JPH01321413A

JPH01321413A - 光電子装置

Info

Publication number: JPH01321413A
Application number: JP63154717A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kozu; 孝一神津
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-06-24
Filing date: 1988-06-24
Publication date: 1989-12-27

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〕本発明は光電子装置、たとえば、レーザ光を発光（出射
）する半導体レーザ素子（レーザダイオードチツプ）、
あるいは半導体レーザ部を有する集積化光デバイス（Ｏ
ＥＩＣ）等のチップをパッケージ内に組み込み、かつパ
ッケージ周壁に貫通固定された光ファイバによって前記
レーザダイオードチップから発光されるレーザ光をパン
ケージの外部に伝送する構造の光電子装置に関する。

〔従来の技術〕

光通信用光源の一つとして、半導体レーザ装置が使用さ
れている。この光通信用レーザモジュール（半導体レー
ザ装置）については、たとえば、日立評論社発行「日立
評論Ｊ　１９８３年第１０号、昭和５８年１０月２５日
発行、Ｐ３９〜Ｐ４４に記載されている。この半導体レ
ーザ装置は半導体レーザ素子の共振器端面に光ファイバ
の先端が対向する、いわゆる直接対向方式として組み立
てられ、パッケージが箱型となる偏平形モジュールとし
て提供されている。この半導体レーザ装置は金属製ステ
ムの主面中央部を金属板からなるキャップで封止した構
造となっていて、内部に半導体レーザ素子（レーザダイ
オードチップ）およびこのレーザダイオードチップの共
振器端面から発光されるレーザ光の光出力を検出する受
光素子が内臓されている。また、この半導体レーザ装置
においては、１．３μｍ帯のレーザ光を発生するレーザ
ダイオードチップを内蔵させ、かつ光ファイバとしてシ
ングルモードファイバを使用していることによって、長
距離大容量の通信も可能となっている。

また、このような半導体レーザ装置におけるレーザダイ
オードチップと光ファイバとの間の光結合効率を向上さ
せる目的で、本出願人は、光ファイバの光結合端近傍部
分を支持する支持体（！ＰＩ整棒）をあらかじめ可撓性
構造としておき、レーザダイオードチップの固定および
光ファイバの固定後に、前記調整棒の頭部に外力を加え
て調整棒を動かして光フアイバ先端の位置を修正するこ
とによって、レーザダイオードチップと光ファイバとの
光軸を一致させる技術を提案（特開昭６０−４３８８９
０号に記載されている技術）している。

この構造は、第６図に示される味うに、半導体レーザ装
置のパッケージを構成するステム１の主面中央の台座部
２上に鑞材３を介してサブマウント４が固定されている
。また、このサブマウント４の上には鑞材５を介してレ
ーザダイオードチップ６が固定されている。このレーザ
ダイオードチップ６の両端の出射面からは、それぞれレ
ーザ光７を発光する。また、前記ステムｌのリング状封
止壁（周壁）８にはファイバガイド９が銀鑞１０を介し
て固定されている。このファイバガイド９は筒体となり
、その中心を貫く孔に光ファイバｌｌを案内している。

この図では、光ファイバ１１としては、石英のコア１２
と、このコアＩ２を被覆する石英のクラッド１３とから
なる芯線１４がファイバガイド９に挿入されている。ま
た、前記光ファイバ１１は固定材１５によってファイバ
ガイド９の内端に固定されている。また、前記台座部２
には支持体（！１１整捧）１６が銀鑞１７を介して固定
されている。この調整棒１６には、前記芯線１４を案内
する孔１８が設けられている。そして、この孔１８には
芯線１４が挿入され、かつ前記孔１８に充填された固定
材１９によって固定されている。また、前記孔１８を貫
通した芯線１４の先端の光結合端は、前記レーザダイオ
ードチップ６の出射面に対峙している。前記調整棒１６
は、その上端に外力を加えることによって下部の変形部
２０で変形するため、調整棒１６に支持されている芯線
１４の先端の光結合端の位置も変化する。

そこで、レーザダイオードチップ６に対する芯線Ｉ４の
先端の光結合端の最終的な位置調整は、前記調整棒１６
の変形調整によって行われる。

〔発明が解決しようとする課題〕

光フアイバ付半導体レーザ装置等の光電子装置にあって
は、レーザダイオードチップから発光されるレーザ光を
できるだけ高い効率で光ファイバに取り込むことが要求
される。この光結合効率を高くする構造として、前述の
ように光ファイバの光結合端近傍部分を変形調整ができ
る支持体（調整棒）で支持する構造が開発されている。

一方、本発明者は光フアイバ付半導体レーザ装置の信鯨
性向上の目的で、各種め試験や測定を行っている。そし
て、前記芯線１４をレジンを使用して調整棒１６に固定
した構造における温度サイクル試験において、芯線１４
の固定位置がずれ、レーザダイオードチップ６と光ファ
イバ１１の光結合端との間隔が変動し、これにより光結
合率が変動することを突き止めた。すなわち、芯線１４
は調整棒１６の孔１８に充填された固定材１９としての
レジンによって調整棒１６に固定されているが、繰り返
し発注する熱応力によって前記レジンと調整棒１６との
接着性が悪くなり、ついにはレジンが孔１８の内壁から
剥離し、固定材１９全体がずれてしまうことが判明した
。

本発明の目的は、光素子と光ファイバとの光結合状態が
変化し難い信鯨性が高い光電子装置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特徴は、
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
を簡単に説明すれば、下記のとおりであすなわち、本発
明の半導体レーザ装置にあっては、レーザダイオードチ
ップに先端の光結合端を対峙させる光ファイバは、その
光結合端近傍部分を調整棒に穿たれた孔に挿入されかつ
孔に充填されたレジンで固定されている。そして、前記
調整棒に設けられた孔は、その両端部分では外方向に徐
々に拡大するテーパ孔部となっている。孔に充填された
レジンは、このテーパ孔部にも充填されて硬化するため
、レジンの硬化によって形成された固定材の両端には外
径の大きな係止部がそれぞれ形成されることになる。

（作用〕上記した手段によれば、本発明の半導体レーザ装置にあ
っては、レーザダイオードチップに先端の光結合端を対
峙させる光ファイバは、その光結合端近傍部分を調整棒
に穿たれた孔に挿入されかつ孔に充填されたレジンで固
定されているが、前記調整棒に設けられた孔は、その嘴
端部分では外゛　方向に徐々に拡大するテーパ孔部とな
っているため、孔に充填されたレジンは、凹部となる前
記テーパ孔部では側方に突出した係止部となる。また、
この係止部は前記孔の軸方向にそれぞれ逆の方向に対し
て抜けない形状となっていることから、光ファイバ、す
なわち、芯線に熱応力が作用しても、また、レジンが孔
内壁から剥離しても、前記係止部が機械的なストッパー
となり、光ファイバの調整棒での支持位１が変動するよ
うなことは防止でき、レーザダイオードチップと光ファ
イバの光結合端との間隔を常に一定にすることができる
。

〔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半導体レーザ装置の要
部を示す断面図、第２図は同じく光ファイバの先端部の
支持状態を示す拡大断面図、第３回は同じく調整棒の正
面図、第４図は同じくキャップを取り外した半導体レー
ザ装置の平面図である。

この実施例ではシングルモードファイバ付半導体レーザ
装置（光電子装置）に本発明を適用した例について説明
する。

半導体レーザ装置は、第４図に示されるように、偏平形
モジュールとなっていて、パッケージ２１は、各部品を
その主面側窪みに組み込んだ箱型金属製のステム１と、
このステム１の窪み部分を塞ぐ金属製のキャップ２２と
によって形成されている。このパッケージ２１からは、
−本の光フアイバケーブル２３と、一対２＆ｌ１合計４
本のり一ド２４が突出した構造となっている。前記リー
ド２４のうち２本のリードはレーザダイオード用リード
となり、他の２本のリードはモニター用リードとなる。

前記レーザダイオード用リードのうち１本のリードはス
テム１の周壁８に機械的かつ電気的に固定されている。

また、残りのリードはすべて周壁８を貫通し、かつステ
ム１とは絶縁体を介して固定されている。なお、ステム
ｌの少なくとも二隅には取付孔２５が設けられている。

前記ステム１の窪み底中央には（、第１図にも示される
ように、導電性の支持ブロック２６が鑞材２７を介して
固定されている。また、この支持ブロック２６の上面に
は絶縁体からなるサブマウント４が鑞材３を介して固定
されている。このサブマウント４はその上面全域に導体
層２８が設けられている。そして、この導体層２日上に
は、レーザダイオードチップ６および導電性のペデスタ
ル２９が鑞材５を介して固定されている。また、前記レ
ーザダイオードチップ６の上部電極はワイヤ３０を介し
て前記支持ブロック２６に電気的に接続されている。こ
の支持ブロック２６は電気的にステム１に接続されてい
ることから、前記レーザダイオードチップ６の上部電極
は、前記ステム１の周壁８に固定されたリード２４と電
気的に接続される。また、前記ペデスタル２９とレーザ
ダイオード用リード２４の先端とはワイヤ３１で接続さ
れている。したがって、前記レーザダイオードチップ６
の上部電極は、導体層２８．ペデスタル２９、ワイヤ３
Ｉを介してレーザダイオード用リード２４に電気的に接
続されることになる。

一方、前記光フアイバケーブル２３は、ステム■の周壁
８に貫通状態で固定されたファイバガイド９に挿入され
ている。このファイバガイド９に挿入された光フアイバ
ケーブル２３は、ファイバガイド９の外端部分ではジャ
ケットが付いたままで保持されているが、ファイバガイ
ド９の内部ではジャケットが除去されて、コア１２およ
びクラッド１３からなる芯線１４だけの状態となってい
る。この芯線１４は、前記クラッド１３の直径が１２５
μｍとなることから、外径が１２５μｍとなる。また、
コア１２は７μｍ程度となり、シングルモードファイバ
を構成している。なお、光ファイバとは、狭義には前記
芯線１４を指し、広義には前記光フアイバケーブルを指
す場合があるが、この実施例では特に特定せず用いるこ
とにする。

他方、前記芯線１４は、第１図に示されるように、半田
等の固定材１５を介してファイバガイド９の内端に固定
されている。また、前記ファイバガイド９の内端とレー
ザダイオードチップ６との間には、調整棒１６が銀鑞等
のｄ材３２を介して固定されている。この調整棒１６に
は、第２図および第３図に示されるように、前記芯線１
４の延在方向に沿って孔１８が設けられている。そして
、この孔１８内に芯線１４が挿入されている。前記孔１
８はその中央部分は内径が一定となるストレート孔とな
っているが、その両端では外方向に向かって徐々に大き
くなるいわゆるテーバ孔部３３となっている。また、こ
の孔１８内にはレジンからなる固定材１９が充填硬化さ
れている。この硬化した固定材１９は、前記両端の凹部
となるテーパ孔部３３内にも充填される結果、固定材１
９はその両端に外径が大きくなる突出した係止部３４を
構成することになる。この一対の係止部３４は、前記孔
１８のテーパ孔部３３がそれぞれ逆の方向に拡開してい
ることから、芯線１４の軸方向にあっては、相互に逆の
方向に対するストッパーとして作用するため、レジンが
硬化した後は、芯線１４が調整棒１６に対して光ファイ
バの延在方向、すなわち、光軸方向に変動するようなこ
とは防止できる。なお、この調整棒１６の下部には変形
部２０としてのくびれ部が設けられ、調整棒１６の上端
に外力を加えると比較的容易にそのくびれ部で曲がるよ
うになっている。したがって、この調整棒１６の変形調
整によって、芯線１４の先端の光結合端の位置を変動調
整できる。なお、前記調整棒１６においては、前記変形
部２０のくびれ部の直径、孔１８が設けられた箇所の機
械的強度は、調整棒１６が調整時簡単かつ確実に変形部
２０で変形し、かつ孔１８の部分で折れたりしないよう
にする必要がある。

また、前記ファイバガイド９に対して反対側に位置する
周壁８部分には、貫通状態で２本のモニター用リード２
４が取り付けられている。そして、この一対のモニター
用リード２４の先端には、セラミックからなるブロック
３５から延在する導体３６．３７が接合材３８を介して
電気的に接続されている。前記導体３６は前記レーザダ
イオードチップ６に対面する主面に延在している。そし
て、この延在部分には受光素子３９が固定されている。

この受光素子３９は、前記レーザダイオードチップ６か
ら発光されたレーザ光７を受光し、その光出力をモニタ
ーするようになっている。また、前記導体３７もその先
端はブロック３５の主面にまで延在している。そして、
この延在部分と前記受光素子３９の電極とは、ワイヤ４
０を介して電気的に接続されている。

このような半導体レーザ装置にあっては、一対のレーザ
ダイオード用リード２４に所定の電圧を印加してレーザ
ダイオードチップ６を動作させ、レーザ光７を発光させ
る。レーザ光７の一方は光ファイバ１１に取り込まれて
光フアイバケーブル２３で所定部にガイドされる。また
、レーザダイオードチップ６から発光される他のレーザ
光７は受光素子３９で受光され、発光されたレーザ光７
の光出力がモニターされる。

ところで、この半導体レーザ装置にあっては、その組立
において、芯線１４の先端の光結合端のレーザダイオー
ドチップ６に対する位置が決定された後、調整棒１６の
孔１８に充填されたレジンの硬化によって調整棒１６に
固定されるが、硬化したレジン、すなわち、固定材１９
は、それぞれが光軸の反対方向に移動できない一対の係
止部３４をその一部に有しているため、熱応力等が芯線
１４に作用しても芯線１４は調整棒１６に対して変動せ
ず、レーザダイオードチップ６と芯線１４の光結合端と
の間隔は常時一定に維持されることになる。また、芯線
１４を調整棒１６に固定した後、調整捧１６を変動させ
ることによって、光結合端のレーザダイオードチップ６
に対する光軸に直交する方向の位置の微調整が可能とな
り、高精度な光結合が達成できる。

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）本発明の半導体レーザ装置は、光ファイバの光結
合端近傍部分が調整棒によって支持されていることと、
組立後この調整棒の変形調整によってレーザダイオード
チップと光ファイバとの光軸合わせが行われるため、高
精度な光結合が達成できるという効果が得られる。

（２）上記（１）により、本発明め半導体レーザ゛　装
置は、光ファイバの光結合端近傍部分が調整棒の孔内に
挿入されかつこの孔に充填されたレジンによる固定材に
よって調整棒に固定されるが、前記孔の両端部分は相互
に逆方向に拡開するテーパ孔部となっていることから、
レジンによる固定材の両端には係止部が形成されるため
、光ファイバに熱応力が加わっても、これら係止部がス
トッパーとして作用する結果、光ファイバが調整棒部分
で光軸方向にずれたりしなくなり、レーザダイオードチ
ップと光ファイバの光結合端との間隔は常に一定に維持
されるという効果が得られる。

（３）上記（１）および（２）により、本発明の半導体
レーザ装置は、レーザダイオードチップと光ファイバと
の光軸合わせが行われた後は、光ファイバに繰り返して
熱が作用しても、光ファイバは調整棒部分で光軸に沿う
方向は勿論のこととして、光軸に直交する方向に対して
も変動しないため、常に設定時の光結合状態を維持でき
ることになり信鯨性が高いという効果が得られる。

（４）上記（１）〜（３）により、本発明によれば、高
精度な光結合調整が可能でかつ設定時の光結合状態を変
動させることなく維持できる信鯨性が高い半導体レーザ
装置を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、光ファイバと
して、コア径が５０μｍと太いマルチモードファイバを
用いても前記実施例同様な効果が得られる。また、第５
図は本発明の他の実施例による光ファイバの支持状態を
示す図である。この例では、前記調整棒１６の孔１８は
その全長が同一径となるストレート孔となっているが、
この孔１８の内壁には雌ネジ４１が設けられている。こ
の結果、前記孔１８内に光ファイバ１１を挿入し、かつ
孔１８内にレジンを充填しかつ硬化させた場合、レジン
が前記雌ネジ４１の谷間に入り込み係止部３４を構成す
ることから、硬化したレジンからなる固定材１９には、
雌ネジ４１が食い込む状態となるため、光ファイバ１１
に熱応力が作用しても、光ファイバ１１は光ファイバ１
１の延在方向、すなわち、光軸方向にずれるようなこと
はなく、レーザダイオードチップ６と光ファイバ１１の
光結合端との間隔は変動しない、なお、前記調整棒１６
の孔１８には、前記実施例以外の凹部または凸部を形成
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、たとえば、光集積回路（ＯＥＩＣ）等による光
通信技術、あるいは光による計測技術等にも適用できる
。また、発光ダイオードや受光素子等の他の光素子と光
ファイバとの光結合にも適用できる。

本発明は少なくとも光素子と光ファイバとを有する光電
子装置には適用できる。

〔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。

本発明の半導体レーザ装置にあっては、レーザダイオー
ドチップに先端の光結合端を対峙させる光ファイバは、
その光結合端近傍部分を調整棒に穿たれた孔に挿入され
かつ孔に充填されたレジンで固定されているが、前記調
整棒に設けられた孔は、その両端部分では外方向に徐々
に拡大するテーパ孔部となっているため、孔に充填され
たレジンは、凹部となる前記テーパ孔部では側方に突出
した係止部となる。また、この係止部は前記孔の軸方向
にそれぞれ逆の方向に対して抜けない形状となっている
ことから、光ファイバ、すなわち、芯線に熱応力が作用
しても、また、レジンが孔内壁から剥離しても、前記係
止部が機械的なストッパーとなり、光ファイバの調整棒
での支持位置が変動するようなことは防止でき、レーザ
ダイオードチップと光ファイバの光結合端々の間隔を常
に一定にすることができ、光結合状態の劣化のない信頼
性が高い半導体レーザ装置となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による半導体レーザ装置の要
部を示す断面図、第２図は同じく光ファイバの先端部の支持状態を示す拡
大断面図、第３図は同じく調整棒の正面、図、第４図は同じくキャップを取り外した半導体レーザ装置
の平面図、第５図は本発明の他の実施例による光ファイバの支持状
態を示す断面図、第６図は従来の半導体レーザ装置の要部を示す断面図で
ある。ｌ・・・ステム、２・・・台座部、３・・・鑞材、４・
・・サブマウント、５・・・鑞材、６・・・レーザダイ
オードチップ、７・・・レーザ光、８・・・周壁、９・
・・ファイバガイド、！Ｏ・・・ＳａＷ、１１・・・光
ファイバ、１２・・・コア、１３・・４・クラッド、１
４・・・芯綿、１５・・・固定材、１６・・・支持体、
１７・・・銀鑞、１Ｂ、・・孔、１９・・・固定材、２
０・・・変形部、２１・・・パッケージ、２２・・・キ
ャップ、２３・・・光フアイバケーブル、２４・・・リ
ード、２５・・・取付孔、２６・・・支持ブロック、２
７・・・鑞材、２８・・・導体層、２９・・・・ペデス
タル、３０．３１・・・ワイヤ、３２・・・鑞材、３３
・・・テーパ孔部、３４・・・係止部、３５・・・ブロ
ック、３６．３７・・・導体、３８・・・接合材、３９
・・・受光素、第４　図第５図

Claims

【特許請求の範囲】１、光素子と、この光素子に先端を対峙させる光ファイ
バと、前記光ファイバが挿入できる孔を有しかつ孔に充
填した接合材を介して孔に挿入された光ファイバを固定
支持する調整棒とを有する光電子装置であって、前記調
整棒の孔は充填された前記接合材が孔の延在方向に移動
できないような係止部を形成するための凹部または凸部
を有していることを特徴とする光電子装置。２、レーザダイオードチップと、シングルモードファイ
バとを光学的に結合したことを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の光電子装置。