JPH03129306A - 光結合器及びその作製方法 - 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】 〈産業上の利用分針〉 本発明は、小型で結合損失が小さく、組立の簡便な光結
合器及びその作製方法に関する。

〈従来の技術〉 ２つの光半導体素子からの出射光を１本の光ファイバに
導入するために光結合器が用いられる。かかる目的に使
用されろ従来の光結合器の構造を第５図に示す。同図に
示すように、ケーシング５１内には帰米分離膜５２ａを
有する偏光素子５２が固定されており、この偏光素子５
２の入射側面に対向するようにレンズ５３ｍ及び５３ｂ
が、また、出射側面に対向するようにレンズ５３ｃがそ
れぞれ配設されている。これらレンズ５３ａ〜５３ｃは
、それぞれホルダ５４ａ〜５４ｃを介してケーシング５
１に固定されており、ホルダ５４ａ〜５４ｃ内には入射
用光ファイバ５５ａ。

５５ｂ及び出射用光ファイバＦ＋５ｃがフェルール５６
ａ〜５６ｃを介して固定されている。

ここで、各光ファイバ５５ａ〜５５ｃと各レンズ５３ａ
〜５３ｃとは光軸が一致するように配置され且つ光ファ
イバ５５ａ、５５ｂからの光はレンズ５３ａ、５３ｂで
コリメートされ、また、レンズ５３ｃに入射した平行光
は光ファイバ５５ｃに収束されろような構成となってい
る。さらに、入射用の各光ファイバ５５ｍ、５５ｂは偏
波光ファイバであり、これら光ファイバ５５ｍ、５５ｂ
には、互いに直交する偏光面となるように設定されなレ
ーザダイオードＬＤＩ、ＬＤ２からの光が入射されるよ
うになっている。なお、ＬＤＩからの光は図中、紙面に
平行な偏光面を有し、ＬＤ２からの光は紙面に直交する
偏光面を有する。

このような光結合器では、ＬＤＩ及びＬＤ２から出射さ
れて光ファイバ５５　ａ、　５５　ｂを通った光はレン
ズ５３ａ、５３ｂでそれぞれ平行光にされて偏光素子５
２に入射する。そして、レンズ５３ｍからの平行光は偏
光分離ｌｌ！５２ａで反射された後レンズ５３ｃに入り
、一方、レンズ５３ｂからの平行光は偏光分離膜５２＆
を通過してレンズ５３ｃに入る。これらそ行光はレンズ
５３ｃの光軸に一致するように入射するようになってお
り、該レンズ５３ｃにより収束されて出射用の光ファイ
バ５５ｃに結合されろ。かくて、ＬＤＩ及びＬＤ２から
の光は、１本の出射用光ファイバ５５ｃに偏波合成によ
り結合される。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上述した従来の光結合器を用いろ場合に
は次のような問題がある。

■　レーザダイオードＬＤＩ及びＬＤ２をそれぞれ偏波
保持光ファイバ５５ａ、５５ｂに光学的に結合させるた
めのｍ整や、偏波合成部での結合損失を低下させるため
にレンズ５３ｍ、５３ｂ及び光ファイバ５５ｍ、５５ｂ
からなる各コリメータと、これらと対向するレンズ５３
ｃ及び光ファイバ５５ｃからなるコリメータとの間で、
高精度のあおり等の調整が必要であり、ｒＡ１１工程が
多く、煩雑である。

■　また、このような調整後に上記コリメータをケーシ
ング５１に固定しなければならないが、上述したような
あおり等の調整が入っているために溶接固定等の技術が
使用できない。したがって、接着剤などの固定技術を使
用しなければならないので、特性の長期安定性に問題が
生じ易い。

■　さらに、全体を構成する部品点数が多く、コスト高
になる。

本発明はこのような事情に鑑み、部品点数及び調整工程
が少なく、低損失な光結合器及びその作製方法を提供す
ることを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 上記目的を達成する本発明に係る光結合器は、２つの光
半導体素子からの出射光を２つのレンズと１つの偏光素
子とを用いて１本の光ファイバに結合させる光結合器で
あって、内部に上記偏光素子が固定されたケーシングの
当該偏光素子の出射側面に対向する壁面には上記光ファ
イバが固定されろ一方、当該偏光素子の２つの入射側面
にそれぞれ対向する壁面には、１つの上記光半導体素子
と１つの上記レンズとが一体となると共にその光軸に対
してほぼ直交する基準面を有する素子パッケージが該基
準面を当該壁面に密着させた状態でそれぞれ固定されて
おり、且つこれら素子パッケージ中の各レンズと上記偏
光素子との間には上記光半導体素子からの出射光の波長
に対して透明で所定の厚さを有する板状の透明部材がそ
れぞれ配置されていることを特徴とする。

また、その作製方法は、内部に偏光素子が固定されたケ
ーシングの当該偏光素子の出射側面に対向する壁面には
光ファイバが固定される一方、当該偏光素子の２つの入
射側面にそれぞれ対向する壁面には、１つの上記光半導
体素子と１つの上記レンズとが一体となると共にその先
軸に対してほぼ直交する基準面を有する素子パッケージ
が該基準面を当該壁面に密着させた状態でそれぞれ固定
され、且つこれら素子パッケージと上記偏光素子との間
には上記光半導体素子からの出射光の波長に対して透明
で所定の厚さを有する板状の透明部材がそれぞれ配置さ
れており、２つの光半導体素子からの出射光を２つのレ
ンズと１つの偏光素子とを用いて１本の光ファイバに結
合させる光結合器の作製方法であって、上記偏光素子と
上記光ファイバを上記ケーシングの所定の位置に固定す
る第１の工程と、上記素子パッケージの基準面を上記ケ
ーシングの所定の壁面に密着させ、この状態で当該素子
パッケージをその先軸と直交する方向に移動することに
より光半導体素子と上記光ファイバとの光結合状態を最
大となるようｖＲ整した後、当該素子パッケージをケー
シングに対して固定する第２の工程と、各素子パッケー
ジと上記偏光素子との間に配置する上記透明部材の厚さ
を最適なものとすることにより当該素子パッケージと上
記光ファイバとの光軸方向に対する位置関係をｒＡ整す
る第３の工程と、を有することを特徴とする。

く作　　　用〉 素子パッケージに組込まれた光半導体素子からの出射光
は、同じく素子パッケージに組込まれたレンズのみによ
り偏光素子を介して光ファイバの端面に収束されるよう
になっており、部品点数が削減される。

一方、この際の光軸合せは、素子パッケージの基準面を
ケーシングに密着させたまま当該素子パッケージを光軸
と直交するように移動させることにより行うことができ
る。

く実　施　例〉 以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

第１図には一実施例に係る光結合器の構成を示す。同図
に示すように、ケーシング１１内には側光分離膜１２ａ
が形成された直角プリズムを２つ合せてなる偏光素子１
２が固定されており、この偏光素子１２の出射側面に対
向するケーシング１１の壁面にはフェルール１３を介し
て、出射光を導くための光ファイバ１４が固定されてい
る。本実施例では、反射防止のため、フェルール１３及
び光ファイバ１４の入射端面ば斜めに研肪されている。

一方、偏光素子１２の互いに直交する２っの入射側面に
対向するケーシング１１の壁面にはそれぞれ入射窓１１
ｍが形成されており、これら入射窓１１ａの外側には素
子パッケージ１５Ａ、１５Ｂが固着されている。素子パ
ッケージ１５Ａ、１５Ｂは、筒状のパッケージ本体１６
Ａ、１６Ｂ内にそれぞれレンズ１７Ａ、１７Ｂ及びレー
ザダイオード１８Ａ。

１８Ｂが組込まれたものである。これら素子パッケージ
１５Ａ、１５Ｂは、パッケージ本体１８Ａ、１６Ｂの一
方端に形成された基準面１９Ａ、１９Ｂをケーシング１
１の外壁面に密着させた状態で固着されており、基準面
１９Ａ、１９Ｂはレンズ１７Ａ、１７Ｂの光軸と直交す
る面となっている。また、レンズ１７Ａ、１７Ｂは非球
面レンズであり、レーザダイオード１８Ａ、１８Ｂはそ
れぞれが搭載されたステム２０Ａ、２０Ｂを介してパッ
ケージ本体１６Ａ、１６Ｂの他方端に固着されている。

また、入射窓１１ａを内側から覆うように、所定の厚さ
を有する透明部材であるガラス板２１Ａ、２１Ｂが設け
られている。

これらガラス板２１Ａ、２１Ｂは、各素子パッケージ１
５Ａ、１５Ｂと光ファイバ１４の端面との相対的位置関
係を調整するために設けられたものである。

ここで、レーザダイオード１８Ａ、１８Ｂは、それぞれ
の活性層が概略レンズ１７Ａ。

１７Ｂの光軸と一致する状態となっている。

また、各レーザダイオード１８Ａ、１８Ｂの出射光の偏
波面は互いに直交し、レーザダイオード１８Ａの場合に
は図中紙面に直交する方向、レーザダイオード１８Ｂの
場合には図中紙面に平行な方向となっている。したがっ
て、レーザダイオード１８Ａの出射光は偏光素子１２の
偏光分離膜１２ａを通過し、レーザダイオード１８Ｂの
出射光は偏光分離膜１２ｂで反射される。一方、レンズ
１７Ａ、１７Ｂはレーザダイオード１８Ａ、１８Ｂから
の出射光を光ファイバ１４に集光・入射させるように設
定されている。したがって、レーザダイオード１８Ａ、
１８Ｂからの互いに直交する偏波面を有する出射光は偏
光素子１２により偏波合成され、光ファイバ１４に導入
される。

次に、かかる光結合晋の作製方法について説明する。

まず、偏光素子１２と、光ファイバ１４が固定されてい
るフェルール１３とをケーシング１１の所定の位置に配
置し、固定する。これらの部材は、ケーシング１１に加
工容易な通常の精度で設けられた穴や突起をガイドとし
て配置すればよく、特別の調整は不要である。一方、パ
ッケージ本体１６Ａ、１６Ｂ内にはそれぞれレンズ１７
Ａ、１７Ｂを固定しておき、これにレーザダイオード１
８Ａ、１８Ｂが搭載されたステム２０Ａ、２０Ｂを固定
することにより素子パッケージ１５Ａ、１５Ｂとする。

これらステム２０Ａ、２０Ｂは、その平面部をパッケー
ジ本体１６Ａ、ｉ６Ｂの一端面に密着させた状態でレン
ズ１７Ａ、１７Ｂの光軸とレーザダイオード１８Ａ、１
８Ｂの活性層とが概略一致するように調整した後、溶接
により固定する。かかるレーザダイオード１８Ａ、１８
Ｂとレンズ１７Ａ、１７Ｂとの位置ｌｉＩｍは、第１図
と同様のレンズ結合系を用意しておき、光ファイバ１４
からの光出力がほぼピークを示すようにすればよい。

ここで、かかるｗｉ′ｔ１の精度について、第２図〜第
４図を参照して説明する。

第２図は第１図のレーザダイオード１８Ａ。

１８Ｂルンズ１７Ａ、１７Ｂ及び光ファイバ１４のレン
ズ結合系のみをモデル的に図示したものである。以下、
レンズ１７Ａ、　ｉ７Ｂとして非球面レンズを用いた場
合のデータに基づいて述べろ。なお、図中、Δ頌。は最
適結合状態を基準にした、レーザダイオード１８Ａ。

１８Ｂ側の光軸に直交する方向の変動量、ΔＸ１は光フ
アイバ１４側の光軸に直交する方向の変動量、ａはレー
ザダイオード１８Ａ、　１８Ｂとレンズ１７Ａ、１７Ｂ
の第１主平面との距離、ｂは光ファイバ１４の端面とレ
ンズ１７Ａ。

１７Ｂの第２主平面との距離であし、Δａ。

Δｂ１よそれぞれ光軸方向の変動量である。また、第２
図に示す結合系では、最適結合損失は２〜２．５ｄＢ程
度の低損失である。

第３図は第２図のレンズ結合系においてレーザダイオー
ド１８Ａ、１８Ｂｒｓを軸ずれさせ、光ファイバ１４（
ｉｉ！を最適・調整して測定したときの光ファイバ軸ず
れ特性を示したものである。Δ頌。を＋１０．＋２０．
＋３０　μｒｎと増加させると、光ファイバ１４の最適
位置（ΔＸ、）は−５０，−１００，−１５０μｍとマ
イナス側にシフトし、最小損失に対する過１４損失は破
線で示すように徐々に増加する。

レーザダイオード１８Ａ、１８Ｂが最適位置から３２　
ｐｍずれても　（ＸＬｅｌ＝±３２μｍ）、光ファイバ
１４の位置を調整することにより、過剰損失０．５ｄＢ
以内で結合系の構成が可能であることが判かる。

一方、光軸方向については、第４図に示すように、像倍
率Ｍ（＝ｂ／ａ）が３．２〜６の範囲内で最適結合値か
ら０．５ｄＢ増加で結合系の構成が可能となり、光軸方
向のトレランス幅は、レーザダイオード１８Ａ、１８Ｂ
側でΔｍ＝３９０μｍ１光ファイバ１４側でΔｂ＝８１
７０μｍに相当する。

したがって、第１図に示した本実施例の光結合晋のｍｕ
組立においては、レーザダイオード１８Ａ、１８Ｂとレ
ンズ１７Ａ、１７Ｂとの間の光軸調整は、光軸に直交す
る方向に対しては±３０μｍ程度以下の調整精度で十分
である。一方、光軸方向においては、パッケージ本体１
６Ａ、１６Ｂの軸方向に対するレンズ１７Ａ、１７Ｂの
固定位置精度、パッケージ本体１１５Ａ、１６Ｂ自身の
長さ精度、ステム２０Ａ、２０Ｂに対するレーザダイオ
ード１８Ａ、１８Ｂの搭載精度は、上述したトレランス
Δａ＝３９０μｍに対して通常十分達成容易であるので
、光フアイバ１４側での調整を導入すれば、レーザダイ
オード１８Ａ。

１８Ｂとレンズ１７Ａ、１７Ｂとの間の光軸方向の位置
については無調整化が可能である。

次に、以上のようにして組立てたレンズ１７Ａ、１７Ｂ
及びレーザダイオード１８Ａ。

１８Ｂを有する素子パッケージ１５Ａ、１５Ｂを光ファ
イバ１４及び偏光素子１２が固定されたケーシング１１
に対してＷＪｎ組立てする。

ここで、光軸に直交する方向のｉｉｎは、パッケージ本
体１６Ａ、１６Ｂの基準面１９Ａ。

１９Ｂをケーシング１１の入射窓１１ｍ周囲の外壁面に
密着させた状態で行う。単一モード光ファイバに対して
の光軸に直交する方向への調整精度は、最適結合損失に
対して０．５ｄＢ増加分を見込んで、±２μｍ程度であ
り、通常の単一モード光ファイバ結合系と同様である。

一方、このように素子パッケージ１５Ａ。

１５Ｂをケーシング１１に密着させた状態での光軸方向
に対する位１ｍｇ！ｕは、ガラス板２１Ａ、２１Ｂの厚
さを変更することにより行う。

ここで、第１図中のガラス板２１Ａ、　２１Ｂの厚さを
ｔ、屈折率をｎ、偏光素子１２を屈折率がｎで一辺がＩ
の立方体プリズムとし、光フアイバ１４側のレンズ１７
Ａ、１７Ｂの表置と光ファイバ１４の端面と距離をＬと
すると、Ｌ、の空気中換算値し、は次の式で与えられろ
。

ｌ Ｌ、＝　−＋　−＋　（Ｌ、−ｊ−ｔ）ｎ、　　　　ｎ
。

したがって、ケーシング１１に対しての素子パッケージ
１５Ａ、１５Ｂの密着状態を変えることなく、つま））
　Ｌ、を一定とし、ｔも固定とすると、ｔｉｔ調整する
ことによりり、を変化することができる。例えば、Ｌ、
＝　１６　ｗａ。

！＝５閣、　ｎ　＝ｎ　＝１．５０とすると、Ｌ＝１４
．３−− となる。ここで、ｔを１１１１１から４＋ｅＰａに変化
させると、ΔＬ、　＝　１　ｍとなり、空気中換算で光
軸方向に１ｍの調整を行ったものと同様の効果が得られ
る。

本実施例ではｔの異なる幾つかのガラス板を用意してお
き、光ファイバ１４からの出力光が最大となる厚さのガ
ラス板２１Ａ、　２１Ｂを選択することにより光軸方向
の調整を行う。

このようにして素子パッケージ１５Ａ、１５Ｂをそれぞ
れケーシング１１の外壁面に密着させた状態で光軸に直
交する方向及び光軸方向のＴＡｎが可能であり、ｆｉ１
！ｉ後Ｙ　Ａ　Ｇレーザ等を用いた溶接技術により固定
することができる。なお、ガラス板２１Ａ、２１Ｂはケ
ーシング１１に対して接着剤等で固定するが、平行平板
であるので、長期的に位置ずれを起こしても、結合系に
は何ら影響を与えない。しかし、ガラス板２１Ａ、２１
Ｂを金属板にガラス付けし、これをケーシング１１に溶
接固定することもできる。

また、上記実施例では、偏光素子１２の各レーザダイオ
ード１８Ａ、１８Ｂからの出射光の入射面及びガラス板
２１Ａ、２１Ｂは、各光軸に対して直交するように配置
されているが、各入射面での入射光は集光途中のビーム
でビーム径の大きな領域であるので、反射の影響は従来
の構成に比べて少ない。しかし、反射をさらに低減する
ために、偏光素子１２及びガラス板２１Ａ、２１Ｂの表
面に無反射コートを施したり、あるいは各光軸に対して
直交する位置から数置傾斜させて配置させたゆすること
ができるのは言うまでもない。

〈発明の効果〉 以上１２明したように、本発明の光結合器は１つのレー
ザダイオードと１つのレンズとを一体化し、このレンズ
を用いて光ファイバに集光させるようにしであるので、
部品点数及び調整が少なく、組立てが容易であり、溶接
技術が使用できることから長期安定性にも優れるという
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る光結合器の構成図、第
２図はその構成を説明するためのレンズ結合系を示す説
明図、第３図及び第４図はその調整精度を説明するグラ
フ、第５図は従来技術に係る光結合器の構成図である。 図面中、 １１はケーシング、 １２は偏光素子、 １３はフェルール、 １４は光ファイバ、 １５Ａ、１５Ｂは素子パッケージ、 １６Ａ、１６Ｂはパッケージ本体、 １７Ａ、１７Ｂはレンズ、 １８Ａ、１８Ｂはレーザダイオード、 １９Ａ、１９Ｂは基準面、 ２０Ａ、２０Ｂはステム、 ２１Ａ、２１Ｂはガラス板（透明部材）である。 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）２つの光半導体素子からの出射光を２つのレンズ
   と１つの偏光素子とを用いて１本の光ファイバに結合さ
   せる光結合器であって、 内部に上記偏光素子が固定されたケーシングの当該偏光
   素子の出射側面に対向する壁面には上記光ファイバが固
   定される一方、当該偏光素子の２つの入射側面にそれぞ
   れ対向する壁面には、１つの上記光半導体素子と１つの
   上記レンズとが一体となると共にその光軸に対してほぼ
   直交する基準面を有する素子パッケージが該基準面を当
   該壁面に密着させた状態でそれぞれ固定されており、且
   つこれら素子パッケージ中の各レンズと上記偏光素子と
   の間には上記光半導体素子からの出射光の波長に対して
   透明で所定の厚さを有する板状の透明部材がそれぞれ配
   置されていることを特徴とする光結合器。
2. （２）内部に偏光素子が固定されたケーシングの当該偏
   光素子の出射側面に対向する壁面には光ファイバが固定
   される一方、当該偏光素子の２つの入射側面にそれぞれ
   対向する壁面には、１つの上記光半導体素子と１つの上
   記レンズとが一体となると共にその光軸に対してほぼ直
   交する基準面を有する素子パッケージが該基準面を当該
   壁面に密着させた状態でそれぞれ固定され、且つこれら
   素子パッケージと上記偏光素子との間には上記光半導体
   素子からの出射光の波長に対して透明で所定の厚さを有
   する板状の透明部材がそれぞれ配置されており、２つの
   光半導体素子からの出射光を２つのレンズと１つの偏光
   素子とを用いて１本の光ファイバに結合させる光結合器
   の作製方法であって、 上記偏光素子と上記光ファイバを上記ケーシングの所定
   の位置に固定する第１の工程と、上記素子パッケージの
   基準面を上記ケーシングの所定の壁面に密着させ、この
   状態で当該素子パッケージをその光軸と直交する方向に
   移動することにより光半導体素子と上記光ファイバとの
   光結合状態を最大となるよう調整した後、当該素子パッ
   ケージをケーシングに対して固定する第２の工程と、 各素子パッケージと上記偏光素子との間に配置する上記
   透明部材の厚さを最適なものとすることにより当該素子
   パッケージと上記光ファイバとの光軸方向に対する位置
   関係を調整する第３の工程と、を有することを特徴とす
   る光結合器の作製方法。