JPH01243008A - 光結合体付光電子装置およびその製造方法 - 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〕 本発明は光結合体付光電子装置、たとえば、半導体レー
ザ装置と光フアイバコネクタを結合させた光結合体付光
電子装置に係り、特にシングルモード光ファイバを案内
するレセプタタルと半導体レーザ装置とを接続する技術
に通用して好適な技術に関する。

〔従来の技術］ 光フアイバ通信の光源および受光器として、半導体レー
ザ装置２発光ダイオード装置すよびホトダイオード装置
が使用されている。これら半導体レーザ装置１発光ダイ
オード装置およびホトダイオード装置等の光電子装置と
、光ファイバ（光フアイバケーブル）との接続には、−
Ｃに相互に対となるレセプタクルと光コネクタ等の光結
合体が使用されている。

半導体レーザ装置と光ファイバとの結合接衝に関しては
、たとえば、昭和５７年度電気通信学会総合全国大会論
文集、８−３５１、忠２３１１、［球レンズ付レセプタ
クルとそれを用いた光デバイスＪに記載されているよう
に、マルチモードファイバとの結合においては、位置ズ
レ余裕度があるため、レジンによる接合にて十分との報
告がなされている。レセプタクル型パッケージとシング
ルモードファイバに関する報告はまだない。

〔発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術による半導体レーザ素子と光ファイバとの
結合は、マルチモードファイバの場合、光軸から１０μ
ｍ程度ずれても光出力変動は１ｄＢ程度である。また、
半導体レーザ装置のパンケージとレセプタタルとの組立
における固定には主にレジンが使われていた。

しかし、シングルモードファイバの場合、光軸から１μ
ｍずれると、光出力はＩｄＢ変動するため、半導体レー
ザ装置とレセプタタルとの固定はより一層高精度が要求
される。したがって、従来のようなレジンによる接合で
は信輔性上十分でなく、たとえば、ＹＡＧ溶接等の溶接
による固定技術が必須となってきている。

ところで、この溶接によって接合された場合、溶接以後
の半導体レーザチップに対するシングルモードファイバ
の位置関係の信頼性は問題ないが、溶接待発生する熱に
よる位置ずれのために、所定の光出力を得られないとい
う問題が生ずることが本発明者によってあきらかにされ
た。すなわち、レーザ溶接は、レーザ光の照射によって
１０００°Ｃ〜２０００℃という高温度が接合部に局部
的に加わるため、接合部に内在するストレスや、照射部
位置の影響等により位置ズレが生じたものと推定される
。

このようなことから、半導体レーザ装置と光ファイバを
案内するレセプタクルの結合の高歩留りが得られず、生
産上好ましくない。

本発明の目的は、レセプタクル等の光結合体と半導体レ
ーザ装置１発光ダイオード装置等の光電子装置とを高精
度で結合できる光結合体付光電子装置製造技術を提供す
ることにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規なりＦ徴は
、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるで
あろう。

〔課題を解決するための手段］ 本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を節単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、本発明の光結合体付光電子装置にあっては、
キャップの中央にマイクロレンズを有するキャン封止型
の半導体レーザ装置（光電子装置）と、光フアイバケー
ブルを案内するレセプタクル（光結合体）と、前記レセ
プタタルと前記半導体レーザ装置とを連結する取付ガイ
ドとからなっており、その組立にあっては、半導体レー
ザ装置のパッケージであるキャップに取付ガイドを挿入
してその先端をパンケージのステムにリングウェルド溶
接にて固定した後、前記取付ガイドの他端をレセプタク
ルの底面に当て、この状態で半導体レーザ素子とレセプ
タタルとの光軸合わせを行う、そして、この光軸合わせ
時のレセプタタルに対する半導体レーザ装置の相互の位
置をマーク等を付けて記憶させ、その後、レセプタタル
の平坦な底面に穴加工を施すとともに、この穴に嵌合す
るように取付ガイドの他端外周を切削し、取付ガイド他
端を前記穴に嵌合させる。その後、嵌合部分にＹＡＧレ
ーザによるレーザ光を照射してレーザ？容接する。

なお、前記取付ガイドの長さは、あらかじめ所定のもの
が用意されている。

〔作用〕

上記した手段によれば、キャップの天井部分からレーザ
光を発光するキャン封止型の半導体レーザ装置と、光フ
アイバケーブルを案内するレセプタクルとを、円筒状の
取付ガイドを用いて連結した本発明の光結合体付光電子
装置は、その製造にあって、前記取付ガイドの一端を前
記半導体レーザ装置のキャップ部分に挿入するようにし
てステムに接触させてリングウェルド溶接で固定した後
、前記取付ガイドの他端をレセプタクルの底面に当て、
この状態で半導体レーザ素子とレセプタタルとの光軸合
わせを行い、取付ガイドとレセプタタルとの嵌合部分の
穴および軸加工を行い、その後両者を嵌合させかつ嵌合
部分をレーザ溶接によって固定するため、レーザ溶接時
の熱によっても取付ガイドとレセプタクルとは嵌合状態
故にその位置関係を損なわれることはない。したがって
、半導体レーザ装置とレセプタタルとの高精度な固定が
達成できる。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明の一実施例について説明する
。

第１図は本発明の一実施例によるレセプタクル付光電子
装置の要部を示す一部を切り欠いた断面図、第２図は同
じくレセプタタル付光電子装置の製造工程を示すフロー
チャート、第３図は同じく光電子装置に取り付けられた
取付ガイドとレセプタタルとの位置決め状態を示す断面
図、第４図は同じく切削加工によって取付ガイドとレセ
プタクルに嵌合部分を形成した状態を示す一部の断面図
、第５図は同じく嵌合部分をレーザ溶接した状態を示す
一部の断面図、第６図は同じく拡大断面図である。

この実施例では、光通信における発信用の光源として用
いられる光結合体付光電子装置、すなわち、光結合体と
してのレセプタクルを取り付けた光電子装置（レセプタ
クル付光電子袋Ｗ）の製造に本発明を適用した例につい
て説明する。

本発明によるレセプタクル付光電子装置１は、第１図に
示されるように、半導体レーザ装置（光電子装置）２と
、図示しない光コネクタが取り付けられるレセプタクル
３と、このレセプタクル３と光電子装置２を連結する管
状の取付ガイド４とからなっている。

前記半導体レーザ装置２は金属円板からなるステム１０
の上面（主面）中央部に金属製のヒートシンクＩＩを鑞
材で固定した構造となっている。

ヒートシンク１１の一側面にはサブマウント１２を介し
て半導体レーザ素子（レーザチップ）１３が固着されて
いる。このレーザチップ１３はその上端および下端から
それぞれレーザ光１４を発光する。前記ステム１０の主
面には受光素子１５が固定されている。この受光素子１
５はレーザチップ１３の下端から放射されるレーザ光１
４を受光し、光出力を検出するモニター素子となってい
る。

前記ステム１０には３本のり一部１６が取付けられてい
る。１本のリード１６はステム１０に電気的にも接続さ
れ、他の２本のリード１６はステム１０を貫通し、かつ
ステムｌＯに対して絶縁的に固定されている。この貫通
状態の２本のリード１６の上端はそれぞれワイヤ１７を
介してレーザ装・ンブ１３または受光素子１５の各電極
に電気的に接続されている。

一方、ステム１０の天井部に円形の窓１Ｂを有する金属
製のキャップ１９が気密的に固定され、前記ヒートシン
ク１１、レーザチップ１３、受光素子１５、リード１６
上端部、ワイヤ１７等を封止している。前記キャップ１
９の天井部には窓１８を塞ぐレンズ２０が気密的に固着
されている。

したがって、レーザチップ１３の上端から発光したレー
ザ光１４はこのレンズ２０を通過してステム１０とキャ
ップ１９とによって形成されたパッケージ外に発光され
る。

このような半導体レーザ装Ｗ２には管状の取付ガイド４
が取り付けられる。取付ガイド４は金属管からなり、前
記半導体レーザ装置２のキャップ１９に遊嵌できる大き
さとなり、端面を前記ステム１０にリングウェルドによ
って固定されている。

他方、前記取付ガイド４の他端が固定されるレセプタク
ル３は、すなわち、図ではレセプタクルプラグ２１を示
すが、このレセプタタルプラグ２１は、光コネクタのフ
ェルール部が挿入される円筒部２２と、円筒部２２の底
のフェルールを突き当てる透孔２３をもった止まり部２
４からなっている。なお、止まり部２４の周囲には平坦
なフランジ２５が延在している。そして、第４図に示さ
れるように、前記レセプタクル３の底、すなわち、止ま
り部２４の平坦な底面に設けられた穴２６に取付ガイド
４の段付軸部からなる嵌合部２７が嵌合されている。ま
た、この嵌合部２７はレーザ溶接によって一体化されて
いる。なお、レーザ溶接部２８は第１図では黒丸で示し
である。

このようなレセプタクル付光電子装置１にあっては、一
対のり一部１６に所定の電圧を印加すると、ステム１０
とキャップ１９からなるパッケージ内に配設されたレー
ザチップ１３からレーザ光１４を発光する。このレーザ
光１４はレンズ２０および透孔２３を通過し、円筒部２
２および止まり部２４によってガイドされた光コネクタ
の図示しない光ファイバに取り込まれるようになってい
る。

つぎに、このようなレセプタクル付光電子装置１の組立
（製造）方法について説明する。レセプタタル付光電子
装置１は、第２図のフローチャートに示されるように、
取付ガイド選択、リングウェルド、光軸合わせ、嵌合部
切削加工、嵌合・レーザ溶接なる工程を経て製造される
。

最初に、取付ガイド４が選択される。取付ガイド４は、
あらかじめ相互に寸法が異なるものが複数用意され、必
要に応じて選択されて使用される。

また、この取付ガイド４は、溶接前に段付状に切削加工
されることから、その先端の加工長さ（ａ）をも加えた
長さとなっている。また、この長さ（ａ）は、その付加
によって、前記取付ガイド４を介しての半導体レーザ装
Ｗ２とレセプタクル３との光軸合わせに悪影響を与えな
いようになっている。すなわち、この長さ（ａ）は、前
記レンズ２０の焦点深度内の長さとなっている。そして
、このレセプタタル付光電子装置ｌの組立にあっては、
光結合効率を最大にできる長さの取付ガイド４を、前記
取付ガイド４群の中から選択する。なお、この取付ガイ
ド４の両端は平坦な摺動面となっている。

つぎに、前記取付ガイド４が半導体レーザ装置２にリン
グウェルによって固定される。取付ガイド４は、第３図
に示されるように、半導体レーザ装置２のキャップ１９
に挿入され、その一端を半導体レーザ装置２のステム１
０上に重ねられ、リングウェルドでステム１０に固定さ
れる。この溶接は特に高精度の位置合わせを必要としな
い。

つぎに、第３図に示されるように、取付ガイド４が取り
付けられた半導体レーザ装置２を、三次元的に移動制御
自在なステージ２９上に載置する。

他方、レセプタクル３を図示しない固定台に固定する。

その後、前記取付ガイド４の上端（他端）面をレセプタ
クル３の平坦な底面に接触させた状態で前記ステージ２
９を移動調整して、レセプタクル３と半導体レーザ装置
２との位置合わせを行う、具体的には半導体レーザ装置
２を動作させてレーザチップ１３を発光させる。そして
、レセプタクル３に取り付けられた図示しない光ファイ
バに取り込まれる前記レーザ光１４が最大となる組み合
わせ位置を求める。

この光軸合わせにおいて、前記レーザチップ１３から出
たレーザ光１４は、レンズ２０を通り、レセプタタルプ
ラグ２１に装着されたファイバコネクタ端に入射されて
取り出される。コネクタに所定量の光量を取り出すため
には、レンズ２０を通してレーザ光１４を集光する必要
があるが、そのため光軸（Ｚ軸）に対して、Ｘ、Ｙ軸方
向のずれ余裕度は厳しく、１ｄＢ変動に対して約１μｍ
以内に光軸の位置ずれを抑えなければならない。

また、前記レーザチップ１３とレセプタクル３の光ファ
イバとの光結合状態を変動させないため（高信頬度の維
持）にも、前記半導体レーザ装置２とレセプタクル３を
連結する取付ガイド４は、その固定箇所は溶接が必要と
される。この溶接法には、たとえば、ＹＡＧレーザ溶接
を用いるが、溶接部位が１０００〜２０００″Ｃと局部
的に高温となることから、２物体間の熱膨張差および形
状圧力等により数μｍの位置ズレが生じ易い、そこで、
本発明では、以下のように、゛接続部分を嵌合構造とし
た後、溶接する。

すなわち、光軸合わせが終了して時点で、半導体レーザ
装置２に取り付けられた取付ガイド４とレセプタクル３
との位置関係をマークし、かつ記憶させる。そして、こ
のマークおよび記憶を基にして、第４図に示されるよう
に、レセプタクル３の底には、嵌合部の穴２６を設ける
とともに、取付ガイド４の上端（他端）を切削して嵌合
部２７、より具体的には段付軸２７を設ける。この際、
前記段付軸２７の長さは、前記ａなる寸法とし、第５図
および第６図に示されるように、段付軸２７の段差面が
前記穴２６の縁に当接した状態で最も光結合効率が高（
なるようにする、なお、前記穴２６の深さｂはｂ＞ａ状
態とし、取付ガイド４を嵌合した際の深さ方向に逃げを
有する構造とする。

つぎに、第５図に示されるように、前記止まり部２４の
段付軸２７をレセプタクル３の穴２６に嵌合させる。こ
の嵌合状態では、レーザチップ１３から発光されたレー
ザ光１４が、レセプタクル３の図示しない光ファイバに
最も多く取り込まれる状態となっている。

つぎに、前記嵌合部分にＹＡＧレーザ溶接によるレーザ
光３０を一時的に照射し、第６図に示されるように、レ
セプタクル３の底部と取付ガイド４のの母材を溶融させ
、レセプタクル３と取付ガイド４をレーザ溶接する。な
お、レーザ溶接部２８はクロスハツチングで示されてい
る。

このような実施例によれば、つぎのような効果が得られ
る。

（１）本発明のレセプタクル付光電子装置にあっては、
レセプタタルと半導体レーザ装置は取付ガイドを介在さ
せる構造となっているが、各部の接合はそれぞれ母材を
溶かして結合させた溶接構造となっているとともに、最
終的な溶接は、溶接に先立って光軸合わせが行われ、こ
の光軸合わせによるデータを基にして取付ガイドとレセ
プタクルの接続部が切削されて相互に嵌合部が形成され
、その後、両者の嵌合と、これに続くレーザ溶接により
両者が固定される結果、レーザ溶接時の熱の影響によっ
て両者の位置関係に狂いが生じることがない、したがっ
て、本発明によれば、光軸合わせ精度の高いレセプタク
ル付光電子装置を提供することができるという効果が得
られる。

（２）上記（１）により、本発明のレセプタクル付光電
子装置にあっては、レセプタタルと半導体レーザ装置は
取付ガイドを介在させる構造となっているが、各部の接
合はそれぞれ母材を溶かして結合させた溶接構造となっ
ていることから、従来のような樹脂で固定したものに比
較して、接合の信頼度が向上するという効果が得られる
。

（３）上記（１）により、本発明のレセプタクル付光電
子装置は、半導体レーザ装置とレセプタタルとの接合の
信頼度が高いことから、レセプタタルに取り付けられる
光ファイバと、半導体レーザ装置との光結合の信頼度が
向上するという効果が得られる。

（４）上記（１）により、本発明のレセプタクル付光電
子装置は、光通信システムの光源に使用した場合、高精
度に設定された半導体レーザ装置と光ファイバとの光結
合状態を損なうことなく維持できることから、通信シス
テムの信頼度が安定するという効果が得られる。

（５）本発明によればレセプタクル付光電子装置は、半
導体レーザ装置とレセプタタルならびに取付ガイドとか
らなっているが、レセプタタル付光電子装置の組立時、
光軸方向の寸法調整は、寸法がそれぞれ異なる複数の取
付ガイドから選択することによって行えるため、半導体
レーザ装置とレセプタクルを三次元的に位置調整でき、
光結合効率の高いレセプタクル付光電子装置を再現性良
く製造することができるという効果が得られる。

（６）上記（１）および（５）により、本発明によれば
、組立の再現性が高いことから、レセプタタル付光電子
装置の組立歩留りが向上し、製造コストの低減が達成で
きるという効果が得られる。

（７）上記（１）〜（６）により、本発明によれば、光
結合の信頼度の高いレセプタクル付光電子装置を安価に
提供することができるという相乗効果が得られる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。たとえば、前記実施例で
は、ＹＡＧレーザ溶接によってレセプタクル３と取付ガ
イド４を溶接したが、溶接はスポット的な溶接であって
も、あるいは前記ステージ２９上に載る半導体レーザ装
置２およびレセプタクル３を、レーザ光３０に対して相
対的に回転させて全周溶接するようにしてもよい。

また、本発明は取付ガイド４を半導体レーザ装置２に固
定した後、取付ガイド４とレセプタクル３を、嵌合部を
設けた後嵌合させかつ溶接したが、逆に、取付ガイド４
をレセプタクル３に固定しておいたのち、半導体レーザ
装Ｗ２のステム１０と取付ガイド４とを切削加工して相
互の嵌合部を形成し、その後、両者を嵌合させた後、嵌
合部分を溶接するようにしても前記実施例同様な効果が
得られる。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
を、その背景となった利用分野である光通信用光源とし
てのレーザチップ内蔵のレセプタタル付光電子装置の製
造技術に適用した場合について説明したが、それに限定
されるものではなく、光を発光する発光ダイオードチッ
プや光を受光する受光素子を内蔵するレセプタクル付光
電子装置の製造技術に適用できる。

〔発明の効果］ 本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。

本発明によれば、キャップの天井部分からレーザ光を発
光するキャン封止型の半導体レーザ装置と、光フアイバ
ケーブルを案内するレセプタクルとを、円筒状の取付ガ
イドを用いて連結した光結合体付光電子装置の製造にあ
っては、前記取付ガイドの一端を前記半導体レーザ装置
のキャップ部分に挿入するようにしてステムに接触させ
てリングウェルド溶接で固定した後、前記取付ガイドの
他端をレセプタクルの底面に当て、この状態で半導体レ
ーザ素子とレセプタタルとの光軸合わせを行い、取付ガ
イドとレセプタタルとの嵌合部分の穴および軸加工を行
い、その後両者を嵌合させがつ嵌合部分をレーザ溶接に
よって固定するため、レーザ溶接時の熱によっても取付
ガイドとレセプタクルとは嵌合状態故にその位置関係を
損なわれることはない、したがって、半導体レーザ装置
とレセプタタルとの高精度な固定が達成できる。また、
本発明のレセプタクル付光電子装置は、取付ガイドと半
導体レーザ装置およびレセプタタルとの固定は、溶接構
造となっていることから、光結合状態が溶接後も変動せ
ず信顧度が高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるレセプタクル付光電子
装置の要部を示す一部を切り欠いた断面図、 第２図は同じくレセプタクル付光電子装置の製造工程を
示すフローチャート、 第３図は同じく光電子装置に取り付けられた取付ガイド
とレセプタクルとの位置決め状態を示す断面図、 第４図は同じく切削加工によって取付ガイドとレセプタ
クルに嵌合部分を形成した状態を示す一部の断面図、 第５図は同じく嵌合部分をレーザ溶接した状態を示す一
部の断面図、 第６図は同じく拡大断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光電子装置と、光ファイバを案内する光結合体と、
   この光結合体と前記光電子装置を連結する取付ガイドと
   を有する光結合体付光電子装置であって、前記取付ガイ
   ドの一端は、前記光電子装置に固定されかつ他端は光結
   合体に相互に嵌合する穴と円筒軸との関係で接続されか
   つ固定されていることを特徴とする光結合体付光電子装
   置。 ２、レセプタクルに設けられた穴に、光電子装置に固定
   された取付ガイドの嵌合部が嵌合されかつ嵌合部分は溶
   接によって固定されていることを特徴とする光結合体付
   光電子装置。 ３、光電子装置と、光ファイバを案内する光結合体と、
   この光結合体と前記光電子装置を連結する取付ガイドと
   を有する光結合体付光電子装置の製造方法であって、前
   記取付ガイドの一端を光電子装置または光結合体に固定
   する工程と、前記光結合体と光電子装置との光軸合わせ
   を行う工程と、前記光軸合わせ工程で固定されていない
   前記光電子装置または光結合体と取付ガイド他端の光軸
   一致状態の位置相関を確認しかつ光軸一致状態に基づい
   て、取付ガイドの先端および光電子装置または光結合体
   を嵌合可能な状態にそれぞれ加工する工程と、前記取付
   ガイドの他端を光電子装置または光結合体に嵌合する工
   程と、前記嵌合部分を固定する工程とを有することを特
   徴とする光結合体付光電子装置の製造方法。