JPH04242705A

JPH04242705A - 光半導体モジュール

Info

Publication number: JPH04242705A
Application number: JP45891A
Authority: JP
Inventors: Takeo Iwama; 岩間　武夫
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1991-01-08
Filing date: 1991-01-08
Publication date: 1992-08-31

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、第１，　第２の２つの
レンズを介して半導体レーザと光ファイバとを光結合さ
せる光半導体モジュールに関する。

【０００２】図４に図示したように、半導体レーザ１と
第１のレンズ２とをケース１５内に封止した半導体レー
ザ・レンズアセンブリ１００　と、微細軸心孔に光ファ
イバ１０を挿入したフェルール６及び第２のレンズ５を
軸心が一致するようにスリーブ７に挿着してなるレンズ
・光ファイバアセンブリ２００　とを設け、半導体レー
ザ・レンズアセンブリ１００　とレンズ・光ファイバア
センブリ２００　とを組み合わせ光結合させた光半導体
モジュールが、近年の光機器には広く使用されている。

【０００３】上述のように構成された光半導体モジュー
ルは、半導体レーザ１の出射光を第１のレンズ２により
平行ビームにして、半導体レーザ・レンズアセンブリ１
００　の側壁に設けた窓に挿入した透明板３に投射し、
透明板３を通過した光をレンズ・光ファイバアセンブリ
２００　の第２のレンズ５で、光ファイバ１０の端面に
集光させることで、半導体レーザ１と光ファイバ１０と
を光結合させる。

【０００４】この際、半導体レーザ・レンズアセンブリ
１００　とレンズ・光ファイバアセンブリ２００　とが
効率よく結合するためには、半導体レーザ・レンズアセ
ンブリ１００　の光軸とレンズ・光ファイバアセンブリ
２００　の光軸とが、軸ずれ及び角度ずれがなく高精度
に一致していることが必要である。

【０００５】

【従来の技術】図５は従来の光半導体モジュールの断面
図である。図において、１５は、上方が開口した箱形で
、ケース側壁１６の中心部に窓４を有し、その窓４に透
明板（透明なサファイヤ板）３を嵌め込み封止した、半
導体レーザ・レンズアセンブリのケースである。

【０００６】ケース１５の開口は、後述する半導体レー
ザ１及び第１のレンズ２を収容固着した後に、カバーに
より封止される。１は、キャリア１Ａの上面に光軸が水
平に透明板３を指向するように装着され、キャリア１Ａ
の底面をケース底板１５Ａ　に半田付け等することで、
ケース１５内に装着固定される半導体レーザである。

【０００７】なお、ケース側壁１６の外側面は、ケース
底板１５Ａ　の底面に直交する平坦面になるように加工
されている。２は、半導体レーザ１の出射光を平行ビー
ムにして透明板３に投射する、例えば屈折率分布形レン
ズのような、第１のレンズである。

【０００８】第１のレンズ２はレンズホルダ２Ａの孔に
挿入固着され、軸心が半導体レーザ１の光軸に一致する
ように、レンズホルダ２Ａの底面をケース底板１５Ａ　
に半田付け等して、半導体レーザ１とケース側壁１６の
間に固着されている。

【０００９】一方６は、微細軸心孔に光ファイバ１０の
端末を挿着した円柱形のフェルールである。５は、透明
板３を通過した光を、光ファイバ１０の入射端面に集光
させる、例えば屈折率分布形レンズのような第２のレン
ズである。なお、第２のレンズ５の外周面は、金めっき
等してメタライズしてある。

【００１０】第２のレンズ５は、ステンレス鋼等のスリ
ーブ７の軸心孔の一方の端部に挿入され、その外周面と
軸心孔の内面とを半田付けすることで、スリーブ７に固
着されている。

【００１１】フェルール６は、第２のレンズ５とは反対
側からスリーブ７の軸心孔に圧入され、光ファイバ１０
の入射端面と第２のレンズ５の出射面とが所定に離れた
位置で固着されている。即ち、スリーブ７はレンズ・光
ファイバアセンブリのケースである。

【００１２】８は、軸孔にスリーブ７の第２のレンズ５
側の端部を挿入するフランジ付スリーブである。詳述す
るとスリーブ７をフランジ付スリーブ８の軸孔に挿入し
た後に、スリーブ７の外周面とフランジ付スリーブ８の
端面とをレーザー溶接等してスリーブ７とフランジ付ス
リーブ８とを一体化している。

【００１３】そして、フランジ８Ａの端面をケース側壁
１６の外側面に密接させた状態で、フランジ付スリーブ
８をＸ軸・Ｙ軸方向に摺動移動し即ち軸ずれ調整を実施
して、第１のレンズ２の出射ビームの光軸と第２のレン
ズ５の光軸を一致させ、その後フランジ付スリーブ８の
フランジ８Ａとケース側壁１６とをレーザー溶接するこ
とで、半導体レーザ・レンズアセンブリとレンズ・光フ
ァイバアセンブリとを結合させている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体レー
ザ１の軸心と第１のレンズ２の軸心が一致し、且つその
軸心が透明板３に直交するように、キャリア１Ａとレン
ズホルダ２Ａとをケース底板１５Ａ　に固着することは
非常に困難のことである。

【００１５】したがって、従来の光半導体モジュールは
、フランジ８Ａの端面をケース側壁１６の外側面に当接
し、軸ずれを調整した後においても、半導体レーザ・レ
ンズアセンブリの光軸とレンズ・光ファイバアセンブリ
の光軸とが平行にならず、交差しており所謂角度ずれが
ある。

【００１６】従来は、フランジ８Ａの端面側またはケー
ス側壁１６の外側面の何れか一方を、所望の傾斜面に切
削することで、角度ずれを調整するものであるが、その
調整作業は非常に困難であった。

【００１７】一方、この角度ずれは半導体レーザと光フ
ァイバとの光結合効率に大きく影響する。即ち従来の光
半導体モジュールの構造は、光結合効率が劣るという問
題点があった。

【００１８】本発明はこのような点に鑑みて創作された
もので、角度ずれの調整作業が容易で、光結合効率が良
好な光半導体モジュールを提供することを目的としてい
る。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、図１に例示したように、ケース側壁１６
に設けた窓４を透明板３で封止したケース１５と、発光
面が透明板３に対向する如くケース１５内に固定された
半導体レーザ１と、半導体レーザ１とケース側壁１６と
の間に挿入固定され、半導体レーザ１の出射光を平行ビ
ームにして透明板３に投射する第１のレンズ２とを備え
た半導体レーザ・レンズアセンブリを設ける。

【００２０】一方、フランジ端面がケース側壁１６の外
側面上を摺動自在とするフランジ付スリーブ３０と、フ
ランジ付スリーブ３０の軸心孔３１に回動自在に挿入さ
れる金属球２０と、金属球２０の貫通孔２１に挿入固着
され、透明板３を通過した光を光ファイバ１０の端面に
集光する第２のレンズ５と、光ファイバ１０の入射端面
が第２のレンズ５に対向するよう、貫通孔２１に挿入固
着されたフェルール６とを備えたレンズ・光ファイバア
センブリを設ける。

【００２１】そして、フランジ付スリーブ３０は、光フ
ァイバ１０の軸ずれ調整後に、フランジ３０Ａ　をケー
ス側壁１６にレーザー溶接するものとし、金属球２０は
、光ファイバ１０の角度ずれ調整後に、フランジ付スリ
ーブ３０にレーザー溶接するものとする。

【００２２】請求項２の発明は、図２に例示したように
、中空孔が隔壁５１により密閉軸孔５２と一端が開口し
た軸孔５３とに分離され、隔壁５１の中心部の窓４が透
明板３で封止された筒体５０を設ける。

【００２３】また、発光面が透明板３に対向し、密閉軸
孔５２の中心線上になるように、半導体レーザ１を密閉
軸孔５２側に固定する。また、半導体レーザ１の出射光
を平行ビームにして透明板３に投射する第１のレンズ２
を、半導体レーザ１と半導体レーザ１と隔壁５１との間
に挿入固定された円板形のレンズホルダ９の軸心孔に挿
着する。

【００２４】そして、軸孔５３に回動自在に挿入される
スリーブ４０と、スリーブ４０の偏心孔４１に回動自在
に挿入される金属球２０と、金属球２０の偏心貫通孔２
５に挿入固着され透明板３を通過した光を光ファイバ１
０の端面に集光する第２のレンズ５と、光ファイバ１０
の入射端面が第２のレンズ５に対向するよう偏心貫通孔
２５に挿入固着されたフェルール６とを設けた構成とす
る。

【００２５】スリーブ４０は、光ファイバ１０の軸ずれ
調整後に筒体５０にレーザー溶接するものとし、金属球
２０は、光ファイバ１０の軸ずれ及び角度ずれ調整後に
、スリーブ４０にレーザー溶接するものとする。

【００２６】

【作用】請求項１の発明においては、金属球２０はフラ
ンジ付スリーブ３０の軸心孔３１に回動自在に挿入され
ており、また請求項２の発明においては、金属球２０は
スリーブ４０の偏心孔４１に回動自在に挿入されるてい
る。

【００２７】したがって、フェルール６の端部を把持し
て、金属球２０の貫通孔又は偏心貫通孔の軸心を傾ける
ように微細に振ることにより、光ファイバ１０の軸心を
半導体レーザの出射ビームの光軸に平行させること、即
ち角度ずれの調整ができる。

【００２８】一方、請求項１の発明においては、フラン
ジ付スリーブ３０のフランジ３０Ａ　の端面を、ケース
側壁１６の外側面に密接させた状態で、フランジ付スリ
ーブ３０をＸ軸・Ｙ軸方向に摺動移動することで、半導
体レーザ１の出射光を光ファイバ１０の入射端面に集光
させること、即ち軸ずれの調整が行われる。

【００２９】次に、請求項２の発明の軸ずれの調整につ
いて図３を参照しながら説明する。請求項２の発明にお
いて、筒体５０の軸孔５３に回動自在に挿入されるスリ
ーブ４０は、金属球２０が回動自在に挿入される偏心孔
４１を有しており、その偏心量はｅ１　である。

【００３０】したがって、スリーブ４０を回転すると図
３（Ａ）　に図示したように偏心孔中心ＳＣの軌跡は、
軸孔中心Ｃを中心とした半径ｅ１　の点線で示す円Ｐ１
　である。一方、図３（Ｂ）　に図示したように、スリーブ４０の
偏心孔に回動自在に挿入される金属球２０は、フェルー
ルが挿着される偏心貫通孔２５を有し、その偏心量はｅ
２　である。

【００３１】したがって、スリーブ４０を固定し金属球
２０を回転すると、ファイバ中心ＦＣの軌跡は、偏心孔
中心ＳＣを中心とした半径ｅ２の点線で示す円Ｐ２　で
ある。ここにおいて、ｅ２　≧ｅ１　であることが必須要件で
あるが、ｅ２　＝ｅ１　であることが調整作業が容易で
あるので好ましい。

【００３２】上述のことにより、スリーブ４０を回転し
、さらに金属球２０を回転すると、図３（Ｃ）　に図示
したように、ファイバ中心ＦＣは、筒体５０の軸孔中心
Ｃを中心とする半径ｅ２　の実線で示す円Ｅ内（ｅ２　
＝ｅ１　の場合）の任意の点に移動調整することができ
る。即ち、スリーブ４０及び金属球２０をそれぞれ回転
調整することで、半導体レーザ１の出射光を光ファイバ
１０の入射端面に集光させること、即ち軸ずれの調整が
行われる。

【００３３】

【実施例】以下図１乃至図３を参照しながら、本発明を
具体的に説明する。なお、全図を通じて同一符号は同一
対象物を示す。

【００３４】図１は請求項１の発明の断面図、図２は請
求項２の発明の図で（Ａ）　は側断面図、（Ｂ）　は（
Ａ）　に示す鎖線ＡーＡ部分の断面図、（Ｃ）は（Ａ）
　に示す鎖線ＢーＢ部分の断面図、図３の（Ａ），（Ｂ
），（Ｃ）　は請求項２の発明の作用を説明する図であ
る。

【００３５】図１において、上方が開口した箱形のケー
ス１５は、選択したケース側壁１６の中心部に窓４を有
し、その窓４に透明板（透明なサファイヤ板）３を嵌め
込み、外部と内部とを隔離している。

【００３６】また、ケース１５の開口は、後述する半導
体レーザ１及び第１のレンズ２を収容固着した後に、カ
バーにより封止される。キャリア１Ａの上部に半導体レ
ーザ１を搭載し、光軸が水平に透明板３を指向するよう
にキャリア１Ａの底面をケース底板１５Ａ　に半田付け
等して、半導体レーザ１をケース１５内に装着してある
。

【００３７】第１のレンズ２（例えば屈折率分布形レン
ズ）は、レンズホルダ２Ａの孔に挿入固着され、軸心が
半導体レーザ１の光軸に一致するように、レンズホルダ
２Ａの底面をケース底板１５Ａ　に半田付け等して、半
導体レーザ１とケース側壁１６の間に固着してある。

【００３８】６は、微細軸心孔に光ファイバ１０の端末
を挿着した円柱形のフェルールであり、５は、透明板３
を通過した光を、光ファイバ１０の入射端面に集光させ
る、例えば屈折率分布形レンズのような第２のレンズで
ある。

【００３９】３０は、フランジ３０Ａ　の端面がケース
側壁１６の外側面上を摺動自在とするフランジ付スリー
ブである。２０は、フランジ付スリーブ３０の軸心孔３
１に回転自在のようにしっくりと挿入される直径寸法の
、例えばステンレス鋼等よりなる金属球であって、金属
球２０の軸心には、貫通孔２１を設けてある。

【００４０】第２のレンズ５は、金属球２０の貫通孔２
１の一方の端部に挿入され、その外周面と貫通孔２１の
内周面とを半田付けすることで、金属球２０に固着され
ている。フェルール６は、第２のレンズ５とは反対側から貫通孔
２１に圧入され、光ファイバ１０の入射端面と第２のレ
ンズ５の出射面とが所定に離れた位置で固着されている
。

【００４１】そして、フランジ付スリーブ３０のフラン
ジ３０Ａ　の端面を、ケース側壁１６の外側面に密接さ
せた状態で、フランジ付スリーブ３０をＸ軸・Ｙ軸方向
に摺動移動して軸ずれの調整を終了後に、フランジ３０
Ａ　をケース側壁１６にレーザー溶接（点Ｍで図示した
）して固着している。

【００４２】一方、フェルール６の端部を把持して、金
属球２０の貫通孔２１軸心を傾けるように微細に振って
角度ずれの調整後に、金属球２０の外接点と軸心孔３１
の内壁とをレーザー溶接（点Ｎで図示した）して金属球
２０を固着している。

【００４３】図２，図３において、５０は、外形が直方
体状で、軸心に断面が円の中空孔を有する、例えばステ
ンレス鋼等よりなる筒体であって、中空孔が隔壁５１に
より区画し、開口部に蓋を嵌着することで密閉される密
閉軸孔５２と、一端が開口した軸孔５３とに分離してい
る。そして、隔壁５１の中心部の窓４を設け、この窓４
の軸孔５３側に透明板３を嵌め、周縁部を接着剤で固着
して窓４を塞いでいる。

【００４４】第１のレンズ２（例えば屈折率分布形レン
ズ）は、外径寸法が密閉軸孔５２の孔径にほぼ等しい円
板形のレンズホルダ９の軸心孔に挿入され、半田付け等
されて固着されている。

【００４５】そして、このレンズホルダ９を、密閉軸孔
５２に挿入し、その端面を隔壁５１の側壁に当接し、レ
ーザー溶接等することで第１のレンズ２を密閉軸孔５２
の軸心に一致させて収容固着させている。

【００４６】図２の（Ｃ）　に図示したように、底面を
円弧にしたキャリア１Ａの上部に、半導体レーザ１を搭
載し、光軸が密閉軸孔５２の中心線に一致し、且つ発光
面が第１のレンズ２に対向するように、キャリア１Ａの
底面を密閉軸孔５２の内壁に半田付け等して、半導体レ
ーザ１をケース１５内に装着してある。

【００４７】一方、４０は、ステンレス鋼等よりなる円
筒形で、軸孔５３に回転自在のようにしっくりと挿入さ
れるスリーブである。図２の（Ａ），（Ｂ），及び図３
に図示したようにスリーブ４０には、金属球２０が回動
自在にしっくりと挿入される偏心孔４１を有しており、
その偏心量はｅ１　である。

【００４８】この金属球２０には、フェルールが挿着さ
れる偏心貫通孔２５を有し、その偏心量はｅ２　である
。第２のレンズ５は、金属球２０の偏心貫通孔２５の一
方の端部に挿入され、その外周面と偏心貫通孔２５の内
周面とを半田付けすることで、金属球２０に固着されて
いる。

【００４９】フェルール６は、第２のレンズ５とは反対
側から偏心貫通孔２５に圧入され、光ファイバ１０の入
射端面と第２のレンズ５の出射面とが所定に離れた位置
で固着されている。

【００５０】そして、スリーブ４０を所望に回転し、且
つフェルール６の端部を把持して、金属球２０を所望に
回転して軸ずれを調整後に、スリーブ４０の外周部と軸
孔５３の内壁とをレーザー溶接（点Ｍで図示した）して
固着している。

【００５１】一方、フェルール６の端部を把持して、金
属球２０の偏心貫通孔２５の軸心を傾けるように微細に
振って角度ずれの調整後に、金属球２０の外接点とスリ
ーブ４０の内壁とをレーザー溶接（点Ｎで図示した）し
て固着している。

【００５２】なお、請求項２の発明においては、半導体
レーザ１を下面が円弧状に加工したキャリア１Ａに搭載
してあるので、半導体レーザ１の光軸は、密閉軸孔５２
の中心線に一致しており、且つ密閉軸孔５２と軸孔５３
とは中心軸が始めから一致している。

【００５３】したがって、軸ずれ調整及び角度ずれ調整
を殆ど必要としないものである。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、第２のレ
ンズとフェルールとを、金属球の貫通孔または偏心貫通
孔に挿着し、その金属球をフランジ付スリーブの軸心孔
またはスリーブの偏心孔に回動自在に挿入した構成とし
たことにより、光ファイバの軸心を半導体レーザの出射
ビームの光軸に平行させることができて、角度ずれの調
整作業が容易であるという効果を有する。

【００５５】一方、請求項１の発明においては、フラン
ジ付スリーブのフランジの端面を、ケース側壁の外側面
に密接させた状態で、所望に摺動移動することで軸ずれ
を調整でき、請求項２の発明においては、スリーブ及び
金属球をそれぞれ回転調整することで軸ずれを調整でき
て、光半導体モジュールの光結合効率が向上するという
効果を有する。

【００５６】なお、請求項２の発明においては、軸ずれ
調整及び角度ずれ調整を殆ど必要としないという優れた
効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　請求項１の発明の断面図

【図２】　　請求項２の発明の図で（Ａ）　は側断面図（Ｂ）　は（Ａ）　に示す鎖線ＡーＡ部分の断面図（Ｃ
）　は（Ａ）　に示す鎖線ＢーＢ部分の断面図

【図３】
　　（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）　は請求項２の発明の作用
を説明する図

【図４】　　光半導体モジュールの構成図

【図５】　　
従来例の断面図

【符号の説明】

１　　半導体レーザ、　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　１Ａ　　キャリア、２　　第１のレンズ、　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　２Ａ，９　　レンズホルダ、３　　透明板、　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　４　　窓５　　第２のレンズ、　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　６　　フェルール、７，４０　　　スリーブ、　　　　８　　フランジ付スリーブ、９　　レンズホルダ、　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　１０　　光ファイバ、１５　　ケース、　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　１６　　ケース側壁、２０　　金属球、　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　２１　　貫通孔、２５　　偏心貫通孔、　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　３０　　フランジ付スリーブ、３１　　軸心孔、　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　４０　スリーブ、４１　　偏心孔、　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　５０　　筒体、５１　　隔壁、　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　５２　　密閉軸孔、５３　　軸孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　第１，　第２の２つのレンズを介して
半導体レーザと光ファイバとを光結合させるモジュール
であって、ケース側壁（１６）に設けた窓（４）　を透
明板（３）　で封止したケース（１５）と、発光面が該
透明板（３）　に対向するように、該ケース（１５）内
に固定された半導体レーザ（１）　と、該半導体レーザ
（１）　の出射光を平行ビームにして、該透明板（３）
　に投射すべく、該半導体レーザ（１）　と該ケース側
壁（１６）との間に挿入固定された第１のレンズ（２）
　と、フランジ端面が該ケース側壁（１６）の外側面上
を、摺動自在とするフランジ付スリーブ（３０）と、該
フランジ付スリーブ（３０）の軸心孔（３１）に、回動
自在に挿入される金属球（２０）と、該透明板（３）　
を通過した光を光ファイバ（１０）の端面に集光すべく
、該金属球（２０）の貫通孔（２１）に挿入固着された
第２のレンズ（５）　と、該光ファイバ（１０）の入射
端面が該第２のレンズ（５）　に対向するよう、該貫通
孔（２１）に挿入固着されたフェルール（６）　とから
構成され、該フランジ付スリーブ（３０）は、該光ファ
イバ（１０）の軸ずれ調整後に、フランジ（３０Ａ）　
が該ケース側壁（１６）にレーザー溶接されるものであ
り、該金属球（２０）は、該光ファイバ（１０）の角度
ずれ調整後に、該フランジ付スリーブ（３０）にレーザ
ー溶接されるものであることを特徴とする光半導体モジ
ュール。
【請求項２】　　中空孔が隔壁（５１）により密閉軸孔
（５２）と一端が開口した軸孔（５３）とに分離され、
該隔壁（５１）の中心部の窓（４）　が透明板（３）　
で封止された筒体（５０）と、発光面が該透明板（３）
　に対向するよう、該密閉軸孔（５２）の中心線上に固
定された半導体レーザ（１）　と、該半導体レーザ（１
）　の出射光を平行ビームにして該透明板（３）　に投
射すべく、該半導体レーザ（１）　と該隔壁（５１）と
の間に挿入固定された円板形のレンズホルダ（９）　の
、軸心孔に挿着された第１のレンズ（２）　と、該軸孔
（５３）に回動自在に挿入されるスリーブ（４０）と、
該スリーブ（４０）の偏心孔（４１）に回動自在に挿入
される金属球（２０）と、該透明板（３）　を通過した
光を光ファイバ（１０）の端面に集光すべく、該金属球
（２０）の偏心貫通孔（２５）に挿入固着された第２の
レンズ（５）　と、該光ファイバ（１０）の入射端面が
該第２のレンズ（５）　に対向するよう、該偏心貫通孔
（２５）に挿入固着されるフェルール（６）　とから構
成され、該スリーブ（４０）は、該光ファイバ（１０）
の軸ずれ調整後に該筒体（５０）にレーザー溶接される
ものであり、該金属球（２０）は、該光ファイバ（１０
）の軸ずれ，角度ずれ調整後に、スリーブ（４０）にレ
ーザー溶接されるものであることを特徴とする光半導体
モジュール。