JPH04112211U - 光半導体素子結合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構成で部品点数が少なく、組立調整が
容易な小型で安価な光半導体素子結合装置を提供する。 【構成】 光半導体素子であるレーザチップ１から出射
された光を光ファイバ素線１４の先端に集光するための
レンズを不等間隔回析格子パターンを有するフレネルレ
ンズ２６で構成し、レーザチップ１とフレネルレンズ２
６とをキャップ６内に内蔵させる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、半導体レーザなどの光半導体素子と光ファイバとを、フレネルレン ズなどの不等間隔回析格子パターンを有するレンズを用いて光学的に結合する光 半導体素子結合装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

光ファィバ通信方式においては、レーザダイオード、ＬＥＤなどの光半導体素 子から発する光を効率よく光ファイバへ結合させる光半導体素子結合装置を開発 する必要がある。

【０００３】 従来のこの種の装置の一例を図７に示す。図において、光半導体素子であるレ ーザチップ１をパッケージステム２の突起２Ａ上に固着し、電極３からレーザチ ップ１への給電を行う。突起２Ａには球レンズ保持部材４を固着し、この保持部 材４上の所定位置に球レンズ５を調整してから固着する。レーザチップ１および 球レンズ５を覆うようにして、ガラス窓付きキャップ６をステム２に被せ、その 端縁６Ａおよび６Ｂを溶接によりステム２に固着し、以てキャップ６内を気密に 封止する。７はキャップ６にあけた開口部である窓６Ｃに固着した透過板である 気密封止用窓ガラスである。

【０００４】 さらに、キャップ６を覆うようにしてセルフォックレンズ保持部材８をキャッ プ６に被せる。保持部材８は、窓６Ｃと対向して貫通する孔８Ｃを有し、この孔 ８Ｃにセルフォックレンズ９を挿入して接着剤により固着する。保持部材８の端 部８Ａおよび８Ｂは、球レンズ５とセルフォックレンズ９の光軸が合うように、 パッケージステム２を保持部材８に対して調整した後、接着剤によりステム２に 固定する。

【０００５】 フェルール１０をフェルール支持部材１１の貫通孔１１Ａに固着する。フェル ール１０には、光ファイバのファイバコード１２を除去したファイバ被覆１３を 装着する。このファイバ被覆１３の先端を除去して光ファイバ素線１４を露出さ せる。この光ファイバ１４の先端をセルフォックレンズ９と対向させて、両者の 光軸およびセルフォックレンズ９からの出射光の集束位置に光ファイバ１４の端 面がくるようにフェルール支持部材１１をセルフォックレンズ支持部材８に対し て調整してから、両部材８と１１とを接着剤で固着する。１５は光ファイバ支持 部材である。

【０００６】 本例は、球レンズ５をパッケージステム２内に実装して、レーザチップ１から 発光するレーザ光を平行ビームで取り出し、このレーザビームを第２レンズとし てのセルフォックレンズ９で光ファイバ１４に絞り込むようにした単一モード光 ファイバ用に開発された光半導体素子結合装置である。

【０００７】 この光半導体素子結合装置の組立にあたっては、まず、球レンズ５をパッケー ジステム２の所定の位置に調整固定する。次にパッケージステム２と第２レンズ のセルフォックレンズ９とを取り付けた保持部材８およびフェルール１０を挿入 した支持部材１１を組み合わせて、微動台により図中矢印で示すように各部品の Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の光軸調整を行う。このようにして最適な結合状態を実現してか ら各部品の装着固定を行う。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

上記の従来の光半導体素子結合装置によると、図７から明らかなように、部品 点数が極めて多いためコスト高になる。また、レンズが球レンズ５とセルフォッ クレンズ９の２個あるため、光軸の調整箇所が多く調整に時間がかかり、しかも 装置が大きくなるなどの問題があった。

【０００９】 本考案は、このような状況に鑑みてなされたもので、簡単な構成で部品点数が 少なく、組立調整が容易な小型で安価な光半導体素子結合装置を提供することを 目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

請求項１に記載の光半導体素子結合装置は、光半導体素子と、レンズ基板上に 形成され光半導体素子から出射された光を集光する不等間隔回折格子パターンと 、光半導体素子と不等間隔回折格子パターンとを結ぶ光軸上に開口部を有し光半 導体素子を包囲するキャップと、不等間隔回折格子パターンによって集光された 光を受光する光ファイバと、光ファイバを装着したフェルールとからなる光半導 体レーザ結合装置において、不等間隔回折格子パターンをキャップ内に内蔵した ことを特徴とする。

【００１１】 請求項２に記載の光半導体素子結合装置は、光半導体素子から出射された光が 不等間隔回折格子パターンによって、光ファイバの先端面上に集光されることを 特徴とする。

【００１２】 請求項３に記載の光半導体素子結合装置は、光半導体素子から出射された光が 不等間隔回折格子パターンによって、レンズ基板上に集光されることを特徴とす る。

【００１３】 請求項４に記載の光半導体素子結合装置は、光半導体素子から出射された光が 不等間隔回折格子パターンによって、キャップの開口部に設けられた透過板上に 集光されることを特徴とする。

【００１４】

【作用】

上記構成の光半導体素子結合装置においては、集光のためのレンズが１個であ るので、部品点数が削減され光軸調整が容易となり、コストを低減することがで きる。また、レンズを光半導体素子とともにキャップ内に内蔵することにより、 装置を小型化することができる。

【００１５】

【実施例】 以下、本考案の実施例を図面を参照して説明する。

【００１６】 図１乃至図６において、それぞれ本考案の第１乃至第４の実施例を示す。これ らの図において、図７に示す従来例の部分と対応する部分には同一の符号を付し てあり、その説明は適宜省略する。

【００１７】 図１に本考案の第１の実施例を示す。本実施例による光半導体素子結合装置２ １のパッケージステム２の突出部２Ａ上には、シリコンなどで形成されたヒート シンクブロック２２が設けられている。ヒートシンクブロック２２上にはレーザ ダイオード、ＬＥＤなどの光半導体素子であるレーザチップ１が装着されている 。また、パッケージステム２上にはモニタ用フォトダイオード２３が設けられて おり、レーザチップ１の出力をモニタしながら供給電流を調整できるようになっ ている。突出部２Ａの突出端には、焦点調整用のスペーサ２４を介してレンズ基 板２５が固定されている。レンズ基板２５上には、レーザチップ１に対向して同 軸上に不等間隔回析格子パターンからなるフレネルレンズ２６が形成されている 。そして、レーザチップ１およびフレネルレンズ２６などはキャップ６内に内蔵 されている。

【００１８】 フェルール１０を支持するフェルール支持部材１１の開放端１１Ｂには、パッ ケージステム２が嵌合されている。そして、レーザチップ１から発光されフレネ ルレンズ２６により集光された光が、光ファイバ素線１４の端面に合焦して入射 光が最大になるように、フェルール支持部材１１のパッケージステム８に対する 位置をＸ，ＹおよびＺ軸方向に調整した後、接着または溶接などにより固定され る。

【００１９】 本実施例によれば、レーザチップ１から発する光をファイバ素線１４の端面に 集光させるレンズがフレネルレンズ２６の１個のみであるので、部品点数を少な くし光軸調整を容易にすることができ、装置のコストを低減することができる。 また、フレネルレンズ２６およびレーザチップ１などがキャップ６内に内蔵され 、しかもフレネルレンズ２６は短焦点レンズであるので、装置を小型化すること ができる。

【００２０】 図２に本考案の第２の実施例を示す。本実施例による光半導体素子結合装置３ １は、フレネルレンズ２６が形成されているレンズ基板２５をキャップ６の光フ ァイバ側の内面に固定したものである。すなわち、レーザチップ１から出射され た光がフレネルレンズ２６によって集光され、集光点がレンズ基板２５のフレネ ルレンズ２６が形成された面と反対側の基板面に位置するようになっている。ま た、フェルール１０の先端はレンズ基板２５に当接している。

【００２１】 本実施例による光半導体素子結合装置３１を組立る手順としては、まず、フェ ルール支持部材１１に設けられた孔１１Ｂに、レーザチップ１が突出部２Ａを介 して取り付けられたパッケージステム２を嵌合し、接着や溶接などにより固定す る。次に、フェルール支持部材１１のもう１つの孔１１Ａに先端を研磨したフェ ルール１０を挿入し、キャップ６内の底面に装着されたレンズ基板２５にその先 端を接触させる。そしてＸ，Ｙ軸方向の位置調整を行い、レーザチップ１、フレ ネルレンズ２６および光ファイバ素線１４が同一光軸上になるようにした後、各 部品を接着または溶接などで固定する。次にフェルール固定部材３２でフェルー ル１０をフェルール支持部材１１にネジ止め、接着または溶接などで固定する。

【００２２】 本実施例によれば、あらかじめフレネルレンズ２６の集光点がレンズ基板２５ の反対側の表面に設定されているため、光軸（Ｚ軸）方向の光軸調整が不必要に なるという効果がある。

【００２３】 なお、基板２５のフェルール１０に対向する面を図３に示すように凸面状に形 成し、フェルール１０の先端を基板２５に点接触させてもよい。この構成による と、光ファイバ素線１４の軸方向の位置決めを容易に、かつ正確に行うことがで きる。

【００２４】 また、基板２５のフェルール１０に対向する面に、図４に示すように、フェル ール１０の先端が嵌合する凹部２５Ａを形成し、凹部２５Ａにフェルール１０の 先端を嵌合して基板２５に当接させてもよい。この構成によると、光ファイバ素 線１４の光軸方向と、光軸に垂直な方向の両方向における位置決めを容易に、か つ正確に行うことができる。

【００２５】 図５に本考案の第３の実施例を示す。本実施例による光半導体素子結合装置４ １は、フレネルレンズ２６によるレーザチップ１からの出射光の集光点がキャッ プ６の窓６Ｃに設けられた窓ガラス７の外側の表面上にあるものである。

【００２６】 本実施例による光半導体素子結合装置４１を組立る手順としては、まず、保持 部材８の一端にパッケージステム２を接着、圧入または溶接により固定して、キ ャップ６を保持部材８内に挿入する。次にフェルール１０を窓ガラス７に接触さ せ、Ｘ，Ｙ方向の光軸調整を行った後に、ＵＶ硬化樹脂などによってフェルール １０を窓ガラス７に接着固定する。その後、フェルール支持部材１１を保持部材 ８にネジ止め、接着または溶接などで固定する。

【００２７】 本実施例によれば、あらかじめフレネルレンズ２６の集光点が窓ガラス７の外 側の表面に設定されているため、光軸（Ｚ軸）方向の光軸調整が不必要になると いう効果がある。

【００２８】 図６に本考案の第４の実施例を示す。本実施例による光半導体素子結合装置５ １は、図５に示す第３の実施例におけるレンズ基板２５をキャップ６のフェルー ル１０側の端面外側に取り付けられるものである。そして、基板２５上に形成さ れたフレネルレンズ２６は、キャップ６の窓６Ｃに対向する位置にあり、レーザ チップ１の光軸とフレネルレンズ２６の光軸とが一致し、レーザチップ１の出射 光の集光点がレンズ基板２５のフェルール１０側の表面上に集光するように光軸 調整した後に、レンズ基板２５をキャップ６に対し接着固定したものである。そ の後の組立手段および効果は第３の実施例と同様である。

【００２９】 上記の各実施例に示したフレネルレンズ２６の不等間隔回析格子パターンは、 それぞれのレンズ基板２５の厚み、レーザチップ１とフレネルレンズ２６との間 の距離、フレネルレンズ２６と光ファイバ素線１４の先端との間の距離などに応 じて設計されたものである。

【００３０】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案の光半導体素子結合装置によれば、光半導体素子 から出射された光を不等間隔回析格子パターンを有するレンズで光ファイバ先端 に集光するようにし、光半導体素子およびレンズをキャップ内に内蔵するように したので、部品点数を少なくし、光軸調整を容易にすることができ、装置のコス トを低減し小型化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る光半導体素子結合装置の第１の実
施例の構成を示す縦断面図である。

【図２】本考案の第２の実施例の構成を示す縦断面図で
ある。

【図３】図２に示すレンズ基板の形状の第１の変形例を
示す縦断面図である。

【図４】図２に示すレンズ基板の形状の第２の変形例を
示す縦断面図である。

【図５】本考案の第３の実施例の構成を示す縦断面図で
ある。

【図６】本考案の第４の実施例の構成を示す縦断面図で
ある。

【図７】従来の光半導体素子結合装置の一例を示す縦断
面図である。

【符号の説明】

１ レーザチップ（光半導体素子） ６ キャップ ６Ｃ 窓（開口部） ７ 窓ガラス（透過板） １０ フェルール １４ 光ファイバ素線 ２１，３１，４１，５１ 光半導体素子結合装置 ２５ レンズ基板 ２６ フレネルレンズ（不等間隔回折格子パターン）

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 光半導体素子と、レンズ基板上に形成さ
   れ前記光半導体素子から出射された光を集光する不等間
   隔回折格子パターンと、前記光半導体素子と前記不等間
   隔回折格子パターンとを結ぶ光軸上に開口部を有し前記
   光半導体素子を包囲するキャップと、前記不等間隔回折
   格子パターンによって集光された光を受光する光ファイ
   バと、前記光ファイバを装着したフェルールとからなる
   光半導体レーザ結合装置において、前記不等間隔回折格
   子パターンを前記キャップ内に内蔵したことを特徴とす
   る光半導体素子結合装置。
2. 【請求項２】 光半導体素子から出射された光が不等間
   隔回折格子パターンによって、光ファイバの先端面上に
   集光されることを特徴とする請求項１記載の光半導体素
   子結合装置。
3. 【請求項３】 光半導体素子から出射された光が不等間
   隔回折格子パターンによって、レンズ基板上に集光され
   ることを特徴とする請求項１記載の光半導体素子結合装
   置。
4. 【請求項４】 光半導体素子から出射された光が不等間
   隔回折格子パターンによって、キャップの開口部に設け
   られた透過板上に集光されることを特徴とする請求項１
   記載の光半導体素子結合装置。