JPH03282506A - Semiconductor laser unit with optical fiber - Google Patents

Semiconductor laser unit with optical fiber

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JPH03282506A
JPH03282506A JP8409790A JP8409790A JPH03282506A JP H03282506 A JPH03282506 A JP H03282506A JP 8409790 A JP8409790 A JP 8409790A JP 8409790 A JP8409790 A JP 8409790A JP H03282506 A JPH03282506 A JP H03282506A
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JP
Japan
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semiconductor laser
optical fiber
laser
groove
fiber
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JP8409790A
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Japanese (ja)
Inventor
Yuichi Odagiri
小田切 雄一
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Publication of JPH03282506A publication Critical patent/JPH03282506A/en
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Abstract

PURPOSE:To suppress a decrease in light output by covering the periphery of a semiconductor laser, which includes the terminal part of an optical fiber, with an optically transparent adhesive. CONSTITUTION:The semiconductor laser 30 is divided into a laser oscillation part 31 and a groove formation part 32. The oscillation part 31 is formed of a signale-axis mode laser which has a diffraction grating 33 provided nearby an active layer 34. At the groove formation part 32, a groove 36 for fixing the fiber terminal part 35 with which the output light from the oscillation part 31 is coupled is formed. The periphery of the terminal part 35 and oscillation part 31 is covered with the optically transparent adhesive 37 and the terminal part 35 is fixed to the groove 36 with the adhesive 37. Thus, the light output decrease can be suppressed small.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分計〕 本発明は光ファイバ付半導体レーザユニットに関する。[Detailed description of the invention] [Industrial usage total] The present invention relates to a semiconductor laser unit with an optical fiber.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、光ファイバ付半導体レーザユニットにおける半導
体レーザと光ファイバの光学的な結合には、レンズを使
用するものと、光ファイバ端面を加工するなどして直接
結合するものとの2種類がある。これらの従来例として
は1984年11月米国ジョーシア州アトランタのアイ
・トリプル・イー、グローバル・テレコミュニケーショ
ンズ・コンファレンスで報告され、同論分誌の1161
頁から1165頁に記載されたニー・ドール(A、DO
LL)等の論文に詳しい。
Conventionally, there are two types of optical coupling between a semiconductor laser and an optical fiber in a semiconductor laser unit with an optical fiber: one using a lens, and one directly coupling by processing the end face of the optical fiber. These conventional examples were reported at the Global Telecommunications Conference, I-Triple E, Atlanta, Georgia, USA in November 1984, and published in 1161 of the same journal.
Ni Doll (A, DO) listed on pages 1165 to 1165
He is familiar with papers such as LL).

レンズを使用するものは、光学系の許容誤差を大きくと
れる反面、半導体レーザから光ファイバまでの間隔が1
0−以上にもなり、小型化には適さない。その点、光フ
ァイバ端面を加工する直接結合方式は、小型化には極め
て有利である。
Those that use lenses can have large tolerances for the optical system, but the distance between the semiconductor laser and the optical fiber is 1
It becomes 0- or more, and is not suitable for miniaturization. In this respect, the direct coupling method in which the end face of the optical fiber is processed is extremely advantageous for miniaturization.

光学系の小形化による利点をあげると次のことが言える
The advantages of downsizing the optical system are as follows.

(イ)実装スペースに余裕ができ、モジュール内に駆動
回路等の電子回路を実装することが容易となる。
(b) There is more space for mounting, making it easier to mount electronic circuits such as drive circuits within the module.

(ロ)駆動回路が半導体レーザ近傍に配置されると、配
線長を短くでき、リードインダクタンスが低減される。
(b) When the drive circuit is placed near the semiconductor laser, the wiring length can be shortened and lead inductance can be reduced.

これにより半導体レーザの出力光の波形応答が改善され
、高速変調が容易となる。
This improves the waveform response of the output light of the semiconductor laser and facilitates high-speed modulation.

(ハ)光学系の部品点数が減るため、モジュール化への
工程が簡略化する。
(c) Since the number of parts in the optical system is reduced, the process for modularization is simplified.

以上のように光学系の小形化は、光通信システムの高速
化、大容量化と結びついて、特に単一軸モードレーザと
単一モード光ファイバとを用いた小形光モジュールの需
要増加となって増々重要になってきている。
As mentioned above, the miniaturization of optical systems is coupled with the increase in speed and capacity of optical communication systems, and the demand for compact optical modules using single-axis mode lasers and single-mode optical fibers is increasing. It's becoming important.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

従来の光ファイバ端面を加工した結合系の構造は、第3
図で示すように、金属製のパイプ20中を通して半田剤
21で固定した先球ファイバ(素線)22が半導体レー
ザ23と直接結合したものである。この場合プイプ20
は基盤24上にYAGレーザ溶接や超音波半田ゴテによ
る半田付は等で固定される。
The structure of a conventional coupling system in which the end face of an optical fiber is processed is
As shown in the figure, a spherical fiber (strand) 22 passed through a metal pipe 20 and fixed with a solder 21 is directly coupled to a semiconductor laser 23 . In this case Puipu 20
is fixed onto the base 24 by YAG laser welding, soldering with an ultrasonic soldering iron, or the like.

しかしながら、半導体レーザ23の固定されたヒートシ
ンク26を基盤24上に実装するとき、固定用の半田剤
25の厚みが50〜100μmの範囲でバラ付く。この
ため、先球ファイバ22の軸ずれに対する損失増加の程
度が大きいことも手伝って、バイブ20の固定中に光軸
ずれを起こしてしまい、その結果ファイバ入力が十分取
れなくなるという問題がある。
However, when the heat sink 26 to which the semiconductor laser 23 is fixed is mounted on the substrate 24, the thickness of the fixing solder 25 varies in the range of 50 to 100 μm. For this reason, there is a problem in that optical axis deviation occurs while the vibrator 20 is being fixed due to the large degree of increase in loss due to axis deviation of the tip spherical fiber 22, and as a result, sufficient fiber input cannot be obtained.

本発明は上述の欠点を除去した光ファイバ付半導体レー
ザユニットを提供することにある。
An object of the present invention is to provide a semiconductor laser unit with an optical fiber that eliminates the above-mentioned drawbacks.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明の光ファイバ付半導体レーザユニットは、共振器
軸方向に沿ってレーザ発振部と溝形成部とに分割され前
記レーザ発振部が活性層近傍に回折格子を有する単一軸
モードレーザとして構成された半導体レーザと、端末部
が前記溝形成部の溝上に固定されて前記レーザ発振部の
発光面と光学的に直接結合する光ファイバとを備え、こ
の光ファイバの前記端末部を含む前記半導体レーザの周
辺を光学的に透明な接着材によって被覆して構成される
The optical fiber-equipped semiconductor laser unit of the present invention is configured as a single-axis mode laser that is divided into a laser oscillation section and a groove forming section along the cavity axis direction, and the laser oscillation section has a diffraction grating near the active layer. The semiconductor laser includes a semiconductor laser, and an optical fiber whose terminal portion is fixed onto the groove of the groove forming portion and is optically directly coupled to the light emitting surface of the laser oscillation section, and includes the terminal portion of the optical fiber. It is constructed by covering the periphery with an optically transparent adhesive.

〔実施例〕〔Example〕

次に、本発明について図面を参照して説明する。 Next, the present invention will be explained with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例の斜視図であり、第2図は本
実施例の正面図である。
FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a front view of the embodiment.

半導体レーザ30は、レーザ発振部31と溝形成部32
とに分割されている。レーザ発振部31は回折格子33
を活性層34の近傍に設けた単一軸モードレーザである
。溝形成部32には、レーザ発振部31からの出力光が
結合されるファイバ端末部35固定用の溝36が形成さ
れている。このファイバ端末部35とレーザ発振部31
との周囲は、光学的に透明な接着剤37で覆われており
、ファイバ端末部35の溝36への固定にも接着剤37
カを使われている。
The semiconductor laser 30 includes a laser oscillation section 31 and a groove forming section 32.
It is divided into. The laser oscillation unit 31 is a diffraction grating 33
This is a single-axis mode laser in which the active layer 34 is provided near the active layer 34. A groove 36 for fixing the fiber end portion 35 to which the output light from the laser oscillation portion 31 is coupled is formed in the groove forming portion 32 . This fiber terminal section 35 and laser oscillation section 31
The periphery of the fiber end portion 35 is covered with an optically transparent adhesive 37, and the adhesive 37 is also used to fix the fiber end portion 35 to the groove 36.
Power is being used.

ここで、台形状に形成する溝36の製法について説明す
る。
Here, a method of manufacturing the trapezoidal groove 36 will be explained.

(011)面の半導体基板38上に半導体層を積層させ
、電極金属39を蒸着させて半導体レーザ用ウェハの結
晶成長を終える。エツチングで溝36を形成する場合、
まず、溝形成部32の電極金属39を除去して、半導体
面が表出するようにする。次に、チッ化ケイ素(S i
 3N4)膜をマスキングとして使用するため、プラズ
マCVDで半導体面上に密着させる。溝36の幅に相当
する部分のSi3N、膜はバッフアートフッ酸で除去す
る。
A semiconductor layer is laminated on the (011) plane semiconductor substrate 38, and an electrode metal 39 is deposited to complete the crystal growth of the semiconductor laser wafer. When forming the groove 36 by etching,
First, the electrode metal 39 of the groove forming portion 32 is removed to expose the semiconductor surface. Next, silicon nitride (S i
In order to use the 3N4) film as a mask, it is brought into close contact with the semiconductor surface by plasma CVD. The Si3N film in a portion corresponding to the width of the groove 36 is removed using buffered hydrofluoric acid.

半導体層のエツチングにあたっては、インジウム・リン
(Ink)の場合、メチルアルコールに2.5%濃度の
臭素を融かしこんだブロムメチル液が使用され、インジ
ウム・ガリウム・ヒ素・リン(InGaAsP)の場合
、水酸化カリウムとフェロシアン化カリウムと水を2:
1:6の混合比にしたエツチング液が使用される。上記
のエツチング液を併用していくと、カット面を(111
)面とするV溝または台形溝が形成される。このときの
カット角θは54.74°である。
When etching a semiconductor layer, in the case of indium phosphide (Ink), a bromomethyl solution containing 2.5% bromine dissolved in methyl alcohol is used, and in the case of indium gallium arsenide phosphide (InGaAsP), Potassium hydroxide, potassium ferrocyanide and water: 2:
An etching solution with a mixing ratio of 1:6 is used. By using the above etching solution together, the cut surface (111
) A V-groove or trapezoidal groove is formed. The cut angle θ at this time is 54.74°.

ファイバ端末部35を実装する溝36はその幅Wを精度
よくエツチングする必要がある。今、最上部の半導体層
から活性層34までの層厚をt、ファイバ素線の外径を
lとすると、ファイバのコアの中心が活性層の高さと一
致するためには次式を満足する必要がある。
The width W of the groove 36 in which the fiber end portion 35 is mounted must be etched with high accuracy. Now, assuming that the layer thickness from the topmost semiconductor layer to the active layer 34 is t, and the outer diameter of the fiber wire is l, the following equation must be satisfied in order for the center of the fiber core to coincide with the height of the active layer. There is a need.

W= 2 (u + t cosθ)/sinθ通常t
が2μm、(lが125±1μmであるから、Wの範囲
としては 154.7μm≦W≦157.1μm を満
足すればよい。
W= 2 (u + t cosθ)/sinθ normal t
is 2 μm and (l is 125±1 μm, so the range of W should satisfy 154.7 μm≦W≦157.1 μm.

この溝36にファイバ端末部35を実装する場合、接合
面に垂直な方向の最適位置からのずれは、最大でも1.
7μmとなり、したがって実装前後の光出力変動を0.
5dB以内に抑えることが出来る。
When the fiber end portion 35 is mounted in this groove 36, the deviation from the optimum position in the direction perpendicular to the bonding surface is at most 1.
7 μm, therefore, the optical output fluctuation before and after mounting can be reduced to 0.
It can be suppressed to within 5dB.

ファイバ端末部35には、結合効率を高めるためとファ
イバ端面保護を目的に、本実施例では曲率半径40μm
の先球ファイバを採用した。このため最悪でも一6dB
台の結合効率は可能である。
In this embodiment, the fiber end portion 35 has a radius of curvature of 40 μm for the purpose of increasing coupling efficiency and protecting the fiber end face.
Adopts a tip fiber. Therefore, at worst it is -6 dB.
The coupling efficiency of the pedestal is possible.

次に、ファイバ端末部35の固定に使用する接着剤37
について説明する。接着剤37を使用する部分は、ファ
イバ端末部35の固定とともに発振部31の発光面とフ
ァイバ端末部35との間である。
Next, the adhesive 37 used to fix the fiber end portion 35 is
I will explain about it. The adhesive 37 is used for fixing the fiber end portion 35 and between the light emitting surface of the oscillating section 31 and the fiber end portion 35 .

本実施例で使用するレーザ発振部31は単一軸モードレ
ーザであるため、ファブリ・ペロタイプのような襞開面
を必要としない。実際には接着剤37がレーザ発振部3
1の発光面に接触した時点で反射率が変わるため、初期
値のレーザ電流閾値や微分量子効率とは若干の変動は見
られるが特性への影響は殆んど考えなくてもよい。
Since the laser oscillation unit 31 used in this embodiment is a single-axis mode laser, it does not require a folded surface like the Fabry-Perotype. Actually, the adhesive 37 is the laser oscillating part 3.
Since the reflectance changes upon contact with the light emitting surface of No. 1, there may be slight variations from the initial values of the laser current threshold and differential quantum efficiency, but there is almost no need to consider the effect on the characteristics.

第1図に示す実指例ではレーザ発振部31と溝形成部3
2の境界付近を中心に接着剤で埋めたが、半導体レーザ
30及びファイバ端末部35を全て接着剤で埋めること
も可能である。通常の接着剤37の屈折率は1.5前後
であるから、半導体レーザ30の発光面に1゜5の屈折
率に合った無反射コート処置をすればファブリ・ペロモ
ードの問題を除くことができる。
In the actual example shown in FIG.
Although the area near the boundary between the two is filled with adhesive, it is also possible to fill the entire semiconductor laser 30 and fiber end portion 35 with adhesive. Since the refractive index of the normal adhesive 37 is around 1.5, the Fabry-Perot mode problem can be eliminated by applying an anti-reflection coating to the light emitting surface of the semiconductor laser 30 that matches the refractive index of 1°5. .

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明は、ファイバ端末部の固定に
際して光軸ずれが小さく光す力低下を小さく抑えること
ができ、したがって、従来のファイバ加工方式で考えら
れていた一10dBの結合効率を一6dB程度にまで改
善でき、しかも、半導体レーザとファイバ端末部とを一
体にした構成であるので、経時変化に対しても安定にで
きる効果がある。
As explained above, the present invention has a small optical axis shift when fixing a fiber end, and can suppress a drop in light output power to a small extent. Therefore, the coupling efficiency of -10 dB, which was considered in the conventional fiber processing method, can be reduced to 10 dB. This can be improved to about 6 dB, and since the semiconductor laser and the fiber terminal are integrated, it has the effect of being stable against changes over time.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例の斜視図、第2図は第1図に
示す実施例の正面図、第3図は従来例の側面図である。 30・・・・・・半導体レーザ、31・・・・・・レー
ザ発振部、32・・・・・・溝形成部、33・・・・・
・回折格子、34・・・・・活性層、35・・・・・・
ファイバ端末部、36・・・・・・溝、37・・・・・
・接着剤、38・・・・・・半導体基板、39・・・・
・・電極金属。
FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a front view of the embodiment shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a side view of a conventional example. 30... Semiconductor laser, 31... Laser oscillation section, 32... Groove forming section, 33...
・Diffraction grating, 34...active layer, 35...
Fiber terminal section, 36... Groove, 37...
・Adhesive, 38...Semiconductor substrate, 39...
...electrode metal.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 共振器軸方向に沿ってレーザ発振部と溝形成部とに分割
され前記レーザ発振部が活性層近傍に回折格子を有する
単一軸モードレーザとして構成された半導体レーザと、
端末部が前記溝形成部の溝上に固定されて前記レーザ発
振部の発光面と光学的に直接結合する光ファイバとを備
え、この光ファイバの前記端末部を含む前記半導体レー
ザの周辺を光学的に透明な接着材によって被覆したこと
を特徴とする光ファイバ付半導体レーザユニット。
a semiconductor laser configured as a single-axis mode laser that is divided into a laser oscillation part and a groove forming part along the cavity axis direction, and the laser oscillation part has a diffraction grating near an active layer;
an optical fiber whose end portion is fixed onto the groove of the groove forming portion and is optically directly coupled to the light emitting surface of the laser oscillation section; the periphery of the semiconductor laser including the end portion of the optical fiber is optically connected A semiconductor laser unit with an optical fiber, characterized in that the semiconductor laser unit is coated with a transparent adhesive.
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