JPH05333246A - Optical coupler - Google Patents

Optical coupler

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Publication number
JPH05333246A
JPH05333246A JP13656192A JP13656192A JPH05333246A JP H05333246 A JPH05333246 A JP H05333246A JP 13656192 A JP13656192 A JP 13656192A JP 13656192 A JP13656192 A JP 13656192A JP H05333246 A JPH05333246 A JP H05333246A
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JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor laser
lens
metal plate
laser element
fixed
Prior art date
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Pending
Application number
JP13656192A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Makoto Shimaoka
誠 嶋岡
Yasutoshi Yagyu
泰利 柳生
Yasuro Aoki
康郎 青木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP13656192A priority Critical patent/JPH05333246A/en
Publication of JPH05333246A publication Critical patent/JPH05333246A/en
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  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

PURPOSE:To easily and surely perform the optical coupling of a semiconductor laser element and a spherical lens and to obtain stable parallel rays of light from the spherical lens. CONSTITUTION:As to plural spherical lenses 5, a pit is formed on a metallic plate 6 by a photo-etching method, and plural spherical lenses 5 are fixed on the metallic plate 6 with glass having a low fusion point. Next, by positioning and fixing the metallic plate 6 provided with the spherical lens near the light emitting part of the semiconductor laser element 2, the stable parallel rays of light from the spherical lenses are obtained. By fixing the spherical lens 5 on the metallic plate 6, the rays of light which are stabilized for a long term can be obtained without causing a lens breakdown due to a thermal stress even in the case that the temperature changes. And also, by positioning and fixing the tip part of a fiber by use of a ferrule guide 9, the light can be efficiently taken out from the fiber.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、球レンズを介して半導
体レーザ素子と光ファイバとの結合を行う光結合装置お
よびその組立方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical coupling device for coupling a semiconductor laser device and an optical fiber via a spherical lens, and an assembling method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】光ファイバを伝送路として使用する光通
信方式では、半導体レーザから発振した光を出来るだけ
効率よく光ファイバ内に取り込む光結合装置が必要であ
る。このため、光ファイバ先端に曲率を付与しレンズ効
果を持たせた先球ファイバで光結合する方法、あるい
は、レンズを介して光ファイバに結合する方法などが使
用されている。先球ファイバを用いた方法では、半導体
レーザと先球ファイバとの相対許容位置ずれ量がわずか
±2μm程度であるのに対し、レンズを使った方法では
相対許容位置ずれ量を大きくとることができ、組立を行
う上で容易である。
2. Description of the Related Art In an optical communication system using an optical fiber as a transmission line, an optical coupling device for taking in light oscillated from a semiconductor laser into the optical fiber as efficiently as possible is required. For this reason, a method of optically coupling with a spherical fiber having a lens effect by giving a curvature to the tip of the optical fiber, or a method of coupling with an optical fiber through a lens is used. In the method using the front spherical fiber, the relative allowable positional deviation amount between the semiconductor laser and the front spherical fiber is only about ± 2 μm, whereas in the method using the lens, the relative allowable positional deviation amount can be made large. , Easy to assemble.

【0003】この種の従来技術は、特公平3−63044号公
報(図8)に開示されているように、半導体レーザをパ
ッケージステムの中央部に固定後、円筒型キャップの形
態のレンズ保持部材を取り付け、レンズ保持部材の中心
には孔をあけ、この孔には球レンズを固着し、半導体レ
ーザ素子からの光軸と一致するように球レンズを調整
し、レンズ保持部材の上面には円筒孔を有するフェルー
ル支持部材を、球レンズをおおうようにして固着し、円
筒孔には光ファイバを装着したフェルールを挿着し、光
ファイバの端面が球レンズと対向するようになし、半導
体レーザからの光と球レンズとを光軸調整した後、さら
に光ファイバ端面に光が集束するようにフェルールとフ
ェルール支持部材とを位置調整したあと、パッケージス
テムとレンズ保持部材とを固定する構造になっている。
As disclosed in Japanese Examined Patent Publication No. 3-63044 (FIG. 8), this type of prior art has a lens holding member in the form of a cylindrical cap after the semiconductor laser is fixed to the center of the package stem. Attach a hole in the center of the lens holding member, fix a ball lens in this hole, adjust the ball lens so that it matches the optical axis from the semiconductor laser element, and place a cylinder on the upper surface of the lens holding member. A ferrule support member having a hole is fixed so as to cover the spherical lens, and a ferrule with an optical fiber is inserted into the cylindrical hole so that the end face of the optical fiber faces the spherical lens. After adjusting the optical axes of the light and the spherical lens, the positions of the ferrule and the ferrule supporting member are further adjusted so that the light is focused on the end face of the optical fiber, and then the package stem and the lens holding member. It has a structure to secure the.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、球レ
ンズ保持部材が単一のレンズを保持するに好適なように
構成されている。この構成で一個の半導体レーザ素子か
ら複数個のレーザ光が発振する場合、複数個のレンズで
結合して固定するには、従来技術がレンズ間隔を調節出
来る構造ではなく、たとえレンズ保持部材にレンズを固
定できたとしても、半導体レーザ素子と球レンズとの光
軸合わせにはレンズ保持部材を回転して合わせることと
なり、位置合わせがむずかしく時間がかかる問題があっ
た。
In the above-mentioned prior art, the spherical lens holding member is configured to be suitable for holding a single lens. When a plurality of laser beams oscillate from a single semiconductor laser device with this configuration, the conventional technique does not have a structure in which the lens interval can be adjusted, and the lens holding member does not have a structure for adjusting the lens interval. Even if it can be fixed, the lens holding member is rotated to align the optical axes of the semiconductor laser element and the spherical lens, and there is a problem that alignment is difficult and time-consuming.

【0005】また、半導体レーザ素子と複数のレンズと
の位置合わせにずれがあると、レンズを透過した複数の
光が平行に出射されず、結果としてファイバとの光結合
にもばらつきが発生する可能性があった。さらには、複
数のレーザ光を並べて発光させる場合、たとえば250
μm径の球レンズを複数個レンズ保持部材に固定する構
造は考慮されていないなどの問題があった。
Further, if the semiconductor laser device and the plurality of lenses are misaligned, the plurality of lights that have passed through the lenses are not emitted in parallel and, as a result, the optical coupling with the fiber may vary. There was a nature. Furthermore, when a plurality of laser beams are arranged and emitted, for example, 250
There is a problem that a structure for fixing a plurality of μm diameter spherical lenses to a lens holding member is not considered.

【0006】本発明の目的は、球レンズを介して半導体
レーザ素子と光ファイバとの結合を行う光結合装置にお
いて、複数個の微小球レンズを介して光結合する場合、
一定間隔でピットを形成し、このピットに球レンズを調
整固定することにより、安定した平行光が得られる光結
合装置を提供すること、あるいは、ファイバ付き装置で
は複数のファイバ出力が一定である光結合装置及びその
組立方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide an optical coupling device for coupling a semiconductor laser element and an optical fiber through a spherical lens, in the case of optically coupling through a plurality of minute spherical lenses,
Providing an optical coupling device that can obtain stable parallel light by forming pits at regular intervals and adjusting and fixing a spherical lens in this pit. It is an object of the present invention to provide a coupling device and an assembling method thereof.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的は、たとえば、
図2にその模式図を示すように、ステムの中央部に配置
した半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子のレーザ光
出射部に配置固定した球レンズと、半導体レーザ素子を
制御するIC素子と半導体レーザ素子,球レンズ,IC
素子をおおうように設けたガラス窓付きキャップよりな
る光結合装置において、あらかじめ金属板上に一定間隔
で複数個の円柱状ピットあるいは十字スリットを形成
し、このピットあるいはスリットに球レンズを着座させ
た後、金属板と球レンズとを固定し、さらに半導体レー
ザ素子のレーザ光出射部に球レンズ付き金属板を対向し
て位置合わせしたものである。
The above-mentioned object is, for example,
As shown in the schematic view of FIG. 2, a semiconductor laser element arranged in the central portion of the stem, a spherical lens arranged and fixed in the laser light emitting portion of the semiconductor laser element, an IC element for controlling the semiconductor laser element, and a semiconductor laser. Element, ball lens, IC
In an optical coupling device consisting of a cap with a glass window provided so as to cover the element, a plurality of cylindrical pits or cross slits were formed in advance on a metal plate at regular intervals, and a spherical lens was seated on this pit or slit. After that, the metal plate and the ball lens are fixed, and the metal plate with the ball lens is positioned so as to face the laser beam emitting portion of the semiconductor laser device.

【0008】本発明は、ステムの中央部に配置した半導
体レーザ素子と、半導体レーザ素子のレーザ光出射部に
配置固定した金属板付き球レンズと、半導体レーザ素子
を制御するIC素子と半導体レーザ素子,球レンズ,I
C素子をおおうように設けたガラス窓付きキャップと端
面を平坦に研磨したファイバよりなる光結合装置におい
て、あらかじめ前記金属板上に一定間隔で複数個の円柱
状ピットあるいは十字スリットを形成し、このピットあ
るいはスリットに前記球レンズを着座させた後、金属板
と球レンズとを固定し、さらに半導体レーザ素子のレー
ザ光出射部に球レンズ付き金属板を対向して位置合わせ
し、球レンズで集光したのちの光をファイバ端面に入射
させるようにしたものである。
According to the present invention, a semiconductor laser element arranged in the center of a stem, a spherical lens with a metal plate arranged and fixed in the laser beam emitting portion of the semiconductor laser element, an IC element for controlling the semiconductor laser element, and a semiconductor laser element. , Ball lens, I
In an optical coupling device comprising a glass window cap provided so as to cover a C element and a fiber whose end face is polished flat, a plurality of columnar pits or cross slits are formed in advance on the metal plate at regular intervals. After the ball lens is seated in the pit or slit, the metal plate and the ball lens are fixed, and further, the metal plate with the ball lens is positioned to face the laser light emitting part of the semiconductor laser device, and the ball lens collects. After the light is emitted, the light is made incident on the end face of the fiber.

【0009】また本発明は、ステムの中央部に配置した
半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子のレーザ光出射
部に配置固定した球レンズと、半導体レーザ素子を制御
するIC素子と半導体レーザ素子,球レンズ,IC素子
をおおうように設けたガラス窓付きキャップと端面を平
坦に研磨したファイバよりなる光結合装置において、ま
ず前記半導体レーザ素子をAu−Sn,Pb−Sn(4
0:60)で所定の位置に固定後IC素子をPb−Sn
(40:60)で固定し、続いて半導体レーザ素子,I
C素子,外部電極をそれぞれ電気接続し、半導体レーザ
素子を発振させながら球レンズ付き金属板の位置調整を
行い、ステムと金属板とを溶接固定あるいはIn−Pb
−Agなどのはんだで固定した後、ガラス窓付きキャッ
プをステムに抵抗溶接固定し、ガラス窓を透過した後の
光をファイバ端部に結合することを特徴とするものであ
る。
The present invention is also directed to a semiconductor laser element arranged in the center of the stem, a spherical lens arranged and fixed in the laser beam emitting portion of the semiconductor laser element, an IC element for controlling the semiconductor laser element, a semiconductor laser element, and a ball. In an optical coupling device comprising a glass window cap provided so as to cover a lens and an IC element and a fiber whose end face is polished flat, first, the semiconductor laser element is Au-Sn, Pb-Sn (4
0:60) and then fix the IC element with Pb-Sn.
(40:60), followed by semiconductor laser device, I
The C element and the external electrode are electrically connected to each other, and the position of the metal plate with the spherical lens is adjusted while oscillating the semiconductor laser device, and the stem and the metal plate are fixed by welding or In-Pb
After fixing with a solder such as -Ag, the glass window cap is resistance-welded and fixed to the stem, and the light after passing through the glass window is coupled to the fiber end.

【0010】[0010]

【作用】金属板には一定間隔で円柱状ピットを設ける。
ピットの形状は、球レンズより小さい径とする。一定間
隔のピットとするために、フォトエッチング法で行う。
すなわち、予めエッチング用マスクをガラスなどの材料
で作成し、金属板上に塗布したレジストにマスクを透し
て紫外線を照射することにより、ピット部レジストのみ
を露出させ、金属をエッチングして円柱状ピットを形成
する。このピットに球レンズを着座させるとレンズは安
定した状態となる。ピットの中にわずかの低融点ガラ
ス、あるいは、Au−Snはんだをいれて、金属板とレ
ンズとを接合するとレンズはさらに安定する。金属板に
固定した球レンズの配列は、一直線状でしかも一定の間
隔となっている。このレンズ付き金属板を、半導体レー
ザ素子の出射部近傍に位置合わせしてステムと金属板と
をはんだあるいは溶接で固定する。また、金属板に球レ
ンズを固定するほかの方法として、十字スリットを金属
板に形成する方法がある。スリットの形成は、フォトエ
ッチングあるいは放電加工で行う。スリットの交差部分
にレンズを着座させたのちはんだなどで接着固定する。
こうして固定した金属板付き球レンズを、レーザ素子の
近くに位置合わせ及び固定することにより、半導体レー
ザ素子とレンズとの相対ずれはなく、確実でしかも安定
した平行光が得られる光結合装置あるいは複数ファイバ
と光結合した光結合装置が得られる。
[Function] Cylindrical pits are provided on the metal plate at regular intervals.
The shape of the pit should be smaller than that of the spherical lens. Photoetching is used to form pits at regular intervals.
That is, an etching mask is made in advance from a material such as glass, and the resist applied on a metal plate is exposed to ultraviolet rays through the mask to expose only the pit resist, and the metal is etched to form a columnar shape. Form a pit. If a ball lens is seated in this pit, the lens will be in a stable state. When a small amount of low melting point glass or Au—Sn solder is put in the pit and the metal plate and the lens are joined together, the lens becomes more stable. The array of spherical lenses fixed to the metal plate is straight and has a constant interval. The lens-equipped metal plate is aligned with the vicinity of the emitting portion of the semiconductor laser element, and the stem and the metal plate are fixed by soldering or welding. Further, as another method of fixing the spherical lens to the metal plate, there is a method of forming a cross slit in the metal plate. The slits are formed by photo etching or electric discharge machining. After the lens is seated at the intersection of the slits, it is bonded and fixed with solder.
By aligning and fixing the thus-fixed spherical lens with a metal plate near the laser element, there is no relative displacement between the semiconductor laser element and the lens, and a reliable and stable collimated light can be obtained. An optical coupling device optically coupled with the fiber is obtained.

【0011】[0011]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図1により説明す
る。図1は円盤状ステム1の中心部に、ステムの直角方
向に半導体レーザ素子2が発振できるようにサブマウン
ト3を介して固定されている。半導体レーザ素子2の出
力を制御するために、IC素子4がレーザ素子と並んで
配置固定されている。したがって、外部からの電気信号
はリード4′からIC素子4を通して半導体レーザ素子
2に供給される。半導体レーザ素子2からは複数個の光
が同時に発振する。レーザ光の発振間隔は、ファイバ外
径が125μmであることを考慮して、これの倍数に合
った間隔としている。発振する光は30〜40°の拡が
りがある。したがって、このままでファイバ端面を近づ
けても3〜5%の結合効率しか得られない。そこで、微
小球レンズを半導体レーザ素子2の発光部の近くに設置
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. In FIG. 1, a semiconductor laser device 2 is fixed to a central portion of a disc-shaped stem 1 via a submount 3 so that a semiconductor laser device 2 can oscillate in a direction perpendicular to the stem. In order to control the output of the semiconductor laser element 2, the IC element 4 is arranged and fixed side by side with the laser element. Therefore, an electric signal from the outside is supplied to the semiconductor laser element 2 from the lead 4'through the IC element 4. A plurality of lights oscillate simultaneously from the semiconductor laser device 2. The oscillation interval of the laser light is set to a multiple that is in consideration of the fiber outer diameter of 125 μm. The oscillating light has a spread of 30 to 40 °. Therefore, even if the fiber end faces are brought close to each other as it is, only a coupling efficiency of 3 to 5% can be obtained. Therefore, a microsphere lens is installed near the light emitting portion of the semiconductor laser element 2.

【0012】球レンズ5はあらかじめ金属板6に固定し
たものを使用する。図3は、レンズと金属板との組立の
状況を示す。まず、金属板6のピットを形成する面にレ
ジストを塗布する。あらかじめ作成したマスクを金属板
の上に支持し、マスクの上方から金属板に向けて紫外線
を照射する。金属板上のレジスト膜は、紫外線露光され
た部分のみ変質し、エッチングで取り除くことができ
る。つぎに、金属をエッチングするためエッチング液に
漬ける。金属板6の材質は、Fe−42Ni,Fe−4
5Ni,Fe−50Ni,Fe−29Ni−17Coな
どが適しており、これをエッチングする液としてHF,
HNO3 の混合液が適している。ピットの形状は、球レ
ンズの外径0.2 の場合外径0.1〜0.05深さ0.1
〜0.05が適している。球レンズの材質は、TaF−
3,SF−8がある。金属板6をエッチング後、表面に
残っているレジストを取り除く。金属板6と球レンズ5
とをレンズが破壊しないように固定するには、それぞれ
の線膨張係数を合わせることが重要で、7×10~6(/
℃)の係数をもつPbO,B23からなる低融点ガラス
が適している。形成した金属板6のピットに低融点ガラ
スを挿入し、球レンズを着座させて約450℃加熱で焼
成し金属板とレンズとを接着する。金属板6と球レンズ
5とを固定する他の方法は、球レンズ5の下面にあらか
じめTi−Pt−Auのスパッタリング膜を付けてお
き、Ni−Auのめっきを施した金属板6のピットにA
u−Snはんだを挿入後、球レンズのスパッタ面をピッ
トに着座させて、Au−Sn固定する。接合温度は30
0〜320℃が適している。
As the spherical lens 5, one fixed to a metal plate 6 in advance is used. FIG. 3 shows a state of assembling the lens and the metal plate. First, a resist is applied to the surface of the metal plate 6 on which pits are to be formed. A mask prepared in advance is supported on a metal plate, and ultraviolet rays are irradiated from above the mask toward the metal plate. The resist film on the metal plate changes in quality only in the portion exposed to ultraviolet light and can be removed by etching. Next, the metal is immersed in an etching solution for etching. The material of the metal plate 6 is Fe-42Ni, Fe-4.
5Ni, Fe-50Ni, Fe-29Ni-17Co, etc. are suitable, and HF,
A mixture of HNO 3 is suitable. The pit has an outer diameter of 0.1 to 0.05 and a depth of 0.1 when the outer diameter of the spherical lens is 0.2.
~ 0.05 is suitable. The material of the spherical lens is TaF-
3, SF-8. After etching the metal plate 6, the resist remaining on the surface is removed. Metal plate 6 and ball lens 5
To fix and so that the lenses do not break, it is important to match the linear expansion coefficients of each, and 7 × 10 ~ 6 (/
A low melting point glass made of PbO, B 2 O 3 having a coefficient of (° C.) is suitable. A low melting point glass is inserted into the pits of the formed metal plate 6, a ball lens is seated, and baked at about 450 ° C. to bond the metal plate and the lens. Another method of fixing the metal plate 6 and the ball lens 5 is to attach a sputtering film of Ti-Pt-Au to the lower surface of the ball lens 5 in advance, and to form the pits of the metal plate 6 plated with Ni-Au. A
After inserting the u-Sn solder, the sputter surface of the ball lens is seated in the pit and fixed with Au-Sn. Bonding temperature is 30
A temperature of 0 to 320 ° C is suitable.

【0013】金属板6に球レンズ5を固定するこの他の
固定方法は、図4に示すように、ピットのかわりに十字
スリットを形成し、スリットの中心にレンズを固定する
方法がある。使用する材料は、低融点ガラスあるいはA
u−Snはんだが適している。スリットの加工方法に
は、フォトエッチング,放電加工,プレス加工などがあ
る。
As another fixing method for fixing the spherical lens 5 to the metal plate 6, as shown in FIG. 4, there is a method of forming a cross slit instead of the pit and fixing the lens at the center of the slit. The material used is low melting glass or A
u-Sn solder is suitable. The slit processing method includes photo etching, electric discharge processing, press processing, and the like.

【0014】半導体レーザ素子2を発振させながら、球
レンズ付き金属板を平行な光が得られるように位置合わ
せし、ステム1と接合固定する。固定材料は、In−P
b−AgはんだあるいはYAG溶接が適している。
While oscillating the semiconductor laser element 2, the metal plate with the spherical lens is aligned so that parallel light can be obtained, and is joined and fixed to the stem 1. The fixing material is In-P
b-Ag solder or YAG welding is suitable.

【0015】ステム1に接合した半導体レーザ素子2,
IC素子4は大気中の湿気,ほこりあるいは外力から保
護するためにガラス窓7付きキャップ8でカバーする。
キャップ8とステム1の固定は、抵抗溶接法が適してい
る。この構造では、キャップ固定時に雰囲気を窒素ガス
とし、キャップ溶接することで、内部を窒素雰囲気とし
外部からの影響を受けない構造としている。
A semiconductor laser device 2, which is bonded to the stem 1.
The IC element 4 is covered with a cap 8 having a glass window 7 in order to protect it from moisture, dust or external force in the atmosphere.
A resistance welding method is suitable for fixing the cap 8 and the stem 1. In this structure, when the cap is fixed, the atmosphere is nitrogen gas and the cap is welded, so that the inside has a nitrogen atmosphere and is not affected by the outside.

【0016】このように、ステム1の中央に固定した半
導体レーザ素子2の発光部に球レンズ5付き金属板6を
位置合わせ固定することにより、ステム1と直角の方向
に複数の平行光を得ることができる。
In this way, by aligning and fixing the metal plate 6 with the spherical lens 5 to the light emitting portion of the semiconductor laser element 2 fixed to the center of the stem 1, a plurality of parallel lights are obtained in the direction perpendicular to the stem 1. be able to.

【0017】この光結合装置を光ファイバ伝送に使った
例として、図5に示すように、複数の光ファイバを組み
込む構造が考えられる。ガラス窓付きキャップ8をおお
うように、フェルールホルダ9を設ける。複数のファイ
バ11先端は、あらかじめ円筒状あるいは板状フェルー
ル10内に固定後、端面研磨したものを使用する。フェ
ルール10の材質はアルミナ,ジルコニアセラミックス
12あるいはSi単結晶板が適している。アルミナ,ジ
ルコニアセラミックスの場合、図6に示すように、直径
125μm,250μm間隔で複数個の穴13をあけた
ものを使用し、Si単結晶板14の場合、図7に示すよ
うに、複数個のV字型溝15を板面に形成し、ファイバ
11をSi板のV溝で挟むように固定する方法が適して
いる。したがって、フェルールホルダ9でフェルールを
挿入する部分は、フェルールの外形にあった円筒状ある
いは角状となる。
As an example of using this optical coupling device for optical fiber transmission, a structure in which a plurality of optical fibers are incorporated as shown in FIG. 5 can be considered. A ferrule holder 9 is provided so as to cover the glass window cap 8. The tips of the plurality of fibers 11 are fixed in the cylindrical or plate-shaped ferrule 10 in advance, and then end-polished. Alumina, zirconia ceramics 12 or Si single crystal plate is suitable for the material of the ferrule 10. In the case of alumina and zirconia ceramics, as shown in FIG. 6, a plurality of holes 13 having diameters of 125 μm and 250 μm are used, and in the case of Si single crystal plate 14, as shown in FIG. A suitable method is to form the V-shaped groove 15 on the plate surface and fix the fiber 11 so as to be sandwiched between the V grooves of the Si plate. Therefore, the portion of the ferrule holder 9 into which the ferrule is inserted has a cylindrical or angular shape that matches the outer shape of the ferrule.

【0018】球レンズ5からの光とファイバ11の端面
との位置合わせは、まず光軸と直角の方向をステム1と
フェルールホルダ9との接触面16で行い、溶接固定す
る。つぎに、光軸方向をフェルール11のフェルールホ
ルダ9からの出し入れで調整し、固定部17ではんだ固
定する。
The light from the spherical lens 5 and the end face of the fiber 11 are aligned with each other by welding and fixing the contact face 16 between the stem 1 and the ferrule holder 9 in the direction perpendicular to the optical axis. Next, the optical axis direction is adjusted by taking the ferrule 11 in and out of the ferrule holder 9, and the fixing part 17 fixes the solder.

【0019】実施例によれば、半導体レーザ素子2と球
レンズ5との光結合は、球レンズを金属板6に円筒状ピ
ットあるいは十字スリットを形成してこの上に着座させ
レンズの安定化を図ったこと、金属板と球レンズとの接
合を低融点ガラスあるいはAu−Snはんだとし確実に
接合固定でき割れが生じないこと、さらには半導体レー
ザ素子の発光部近傍に金属板つき球レンズを溶接固定し
たことにより、光結合が容易で、かつ、長期の使用に対
しても安定した結合を得ることが出来る。
According to the embodiment, in the optical coupling between the semiconductor laser element 2 and the spherical lens 5, the spherical lens is formed on the metal plate 6 by forming a cylindrical pit or a cross slit, and is seated on this to stabilize the lens. What we have achieved is that low-melting glass or Au-Sn solder is used to bond the metal plate and the ball lens so that the metal plate can be securely bonded and cracks do not occur. By fixing, optical coupling is easy, and stable coupling can be obtained even for long-term use.

【0020】[0020]

【発明の効果】本発明によれば、半導体レーザ素子から
の光を集光する球レンズをレーザ発振部の近くに、確実
でしかも長期間安定して固定することができ、また、レ
ーザ素子と球レンズとの位置合わせを短時間で、容易に
行うことができる。さらには、球レンズからの光をファ
イバに効率よく結合することが出来る。
According to the present invention, a spherical lens for condensing light from a semiconductor laser element can be securely and stably fixed near the laser oscillation portion for a long period of time. The alignment with the ball lens can be easily performed in a short time. Furthermore, the light from the spherical lens can be efficiently coupled to the fiber.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例の断面図。FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例の斜視図。FIG. 2 is a perspective view of an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施例の球レンズ付き金属板の組み
立てを示す説明図。
FIG. 3 is an explanatory view showing assembly of a metal plate with a spherical lens according to an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施例の他の球レンズ用金属板を示
す斜視図。
FIG. 4 is a perspective view showing another spherical lens metal plate of one embodiment of the present invention.

【図5】本発明の他の実施例の断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view of another embodiment of the present invention.

【図6】本発明の一実施例のフェルール付きファイバを
示す説明図。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a fiber with a ferrule according to an embodiment of the present invention.

【図7】本発明の一実施例の他のフェルール付きファイ
バを示す斜視図。
FIG. 7 is a perspective view showing another fiber with a ferrule according to an embodiment of the present invention.

【図8】従来技術を示す断面図。FIG. 8 is a sectional view showing a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ステム、2…半導体レーザ素子、3…サブマウン
ト、4…IC素子、5…球レンズ、8…キャップ、9…
フェルールガイド、10…フェルール、11…ファイ
バ。
1 ... Stem, 2 ... Semiconductor laser element, 3 ... Submount, 4 ... IC element, 5 ... Ball lens, 8 ... Cap, 9 ...
Ferrule guide, 10 ... Ferrule, 11 ... Fiber.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ステムの中央部に配置した半導体レーザ素
子と、前記半導体レーザ素子のレーザ光出射部に配置固
定した球レンズと、前記半導体レーザ素子を制御するI
C素子と前記半導体レーザ素子,前記球レンズ,前記I
C素子をおおうように設けたガラス窓付きキャップより
なる光結合装置において、あらかじめ金属板上に一定間
隔で複数個の円柱状ピットあるいは十字スリットを形成
し、前記円柱状ピットあるいは前記十字スリットに前記
球レンズを着座させた後、前記金属板と前記球レンズと
を固定し、前記半導体レーザ素子のレーザ光出射部に球
レンズ付き金属板を対向して位置合わせ及び固定したこ
とを特徴とする光結合装置。
1. A semiconductor laser element arranged in the center of a stem, a spherical lens arranged and fixed in a laser beam emitting portion of the semiconductor laser element, and I for controlling the semiconductor laser element.
C element, the semiconductor laser element, the spherical lens, the I
In an optical coupling device comprising a cap with a glass window provided so as to cover a C element, a plurality of cylindrical pits or cross slits are formed in advance on a metal plate at regular intervals, and the cylindrical pits or cross slits are provided with the above-mentioned After the ball lens is seated, the metal plate and the ball lens are fixed, and the metal plate with the ball lens is positioned and fixed so as to face the laser light emitting portion of the semiconductor laser device. Coupling device.
【請求項2】ステムの中央部に配置した半導体レーザ素
子と、前記半導体レーザ素子のレーザ光出射部に配置固
定した金属板付き球レンズと、前記半導体レーザ素子を
制御するIC素子と前記半導体レーザ素子,前記球レン
ズ,前記IC素子をおおうように設けたガラス窓付きキ
ャップと端面を平坦に研磨したファイバよりなる光結合
装置において、あらかじめ前記金属板上に一定間隔で複
数個の円柱状ピットあるいは十字スリットを形成し、前
記円柱状ピットあるいは前記十字スリットに前記球レン
ズを着座させた後、前記金属板と前記球レンズとを固定
し、前記半導体レーザ素子のレーザ光出射部に球レンズ
付き金属板を対向して位置合わせ及び固定し、前記球レ
ンズで集光したのちの光をファイバ端面に入射させるこ
とを特徴とする光結合装置。
2. A semiconductor laser element arranged in the center of a stem, a spherical lens with a metal plate arranged and fixed in a laser beam emitting portion of the semiconductor laser element, an IC element for controlling the semiconductor laser element, and the semiconductor laser. An optical coupling device comprising an element, the spherical lens, a cap with a glass window provided so as to cover the IC element, and a fiber whose end face is flatly polished, and a plurality of columnar pits or After forming a cross slit and seating the ball lens in the columnar pit or the cross slit, the metal plate and the ball lens are fixed, and a metal with a ball lens is provided in the laser light emitting portion of the semiconductor laser device. Positioning and fixing of the plates facing each other, and light after being condensed by the spherical lens is incident on the end face of the fiber. Coupling devices.
【請求項3】請求項1または2において、前記半導体レ
ーザ素子の出射光が4本あるいは4の倍数で同数の前記
球レンズ付き金属板と結合後、ファイバに光結合する光
結合装置。
3. The optical coupling device according to claim 1, wherein the emitted light of the semiconductor laser device is coupled with four or a multiple of 4 of the same number of the metal plates with spherical lenses, and then optically coupled with a fiber.
【請求項4】請求項1,2または3において、前記半導
体レーザ素子出射部の間隔が250μmで前記球レンズ
付き金属板のレンズ間隔および前記ファイバの間隔と一
致していることを特徴とする光結合装置。
4. The light according to claim 1, wherein the distance between the semiconductor laser element emitting portions is 250 μm, which is equal to the lens distance of the metal plate with the spherical lens and the distance between the fibers. Coupling device.
【請求項5】請求項1,2,3または4において、前記
球レンズの材質がTaF−3,SF−8であり、前記金
属板の材質がFe−42Ni,Fe−45Ni,Fe−
50Ni,Fe−29Ni−17Coで前記球レンズと
前記金属板との固定をPbO,B23からなる低融点ガ
ラスあるいはAu−Sn,Au−Geなどの接合材を用
いて固定する光結合装置。
5. The material of the spherical lens is TaF-3, SF-8, and the material of the metal plate is Fe-42Ni, Fe-45Ni, Fe-.
50Ni, Fe-29Ni-17Co at fixed between the metal plate and the spherical lens PbO, B 2 O 3 made of a low-melting-point glass or Au-Sn, Au-Ge optical coupling device fixed using a bonding material, such as ..
【請求項6】ステムの中央部に配置した半導体レーザ素
子と、前記半導体レーザ素子のレーザ光出射部に配置固
定した球レンズと、前記半導体レーザ素子を制御するI
C素子と前記半導体レーザ素子,前記球レンズ,前記I
C素子をおおうように設けたガラス窓付きキャップと端
面を平坦に研磨したファイバよりなる光結合装置におい
て、前記半導体レーザ素子をAu−Sn,Pb−Sn
(40:60)で所定の位置に固定後、前記IC素子を
Pb−Sn(40:60)で固定し、続いて前記半導体
レーザ素子,前記IC素子,外部電極をそれぞれ電気接
続し、前記半導体レーザ素子を発振させながら前記球レ
ンズ付き金属板の位置の調整を行い、ステムと前記金属
板とを溶接固定あるいはIn−Pb−Agなどのはんだ
で固定した後、ガラス窓付きキャップを前記ステムに抵
抗溶接固定し、前記ガラス窓を透過した後の光をファイ
バ端部に光結合することを特徴とする光結合装置の組立
方法。
6. A semiconductor laser element arranged at the center of a stem, a spherical lens arranged and fixed at a laser beam emitting portion of the semiconductor laser element, and I for controlling the semiconductor laser element.
C element, the semiconductor laser element, the spherical lens, the I
In an optical coupling device comprising a glass window cap provided so as to cover the C element and a fiber whose end face is polished flat, the semiconductor laser element is Au-Sn, Pb-Sn.
After fixing at a predetermined position with (40:60), the IC element is fixed with Pb-Sn (40:60), and subsequently, the semiconductor laser element, the IC element, and an external electrode are electrically connected, respectively, The position of the metal plate with a spherical lens is adjusted while oscillating a laser element, and the stem and the metal plate are fixed by welding or soldering such as In-Pb-Ag, and then a cap with a glass window is attached to the stem. A method for assembling an optical coupling device, characterized in that the light after being fixed by resistance welding is optically coupled to the end of the fiber after passing through the glass window.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015153840A (en) * 2014-02-13 2015-08-24 三菱電機株式会社 Laser light source module and laser light source device

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