JPH06160672A - 光源モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構造で信頼性が高い光源モジュールを
提供する。 【構成】 半導体レーザチップ３が発光すると、このチ
ップ３から照射された光は、ハーメチックキャップ４の
ガラス窓４ａを通じて屈折率分布型レンズ１６に至り、
この屈折率分布型レンズ１６を通じることにより集光さ
れて、光ファイバー１８の左側端面に入射し、更に光フ
ァイバー１８を介して伝送される。ここでは、ホルダー
６をステンレス材で形成しており、屈折率分布型レンズ
１６を低融点ガラス１７によってホルダー６に接続して
いる。このホルダー６がステンレス材であるため、フラ
ンジ２１をレーザ溶接によってホルダー６に直接固定す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光信号を光ファイバ
ーに入射させるための光源モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の光源モジュールとしては、例え
ば図３に示すようなものがあった。ここでは、半導体レ
ーザチップ３１をヒートシンク３２を介して基板３３上
に搭載し、この基板３３を第１のホルダー３４の左側に
嵌め入れ、この第１のホルダー３４の右側に第２のホル
ダー３５を嵌め入れ、更に第２のホルダー３５の右側に
リングホルダー３６を嵌め入れている。光ファイバー３
７は、フェルール３８によって保持され、このフェルー
ル３８がフランジ３９に挿入され、このフランジ３９が
リングホルダー３６に接続されている。

【０００３】半導体レーザチップ３１は、各端子４１に
接続されており、これらの端子４１を通じて信号を印加
され、これにより発光する。このチップ３１から照射さ
れた光は、第１のホルダー３４の中央に配置されたコリ
メータレンズ４２と、第２のホルダー３５の中央に配置
された集光レンズ４３とを介して集光され、フェルール
３８の左側に露出している光ファイバー３７の端面に入
射し、この光ファイバー３７を通じて伝送される。

【０００４】ところで、コリメータレンズ４２および集
光レンズ４３を並設している構造であることから、半導
体レーザチップ３１と光ファイバー３７間の結合効率を
良好に保持するには、チップ３１の位置を高精度に決め
ねばならない。この場合、基板３１の位置を高精度に決
める必要があるが、この基板３３が抵抗溶接によって第
１のホルダー３４に接続されるので、この抵抗溶接に際
して位置決めが行われることとなる。このため、基板３
３に接続される第１のホルダー３４の部位には、図４に
示すような加工が施されている。この図４から明らかな
ように、第１のホルダー３４には、基板３３に当接する
基準面４４、および基板３３の縁に接する周面４５が形
成され、この基準面４４の外側に溝４６、突起４７、お
よび凹部４８が形成されている。ここで、基板３３を突
起４７に押し当て、基板３３と第１のホルダー３４間に
電流を流すと、突起４７が発熱して融解し、これにより
基板３３は、基準面４４に当接した状態で、第１のホル
ダー３４に接続される。このとき、突起４７の融解した
部分は、溝４６および凹部４８に流れ込むので、基板３
３の正確な位置決めを妨げない。

【０００５】また、コリメータレンズ４２および集光レ
ンズ４３は、半田４９によって第１のホルダー３４およ
び第２のホルダー３５にそれぞれ接続されており、この
半田４９による接続を容易にするために、これらのホル
ダー３４，３５には、Ｎｉメッキが施されている。

【０００６】さらに、光ファイバー３７の端面の位置決
めは、サブミクロン単位という高い精度で行わねばなら
ないので、リングホルダー３６とフランジ３９間の接
続、フランジ３９とフェルール３８間の接続には、レー
ザ溶接が適用されている。このレーザ溶接は、先の半田
や抵抗溶接と比較すると、部品の位置決めを非常に行い
易い。ここで、レーザ溶接は、ステンレス材の接続に適
しているので、リングホルダー３６をステンレス材で形
成している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の光源モジュールでは、半田４９による接続を容易に
するために、第１のホルダー３４および第２のホルダー
３５にＮｉメッキを施しているものの、フランジ３９を
レーザ溶接によって接続するには、この接続部位がステ
ンレス材であることが好ましいので、ステンレス材のリ
ングホルダー３６を特別に付設していた。すなわち、半
田による接続、およびレーザ溶接による接続を行うため
に、これらの接続部位にそれぞれの材質を適用してお
り、このために構造が複雑化していた。また、リングホ
ルダー３６を第２のホルダー３５の右側に圧入している
ので、この圧入のときに、基板３３と第１のホルダー３
４間、および第１のホルダー３４と第２のホルダー３５
間に応力が加わり、それぞれの位置関係がずれるという
不都合を生じた。

【０００８】そこで、この発明の課題は、簡単な構造で
信頼性が高い光源モジュールを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は、光ファイバーに接続されるホルダー
と、このホルダーに内蔵される発光素子並びにレンズと
を備え、前記発光素子から照射された光を前記レンズを
介して集光し、この光を前記光ファイバーの端面に入射
させる光源モジュールにおいて、前記レンズを低融点ガ
ラスによって前記ホルダーに固定して構成される。

【００１０】

【作用】この発明によれば、レンズが低融点ガラスによ
ってホルダーに固定されている。この低融点ガラスは、
レンズに接着するばかりでなく、ステンレス材にも接着
するので、ホルダーをステンレス材で形成することがで
きる。このため、ステンレス材のホルダーを適用して、
このホルダーに光ファイバーを保持する保持具をレーザ
溶接によって直接接続することができる。したがって、
ステンレス材の部品をホルダーに付設する必要がなく、
構造が複雑化することはない。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の実施例を添付図面を参照し
て説明する。

【００１２】図１は、この発明に係わる光源モジュール
の一実施例を示している。この図１に示すように、基板
１上には、ヒートシンク２を介して半導体レーザチップ
３が搭載されており、この半導体レーザチップ３がハー
メチックキャップ４によって被覆されている。このハー
メチックキャップ４の被覆により、半導体レーザチップ
３は、気密封止され、その耐久性が向上されている。ま
た、半導体レーザチップ３は、各端子５に接続されてお
り、これらの端子５を通じて信号を印加されると、これ
により発光する。

【００１３】このチップ３を搭載した基板１は、ホルダ
ー６の左側に嵌め込まれ、これにより形成されるホルダ
ー６の内側の室６ａに半導体レーザチップ３が配置され
る。図２は、図１における一点鎖線で囲まれる部分Ａを
拡大して示している。この図２に示すように、ホルダー
６の左側には、凹部１１が形成されており、この凹部１
１には、基板１に対向する基準面１２と、基板１の縁に
接する周面１３と、この周面１３から拡がって基準面１
２に至る斜面１４と、基準面１２に形成された突起１５
とが形成されている。これらの基板１とホルダー６間
は、抵抗溶接によって接続される。この抵抗溶接は、基
板１を突起１５に押し当てた状態で、基板１とホルダー
６間に電流を流すことにより行われ、これにより突起１
５が発熱して融解すると、両者が接続される。このと
き、融解したものが基板１とホルダー６の基準面１２間
に薄く拡がり、基板１とホルダー６間が封止される。

【００１４】また、ホルダー６の中央には、屈折率分布
型レンズ１６が低融点ガラス１７によって接着され、こ
の部位が封止されいる。ここで、基板１とホルダー６間
が封止され、かつホルダー６の中央が封止されているの
で、ホルダー６の内側の室６ａは、密封されることとな
る。したがって、半導体レーザチップ３は、この室６ａ
と、ハーメチックキャップ４によって二重に気密封止さ
れることとなり、その耐久性が一層向上され、信頼性が
増すこととなる。

【００１５】さらに、光ファイバー１８は、フェルール
１９によって保持されており、このフェルール１９の左
側には、光ファイバー１８の端面が露出している。この
フェルール１９は、フランジ２１に挿入されており、こ
のフランジ２１がホルダー６の右側に固定されることに
より、光ファイバー１８がホルダー６に接続されてい
る。

【００１６】このような構成の光源モジュールにおい
て、半導体レーザチップ３が発光すると、このチップ３
から照射された光は、ハーメチックキャップ４のガラス
窓４ａを通じて屈折率分布型レンズ１６に至り、この屈
折率分布型レンズ１６を通じることにより集光されて、
光ファイバー１８の左側端面に入射し、更に光ファイバ
ー１８を介して伝送される。

【００１７】さて、この実施例では、ホルダー６をステ
ンレス材で形成しており、屈折率分布型レンズ１６を低
融点ガラス１７によってホルダー６に接続している。勿
論、この低融点ガラス１７は、屈折率分布型レンズ１６
およびステンレス材のホルダー６の両者に対して充分な
接着力を有する。この低融点ガラス１７は、各種のもの
があるので、適宜に選択して使用すれば良い。

【００１８】一方、ホルダー６がステンレス材であるた
め、フランジ２１をレーザ溶接によってホルダー６に直
接固定することができ、図３に示した従来のモジュール
のようにリングホルダーを用いる必要がない。

【００１９】このように低融点ガラス１７を屈折率分布
型レンズ１６の接着に利用しているので、ホルダー６を
ステンレス材で形成すれば良く、ホルダー６を複数種の
材料で形成する必要がない。したがって、この実施例の
光源モジュールは、構造が簡単であって信頼性が高く、
高精度のものを作成し易いと言える。

【００２０】ところで、この実施例では、半導体レーザ
チップ３から照射された光を集光するために、屈折率分
布型レンズ１６のみを備え、図３に示した従来のモジュ
ールのように２つのレンズを用いてないが、この屈折率
分布型レンズ１６と半導体レーザチップ３間の結合効率
は、良好に保たれている。この結合効率を良好に保つた
めの条件を次に求めてみる。

【００２１】まず、屈折率分布型レンズ１６と半導体レ
ーザチップ３間の結合効率ηは、次式（１）で表され
る。

【００２２】

【数２】

【００２３】ここで、屈折率分布型レンズ１６の倍率ｍ
を次式（２）と置き、

【００２４】

【数３】

【００２５】この式（２）を上式（１）に代入すること
により、次式（３）を導き、更に式（４）を導く。

【００２６】

【数４】

【００２７】さて、この結合効率ηを例えば０．６以上
に保持するためには、最適倍率ｍopt をほぼ達成する必
要がある。

【００２８】この最適倍率ｍopt を定めるために、例え
ば半導体レーザチップ３の放射角θが次のような各値で
あるとする。

【００２９】

【数５】

【００３０】

【数６】

【００３１】さらに、最適倍率ｍopt は、次式（１１）
で表され、この式（１１）に上記各式（６），（７），
（１０）によって導かれたそれぞれの値を代入すること
によって求められる。

【００３２】

【数７】

【００３３】ここで、屈折率分布型レンズ１６の倍率ｍ
が上式（１１）によって示される最適倍率ｍopt に等し
いときに、結合効率ηが最大となるので、次の各式（１
２），（１３）によって示されるそれぞれの値を上記式
（４）に代入すると、最大の結合効率ηが次式（１４）
に示すように求められる。

【００３４】

【数８】

【００３５】また、結合効率ηを０．６以上に保持する
ためには、屈折率分布型レンズ１６の倍率ｍが１〜１．
６９〜２．３の範囲に入っていれば充分である。屈折率
分布型レンズ１６の倍率ｍが１のときの結合効率ηを次
式（１５）に示し、屈折率分布型レンズ１６の倍率ｍが
２．３のときの結合効率ηを次式（１６）に示してお
く。

【００３６】

【数９】

【００３７】このように屈折率分布型レンズ１６の倍率
ｍが１〜１．６９〜２．３の範囲に入っていれば、結合
効率ηを０．６以上に保持できることが明らかとなっ
た。この屈折率分布型レンズ１６の倍率ｍは、次式（１
７）によって求めることができる。

【００３８】

【数１０】

【００３９】この式（１７）に基づけば、屈折率分布型
レンズ１６の倍率ｍが１〜２．３の範囲に入るために
は、次の様な条件を満たせば良いことが明らかである。
例えばｎo ＝１．６５８である場合、Ａの平方根が０．
４１〜０．４４の範囲に入り、Ｚが３．０〜３．５（ｍ
ｍ）の範囲に入り、距離ｌ1 が１．２〜１．４（ｍｍ）
の範囲に入っていれば、屈折率分布型レンズ１６の倍率
ｍが１〜２．３の範囲に入る。ここで、特に半導体レー
ザチップ３と屈折率分布型レンズ１６間の距離ｌ1 に対
して±０．１（ｍｍ）の誤差が許されることは、この実
施例の光源モジュールの加工精度を緩やかにし、作成を
容易にする。例えば、基板１とホルダー６間の距離に±
０．１（ｍｍ）の誤差を生じても構わないので、図２に
示したホルダー６の基準面１２に突起１５を形成するだ
けで良く、この突起１５が抵抗溶接によって融解し、融
解したものが基板１とホルダー６間に挟まって、この間
に±０．１（ｍｍ）の誤差を生じても差し支えない。し
たがって、図４に示した従来のモジュールにおけるホル
ダーの基準面のように比較的に複雑な加工をしないで済
む。

【００４０】また、次の式（１８）に基づけば、屈折率
分布型レンズ１６と光ファイバー１８間の距離１2 を求
めることができ、この距離ｌ₂ が１．４〜４．１（ｍ
ｍ）の範囲に入っていれば良いことが明らかである。

【００４１】

【数１１】

【００４２】すなわち、この距離ｌ2 に対しては±１．
３（ｍｍ）に限定され、光ファイバー１８の位置決めが
容易になる。

【００４３】このように上記実施例では、屈折率分布型
レンズ１６を固定するために低融点ガラス１７を用いて
いるので、ホルダー６をステンレス材だけで形成するこ
とができ、これにより構造の簡単化を実現することがで
きる。また、図３に示した従来のモジュールのように２
つのレンズを利用したものと比較して、屈折率分布型レ
ンズ１６のみを保持すれば良いので、これによっても構
造が簡単になる。さらに、屈折率分布型レンズ１６と半
導体レーザチップ３間の結合効率を良好に保つための条
件として、比較的に緩やかなものを設定することができ
るので、加工並びに作成が容易となる。さらに、屈折率
分布型レンズのみを用いる場合は、図３に示した従来の
モジュールと比較すると、半導体レーザチップ３と屈折
率分布型レンズ１６間の距離を長くできるので、ハーメ
チックキャップ４の配置が可能になる。このハーメチッ
クキャップ４は、先に述べたように半導体レーザチップ
３を気密封止するばかりでなく、組立て加工に際して半
導体レーザチップ３を保護する役目を果たすので、これ
によっても加工並びに作成が容易になる。

【００４４】

【効果】以上説明したように、この発明によれば、レン
ズをホルダーに固定するために低融点ガラスを利用して
いるので、ホルダーをステンレス材で形成することがで
きる。このため、このホルダーには、光ファイバーを保
持する保持具をレーザ溶接によって直接接続することが
できる。したがって、ステンレス材の部品をホルダーに
付設する必要がなく、構造を簡単化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係わる光源モジュールの一実施例を
示す断面図

【図２】図１に示す光源モジュールの部分拡大図

【図３】従来の光源モジュールを例示する断面図

【図４】図３に示す光源モジュールの部分拡大図

【符号の説明】

１ 基板 ２ ヒートシンク ３ 半導体レーザチップ ４ ハーメチックキャップ ５ 端子 ６ ホルダー １６ 屈折率分布型レンズ １７ 低融点ガラス １８ 光ファイバー １９ フェルール ２１ フランジ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ファイバーに接続されるホルダーと、
   このホルダーに内蔵される発光素子並びにレンズとを備
   え、前記発光素子から照射された光を前記レンズを介し
   て集光し、この光を前記光ファイバーの端面に入射させ
   る光源モジュールにおいて、 前記レンズを低融点ガラスによって、前記ホルダーに固
   定した光源モジュール。
2. 【請求項２】 前記発光素子を搭載した基板を更に備
   え、 この基板を抵抗溶接によって前記ホルダーに固定した請
   求項１に記載の光源モジュール。
3. 【請求項３】 前記光ファイバーの保持具をレーザ溶接
   によって前記ホルダーに固定する請求項１に記載の光源
   モジュール。
4. 【請求項４】 前記レンズは、屈折率分布型レンズであ
   り、 この屈折率分布型レンズによる倍率ｍ、前記発光素子の
   モードフィールド径と前記光ファイバーのモードフィー
   ルド径の関係が次の各式に定める関係となる請求項１〜
   ３に記載の光源モジュール。 【数１】