JPH07209560A - Optical module - Google Patents

Optical module

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Publication number
JPH07209560A
JPH07209560A JP27653894A JP27653894A JPH07209560A JP H07209560 A JPH07209560 A JP H07209560A JP 27653894 A JP27653894 A JP 27653894A JP 27653894 A JP27653894 A JP 27653894A JP H07209560 A JPH07209560 A JP H07209560A
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JP
Japan
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optical
waveguide
substrate
light
fixed
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Pending
Application number
JP27653894A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasutoshi Yagyu
泰利 柳生
Kazuyuki Fukuda
和之 福田
Makoto Shimaoka
誠 嶋岡
Tetsuo Kumazawa
鉄雄 熊澤
Toshiya Yuhara
敏哉 油原
Toshio Iizuka
寿夫 飯塚
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 Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Filing date
Publication date
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Priority to JP27653894A priority Critical patent/JPH07209560A/en
Publication of JPH07209560A publication Critical patent/JPH07209560A/en
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Abstract

PURPOSE:To connect an optical semiconductor element to an optical waveguide so that a reflected light noise is small and the optical coupling loss is small. CONSTITUTION:The optical module incudes a substrate 1, machined to have an optical waveguide 2 formed on the surface and also have an end surface 3 slanted to the optical waveguide while its end part includes the end surface of the optical waveguide and an end surface 4 slanted to the end surface 3, and an optical semiconductor element 6 which has an optical waveguide 7 formed on the surface or inside; and the optical semiconductor element 6 is fixed to a heat sink 10 fixed to a sobmount 9. Then the surfaces 3 and 4 are so formed as to satisfy theta2=180 deg.-sin<-1>(n1costheta1)-theta1, where n1 is the refractive index of the substrate waveguide 2, and theta1 and theta2 are the angles between the substrate waveguide 2 and the surfaces 3 and 4; and the optical semiconductor element 6 is so positioned that theta3=sin<-1>(n1costheta1)-(90 deg.-theta1), where theta3 is the angle between the optical waveguide 7 of the optical semiconductor element 6 and the substrate waveguide 2.

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、光回路を構成するため
に必要となる光半導体素子と光導波路を接続した光モジ
ュールに関するものであり、光計測や光情報処理、光通
信等、光素子を用いる光関連技術において広く利用する
ことができる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical module in which an optical semiconductor element and an optical waveguide necessary for constructing an optical circuit are connected, and is used for optical measurement, optical information processing, optical communication and the like. Can be widely used in the optical-related technology using.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体発光素子や受光素子、光フ
ァイバ、光導波路等の光素子の性能は飛躍的に向上し、
光計測や光情報処理、光通信等の光関連技術の分野は大
きく発展してきた。そこで用いられる光回路は、理想的
には、半導体ICで実現されているように、結晶成長、
パターニング、エッチング等の一貫した製造プロセスに
よって一体化して作ることが望ましいが、材料のミスマ
ッチのため未だ技術的に困難であり、多くは各々別個に
製造された光素子の組合せから構成され、それらの接続
固定によって実現されている。
2. Description of the Related Art In recent years, the performance of optical devices such as semiconductor light emitting devices, light receiving devices, optical fibers, and optical waveguides has been dramatically improved.
The fields of optical technology such as optical measurement, optical information processing, and optical communication have been greatly developed. The optical circuit used there is ideally a crystal growth, as realized by a semiconductor IC.
Although it is desirable to make them integrally by a consistent manufacturing process such as patterning and etching, it is still technically difficult due to material mismatch, and most of them are composed of a combination of individually manufactured optical elements. It is realized by fixed connection.

【0003】そのような光部品の接続固定においては、
光結合効率の向上、接続界面における光反射の低減化等
が高品質の光回路を実現する上で重要な課題となってい
る。光半導体素子と光導波路を接続した光モジュールに
関しては、従来技術の例として、特開平5−60952
号「光半導体装置」があり、その構成を図18及び図1
9に示す。同図においては、光半導体素子6として発光
素子である半導体レーザが用いられ、その端面13と光
導波路基板1の端面12は各々の光導波路2に対して直
角に加工されており、それら端面同士が平行に相対する
ように位置決めされ、半導体レーザが導波路基板1に固
定されている。
In connecting and fixing such optical components,
Improvement of optical coupling efficiency and reduction of light reflection at the connection interface are important issues in realizing high quality optical circuits. Regarding an optical module in which an optical semiconductor element and an optical waveguide are connected, as an example of a conventional technique, Japanese Patent Laid-Open No. 60952/1993 is disclosed
No. "Optical semiconductor device", and its configuration is shown in FIG. 18 and FIG.
9 shows. In the figure, a semiconductor laser, which is a light-emitting element, is used as the optical semiconductor element 6, and its end face 13 and the end face 12 of the optical waveguide substrate 1 are processed at right angles to the respective optical waveguides 2. Are positioned so as to face each other in parallel, and the semiconductor laser is fixed to the waveguide substrate 1.

【0004】だが、光回路一般においては、図20に示
すように、導波路2の端面を直角に加工すると、その端
面における光の反射率が最大になり、この反射光14が
ノイズ成分となってしまうという問題が生じる。このノ
イズは高いS/N比が要求される光計測や光情報処理、
光通信においては、しばしば大きな問題となる。
However, in a general optical circuit, as shown in FIG. 20, when the end face of the waveguide 2 is processed at a right angle, the reflectance of the light at the end face becomes maximum, and the reflected light 14 becomes a noise component. There is a problem that it will end up. This noise is caused by optical measurement and optical information processing that requires a high S / N ratio.
In optical communication, it often becomes a big problem.

【0005】この反射光ノイズの問題を解決するために
は、図21に示すように導波路端面を斜め加工すること
によって反射光が光回路から除去されるようにすれば良
いことが知られている。従って、図22に示すように導
波路基板の端部を導波路に対して斜め研磨することがよ
く行われ、傾角θ1 はθ1 =86°〜70°程度に選定
されることが多い。
In order to solve the problem of the reflected light noise, it is known that the reflected light can be removed from the optical circuit by obliquely processing the end face of the waveguide as shown in FIG. There is. Therefore, as shown in FIG. 22, the end portion of the waveguide substrate is often polished obliquely with respect to the waveguide, and the inclination angle θ 1 is often selected to be θ 1 = 86 ° to 70 °.

【0006】だが、この場合、図22に示すように基板
導波路に入射する光の中心方向は導波路に対して角度θ
3 だけ斜めに傾くようになる。この角度θ3 はスネルの
法則から次式(1) により求められる。
However, in this case, as shown in FIG. 22, the central direction of the light incident on the substrate waveguide is at an angle θ with respect to the waveguide.
You will be inclined by 3 at an angle. This angle θ 3 is obtained from Snell's law by the following equation (1).

【0007】 θ3 =sin -1(n1 cos θ1 )−(90°−θ1 ) (1) 但し、n1 は基板導波路2の屈折率である。入射光の角
度がこの方向からずれると光結合効率が低下し、その場
合の角度ずれΔθと光結合損失Lossの関係は、発光素子
のモードフィールド径と光導波路のモードフィールド径
がほぼ合っていると仮定して、次式(2) で与えられる
(参考文献 K.Kawano,et al.,"Combinationlens metho
d for coupling a laser diode to a single-mode fibe
r",Appl.Opt.24,984(1985) )。
Θ 3 = sin −1 (n 1 cos θ 1 ) − (90 ° −θ 1 ) (1) where n 1 is the refractive index of the substrate waveguide 2. If the angle of the incident light deviates from this direction, the optical coupling efficiency decreases, and the relationship between the angular deviation Δθ and the optical coupling loss Loss in that case is that the mode field diameter of the light emitting element and the mode field diameter of the optical waveguide are almost the same. Given by the following equation (2) (Reference K. Kawano, et al., "Combinationlens metho
d for coupling a laser diode to a single-mode fiber
r ", Appl. Opt. 24, 984 (1985)).

【0008】 Loss=10log 10(exp (−π2 o 2 Δθ2 /λ2 )) (dB) (2) 但し、wは発光素子と基板導波路のモードフィール
ド半径、λは光の波長である。この角度ずれによる光結
合損失を回避するために、半導体発光素子の発光の中心
方向、即ち素子導波路の方向が基板導波路に対して角度
θ3 だけ傾くように設定する必要がある。
Loss = 10 log 10 (exp (−π 2 w o 2 Δθ 2 / λ 2 )) (dB) (2) where w o is the mode field radius of the light emitting element and the substrate waveguide, and λ is the wavelength of light. Is. In order to avoid the optical coupling loss due to this angle shift, it is necessary to set the direction of the center of light emission of the semiconductor light emitting element, that is, the direction of the element waveguide, to be inclined by an angle θ 3 with respect to the substrate waveguide.

【0009】一方、半導体発光素子は一般に数百μm 角
の大きさを持つ直方体であり、図23に示すように、素
子導波路と基板導波路が角度θ3 だけ傾くように位置合
わせすると、角度θ3 が大きい場合には素子が基板に衝
突してしまうため素子を導波路端面に十分近付けること
ができず、素子端面と導波路端面間には或る大きさの間
隔ができる。この間隔の大きさをzと定義し、半導体素
子の大きさを縦横L×L角とすれば、zは幾何的な関係
により、次式(3) で与えられる。
On the other hand, a semiconductor light emitting device is generally a rectangular parallelepiped having a size of several hundreds of μm, and as shown in FIG. 23, when the device waveguide and the substrate waveguide are aligned so as to be inclined by an angle θ 3 , the angle When θ 3 is large, the element collides with the substrate, so that the element cannot be brought sufficiently close to the end face of the waveguide, and there is a certain distance between the end face of the element and the end face of the waveguide. If the size of this interval is defined as z and the size of the semiconductor element is defined as L × L angles, z is given by the following equation (3) due to the geometrical relationship.

【0010】 z=0.5L・cot (θ1 −θ3 ) (3) この場合、発光素子が発する光は基板導波路の端面に達
するまでに広がってしまい、モードフィールドの不整合
を起こし、そのときの光結合損失は次式(4) で与えられ
る(参考文献 河野:光デバイスのための光結合系の基
礎と応用(現代工学社))。
Z = 0.5 L · cot (θ 1 −θ 3 ) (3) In this case, the light emitted from the light emitting element spreads by the time it reaches the end face of the substrate waveguide, causing a mode field mismatch, The optical coupling loss at that time is given by the following equation (4) (Reference: Kono: Fundamentals and applications of optical coupling system for optical devices (Hyundai Engineering Co.)).

【0011】 Loss=10log 10{4/(4+λ2 2 /π2 o 4 )} (dB) (4) ここで、典型的な値として、光の波長をλ=0.84μ
m 、半導体素子の大きさを縦横300μm 角(L=30
0μm )とし、モードフィールド半径をwo =1μm 、
基板導波路の屈折率をn1 =2.2、基板の傾角をθ1
=80°とすると、正規入射光角度θ3 は、式(1) よ
り、θ3 =12.5°と計算される。一方、距離zは式
(3) よりz=62μm と計算される。従って、光結合損
失は、端面でのフレネル反射損を除けば、式(4) より、
Loss=−18(dB)と計算される。
Loss = 10 log 10 {4 / (4 + λ 2 z 2 / π 2 w o 4 )} (dB) (4) Here, as a typical value, the wavelength of light is λ = 0.84 μ
m, the size of the semiconductor element is 300 μm square (L = 30
0 μm) and the mode field radius w o = 1 μm,
The refractive index of the substrate waveguide is n 1 = 2.2, and the tilt angle of the substrate is θ 1
= 80 °, the normal incident light angle θ 3 is calculated as θ 3 = 12.5 ° from the equation (1). On the other hand, the distance z is
From (3), z = 62 μm is calculated. Therefore, the optical coupling loss is, from the formula (4), except the Fresnel reflection loss at the end face,
Calculated as Loss = -18 (dB).

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】発光素子と導波路の光
結合は、原理的には両者のモードフィールド径が等しけ
れば、フレネル反射損を除いて損失無く結合できるはず
であるから、上記の損失−18(dB)は大きいと言え
る。一般に、光回路内を伝搬する光の強度が大きい程、
最終的に受光素子で信号光を検出する際のS/N比が上
がるため、光回路の性能向上のためには、上記の結合損
失を小さくする接続方法及び組立構造の実現が課題とな
る。
In principle, the optical coupling between the light emitting element and the waveguide should be such that if the mode field diameters of the two are equal, coupling can be achieved without loss except Fresnel reflection loss. It can be said that -18 (dB) is large. Generally, the greater the intensity of light propagating in the optical circuit,
Finally, since the S / N ratio at the time of detecting the signal light by the light receiving element is increased, in order to improve the performance of the optical circuit, realization of the connection method and the assembly structure for reducing the above-mentioned coupling loss becomes a problem.

【0013】本発明の目的は、光素子と光導波路の結合
損失を低減でき、しかも、位置決め固定の容易な光モジ
ュールを提供することにある。
An object of the present invention is to provide an optical module which can reduce the coupling loss between an optical element and an optical waveguide and which can be easily positioned and fixed.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記目的は、表面に光導
波路2が形成され、端部が該光導波路の端面を含み該光
導波路に対して傾いた端面3と端面3に対して傾いた端
面4を持つように加工された基板1と、表面または内部
に光導波路7が形成された光半導体素子6を含み、光半
導体素子6はサブマウント9に固定され当該サブマウン
ト9はヒートシンク10に固定されており、光半導体素
子6の光出射端面が基板1の端面4に対してほぼ平行で
あり、かつ光半導体素子6の出射光が基板1の光導波路
2に入射するように光半導体素子6が位置決めされたこ
とを特徴とする光モジュールにより達成される。
The above-mentioned object is to form an optical waveguide 2 on the surface, and the end portion is inclined with respect to the end face 3 and the end face 3 including the end face of the optical waveguide. It includes a substrate 1 processed to have an end surface 4 and an optical semiconductor element 6 having an optical waveguide 7 formed on the surface or inside thereof. The optical semiconductor element 6 is fixed to a submount 9 and the submount 9 is attached to a heat sink 10. The optical semiconductor element 6 is fixed, the light emitting end surface of the optical semiconductor element 6 is substantially parallel to the end surface 4 of the substrate 1, and the emitted light of the optical semiconductor element 6 enters the optical waveguide 2 of the substrate 1. This is achieved by an optical module characterized in that 6 is positioned.

【0015】上記光モジュールにおいて、基板導波路2
の屈折率をn1 、基板導波路2と面3,4の成す角を各
々θ1 ,θ2 としたときに、θ2 =180°−sin
-1(n1cos θ1 )−θ1 という式を満たすように面3
と面4が作製されており、光半導体素子6の光導波路7
と基板導波路2の成す角θ3 がθ3 =sin -1(n1 cos
θ1 )−(90°−θ1 )という式により計算される値
となるように光半導体素子6が位置決めされることが好
ましい。
In the above optical module, the substrate waveguide 2
Where n 1 is the refractive index of the substrate and θ 1 and θ 2 are the angles formed by the substrate waveguide 2 and the surfaces 3 and 4, respectively, θ 2 = 180 ° −sin
-1 (n 1 cos θ 1 ) −θ 1 so that the surface 3
And the surface 4 are produced, and the optical waveguide 7 of the optical semiconductor element 6 is manufactured.
The angle θ 3 between the substrate waveguide 2 and the substrate waveguide 2 is θ 3 = sin −1 (n 1 cos
It is preferable that the optical semiconductor element 6 is positioned so as to have a value calculated by the formula θ 1 ) − (90 ° −θ 1 ).

【0016】また、光半導体素子はサブマウント9に、
サブマウント9は金属のヒートシンク10に半田によっ
て固定され、かつ、ヒートシンク10は接合材11によ
って基板1に固定されて光モジュールを構成してもよ
い。
The optical semiconductor element is mounted on the submount 9,
The submount 9 may be fixed to a metal heat sink 10 by soldering, and the heat sink 10 may be fixed to the substrate 1 by a bonding material 11 to form an optical module.

【0017】更に、基板1の材料としてLiNbO3
用い、基板導波路2としてTiドープによる導波路を用
い、光半導体素子6として半導体レーザまたはスーパー
ルミネッセントダイオードを用い、サブマウント9とし
て表面と裏面をメタライズしたセラミックを用い、接合
材11としてUV硬化型接着剤を用い、角度θ1 を80
°、角度θ2 を77.5°、角度θ3 を12.5°とし
た光モジュールを構成してもよい。
Further, LiNbO 3 is used as the material of the substrate 1, a Ti-doped waveguide is used as the substrate waveguide 2, a semiconductor laser or a super luminescent diode is used as the optical semiconductor element 6, and a surface is used as the submount 9. The back surface is made of metallized ceramics, a UV curable adhesive is used as the bonding material 11, and the angle θ 1 is set to 80.
The optical module may be configured such that the angle θ, the angle θ 2 are 77.5 °, and the angle θ 3 is 12.5 °.

【0018】他の解決手段としては、表面に光導波路2
が形成され、端部が該光導波路の光入射口24を含み該
導波路に対して傾いた端面3と端面3に対して傾いた端
面4を持つように加工された基板1と、表面または内部
に導波路7が形成された発光素子6と、基板1を搭載す
るためのベース26と、発光素子6を搭載するためのヒ
ートシンク10を含み、基板導波路2の屈折率をn1
基板導波路2と面3,4の成す角を各々θ1 ,θ2 とし
たときに、0<θ2 ≦180°−sin -1(n1cos
θ1 )−θ1 という式を満たすように面3と面4が作成
されており、発光素子6はサブマウント9に固定されサ
ブマウント9はヒートシンク10に固定され、ベース2
6の上に基板1が固定されて光導波路2が発光素子6の
光導波路7とθ3 =sin -1(n1 cos θ1 )−(90°
−θ1 )で与えられるθ3 の角度を成し、かつ光導波路
2の光入射口24が発光素子導波路7の光出射口25の
近傍に位置決めされており、発光素子6の出射光が基板
導波路2に入射するようにヒートシンク10がベース2
6の側面29に固定されていることを特徴とする光モジ
ュールとする。
As another solution, the optical waveguide 2 is formed on the surface.
And a substrate 1 processed to have an end face 3 including an optical entrance 24 of the optical waveguide and an end face 3 inclined with respect to the waveguide and an end face 4 inclined with respect to the end face, and a surface or A light emitting element 6 in which a waveguide 7 is formed, a base 26 for mounting the substrate 1, and a heat sink 10 for mounting the light emitting element 6 are included, and the refractive index of the substrate waveguide 2 is n 1 ,
When the angles formed by the substrate waveguide 2 and the surfaces 3 and 4 are θ 1 and θ 2 , respectively, 0 <θ 2 ≦ 180 ° −sin −1 (n 1 cos
Surfaces 3 and 4 are formed so as to satisfy the formula θ 1 ) −θ 1 , the light emitting element 6 is fixed to the submount 9, the submount 9 is fixed to the heat sink 10, and the base 2
The substrate 1 is fixed on the optical waveguide 6 and the optical waveguide 2 is connected to the optical waveguide 7 of the light emitting element 6 by θ 3 = sin −1 (n 1 cos θ 1 ) − (90 °
Angle θ 3 given by −θ 1 ), and the light entrance 24 of the optical waveguide 2 is positioned near the light exit 25 of the light emitting element waveguide 7, and the light emitted from the light emitting element 6 is The heat sink 10 is placed on the base 2 so as to enter the substrate waveguide 2.
6 is fixed to the side surface 29 of the optical module 6.

【0019】この場合において、ヒートシンク10上発
光素子6の後方に受光素子用サブマウント38が固定さ
れ、受光素子37が発光素子6の発する後方光を検出で
きる位置で該サブマウント38に固定されていてもよ
い。
In this case, the light receiving element submount 38 is fixed on the heat sink 10 behind the light emitting element 6, and the light receiving element 37 is fixed to the submount 38 at a position where the backward light emitted by the light emitting element 6 can be detected. May be.

【0020】上記基板1の材料としてLiNbO3 を用
い、基板導波路2としてTiドープによる導波路を用
い、発光素子6として半導体レーザやスーパールミネッ
セントダイオード等の半導体発光素子を用い、サブマウ
ント9としてセラミックを用い、ベース26として鉄を
用い、ヒートシンク10として鉄またはコバールまたは
銅タングステンを用い、更に受光素子37としてフォト
ダイオードを用いて構成することができる。
The substrate 1 is made of LiNbO 3 , the substrate waveguide 2 is a Ti-doped waveguide, the light emitting device 6 is a semiconductor light emitting device such as a semiconductor laser or a super luminescent diode, and the submount 9 is used. Ceramics can be used as the base 26, iron can be used as the base 26, iron, Kovar or copper tungsten can be used as the heat sink 10, and a photodiode can be used as the light receiving element 37.

【0021】また、光モジュールを光学系に含めて光ジ
ャイロシステムを構成することもできる。
Further, the optical gyro system can be constructed by including the optical module in the optical system.

【0022】[0022]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説
明する。図1は光発明による光モジュールを示す上面図
である。図中1は、表面に基板導波路2が形成された基
板であり、その端部が基板導波路2の端面を含み該導波
路2に対して傾いた端面3と、更に端面3に対し傾いた
端面4を持つように加工されている。6は表面または内
部に素子導波路7が形成された光半導体素子であり、サ
ブマウント9に半田固定されサブマウント9は更に金属
のヒートシンク10に半田付け固定されている。光半導
体素子6の光出射端面は基板1の端面4に対しほぼ平行
で、かつ素子導波路7からの出射光が基板導波路2に入
射するように光半導体素子6が位置決めされ、接合材1
1により固定されている。なお、図1(イ)と(ロ)の
違いは、接合材11の用い方にあり、(イ)では基板1
の端面4と光半導体素子6を含むヒートシンク10との
摺り合わせ面にのみ接合材を付着させ固定しているのに
対し、(ロ)では基板導波路2と素子導波路7の隙間を
含め基板1の端面3にわたる部分まで広く接合材を付
着、充填させ固定している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a top view showing an optical module according to the invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a substrate having a substrate waveguide 2 formed on its surface, the end portion of which includes the end face of the substrate waveguide 2 and an end face 3 which is inclined with respect to the waveguide 2 and further inclined with respect to the end face 3. It is processed so as to have a curved end surface 4. Reference numeral 6 denotes an optical semiconductor element having an element waveguide 7 formed on the surface or inside thereof, which is soldered and fixed to a submount 9, and the submount 9 is further soldered and fixed to a metal heat sink 10. The light emitting end surface of the optical semiconductor element 6 is substantially parallel to the end surface 4 of the substrate 1, and the optical semiconductor element 6 is positioned so that the light emitted from the element waveguide 7 enters the substrate waveguide 2.
It is fixed by 1. The difference between FIGS. 1A and 1B lies in the use of the bonding material 11, and in FIG.
While the bonding material is adhered and fixed only on the sliding surface between the end face 4 of the substrate and the heat sink 10 including the optical semiconductor element 6, in (b), the substrate including the gap between the substrate waveguide 2 and the element waveguide 7 is included. The bonding material is widely attached, filled, and fixed up to the portion extending over the end surface 3 of the first embodiment.

【0023】さて、先に述べた通り、従来の問題点は、
基板の斜めに加工された端面に光素子が衝突するために
生じた。その衝突を回避するために、図2に示すよう
に、基板1の端部3の角を削って新たな面4を作り、面
4の端が基板導波路2近辺に近付くまで面4を研磨し
た。この場合、面4と基板導波路2が成す角θ2 は前記
の光入射角θ3 に対して、次式(5) θ2 =90°−θ =180°−sin −1(n1 cos θ1 )−θ1
(5) で決まる値となるようにした。そして、図1に示すよう
に、この面4にヒートシンク10を摺り合わせ光半導体
素子6を位置決めして固定するようにした。
As mentioned above, the conventional problems are
It occurred because the optical element collided with the end surface of the substrate that was processed obliquely. In order to avoid the collision, as shown in FIG. 2, the corner of the end portion 3 of the substrate 1 is shaved to form a new surface 4, and the surface 4 is polished until the end of the surface 4 approaches the vicinity of the substrate waveguide 2. did. In this case, the angle θ 2 formed by the surface 4 and the substrate waveguide 2 is expressed by the following equation (5) θ 2 = 90 ° −θ 3 = 180 ° −sin −1 (n 1 ) with respect to the light incident angle θ 3 . cos θ 1 ) −θ 1
The value is determined by (5). Then, as shown in FIG. 1, the heat sink 10 is slid on the surface 4 to position and fix the optical semiconductor element 6.

【0024】上述したような接続方法を採った場合、光
半導体素子6と導波路基板1が衝突しないように光素子
導波路7と基板導波路2を十分近付けることができる。
そして、ヒートシンク10を基板1の面4に摺り合わせ
て固定すれば光素子導波路7を自動的に正しい入射方向
に合わせることができる。その結果、光素子導波路7と
基板導波路2の光接続は間隔も小さく角度ずれも無い接
続を実現できるため、光結合損失を低減することができ
る。
When the connection method as described above is adopted, the optical element waveguide 7 and the substrate waveguide 2 can be sufficiently close to each other so that the optical semiconductor element 6 and the waveguide substrate 1 do not collide with each other.
Then, if the heat sink 10 is slidably fixed to the surface 4 of the substrate 1, the optical element waveguide 7 can be automatically aligned in the correct incident direction. As a result, since the optical connection between the optical element waveguide 7 and the substrate waveguide 2 can be realized with a small gap and no angular deviation, the optical coupling loss can be reduced.

【0025】次に、図3,4に従って、本発明の接続方
法の一実施例を示す。図3において、導波路基板1とし
てLiNbO3 を用い、表面にはTiドープにより導波
路2を形成してある。そして、傾角θ1 は80°に選定
し、傾角θ2 は式(5) による計算値77.5°、入射角
θ3 は式(1) による計算値12.5°として、基板1の
端部を研磨し、端面3,4を形成した。但し、端面4の
研磨時には導波路2の端面にかからないように、導波路
端から50μm の距離に端面4の端が位置するように研
磨を制御した。光半導体素子6としては波長0.84μ
m の半導体レーザを用いているが、スーパールミネッセ
ントダイオードを用いることも可能である。半導体レー
ザ6は表面を金メッキしたセラミックのサブマウント9
に半田付けしてあり、サブマウント9は金属のヒートシ
ンク10に半田付けしてある。そして、接続時には基板
1は固定台16に固定しておき、半導体レーザ6を載せ
たヒートシンク10は微動ステージ21に取り付け、半
導体レーザ6を3次元微動ができるようにし、基板導波
路2の出力側後方にモニタ用のTVカメラ17を設置し
ておく。そして、半導体レーザ6を発光させながらステ
ージ21によって微動すると、光が基板導波路2に入れ
ばモニタカメラ17で出射光18が観測されるので、モ
ニタCRT19で見た光強度が最大になる状態にステー
ジ21を位置決めしておく。
Next, an embodiment of the connection method of the present invention will be described with reference to FIGS. In FIG. 3, LiNbO 3 is used as the waveguide substrate 1, and the waveguide 2 is formed on the surface by Ti doping. The tilt angle θ 1 is selected to be 80 °, the tilt angle θ 2 is calculated as 77.5 ° by the formula (5), and the incident angle θ 3 is calculated as 12.5 ° by the formula (1). The parts were polished to form end faces 3 and 4. However, when polishing the end face 4, the polishing was controlled so that the end of the end face 4 was located at a distance of 50 μm from the end of the waveguide so as not to reach the end face of the waveguide 2. The wavelength of the optical semiconductor element 6 is 0.84μ
Although an m 2 semiconductor laser is used, it is also possible to use a super luminescent diode. The semiconductor laser 6 is a ceramic submount 9 whose surface is plated with gold.
The submount 9 is soldered to a metal heat sink 10. At the time of connection, the substrate 1 is fixed to the fixed base 16, the heat sink 10 on which the semiconductor laser 6 is mounted is attached to the fine movement stage 21, and the semiconductor laser 6 can be finely moved three-dimensionally. A TV camera 17 for monitoring is installed in the rear. Then, when the semiconductor laser 6 is slightly moved by the stage 21 while emitting light, the emitted light 18 is observed by the monitor camera 17 when the light enters the substrate waveguide 2, so that the light intensity seen by the monitor CRT 19 is maximized. The stage 21 is positioned.

【0026】次に、微調整を行うために、図4に示すよ
うに、基板出力側に別の微動ステージ21に接続された
モニタファイバ20を設置する。ファイバの反対端には
PD(フォトディテクタ)22を設置してあり、ファイ
バに光が入力されればPDで検知できる。PD検知光2
3が最大になる位置にモニタファイバ20を一旦位置決
めした後、半導体レーザ6とファイバ20を共に微調整
して最終的にPD検知光23が最大になる位置に両者を
位置決めし、UV硬化型接着剤11で固定した。実際の
系では、素子導波路7と基板導波路2の間隔zは約20
μm となり、式(4) から計算される結合損失Lossは−9
(dB)であった。従って、結合損失は、従来技術の場合
の−18(dB)から9(dB)の改善を実現できた。
Next, in order to perform fine adjustment, as shown in FIG. 4, a monitor fiber 20 connected to another fine movement stage 21 is installed on the substrate output side. A PD (photodetector) 22 is installed at the opposite end of the fiber, and if light is input to the fiber, it can be detected by the PD. PD detection light 2
After the monitor fiber 20 is once positioned at the position where 3 is the maximum, both the semiconductor laser 6 and the fiber 20 are finely adjusted, and both are finally positioned at the position where the PD detection light 23 is maximized. Fixed with Agent 11. In an actual system, the distance z between the element waveguide 7 and the substrate waveguide 2 is about 20.
μm, and the coupling loss Loss calculated from equation (4) is -9
It was (dB). Therefore, the coupling loss can be improved by 9 (dB) from -18 (dB) in the case of the conventional technique.

【0027】前述した実施例では、図1に示したように
ヒートシンク10を直接、導波路基板1に固定した構造
とした。しかしながら、この場合、ヒートシンク10の
固定は全面固定とはならないため、温度サイクル等の環
境変化によって亀裂が生じ易く長期信頼性が必ずしも十
分とはいえない。そこで、別の実施例では図5に示すよ
うに、別に板状のベース26を製作し、このベース26
上に基板1を載せ、基板導波路2の光入射口24がベー
ス26の接続面29の稜線30に極力近く、かつ導波路
2が接続面29の法線31に対して前記式(1) で与えら
れる角度θ3 を成すような位置関係で基板1がベース2
6に固定されており、ベース26の接続面29にヒート
シンク10の接続面が摺り合わされて固定されており、
光半導体素子6がヒートシンク10上に、その光出射口
25が基板導波路2の光入射口24に十分近くなるよう
な位置関係で、固定されている構造とした。
In the above-described embodiment, the heat sink 10 is directly fixed to the waveguide substrate 1 as shown in FIG. However, in this case, since the heat sink 10 is not fixed on the entire surface, cracks are likely to occur due to environmental changes such as temperature cycles, and long-term reliability is not always sufficient. Therefore, in another embodiment, as shown in FIG. 5, a plate-shaped base 26 is separately manufactured, and the base 26 is manufactured.
The substrate 1 is placed on the substrate 2, the light incident port 24 of the substrate waveguide 2 is as close as possible to the ridgeline 30 of the connection surface 29 of the base 26, and the waveguide 2 is in relation to the normal 31 of the connection surface 29 by the above formula (1) Substrate 1 is base 2 in a positional relationship that forms an angle θ 3 given by
6 is fixed, and the connection surface of the heat sink 10 is slidably fixed to the connection surface 29 of the base 26.
The optical semiconductor element 6 is fixed on the heat sink 10 in such a positional relationship that the light emitting port 25 thereof is sufficiently close to the light incident port 24 of the substrate waveguide 2.

【0028】この様に、基板1をベース26に載せてヒ
ートシンク10とベース26を摺り合わせて全面固定に
した構造の方が、信頼性が高く優れている。
As described above, the structure in which the substrate 1 is placed on the base 26 and the heat sink 10 and the base 26 are slid on each other and fixed to the entire surface is more reliable and superior.

【0029】なお、本実施例においても、先の実施例と
同様、素子導波路7と基板導波路2が角度θ3 を成す状
態で、発光素子6と導波路基板1が衝突せずに素子導波
路7の光出射口25と基板導波路2の光入射口24を十
分近付けることができるので、光素子導波路7と基板導
波路2の光接続は角度ずれが無く間隔も小さい接続を実
現できるため、光結合損失を低減することができること
はいうまでもない。
Also in this embodiment, as in the previous embodiment, the light emitting device 6 and the waveguide substrate 1 do not collide with each other while the device waveguide 7 and the substrate waveguide 2 form an angle θ 3. Since the light output port 25 of the waveguide 7 and the light input port 24 of the substrate waveguide 2 can be brought sufficiently close to each other, the optical connection between the optical element waveguide 7 and the substrate waveguide 2 has a small gap and a small gap. As a result, it goes without saying that the optical coupling loss can be reduced.

【0030】以下、図6〜図17に従って、本発明の別
の実施例を更に詳細に示す。
Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS.

【0031】まず図6において、導波路基板1としてL
iNbO3 を用い、表面にはTiドープにより二分岐型
(Y分岐型)の導波路2を形成し更に電圧変化によって
導波路の屈折率を変化させて導波路内伝搬光の制御がで
きるようにするための電極28を設けることにより、光
IC化した。傾角θ1 は80°に選定し、その場合の導
波路への正規入射光角度θ3 は、式(1) より12.5°
と計算される。傾角θ2 としては式(5) による計算の結
果得られる上限値77.5°或いは安全性を考えてこれ
より数度小さい値を用いた。そして、これらの傾角
θ1 ,θ2 を実現するように基板1の端部を研磨し、端
面3,4を形成した。前述した間隔zを小さくするため
には端面4の端57ができるだけ導波路2の光入射口2
4に近くなるようにすべきであるが、加工精度の限界か
ら、入射口24から50μmの距離に端面4の端57が
位置するように研磨を制御した。
First, in FIG. 6, L is used as the waveguide substrate 1.
Using iNbO 3 , a bifurcated (Y-branched) waveguide 2 is formed on the surface by Ti doping, and the refractive index of the waveguide is changed by changing the voltage so that the propagation light in the waveguide can be controlled. An optical IC was formed by providing an electrode 28 for this purpose. The inclination angle θ 1 is selected to be 80 °, and the normal incident light angle θ 3 to the waveguide in that case is 12.5 ° from the formula (1).
Is calculated. As the tilt angle θ 2 , an upper limit value of 77.5 ° obtained as a result of calculation by the formula (5) or a value several degrees smaller than this is used in consideration of safety. Then, the end portions of the substrate 1 were polished so as to realize these inclination angles θ 1 and θ 2 , and the end surfaces 3 and 4 were formed. In order to reduce the above-mentioned interval z, the end 57 of the end face 4 should be as close as possible to the light entrance port 2 of the waveguide 2.
Although it should be close to 4, the polishing was controlled so that the end 57 of the end face 4 was located at a distance of 50 μm from the entrance 24 from the limit of processing accuracy.

【0032】ベース26に関しては、LiNbO3 (長
手方向の線膨張係数:14.1×10-6/℃)に近い線
膨張係数を持つ鉄(線膨張係数:11×10-6/℃)を
材料として用い、実装に便利なように図7に示すような
上面図が平行四辺形型の外形を持つ形状とし、基準稜線
32は、接続面29の法線31に対して角度θ3 を成す
ように加工した。
For the base 26, iron (coefficient of linear expansion: 11 × 10 −6 / ° C.) having a coefficient of linear expansion close to that of LiNbO 3 (coefficient of linear expansion in the longitudinal direction: 14.1 × 10 −6 / ° C.) is used. As a material, for convenience of mounting, the top view as shown in FIG. 7 has a parallelogram-shaped outer shape, and the reference ridge line 32 forms an angle θ 3 with the normal 31 of the connection surface 29. Processed as follows.

【0033】組立に当たっては、図8に示すように、ま
ず光IC1を電気駆動するための薄板状の電子回路基板
34をベース26の溝33に接着剤で固定した。次に光
IC1をベースに載せ、導波路2の入射口24がベース
26の接続面29の稜線30に極力近付けるようにし
た。同時に導波路2またはそれと平行な光ICの側面5
8がベース26上の基準稜線32に平行になるように位
置合わせすると、ベース26の形状から自動的に、導波
路2はベース26の接続面29の法線31に対して角度
θ3 を成すようになるので、この位置で光IC1の裏面
を接着剤でベース26に固定した。この場合の固定に
は、位置合わせした後に紫外線照射によって硬化させる
ことのできるUV硬化型接着剤が便利である。そして、
光IC1と回路基板34間の電気配線をボンディングワ
イヤ36により行った。
In assembly, as shown in FIG. 8, first, a thin plate-shaped electronic circuit board 34 for electrically driving the optical IC 1 was fixed to the groove 33 of the base 26 with an adhesive. Next, the optical IC 1 was placed on the base so that the entrance 24 of the waveguide 2 was brought as close as possible to the ridgeline 30 of the connection surface 29 of the base 26. At the same time, the waveguide 2 or the side surface 5 of the optical IC parallel to the waveguide 2
When 8 is aligned so as to be parallel to the reference ridgeline 32 on the base 26, the waveguide 2 automatically forms an angle θ 3 with respect to the normal 31 of the connection surface 29 of the base 26 from the shape of the base 26. Therefore, the back surface of the optical IC 1 was fixed to the base 26 with an adhesive at this position. For fixing in this case, a UV curable adhesive that can be cured by UV irradiation after positioning is convenient. And
The electrical wiring between the optical IC 1 and the circuit board 34 was performed by the bonding wire 36.

【0034】一方、図9に示す光源部は、光半導体素子
6として波長0.84μmまたは0.78μmの半導体
レーザを用いたが、スーパールミネッセントダイオード
等他の種類の半導体発光素子を用いることも可能であ
る。ヒートシンク10の材料としては、ベース26と同
じ鉄、または熱膨張・収縮の影響を低減するために、コ
バール(線膨張係数:5.3×10-6/℃)や銅タング
ステン(線膨張係数:6.0×10-6/℃)等の線膨張
係数の小さい材料を用いた。半導体レーザ6は表面を金
メッキしたセラミックのサブマウント9に半田付けして
あり、サブマウント9は金属のヒートシンク10に半田
付けしてあるが、位置関係は、半導体レーザ6の光出射
口25がヒートシンク10の接続面39とほぼ同一平面
上にありかつレーザ導波路7が同接続面39に対して垂
直になるように配置した。半導体レーザ6の後方出射光
のモニタ用として、フォトダイオード(PD)37を用
い、サブマウント38に半田付けした。サブマウント3
8は、受光素子としてフォトダイオード(PD)37
が、半導体レーザ6の後方に位置するように、ヒートシ
ンク10上に位置決め固定してある。
On the other hand, in the light source section shown in FIG. 9, a semiconductor laser having a wavelength of 0.84 μm or 0.78 μm is used as the optical semiconductor element 6, but another type of semiconductor light emitting element such as a super luminescent diode is used. Is also possible. As the material of the heat sink 10, the same iron as the base 26, or Kovar (coefficient of linear expansion: 5.3 × 10 −6 / ° C.) or copper-tungsten (coefficient of linear expansion: to reduce the effect of thermal expansion and contraction). A material having a small linear expansion coefficient such as 6.0 × 10 −6 / ° C.) was used. The semiconductor laser 6 is soldered to a ceramic submount 9 whose surface is plated with gold, and the submount 9 is soldered to a metal heat sink 10. However, the positional relationship is that the light emitting port 25 of the semiconductor laser 6 is a heat sink. The laser waveguide 7 is arranged so as to be substantially on the same plane as the connection surface 39 of 10 and perpendicular to the connection surface 39. A photodiode (PD) 37 was used for monitoring the backward emission light of the semiconductor laser 6, and was soldered to the submount 38. Submount 3
8 is a photodiode (PD) 37 as a light receiving element
However, it is positioned and fixed on the heat sink 10 so as to be positioned behind the semiconductor laser 6.

【0035】このようにして製作された光源部を光IC
1に光結合するため、図10に示すように、ヒートシン
ク10の面39をベースの面29に摺り合わせると、自
動的に素子導波路7と基板導波路2の成す角は、前述の
設計値θ3 =12.5°となる。接続固定時には、ベー
ス26は固定台62に固定しておき、ヒートシンク10
は微動ステージ21に取り付け、半導体レーザ6を3次
元微動ができるようにし、基板導波路2の出力側後方に
モニタ用のTVカメラ17を設置しておく。そして、半
導体レーザ6を発光させながらステージ21によって微
動すると、光が基板導波路2に入ればモニタ用TVカメ
ラ17で出射光18が観測されるので、モニタCRT1
9で見た光強度が最大になる状態にステージ21を位置
決めしておく。
The light source unit manufactured in this manner is used as an optical IC.
As shown in FIG. 10, when the surface 39 of the heat sink 10 is slid on the surface 29 of the base in order to optically couple to the optical waveguide 1, the angle between the element waveguide 7 and the substrate waveguide 2 is automatically set to the above-mentioned design value. θ 3 = 12.5 °. At the time of connecting and fixing, the base 26 is fixed to the fixing base 62, and the heat sink 10
Is mounted on a fine movement stage 21 so that the semiconductor laser 6 can be finely moved three-dimensionally, and a TV camera 17 for monitoring is installed behind the output side of the substrate waveguide 2. When the stage 21 is slightly moved while the semiconductor laser 6 is emitting light, the emitted light 18 is observed by the monitor TV camera 17 if the light enters the substrate waveguide 2, so that the monitor CRT 1
The stage 21 is positioned so that the light intensity seen at 9 is maximum.

【0036】次に、微調整を行うために、図11に示す
ように、光IC1の光出力側に別の微動ステージ21に
接続されたモニタファイバ20を設置する。ファイバの
反対端にはフォトディテクタ22を設置してあり、ファ
イバに光が入力されればその出力光23をフォトディテ
クタで検知できる。出力光23が最大になる位置にモニ
タファイバ20を一旦位置決めした後、半導体レーザ6
とファイバ20を共に微調整して最終的に出力光23が
最大になる位置で、ヒートシンク10とベース26間を
接着剤11で固定することにより、光モジュールが得ら
れる。実際の製作例では、素子導波路7と基板導波路2
の間隔zは約20μmとなり、式(4) から計算される結
合損失Lossは−9(dB)であった。従って、結合損失
は、前述の−18(dB)から9(dB)の改善を実現でき
た。
Next, for fine adjustment, as shown in FIG. 11, a monitor fiber 20 connected to another fine movement stage 21 is installed on the light output side of the optical IC 1. A photodetector 22 is installed at the opposite end of the fiber, and when light is input to the fiber, the output light 23 can be detected by the photodetector. After the monitor fiber 20 is once positioned at a position where the output light 23 becomes maximum, the semiconductor laser 6
The optical module is obtained by finely adjusting both the fiber 20 and the fiber 20, and finally fixing the heat sink 10 and the base 26 with the adhesive 11 at a position where the output light 23 is maximized. In an actual manufacturing example, the element waveguide 7 and the substrate waveguide 2
The distance z was about 20 μm, and the coupling loss Loss calculated from the equation (4) was −9 (dB). Therefore, the coupling loss could be improved from -18 (dB) to 9 (dB).

【0037】上記の例では、矩形状のヒートシンクを用
いたが、一般に市販されている光源モジュールは、図1
2に示すような円板型のステム40に柱状のヒートシン
ク10が立てられておりその上に発光素子6と受光素子
37が固定されている製品が多い。製作コストを低減す
るためには、このような量産型の製品をそのまま光源用
部品として用いた方が良い場合がある。その場合には、
図13,14に示すように、中空の円柱状の筒42を製
作し、その底面を光源ステム40の上面に固定し、上面
をベースに固定すれば良い。但しこの場合、発光素子出
射口と基板導波路入射口間の距離zを極力小さくして光
結合効率を上げるために、筒の長さh1は、ステム40
の上面から発光素子出射口25までの距離h2 にほぼ一
致するように加工した。なお、筒42の側面に加工した
矩形状の切り抜き窓45は、発光素子6と基板導波路2
の位置合わせを行う際に発光素子6を目視できるように
して位置合わせを容易化するために設けたものである。
In the above example, a rectangular heat sink is used, but the light source module that is generally commercially available is shown in FIG.
In many products, a columnar heat sink 10 is erected on a disc-shaped stem 40 as shown in FIG. 2, and the light emitting element 6 and the light receiving element 37 are fixed thereon. In order to reduce the manufacturing cost, it may be better to directly use such a mass-produced product as a light source component. In that case,
As shown in FIGS. 13 and 14, a hollow cylindrical tube 42 may be manufactured, the bottom surface thereof may be fixed to the upper surface of the light source stem 40, and the upper surface may be fixed to the base. However, in this case, in order to minimize the distance z between the light emitting element exit port and the substrate waveguide entrance port to improve the optical coupling efficiency, the length h 1 of the tube is set to the stem 40.
Was processed so as to substantially match the distance h 2 from the upper surface of the light emitting element to the light emitting element emission port 25. In addition, the rectangular cutout window 45 formed on the side surface of the cylinder 42 has the light emitting element 6 and the substrate waveguide 2.
It is provided in order to facilitate the alignment by making the light emitting element 6 visible when performing the alignment.

【0038】以上述べた工程に従って、発光素子と光I
Cを結合した光モジュールが得られる。特に、本実施例
においては、光ICとして、光ジャイロシステムに用い
るジャイロチップを用いて製作を行った。光ファイバジ
ャイロの一般的な構成例を図15に示す(参考文献:梶
岡,熊谷,於保,”干渉型光ファイバジャイロ”,OPTR
ONICS,No.5,127(1990))。この構成例において、ジャイ
ロチップから戻ってくる信号光検出に用いるフォトディ
テクタ54を光源のモニタ用フォトダイオード47で兼
用すれば部品数を削減することが可能であり、その場合
のジャイロの構成例を図16に示す。
According to the steps described above, the light emitting device and the light I
An optical module in which C is coupled is obtained. In particular, in this embodiment, a gyro chip used in an optical gyro system was used as the optical IC for manufacturing. A typical configuration example of an optical fiber gyro is shown in Fig. 15 (references: Kajioka, Kumagai, Oho, "Interference type optical fiber gyro", OPTR).
ONICS, No. 5, 127 (1990)). In this configuration example, if the photodetector 54 used for detecting the signal light returning from the gyro chip is also used as the monitoring photodiode 47 of the light source, the number of parts can be reduced, and a configuration example of the gyro in that case is shown. 16 shows.

【0039】図15または図16における偏光子50と
カプラ51と位相変調器52を一体化して光IC化した
ものがジャイロチップであり、上記実施例で示したよう
に二分岐(Y分岐)の導波路が表面に形成され、電気制
御を行うための電極が表面に設けられている。一方、光
源とフォトダイオードをヒートシンク上に一体化したも
のが上記実施例で説明した光源部に当たる。そして、図
17に示すように、上記工程に従って光源部とジャイロ
チップを組み立てた後、光ファイバループ53の両端の
光ファイバ60をジャイロチップ1の光出射口59に位
置合わせ後固定することにより、全体として光ファイバ
ジャイロが完成する。なお61は光ファイバ60端部を
保持するホルダーである。
A gyro chip is obtained by integrating the polarizer 50, the coupler 51, and the phase modulator 52 in FIG. 15 or 16 into an optical IC, which is a two-branch (Y-branch) as shown in the above embodiment. A waveguide is formed on the surface, and electrodes for electrical control are provided on the surface. On the other hand, the light source and the photodiode integrated on the heat sink correspond to the light source section described in the above embodiment. Then, as shown in FIG. 17, after assembling the light source unit and the gyro chip according to the above steps, the optical fibers 60 at both ends of the optical fiber loop 53 are aligned and fixed to the light emitting ports 59 of the gyro chip 1, The optical fiber gyro is completed as a whole. Reference numeral 61 is a holder for holding the end portion of the optical fiber 60.

【0040】なお、以上の工程においては、電子回路基
板34とベース26の固定、光IC1とベース26の固
定、ヒートシンク10とベース26の固定に、使い勝手
の良さから接着剤を用いたが、信頼性を増すためには、
半田固定に置き換えることが有効であり、その場合に
は、各接続面に金メッキ、ニッケルメッキ等のメタライ
ズ処理をすれば半田固定が可能となる。また、ヒートシ
ンク10とベース26の固定のように金属材同士の固定
の場合には、YAG溶接や抵抗溶接等による溶接固定も
可能であり、この場合、半田固定より高い強度か得られ
るので、更に信頼度を増すことができる。
In the above process, an adhesive is used for fixing the electronic circuit board 34 and the base 26, fixing the optical IC 1 and the base 26, and fixing the heat sink 10 and the base 26 because it is easy to use. To increase sex,
Replacing with solder fixing is effective. In that case, solder fixing can be performed by performing metallization treatment such as gold plating or nickel plating on each connection surface. Further, in the case of fixing metal materials to each other like fixing the heat sink 10 and the base 26, welding and fixing by YAG welding, resistance welding or the like is also possible. In this case, higher strength than solder fixing can be obtained. The reliability can be increased.

【0041】本実施例の光モジュールは、光素子の光出
射方向を光導波路の光入射方向に合わせた状態で光素子
出射口と光導波路入射口の距離を小さくすることができ
るため高い光結合効率を有し、かつヒートシンクをベー
スに全面固定できるため信頼性にも優れている。
In the optical module of this embodiment, the distance between the optical element exit port and the optical waveguide entrance port can be reduced in a state where the light exit direction of the optical device is aligned with the light entrance direction of the optical waveguide, so that high optical coupling is achieved. It is highly efficient and has excellent reliability because the heat sink can be fixed to the entire surface of the base.

【0042】[0042]

【発明の効果】本発明によれば、光半導体素子と導波路
基板が衝突しないように光素子導波路と基板導波路を十
分近付けることができる。そして、ヒートシンクを基板
の面に摺り合わせて固定すれば光素子導波路を自動的に
正しい入射方向に合わせることができる。その結果、光
素子導波路と基板導波路の光接続は間隔も小さく角度ず
れも無い接続を実現できるため、光結合損失を低減する
ことができる。
According to the present invention, the optical element waveguide and the substrate waveguide can be sufficiently close to each other so that the optical semiconductor element and the waveguide substrate do not collide with each other. Then, if the heat sink is fixed by sliding on the surface of the substrate, the optical element waveguide can be automatically aligned in the correct incident direction. As a result, since the optical connection between the optical element waveguide and the substrate waveguide can be realized with a small gap and no angular deviation, the optical coupling loss can be reduced.

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

【図1】本発明の一実施例である光モジュールを示す説
明図。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an optical module that is an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例に関し、光半導体素子と光導
波路との接続時の問題点を解決するための構造を示す説
明図。
FIG. 2 is an explanatory view showing a structure for solving a problem at the time of connecting an optical semiconductor element and an optical waveguide in an embodiment of the present invention.

【図3】光半導体素子と光導波路の接続方法を示す説明
図。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a method of connecting an optical semiconductor element and an optical waveguide.

【図4】光半導体素子と光導波路の接続方法を示す説明
図。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a method for connecting an optical semiconductor element and an optical waveguide.

【図5】本発明の他の実施例である光モジュールを示す
説明図。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an optical module that is another embodiment of the present invention.

【図6】本発明の他の実施例において使用される導波路
基板(光IC)の説明図。
FIG. 6 is an explanatory diagram of a waveguide substrate (optical IC) used in another embodiment of the present invention.

【図7】同実施例において使用されるベースの説明図。FIG. 7 is an explanatory view of a base used in the embodiment.

【図8】同実施例における導波路基板(光IC)と回路
基板とベースの組立図。
FIG. 8 is an assembly diagram of a waveguide substrate (optical IC), a circuit substrate, and a base in the embodiment.

【図9】同実施例における半導体発光素子・受光素子の
ヒートシンク組立説明図。
FIG. 9 is an assembly explanatory diagram of a semiconductor light emitting element / light receiving element in the embodiment.

【図10】光源部とベースの接続固定方法を示す説明
図。
FIG. 10 is an explanatory view showing a method of connecting and fixing the light source unit and the base.

【図11】光源部とベースの接続固定方法を示す説明
図。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a method of connecting and fixing the light source unit and the base.

【図12】量産型光源モジュールの見取図。FIG. 12 is a schematic view of a mass production type light source module.

【図13】量産型光源モジュールと筒の組立説明図。FIG. 13 is an assembly explanatory diagram of a mass production type light source module and a tube.

【図14】量産型光源モジュールとベースの接続固定方
法を示す説明図。
FIG. 14 is an explanatory view showing a method of connecting and fixing the mass production type light source module and the base.

【図15】一般的な光ファイバジャイロの構成図。FIG. 15 is a configuration diagram of a general optical fiber gyro.

【図16】モニタ用フォトダイオードで信号光検出を兼
用する光ファイバジャイロの説明図。
FIG. 16 is an explanatory diagram of an optical fiber gyro that is also used for signal light detection by a monitor photodiode.

【図17】本発明の他の実施例の光モジュールを用いた
光ジャイロシステムの説明図。
FIG. 17 is an explanatory diagram of an optical gyro system using an optical module according to another embodiment of the present invention.

【図18】従来技術の説明図。FIG. 18 is an explanatory diagram of a conventional technique.

【図19】従来技術の説明図。FIG. 19 is an explanatory diagram of a conventional technique.

【図20】導波路の垂直端面における反射光の説明図。FIG. 20 is an explanatory diagram of reflected light on a vertical end face of a waveguide.

【図21】導波路端部の斜め研磨による反射光除去の説
明図。
FIG. 21 is an explanatory view of removing reflected light by obliquely polishing the end portion of the waveguide.

【図22】導波路端部の斜め研磨による入射光角度の説
明図。
FIG. 22 is an explanatory view of an incident light angle by obliquely polishing the end of the waveguide.

【図23】光素子と光導波路との接続時の問題点を示す
説明図。
FIG. 23 is an explanatory diagram showing a problem when connecting an optical element and an optical waveguide.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 導波路基板 2 光導波路 3 導波路入射口を含む基板端面 4 導波路入射口を含まない基板端面 5 光導波路の中心線 6 光半導体素子 7 素子導波路 8 素子導波路の中心線 9 サブマウント 10 ヒートシンク 11 接合材 12 従来装置の光導波路端面 13 従来装置の光半導体素子端面 14 導波路端面における反射光 15 導波路端面への入射光 16 固定台 17 モニタ用TVカメラ 18 導波路出力端の出射光 19 モニタCRT 20 モニタファイバ 21 微動ステージ 22 PD(フォトディテクタ) 23 出力光 24 光導波路の光入射口 25 素子導波路の光出射口 26 ベース 27 二分岐(Y分岐)導波路 28 電極 29 ベースの側面(接続面) 30 接続面の稜線 31 接続面の法線 32 基準稜線 33 溝 34 電子回路基板 35 電極 36 ボンディングワイヤ 37 受光素子 38 受光素子用サブマウント 39 ヒートシンクの接続面 40 ステム 41 リード 42 筒 44 接合材(接着剤) 45 切り抜き窓 46 光源 47 モニタ用フォトダイオード 48 光ファイバ 49 カプラ 50 偏光子 51 カプラ 52 位相変調器 53 光ファイバループ 54 PD 55 半導体発光素子の後方出射光 56 信号光 57 端面4の端 58 導波路基板(光IC)の側面 59 光ICの光出射口 60 光ファイバ 61 ホルダー 1 Waveguide Substrate 2 Optical Waveguide 3 Substrate End Face Including Waveguide Entrance 4 Substrate End Face Not Including Waveguide Entrance 5 Optical Waveguide Centerline 6 Optical Semiconductor Device 7 Element Waveguide 8 Element Waveguide Centerline 9 Submount 10 Heat Sink 11 Joining Material 12 Optical Waveguide End Face of Conventional Device 13 Optical Semiconductor Element End Face of Conventional Device 14 Reflected Light at Waveguide End Face 15 Incident Light to Waveguide End Face 16 Fixing Stand 17 Monitor TV Camera 18 Waveguide Output End Output Emitting light 19 Monitor CRT 20 Monitor fiber 21 Fine movement stage 22 PD (photodetector) 23 Output light 24 Light entrance port of optical waveguide 25 Light exit port of element waveguide 26 Base 27 Two-branch (Y branch) waveguide 28 Electrode 29 Side of base (Connection surface) 30 Ridge line of connection surface 31 Normal line of connection surface 32 Reference ridge line 33 Groove 34 Electronic circuit board 5 Electrode 36 Bonding Wire 37 Light-Receiving Element 38 Light-Receiving Element Submount 39 Heat Sink Connection Surface 40 Stem 41 Lead 42 Cylinder 44 Bonding Material (Adhesive) 45 Cutout Window 46 Light Source 47 Monitor Photodiode 48 Optical Fiber 49 Coupler 50 Polarizer 51 Coupler 52 Phase Modulator 53 Optical Fiber Loop 54 PD 55 Backward Emitted Light of Semiconductor Light Emitting Device 56 Signal Light 57 End of End Face 58 Side Surface of Waveguide Substrate (Optical IC) 59 Optical Emission Port of Optical IC 60 Optical Fiber 61 Holder

フロントページの続き (72)発明者 熊澤 鉄雄 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 油原 敏哉 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日立 電線株式会社日高工場内 (72)発明者 飯塚 寿夫 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日立 電線株式会社日高工場内Front page continuation (72) Inventor Tetsuo Kumazawa 502 Jinritsucho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Machinery Research Institute, Hiritsu Manufacturing Co., Ltd. Hidaka Plant Co., Ltd. (72) Inventor Toshio Iizuka 5-1-1 Hidaka Town, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi Cable Ltd. Hidaka Plant

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】表面に光導波路2が形成され、端部が該光
導波路の端面を含み該光導波路に対して傾いた端面3と
端面3に対して傾いた端面4を持つように加工された基
板1と、表面または内部に光導波路7が形成された光半
導体素子6を含み、光半導体素子6はサブマウント9に
固定され当該サブマウント9はヒートシンク10に固定
されており、光半導体素子6の光出射端面が基板1の端
面4に対してほぼ平行であり、かつ光半導体素子6の出
射光が基板1の光導波路2に入射するように光半導体素
子6が位置決めされたことを特徴とする光モジュール。
1. An optical waveguide 2 is formed on a surface, and an end portion is processed to have an end face 3 including the end face of the optical waveguide and an end face 3 inclined with respect to the optical waveguide and an end face 4 inclined with respect to the end face 3. Substrate 1 and an optical semiconductor element 6 having an optical waveguide 7 formed on the surface or inside thereof, the optical semiconductor element 6 is fixed to a submount 9, and the submount 9 is fixed to a heat sink 10. The light emitting end face of 6 is substantially parallel to the end face 4 of the substrate 1, and the optical semiconductor device 6 is positioned so that the emitted light of the optical semiconductor device 6 enters the optical waveguide 2 of the substrate 1. Optical module.
【請求項2】請求項1において、基板導波路2の屈折率
をn1 、基板導波路2と面3,4の成す角を各々θ1
θ2 としたときに、θ2 =180°−sin -1(n1 cos
θ1)−θ1 という式を満たすように面3と面4が作製
されており、光半導体素子6の光導波路7と基板導波路
2の成す角θ3 がθ3 =sin -1(n1 cos θ1 )−(9
0°−θ1 )という式により計算される値となるように
光半導体素子6が位置決めされたことを特徴とする光モ
ジュール。
2. The refractive index of the substrate waveguide 2 is n 1 and the angle formed by the substrate waveguide 2 and the surfaces 3 and 4 is θ 1 , respectively.
When θ 2 is set, θ 2 = 180 ° −sin −1 (n 1 cos
The surface 3 and the surface 4 are formed so as to satisfy the formula of θ 1 ) −θ 1 , and the angle θ 3 formed by the optical waveguide 7 of the optical semiconductor element 6 and the substrate waveguide 2 is θ 3 = sin −1 (n 1 cos θ 1 )-(9
An optical module in which the optical semiconductor element 6 is positioned so as to have a value calculated by the formula of 0 ° -θ 1 ).
【請求項3】請求項1または2において、光半導体素子
6はサブマウント9に半田固定され、当該サブマウント
9は金属のヒートシンク10に半田固定されており、か
つ、ヒートシンク10は接合材11によって基板1に固
定されたことを特徴とする光モジュール。
3. The optical semiconductor device 6 according to claim 1 or 2, wherein the optical semiconductor element 6 is soldered and fixed to a submount 9, the submount 9 is soldered and fixed to a metal heat sink 10, and the heat sink 10 is bonded by a bonding material 11. An optical module fixed on a substrate 1.
【請求項4】請求項3において、基板1の材料としてL
iNbO3 を用い、基板導波路2としてTiドープによ
る導波路を用い、光半導体素子6として半導体レーザま
たはスーパールミネッセントダイオードを用い、サブマ
ウント9として表面と裏面をメタライズしたセラミック
を用い、接合材11としてUV硬化型接着剤を用い、角
度θ1 を80°、角度θ2 を77.5°、角度θ3 を1
2.5°としたことを特徴とする光モジュール。
4. The material of substrate 1 according to claim 3,
iNbO 3 is used, a Ti-doped waveguide is used as the substrate waveguide 2, a semiconductor laser or a super luminescent diode is used as the optical semiconductor element 6, and a ceramic whose front and back surfaces are metallized is used as the submount 9. A UV curable adhesive is used as 11, and the angle θ 1 is 80 °, the angle θ 2 is 77.5 °, and the angle θ 3 is 1.
An optical module characterized by being set at 2.5 °.
【請求項5】表面に光導波路2が形成され、端部が該光
導波路の光入射口24を含み該導波路に対して傾いた端
面3と端面3に対して傾いた端面4を持つように加工さ
れた基板1と、表面または内部に導波路7が形成された
発光素子6と、基板1を搭載するためのベース26と、
発光素子6を搭載するためのヒートシンク10を含み、
基板導波路2の屈折率をn1 、基板導波路2と面3,4
の成す角を各々θ1 ,θ2 としたときに、0<θ2 ≦1
80°−sin -1(n1 cos θ1 )−θ1 という式を満た
すように面3と面4が作成されており、発光素子6はサ
ブマウント9に固定されサブマウント9はヒートシンク
10に固定され、ベース26の上に基板1が固定されて
光導波路2が発光素子6の光導波路7とθ3 =sin
-1(n1 cosθ1 )−(90°−θ1 )で与えられるθ
3 の角度を成し、かつ光導波路2の光入射口24が発光
素子導波路7の光出射口25の近傍に位置決めされてお
り、発光素子6の出射光が基板導波路2に入射するよう
にヒートシンク10がベース26の側面29に固定され
ていることを特徴とする光モジュール。
5. An optical waveguide 2 is formed on a surface, and an end portion includes an end face 3 including a light entrance 24 of the optical waveguide and an end face 3 inclined with respect to the waveguide and an end face 4 inclined with respect to the end face 3. A substrate 1 processed into the above, a light emitting element 6 having a waveguide 7 formed on the surface or inside thereof, a base 26 for mounting the substrate 1 thereon,
Including a heat sink 10 for mounting the light emitting element 6,
The refractive index of the substrate waveguide 2 is n 1 , the substrate waveguide 2 and the surfaces 3, 4 are
When the angles formed by are θ 1 and θ 2 , respectively, 0 <θ 2 ≦ 1
Surfaces 3 and 4 are formed so as to satisfy the expression 80 ° -sin -1 (n 1 cos θ 1 ) -θ 1 , and the light emitting element 6 is fixed to the submount 9 and the submount 9 is fixed to the heat sink 10. It is fixed, the substrate 1 is fixed on the base 26, and the optical waveguide 2 is connected to the optical waveguide 7 of the light emitting element 6 and θ 3 = sin.
-1 (n 1 cos θ 1 ) − (90 ° −θ 1 )
Form a third angle, and the light entrance 24 of the optical waveguide 2 are positioned in the vicinity of the light exit opening 25 of the light emitting element waveguide 7 so that the light emitted from the light emitting element 6 is incident on the substrate waveguide 2 An optical module in which the heat sink 10 is fixed to the side surface 29 of the base 26.
【請求項6】請求項5において、ヒートシンク10上発
光素子6の後方に受光素子用サブマウント38が固定さ
れており、受光素子37が発光素子6の発する後方光を
検出できる位置で該サブマウント38に固定されている
ことを特徴とする光モジュール。
6. The sub-mount 38 for a light-receiving element is fixed to the rear of the light-emitting element 6 on the heat sink 10 according to claim 5, and the light-receiving element 37 is located at a position where the rear light emitted from the light-emitting element 6 can be detected. An optical module characterized by being fixed to 38.
【請求項7】請求項5において、基板1の材料としてL
iNbO3 を用い、基板導波路2としてTiドープによ
る導波路を用い、発光素子6として半導体レーザやスー
パールミネッセントダイオード等の半導体発光素子を用
い、サブマウント9としてセラミックを用い、ベース2
6として鉄を用い、ヒートシンク10として鉄またはコ
バールまたは銅タングステンを用いたことを特徴とする
光モジュール。
7. The material for a substrate 1 according to claim 5,
iNbO 3 is used, a Ti-doped waveguide is used as the substrate waveguide 2, a semiconductor light emitting element such as a semiconductor laser or a super luminescent diode is used as the light emitting element 6, a ceramic is used as the submount 9, and the base 2 is used.
An optical module characterized in that iron is used as 6 and iron, kovar, or copper tungsten is used as the heat sink 10.
【請求項8】請求項6において、基板1の材料としてL
iNbO3 を用い、基板導波路2としてTiドープによ
る導波路を用い、発光素子6として半導体レーザやスー
パールミネッセントダイオード等の半導体発光素子を用
い、発光素子用サブマウント9及び受光素子用サブマウ
ント38としてセラミックを用い、受光素子37として
フォトダイオードを用い、ベース26として鉄を用い、
ヒートシンク10として鉄またはコバールまたは銅タン
グステンを用いたことを特徴とする光モジュール。
8. The L as a material of the substrate 1 according to claim 6.
iNbO 3 is used, a Ti-doped waveguide is used as the substrate waveguide 2, a semiconductor light emitting element such as a semiconductor laser or a super luminescent diode is used as the light emitting element 6, and a light emitting element submount 9 and a light receiving element submount are used. Ceramic is used as 38, a photodiode is used as the light receiving element 37, and iron is used as the base 26.
An optical module using iron, kovar, or copper tungsten as the heat sink 10.
【請求項9】請求項6の光モジュールを光学系に含む光
ジャイロシステム。
9. An optical gyro system including the optical module of claim 6 in an optical system.
【請求項10】請求項8の光モジュールを光学系に含む
光ジャイロシステム。
10. An optical gyro system including the optical module of claim 8 in an optical system.
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