JPH0588050A - 光結合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、一次元アレ−型光素子と光ファイバ
−とを低損失で光結合できる光結合装置を提供すること
を目的とする。 【構成】開口部が設けられた型枠基板４と、この開口部
内に設けられ、調節ネジ６により位置が制御される熱膨
張補償部材５とからなり、複数の光ファイバ−リボン３
の一端を連設して開口部に挿入し、この連設した光ファ
イバ−リボン３の少くとも一方の最外の光ファイバ−リ
ボン３を熱膨張補償部材５により付勢して光ファイバ−
リボン３を保持する保持基板１と、光ファイバ−リボン
３の光軸及び一次元アレ−型半導体レ−ザ８の光軸とが
平行で且つ同一面になるように、保持基板１と一次元ア
レ−型半導体レ−ザ基板７とが配設されたヒ−トシンク
２とを備えていることを特徴とする一次元アレ−型光素
子・光ファイバ−光結合装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体レ−ザ等の光素
子と光ファイバ−との光結合に用いる装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より光通信技術の研究や開発が盛ん
に行われている。これは光信号伝送が電気信号伝送より
伝送速度や信号間の干渉等の点で優れているからであ
る。このような状況の中、近年の光通信技術の高度化や
光インタ−コネクションの発達によって、光信号を並列
化して高密度一括処理する技術の要求が高まってきた。
これに対応して一次元アレ−型半導体レ−ザの多数本の
ビ−ム光を伝搬するための光導波路としての光ファイバ
−リボンが開発された。

【０００３】一次元アレ−型半導体レ−ザと光ファイバ
−リボンとを低光損失で光学的に結合するには、一次元
アレ−型半導体レ−ザと光ファイバ−リボンとの間で、
各々のビ−ム光の光軸を１μｍ以下の精度で一致させる
ことが重要である。このような精度の一次元アレ−型半
導体レ−ザと光ファイバ−リボンとを得るために、従来
は加工精度の高い装置を用いて一次元アレ−型半導体レ
−ザを工作し、これら一次元アレ−型半導体レ−ザの中
で光ファイバ−リボンと寸法精度が一致したものだけを
使用していた。または、一次元に配列された光ファイバ
−リボンを一本々の光ファイバ−リボンにばらし、これ
らの光ファイバ−リボンをそれぞれ組み合わせるべき相
手の一次元アレ−型半導体レ−ザのピッチ間隔に精密に
合わせて作られたガイド等の治具に挿入・固定して光軸
を合わせていた。

【０００４】上記の如き方法では、一次元アレ−型半導
体レ−ザの製造歩留りが低くなったり、加工や調整が複
雑になったりする。また、加工や調整の複雑化に伴い工
程数が増えるため、半導体レ−ザをアレ−化する効果が
低くなるという不都合があった。しかし、このような不
都合は近年の研究・開発により改善され、更に、素子構
造の改良や加工精度の向上の結果、多数のビ−ム光の光
軸を同一平面上に形成し、且つビ−ムの光軸を互いに平
行に保つことができるようになってきた。しかも、実装
技術の向上によって、最悪でも各部品の光軸を互いに平
行にできるようになってきた。

【０００５】しかしながら、これらの条件が全て満たさ
れても、各々の光軸は最終的には１μｍ以下の精度で厳
密に一致させる必要があるため、微細な調整が不可欠で
ある。即ち、一次元アレ−型半導体レ−ザと光ファイバ
−リボンとの光軸のピッチ間隔が一定量異なっているも
のを、ミクロンオ−ダの調整を行なって光軸を一致させ
る必要がある。更に半導体レ−ザはその駆動回路を含め
て発熱が大きいので、発熱膨脹による光軸のずれも補償
する必要もある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、一次元ア
レ−型半導体レ−ザと光ファイバ−リボンとを低光損失
で行なうために、一次元アレ−型半導体レ−ザや光ファ
イバ−リボンのピッチ間隔のずれによる光軸のずれを小
さくする必要があったが、従来の調整方法では光軸のず
れを十分に小さくできなかった。また、一次元アレ−型
半導体レ−ザ及びその駆動回路の発熱によるピッチ間隔
のずれに対する対策も不十分であった。

【０００７】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、一次元アレ−型光素子
と光ファイバ−とを低光損失で光結合できる光結合装置
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、光ファ
イバ−の外被が、外圧により変形を受け易いことを利用
して光素子のピッチと光ファイバ−のピッチとを一致さ
せると共に、一次元アレ−型光素子基板の温度と光ファ
イバ−と温度とを同じにし、一次元アレ−型光素子基
板，熱補償部材及び型枠基板の材質や寸法を適当に選ぶ
ことで、一次元アレ−型光素子基板の膨脹と型枠基板の
開口部の膨脹とを等しくしてピッチのずれを防止するこ
とにある。

【０００９】即ち、上記の目的を達成するために、本発
明の光結合装置は、開口部が設けられた型枠基板と、前
記開口部内に設けられると共に駆動手段により位置が制
御される熱膨張補償部材とからなり、複数の光ファイバ
−の一端を連設して前記口部に挿入し、この連設した光
ファイバ−をその連設方向に前記熱膨張補償部材により
付勢して前記開口部内に保持する保持基板と、前記光フ
ァイバ−の光軸及び一次元アレ−型光素子基板の光素子
の光軸とが平行で且つ同一面になるように、前記保持基
板と前記一次元アレ−型光素子基板とが配設された放熱
体とを備えたことを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明の光結合装置では、複数の光ファイバ−
の一端を開口部に連設して挿入し、この連設した光ファ
イバ−の少くとも一方の最外の光ファイバ−を熱膨張補
償部材で付勢している。光ファイバ−の外被及び中心部
はそれぞれプラスチック，ガラスで構成されているた
め、光ファイバ−の外被は中心部より塑性変形や弾性変
形を受け易い。このため、熱膨張補償部材により光ファ
イバ−をその連設方向に付勢すれば、全ての光ファイバ
−のピッチ間隔を一様に小さくできる。

【００１１】また、一次元アレ−型光素子は放熱体を介
して保持基板につながっているので、一次元アレ−型光
素子で生じた熱は保持基板に流れ込み、一次元アレ−型
光素子が熱膨張すれば、保持基板も膨脹する。

【００１２】したがって、一次元アレ−型光素子基板の
材料，型枠基板及び熱膨張補償基板の材料，型枠基板及
び熱膨張補償基板の光ファイバ−の連設方向の寸法を適
当に選ぶことで、一次元アレ−型光素子の熱膨張による
光素子のピッチ間隔の全変化量と保持基板の熱膨張によ
る光ファイバ−の連設方向の開口部の変化量とを等しく
できるため、熱膨脹によるピッチ間隔のずれを防止でき
る。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図１は本発明の一実施例に係る一次元アレ−型半導
体レ−ザ・光ファイバ−光結合装置の斜視図である。こ
の光結合装置は、大きく分けて、複数の光ファイバ−リ
ボン３を所定のピッチ間隔で保持するための保持基板１
とヒ−トシンク２とで構成されている。

【００１４】保持基板１は、型枠基板４と熱膨張保償部
材５とピッチ間隔調整ネジ６とで構成されている。型枠
基板４には矩形状の開口部が設けられており、この開口
部には複数の光ファイバ−リボン３の一端が連設して挿
入されている。光ファイバ−リボン３の直径は２５０μ
ｍであり、連設した光ファイバ−リボン３はその一方の
最外の光ファイバ−リボン３に設けられた熱膨張補償部
材５で付勢されている。この熱膨張補償部材５は、ピッ
チ間隔調節ネジ６の締緩で、光ファイバ−リボン３の連
設方向に位置調整できるようになっている。なお、型枠
基板４は同一の材質で全体が構成されている。また、型
枠基板４はヒ−トシンク２と一体化して形成しても良い
し、それぞれ別体で形成しも良い。

【００１５】一方、ヒ−トシンク２には一次元アレ−型
半導体レ−ザ基板７も配設されている。この一次元アレ
−型半導体レ−ザ基板７は、複数の半導体レ−ザ８が一
方向に離間してアレ−基板９に埋設した構成をしてい
る。半導体レ−ザ８のピッチ間隔は２５０μｍより僅か
ながら小さくしてある。また、半導体レ−ザ８の光軸
は、光ファイバ−リボン３の光軸と平行で且つ同一平面
上にある。即ち、型枠基板４はその開口部の水平中心面
が半導体レ−ザ８の光軸面に一致するように加工されて
いる。

【００１６】このように構成された一次元アレ−型半導
体レ−ザ・光ファイバ−光結合装置では、次のようにし
て半導体レ−ザ８の光軸と光ファイバ−リボン３の光軸
との微細な位置調整を行なう。

【００１７】光ファイバ−リボン３の外被はプラスチッ
クで構成されているので、中心部のガラスファイバ−に
比べ、外圧により塑性変型や弾性変型を受けやすい。こ
のため、ピッチ間隔調節ネジ６を締めると、光ファイバ
−リボン３は熱膨張補償部材５に強く付勢され、この結
果、光ファイバ−リボン３はその連設方向に圧縮され、
ピッチ間隔がより小さくなる。また、ピッチ間隔調節ネ
ジ６の締め加減でピッチ間隔の微小調整もできる。

【００１８】したがって、光ファイバ−リボン３のピッ
チ間隔の微小な調整ができるので、半導体レ−ザ８の光
軸と光ファイバ−リボン３の光軸とを精度良く一致させ
ることができる。また、熱膨張によるピッチ間隔のずれ
は次のようにして補正される。図２は図１の光結合装置
を保持基板４側から見た側面図である。半導体レ−ザ８
やその駆動回路等の発熱によるアレ−基板９の膨脹、即
ち、熱膨張によるアレ−基板９の両端部の半導体レ−ザ
８間の長さの変化は、 α_L （ｌ₁ −ｌ₂ ） となる。ここで、α_L はアレ−基板９の材料の熱膨脹係
数，ｌ₁は型枠基板４の開口部の実効的物理長，ｌ₂ は
熱膨張補償部材５の実効的物理長である。

【００１９】一方、型枠基板４，熱膨張補償部材５もヒ
−トシンク２を介して一次元アレ−型半導体レ−ザ基板
９の熱が流れ込んで膨脹する。このときの型枠基板４の
両端部の光ファイバ−リボン３間の長さの変化は、 α₁ ・ｌ₁ −α₂ ｌ₂ となる。ここで、α₁ は型枠基板４の材料の熱膨脹係
数，α₂ は熱膨張補償部材５の材料の熱膨脹係数であ
る。したがって、次式（１） α_L （ｌ₁ −ｌ₂ ）＝α₁ ・ｌ₁ −α₂ ｌ₂ …（１）

【００２０】を満たすように、α_L ，α₁ ，ｌ₁ ，
α₂ ，ｌ₂ を選べば、光ファイバ−リボン３のピッチ間
隔の変化量を、熱膨張による半導体レ−ザ８のピッチ間
隔の変化量と等しくでき、光軸を一致させることができ
る。

【００２１】ここで、α_L （ｌ₁ −ｌ₂ ）の値は、使用
する一次元アレ−型半導体レ−ザ基板７と半導体レ−ザ
８の個数とが決まると、光ファイバ−リボン３の直径
（２５０μｍ）から自動的に決まる。この結果、α₁ ・
ｌ₁ −α₂ ｌ₂ の値が自動的に決まり、自由度は３とな
る。更に、一般に、膨脹するとピッチ間隔は大きくなる
ので、例えば、型枠基板４の材料として熱膨張係数が小
さいもの、熱膨張補償部材５の材料として熱膨張係数の
大きいものを選ぶと、α₁ ，α₂ の値が決まり、自由度
は１となる。したがって、自由度が１つ残るので必ず上
述した式（１）を満たすようにα_L，α₁ ，ｌ₁ ，
α₂ ，ｌ₂ を選ぶことができる。

【００２２】かくして本実施例によれば、光ファイバ−
リボン３のピッチ間隔と半導体レ−ザ８のピッチ間隔と
を等しくでき、且つ熱膨張にともなうピッチずれも補正
でき、もって光ファイバ−リボン３と半導体レ−ザ８と
を低光損失で光学的に接続することができるようにな
る。また、光ファイバ−リボン３のピッチ間隔は全て一
様に変化するので、従来のように一本々調整する必要が
ないので、光ファイバ−リボン３のアレ−化の効果が低
下するという問題は生じない。

【００２３】図３には本発明の他の実施例に係る一次元
アレ−型半導体レ−ザ・光ファイバ−光結合装置の側面
図が示されている。なお、図１の装置と対応する部分に
は図１と同一符号を付し、詳細な説明は省略する。

【００２４】図３（ａ）の光結合装置が図１のそれと異
なる点は、他方の最外の光ファイバ−リボン３側にもピ
ッチ間隔調整ネジ６ａにより移動可能な熱膨張補償部材
５ａを設けたことにある。

【００２５】即ち、連設した光ファイバ−リボン３の両
端を熱膨張補償部材５，５ａで付勢する構成にしたこと
にある。なお、２つの熱膨張補償部材５，５ａの材料は
同じである。

【００２６】このように構成された光結合装置でも、先
の実施例の光結合装置と同様な効果が得られるのは勿論
のこと、半導体レ−ザ８と光ファイバ−リボン３との光
軸調整もできる。

【００２７】即ち、半導体レ−ザ８のピッチ間隔と光フ
ァイバ−リボン３のそれとが一致しているが、半導体レ
−ザ８の光軸と光ファイバ−リボン３のそれとが光軸に
垂直な方向に一定量ずれている場合も、熱膨張補償部材
５，５ａの位置を調整することで光軸を一致させること
ができる。また、図３（ｂ）の光結合装置が同図（ａ）
のそれと異なる点は、熱膨張補償部材５ａの位置が固定
されていることにある。

【００２８】即ち、図中、右端の光ファイバ−リボン３
に一定のオフセットを与え、その光ファイバ−リボン３
の光軸とこれに対応した半導体レ−ザの光軸と一致させ
る構成にしたことにある。

【００２９】したがって、右端の半導体レ−ザの光軸及
び光ファイバ−３の光軸が一定のオフセットで光結合が
厳密に完了する場合に、この光結合装置を用いれば、装
置全体の複雑化や大型化等を引き起こすことなく、半導
体レ−ザと光ファイバ−リボンとを低光損失で光結合で
きる。

【００３０】また、図３（ｃ）の光結合装置が同図
（ａ）のそれと異なる点は、光ファイバ−リボン３にそ
の連設方向と垂直な方向の力を加えることができること
にある。即ち、連設した光ファイバ−リボン３は押さえ
上板１０により付勢され、その強さはピッチ間隔調整ネ
ジ１１，１１ａで調整することができる。

【００３１】このように構成された光結合装置では、図
３（ａ）の光結合装置と同様にピッチ間隔調整ネジ６，
６ａにより光ファイバ−リボン３のピッチ間隔を小さく
できるのに加え、ピッチ間隔調整ネジ１１，１１ａによ
り光ファイバ−リボン３のピッチ間隔を大きくできると
いう利点もある

【００３２】即ち、ピッチ間隔調整ネジ１１，１１ａを
締めると、光ファイバ−リボン３は押さえ上板１０で付
勢され、それにともない光ファイバ−リボン３の外被が
つぶれて横方向に伸び、ピッチ間隔が広くなる。なお、
このような機構は図３（ｂ）の光結合装置にも設けるこ
とができ、調整範囲を広げることができる。

【００３３】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。上記実施例では、半導体レ−ザと光フ
ァイバ−リボンとの光結合の場合について説明したが、
本発明は、他の光半導体素子、例えば、発光ダイオ−ド
等の発光素子やフォトダイオ−ド等の受光素子の場合に
も適用できる。更に、本発明は薄膜導波路型分配器，変
調器，高調波発生器等の光導波素子と光ファイバ−リボ
ンとの光結合の場合にも適用できる。その他、本発明の
要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できる。

【００３４】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、光
ファイバ−の外被を機械的に変形させることで、一次元
アレ−型光素子の光軸と光ファイバ−の光軸との僅かな
ずれも調整でき、もって一次元アレ−型素子基板と光フ
ァイバ−とを低損失で光結合できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る一次元アレ−型半導体
レ−ザ・光ファイバ−光結合装置の斜視図。

【図２】本発明の一実施例に係る一次元アレ−型半導体
レ−ザ・光ファイバ−光結合装置の側面図。

【図３】本発明の他の実施例に係る一次元アレ−型半導
体レ−ザ・光ファイバ−光結合装置の側面図。

【符号の説明】

１…保持基板、２…ヒ−トシンク、３…光ファイバ−リ
ボン、４…型枠基板、５，５ａ…熱膨張補償部材、６，
６ｂ，１１，１１ａ…ピッチ間隔調節ネジ、７…一次元
アレ−型半導体レ−ザ基板、８…半導体レ−ザ、９…ア
レ−基板、１０…押さえ上板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】開口部が設けられた型枠基板と、前記開口
   部内に設けられると共に駆動手段により位置が制御され
   る熱膨張補償部材とからなり、複数の光ファイバ−の一
   端を連設して前記口開部に挿入し、この連設した光ファ
   イバ−をその連設方向に前記熱膨張補償部材により付勢
   して前記開口部内に保持する保持基板と、 前記光ファイバ−の光軸及び一次元アレ−型光素子基板
   の光素子の光軸とが平行で且つ同一面になるように、前
   記保持基板と前記一次元アレ−型光素子基板とが配設さ
   れた放熱体とを具備してなることを特徴とする光結合装
   置。