JPH08271763A - 半導体レーザと光ファイバの結合構造および光ファイバアレイの製造方法 - Google Patents

半導体レーザと光ファイバの結合構造および光ファイバアレイの製造方法

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JPH08271763A
JPH08271763A JP7327395A JP7327395A JPH08271763A JP H08271763 A JPH08271763 A JP H08271763A JP 7327395 A JP7327395 A JP 7327395A JP 7327395 A JP7327395 A JP 7327395A JP H08271763 A JPH08271763 A JP H08271763A
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JP
Japan
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optical fiber
semiconductor laser
array
fiber
shape
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JP7327395A
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English (en)
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Michitaka Okuda
通孝 奥田
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Kyocera Corp
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Kyocera Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】光源(レーザ)とファイバ間の高効率でアライ
メント容易な接続部構造の実現。 【構成】光ファイバ端面を半円筒面状、又は楔状に加工
し、それを光源との接続に使用する。さらに、ファイバ
端面のコアドーパントを拡散することによりのモードフ
ィールド径を拡大させて光源との接続に使用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザと光ファ
イバの接続に関し、半導体レーザモジュールや半導体レ
ーザアレイモジュール等に利用可能である。
【0002】
【従来技術及びその課題】従来、光源である半導体レー
ザと光ファイバとの接続には、(1)光源とファイバと
の間に収束レンズを配置する構成や、(2)先端をレン
ズ加工した光ファイバ(先球ファイバ)を用いる構成、
等があった。さらに、半導体レーザは、非点隔差を有
し、そのファーフィールドパターンは楕円形となってい
るが、前記(1)(2)に示した結合構成は、円形のフ
ァーフィールドを想定して成されている為、損失が大き
く、十分な結合効率が得られない。そこで、それを補償
する為、図4に示すようにシリンドリカル(円筒)レン
ズ9を光源(半導体レーザ素子4)と収束レンズ3との
間に設置して楕円状ファーフィールドを円形に整形補償
して光ファイバ5に接続する必要があり、部品点数が多
くなり、アライメントが必要で、製作困難であった。
【0003】従って、複数本の光ファイバを一列に保持
したファイバアレイと半導体レーザとの結合では、高効
率な結合を実現させるよう作製することは極めて困難
で、極めて高価なものとなっている。
【0004】上記課題をまとめると以下のようになる。 (1)十分な結合効率を得るのにビーム整形を必要と
し、シリンドリカルレンズ等の部品を別途必要とした。 (2)部品点数が増え、アライメント工程が増大した。 (3)ファイバアレイを光源に高効率に結合する半導体
レーザモージュールについては、作製を容易にする有効
な手段が無かった。
【0005】
【課題を解決する為の手段】本発明は、前記欠点を解決
する為、ファイバの先端にビーム整形機能と結合効率改
善の機能を持たせようとするものである。
【0006】その為に、本発明では、ファイバ端面形状
をV字状あるいはU字状(半円筒面状)の楔形に加工す
ること、さらにファイバ端部にモードフィールド拡大処
理を施すことにより、シリンドリカルレンズを不要にす
る。
【0007】より具体的には、以下の結合構造、ファイ
バアレイの製造方法を構成する。
【0008】半導体レーザビームを光ファイバに高効率
に結合するための半導体レーザと光ファイバの結合構造
において、光ファイバが先端面の断面形状をU字状また
はV字状に成形加工されるとともに先端部のモードフィ
ールド径を拡大されており、先端頂辺を半導体レーザビ
ームの楕円状ファーフィールドパターンに対し、該楕円
の長軸と垂直になるように配置されることを特徴とする
半導体レーザと光ファイバの第1結合構造。
【0009】第1結合構造において、前記半導体レーザ
と光ファイバとの間に有限共役型収束レンズが配置され
ることを特徴とする半導体レーザと光ファイバの結合構
造。半導体レーザアレイの各ビームを光ファイバアレイ
の各ファイバに高効率に結合するための半導体レーザと
光ファイバの結合構造において、前記半導体レーザアレ
イを構成する各半導体レーザが楕円状ファーフィールド
パターンの長軸方向をアレイ方向に垂直になるように配
列され、前記光ファイバアレイを構成する各光ファイバ
が先端面の断面形状をU字状またはV字状にかつその頂
辺をアレイ方向に一致させるように成形加工されるとと
もに先端部のモードフィールド径が拡大され、前記半導
体レーザアレイと光ファイバアレイとが両アレイ方向を
一致させるように配置されることを特徴とする半導体レ
ーザと光ファイバの第2結合構造。
【0010】第2結合構造において、前記半導体レーザ
アレイと光ファイバアレイとの間に有限共役型収束レン
ズアレイが配置されることを特徴とする半導体レーザと
光ファイバの結合構造。
【0011】各半導体レーザが楕円状ファーフィールド
パターンの長軸方向をアレイ方向に垂直になるように配
列された半導体レーザアレイの各ビームを高効率に結合
するための光ファイバアレイの製造方法において、光フ
ァイバアレイの各ファイバ先端部を一括的に加熱して各
コア内のドーパントを拡散させることによりモードフィ
ールド径を拡大させる加熱工程と、光ファイバアレイを
構成する各ファイバ先端部を保持部材に固定する整列工
程と、前記固定された各ファイバ先端面が断面形状をU
字状またはV字状にかつその頂辺を整列方向に一致させ
て一括的に成形加工する成形工程とを有することを特徴
とする光ファイバアレイの製造方法。
【0012】前記加熱工程が、前記整列工程前に処理さ
れることを特徴とする光ファイバアレイの製造方法。
【0013】前記加熱工程が、前記整列工程後に保持部
材を介して各ファイバ先端部が加熱されドーパントの熱
拡散処理がされることを特徴とする光ファイバアレイの
製造方法。
【0014】前記加熱工程が、前記成形工程後に保持部
材を介して各ファイバ先端部が加熱されドーパントの熱
拡散処理がされることを特徴とする光ファイバアレイの
製造方法。
【0015】
【実施例】本発明による先球ファイバの実施例を図に基
づいて説明する。図1(a)は、本発明による半導体レ
ーザモジュールの接続部構造の一実施例を示し、光源
(半導体レーザ素子4)、結合レンズ3(有限共役型収
束レンズ)、光ファイバ1の順に構成したものである。
使用する結合レンズ3は、球レンズ、非球面レンズ等使
用出来る。通常、半導体レーザ4は、出射ビームが接合
面に平行な方向と垂直な方向では異なる広がり角を持っ
た発散ビームが出力される。通常、接合に垂直方向の放
射角の方が平行方向に対し、2〜3倍程度大きい。従っ
て、高結合の為には使用する結合レンズ3の入射側条件
として、NAが垂直方向の放射角程度のものが必要であ
る。その為、出射側の垂直方向を増大させる為、先端を
半円筒面状に加工した先球レンズのNAによりNAをほ
ぼ合わせる。通常光ファイバへの入射角、ここでは水平
方向のNAは、ファイバのクラッドとコアの屈折率で設
定されるが、垂直方向の開口(NA)は、先端を半円筒
面状に加工する円筒の曲率半径により設定される。結合
レンズ3を組み合わせて使用する場合は、当然の事なが
ら入射側がNAの大きな集光を持ち、出射側は、小さな
開口を有するレンズを使用した方がよい。
【0016】ファイバ先端部分の光導波部のコアは、局
部的に1500℃前後で加熱する事により、ファイバコ
ア部2に含まれているGe等の屈折率増加添加物が拡散
され、伝搬光のモードフィールド径が増大する。即ち光
路径が増大し、光源のファイバー光軸に対する水平、垂
直方向の位置精度トレランス特性が緩和される。これは
接続損失に対するトレランス特性としては、モードフィ
ールド径がn倍とすると、ほぼn倍に緩和され、拡大率
としては2〜4倍程度である。図1(a)は、その場合
について示されたものである。モードフィールド径を拡
大した領域は図1(a)にてモードフィールド拡大領域
aとして示す。また、図1(b)断面図、(b)’斜視
図は、製作工程を簡略化する為、光ファイバ1の端面を
V字状に加工したファイバ先端部を示すものである。こ
の場合の開口は楔の頂角θの大きさで設定できる。ま
た、図1(c)断面図は、光ファイバ1の先端を多段に
加工してV字状としたファイバ先端部を示すものであ
る。
【0017】図2は、本発明による光ファイバ1の製法
を示したもので、回転する定盤7の上に研磨板6を載
せ、光ファイバ1をフェルール等のファイバ保持具に入
れ固定し、ファイバ端面を少しずつ左右に振り、回転す
る定盤7の上の研磨板6に圧接しながら砥粒液8を添加
しながら研磨する事により光ファイバ1の先端は 図1
(a)に示すように半円筒面状に加工される。V字状の
場合は、一端面をある角度に固定して研磨後、固定治具
を角度(π−θ)回転させ、研磨する事により得られ
る。
【0018】尚、本発明の実施例において結合レンズ3
を用いて光ファイバ1と接続しているが、それに限らず
先端を加工した光ファイバ1と光源4とを直接結合させ
ても一向に構わない(図示無し)。その場合、結合レン
ズ3が無い分、更に部品点数が少なくなり、アライメン
トが容易になる。
【0019】図3は、本発明による接続部構造をファイ
バアレイによる実装構造として実現した半導体レーザア
レイモジュールの斜視図で、アレイ状にした光ファイバ
1と複数の光源4(半導体レーザアレイ)との接続構造
を示している。この場合、各光ファイバ1は、複数のフ
ァイバを横方向につなげたアレイ芯線を使用でき、本発
明によればアレイ芯線を用いて各ファイバ先端部を一括
的に加工することが可能になる。
【0020】一括加工の一例は、始めにアレイ状の芯線
をV溝基板10等のファイバ固定基板上に押さえ板11
で実装固定し、各ファイバ先端部のモードフィールドを
拡大するため熱処理し、更に図2に示すように先端面を
半円筒面状あるいはV字状に一括的に研磨加工する。た
だし、アレイ芯線は先端のモードフィールドを固定基板
に実装固定する前に拡大処理しておいてもよい。また、
アレイ芯線は、V溝基板10と押さえ板11を保持具に
してファイバ先端をV溝基板10より先に出してファイ
バ先端のみ研磨加工するが、ファイバ先端をV溝基板1
0より先に出さずに保持具先端部を研磨加工することで
ファイバ先端を所定の形状に一括加工してもよい。
【0021】なお、ここで図示しているマイクロレンズ
アレイ12は無くても接続が可能である。マイクロレン
ズアレイ12を使用しない場合は、各ファイバ間におい
て隣合う光源からクロストークをさけるだけの間隔が必
要である。
【0022】
【発明の効果】このように本発明によると以下のような
優れた利点がある。 (1)ファイバ端面がシリンドリカルもしくはそれとほ
ぼ等価な機能を有する光学端面で構成されている為、ビ
ーム整形の為のシリンドリカルレンズ等の光学素子が必
要なく、簡易な構成で高効率な結合系が実現できる。
【0023】(2)更にファイバ端面部のモードフィー
ルド径をドーパント拡散により、増大させる事により、
水平垂直方向の部品間のアライメント精度が緩和され、
部品実装固定時の調整が容易になる。
【0024】(3)光ファイバアレイの各端面をシリン
ドリカルもしくはそれとほぼ等価な機能を有する光学端
面に一括加工でき、アライメントが容易になり、製造時
間が短縮するなど、極めて低コストに高結合効率の光フ
ァイバアレイ用半導体レーザモジュールを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例で、(a)は先端を半円筒面
状(U字状)に加工した光ファイバと光源との接続構成
図で、(a)’はその光ファイバ斜視図、また(b)は
先端を楔状(V字状)に加工した光ファイバ断面図、
(b)’は(b)の光ファイバ斜視図、(c)は楔状
(V字状)を多段階に加工した光ファイバ断面図。
【図2】本発明による光ファイバの端面加工方法を示す
実施例図。
【図3】本発明の接続実装構造をファイバーアレイに適
用した場合の半導体レーザアレイモジュールの一実施例
を示す斜視図。
【図4】従来の光源とファイバとの接続構成図。
【符号の説明】
1:光ファイバ 2:コア 3:収束レンズ 4:半導体レーザ 5:光ファイバ(端面平坦状) 6:研磨板 7:回転定盤 8:砥粒液 9:円筒レンズ 10:V溝基板 11:押さえ板 12:マイクロレンズアレイ 13:固定剤(接着剤、低融点ガラス等) a:モードフィールド拡大領域

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体レーザビームを光ファイバに高効率
    に結合するための半導体レーザと光ファイバの結合構造
    において、光ファイバが先端面の断面形状をU字状また
    はV字状に成形加工されたことを特徴とする半導体レー
    ザと光ファイバの結合構造。
  2. 【請求項2】前記成形加工された先端部のモードフィー
    ルド径が拡大されていることを特徴とする請求項1記載
    の半導体レーザと光ファイバの結合構造。
  3. 【請求項3】半導体レーザビームを光ファイバに高効率
    に結合するための半導体レーザと光ファイバの結合構造
    において、光ファイバが先端面の断面形状をU字状また
    はV字状に成形加工されるとともに先端部のモードフィ
    ールド径を拡大されており、先端頂辺を半導体レーザビ
    ームの楕円状ファーフィールドパターンに対し、該楕円
    の長軸と垂直になるように配置されることを特徴とする
    半導体レーザと光ファイバの結合構造。
  4. 【請求項4】半導体レーザアレイの各ビームを光ファイ
    バアレイの各ファイバに高効率に結合するための半導体
    レーザと光ファイバの結合構造において、前記半導体レ
    ーザアレイを構成する各半導体レーザが楕円状ファーフ
    ィールドパターンの長軸方向をアレイ方向に垂直になる
    ように配列され、前記光ファイバアレイを構成する各光
    ファイバが先端面の断面形状をU字状またはV字状にか
    つその頂辺をアレイ方向に一致させるように成形加工さ
    れるとともに先端部のモードフィールド径が拡大され、
    前記半導体レーザアレイと光ファイバアレイとが両アレ
    イ方向を一致させるように配置されることを特徴とする
    半導体レーザと光ファイバの結合構造。
  5. 【請求項5】各半導体レーザが楕円状ファーフィールド
    パターンの長軸方向をアレイ方向に垂直になるように配
    列された半導体レーザアレイの各ビームを高効率に結合
    するための光ファイバアレイの製造方法において、光フ
    ァイバアレイの各ファイバ先端部を一括的に加熱して各
    コア内のドーパントを拡散させることによりモードフィ
    ールド径を拡大させる加熱工程と、光ファイバアレイを
    構成する各ファイバ先端部を保持部材に固定する整列工
    程と、前記固定された各ファイバ先端面が断面形状をU
    字状またはV字状にかつその頂辺を整列方向に一致させ
    て一括的に成形加工する成形工程とを有することを特徴
    とする光ファイバアレイの製造方法。
JP7327395A 1995-03-30 1995-03-30 半導体レーザと光ファイバの結合構造および光ファイバアレイの製造方法 Pending JPH08271763A (ja)

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