JPH0225810A - 光電子装置 - 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〕 本発明は光電子装置、たとえば、レーザ光を出射する半
導体レーザ素子（レーザダイオードチップ）、あるいは
半導体レー・ザ部を有する集積化光デバイス（ＯＥ　Ｉ
　Ｃ）等の光素子からなるチップをパフケージ内に組み
込み、かつパッケージ周壁に貫通固定された筒状ガイド
に案内された光ファイバによって前記チップから発光さ
れるレーザ光をパッケージの外部に伝送する構造の光電
子装置、特に高精度の光結合を必要とするシングルモー
ドファイバとレーザダイオードチップとの光結合技術に
適用して有効な技術に関する。

〔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。この半導体レーザ装置の一つとして、たとえ
ば、特願昭５７−１７７６５４号が知られている。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
属製ステ五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が内
蔵されている。また、光ファイバはファイバガイドに案
内されている。

また、本出願人にあっては、前記ファイバガイドに案内
される光ファイバのコアおよびクラッドからなる心線部
分をレジンによって被い、光ファイバのジャケット表面
を伝わってくる水分から心線を保護する構造を提案（特
開昭６１−２３３７９号）している、この構造では、心
線をレジンで取り囲み、パッケージ取付部分における光
ファイバの加湿劣化を防止している。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来、シングルモードファイバ（ＳＭＦ）行李導体レー
ザ装置は、レーザダイオードチップと光ファイバの高結
合を達成するために、光ファイバの先端を半径１０〜２
０μｍの半球状に精密加工しているが、直径１２５μｍ
の石英製光ファイバを所望の曲率を有するように加工す
ることは、高度な技術を必要とするばかりでなく、生産
性向上も難しい、また、この先端加工を行った光ファイ
バをレーザダイオードチップに対し、数μｍ以下の精度
で結合調整する必要があり、生産技術上の困難がある。

一方、信鯨度向丘の目的で、外部から浸入する水分−に
よる光ファイバの心線腐食を防止するために、心線をレ
ジンで被・）構造が提案されている。

しかし、この構造では高温試験において、以下の理由で
光結合効率が劣化することが本発明者によってあきらか
にされた。すなわち、高湿度雰囲気にあっては、筒状ガ
イドと光ファイバのジャケット表面との界面から水分が
浸入し、光ファイバのコアとクラッドからなる心線を取
り囲むレジンが１１？ｌ！する。この膨潤によって心線
が変動して心線先端の位１がずれ、レーザダイオードチ
ップとの相対的位置関係が変化する。この結果、高効率
に設定されていた光結合状態が損なわれ、結合効率の劣
化が生じることになる。

本発明の目的は、光素子と光ファイバとの光結合を高精
度に行える光電子装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、光素子と光ファイバとの光結合の
劣化を防止できる信頼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、下記のとおりである。

すなわち、本発明の光フアイバ付半導体レーザ装置にあ
っては、光ファイバはパッケージに取り付けられた筒状
ガイドに案内されている。この筒状ガイドはパッケージ
に固定された筒状の固定ガイドと、この固定ガイドに調
整自在に螺合された筒状の可動ガイドとからなり、光フ
ァイバは可動ガイドに保持されている。また、前記光フ
ァイバとレーザダイオードチップとの間の光路上には、
２つの集光光学系、すなわち、板状の塑性変形可能なレ
ンズスティに支持された球状の第ルンズと、前記固定ガ
イドの内端部に保持された球状の第２レンズとが設けら
れた構造となっている。前記第２レンズが取り付けられ
た固定ガイドの内端部分は光路に垂直となる方向に塑性
変形が可能な位置調整自在な構造となっている。

また、他の構造としては、光ファイバの心線は１筒から
なる筒状ガイドに案内され、か・っ筒状ガイド内におい
て、ジャケラＩ・が剥ぎ取られたクラッドとコアからな
る心線部分はレジンで取り囲まれている。また、この筒
状ガイドの外端側には締付具が取り付けられるとともに
、この締付具と前記ファイバガイド端との間には０−リ
ングが配設されている。二〇〇−リングは前記締付具の
締め付けで押し潰れて前記筒状ガイドの外端と光ファイ
バのジャケットとの間隙を塞ぎ、外部からの水分の浸入
を防止するようになっている。

〔作用〕

上記した手段によれば、本発明の光電子装置にあっては
、レーザダイオードチップと光ファイバとの光路に垂直
となる方向の光結合調整においては、レーザダイオード
チップと光ファイバとの間に配設された第ルンズのレン
ズスティの塑性変形、および第２レンズが取り付けられ
た固定ガイドの内端部の塑性変形によって行われる。ま
た、光路に沿う方向の光軸合わせは、固定ガイドに螺合
されかつ光ファイバを保持する可動ガイドの回転調整に
よって行うことができる。したがって、本発明の光電子
装置は、光ファイバとレーザダイオードチップとの最適
な光軸合わせを高精度に行うことができる。

また、本発明の他の実施例では、光ファイバを案内する
筒状ガイドの端部空隙は０−リングによつて塞がれてい
る。この結果、光ファイバの心線を被うレジンが筒状ガ
イド外端から浸入する水分によって膨潤するようなこと
もなく、レジン膨潤による光フアイバ位置の変動に伴う
光結合低下は生じなくなり、光結合効率の低下を防止す
ることができる。したがって、本発明の光電子装置は信
頼度も高（なる。

〔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光フアイバ付半導体レ
ーザ装置の要部を示す断面図である。

この実施例の光電子装置、すなわち、光ファイバ行李導
体し−・ザ装置は、第１図に示されるように、主面周縁
に周壁１を有する箱型のステム２と、このステ　ム２の
周壁１の上面に取付けられて周壁ｌの内側を気密封止す
る金属製のキャップ３とを有している。また、前記ステ
ム２の主面中央には、台４が図示しない鑞材を介して固
定されている。また、この台４上にはサブマウント５が
鑞材を介して固定されている。また、このサブマウント
５上には鑞材を介してレー・ザダイオードチップ（チッ
プ二半導体レーザ素子）６が固定されている。

一方、前記台４の端面にはレンズステイアが固定されて
いる。このレンズステイアは塑性変形可能な薄い金属板
で形成され、かつその上端部分に球状のレンズ（第ルン
ズ）８を保持している。

この第ルンズ８は、前記レンズステイアの上端部分に設
けられた孔部分を座とし、数本の爪９で保持されている
。また、この第ルンズ８は、前記レーザダイオードチッ
プ６のレーザ光ｌＯを発光する出射面に対面するよ・）
になっている、この第ルンズ８は、前記レーザ光１０と
後述する光ファイバとの光軸合わせを行う際、前記レン
ズステ・イアを塑性変形させて第ルンズ８の位１ｍ整を
行い、レーザダイオードチップ６から発光されたレーザ
光１０を所望の個所に集束させる働きをする。

他方、前記ステム２とキャップ３とからなるパッケージ
１１の側壁、すなわち、周壁１には、筒状の筒状ガイド
１２が取り付けられている。この筒状ガイド１２は、前
記周壁１に貫通伏態で気密的に固定された筒状の固定ガ
イド１３と、この固定ガイド１３の外端から挿入される
筒状の可動ガイド１４とからなっている。また、前記可
動ガイド１４の挿入部分、すなわち、内端側の外周面に
は雄ネジ１５が設けられるとともに、前記固定ガイド１
３の外端側の内周面には雌ネジ１６が設けられ、可動ガ
イド１４は固定ガイド１３に螺合されている。したがっ
て、前記可動ガイド１４を回転制御することによって、
可動ガイド１４は光路に沿う方向に移動調整可能となる
。

光ファイバ１゛１、すなわち、光フアイバケーブル１７
は、前記可動ガイド１４に固定される。前記光フアイバ
ケーブル１７は石英からなる心線１８と、この心線１８
を被覆するジャケット１９とからなっている。前記心＆
１ｉ１Ｂは、直径７μｍ程度のコアと、このコアを被覆
する石英からなる直径１２５μｍのクラッドによって形
成され、シングルモー１゛フアイバを構成している。光
ファイバ１７は、可動ガイド１４内において、先端部分
はジャケット１９が除去されて心線１８が露出している
いそして、先端の心線１８部分は、可動ガイド１４の内
端部分に嵌合されたセラミックバイブ（フェルール）２
０に挿入されている。また、前記光ファイバ１７の先端
は、前記可動ガイ【１４の内端面と同一面となるように
可動ガイド１４に固定される。なお、説明上、光フアイ
バケーブル１７あるいは心線１８をも、単に光ファイバ
とも称する。

また、前記光ファイバ１７の先端延長上の固定ガイド１
３の内端内周部分には、レンズ（第２レンズ）２１が取
り付けられている。この第２レンズ２１の固定ガイド１
３との接触部は、図示しないメタライズ層が設けられる
とともに、このメタライズ層と固定ガイド１３とは半田
等によって接着されている。また、この第２レンズ２１
がその位置を調整できるように、前記固定ガイド１３の
第２レンズ２１の取付部２２と可動ガイド１４先端部と
の間の外周面には、円周方向に沿って溝２３が設けられ
、塑性変形が可能となるくびれ部２４が設けられている
。

このような光フアイバ付半導体レーザ装置は、その製造
において、特に光ファイバ１７とレーザダイオードチッ
プ６との光軸合わせにおいては、第ルンズ８を支持する
レンズステイアは、薄い板故に塑性変形による位！１１
１整自在形状となっているため、第ルンズ８の位置を光
路に垂直となる方向の位置調整は勿論のこととして、光
路に沿う方向、すなわち、光軸方向の位置調整も行うこ
とができる。また、前記第２レンズ２１を保持する取付
部２２は、溝２３が設けられてくびれ部２４が構成され
ていることから、塑性変形による位置調整自在形状とな
るため、第２レンズ２１の光路に垂直となる方向の位置
ｉｌｌ整は簡単に行える。

また、前記可動ガイド１４を回転調整することによって
、可動ガイド１４は固定ガイド１３の軸方向に沿って移
動するため、光を取り込む光ファイバ１７の内端とレー
ザダイオードチップ６との距離を調整することができ、
最もレーザ光１０の取込み量が大きくなる位置に光ファ
イバ１７を設定することができる。なお、前記可動ガイ
ド１４は、位置調整後はロックされて変動しないように
される。

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）本発明の光フアイバ付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学的結合にあっ
ては、光ファイバとレーザダイオードチップとの間隔の
調整によって、また、レーザダイオードチップから発光
されたレーザ光を光フ１イバの先端に導（第ルンズおよ
び第２レンズからなる集光光学系の位置調整によって、
高精度な位置合わせか（〒えるという効果が得られる。

（２）上記（１）により、本発明の光フアイバ付半導体
レーザ装置は、レーザダイオードチップと光ファ・イバ
の相対的な位置合わせが高精度に行えることから、レー
ザダイオードチップと光ファイバの光学的結合効率を高
めることができるという効果が得られる。

（３）上記（１）により、本発明の光フアイバ付半導体
レーザ装置にあっては、光学的結合の調整は、調整部分
の塑性変形あるいはネジ部分での回転調整によるため、
経時変化も生じないことから、レーザダイオードチップ
と光ファイバとの光結合の劣化を防止でき、信軌性の向
上を達成することができるという効果が得られる。

（４）」−記（１）〜（３）により、本発明によれば、
光結合効率が高くかつ信頼性の高い光フアイバ付半導体
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、第２図に示さ
れるように、前記固定ガイド１３に固定する集光光学系
としては、凸レンズ２６でも良い。この場合、前記凸レ
ンズ２６の縁には、あらかじめＮＵ−Ａｕ等からなるメ
タライズ１１２７を設け、このメタライズ層２７部分を
半田２８を介して固定ガイド１３に固定することによっ
て、凸レンズ２６を確実に固定でき、凸レンズ２６の位
置ズレ発生を防止することができる。

また、第３図および第４図は、レーザダイオードチップ
６に集光光学系として円柱レンズ２９を対面させた構造
を示す、この例では、ステム２の一端側の突出した台座
３０上にレーザダイオードチップ６を搭載し、かつステ
ム２の他端の突出した支持部３１に固定ガイド１３を貫
通状態で取り付けた構造となっている。そして、前記支
持部３１の内側に延在する固定ガイド１３の内端部分の
取付部２２内に円柱レンズ２９を挿入している。

また、この取付部２２の上面には、半田供給孔３２が設
けられ、取付部２２に円柱レンズ２９を挿入した後、こ
の半田供給孔３２から半田を注入して円柱レンズ２９を
取付部２２に固定するようになっている。取付部２２は
、固定ガイド１３の外周面に溝２３が設けられて、くび
れ部２４が構成されていることから、円柱レンズ２９の
光路に垂直となる方向の位置調整が容易に行える。

第５図は本発明の他の実施例による光ファイバの支持構
造を示す断面図である。この例では、特に集光光学系を
設けることなく、直接光ファイバ１７の先端をレーザダ
イオードチップ６に対面させている。この例にあっては
、前記固定ガイド１３は、その内端部分は、外周に円周
方向に溝２３を設けて（びれ部２４を構成していること
から、先端部３３は光路に垂直となる方向の位置調整が
可能となる。また、光ファイバ１７を案内する可動ガイ
ド１４は固定ガイド１３を貫通し、かつ固定ガイド１３
全長に亘ってネジで噛み合っている。

したがって、この例の光フアイバ付半導体レーザ装置は
、可動ガイド１４の回転制御によってレーザダイオード
チップ６と光ファイバ１７の間隔を調整できるとともに
、先端部３３の塑性変形によって光路に垂直となる方向
の位置調整が行えることになり、高精度な光結合が可能
となる。

第６図は本発明の他の実施例による光ファイバの防水構
造を示す断面図である。この例では、周壁１に貫通状態
でかつ気密的に固定される筒状ガイド１２は、単一の筒
構造となっている。そして、前記筒状ガイド１２にあっ
ては、心線１８部分は筒状ガイド１２の内端に半田３４
で気密的に固定され、かつその内側ではレジン３５で取
り囲まれるように被われている。このレジン３５は、光
ファイバ１７を可動ガイド１４内に挿入した後１．真空
雰囲気中で充填される。また、前記筒状ガイド１２の内
端から突出した心線１８は、ステム２に設けられた支持
体３６の孔に挿入されかつ半田等の固定材３７によって
固定され、レーザダイオードチアプロに対する位置が変
動１７ないようになっている。また、この支持体３６を
塑性変形させることによって、４レーザダイオードチツ
プ６に対する光ファイバ１７の先端の位置が調整できる
。したがって、この支持体３６の変形操作によってレー
ザダイオードチップ６と光ファイバ１７の光学的結合が
高精度に行えることになる。また、これが本発明の特徴
の−・つであるが、前記筒状ガイドＩ２の外端Ｎ面には
族ネジ３８が設けられている。

そして、この雄ネジ３８部分には、袋ナツト状の締付具
３９が螺合されている。また、この締付具３９の奥（底
）と、筒状ガイド１２の外端との間には、パツキン、た
とえば、０−リング４０が装填されているやごの０−リ
ング４０は、前記締付具３９の締め付けによつて潰れ、
前記ジャケット１９の外周面と筒状ガイド１２の内周面
との間隙を塞いでいる。これにより、ジャケット１９の
外周面と筒状ガイド１２の内周面との界面を伝わって水
分が筒状ガイド１２の内側に浸入するようなことは防止
できる。したがって、筒状ガイド１２内のレジン３５の
水分吸収による膨潤も発生せず、膨潤に起因する心線１
８の位置変動も起きず、レープダイオ−・トチツブ６と
光ファイバ１７どの結合の劣化も生じなくなる。

以北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半導体レーザ装置に
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、半導体レーザ素子（レーザダイオードチップ）
の代わりに発光ダイオード、受光素子等の光素子と光フ
ァイバとを絹み込んだ光電子装置Ｆ製造技術などに適用
できる。

本発明は少なくとも光ファイバを組み込んだ光電子装置
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。

本発明の光フアイバ付半導体レーザ装置の製造にあって
は、レーザダイオードチップと光ファイバとの光路に垂
直となる方向の光結合調整においては、レーザダイオー
ドチップと光ファイバとの間に配設された第ルンズのレ
ンズスティの塑性変形、および第２レンズが取り付けら
れた固定ガイドの内端部の塑性変形によりて行なえる。

また、光路に沿・）方向の結合調整はガイドの回転調整
によって行うことができる。したがって、光ファイバと
レーザダイオードチップとの最適な光軸合わせを高精度
に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による光フアイバ付半導体レ
ーザ装置の要部を示す断面図、第２図は本発明の他の実
施例による固定ガイドの一部を示す断面図、 第３図は本発明の他の実施例による集光光学系部分を示
す正面図、 第４図は同じく平面図、 第５図は本発明の他の実施例による光ファイバの支持構
造を示す断面図、 第６１！［は本発明の他の実施例による光ファイバの防
水構造を示す断面図である。 １・・・周壁、２・・・ステム、３・・・キャップ、４
・・・台、５・・・サブマウント、６・・・レーザダイ
オードチップ、７・・・レンズステイ、８・・・第ルン
ズ、９・・・爪、１０・・・レーザ光、１１・・・パッ
ケージ、１２・・・筒状ガイド、１３・・・固定ガイド
、１４・・・可動ガイド、１５・・・雄ネジ、１６・・
・雌ネジ、１７・・・光フアイバケーブル、１８・・・
心線、１９・・・ジャケット、２０・・・セラミックバ
イブ、２１・・・第２レンズ、２２・・・取付部、２３
・・・溝、２４・・・くびれ部、２６・・・凸レンズ、
２７・・・メタライズ層、２９・・・円柱レンズ、３０
・・・台座、３１・・・支持部、３２・・・半田供給孔
、３３・・・先端部、３４・・・半田、３５・・・レジ
ン、３６・・・支持体、３７・・・固定材、３８・・・
雄ネジ、３９ ・締付具、 ４０　・ ・０・−リン 第 図 第 図 第 図 Ｃ−レ゛リ−”ｒイ１−トチ・ｙ７’ ２ダー〈ｖＡ省り 第 図 ど 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光素子と、光ファイバを直接または集光光学系を介
   して光学的に結合した光電子装置であって、前記光素子
   、集光光学系、光ファイバの少なくともいずれか一つの
   支持部は塑性変形による位置調整自在形状になっている
   ことを特徴とする光電子装置。 ２、前記光ファイバを案内する筒状ガイドの一端に集光
   光学系としてのレンズが取り付けられていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の光電子装置。 ３、前記レンズは半田を介して筒状ガイドに固定されて
   いる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。 ４、前記筒状ガイドのレンズ保持部は塑性変形による位
   置調整構造となっている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。 ５、前記筒状ガイドの先端のレンズと、前記光素子との
   間の光路上には、塑性変形可能なレンズステイに支持さ
   れた集光光学系としてのレンズが配設されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光電子装置。 ６、前記筒状ガイドはパッケージに固定される固定ガイ
   ドと、この固定ガイドに螺合されて光軸方向に移動調整
   可能な可動ガイドとからなっている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。 ７、光素子と、この光素子に直接または集光光学系を介
   して光学的に結合されかつ前記光素子を封止するパッケ
   ージに取り付けられた筒状ガイドに案内される光ファイ
   バとを有する光電子装置であって、前記筒状ガイドはパ
   ッケージに固定される固定ガイドと、この固定ガイドに
   挿入されかつ固定ガイドに対して光軸方向に移動調整可
   能な可動ガイドとからなり、前記光ファイバはこの可動
   ガイドに保持されていることを特徴とする光電子装置。 ８、前記筒状ガイドの可動ガイドは固定ガイドにネジに
   よって結合されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第７項記載の光電子装置。 ９、光素子と、この光素子に直接または集光光学系を介
   して光学的に結合されかつ前記光素子を封止するパッケ
   ージに取り付けられた筒状ガイドに案内される光ファイ
   バとを有する光電子装置であって、前記筒状ガイドの外
   端と光ファイバとは筒状ガイドに取り付けられた締付具
   によって締め付けられかつ光ファイバと筒状ガイドとの
   間隙は締付具によって押し潰されたパッキンによって塞
   がれた構造となっていることを特徴とする光電子装置。 １０、前記光ファイバは筒状ガイド内においてレジンで
   取り囲まれるように被われていることを特徴とする特許
   請求の範囲第９項記載の光電子装置。