JPH07318767A - 光半導体素子モジュールの組立方法 - Google Patents

光半導体素子モジュールの組立方法

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JPH07318767A
JPH07318767A JP7062360A JP6236095A JPH07318767A JP H07318767 A JPH07318767 A JP H07318767A JP 7062360 A JP7062360 A JP 7062360A JP 6236095 A JP6236095 A JP 6236095A JP H07318767 A JPH07318767 A JP H07318767A
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optical fiber
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optical
semiconductor element
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Takeshi Nakamura
猛 中村
Kazuma Kusakawa
一馬 草川
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光ファイバスリーブの固定の際や外部の温度
変化等により、光ファイバと光半導体素子との光学的な
結合が劣化しない光半導体素子モジュールを得ることを
目的とする。 【構成】 光ファイバスリーブ12をスリーブホルダ1
5に挿入した状態で光ファイバスリーブ12とスリーブ
ホルダ15を光ファイバ1と光半導体素子7が光学的に
結合するように移動調整した後、光ファイバスリーブ1
2とスリーブホルダ15をスリーブホルダ15の表面か
ら光ファイバスリーブ12までをYAGレーザ等の赤外
線レーザにより溶接する。そしてスリーブホルダ15と
光ファイバスリーブ12との溶接固定時に生ずる若干の
スリーブホルダ12と光ファイバスリーブ12の固定ず
れによる光ファイバと光半導体素子の光結合損失をスリ
ーブホルダ15を微調することにより補正した後、スリ
ーブホルダ15とレンズホルダ32とを溶接する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体レーザ、発光
ダイオード、フォトダイオード、アバランシエフオトダ
イオード等の光半導体素子と光ファイバを光学的に結合
させた光半導体素子モジュールの組立方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】図2は例えば特公昭61−14678号
公報に示された従来の光半導体素子モジュールを示す断
面図であり、図において、1は光ファイバ、2は金属の
光ファイバスリーブ、3はキャップ、7は光半導体素
子、8は光半導体素子7の発光または受光面がほぼその
中心に来るように光半導体素子7を固定したステム、1
1a,11bはステムリード、13はステムリード11
aを気密封止するための低融点ガラス、14は光半導体
素子17とステムリード11aに接続された電極リード
線、51,52はハンダである。
【0003】ステムリード11bはステム8と電気的導
通を有するように接続されている。ステムリード11a
は低融点ガラス13によりステム8とは絶縁されてい
る。光ファイバ1の先端部端面は鏡面切断あるいは球状
レンズ加工されている。また、先端近傍の外周表面はメ
タライズされており、光ファイバスリーブ2とハンダ5
1により固定されている。キャップ3の上部の円筒状部
分の内径は光ファイバスリーブ2の外径よりも200〜
300μm大きく、光ファイバスリーブ2とキャップ3
の上部の円筒状部分とのすき間にハンダ52を充填しつ
つ、光ファイバスリーブ2とキャップ3をハンダ付固定
する。
【0004】次に組立手順を示す。ステム8とキャップ
3のつばの部分に加圧しながら大電流を流して、つばの
接触抵抗による加熱により溶接するプロジェクション溶
接により、ステム8とキャップ3を固定する。次に、光
ファイバ1をハンダ51で固定した光ファイバスリーブ
2をキャップ3の上部の円筒状部分に挿入し、光ファイ
バ1と光半導体素子とが光学的に結合するように、すな
わち、光ファイバ1の出射光が光半導体素子7の受光面
に入射する。もしくは、光半導体素子7の出射光が光フ
ァイバ1に入射するように、光ファイバスリーブ2を上
下、左右、前後方向に移動させて調整する。その後、ハ
ンダ52により、光ファイバスリーブ2とキャップ3を
固定する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の光半導体素子モ
ジュールは以上のように構成されているので、光ファイ
バスリーブ2とキャップ3のすき間が200〜300μ
mと大きく、また、光ファイバ1と光半導体素子7とを
光学的に結合するように光ファイバスリーブ2を移動さ
せて調整するために光ファイバスリーブ2がキャップ3
の上部の円筒状部分の中央に位置することがなく、光フ
ァイバスリーブ2とキャップ3の間のすき間のハンダ層
の厚さが均一とならない。このため、ハンダ51,52
が硬化する際に、ハンダの収縮により光ファイバスリー
ブ2が動いて光ファイバ1と光半導体素子7との光学的
な結合が劣化する。また、キャップ3や光ファイバスリ
ーブ2の熱膨張係数がハンダの熱膨張係数と整合してい
ないことによるハンダ層内の歪により、外部の温度変化
等により光ファイバと光半導体素子との光学的な結合が
劣化する等の課題があった。
【0006】この発明は上記のような課題を解消するた
めになされたもので、光ファイバスリーブの固定の際や
外部の温度変化等により、光ファイバと光半導体素子と
の光学的な結合が劣化しない光半導体素子モジュールを
得ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明は光ファイバを
固定した少なくとも外周が金属の光ファイバスリーブ
と、前記光ファイバスリーブの外径よりも大きい内径を
有する金属のスリーブホルダと、光半導体素子を固定し
たステムと、前記光ファイバと前記光半導体素子との間
に窓を有し、前記ステムに固定された金属のキャップと
を備え、(a)前記スリーブホルダに前記光ファイバス
リーブを挿入した状態で前記スリーブホルダおよび光フ
ァイバスリーブを前記光ファイバと前記光半導体素子が
光学的に結合するように移動調整する工程、(b)前記
スリーブホルダの表面から前記光ファイバスリーブまで
を赤外線レーザにより溶接する工程、(c)前記スリー
ブホルダを微調移動した後、前記スリーブホルダと前記
金属キャップとの接合部を赤外線レーザ溶接する工程の
順序で組立てる。
【0008】また、この発明は光ファイバを固定した少
なくとも外周が金属の光ファイバスリーブと、前記光フ
ァイバスリーブの外径より大きい内径を有する金属のス
リーブホルダと、光半導体素子を固定したステムと、前
記光ファイバと前記光半導体素子との間に窓を有し、前
記ステムに固定された金属のキャップと、前記スリーブ
ホルダと前記キャップとの間に設けられ、レンズを保持
する金属のレンズホルダとを備え、(a)前記レンズホ
ルダとキャップとを溶接固定する工程、(b)前記スリ
ーブホルダに前記光ファイバスリーブを挿入した状態で
前記スリーブホルダおよび光ファイバスリーブを前記光
ファイバと前記光半導体素子が前記レンズを介して光学
的に結合するように移動調整する工程、(c)前記スリ
ーブホルダの表面から前記光ファイバスリーブまでを赤
外線レーザにより溶接する工程、(d)前記スリーブホ
ルダを微調移動した後、前記スリーブホルダとレンズホ
ルダとの接合部を赤外線レーザにより溶接する工程の順
序で組立てる。
【0009】この発明は、金属のスリーブホルダとし
て、内径が光ファイバスリーブの外径よりも2〜20μ
m大きいスリーブホルダを用いる。
【0010】また、この発明は、金属のスリーブホルダ
として、溶接部の肉厚が0.3〜0.7mmを有するス
リーブホルダを用いる。
【0011】この発明は、光ファイバを固定した少なく
とも外周が金属の光ファイバスリーブと、前記光ファイ
バスリーブの外径よりも2〜20μm大きい内径を有す
る金属のスリーブホルダと、光半導体素子を固定したス
テムと、前記光ファイバと前記光半導体素子との間に窓
を有し、前記ステムに固定された金属のキャップと、前
記スリーブホルダと前記キャップとの間に設けられ、レ
ンズを保持する金属のレンズホルダとを備え、(a)前
記スリーブホルダに前記光ファイバスリーブを挿入した
状態で前記スリーブホルダおよび光ファイバスリーブを
前記光ファイバと前記光半導体素子が光学的に結合する
ように移動調整する工程、(b)前記スリーブホルダの
表面から前記光ファイバスリーブまでを赤外線レーザに
より溶接する工程、(c)前記スリーブホルダを微調移
動した後、前記スリーブホルダと前記レンズホルダとの
接合部を赤外線レーザにより溶接する工程の順序で組立
てる。
【0012】この発明は、光ファイバを固定した少なく
とも外周が金属の光ファイバスリーブと、前記光ファイ
バスリーブの外径よりも大きい内径を有し、上記光ファ
イバスリーブとの溶接部の肉厚が0.3〜0.7mmの
金属のスリーブホルダと、光半導体素子を固定したステ
ムと、前記光ファイバと前記光半導体素子との間に窓を
有し、前記ステムに固定された金属のキャップと、前記
スリーブホルダと前記キャップとの間に設けられ、レン
ズを保持する金属のレンズホルダとを備え、(a)前記
スリーブホルダに前記光ファイバスリーブを挿入した状
態で前記スリーブホルダおよび光ファイバスリーブを前
記光ファイバと前記光半導体素子が光学的に結合するよ
うに移動調整する工程、(b)前記スリーブホルダの表
面から前記光ファイバスリーブまでを赤外線レーザによ
り溶接する工程、(c)前記スリーブホルダを微調移動
した後、前記スリーブホルダと前記レンズホルダとの接
合部を赤外線レーザにより溶接する工程の順序で組立て
る。
【0013】
【作用】この発明は、光ファイバスリーブをスリーブホ
ルダに挿入した状態で光ファイバスリーブとスリーブホ
ルダを光ファイバと光半導体素子が光学的に結合するよ
うに移動調整した後、光ファイバスリーブとスリーブホ
ルダをスリーブホルダの表面から光ファイバスリーブま
でをYAGレーザ等の赤外線レーザにより溶接する。そ
して、スリーブホルダと光ファイバスリーブとの溶接固
定時に生ずる若干のスリーブホルダと光ファイバスリー
ブの固定ずれによる光ファイバと光半導体素子の光結合
損失をスリーブホルダを微調することにより補正する。
【0014】また、この発明は、レンズホルダと金属の
キャップとを溶接固定した後、光ファイバスリーブとス
リーブホルダを移動調整してスリーブホルダの表面から
光ファイバスリーブまでを赤外線レーザ溶接する。そし
てスリーブホルダを微調後、スリーブホルダとレンズホ
ルダとを赤外線レーザで溶接固定する。
【0015】この発明は、スリーブホルダの内径が光フ
ァイバスリーブの外径よりも2〜20μm大きいスリー
ブホルダを用いることによりスリーブホルダの表面から
光ファイバスリーブに到る赤外線レーザ溶接時において
生ずるスリーブホルダの変形による歪を小さくできると
ともに、スリーブホルダと光ファイバスリーブとの溶接
強度のばらつきを小さくすることができる。
【0016】また、この発明は、スリーブホルダの溶接
部の肉厚を0.3〜0.7mmに設定することによりス
リーブホルダの溶接部の機械的強度を維持でき、かつス
リーブホルダの表面から光ファイバスリーブまでの赤外
線レーザ溶接を容易に行うことができる。
【0017】この発明は、光ファイバスリーブの外径よ
りも2〜20μm大きい内径を有するスリーブホルダを
用いることにより溶接時におけるスリーブホルダの変形
による歪を小さくし、かつスリーブホルダと光ファイバ
スリーブとの溶接強度のばらつきを小さくする。
【0018】また、この発明は、溶接部の肉厚が0.3
〜0.7mmのスリーブホルダを用いることにより、ス
リーブホルダの溶接部の機械的強度を維持でき、また赤
外線レーザ溶接を容易に行うことができる。
【0019】
【実施例】
実施例1.以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図1(a)はこの発明の光半導体素子モジュール
の断面図であり、図において、12は光ファイバスリー
ブ、13はセラミック製のチップ、14はステンレス製
のパイプである。光ファイバスリーブ12はチップ13
のパイプ14により構成されており、中心孔に光ファイ
バ1が接着剤により固定されている。光ファイバ1の先
端の端面は、鏡面となるように、光ファイバスリーブ1
2とともに研磨されている。15はステンレス製のスリ
ーブホルダ、31はロッドレンズ、32はレンズホル
ダ、33はネジ、41はキャップ、42はキャップの窓
ガラス、43は窓ガラス42をキャップ41に気密封着
するための低融着ガラス、61はYAGレーザによる溶
接部である。なお、図において、前出のものと同一符号
のものは同一または相当部分を示すものとする。
【0020】キャップ41とステム8はプロジェクショ
ン溶接により固定されており、光半導体素子7はステム
8とキャップ41、および、キャップの窓ガラス42に
より気密封止されている。ロッドレンズ31はレンズホ
ルダ32にネジ33を用いて固定されている。
【0021】スリーブホルダ15はレンズホルダ32と
ほぼ同径の下部の円筒状部分とYAGレーザ等の赤外線
レーザで光ファイバスリーブ12と溶接する上部の円筒
状部分からなっている。スリーブホルダ15の内径はス
リーブホルダ15の中で光ファイバスリーブ12が容易
に上下できること、および、すき間が大きい場合、溶接
時にスリーブホルダ15が変形して歪が残りやすいこと
と溶接強度がばらつくために、光ファイバスリーブ12
の外径よりも2〜20μm大きい。スリーブホルダ15
の上部の円筒状部分の肉厚は、上部の円筒状部分の機械
強度と溶接の容易性から0.3〜0.7mmとなってい
る。
【0022】YAGレーザによる溶接部61は、スリー
ブホルダ15の長さ方向(図においては上下方向)の途
中部分の2ヶ所に、左右2ケずつあり、この合計4点の
溶接部により光ファイバスリーブ12とスリーブホルダ
15は固定されている。YAGレーザによる溶接部61
は、図に示すように、スリーブホルダ15の外周表面か
ら光ファイバスリーブ12に達するように形成されてい
る。
【0023】次に組立手順を示す。光半導体素子7を固
定したステム8に窓ガラス42が付いたキャップ41を
プロジェクション溶接で固定する。ロッドレンズ31を
ネジ33で固定したレンズホルダ32とキャップ41と
の接合部をYAGレーザによる溶接で固定する。次に、
スリーブホルダ15に光ファイバスリーブ12を挿入
し、スリーブホルダ15および光ファイバスリーブ12
を移動させて、光ファイバ1と光半導体素子7がロッド
レンズ31を介して光学的に結合するように調整する。
【0024】調整後、スリーブホルダ15と光ファイバ
スリーブ12を左右同時に、スリーブホルダ15の長さ
方向の途中部分の2ヶ所を順次、YAGレーザによる溶
接で固定する。その後、再度、スリーブホルダ15を数
μm移動させて微調した後、スリーブホルダ15とレン
ズホルダ32との接合部をYAGレーザによる溶接で固
定する。
【0025】スリーブホルダ15と光ファイバスリーブ
12のすき間は2〜20μmと小さいので、溶接時に光
ファイバスリーブ12が動くことは極めて小さく、この
ため、光学的な結合の劣化は小さい。また、スリーブホ
ルダ15と光ファイバスリーブ12を固定した後、再
度、微調することができるので、YAGレーザによる固
定前の調整時の光ファイバ1の位置がYAGレーザによ
る固定時に数μm変位することによる最適な光学的な結
合からのズレを補正でき、固定前の最適な光学的な結合
を再び得ることができる。例えば、図1(b)は、レン
ズの光軸と直交する方向の光ファイバ1の位置と光ファ
イバ1の光出力の関係を示す一例であり、図中より、例
えばYAGレーザによる固定時に光ファイバ1の位置が
レンズ光軸と直交方向に3μmズレた場合、光ファイバ
1の光出は1.3dB劣化する。このため、スリーブホ
ルダ15と光ファイバスリーブ12を固定した後、再
度、微調整し、固定前の最適な光学的な結合を再び得る
ことが重要である。なお、レンズの光軸方向での光ファ
イバ1の位置と光ファイバ1の光出力の関係は、レンズ
光軸と直交方向に比べ、10倍以上緩く、数μmの変位
では問題となることはない。スリーブホルダ15と光フ
ァイバスリーブ12の溶接部は、スリーブホルダ15の
長さ方向の途中部分の2ヶ所に設けられており、また、
スリーブホルダ15と光ファイバスリーブ12が強固に
溶接されている。
【0026】さらに、スリーブホルダ15と光ファイバ
スリーブ12のすき間が小さいので、スリーブホルダ1
5および溶接部61に歪が残り難い。これらのため、外
部の温度変化等に対しても光ファイバスリーブ12を安
定して固定でき、光ファイバ1と光半導体素子7の光学
的な結合が劣化することがない。
【0027】なお、スリーブホルダ15と光ファイバス
リーブ12のYAGレーザによる溶接部61の上下方向
の位置の許容誤差は大きく、作業性は良い。また、上記
実施例では、スリーブホルダと光ファイバスリーブの溶
接部はスリーブホルダの長さ方向の途中部分の2ヶ所に
各々2ケであったが、途中部分の1ヶ所につき各々3ヶ
以上でも良く、また、途中部分の3ヶ所に設けられても
良い。
【0028】さらに、上記実施例ではレンズおよびその
レンズホルダを有するものを例に上げて説明したが、レ
ンズおよびそのレンズホルダを有しないものでもこの発
明は適用できるものである。
【0029】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、スリ
ーブホルダと光ファイバスリーブをスリーブホルダの表
面から光ファイバスリーブまでを赤外線レーザによる溶
接で固定したので、光ファイバスリーブの固定の際や外
部の温度変化等により、光ファイバと光半導体素子との
光学的な結合が劣化しにくいものが得られる効果があ
る。
【0030】また、この発明は、スリーブホルダの内径
が光ファイバスリーブの外径よりも2〜20μm大きい
スリーブホルダを用いるので、スリーブホルダの表面か
ら光ファイバスリーブに到る赤外線レーザ溶接時におい
て生ずるスリーブホルダの変形による歪を小さくできる
とともに、スリーブホルダと光ファイバスリーブとの溶
接強度のばらつきを小さくすることができる。
【0031】この発明は、スリーブホルダの溶接部の肉
厚を0.3〜0.7mmに設定したスリーブホルダを用
いるので、スリーブホルダの溶接部の機械的強度を維持
でき、かつスリーブホルダの表面から光ファイバスリー
ブまでの赤外線レーザ溶接を容易に行うことができる。
【0032】また、この発明は、スリーブホルダと光フ
ァイバスリーブをスリーブホルダの表面から光ファイバ
スリーブまでを赤外線レーザにより溶接固定した後、再
度スリーブホルダを微調するので、スリーブホルダと光
ファイバスリーブとの溶接固定時に生ずる若干のスリー
ブホルダと光ファイバスリーブの固定ずれによる光ファ
イバと光半導体素子の光結合損失を、上記スリーブホル
ダを微調することにより補正し、最適な光結合を再度得
ることができる。
【0033】この発明は、スリーブホルダおよび光ファ
イバスリーブをステンレスで構成したので、加工性、溶
接性が良く、さびにくいという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施例による光半導体素子モジュ
ールを示す断面図である。
【図2】 従来の光半導体素子モジュールを示す断面図
である。
【符号の説明】
1 光ファイバ、7 光半導体素子、12 光ファイバ
スリーブ、15 スリーブホルダ、61 溶接部。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光ファイバを固定した少なくとも外周が
    金属の光ファイバスリーブと、前記光ファイバスリーブ
    の外径よりも大きい内径を有する金属のスリーブホルダ
    と、光半導体素子を固定したステムと、前記光ファイバ
    と前記光半導体素子との間に窓を有し、前記ステムに固
    定された金属のキャップとを備え、(a)前記スリーブ
    ホルダに前記光ファイバスリーブを挿入した状態で前記
    スリーブホルダおよび光ファイバスリーブを前記光ファ
    イバと前記光半導体素子が光学的に結合するように移動
    調整する工程、(b)前記スリーブホルダの表面から前
    記光ファイバスリーブまでを赤外線レーザにより溶接す
    る工程、(c)前記スリーブホルダを微調移動した後、
    前記スリーブホルダと前記金属キャップとの接合部を赤
    外線レーザ溶接する工程の順序で組立てることを特徴と
    する光半導体素子モジュールの組立方法。
  2. 【請求項2】 光ファイバを固定した少なくとも外周が
    金属の光ファイバスリーブと、前記光ファイバスリーブ
    の外径より大きい内径を有する金属のスリーブホルダ
    と、光半導体素子を固定したステムと、前記光ファイバ
    と前記光半導体素子との間に窓を有し、前記ステムに固
    定された金属のキャップと、前記スリーブホルダと前記
    キャップとの間に設けられ、レンズを保持する金属のレ
    ンズホルダとを備え、(a)前記レンズホルダとキャッ
    プとを溶接固定する工程、(b)前記スリーブホルダに
    前記光ファイバスリーブを挿入した状態で前記スリーブ
    ホルダおよび光ファイバスリーブを前記光ファイバと前
    記光半導体素子が前記レンズを介して光学的に結合する
    ように移動調整する工程、(c)前記スリーブホルダの
    表面から前記光ファイバスリーブまでを赤外線レーザに
    より溶接する工程、(d)前記スリーブホルダを微調移
    動した後、前記スリーブホルダとレンズホルダとの接合
    部を赤外線レーザにより溶接する工程、の順序で組立て
    ることを特徴とする光半導体素子モジュールの組立方
    法。
  3. 【請求項3】 金属のスリーブホルダの内径は光ファイ
    バスリーブの外径よりも2〜20μm大きいことを特徴
    とする請求項1または2記載の光半導体素子モジュール
    の組立方法。
  4. 【請求項4】 金属のスリーブホルダの光ファイバスリ
    ーブとの溶接部の肉厚が0.3〜0.7mmであること
    を特徴とする請求項1または2記載の光半導体素子モジ
    ュールの組立方法。
  5. 【請求項5】 光ファイバを固定した少なくとも外周が
    金属の光ファイバスリーブと、前記光ファイバスリーブ
    の外径よりも2〜20μm大きい内径を有する金属のス
    リーブホルダと、光半導体素子を固定したステムと、前
    記光ファイバと前記光半導体素子との間に窓を有し、前
    記ステムに固定された金属のキャップと、前記スリーブ
    ホルダと前記キャップとの間に設けられ、レンズを保持
    する金属のレンズホルダとを備え、(a)前記スリーブ
    ホルダに前記光ファイバスリーブを挿入した状態で前記
    スリーブホルダおよび光ファイバスリーブを前記光ファ
    イバと前記光半導体素子が前記レンズを介して光学的に
    結合するように移動調整する工程、(b)前記スリーブ
    ホルダの表面から前記光ファイバスリーブまでを赤外線
    レーザにより溶接する工程、(c)前記スリーブホルダ
    を微調移動した後、前記スリーブホルダと前記レンズホ
    ルダとの接合部を赤外線レーザにより溶接する工程の順
    序で組立てることを特徴とする光半導体素子モジュール
    の組立方法。
  6. 【請求項6】 光ファイバを固定した少なくとも外周が
    金属の光ファイバスリーブと、前記光ファイバスリーブ
    の外径よりも大きい内径を有し、上記光ファイバスリー
    ブとの溶接部の肉厚が0.3〜0.7mmの金属のスリ
    ーブホルダと、光半導体素子を固定したステムと、前記
    光ファイバと前記光半導体素子との間に窓を有し、前記
    ステムに固定された金属のキャップと、前記スリーブホ
    ルダと前記キャップとの間に設けられ、レンズを保持す
    る金属のレンズホルダとを備え、(a)前記スリーブホ
    ルダに前記光ファイバスリーブを挿入した状態で前記ス
    リーブホルダおよび光ファイバスリーブを前記光ファイ
    バと前記光半導体素子が前記レンズを介して光学的に結
    合するように移動調整する工程、(b)前記スリーブホ
    ルダの表面から前記光ファイバスリーブまでを赤外線レ
    ーザにより溶接する工程、(c)前記スリーブホルダを
    微調移動した後、前記スリーブホルダと前記レンズホル
    ダとの接合部を赤外線レーザにより溶接する工程の順序
    で組立てることを特徴とする光半導体素子モジュールの
    組立方法。
  7. 【請求項7】 スリーブホルダおよび光ファイバスリー
    ブはステンレスで構成されていることを特徴とする請求
    項1〜6いずれか記載の光半導体素子モジュールの組立
    方法。
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