JPH04120909U - 光源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】集光レンズを立体的に微調整できるようにして
高精度な光軸合せを可能にする。 【構成】光源装置は、ヒートシンク７にレーザダイオー
ドチップ６をハンダ付けで固定し、このレーザダイオー
ドチップ６から発光されるレーザ光１１を球面レンズ８
を介して光ファイバ１３に光結合する構成をもつ。球面
レンズ８は、直角に曲った腕部１０を介してヒートシン
ク７に固定される。腕部１０はレーザダイオードチップ
６の光軸方向（ｚ方向）と、これに垂直なｘ、ｙ方向と
に微調整可能な構造とするために、切欠き１８を形成し
た屈曲部を持ち、この屈曲部を曲げたり、つぶしたり、
伸したりすることにより、立体的に変形することが可能
となっている。この腕部１０の固定部１７に球面レンズ
８は低融点ガラスで固定され、腕部１０の一端はヒート
シンク７にハンダ固定される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、レーザ等の光源と光ファイバ等の光学系との光結合にレンズ結合方 式を採用した光源装置に係り、特に光軸合せを改善して高効率の光結合を得るこ とができる光源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

光源装置、例えば発光源となる半導体レーザ素子（レーザダイオードチップ） から発光されるレーザ光をレンズまたはアイソレータ等を介して、光ファイバ等 の光学系に結合して所望箇所に伝送するための光伝送用レーザ光源装置には、比 較的大型の半導体レーザモジュールと、小型のキャンタイプ（丸形キャップタイ プ）レーザ光源装置との２種類が知られている。

【０００３】 半導体レーザモジュールは、通常、パッケージ形状が箱形や筒形として提供さ れる。図７及び図８に示すものは、箱形と称されるもので、パッケージ７１の上 面を金属板からなるキャップ７５で封止した密閉構造になっている。内部には、 レーザダイオードチップ７６、球面レンズ７８、そしてロッドレンズやアイソレ ータを内蔵したホルダ７２等が主に収納されている。

【０００４】 レーザダイオードチップ７６及び、このレーザダイオードチップ７６の共振器 端面から発光されるレーザ光の光出力を検出する受光素子（図示略）は、矩形状 のヒートシンク７７上に取り付けられ、電子冷却素子７９からヒートシンク７７ を介して冷却されるようになっている。

【０００５】 ヒートシンク７７の上面には、図８に示すように高低２つの台部が形成され、 低い方の台部にレーザダイオードチップ７６が、高い方の台部にレンズホルダ７ ４がハンダで固定されている。レンズホルダ７４にはレーザダイオードチップ７ ６の出射面に対向するように球面レンズ７８（またはロッドレンズ）が銀ろうで 固定されている。レンズホルダ７４は位置決め用部材としての機能ももち、光軸 方向（前後方向）の動きは規制されているが、上下、左右方向の動きは許容され るようになっていて、許容された向きに曲げることによってレンズ７８の位置を 調整し光軸合せが行なえるようになっている。

【０００６】 レンズ７８で集光された光は、パッケージ７１に銀ろう付けされ無反射コート ガラス７３からホルダ７２内部にあるロッドレンズ及びアイソレータ等を通り、 図示していない光ファイバへ入射するようになっている。

【０００７】 ところで、このような半導体レーザ光源装置の長距離大容量化を可能とするた めの重要なポイントの一つに、光結合系の光結合効率がある。光結合効率を高く 維持するためには、レーザダイオードチップとレンズとの光軸合せは、数μｍオ ーダ以下の精度で行うことが必要とされている。

【０００８】 一方、小型のキャンタイプ装置は、図９に示すように、円板状のヒートシンク ９５上の台部にハンダ付けで搭載されたレーザダイオードチップ９６が、キャン タイプのキャップ９４によって封止されたものである。レーザダイオードチップ ９６の出射面に対向するように球面レンズ９８がキャップ９４の中央に設けた孔 に嵌め込められ低融点ガラスで固定されている。レーザダイオードチップ９６か ら発したレーザ光９１は、球面レンズ９８により集光され光ファイバ９３内に取 り込まれるようになっている。

【０００９】 このキャンタイプレーザ光源装置の光学系における結合効率は、キャップ９４ の位置が球面レンズ９８の位置を決定するため、キャップ９４の寸法精度によっ て大きく左右される。また、キャップ９４はヒートシンク９５にリング状に溶接 （リングウェルド）されるため、溶接による金属の溶けにより寸法精度にくるい が生じ高効率な結合を得るのが難しくなる。

【００１０】

【考案が解決しようとする課題】 上述したように、レーザ光源などの光源装置を光通信用機器として十分な機能 を安定して発揮させるためには、光源と集光レンズとの光軸合せを高精度に行う 技術が必要である。このためには、光軸方向（ｚ方向）と、光軸に垂直な方向（ ｘ、ｙ方向）において、数μｍの精度でレンズを微調整し光軸合せを行う必要が ある。

【００１１】 ところが前述したように、モジュールタイプのものでは、レンズホルダのよう な位置決め用部材を上下左右に曲げて、微調節することにより光軸合せを行なっ ている。しかし、この方法では、ｘ、ｙ方向の微調節は可能であるが、ｚ方向の 微調節が不可能であるため立体的な調整ができず、最適光結合を得ることが極め て難しいという欠点があった。

【００１２】 また、キャンタイプのものでは、ヒートシンクに対するキャップ位置で位置決 めを行うが、正確に位置決めができても溶接時には狂いが生じる可能性が大きか った。

【００１３】 本考案の目的は、集光レンズの立体的な調節を可能にすることによって、上述 した従来技術の欠点を解消して、パッケージのタイプにかかわらず、容易で高精 度な光軸合せを行うことが可能な光源装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】

本考案は、固定系に光源を備え、この光源から発射される光を集光レンズを介 して光ファイバ等の光学系に光結合するための光源装置に適用される。

【００１５】 前記固定系に、一端を固定し他端を自由端とした腕部を設け、腕部の任意の部 位を変形させることにより、光源の光軸方向（ｚ方向）と、これに垂直なｘ、ｙ 方向とに微調整できるようにする。そして、この腕部の自由端側に前記集光レン ズを固定して、光軸合せを行うように構成したものである。

【００１６】 この場合において、変形が容易になるように腕部の任意の部位に所定角度で曲 げた屈曲部をもたせ、その屈曲部をもつ腕部の自由端側にレンズ用固定部を設け 、このレンズ用固定部に集光レンズを固定し、この固定のために低融点ガラスや ハンダまたは弾力性のある接着剤を使うことが好ましい。

【００１７】 また、腕部は、温度変化による位置づれを防止するために低熱膨張係数をもち 、かつ、曲げが容易になるように塑性変形可能な材料で構成されていることが好 ましい。

【００１８】 そして、特に塑性変形しやすくなるように、腕部の屈曲部に切欠きを形成し、 この切欠き部で変形させることにより腕部のレンズ用固定部に固定した集光レン ズをｘ、ｙ、ｚ方向の任意の方向に微調整できるようにするとよい。

【００１９】

【作用】

光源の光軸方向（ｚ方向）と、これに垂直なｘ、ｙ方向とに微調整可能な支持 部材に集光レンズを取り付けてあると、集光レンズの立体的な調整が可能となり 、また、調整するに際して、集光レンズが支持部材に低融点ガラスやハンダ等の 弾力性のある接着剤で固定されているので、調整時の動きも円滑に行なわれるた め、より精密な光軸合せができる。

【００２０】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図面を用いて説明する。

【００２１】 図１に光源装置としての本実施例による半導体レーザモジュールの要部を示す 。なお、要部中のヒートシンクは本考案の固定系を構成する。要部以外の構成は 既に説明した図７、図８に示す従来例と同じであるため省略してある。

【００２２】 高低２つの台部１、２を上面に平行にもつヒートシンク７の、低い方の台部１ はヒートシンク７の略中央部に位置し、その上にレーザダイオードチップ６がハ ンダ付けにより固定されている。高い方の台部２はヒートシンク７の一側に位置 し、これには一端をハンダ付けで固定し、他端を自由端とした片持支持の腕部１ ０がレンズ位置決め用部材として取り付けられる。この腕部１０は高い台部２の コーナからヒートシンク７の面と平行で低い台部１側へ向って延びている。

【００２３】 この腕部１０は途中で所定の角度で折り曲げられたＬ字型をしており、折り曲 げられた先端に集光レンズ８を固定するためのレンズ用固定部１７が形成され、 その面をレーザダイオードチップ６の出射面に対向させてある。腕部１０は折曲 げ部（屈曲部）においてレンズ用固定部１７をｘ、ｙ、ｚ方向のいずれにも曲げ ることができるようになっている。レンズ用固定部１７は、レーザダイオードチ ップ６の光軸（ｚ方向）とほぼ交わる点を中心に円形にくりぬかれ、そこに球面 レンズ８が圧入され、低融点ガラス３で固定されている。ｚ方向の延長線がヒー トシンク７の高い方の台部２と交わる点には円形の孔４が開けられ、球面レンズ ８で集光された光が通り抜けられるようになっている。

【００２４】 位置決め用の腕部１０は、温度変化による光軸の位置ずれを抑え、かつ球面レ ンズ８と低融点ガラスに熱歪を与えないように低熱膨張係数の材料で構成する。 また、曲げを容易にするため塑性変形可能な材料で構成する。例えば、コバール あるいは４２アロイ等が好ましい。

【００２５】 腕部１０の寸法は、曲げ調整のために塑性変形可能で且つ長期安定性を考慮し て、０．３ｍｍ角以上の角棒か、φ０．３ｍｍ以上の丸棒を使用し、長さは固定 端から屈曲部までの間及び屈曲部とレンズ用固定部との間をそれぞれ１〜２ｍｍ と短くする。また、レンズ用固定部１７への球面レンズ８の固定を容易にするた め屈曲部の折曲げ角は、およそ９０度とする。

【００２６】 そして、微調整を容易にするために曲げ部には特に切欠き１８を入れるように して、微調整時に塑性変形しやすくしてある。

【００２７】 さて、このようにレーザダイオードチップ６と、腕部１０に固定した球面レン ズ８とを取り付けたヒートシンク７を、従来例に示すように、パッケージの底部 に設けた電子冷却素子上にハンダ付けにより固定し、その他必要な部品をセット する。その後、光軸調整に入るのであるが、それは次にようにして行う。

【００２８】 発光源としてのレーザダイオードチップ６から出射されるレーザ光１１は、光 学系として球面レンズ８で集光され、次にパッケージに銀ろう付けされたホルダ 内部に固定されたレンズ、アイソレータ等を介し、ファイバ内に高効率で取り込 む必要があることは、既に述べた通りである。この高効率を得るためには、レー ザダイオードチップ６と球面レンズ８の位置調整が極めて重要となり、２〜３μ ｍで位置決めしなければならない。このため、球面レンズ８が固定されている腕 部１０を、光軸方向ｚと光軸に垂直な方向ｘ、ｙとに曲げる、つぶす、伸す等し て塑性変形する。このとき、固定部１７と腕部１６との間は一定の角度で折り曲 げられており、その屈曲部に切欠き１８を設けてあるので、この切欠き２０にそ のような変形を加えるようにする。この変形は３次元方向に行なえるので、固定 部１７に固定した集光レンズ８の向きが自由に変えられることになり、高効率で 光学的結合を得ることが出来る。

【００２９】 ところで、上記実施例では集光レンズとして球面レンズの場合について説明し たが、これに代えてロッドレンズとしてもよい。図２及び図３は、このロッドレ ンズに適用した実施例を示す。レーザダイオードチップ６の出射面に対面する位 置にレンズホルダ２４を、図１と同様、位置決め用部材として、途中に曲った部 分をもつ腕部２０を用いて固定する。このレンズホルダ２４の内部にロッドレン ズ１２を圧入しハンダ付けして固定する。レンズホルダ２４は、塑性変形可能な 材質で形成する。そして、ロッドレンズ１２とレーザダイオードチップ６との光 軸合せを、腕部２０の切欠き２８の箇所を曲げる、つぶす等して微調整を行う。 この微調整において、腕部２０の微調整のみでは、ロッドレンズ１２の中心軸が ずれてしまう場合があるが、レンズホルダ２４もｘ、ｙ方向に曲げたりして、腕 部２０とレンズホルダ２４との相互の微調整により光軸合せを確かのものにする ことで解決する。

【００３０】 以上述べたように上記実施例によれば、ｘ、ｙ、ｚ方向に微調整が可能な、一 定の角度をもって曲げられた屈曲部をもつ腕部に、低融点ガラス等で集光レンズ を固定して、屈曲部で曲げたり、つぶしたり、伸したりすることで光軸合せを行 なえるようにしたので、組立に当って、レーザダイオードチップと光学的結合を 取っている集光レンズは数μｍ以下の精度での立体的な微調整が可能となり、特 に難しいレーザダイオードチップと集光レンズとの光軸合せが高精度に行え、こ れにより高効率光結合が容易に得られる。

【００３１】 次に図４〜図６を用いて丸形キャップ付きのレーザ光源装置の実施例を説明す る。球面レンズ８はキャップ１４に直接固定するのではなく、図６に示すように 、屈曲部をもつ腕部４０に固定する。腕部４０は、既に説明したものと同じで、 略Ｌ字形をしており、その屈曲部に切欠き４８が形成され、ここで３次元的な方 向に曲げ、つぶし等が可能となっている。ヒートシンク１５上にレーザダイオー ドチップ６を搭載した後、予めレンズ用固定部４７の取付け孔に球面レンズ８を 圧入した腕部４０を、その腕部４０の一端をヒートシンク１５に銀ろうで固定す る。固定後、光ファイバ１３の入射端にレーザダイオードチップ６から発射され 、球面レンズ８で収束された光が結合するように、前述したのと同様に腕部１０ を曲げる、つぶす等して立体的に調整して、正確に光軸合せを行う。腕部１０に よる光軸合せを行なった後、無反射コーティングされた窓ガラス４３を低融点ガ ラスで固定したキャップ１４を、リングウェルドしてヒートシンク１５に溶接し 内部を封止する。

【００３２】 従って、キャンタイプのものでも最適光結合を得ることが容易になる上、集光 レンズをキャップとは別体の腕部に固定するようにしたので、ヒートシンクに対 するキャップの溶接による影響を排することができる。

【００３３】 なお、上記実施例では光源として半導体レーザを用いた場合について説明した が、本考案はこれに限定されるものではなく、発光ダイオードなど他の光源にも 適用できる。また、腕部の形状ををＬ字型としたが、他の形状であってもよい。 また、切欠きは１箇所設ける場合について説明したが、２箇所以上設けるように してもよく、切欠きと等価な手段によってもよい。

【００３４】

【考案の効果】

本考案によれば、任意の部位を変形させてｘ、ｙ、ｚ方向に微調整できる片持 ち支持の腕部を設けて、その自由端側に集光レンズを固定するようにしたので、 組立に当って、腕部を曲げたり、つぶしたり、伸したりすることにより集合レン ズの立体的な微調整が可能となるので、装置のパッケージタイプによらず、光源 と集光レンズとの光軸合せを高精度且つ容易に行なうことが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】集光レンズに球面レンズを用いた本考案の実施
例によるレーザモジュール光源装置の要部斜視図。

【図２】集光レンズにロッドレンズを用いた本考案の他
の実施例によるレーザモジュール光源装置の要部平面
図。

【図３】集光レンズにロッドレンズを用いた本考案の他
の実施例によるレーザモジュール光源装置の要部側断面
図。

【図４】丸形キャップタイプのレーザ光源装置の実施例
を示す正断面図。

【図５】丸形キャップタイプのレーザ光源装置の実施例
を示す側断面図。

【図６】丸形キャップタイプのレーザ光源装置に使用さ
れる三次元方向の微調整が可能な腕部の斜視図。

【図７】キャップを破断した従来例のレーザモジュール
を示す平面図。

【図８】従来例のレーザモジュールを示す正断面図。

【図９】従来例の丸形キャップタイプのレーザ光源装置
を示す正断面図。

【符号の説明】

６ レーザダイオードチップ ７ ヒートシンク（固定系） ８ 球面レンズ １０ 腕部 １１ レーザ光 １３ 光ファイバ １６ 腕部 １７ レンズ用固定部 １８ 切欠き

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】固定系に光源を備え、この光源から発射さ
   れる光を集光レンズを介して光ファイバ等の光学系に光
   結合するための光源装置において、前記固定系に、一端
   を固定し他端を自由端として、任意の部位を変形させる
   ことにより、光源の光軸方向（ｚ方向）と、これに垂直
   なｘ、ｙ方向とに微調整できる腕部を設け、この腕部の
   自由端側に前記集光レンズを固定したことを特徴とする
   光源装置。
2. 【請求項２】前記腕部がその任意の部位に所定角度で曲
   げられた屈曲部をもち、その屈曲部をもつ腕部の自由端
   側にレンズ用固定部を設け、このレンズ用固定部に前記
   集光レンズを低融点ガラスやハンダまたは弾力性のある
   接着剤で固定したことを特徴とする請求項１に記載の光
   源装置。
3. 【請求項３】前記腕部が低熱膨張及び塑性変形可能な材
   料で構成されていることを特徴とする請求項１又は２に
   記載の光源装置。
4. 【請求項４】前記腕部の屈曲部に切欠きを形成し、この
   切欠き部で変形させることにより腕部の自由端側をｘ、
   ｙ、ｚ方向の任意の方向に微調整できるようにしたこと
   を特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の光源
   装置。