JPH08110448A

JPH08110448A - 半導体光結合装置及びその組立方法

Info

Publication number: JPH08110448A
Application number: JP6245918A
Authority: JP
Inventors: Makoto Shimaoka; 誠嶋岡; Kazuyuki Fukuda; 和之福田; Tadaaki Ishikawa; 忠明石川; Tetsuo Kumazawa; 鉄雄熊沢
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-10-12
Filing date: 1994-10-12
Publication date: 1996-04-30

Abstract

(57)【要約】【目的】光ファイバを介して光の結合を行う半導体光結
合装置において、発光素子と光ファイバとの固定を容易
に行える赤外線樹脂固定法を考案した。この方法による
と、組立を容易にしかも簡便に行うことができ、結合の
安定性も図れる。【構成】図１に示すように、発光素子１を覆うようにガ
ラス板付キャップを取り付け、一方、光ファイバ付フェ
ルール６をガラス板に、紫外線照射して接合する。接合
部への紫外線照射を容易にするため、ガラス板付キャッ
プは紫外線透過し易い材料とする。このように組み立て
るとモジュールの低コスト化が図れる。【効果】部品点数の低減、金属から樹脂固定で組み立て
時間の低減、モジュール信頼性の確保が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバを介して光
の結合をさせる半導体光結合装置に係り、特に光ファイ
バ付フェルールを光部品を内在してなる構造体に接合固
定するに好適な半導体光結合装置及びその組立方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体レーザから発振した光を光
ファイバに光結合する装置において、例えば、１９９０
年電子情報通信学会春季全国大会論文集、Ｃ−２６４”
非球面ガラスレンズを用いた単一モードファイバ用ＬＤ
モジュール”に記載のように、ＬＤの搭載された小型パ
ッケージからの光を光ファイバに効率よく光結合できる
ように単一モードファイバは、３軸調整した後フェルー
ルとホルダ間及びホルダとケース間をＹＡＧ溶接固定す
る構造となっていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、図４
に示すように、半導体レーザ２０から出射した光ビーム
を非球面レンズ２１により光ファイバ付フェルールの光
ファイバ先端入射面２３に位置するように調整されてい
る。

【０００４】すなわち、非球面レンズ２１からの光の集
光点は、非球面ガラスレンズ２１を固定するケース２４
の長さで光軸方向を粗調整する。光ファイバ２６はフェ
ルール２２内に固定され、フェルール端面２３から光入
射する。非球面ガラスレンズを使って光結合する場合、
高い光結合効率をえるため高精度の位置合わせを行う必
要があり、３軸の調整を行う。まず、光軸と直角の２方
向をケース２４とホルダ２７との間で行い、次に、光軸
方向をホルダ２７とフェルール２２との間で行う。

【０００５】しかし、ケース２４、ホルダ２７、フェル
ール２２の間をＹＡＧ溶接する場合、溶接時に位置ずれ
を起こし、結合効率を劣化させることがある。上記従来
例ではモジュール組み立て時、±０．８μｍの溶接ずれ
に抑えるよう説明されているがその組立方法については
なんら開示されていない。また、ＹＡＧ溶接する場合、
同種の材料以外の間での溶接は溶接割れを起こすこと、
ケース２４とホルダ２７間、ホルダ２７とフェルール２
２間の２カ所を同時に溶接する方法があるが、溶接装置
と治具が複雑で装置の取り扱いに習熟した技術者が行わ
なければならない問題があった。また、ＹＡＧ溶接は、
金属同士に限定されており、ガラス、セラミック、モー
ルド樹脂、ファイバなどには適用できず、モジュール全
体の寿命はこれらの固定で決まる問題があった。

【０００６】本発明の目的は、光ファイバを介して光の
結合をさせる半導体光結合装置において、光ファイバ付
フェルールを光部品を内在して成る構造体に接合固定す
るに好適な半導体光結合装置及びその組立方法を提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、たとえば、
図１にその断面図を示すように、半導体レーザ１を円形
ステム２の中心軸先端に固定し、ガラス板付キャップ４
或いは紫外線透過ケース４で半導体レーザ１を覆ってス
テム２に固定する。一方、光ファイバをフェルール６に
挿入し、半導体レーザ１からの出射光がファイバ端面で
集光できるように、光ファイバ付フェルール６とキャッ
プ付ステム或いは紫外線透過ケース付ステムとを光軸に
直角の方向に位置調整し、フェルール５とガラス板或い
はケースとを固定することにより達成される。

【０００８】すなわち、本発明は、光ファイバを介して
光の結合をならしめる受光、発光、光増幅、変調、光ス
イッチその他の機能を持つ光部品を内在して成る構造体
であって、前記光部品を含む構造体は外部と光入出力
し、前記光ファイバはフェルールに固定するとともに前
記構造体と光結合するように調整し、構造体と光ファイ
バを保持固定したものである。

【０００９】また本発明は、光ファイバを介して光の結
合をならしめる受光、発光、光増幅、変調、光スイッチ
その他の機能を持つ光部品を内在して成る構造体であっ
て、前記光部品を含む構造体は外部と光入出力し、前記
光ファイバはフェルールに固定するとともに前記構造体
と光結合するように調整し、接着剤を利用して構造体と
光ファイバを保持固定したものである。

【００１０】また本発明は、光ファイバを介して光の結
合をならしめる受光、発光、光増幅、変調、光スイッチ
その他の機能を持つ光部品を内在して成る構造体であっ
て、前記光部品を含む構造体は外部と光入出力し、前記
光ファイバはフェルールに固定するとともに前記構造体
と光結合するように調整し、接着剤を利用してガラス板
とフェルールを保持固定したものである。

【００１１】ここで上記各本発明の半導体光結合装置に
おいては、フェルールの材質がＳＵＳ３０４，ＳＵＳ４
３０，ジルコニア、アルミナ、モールドレジン、銅、黄
銅、（７０Ｃｕ−３０Ｚｎ，６０Ｃｕ−４０Ｚｎ）、鉄
（ＳＰＣＣ）或いはガラスとすることが好ましい。

【００１２】また本発明は、光ファイバを介して光の結
合をならしめる受光、発光、光増幅、変調、光スイッチ
その他の機能をもつ光部品を内在してなる構造体におい
て、前記光部品を含む構造体はガラス板を介して外部と
光入出力し、前記光ファイバはガラスフェルールに固定
するとともに上記構造体と光結合するように調整し、ガ
ラス板とフェルールとを紫外線硬化接着剤を利用して保
持固定したものである。

【００１３】また本発明は、光ファイバを介して光の結
合をならしめる受光、発光、光増幅、変調、光スイッチ
その他の機能をもつ光部品を内在してなる構造体におい
て、前記光部品を含む構造体はガラス或いは紫外線透過
ケースを介して外部と光入出力し、前記光ファイバはガ
ラスフェルールに固定するとともに上記構造体と光結合
するように調整し、ガラス或いは紫外線透過ケースとフ
ェルールとを紫外線硬化接着剤を利用して保持固定した
ものである。ここで紫外線透過ケースの材質は、アクリ
ル樹脂、塩化ビニル、酢酸セルロース、サファイアガラ
ス、ガラス（ＴＡＦ−３，ＳＦ−８）、或いはソーダ石
灰ガラスにすることが好ましい。

【００１４】また本発明は、ステム上に実装された受
光、発光、光増幅、変調、光スイッチ素子と前記素子前
方或いは後方の光ファイバに集光させてなる半導体光結
合装置において、ステム上にキャップを固定し、前記素
子に通電して出射した光がフェルール付ファイバ端面に
集光するように光軸調整後、フェルールとキャップとを
接着剤を使って固定することを特徴とするものである。

【００１５】

【作用】図１に示すように、ステム２の中心軸上に発光
素子を接合後ガラス板付キャップ４をステム上に固定す
る。一方、光ファイバ付フェルール６をガラス板上に保
持し、発光素子を動作させながら、フェルールと光軸合
わせを行う。光結合が最大の所でガラス板付キャップと
フェルール端面を接合固定する。両者を固定する方法と
しては、ガラス板付キャップの紫外線透過特性を利用し
て紫外線硬化接着剤での固定と加熱硬化を使ったエポキ
シ接着固定がある。このようにして接合組立した半導体
光結合装置では、接合部の固定及びその強度は良好とな
り、長期の使用に対しても発光素子とファイバとの位置
ずれはなく，安定した光結合が得られる。

【００１６】また、ガラスとフェルールとの適切な材料
選定により、線膨張係数差を少なくし位置ずれを押さえ
ることができる。また、紫外線照射による固定では、数
十秒で一定の樹脂強度がえられ、しかも紫外線照射で温
度上昇はほとんどないため熱応力は発生せず、モジュー
ルの光結合安定性が高くなる。

【００１７】

【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は中心部が円筒形状である。発光素子１は円形
ステム４上で中心軸方向に発振するように搭載されてい
る。上記素子１が発振する光は、通常２０〜３０°程度
の放射角があり、この光をフェルール６内に固定した光
ファイバ７に集光する。ファイバとしては、単一モード
ファイバ（コア径１０μｍ、外径１２５μｍ）、偏波面
保存ファイバ（コア径５μｍ）、マルチモードファイバ
（コア径５０μｍ）が適している。

【００１８】ガラス板付キャップはキャップ上面がガラ
ス板５で側面は金属或いは紫外線透過材が適している。
金属材としては、Ｆｅ−２９Ｎｉ−１７Ｃｏ，鉄（ＳＰ
ＣＣ）が適しており、紫外線透過材としては、アクリル
樹脂、塩化ビニル、酢酸セルロース、サファイアガラ
ス、ガラス（ＴＡＦ−３，ＳＦ−８）、ソーダ石灰ガラ
スがよい。ガラス板付キャップとステムとの固定は金属
の場合、エポキシ樹脂、紫外線透過材の場合、紫外線硬
化接着剤が良い。

【００１９】発光素子１と光ファイバ７との光結合効率
を考慮すると、非球面レンズなどレンズを使った光学系
が望ましいが、一方、モジュールの製造コスト低減を図
るには、部品点数を少なくする方法がある。ガラス板付
キャップ４を透過した光は、ファイバ付フェルール６端
面に集光する。光軸調整は、軸と直角方向の二方向での
位置ずれが１ｄＢに対し１μｍの精度が必要で軸合わせ
を行う。光軸方向については、直角方向より裕度があ
り、フェルール６端面とガラス板を直接密着させる。軸
調整後に接着固定を行う。フェルール６の材質として
は、ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ４３０、ジルコニア、アルミ
ナ、モールドレジン、銅、黄銅（７０Ｃｕ−３０Ｚｎ，
６０Ｃｕ−４０Ｚｎ）、鉄（ＳＰＣＣ）などが適してい
る。

【００２０】ガラス板付キャップ４とフェルール６との
接着に当たっては、できるだけ接着層に熱応力を発生さ
せないことが重要である。熱応力を発生させる原因は、
（１）温度変化、すなわち接着時の硬化温度上昇と時
間、（２）接着両面の線膨張係数の違い、がある。

【００２１】（１）に関しては、紫外線硬化では、紫外
線によって接着剤の硬化反応が進むため、温度の上昇は
必要なく、従って、ガラス板付キャップ４とフェルール
６との接着で熱応力も発生する事はない。（２）につい
ては、材料の組み合わせを考慮した選定が必要である。
例えば、ガラス材としてＴＡＦ−３，ＳＦ−８材を使用
の時は、フェルールとしてジルコニア、アルミナなどが
適しており、ガラス材としてＣＦ，ＢＫ−７の場合、フ
ェルール６としてＳＵＳ３０４，ＳＵＳ４３０，鉄（Ｓ
ＰＣＣ）などが適している。このような組み合わせによ
ると、例えモジュールが外部で温度変化の大きい状況が
あってもわずかな熱応力の発生で押さえられ、光結合の
安定性は保持される。

【００２２】更には、接着面の接合強度を確保するため
に、フェルールの端面は段差６ａを設けている。段差を
設けることで接合界面でのはく離を起こしにくい構造と
している。更には、図２に他の実施例として、ガラス板
付キャップの形状を全体がガラス一体とし、一方、フェ
ルール端面をガラスを覆う形状６ｂとしている。接合界
面は端面と側面で可能となり、紫外線照射の効率化と接
合界面強度を向上させている。

【００２３】フェルール６とガラス板付キャップ４との
接合を紫外線硬化を使って接着する場合、フェルール或
いはガラス板付キャップの材質が紫外線透過材であるこ
とが好ましい。フェルールとしては、ファイバ外径の１
２５μｍを精度よく加工するために上記材質が適してお
り、従って、ガラス板付キャップの紫外線透過形が適し
ている。

【００２４】図３は、一実施例の変形例を示す。まず、
紫外線透過可能なパイプ４を使用し、ファイバを中心軸
に位置決めする。パイプ４の中間部付近には予めガラス
板が取り付けられており、この板に密着してファイバ７
が位置だしされる。この状態で、パイプとファイバ７と
の間に樹脂注入９され、ファイバ付パイプが形成され
る。樹脂注入はエポキシ樹脂の他に紫外線を使った紫外
線硬化も適している。ファイバ付パイプと発光素子１付
ステムとの光軸合わせを行った後、端面１０で接合固定
する。

【００２５】本実施例によれば、予め発光素子をガラス
板付キャップ付けした構造とし、これに、ファイバ付フ
ェルールを光軸合わせした後、フェルールとガラス板付
キャップとを紫外線を使って接合硬化する。このように
構成すると、モジュール組立が、容易でしかも短時間で
行うことができる。

【００２６】フェルールとガラス板付キャップとの接合
面は、接着ではく離が起きないように或いは熱応力が生
じないように、材料の組み合わせ、接合法選定する。ま
た、接合部の紫外線照射を容易にするため、ガラス板付
キャップ材を選定し、フェルールとの接合性を確保し、
長期間の光結合安定性を得ることができる。◆本実施例
では、発光素子の光部品で説明したが、この他に受光、
光増幅、変調、光スイッチを使った光部品でも同様の効
果がある。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、ファイバ付フェルール
と光部品をカバーしたガラス板との固定を紫外線照射接
合とすることにより、半導体光結合装置の組立を容易で
短時間に済ませる効果がある。また、フェルール端面形
状に段差などを設けることにより、光ファイバ付フェル
ールと光部品との固定を容易に、また、信頼性よく固定
できる効果がある。勿論樹脂固定としたこと、レンズ無
し結合としたことにより低価格で組立られる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の正面断面図である。

【図２】一実施例の変形例を示す正面断面図である。

【図３】一実施例の変形例を示す正面断面図である。

【図４】従来技術を示す正面断面図である。

【符号の説明】

１…発光素子、２…ステム、３…電極リード、４…キャ
ップ、５…ガラス板、６…フェルール、７…ファイバ、
８…カバー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者熊沢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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ファイバを介して光の結合をならしめる
受光、発光、光増幅、変調、光スイッチその他の機能を
もつ光部品を内在してなる構造体であって、該構造体は
ガラス板を介して外部と光入出力し、該光ファイバはフ
ェルールに固定するとともに上記構造体と光結合するよ
うに調整し、構造体と光ファイバを保持固定することを
特徴とする半導体光結合装置。
【請求項２】光ファイバを介して光の結合をならしめる
受光、発光、光増幅、変調、光スイッチその他の機能を
もつ光部品を内在してなる構造体であって、該構造体は
ガラス板を介して外部と光入出力し、該光ファイバはフ
ェルールに固定するとともに上記構造体と光結合するよ
うに調整し、接着剤を利用して上記構造体に保持固定す
ることを特徴とする半導体光結合装置。
【請求項３】光ファイバを介して光の結合をならしめる
受光、発光、光増幅、変調、光スイッチその他の機能を
もつ光部品を内在してなる構造体であって、該構造体は
ガラス板を介して外部と光入出力し、該光ファイバはフ
ェルールに固定するとともに上記構造体と光結合するよ
うに調整し、接着剤を利用してガラス板とフェルールと
を保持固定することを特徴とする半導体光結合装置。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれかにおいて、フェ
ルールの材質がＳＵＳ３０４，ＳＵＳ４３０、ジルコニ
ア、アルミナ、モールドレジン（エポキシ樹脂とガラス
粒子との混合物）、銅，黄銅（７０Ｃｕ−３０Ｚｎ，６
０Ｃｕ−４０Ｚｎ）、鉄（ＳＰＣＣ）、ガラスの群から
選ばれるものであることを特徴とする半導体光結合装
置。
【請求項５】光ファイバを介して光の結合をならしめる
受光、発光、光増幅、変調、光スイッチその他の機能を
もつ光部品を内在してなる構造体であって、該構造体は
ガラス板を介して外部と光入出力し、該光ファイバはガ
ラスフェルールに固定するとともに上記構造体と光結合
するように調整し、ガラス板とフェルールとを紫外線硬
化接着剤を利用して保持固定することを特徴とする半導
体光結合装置。
【請求項６】光ファイバを介して光の結合をならしめる
受光、発光、光増幅、変調、光スイッチその他の機能を
もつ光部品を内在してなる構造体であって、該構造体は
ガラスあるいは紫外線透過ケースを介して外部と光入出
力し、該光ファイバはガラスフェルールに固定するとと
もに上記構造体と光結合するように調整し、ガラスある
いは紫外線透過ケースとフェルールとを紫外線硬化接着
剤を利用して保持固定することを特徴とする半導体光結
合装置。
【請求項７】請求項６において、紫外線透過ケースの材
質が、アクリル樹脂、塩化ビニル、酢酸セルロース、サ
ファイアガラス，ガラス（ＴＡＦ−３，ＳＦ−８）、ソ
ーダ石灰ガラスの群から選ばれるものであることを特徴
とする半導体光結合装置。
【請求項８】ステム上に実装された受光、発光、光増
幅、変調、光スイッチ素子と該素子前方あるいは後方の
光ファイバに集光させてなる半導体光結合装置の組立方
法において、ステム上にキャップを固定し，前記素子に
通電して出射した光がフェルール付ファイバ端面に集光
するように光軸調整後、フェルールとキャップとを紫外
線照射しながら紫外線硬化接着剤を使って固定或いは加
熱しながらエポキシ樹脂を使って固定することを特徴と
する半導体光結合装置の組立方法。