JPH03216608A - 光結合用レンズ付きホルダ - 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、光伝送システムの構成要素の一つである光モ
ジュールの光結合用レンズを固定したホルダに関する。

〔従来の技術〕

従来の光モジュールは、第２図に示すように、電気信号
を光信号に変換する半導体レーザ１と、光信号を適切な
スポット径に拡大するレンズ系２と、光信号を伝播させ
る光ファイバ３とを含んで構成される。それらは金属製
のホルダ６，７．８に各々固定され、さらに互いにＹＡ
Ｇレーザ溶接で接続されている。

レンズ系２を中空のホルダ内に固定する手段としては、
通常、レンズ側面を予めメタライズしておいて、少なく
とも内部が金メッキされたレンズホルタ４に金属半田５
（一般的には鉛ススの共晶半田、融点１７３℃）で密着
固定する方法やガラス半田で密着固定する方法が採用さ
れている。後冫 者のガラス半田の固定方法に関しては、特斬イ１−１０
１８１６の［集束性ロッドレンズ固定構造」に詳細に説
明してあるので省略する。

前者の金属半田固定法では、周囲の環境条件が厳しくな
ると半田固定部分が経時変形し、光出力低下の原因に成
りかねない。また後者のガラス半田固定法も、材料を充
分吟味しないと、ガラス半田が凝固するときにガラス半
田やレンズに熱応力が集中するため、経時変化によりク
ラックが発生あるいは拡がって光出力低下の原因に成り
かねない 〔発明が解決しようとする課題〕 この従来の光モジュールのレンズ固定工法では、単にレ
ンズと半田材の熱膨張率を制御するたけでなく、レンス
ホルタの熱膨張率にも制御を加えて全体のバランスを配
慮する必要がある。

そこで第３図に示すようにレンズがレンズホルタに固定
された場合のモデルを参照し、代表的な例を用いて熱応
力の数値計算を行なう。金属材料には、線膨張率が１　
７　０Ｘ　１　０−’／℃と１００×１０−’／℃の２
種類の金属Ａと金属Ｂとを選んだ。

レンズの線膨張率は１０２Ｘ１０−７／℃である。

レンズを、半田材又はガラス半田を介してレンズホルダ
に固定するとき、レンズに作用する熱応力σ１、半田材
又はガラス半田に作用する熱応力σ２は、各々次式で与
えらる。

ここで、σは熱応力、Ｅは縦弾性係数、αは線膨張率、
Δｔは温度差、Ａは断面積で、サフイツクス１はレンズ
、サフイ、ツクス２は半田材又Ｑまカラス半田、サフィ
ックス３はレンズホノレタを表わす。

使用した各材料の材料パラメータを第１の表ｅこ、計算
結果を第２の表に示す。

第 ２ 表 この結果からも明らかのように、 ガラス半田固 定法のほうが、半田固定法よりもレンズへの熱応力が小
さく抑えられる。また金属Ａと金属Ｂの場合では、線膨
張率を合わせた金属Ａの方がはるかに熱応力を小さく抑
えることが出来る。レンス割れの限界強度を６　ｋｇ　
ｆ　／ｍａとすると、上記の計算より線膨張率の差とし
て、４　０　Ｘ　１　０−’／℃までは金属材料を選ぶ
ことが出来る。

また、ホルタ用の金属材料には、ＹＡＧレーザ溶接によ
り固定する必要から、溶接の際にクランクの発生を抑え
られるように低融点共晶の発生の原因となる元素の含有
率を抑える必要がある。

以上の条件を満足した金属材料がレンズホルダにふさわ
しいものとなる。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の光結合レンズ付きホルタは、半導体レーザから
の出力光を光ファイバに結合するためのレンズを固定し
たもので、レンズホルダとレンズとガラス半田相互の線
膨張率の差異が４０×１　０−’／℃以内にあり、しか
もレンズホルダが炭素０．１％以内、硫黄０．０５％以
内、リン０．１％以内、珪素１％以内の含有率に抑えら
れた金属であることを特徴としている。

〔実施例〕

次に本発明の実施例について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例のレンズ付きホルダの断面図
である。金属製の円筒状レンズホルダＩＯは第１図に示
すレーザモジュールのレンズホルダ４に代わりに使用さ
れ、円筒状レンズｌ１がガラス半田１２を介してレンズ
ホルダ１０の内部に固定されている。レンスｌ１とガラ
ス半田（鉛ガラス）には第一の表の材料が用いられてい
る。

レンズホルタｌＯには炭素０．０８％、硫黄０．　０　
３％以内、リン０．　１％以内、珪素１％以内の線膨張
率が１　０　Ｘ　１　０−’／℃のフェライト系ステン
レス材料が用いられている。フエライト系ステンレスを
用いることによりレンズホルダをホルダ７（第２図）に
レーザ溶接することが容易になる。

ガラス半田１２によりレンズを固定する場合、まずレン
ズホルダ１０にレンズ１ｌを挿入し、レンズホルダ１０
とレンズ１１のすき間に粉末状のガラス半田１２を落し
込む。この場合に、レンス端面にガラス半田１２の粉末
が付着しないように注意する必要がある。つぎに中心温
度が３５０℃に加熱された電気炉内にレンズホルダ１０
を徐々に挿入し、１０分の後取り圧す。この結果、ガラ
ス半田１２はレンズホルダ１０とレンス゛１１のすき間
をうめるように流れて固定される。

以上の実施例では、特定の材料のレンズホルダと限定さ
れた工法で製造したが、特許請求の範囲に示した条件を
満たす材料を用いるのであれば、とくに限定されないこ
とは言うまでもない。また、以上の実施例では、ガラス
半田１２を介して、レンズ１１をレンズホルダ１０に固
定したが、プレス等の方法でレンズ面を成形するような
場合にはガラス半田が不要となる。この場合にも、線膨
張率の差が４　０　Ｘ　１　０−７／℃以内のレンズと
レンズホルダを用いるのであれば同様の効果がある。な
お、プレスによりレンズ１１をホルダ１０内に形成する
場合、ホルダ１０を加熱してホルダ内部にレンズ材料を
入れ溶融し、ホルダの両端からプレスしてレンズを形成
することによりホルダ１０とレンズ１１とが一体化する
。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、レンズとレンズホルダ線
膨張率の差を制限することに依って、経時変化に対して
もクラックを生じることがなく、しかも融点が３００℃
以上のガラス半田を使用できるため、半田固定法に比べ
て経時劣化を２０％以上も小さく抑えることが出来る。

また、確認のため、光モジュールにしてレンズの半田固
定法とガラス半田固定法とを相対比較したところ、寿命
が５０％以上改善されることが明かとなった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は従来例の
光モジュールの構成図、第３図はレンズへの熱応力を計
算するときに用いた二次元モデルを示す斜視図である。 １・・・・・・半導体レーザ、２・・・・・・レンズ系
、３・・・・・・光ファイバ、４・・・・・・レンズホ
ルタ、５・・・・・・金属半田、１０・・・・・・レン
ズ゛ホルダ、１１・・・・・・レンズ、１２・・・・・
・ガラス半田。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、発光部からの出力光を光ファイバに結合するための
   レンズを内部に固定した光結合用レンズ付きホルダにお
   いて、前記ホルダは金属性材料から成り、前記ホルダの
   線膨張率と前記レンズの線膨張率と前記レンズ固定用の
   ガラス半田の線膨張率との差が少なくとも４０×１０＾
   −＾７／℃以内の範囲にあることを特徴とする光結合用
   レンズ付きホルダ。 ２、前記金属製レンズホルダとして、含有率が炭素０．
   １％以内、イオウ０．０５％以内、リン０．１％、ケイ
   素１％以内に抑えられていることを特徴とする特許請求
   の範囲第（１）項記載の光結合用レンズ付きホルダ。 ３、発光部からの出射光を光ファイバに結合するための
   レンズを固定した光結合用レンズ付きホルダにおいて、
   前記ホルダは金属性材料から成り、前記ホルダ内に前記
   レンズが直接に密着し、前記ホルダ内の線膨張率と前記
   レンズの線膨張率との差が少なくとも４０×１０＾−＾
   ７／℃以内の範囲にあることを特徴とする光結合用レン
   ズ付きホルダ。