JPH0827422B2 - 光結合装置 - Google Patents
光結合装置Info
- Publication number
- JPH0827422B2 JPH0827422B2 JP18543183A JP18543183A JPH0827422B2 JP H0827422 B2 JPH0827422 B2 JP H0827422B2 JP 18543183 A JP18543183 A JP 18543183A JP 18543183 A JP18543183 A JP 18543183A JP H0827422 B2 JPH0827422 B2 JP H0827422B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- coupling
- holder
- coupling device
- light emitting
- coupling element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Led Device Packages (AREA)
- Mounting And Adjusting Of Optical Elements (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 この発明は光結合装置に関し、とくに光情報伝送用の
光電変換素子と光ファイバーとの結合装置に関するもの
である。
光電変換素子と光ファイバーとの結合装置に関するもの
である。
AlGaAsやInGaAsPを母材とした半導体レーザや発光ダ
イオードの開発と相まって、低損失光ファイバーの開発
は、光ファイバー伝送システムの実用化を著しく加速し
た。
イオードの開発と相まって、低損失光ファイバーの開発
は、光ファイバー伝送システムの実用化を著しく加速し
た。
光ファイバー通信システムにおいて半導体レーザや発
光ダイオードから放射した高品質の光ビームを効率よ
く、光ファイバーに結合させる方法を開発することは重
要な課題である。このために、光ファイバーの先端を丸
めてレンズ作用をもたせた方式や、発光素子と光ファイ
バーの間に球レンズや円柱レンズ等の結合素子を配置す
る等の方法が提案されている。これらの結合素子は発光
素子から数μｍから数10μｍ程度の距離まで近接させる
必要があり、各種の保持・固定方法が採用されている。
これらの結合素子を用いて、理論値通りの高い光の結合
効率を得るためには、その位置を極めて高い精度で行わ
なければならない。例えば単一モードで発振している半
導体レーザ光を、単一モード光ファイバーに結合させる
場合、結合効率の低下を1dBにおさえるためにはビーム
出射方向で±20μｍ程度以内、出射方向と垂直な面内で
は、±２μｍ程度以内に結合素子を調整・固定しなけれ
ばならない。
光ダイオードから放射した高品質の光ビームを効率よ
く、光ファイバーに結合させる方法を開発することは重
要な課題である。このために、光ファイバーの先端を丸
めてレンズ作用をもたせた方式や、発光素子と光ファイ
バーの間に球レンズや円柱レンズ等の結合素子を配置す
る等の方法が提案されている。これらの結合素子は発光
素子から数μｍから数10μｍ程度の距離まで近接させる
必要があり、各種の保持・固定方法が採用されている。
これらの結合素子を用いて、理論値通りの高い光の結合
効率を得るためには、その位置を極めて高い精度で行わ
なければならない。例えば単一モードで発振している半
導体レーザ光を、単一モード光ファイバーに結合させる
場合、結合効率の低下を1dBにおさえるためにはビーム
出射方向で±20μｍ程度以内、出射方向と垂直な面内で
は、±２μｍ程度以内に結合素子を調整・固定しなけれ
ばならない。
結合素子を調整・固定する作業は通常、固定され発光
素子に通電して発光させ、この発光ビームを赤外テレビ
・カメラで監視するか、又は光ファイバ出力を測定しな
がら着脱可能な調整治具にとりつけた結合素子をx,y,z
三軸方向に調整して、最適位置を決める。このとき、発
光素子と結合素子を半田付や、溶接で固定可能な金属部
材にとりつけておくことにより、最適調整位置のまま固
定できるはずである。しかるに、実際実験を行なってみ
ると、半田付や溶接で固定する際、接着時の温度変化の
あめ、最適調整位置から数μｍ程度の位置ズレが生ず
る。
素子に通電して発光させ、この発光ビームを赤外テレビ
・カメラで監視するか、又は光ファイバ出力を測定しな
がら着脱可能な調整治具にとりつけた結合素子をx,y,z
三軸方向に調整して、最適位置を決める。このとき、発
光素子と結合素子を半田付や、溶接で固定可能な金属部
材にとりつけておくことにより、最適調整位置のまま固
定できるはずである。しかるに、実際実験を行なってみ
ると、半田付や溶接で固定する際、接着時の温度変化の
あめ、最適調整位置から数μｍ程度の位置ズレが生ず
る。
この発明の目的は、以上の欠点を解決するためになさ
れたものであり発光素子と光ファイバーとの結合装置に
おいて、発光素子と結合素子を最適調整位置からのズレ
を１μｍ以下にして固定でき、高い結合効率を再現性良
く実現する結合装置を提供することにある。
れたものであり発光素子と光ファイバーとの結合装置に
おいて、発光素子と結合素子を最適調整位置からのズレ
を１μｍ以下にして固定でき、高い結合効率を再現性良
く実現する結合装置を提供することにある。
この発明によれば、光電変換素子を保持する基台と、
光電変換素子に光学的に結合する結合素子を保持するホ
ルダーと、光電変換素子及び結合素子を外気から密封す
る窓ガラス付気密容器から成る光結合装置において、前
記結合素子を保持するホルダー材料が可塑性金属から成
っていることを特徴とする光結合装置が得られる。
光電変換素子に光学的に結合する結合素子を保持するホ
ルダーと、光電変換素子及び結合素子を外気から密封す
る窓ガラス付気密容器から成る光結合装置において、前
記結合素子を保持するホルダー材料が可塑性金属から成
っていることを特徴とする光結合装置が得られる。
この発明は、発光素子の材料によらず、かつ半導体レ
ーザや発光ダイオードによらず適用できるが、もっとも
大きな効果を与えると考えられる単一モードで発振する
半導体レーザと単一モード光ファイバーの結合の場合を
中心に図面を参照して詳細に説明する。
ーザや発光ダイオードによらず適用できるが、もっとも
大きな効果を与えると考えられる単一モードで発振する
半導体レーザと単一モード光ファイバーの結合の場合を
中心に図面を参照して詳細に説明する。
第１図は、従来提案されている、結合装置を示す概念
的断面図で、半導体レーザ１はダイヤモンド等からなる
ヒートシンク２を介して、ステム３に融着固定されてい
る。結合素子４（この例では球レンズで図示してある）
は、ホルダー５にハーメチックに固定されている。ステ
ム３にハーメチックに固定されたガイドリング６とホル
ダー５はゆるい嵌合状態になっている。ステム３とホル
ダー５は、それぞれ微動台で保持され（図示せず）、半
導体レーザ１の発光パターンを結合素子４を通して赤外
テレビカメラ等で監視し、所定の光ファイバー（図示せ
ず）への結合効率が最大になるようにステム３とホルダ
ー５の位置関係を調整し、そのままの状態で半田材７を
加熱溶融させることにより、最適状態で固定できるよう
になっている。
的断面図で、半導体レーザ１はダイヤモンド等からなる
ヒートシンク２を介して、ステム３に融着固定されてい
る。結合素子４（この例では球レンズで図示してある）
は、ホルダー５にハーメチックに固定されている。ステ
ム３にハーメチックに固定されたガイドリング６とホル
ダー５はゆるい嵌合状態になっている。ステム３とホル
ダー５は、それぞれ微動台で保持され（図示せず）、半
導体レーザ１の発光パターンを結合素子４を通して赤外
テレビカメラ等で監視し、所定の光ファイバー（図示せ
ず）への結合効率が最大になるようにステム３とホルダ
ー５の位置関係を調整し、そのままの状態で半田材７を
加熱溶融させることにより、最適状態で固定できるよう
になっている。
半導体レーザ１等の光半導体素子は、ヘキ開で形成し
た反射面や、ｐ−ｎ接合の露出した部分が空気中の酸素
で酸化し、動作特性を劣化させ、信頼性を損なうため通
常窒素等の不活性ガス雰囲気中でハーメチックシールす
る必要がある。しかるに従来方法において、球レンズ４
とホルダー５の固定をハーメチックにかつ十分な強度で
行なうことは容易でない。又、球レンズ４と半導体レー
ザ１の位置関係を数μｍから数10μｍの範囲で微調し半
田材７でそれらの位置関係を固定しかつこの時、同時に
ハーメチックシールすることは極めて困難であり、その
歩留は著しく小さいという欠点を有していた。
た反射面や、ｐ−ｎ接合の露出した部分が空気中の酸素
で酸化し、動作特性を劣化させ、信頼性を損なうため通
常窒素等の不活性ガス雰囲気中でハーメチックシールす
る必要がある。しかるに従来方法において、球レンズ４
とホルダー５の固定をハーメチックにかつ十分な強度で
行なうことは容易でない。又、球レンズ４と半導体レー
ザ１の位置関係を数μｍから数10μｍの範囲で微調し半
田材７でそれらの位置関係を固定しかつこの時、同時に
ハーメチックシールすることは極めて困難であり、その
歩留は著しく小さいという欠点を有していた。
第２図はこの発明の一実施例を示す概念的断面図であ
り、第１図と同一部材については、同一の番号を附して
ある。球レンズ４はホルダー５′を介して、ステム３に
熱圧着されており、さらにその外側に、キャップ８があ
り光の出射方向には、反射防止膜の施された窓ガラス９
がとり付けてある。ここでホルダー５′は例えば無酸素
銅等の可塑性金属から成り、かつ３本足又は５本足状の
構造になっている。この構造において、予じめ100μｍ
程度の機械精度で、ホルダー５′をステム３に熱圧着等
で固定しておき、その後、第１図の場合と同様に半導体
レーザ１の発光パターンを結合素子４を通して赤外テレ
ビカメラ等で監視しながら、球レンズ４の位置を最適状
態に調整する。この時、ホルダー５′は無酸素銅等の可
塑性金属からなり、かつ３本足構造になっているため、
足がステム３に固定された後でも球レンズ４の位置は容
易に調整でき、かつ調整した後は加工硬化によって機械
的強度が増えるといった特徴も有している。調整できる
範囲は、光の出射方向で20〜30μｍ、光の出射方向と垂
直な面内方向で100μｍ程度まで調整でき、得られた結
合効率は最適状態と比較して、0.5dB以下の劣化にする
ことができた。
り、第１図と同一部材については、同一の番号を附して
ある。球レンズ４はホルダー５′を介して、ステム３に
熱圧着されており、さらにその外側に、キャップ８があ
り光の出射方向には、反射防止膜の施された窓ガラス９
がとり付けてある。ここでホルダー５′は例えば無酸素
銅等の可塑性金属から成り、かつ３本足又は５本足状の
構造になっている。この構造において、予じめ100μｍ
程度の機械精度で、ホルダー５′をステム３に熱圧着等
で固定しておき、その後、第１図の場合と同様に半導体
レーザ１の発光パターンを結合素子４を通して赤外テレ
ビカメラ等で監視しながら、球レンズ４の位置を最適状
態に調整する。この時、ホルダー５′は無酸素銅等の可
塑性金属からなり、かつ３本足構造になっているため、
足がステム３に固定された後でも球レンズ４の位置は容
易に調整でき、かつ調整した後は加工硬化によって機械
的強度が増えるといった特徴も有している。調整できる
範囲は、光の出射方向で20〜30μｍ、光の出射方向と垂
直な面内方向で100μｍ程度まで調整でき、得られた結
合効率は最適状態と比較して、0.5dB以下の劣化にする
ことができた。
ホルダー５′は、密封ができない構造になっているた
め、その外側に、密封用のキャップ８を熱圧着等で、ハ
ーメチックにステム３に封着する。光の出射方向には、
反射防止膜が施された窓ガラス９が、密封型でとり付け
てあり、窓ガラス９を通して出射した光ビームを、光フ
ァイバー等の任意の光学素子（図示せず）に結合できる
ようになっている。
め、その外側に、密封用のキャップ８を熱圧着等で、ハ
ーメチックにステム３に封着する。光の出射方向には、
反射防止膜が施された窓ガラス９が、密封型でとり付け
てあり、窓ガラス９を通して出射した光ビームを、光フ
ァイバー等の任意の光学素子（図示せず）に結合できる
ようになっている。
この構造による結合装置は、機械強度試験においても
良好な結果を示し、例えば100Gの加速試験や1mの落下試
験及び０〜100℃の温度サイクル試験においても、光ビ
ームの軸ズレは観測されず、結合効率の劣化も生じなか
った。又、０〜50℃の温度範囲で光ビームのズレは極め
て小さく実用装置での問題は発生しなかった。
良好な結果を示し、例えば100Gの加速試験や1mの落下試
験及び０〜100℃の温度サイクル試験においても、光ビ
ームの軸ズレは観測されず、結合効率の劣化も生じなか
った。又、０〜50℃の温度範囲で光ビームのズレは極め
て小さく実用装置での問題は発生しなかった。
このように、結合素子を機械的にとり付けた後で、材
料の可塑性を利用して微調整を行ない、これとは別に設
けたキャップによって、密封する構造にしたことで、高
精度調整の工数を著しく短縮できかつ、製造歩留は、結
合素子の無い単品とほぼ同じ値まで高くすることができ
た。
料の可塑性を利用して微調整を行ない、これとは別に設
けたキャップによって、密封する構造にしたことで、高
精度調整の工数を著しく短縮できかつ、製造歩留は、結
合素子の無い単品とほぼ同じ値まで高くすることができ
た。
以上発光素子と結合素子を半導体レーザ球レンズとし
た場合について詳細に説明してきたが、この発明は他の
発光素子、例えば端面発光型及び表面発光型発光ダイオ
ードにも適用できるとともに、球レンズの変わりに円柱
レンズ等の他の結合素子にも適用できることはいうまで
もない。
た場合について詳細に説明してきたが、この発明は他の
発光素子、例えば端面発光型及び表面発光型発光ダイオ
ードにも適用できるとともに、球レンズの変わりに円柱
レンズ等の他の結合素子にも適用できることはいうまで
もない。
また本発明の装置によれば、発光素子の代わりに受光
素子を配置することも考えられる。したがって光電変換
素子と光ファイバーとの光結合装置として本発明は有益
である。
素子を配置することも考えられる。したがって光電変換
素子と光ファイバーとの光結合装置として本発明は有益
である。
【図面の簡単な説明】 第１図は、従来提案されている結合装置を示す概念的断
面図、第２図は、この発明の一実施例を示す概念的断面
図である。 １……半導体レーザ、２……ヒートシンク、３……ステ
ム、４……結合素子、5,5′……ホルダー、６……ガイ
ドリング、７……半田材、８……キャップ、９……窓ガ
ラス。
面図、第２図は、この発明の一実施例を示す概念的断面
図である。 １……半導体レーザ、２……ヒートシンク、３……ステ
ム、４……結合素子、5,5′……ホルダー、６……ガイ
ドリング、７……半田材、８……キャップ、９……窓ガ
ラス。
Claims (1)
- 【請求項１】光電変換素子を保持する基台と、前記光電
変換素子に光学的に結合する結合素子を保持するホルダ
ーと、前記光電変換素子及び結合素子を外気から密封す
る窓ガラス付気密容器から成る光結合装置において、前
記結合素子を保持するホルダーが前記基台に足を固定す
るように構成された３本足構造又はそれ以上の複数本足
構造であり、かつその材料が可塑性金属から成っている
ことを特徴とする光結合装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18543183A JPH0827422B2 (ja) | 1983-10-04 | 1983-10-04 | 光結合装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18543183A JPH0827422B2 (ja) | 1983-10-04 | 1983-10-04 | 光結合装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6076709A JPS6076709A (ja) | 1985-05-01 |
| JPH0827422B2 true JPH0827422B2 (ja) | 1996-03-21 |
Family
ID=16170662
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18543183A Expired - Lifetime JPH0827422B2 (ja) | 1983-10-04 | 1983-10-04 | 光結合装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0827422B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6340387A (ja) * | 1986-08-05 | 1988-02-20 | Sharp Corp | 半導体レ−ザ装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6030727Y2 (ja) * | 1981-12-22 | 1985-09-14 | 日立電線株式会社 | 光結合器 |
| JPS58105514U (ja) * | 1982-01-12 | 1983-07-18 | アンリツ株式会社 | 光通信用部品固定装置 |
-
1983
- 1983-10-04 JP JP18543183A patent/JPH0827422B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6076709A (ja) | 1985-05-01 |
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