ｂ）に示すようなものがあった。以下、図を用いてそ
の構成を説明する。

第２図（ａ）、（ｂ）は従来の光結合器を示すものであ
り、同図（ａ＞はその平面図及び同図（ｂ）はその断面
図である。

この光結合器は、光学系としての半導体レーザチップ（
以下、ＬＤチップという）１と光導波路としての光ファ
イバ２を光学的に結合するためのものである。ＬＤチッ
プ１は、ヒートシンク３を介してマウント４上に固定さ
れている。

ＬＤチップ１に対向する側のマウント４上には、導波路
固定部５が設けられている。この導波路固走部５上には
、光ファイバ２が半田６によって固定されている。光フ
ァイバ２はその光軸をＬＤチップ１の光軸に一致させて
設けられており、よってＬＤチップ１と光ファイバ２と
の光学的結合がなされている。

以上のように構成される光結合器を組み立てるには、先
ずマウント４上の所定位置にヒートシンク３を固定し、
その上にＬＤチップ１を固定する。

次いで、予めマウント４上に設けられている導波路固定
部５上に光ファイバ２を載置し、光ファイバ２とＬＤチ
ップ１との光学調整を行なう。この光学調整によって、
ＬＤチップ１に対する光ファイバ２の最も良い光結合効
率が得られるＬＤチップ１の光軸上に、光ファイバ２を
固定する。この固定は、半田６によって導波路固定部５
上に光ファイバ２を固着することによって行なわれる。

（発明が解決しようとする課Ｍ） しかしながら、上記構成の光結合器においては、光ファ
イバ２を半田６によって導波路固定部５に固定するに際
し、溶融した半田６は凝固、冷却時に収縮するため、光
ファイバ２がＬＤチップ１の光軸に対して垂直方向に位
置ずれを生じるという問題があった。このような位置ず
れを生じれば、光結合の温度特性に著しい悪影響を及ぼ
すことになる。

例えば、半田６に融点１８３℃、線膨張係数２６Ｘ１０
−６℃−１のＰｂ−３ｎ共晶半田を用いた場合、半田凝
固直後における導波路固定部５と光フアイバ２間の半田
６の厚さを０．５ｍｍとすれば、室温２５℃までに冷却
する間に半田６の収縮によって、光ファイバ２はＬＤチ
ップ１の光軸に対して垂直方向に約２μｍの位置ずれを
生じることになる。このような位置ずれを生じた場合の
影響を第３図に示す。

第３図は、先球半径１５μｍの先球光ファイバと半導体
レーザとの直接結合系において、光軸に対して垂直方向
に位置ずれを生じた場合の光結合変動量を示すものであ
る。図において、光学調整時に最適効率にあったものが
、前述のように２μｍの位置ずれを生じたとすれば、こ
の位置すれによる光結合変動量は一５ｄＢ程度にもなっ
てしまう。

さらに、このような位置ずれ状態で光ファイバが固定さ
れた場合、位置ずれに対する光結合変動量曲線の傾きが
大きいために、環境温度変化等による膨張、収縮による
位置ずれは、大きな光結合変動を引き起こすことになる
。例えば、最適効率状態で光ファイバが固定されていれ
ば、環境温度変化等によって１μｍの位置ずれを生じて
も、光結合変動量は−１，３ｄＢ程度であるが、既に１
μｍの位置ずれ状態で固定されている場合には、さらに
１μｍの位置ずれは一４ｄＢ程度の変動を生じ、温度特
性に大きな悪影響を及ぼす。

本発明は、前記従来技術がもっていた課題として、光フ
ァイバを導波路固定部に固定するに際し、半田の収縮に
よって光軸に対して垂直方向の位置ずれを生じる点につ
いて解決した光結合器を提供するものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、前記課題を解決するなめに、光学系が固定さ
れた光学系固定面及び前記光学系の光軸にほぼ平行に設
けられた導波路固定面を有するマウントと、前記導波路
固定面上に設けられ、前記光軸にほぼ垂直な第１の接合
面を有する一対のホルダ固定部材と、前記第１の接合面
に溶着金属によって固着される第２の接合面を有し、光
導波路がその光軸を前記第２の接合面にほぼ垂直方向に
向けて固定された導波路ホルダとで光結合器を構成し、
前記第１及び第２の接合面の面積をほぼ等しくすると共
に、前記光導波路の光軸を含み前記導波路固定面にほぼ
平行な平面、及び前記光導波路の光軸を含み前記導波路
固定面にほぼ垂直な平面に対し、前記第１及び第２の接
合面のいずれをも対称に設けたものである。

（作用） 本発明によれば、以上のように光結合器を構成したので
、ホルダ固定部材と導波路ホルダは、第１及び第２の接
合面を溶着金属で固着することによって光導波路を光学
系の光軸上に固定すると共に、前記溶着金属の凝固時に
おける収縮を前記光軸方向に行なわしめる働きをする。

これにより、光導波路の光軸に対する垂直方向の位置ず
れが防止され、光結合変動量を極力小さくすることがで
きる。加えて、面積がほぼ等しく、光導波路の光軸を含
む平面に対称に設けられた第１及び第２の接合面は、こ
れらに対する前記溶着金属の付着及び分布を均等ならし
め、前記位置ずれを減少させるように働く。

したがって、前記課題を解決することができる。

（実施例） 第１図は本発明の実施例を示す光結合器の最終組立て前
の斜視図、第４図は第１図の側面断面図、第５図は第１
図の正面断面図、及び第６図は第１図の光結合器の最終
組立て後の斜視図である。

第１図及び第４図において、この光結合器は光学系とし
て半導体レーザチップ（ＬＤチップ）１１を有し、これ
に光結合する光導波路として光ファイバ１２を備えたも
のである。これらは、マウント１３上において光結合さ
れている。

マウント１３に設けられた凸部上には、平面から成る光
学系固定面１４が形成されている。この光学系固定面１
４上には、ヒートシンク１５を介してＬＤチップ１１が
固定されている。ＬＤチップ１１前方のマウント１３に
は導波路固定面１６が形成されている。導波路固定面１
６はＬＤチップ１１の光軸に平行な平面を成すもので、
光学系固定面１４と平行に形成されている。

前記導波路固定面１６上には、逆り字形状を有する２個
のホルダ固定部材１７．１８が設けられている。ホルダ
固定部材１７．１８は互いに所定間隔を隔てて、導波路
固定面１６に直立して設けられており、２個で一対を成
すものである。ホルダ固定部材１７．１８のＬＤチップ
１１に対向する面の上部内方には、それぞれ第１の接合
面１７ａ、１８ａが設けられており、これらはＬＤチツ
ア１１の光軸に対し垂直面を成している。また、第１の
接合面１７ａ、１８ａのそれぞれの外側に隣接する同一
面上には、溶着金属例えば半田１９を配置するための配
設スペース１７ｂ。

１８ｂが形成されている。

前記ホルダ固定部材１７．１８の第１の接合面１７ａ、
１８ａ下方から導波路固定面１６に至る間には、それぞ
れ切欠部１７ｃ、１８ｃが形成されており、したがって
ホルダ固定部材１７．１８は前述のように逆り字形状を
有している。切欠部１７ｃ、１８ｃは第１の接合面１７
ａ、１８ｂの下方におけるホルダ固定部材１７．１８の
断面積を小さくするために形成されたもので、その形状
に当っては必ずしもホルダ固定部材１７．１８を切欠く
必要はなく、当初からボルダ固定部材１７゜１８を逆り
字形状に形成してもよい。

前記ホルダ固定部材１７．１８の間には、丁字形状を有
する導波路ホルダ２０が設けられる。丁字形状の胴部上
には光ファイバ１２が半田２１によって固定されている
。丁字形状の肩部には、その両端部付近において上方に
突起する突起部２０ａが形成されている。この突起部２
０ａを含む肩部の内側、即ちホルダ固定部材１７．１８
の第１の接合面１７ａ、１８ａに対向する側には、第２
の接合面２０ｂが形成されている。第２の接合面２０ｂ
は、第１の接合面１７ａ、１８ａとそれぞれ同一の面積
を有し、半田１９を用いて第１の接合面１７ａ、１８ａ
に固定されるためのものである。

前記導波路ホルダ２０の詳細な形状は第５図に示される
。第５図において、導波路ホルダ２０の中心位置には溝
２０ｃが形成され、その講２Ｏｃ内に光ファイバ１２が
固定されている。光ファイバ１２の光軸は導波路ホルダ
２０の上面に一致している。この光ファイバ１２の光軸
を含み前記導波路固定面１６に平行な平面、即ち図中の
Ｘ平面に対し、第２の接合面２０ｂは対称に設けられて
いる。また第２の接合面２０ｂは、光ファイバ１２の光
軸を含み導波路固定面１６に垂直な平面、即ち図中のＹ
平面に対しても対称に設けられている。

一方、ホルダ固定部材１７．１８の第１の接合面１７ａ
、１８ａも第２の接合面２０ｂと同様な関係にあり、前
記Ｘ平面及びＹ平面に対し対称に形成されている。また
、配設スペース１７ｂ。

１８ｂも、Ｘ、Ｙ平面に対し対称に設けられている。

以上のように構成された光結合器の組立ては、例えば次
のようにして行なわれる。

先ず、ホルダ固定部材１７．１８が設けられたマウント
１３を用意し、このマウント１３の光学系固定面１４上
Ｇ、：ヒートシンク１５を介してＬＤチップ１１を固定
する。次いで、予め光°ファイバ１２が固定された導波
路ホルダ２０をホルダ固定部材１７．１８間に配置し、
光ファイバ１２とＬＤチップ１１との光学調整を行なう
。光学調整により最も効率的な光結合がなされるように
双方の光軸を一致させ、その後導波路ホルダ２０をホル
ダ固定部材１７．１８に固定する。

この固定は、例えばＹＡＧレーザ等を半田１９に照射し
てこれを溶融させ、第１の接合面１７ａ。

１８ａと第２の接合面２Ｏｂ間を半田１９によって溶着
、固定する。このようにして組立てられた光結合器は第
６図に示される。

本実施例においては、次のような利点を有する。

（１）　光ファイバ１２のＬＤチップ１１に対する光結
合は、第１の接合面１７ａ、１８ａ第２の接合面２０ｂ
を半田１９で固定することにより行なわれる。それ故、
半田付けはＬＤチップ１１の光軸方向に対して行なわれ
るので、半田１９の凝固、冷却に伴う収縮は光軸方向で
発生する。したがって、光軸に対する垂直方向の光ファ
イバ１２の位置ずれを、極力抑えることができる。

（２）　第１の接合面１７ａ、１８ａと第２の接合面２
０ｂの面積を等しくし、しかも光ファイバ１２の光軸を
含むＸ平面及びＹ平面に対し、第１及び第２の接合面を
対称に配置したので、半田１９の溶融付着状態や溶融量
分布は均等になされる。これにより、ＬＤチップ１１の
光軸に垂直な方向に対する光ファイバ１２の位置ずれや
回転による位置ずれをさらに減少させることができる。

（３）　ホルダ固定部材１７．１８の第１の接合面１７
ａ、１８ａ下方から導波路固定面１６に至る間に切欠部
１７ｃ、１８ｃを形成したことにより、半田１９溶着部
からマウント１３への熱伝導が妨げられる。それ故、半
田１９溶融に際し、その溶着部に加えられた熱量は逃げ
にくくなり、均等な加熱を施すことができる。したがっ
て、均等な半田付けがなされ光ファイバ１２の位置ずれ
が防止できると共に、溶着部の信頼性を高めることがで
きる。

（４）　第１の接合面１７ａ、１８ａに隣接して半田１
９の配設スペース１７ｂ、１８ｂを設けたことにより、
半田付けを的確にしかも効率良く行なうことができる。

これによって、光ファイバ１２の位置ずれ防止と共に、
作業性も向上する。

上記利点により、光ファイバ１２の光軸に垂直方向の位
置ずれは実際に組立てられた光結合において激減し、従
来２μｍ程度の位置ずれが生じていたものを０．５μｍ
以内に抑えることができた。

これによって、例えば先球半径１５μｍの光ファイバに
おいては、第３図に示される如く光結合変動量を０．５
ｄＢ以内とすることが可能になり、高い光結合効率を有
する光結合器を得ることができる。

なお、本発明は図示の実施例に限定されず、種々の変形
が可能であり、例えば次のような変形例が挙げられる。

（イ）　第１図においては、光学系としてＬＤチップ１
１を用い、光導波路として光ファイバ１２を用いた光結
合器について示したが、他の組み合わせから成る光結合
器にも適用可能である。例えば、光学系として発光ダイ
オード、光変調器或は光増幅器等を用い、光導波路とし
て例えば半導体基板等に形成された一般的光導波路を使
用し、それぞれの組み合わせから成る光結合器にも本発
明を適用することができる。

（ロ）　前記光学系と光導波路の結合が単一または複数
個のレンズ等を介して行なわれる光結合器にも本発明の
適用が可能である。

（ハ）　ホルダ固定部材１７．１８に形成する切欠部１
７ｃ、１８ｃは、第１図に示される位置に限らず、例え
ば互いに対向するホルダ固定部材１７．１８の外側に設
けてもよい。また、配設スペース１７ｂ、１８ｂも第１
図以外の位置、例えば導波路ホルダ２０に設けることも
できる。

（ニ）　導波路ホルダ２０の形状は第５図のものを変形
し、例えば丁字形状の肩部上全面に突起部２０ａを形成
し、その中心に光ファイバ１２が貫通する開孔を設けて
もよい。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように本発明によれば、光学系の光
軸に垂直な第１の接合面を有するホルダ固定部材と、第
１の接合面に固定される第２の接合面を有する導波路ホ
ルダとを備えたので、溶着金属による光導波路の固定を
前記光軸方向に行なうことができる。これにより、光軸
に垂直な方向の光導波路の位置ずれを極力抑制すること
ができる。加えて、前記第１及び第２の接合面の面積を
ほぼ等しくし、これらを光導波路の光軸を含む平面に対
称に設けることによって、溶着金属の付着や分布が均等
になされるので、光導波路の位置ずれをさらに減少させ
ることができる。したがって、光結合効率を著しく高め
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す光結合器の最終組立て前
の斜視図、第２図（ａ＞、（ｂ）は従来の光結合器を示
し、同図（ａ＞はその平面図及び同図（ｂ）は断面図、
第３図は光軸に垂直方向の位置ずれを生じた光ファイバ
の光結合変動量を示す図、第４図は第１図の側面断面図
、第５図は第１図の正面断面図、第６図は第１図の光結
合器の最終組立て後の斜視図である。 １１・・・・・・半導体レーザチップ、１２・・開光フ
ァイバ、１３・・・・・・マウント、１６・・・・・・
導波路固定面、１７．１８・・・・・・ホルダ固定部材
、１７ａ、１８ａ・・・第１の接合面、１７ｂ、１８ｂ
・・・・・・配設スペース、１７ｃ、１８ｃ・・・・・
・切欠部、１９．２１・・・・・・半田、２０・・・・
・・導波路ホルダ、２０ｂ・・四節２の接合面。 出願人代理人　　柿　　本　　恭　　酸第１図 断面図 （ｂ） 従来のｆ：桔台器 第２図 第１図の側面断面図 第４図 γ 第１図の正面断面図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光学系が固定された光学系固定面及び前記光学系の光軸
   にほぼ平行に設けられた導波路固定面を有するマウント
   と、 前記導波路固定面上に設けられ、前記光軸にほぼ垂直な
   第１の接合面を有する一対のホルダ固定部材と、 前記第１の接合面に溶着金属によって固着される第２の
   接合面を有し、光導波路がその光軸を前記第２の接合面
   にほぼ垂直方向に向けて固定された導波路ホルダとを備
   え、 前記第１及び第２の接合面の面積をほぼ等しくすると共
   に、 前記光導波路の光軸を含み前記導波路固定面にほぼ平行
   な平面、及び前記光導波路の光軸を含み前記導波路固定
   面にほぼ垂直な平面に対し、前記第１及び第２の接合面
   のいずれをも対称に設けたことを特徴とする光結合器。