JPH1096839A - 半導体レーザモジュールの製造方法 - Google Patents

半導体レーザモジュールの製造方法

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JPH1096839A
JPH1096839A JP8271583A JP27158396A JPH1096839A JP H1096839 A JPH1096839 A JP H1096839A JP 8271583 A JP8271583 A JP 8271583A JP 27158396 A JP27158396 A JP 27158396A JP H1096839 A JPH1096839 A JP H1096839A
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optical fiber
laser
lens
package
center
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JP8271583A
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Kazunobu Yoshida
和宣 吉田
Hiromi Nakanishi
裕美 中西
Naoyuki Yamabayashi
直之 山林
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • Y10S359/90—Methods

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の半導体レーザモジュールは、光ファイ
バ軸、レンズ中心軸、レーザ中心が同一直線上に並ぶよ
うに、ＸＹ面でのレンズの光学的調芯、光ファイバの回
転調芯、光ファイバのＺ方向の調芯というように３種類
の調芯作業が必要であった。特に回転調芯は時間がかか
る。光ファイバの端面は斜めに研磨してある。だから同
一軸線に３つの光学部品を並べるという配置は結合効率
が悪い。結合効率がより高く、回転調芯をほぼ不要にし
調芯時間を短縮できるレーザモジュールの製造方法を与
える。 【解決手段】 光ファイバの斜め傾斜角θに対して最適
の入射方向角αを計算し、レンズ・レーザ間の距離をａ
としてズレ量ｘ0 ＝ａｔａｎαを求め、パッケージ中心
Ｓから一定方向にｘ0 ずれた地点を目標としてレーザチ
ップを固定し、レンズはパッケージ中心とレンズ中心が
合致するようにパッケージに取り付け、光ファイバは傾
斜端面の最下点がレーザのずれの方向に一致する方向に
保持し、軸線と直交するＸＹ面内で動かし最大の結合効
率を得る点を探しその点で光ファイバを固定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ通信を
目的として用いられる半導体レーザモジュールの製造方
法に関するものである。特に結合効率を上げることがで
き調芯時間を大幅に短縮できる製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザモジュールの基本的な構成
を図１に示す。半導体発光素子チップ１と、モニタ用の
受光素子３が、パッケージ２に固定される。パッケージ
２には中心近くに垂直に隆起したポール６があってその
側面に発光素子チップ１がサブマウント８を介して固定
される。球レンズ４を窓に付けたキャップ７によってパ
ッケージ２の上面が覆われる。モニタ用の受光素子３は
レーザチップ１の背面から出た光を検知するためにパッ
ケージ２の中央部に、サブマウント９を介して固定され
る。光ファイバ５の端面１０は斜めに研磨してある。反
射光がレーザ１に戻らないように斜めにカットしてあ
る。戻り光によってレーザの状態が不安定になり雑音が
生じたりするのを防ぐためである。
【０００３】レーザ１から外方（前方）へ向かう光は、
球レンズ４によって絞られ、光ファイバ５の端面１０の
コアに入射する。レーザ１から内方（後方）に向かう光
は、モニタ用の受光素子３に入射しその光量を常時監視
できるようになっている。光ファイバのコア軸線、レン
ズの中心、レーザ１の発光部、受光素子チップの中心は
同一直線上にある。つまり同一の光軸上にある。
【０００４】図２に実際の発光素子モジュールの例を示
す。パッケージ２の内部は図１に示したものと同じであ
る。ここでは光ファイバを固定する部分が付加されてモ
ジュールとなっている。パッケージ２の上に円筒形のス
リーブ１４が固定される。円筒形のフェルール１５が光
ファイバ５の端部を保持している。フェルール１５は円
筒形のフェルールホルダー１６に挿通する。スリーブ１
４の端面に、フェルールホルダー１６の先端面を固定す
る。フェルール１５の先端２４も斜めにカットしてあ
る。光軸方向をＺ軸として、それに直角な方向をＸＹ面
とする。
【０００５】図２は光ファイバの先端を固定するタイプ
のものであったが光ファイバを着脱自在にするモジュー
ルもあり得る。図３はレセプタクル型のモジュールであ
る。ダミーファイバ１７をダミーファイバ用のフェルー
ル１８が保持し、フェルール１８は円筒形のホルダー１
９によって支持される。ホルダー１９はさらに円筒形の
ハウジング２０によって保持される。レーザ１、レンズ
４、ダミーファイバ１７は同一軸線上に並ぶ様に調芯さ
れる。
【０００６】調芯にはつぎの４つがある。 （調芯１）一つはパッケージ２にレンズ付きキャップ７
を最適位置に固定するための調芯である。レンズから垂
直方向に出る光量をモニタしながらキャップ７をＸＹ面
内で平行移動する。レンズからの垂直光が最大である点
を探してそこにキャップを固定する。つまり、これはレ
ンズの中心軸線とレーザの発光点を上下で合致させるた
めの操作である。レンズの位置決めのために光学的な手
段を使う必要がある。レーザはパッケージの中心Ｓを目
標にして固定するが、実際にはずれがあり、レンズ中心
をレーザの直上にもってくるためにこの調芯が必要であ
る。
【０００７】（調芯２）ふたつ目はホルダー１６とフェ
ルール１５の周面におけるＺ方向の平行移動である。こ
れは当然に行われることであるが本発明の改良点にあま
り関係ない。それで以後の説明において省く場合もあ
る。
【０００８】（調芯３）三つ目はホルダー１６とスリー
ブ１４の突き合わせ面（Ｇ面）におけるＸＹ面の平行移
動である。レンズからの光の結像点に光ファイバの端面
１０をもって行く操作である。
【０００９】（調芯４）四つ目はホルダー１６とフェル
ール１５の周面におけるＺ軸周りの回転である。これは
従来の、レーザ・レンズ・光ファイバを同一軸線上に並
べる場合は殆ど不要である。しかし以後に説明する、レ
ーザ・レンズ・光ファイバの軸線が食い違う配置を採用
するモジュールの場合は、この回転調芯は不可欠であ
る。しかも回転調芯は最も時間のかかる調芯であってし
かも難しい調芯である。これの存在が、モジュールの製
造コストを押し上げる。本発明で問題にするのはこの第
４の調芯である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】以上の構成で、基本的
な動作については問題がない。しかし光通信の用途が広
がってくるにつれて、低価格で、光出力（光ファイバに
結合されるパワーでありＰｆを略記する）が高い半導体
レーザモジュールが要求されるようになってきた。高出
力、低価格という互いに相反する要請を満たすために工
夫がなされなければならない。
【００１１】例えば、短距離の伝送には、Ｐｆ＝０．１
ｍＷ〜０．２ｍＷで良かったが、中距離まで伝送するに
は０．５ｍＷ〜１ｍＷといった高出力が必要になる。出
力Ｐｆを高めるためにレンズ、チップ、光学系などを工
夫するという可能性がある。
【００１２】図２や図３のモジュールのＰｆを高めるに
は、非球面レンズを使うという方法がある。非球面レン
ズは球レンズよりも収差が小さく集光性が高いのでＰｆ
を高めることができる。しかし球レンズよりも高価にな
るので、低価格のモジュールという目的にはそぐわな
い。さらに二つのレンズを使うという２レンズ系のモジ
ュールも提案されている。これも集光性が高揚しＰｆが
増えるが、モジュール価格は増大する。低価格モジュー
ルというもう一つの目的には適しない。半導体レーザチ
ップそのものを高出力化するという方向もあり得るが、
ここではこの方法を取らない。半導体チップは従来のも
のを使う。
【００１３】Ｐｆを下げている一つの要因は、光ファイ
バの先端を斜めに切っているところにある。レーザから
出た光が光ファイバ中心に当たっても、光線と端面は直
角でないから、端面で屈折し、かなりの部分の光はコア
から逃げてしまう。反対に言えば、シングルモードファ
イバのコアから出た光が進行する経路はファイバ軸線と
は違い、ある程度の傾斜角をなす。しかし、ファイバ軸
線の延長上にレーザが存在する。つまりファイバからの
光の経路上にレーザ中心が存在しない。このような幾何
学的な不整合が、Ｐｆを下げているのである。
【００１４】そのような幾何光学的な不整合をなくして
Ｐｆの低下を防ぐということもなされている。 特開平１−２９２８７７号は、光ファイバの斜め切断
面からの光路の上にレンズと半導体レーザを設ける。つ
まり光ファイバ軸線からずれた位置にレンズ、半導体レ
ーザを設けている。こうすると、レーザから出た光が斜
面に当たり幾何光学的な屈折をすると、屈折光は光ファ
イバ軸線に沿ったものになる。だからＰｆが増加する。
しかしこれは光ファイバ、レンズ、半導体レーザの相互
の固定手段についての言及がない。まして調芯について
は全く述べていない。レンズや半導体レーザが光ファイ
バ軸線上にないから調芯は極めて難しいはずであるが、
その点については説明していない。
【００１５】特公平５−５６４８３号は、もっと非対
称なものである。光ファイバの先端を保持したフェルー
ル自体をフェルールホルダーの軸線に対して傾けるので
ある。フェルールホルダーに斜めの穴を穿ってここにフ
ェルールの円筒部を挿入し固定する。フェルール軸線つ
まりファイバの軸線がパッケージに対して傾いているの
である。レーザ光がファイバの端面に当たりここで屈折
してファイバ中を進行するがその進行方向とファイバの
軸線が同一であるからＰｆが大きくなる。しかしこれは
フェルールホルダーの製作が難しいしコストを押し上げ
る。さらに、光ファイバがホルダーに対して傾いている
から使い難いという問題がある。
【００１６】本発明はの提案をさらに考察して問題を
明らかにし解決を与えるものである。の改良が何を問
題にし何を解決しているのかということを図４、図５に
よって説明する。図４は従来の配置とは異なり、光ファ
イバ光軸、レンズ光軸、半導体レーザ光軸が互いに平行
であるが、ＸＹ面方向に食い違うような配置のものを示
している。半導体レーザ、レンズ、光ファイバの順に並
んでいる。ここではレンズの光軸ＳＨＴを規準に描いて
いる。レンズの左側にレンズから距離ａの位置に半導体
レーザがある。半導体レーザＧの発光点をＰとする。半
導体レーザＧの光軸ＰＮはレンズ光軸ＳＨＴからｘだけ
離れている。
【００１７】レンズＬの右側にレンズＬから距離ｂ＝ｍ
ａの位置に光ファイバＪの先端がある。光ファイバの端
面の中心をＱとする。レーザ中心Ｐ、レンズ中心Ｈ、光
ファイバ中心Ｑは一直線上にある。光ファイバ軸線ＱＲ
とレンズ軸線ＳＴの距離はＸ＝ｍｘである。このように
半導体レーザはレンズ軸線からｘ、光ファイバはレンズ
軸線からｍｘだけずれているのである。Ｐから出た光は
レンズＬによって集光され光ファイバの端面Ｑに像を結
ぶ。レーザから出た光の一部はＰＫＱという経路を取り
光ファイバＪに至る。光軸と平行に進行した光はＰＭＱ
というふうにレンズ点Ｑに至る。ＭＱとレンズ軸線ＳＴ
の交点Ｆがレンズから焦点距離ｆだけ離れている。さら
にレンズ中心Ｈを通過する光は直進してＰＨＱとなる。
【００１８】端面の斜め研磨角をθとする。通常の場合
は入射角がθになっていたのであるが、ここではＰｆを
増やすために、端面とαをなす角度で入射させる。図５
に端面近くの光線の方向を示す。端面に立てた法線ｎ
と、光ファイバＪの軸線ＱＲとのなす角がθである。通
常は光ファイバ軸線上から光を入射させるからＵＱに沿
って入る。ところがここではレーザ光は法線からαの角
度をなして入射する。これが屈折して軸線上を進行する
ようにするためには、
【００１９】 ｎ1 ｓｉｎ（α＋θ）＝ｎ2 ｓｉｎθ （１）
【００２０】という関係がある。このとき光ファイバに
入射し伝搬する光は最大になる。すなわち、
【００２１】 α＝ｓｉｎ-1（ｎ2 ｓｉｎθ／ｎ1 ）−θ （２）
【００２２】の時に、Ｐｆが最大になる。このように、
光ファイバ軸、半導体レーザ軸をレンズ軸からずらせて
（２）のようなαで光を入射することがＰｆを増やすこ
とに有効である事は分かっている。しかしながら、図
４、図５に示すような軸ズレを持つ光学系を工業的に安
定させ、低コストで生産するためにはどうすれば良いの
か、前記の、には述べられていない。特に調芯の困
難をどのように解決すべきであるか？ということも説明
されていない。
【００２３】より具体的に言うと、半導体レーザチップ
（ＬＤチップ）の実装位置がばらつくと、光ファイバの
斜め研磨面の方向を光ファイバの光軸を中心として、回
転しながら光軸に垂直な面内（ＸＹ面）で調芯しないと
いけないのである。もちろんこれは時間をかければでき
ることである。しかし回転調芯にはかなりの時間がかか
り、モジュールの製造には多大の時間が必要になる。た
めに製造コストが押し上げられる。このような不利益の
ためか図４、図５のような軸ズレ型の半導体レーザモジ
ュールは実用化されていない。
【００２４】光量Ｐｆを増大させるがしかし調芯は短時
間で済み低いコストで製造できることが望ましい。本発
明はＰｆを大きくし、調芯時間を短縮して製造コストを
下げることができる半導体レーザモジュールを提供する
事を目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザモ
ジュールの調芯方法は、光ファイバの斜め傾斜角θに対
して最適の入射方向角αを計算し、レンズ・レーザ間の
距離をａとしてズレ量ｘ0 ＝ａｔａｎαを求め、パッケ
ージ中心Ｓから一定方向にｘ0 ずれた地点を目標として
レーザチップを固定し、レンズはパッケージ中心とレン
ズ中心が合致するようにパッケージに取り付け、光ファ
イバは傾斜端面の最下点がレーザのずれの方向に一致す
る方向に保持し、軸線と直交するＸＹ面内で動かし最大
の結合効率を得る点を探しその点で光ファイバを固定す
る。
【００２６】つまりパッケージの中心にレーザチップを
取り付けないで、はじめからｘ0 だけ中心よりはずれた
地点にレーザを取り付ける。キャップに取り付けたレン
ズの固定は簡単で、光量測定などしないでパッケージの
中心にレンズ中心が合致するように固定する。光ファイ
バは光量Ｐｆを監視しながらＸＹ面での平行移動を行う
だけで調芯することができる。光ファイバ端面の傾斜に
ふさわしい角度αから光が入射するから結合効率が増大
する。結合効率を増やすために複雑な配置を採用するが
調芯は複雑にならない。ために製造コストを増加させな
い。
【００２７】図４の構成を、光ファイバ側から見たもの
を図６に示す。図６はレンズの中心を原点としレンズ面
にＸＹ面を取った二次元座標に、半導体レーザの位置Ｐ
と光ファイバの位置Ｑを投影したものである。レンズ面
は光ファイバ軸と垂直である。光ファイバ軸線がＺ軸に
平行であるからレンズ面はＸＹ面に平行である。この場
合の光ファイバは、ピッグテイル型のモジュールの光フ
ァイバ、或いはレセプタクル型モジュールのダミーファ
イバを指す。半導体レーザのレンズ面への投影位置Ｐ
（ｘ，ｙ）と光ファイバ中心のレンズ面（ＸＹ面）への
投影位置Ｑ（Ｘ，Ｙ）について様々の場合がある。
【００２８】図４はＬＤチップの発光部の像が光ファイ
バ端面コアに形成されている最適の配置の例を示す。こ
の場合のレンズ面への投影を図６（ａ）に示す。光ファ
イバの斜面に立てた法線ｎはＹ軸に直交する。つまり法
線ｎをＸＹ面に投影するとそれはＸ軸に平行である。し
かもレーザ点Ｐ（ｘ，ｙ）、光ファイバ点Ｑ（Ｘ，Ｙ）
ともにＸ軸上にあって、原点からの距離の比がｍであ
る。ｍは定数であり、これはレンズの焦点距離ｆ、レン
ズと半導体レーザの距離ａが決まると一義的に決まる。
半導体レーザの原点からのズレｘはパラメータである。
であるから図６の配置は一般にＰ（ｘ，０）、Ｑ（−ｍ
ｘ，０）と書く事ができる。回転方向の調芯というのは
こういう位置にレーザ、光ファイバを位置決めすること
である。レーザ投影点を矩形によって、光ファイバ投影
点を矢印によって示す。
【００２９】これは回転方向の調芯において、半導体レ
ーザが光ファイバの端面法線ｎの投影方向にずれてお
り、光ファイバはそのｍ倍だけ反対方向にずれていると
いう事が必要であるということである。回転方向調芯と
いうのは３つの種類の調芯の一つであって、これで調芯
が完結するものではない。実際には図５で示したように
ビーム最適傾斜角αが端面の傾斜角θによって決まる。
αが決まるので、最適調芯位置はさらに限定されてｘ＝
ａｔａｎαとなる。最適位置はつまり図６（ａ）におい
てＰ（ａｔａｎα，０）、Ｑ（−ｍａｔａｎα，０）な
のである。最適の調芯位置はつまり３つの条件を満たす
ものである。
【００３０】条件１：レンズによるＬＤの像が光ファイ
バコア上にできる。ＯＱ＝−ｍＯＰ。 条件２：レーザ、光ファイバの中心が端面法線ｎと軸線
Ｚを含む面ｎＺ面内にある。 条件３：レーザの中心からのズレがｘ＝ａｔａｎαを満
たす。 この全てを満たすものが最適である。
【００３１】ところが実際にはレーザチップの取り付け
位置には様々の要因でばらつきが生じる。レンズとレー
ザチップの関係が固定的であると如何に調芯しても上記
の条件の３つ全てを満たすことはできない。条件１はＸ
Ｙ面内の平行移動によって満足できる。しかし条件２、
３は常には満足できない。
【００３２】図６（ｂ）はレーザチップのばらつきの例
を表す。Ｘ軸方向に正の点Ｂ、負の点Ｄを取る。Ｙ軸方
向に正の点Ｃ、負の点Ａを取る。ここには４つの例、
、、を示す。
【００３３】はＢＤ上で半導体レーザチップが図６
（ａ）の最適位置よりＢ側に少しずれている。Ｐ（ｘ，
０）である（ｘ＞ａｔａｎα）。この場合の光ファイバ
の好適な位置はＤ側にずれたところＱ（−ｍｘ，０）に
ある。この場合は、光ファイバを固定する時にＸＹ面内
で光ファイバ端を調芯することによって好適位置を求め
ることができる。これはレンズによるＬＤの像が光ファ
イバ端面コア上にでき光線と法線を含む面が光ファイバ
軸線を含むが、入射角は最適でない。条件１、２を満た
すが、条件３を満たすことができない。図６（ａ）の場
合よりＰｆは小さくなる。
【００３４】はレーザ位置がＢＤ軸から角度δ1 をな
す直線上にある場合を示す。光ファイバ端に立てた法線
ｎの投影方向がＸ軸としているから、この場合、光ファ
イバ端面から仮想的な光が出ると仮定するとこれはＢＤ
上を通過してレーザ上を通らない。しかしδ1 が小さけ
れば、光ファイバはＸＹ面での平行移動によって矢印位
置に設定することができる。ＬＤのレンズによる像は光
ファイバ端面のコアにできるが、入射角は法線と軸線を
含む面（ＸＺ面）に対して傾いており、図６（ａ）の場
合よりＰｆは小さくなる。つまりＰ（ｘ，ｘｔａｎδ
1 ）、Ｑ（−ｍｘ，−ｍｘｔａｎδ1 ）となる。条件１
のみを満たし条件２、３は満足しない。しかしδ1 が小
さい間は光ファイバの回転がなくても十分なＰｆを得る
事ができる。
【００３５】はレーザチップのズレの方向がＢＤの方
向と大きい角度δ2 をなす場合である。この場合、ＸＹ
面での平行移動によって光ファイバをレンズによるＬＤ
の像の位置に移動させるだけでは不十分である。光ファ
イバをその位置でδ2 だけ回転しなければならない。そ
のようにして初めて条件１、２を満たし、十分なＰｆを
得る。
【００３６】はレーザチップが原点Ｏを越えて反対側
にずれている。Ｘ軸上にあるがｘ＜０である。光ファイ
バをＸＹ面内で平行移動してＯＱ＝−ｍＯＰとなるよう
にしても、端面の入射角が最適角から大きく外れてしま
う。このような場合は光ファイバをその位置で１８０゜
回転させなければならない。１８０゜も捻ってしまうの
は光ファイバのために良くない。それにＸＹ座標を変え
ることなく１８０゜も光ファイバを捻ることのできる調
芯機構は極めて複雑なものになる。
【００３７】実際にはレーザチップの取り付け位置は目
的とする点から或る範囲でばらつく。もしも従来例のよ
うにレンズ中心点Ｏを目的点とすると、図６（ｂ）のよ
うにＯを中心に左右前後にばらついてしまう。するとフ
ァイバ端を最適位置にもって行くためにＸＹ面調芯、Ｚ
軸調芯、Ｚ軸周り調芯の３つを行わなくてはならない。
特にＺ軸周り調芯は光ファイバ中心を軸として回転させ
る機構が難しくとても時間がかかる。
【００３８】調芯に時間がかかればレーザモジュールの
製造コストを押し上げる。より短時間に的確に調芯でき
るような方法が求められる。本発明者はこの難問を解決
する新規な方法を見いだした。図６（ｂ）の様にレンズ
面にレーザを投影した場合、光ファイバ端面の法線が向
いている方向の半円弧ＣＤＡにあると光ファイバを１８
０゜回転するような作業が必要になる。ファイバ端面の
法線の向いている方向と反対側である半円弧ＡＢＣの内
部にレーザが有れば調芯がより容易である。半円弧ＡＢ
Ｃの中でもＢＯ上（Ｘ軸）にあると光ファイバの回転は
不要であって好適である。
【００３９】円弧ＡＢＣ内に有れば良いといってもレー
ザチップがこの範囲に広くばらつくものではない。そう
ではなくて、図７のように目標位置Ｐ（ｘ，ｙ）（ｘ＝
ａｔａｎα，ｙ＝０）の周りに分布するはずである。こ
の点を中心にした円を考える。円ＰはＹ軸ＡＣを横切る
とする。ｘが正の部分を領域甲とし、ｘが負の部分を領
域乙とする。レーザが領域乙にあると光ファイバを±９
０゜以上回転しなければならない。そのような領域乙が
できるのは好ましくない。領域甲であれば光ファイバを
回転しなくて良いか、回転しても±９０゜より小さい回
転でよい。
【００４０】さらに図８に示すように、レーザの実装位
置は原点を中心としてＸ軸からの傾斜角が±εの範囲に
あると一層好都合である。その場合は光ファイバを回転
調芯する必要がない。ＸＹ面内での平行移動のみの調芯
で足りる。そのようにＸＹ面内の平行移動だけで最適位
置に調芯できるというのが最も良い。工業的に能率良く
安価に製造するには都合の良い場合である。
【００４１】
【発明の実施の形態】以上に本発明の基本的な思想を説
明した。その思想を現実のものにするには具体的にはど
うすれば良いのか？
【００４２】（１）最適入射角αの値について 斜めカット（θ＝４゜〜８゜）光ファイバに対して、最
適の入射角αを（１）、（２）式によって計算した。α
はθ、ｎ1 、ｎ2 によって計算できる。ここで空気屈折
率ｎ1 と石英シングルモードファイバの屈折率ｎ2 は、
ｎ1 ＝１．０、ｎ2 ＝１．４６（石英）とした。αはも
ちろんレンズの定数にはよらない。しかしレーザの原点
からのズレの最適値はレンズの焦点距離ｆによる。通常
良く用いられる球レンズを例にしてαを計算する。レン
ズの半径Ｒ、屈折率ｎ3 、焦点距離ｆを例えば次のよう
にする。
【００４３】Ｒ＝０．７５ｍｍ、ｎ3 ＝１．５０２、ｆ
＝１．１２２ｍｍ
【００４４】レーザチップのレンズ中心軸（Ｚ軸）から
のＸ方向へのずれの最適値ｘは、 ｘ＝ｆｔａｎα
【００４５】の関係がある。これは図４において、ＬＤ
から出たＺ軸に平行な光は焦点距離ｆの点を通過しレン
ズでの屈折角がαであることから分かる関係である。ｘ
は最適値であって実際にはレーザの位置はばらつく。最
適値であることを示すためにｘ0 と記す。
【００４６】θを４゜（）、６゜（）、８゜（）
とすると、それぞれのαと、最適偏奇ｘ0 は次のように
なる。
【００４７】 θ ４．０゜ ６．０゜ ８．０゜ α １．９゜ ２．８゜ ３．７゜ ｘ0 ３６μｍ ５５μｍ ７２μｍ
【００４８】しかし実際にはレーザチップのパッケージ
での取付け偏奇ｘはｘ0 にはならずばらついてしまう。
ｘがばらつくとどうなるのか？この場合はレーザの像が
光ファイバ端面の中心にできるように光ファイバの位置
を最適化させても、光ファイバに入る光量は少なくな
る。光ファイバ法線とビームのなす角度がα＋θの値か
らずれるからである。ビーム角度がα＋θからずれると
どのように光ファイバに入射する光量が減少するか？と
いうことはビームのプルフィルに依存する。以後の計算
ではガウシアンビームを仮定する。レーザが最適位置ｘ
0 から外れるに従って、光ファイバに入る光量が減る。
Ｐｆの低下をどれほど許容できるか？という条件によっ
てｘの許されるばらつきの範囲が決まる。
【００４９】通常結合効率の低下分として最大値から−
１ｄＢの範囲が実装のトレランスとして採用される。図
９は（θ＝４゜）、（θ＝６゜）、（θ＝８゜）
の場合において、ＬＤチップのレンズ中心０からのず
れ、つまりｘとレーザ・光ファイバの結合効率の変動を
グラフにして示すものである。ケースはｘ0 ＝３６μ
ｍで最大値（０ｄＢ）を取りそれからはずれると減少す
る関数になる。ケースはｘ0 ＝５５μｍで最大値をと
る。ケースはｘ0 ＝７２μｍで最大になる。これら３
つのグラフは平行移動することによって互いに重ねるこ
とができる。結合のトレランスとして−１ｄＢまでを採
用することにすると、ｘのトレランスは８２μｍにな
る。
【００５０】 （ａ） Ｐｆ低下−１ｄＢまで θ ４．０゜ ６．０゜ ８．０゜ ｘ（μｍ） −５〜＋７７ ＋１４〜＋９６ ＋３２〜＋１１４
【００５１】である。これらの計算はレーザチップのＹ
方向のずれを０としているが、実際にはＹ方向にもずれ
ている。Ｙ方向のずれによっても光ファイバに入る光量
が減少する。Ｘ方向と共にＹ方向のズレも考慮しなけれ
ばならない。ケースの場合は（３６μｍ，０）の点を
中心にして半径４１μｍの円内にあれば、結合効率低下
は−１ｄＢ以内ということである。これはｘ＜０の調整
困難領域を含む。ケースの場合は（５５μｍ，０）を
中心として半径４１μｍの円内にレーザがあれば光ファ
イバの最適調芯によって結合損失を１ｄＢ以内にでき
る。ケースは、（７２μｍ，０）を中心とし、半径４
１μｍの円内で−１ｄＢの結合効率である。
【００５２】直観的に分かりやすくするために、図１０
に許容されるレーザチップの位置を図示する。、、
の図において丸の斜線を付した領域にレーザがあれ
ば、光ファイバを最適に調芯して、結合効率低下を−１
ｄＢ以内にできる。結合効率の低下がどの程度まで許容
できるのか？ということはシステムの要求水準に依存す
る。さらに要求が厳しくて、最大値から−０．５ｄＢま
での範囲にあることが要求される場合もある。これを光
ファイバの切断角は、、の場合と同じで、領域範
囲が−０．５ｄＢの範囲というものを、、として
説明する。
【００５３】 （ｂ） Ｐｆ低下−０．５ｄＢまで θ ４．０゜ ６．０゜ ８．０゜ ｘ（μｍ） ＋７〜＋６５ ＋２６〜＋８４ ＋４４〜＋１０２
【００５４】となる。これはＸ軸上の線分を規定する
が、実際にはＹ方向のばらつきもある。上記の線分を直
径とする円内が、−０．５ｄＢの損失範囲を与えるレー
ザの位置である。図１０の、、に示す。は中心
が（３６μｍ，０）で半径が２９μｍの円内が−０．５
ｄＢ範囲であることを表す。のようにｘ＜０の調整困
難領域がない。中心は不変であるが、半径が小さくなっ
たからである。は中心が（５５μｍ，０）で半径が２
９μｍの円を示す。これもに比べて半径が小さく成っ
ているだけである。は中心が（７２μｍ，０）で半径
が２９μｍの円内にレーザがあれば、光ファイバの切断
角が８゜の場合、結合効率低下が−０．５μｍの範囲に
あるということである。
【００５５】レーザの存在範囲を規定する円の大きさ
は、レンズによるレーザの像倍率に依存する。これはも
ちろんである。像倍率が小さいと、レーザの位置ズレに
対する光ファイバ端面での像の移動は少ない、だから一
定の結合効率の低下を許容するレーザ位置ばらつきを示
す円は広くなる。反対に像倍率が大きいと、レーザ像が
拡大されるから、レーザ位置ズレによる結合効率の変化
も大きい。つまりレーザ位置のばらつきを示す円はより
狭くなる。像拡大率を下げると許されるレーザ位置のば
らつき範囲が広くなるが、限界がある。像倍率が小さい
と、光結合パワーも小さくなる。各種部品の実装精度を
考慮すると、像倍率は１〜３倍の範囲にあるのが望まし
い。
【００５６】すると像倍率を下げてレーザ位置ばらつき
のトレランスを上げるという手法に頼ることはできな
い。従来の半導体モジュールの実装においては、光学的
な基準となるのはＬＤチップである。ＬＤチップをヘッ
ダに固定し、その後キャップをＸＹ面で平行移動し、レ
ンズからの光を監視し、最大光量を得るようなレンズの
位置を決定していた。するとレンズ・レーザの相対位置
は原点Ｏを中心にばらつくようになる。ｘ＝０、ｙ＝０
が最適の位置ということになるからレンズ中心とレーザ
中心が一致するのが最適であり、それを中心にばらつく
ということになる。
【００５７】図１０のようにＢ側に偏った分布にはなら
ない。従来の方法は、このようにレンズ位置がレーザ位
置と合致するのを最適とするので斜めカット光ファイバ
にはふさわしくないという欠点と、常にＬＤからの発光
そ観察しつつレンズ（キャップ）の調芯を行わなければ
ならないという欠点がある。
【００５８】本発明は、そのような欠点から免れた調芯
の方法を採用する。どのような角度にカットした光ファ
イバにも本発明を適用できるが、ここでは６゜カット光
ファイバの例について本発明の操作を述べる。
【００５９】レンズの定数を前記のように決めると、傾
斜角が６゜の光ファイバの場合、ｘ0 ＝５５μｍの点に
レーザを設置すると最大の結合効率を得ることができ
る。これは先に説明した通りである。そこで本発明は、
パッケージの中心をＳとして、Ｓからある一定の方向に
５５μｍだけずれた位置を目標にして実装するのであ
る。これが本発明の本質を一言で言い表した言葉であ
る。ずらす方向をＸ方向とする。
【００６０】Ｘ方向に５５μｍだけずれた位置を目標に
するのであるから、従来のようにパッケージ中心Ｓを目
標にするのとは轄然と違う。５５μｍというのは、先述
の例の場合である。最適ズレ量ｘ0 は光ファイバの傾斜
角θとレンズの焦点距離ｆ、像倍率ｍによって変わる。
「目標にする」というのも意味のあることである。Ｓか
らＸ方向に５５μｍずらすといっても実装誤差があるか
ら正確に５５μｍの点にレーザを固定できない。点（５
５μｍ，０）から左右上下に幾分外れるはずである。
【００６１】はじめから中心よりＸ方向に一定距離ずれ
たところを目標にするから、図１０の、の例におい
て、円によって囲まれる領域にレーザが実装される確率
が極めて高くなる。従来のように原点Ｏを目標にするよ
りもはるかに高い確率で円内にＬＤを実装できるように
なる。
【００６２】しかしＸ方向にずらすといってもどちらが
Ｘ方向であるのか分からず、５５μｍがどれだけかとい
うことが分からないようでは実装に不便である。ところ
が好都合なことにパッケージにレーザを取り付ける場
合、パッケージ面（ＸＹ面）のどこでも固定できるとい
うようになっていない。二次元的な自由度を持てば難し
いが、そうではない。実際にはパッケージの中央部付近
に隆起したポールの側面にレーザを固定する。レーザは
端面で発光するから光軸とレーザ面を平行にしなくては
ならない。
【００６３】そこで隆起部を作りその側面にレーザを付
ける。こうするとＬＤ面と光軸が平行面につけるので、
自由度は２つあるがひとつの自由度はＺ方向であり、Ｘ
Ｙ面という観点からみると自由度は一つしかない。ポー
ル側面をＹＺ面とみなせば、側面中心からある方向にｘ
0 だけずれた位置が目標点ということになる。その点を
目標にしてレーザチップを実装すればよいのである。も
ちろん、パッケージやサブマウント自体の形状に異方性
を付けてもよい。その場合は特殊なパッケージになって
しまうから、コストを押し上げる可能性がある。
【００６４】中心Ｓよりｘ0 だけＸ方向にずらしてＬＤ
チップを固定するには幾つもの方法があろうが、ここで
は４の方法を提案する。 （１）最も簡単な方法は、パッケージ中央のポール側面
をＹＺ面とみなし側面の左側または右側にｘ0 だけ偏奇
した位置にＬＤを固定することである。 （２）ひとつはレーザを取り付けるポールの位置をポー
ル側面と平行にｘ0 だけずらして形成することである。
ポールを中心線上に設けないでｘ0 ずれた位置に設ける
のである。
【００６５】（３）もう一つはポールをポール側面と直
角方向にｘ0 だけずらして設けるのである。 （４）最後の一つはサブマウントの厚みをｘ0 だけ増や
して、ＬＤチップをｘ0だけ外れた位置に固定すること
である。
【００６６】単に「原点Ｓよりｘ0 ずれた位置を目標に
する」という抽象的なものでは実装に時間がかかるし誤
差も大きくなろう。しかしレーザはポールに固定するか
ら１次元の問題になり、ずらせて実装することは容易で
ある。（１）が最も簡単である。従来のパッケージをそ
のまま利用できるからである。（２）（３）は専用のパ
ッケージを製造する必要がある。（４）は専用のサブマ
ウントを作る必要がある。
【００６７】以上に述べたものはパッケージにレーザを
どのように取り付けるか？という問題である。しかし実
際本発明が問題にしているのは、光ファイバの調芯であ
る。光ファイバの調芯を容易にするにはレーザをどのよ
うに取り付けるのが良いのか？ということが本発明の課
題である。本発明は、レーザを初めからパッケージの中
心よりＸ方向にずらせて取り付ける。ＬＤチップのズレ
の方向であるＸ方向というものがパッケージ上に定義さ
れる。もともとＸ方向というのは、光ファイバの端面の
法線をパッケージ面に投影した場合、法線と正反対の向
きをいう。
【００６８】つまり光ファイバ端面の最下点の向く方向
がＸ方向であるべきなのである。光ファイバ端面の傾斜
の方向はフェルール等に印を付して示してあるので、そ
の印によってＸ方向というものを決めれば良い。光ファ
イバのＸ方向をパッケージのＸ方向に合わせるようにす
る。そしてＸＹ面の調芯とＺ方向調芯をすれば良いので
ある。つまり光ファイバを調芯する場合、ズレ方向がは
じめから決まっているから光ファイバを回転する調芯は
不要である。回転調芯を不要あるいは殆ど不要にする点
が本発明の最も優れた点である。
【００６９】
【実施例】ピグテイル型（図２）、レセプタクル型（図
３）に対応する上記の（１）、（４）の実施例を図１３
〜図１６によって説明する。
【００７０】［実施例１：ピグテイル型で、ポール面に
平行にレーザをずらせる場合］図１３は本発明の第１の
実施例にかかる半導体レーザモジュールを示す縦断面で
ある。円形のパッケージ２の底面中央部に受光素子チッ
プ３がサブマウント９を介して固定される。受光素子チ
ップはパッケージ中心Ｏに中心を持つように固定され
る。
【００７１】パッケージ２の上面中央近くに垂直に隆起
したポール６がある。ポール６の側面の上方に、レーザ
１がサブマウント８を介して固定される。このとき中心
線Ｓよりも左に偏奇した位置にレーザ１を固定する。ポ
ール６の側面をＸＺ面に平行にしているので、面の上を
左にｘ0 だけずらした位置にレーザを取り付ける。これ
が本発明の特徴点である。実際にはばらつきがあるから
（ｘ0 ，０）点の周りの近傍に固定される。
【００７２】キャップ７には窓にレンズ４が付いている
が、これはパッケージ中心Ｏに、レンズ中心Ｓが合致す
るように固定する。つまりキャップを付けるときには出
力光を観察して最大光がＺ方向に出るように決めるとい
う従来の調芯は行わない。単に機械的な操作によってキ
ャップの位置を決めて固定する。次にスリーブ１４をパ
ッケージ２に溶接する。光ファイバ５をフェルール１５
に固定し、先端をθの斜め角度研磨したものをフェルー
ルホルダー１６に差し込む。傾斜面の最下点の方向が何
らかの目印３１によって明示される。これをレーザチッ
プずれの方向（Ｘ方向）に合わせて、ホルダー１６をス
リーブ１４に接触させる。つまりフェルール傾斜面の最
下点３２が、ポール６におけるレーザのズレの方向（Ｘ
方向）に一致している。
【００７３】この状態でホルダー１６をＸＹ面で平行移
動して調芯する。このときは、光ファイバの他端で伝搬
してくる光量を測定して最大光量を得るようなＸＹ面位
置を選ぶ。ホルダーが−Ｘ方向にずれた位置で最適にな
る。であるからホルダー１６は中心よりも右によって固
定される。像倍率をｍとすると、ホルダーの好適な偏奇
量は−ｍｘ0 である。さらにフェルール１５をホルダー
１６に対してＺ方向に移動させ最適のＺ位置を決める。
最後のふたつの調芯は光量を測定をする。
【００７４】レーザの実装位置によって光ファイバを回
転調芯する必要がある場合がある。レーザを固定する目
標位置はＸ軸上の（ｘ0 ，０）であるが、実際には誤差
があるからｙ座標も０でない。一般に（ｘ0 ±ε、δ）
のようになる。この場合、光ファイバをｔａｎ-1（δ／
ｘ0 ±ε）だけ回転すると最適に成るはずである。しか
しこれは０に近い値である。３０゜以下であるから、光
ファイバを回転させなくても十分な光量を得ることがで
きる。もちろん光ファイバを±３０゜以内の角度で回転
調芯しても良い。その場合でも、１８０゜もの範囲でな
い。狭い範囲での回転で済む。
【００７５】［実施例２：ピグテイル型で、厚いサブマ
ウントによってポール面に垂直にレーザをずらせる場
合］図１４は本発明の第２の実施例にかかる半導体レー
ザモジュールを示す縦断面である。円形のパッケージ２
の底面中央部Ｏに受光素子チップ３がサブマウント９を
介して固定される。パッケージ２の上面中央近くに垂直
に隆起したポール６がある。ポール６の側面の上方に、
レーザ１がサブマウント８を介して固定される。サブマ
ウントは通常のパッケージよりも分厚くて、中心線Ｓよ
りも左に偏奇した位置にレーザ１を固定できる。
【００７６】ポール６の面をＹＺ面に平行にしているの
で、分厚いサブマウントを間に挟むことによって、左に
ｘ0 だけずらした位置にレーザを取り付けることができ
る。偏奇の量はサブマウントの厚みによるからより厳密
に所望の値ｘ0 に近い量だけの偏奇を与えることができ
る。これが本発明の特徴点である。Ｙ方向には偏奇させ
ないので、チップ１はサブマウントの中央部に固定され
る。実際にはばらつきがあるから（ｘ0 ，０）点の周り
の近傍に固定される。
【００７７】以下の操作は図１３のものとほぼ同じであ
る。キャップ７には窓にレンズ４が付いているが、これ
はパッケージ中心Ｏに、レンズ中心Ｓが合致するように
固定する。つまりキャップを付けるときには出力光を観
察して最大光がＺ方向に出るように決めるという従来の
調芯は行わない。単に機械的な操作によってキャップの
位置を決めて固定する。
【００７８】つぎにスリーブ１４をパッケージ２に溶接
する。光ファイバ５をフェルール１５に固定し先端をθ
の斜め角度研磨したものをフェルールホルダー１６に差
し込む。傾斜面の最下点の方向が何らかの目印３１によ
って明示される。これをレーザチップずれの方向（Ｘ方
向＝ポール６面法線方向）に合わせて、ホルダー１６を
スリーブ１４に接触させる。つまりフェルール傾斜面の
最下点３２が、ポール６におけるレーザのズレの方向
（Ｘ方向）に一致している。
【００７９】ついでホルダー１６をＸＹ面で平行移動し
て調芯する。さらにフェルール１５をホルダー１６に対
してＺ方向に移動させ最適のＺ位置を決める。最後のふ
たつの調芯は光量を測定をする。
【００８０】［実施例３：レセプタクル型で、ポール面
に平行にレーザをずらせる場合］図１５は本発明の第３
の実施例にかかる半導体レーザモジュールを示す縦断面
である。パッケージ・スリーブの部分は図１３のものと
同じである。円形のパッケージ２の底面中央部に受光素
子チップ３がサブマウント９を介して固定される。受光
素子チップはパッケージ中心Ｏに中心を持つように固定
される。パッケージ２の上面中央近くに垂直に隆起した
ポール６がある。
【００８１】ポール６の側面の上方に、レーザ１がサブ
マウント８を介して固定される。この時中心線Ｓよりも
左に偏奇した位置にレーザ１を固定する。ポール６の側
面をＸＺ面に平行にしているので、面の上を左にｘ0 だ
けずらした位置にレーザを取り付ける。実際にはばらつ
きがあるから、（ｘ0 ，０）点の周りの近傍に固定され
る。
【００８２】キャップ７には窓にレンズ４が付いている
が、これはパッケージ中心Ｏに、レンズ中心Ｓが合致す
るように固定する。つまりキャップを付けるときには出
力光を観察して最大光がＺ方向に出るように決めるとい
う従来の調芯は行わない。単に機械的な操作によってキ
ャップの位置を決めて固定する。つぎにスリーブ１４を
パッケージ２に溶接する。スリーブの上に乗っている部
分がレセプタクルである。
【００８３】短いダミー光ファイバ１７をダミーファイ
バ用フェルール１８に固定し先端をθの斜め角度研磨し
たものを円筒形のホルダー１９に差し込む。ホルダー１
９の外側には円筒形のハウジング２０が固定される。ハ
ウジング２０は広いフランジ２１を有する。またハウジ
ングの先端には雄ねじ部２２がある。ホルダー１９の差
し込み口２３に他の光ファイバを差し込みネジ部によっ
て固定する。そのような構造の説明はここでは省略す
る。光ファイバを着脱自在とすることができる。
【００８４】ダミーファイバ１７、フェルール１８、ホ
ルダー１９、ハウジング２０の関係は固定されている。
ダミーファイバ、フェルールの端面は斜めに研磨され
る。最下点３２の方向が、外側のハウジング外壁に何ら
かの目印３１によって明示される。これをレーザチップ
ずれの方向（Ｘ方向）に合わせて、ホルダー１９、ハウ
ジング２０をスリーブ１４に接触させる。つまりフェル
ール傾斜面の最下点３２が、ポール６におけるレーザの
ズレの方向（Ｘ方向）に一致している。
【００８５】この状態でハウジング２０をＸＹ面で平行
移動して調芯する。このときは、光ファイバの他端で伝
搬してくる光量を測定して最大光量を得るようなＸＹ面
位置を選ぶ。ホルダーがーＸ方向にずれた位置で最適に
なる。ホルダー１９、ハウジング２０は中心よりも右に
寄って固定される。像倍率をｍとすると、ホルダーの好
適な偏奇量は−ｍｘ0 である。
【００８６】レーザの実装位置によって光ファイバを回
転調芯する必要がある場合がある。レーザを固定する目
標位置はＸ軸上の（ｘ0 ，０）であるが、実際には誤差
があるからｙ座標も０でない。一般に（ｘ0 ±ε、δ）
のようになる。このばあい光ファイバをｔａｎ-1（δ／
ｘ0 ±ε）だけ回転すると最適になるはずである。しか
しこれは０に近い値である。３０゜以下であるから、光
ファイバを回転させなくても十分な光量を得ることがで
きる。もちろん光ファイバを±３０゜以内の角度で回転
調芯しても良い。その場合でも、１８０゜もの範囲がな
い。狭い範囲での回転で済む。
【００８７】［実施例４：レセプタクル型で、ポール面
に垂直ににレーザをずらせる場合］図１６は本発明の第
４の実施例にかかる半導体レーザモジュールを示す縦断
面である。パッケージ・スリーブの部分は図１４のもの
と同じである。円形のパッケージ２の底面中央部に受光
素子チップ３がサブマウント９を介して固定される。受
光素子チップはパッケージ中心Ｏに中心を持つように固
定される。パッケージ２の上面中央近くに垂直に隆起し
たポール６がある。
【００８８】ポール６の側面の上方に、レーザ１がサブ
マウント８を介して固定される。ポール６側面をＹＺ面
とし、厚いサブマウント８の上にレーザを載せることに
よって、中心線Ｓよりも左に偏奇した位置にレーザ１を
固定する。ポール６の側面をＸＺ面に平行にしているの
で、面の上を左にｘ0 だけずらした位置にレーザを取り
付ける。実際にはばらつきがあるから（ｘ0 ，０）点の
周りの近傍に固定される。その他の点は、図１５のもの
とほぼ同様である。
【００８９】［レーザ取り付け位置の実際の分布の例］
図１３のようなピグテイル型のモジュールを６０サンプ
ル作製した。光ファイバの切断角θは６゜である。パッ
ケージ中心Ｓを原点とする二次元座標においてＰ（６０
μｍ，０）を目標点にして、レーザチップを取り付け
た。そして実際のレーザチップの固定位置を測定した。
図１１はチップ位置（ｘ，ｙ）を示す。これ等サンプル
点は、６２μｍを中心とし半径が４０μｍの円の内部に
入っている。分布は原点を含まない、全部原点よりも右
（ｘ＞０）にある。ということは回転調芯が殆ど不要だ
ということである。ファイバ結合パワーに±２ｄＢのマ
ージンがあれば、回転調芯は全く不要である。より効率
を高める必要がある場合でも±４０゜の回転で、効率を
最大に上げることができる。
【００９０】図１２は、回転調芯をしないでこの６０の
サンプルについて、レンズ付きキャップを固定し、さら
にＸＹ面での光ファイバの平行移動調芯をしたものの、
光結合パワーを実測したものをヒストグラムに表現した
ものである。サンプル数は６０、平均のパワーは３６１
μＷである。標準偏差は５３μＷである。これは最終製
品の光結合パワーの測定値である、調芯によるパワーの
ばらつきだけでなく、レーザの発光パワーのばらつきな
ど他の要因をも含んでいる。にもかかわらず±１．７ｄ
Ｂの狭い範囲にパワーが限定されている。これは本発明
の調芯が優れていることのひとつの証拠である。回転調
芯を省くことができるので、調芯時間は短い。
【００９１】
【発明の効果】本発明のレーザモジュールは、光ファイ
バ端の斜め研磨面に全部の光が入るような角度αから光
を入れるので、レーザ、レンズ、光ファイバの軸線が同
一である従来のレーザモジュールよりも結合効率が高
い。３つの部材の軸線をずらせると、光ファイバの回転
調芯が是非とも必要になる。これはひときわ時間のかか
る調芯操作である。本発明ははじめから、パッケージ中
心よりｘ0 だけある方向にずらせてレーザチップを取り
付けるから、光ファイバの回転調芯が不要になる。調芯
時間を短くできるから製造コストを甚だ低減することが
できる。高出力のレーザモジュールを低価額で作製する
事ができ優れた発明である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来例にかかるレーザと光ファイバの関係を略
示する縦断面斜視図。
【図２】従来例にかかるピグテイル型半導体レーザモジ
ュールの縦断面図。
【図３】従来例にかかるレセプタクル型半導体レーザモ
ジュールの縦断面図。
【図４】半導体レーザモジュールにおける半導体レー
ザ、レンズ、斜めカット光ファイバの最適位置を説明す
る光学系図。
【図５】斜め研磨光ファイバへのレーザ光の結合を説明
する図。
【図６】レーザ、光ファイバをレンズ面に投影してレー
ザ、レンズ、光ファイバの位置の相互の関係を示す光学
系投影図。（ａ）は最適の位置に有る場合を表す。
（ｂ）は最適位置から外れている４つの場合を例示す
る。
【図７】レーザ、光ファイバをレンズ面に投影してレー
ザ、レンズ、光ファイバの位置の相互の関係を示す光学
系投影図。レーザの最適位置Ｐ（ｘ，ｙ）とそれのまわ
りに描いた許されるズレの範囲を示す円の図。
【図８】レーザ、光ファイバをレンズ面に投影してレー
ザ、レンズ、光ファイバの位置の相互の関係を示す光学
系投影図。光ファイバを回転調芯しなくても良いレーザ
の位置の範囲を示す図。
【図９】光ファイバの端面の傾斜角が４．０゜（ケース
）の場合、６．０゜（ケース）の場合、８．０゜
（ケース）の場合において、レーザ実装位置をレンズ
面に投影した時の、レーザ、とレンズ中心ＯのＸ方向距
離（ｘ）と結合効率（ｄＢ）との関係を示すグラフ。
【図１０】光ファイバの端面傾斜角θを４゜、６゜、８
゜として、結合効率低下を−１ｄＢとした場合のレーザ
の位置範囲と、結合効率低下を−０．５ｄＢとしたとき
のレーザの位置範囲を示す図。はθ＝４゜、許容結合
効率低下−１ｄＢの場合の範囲。はθ＝６゜、許容結
合効率低下−１ｄＢの場合の範囲。はθ＝８゜、許容
結合効率低下−１ｄＢの場合の範囲。はθ＝４゜、許
容結合効率低下−０．５ｄＢの場合の範囲。はθ＝６
゜、許容結合効率低下−０．５ｄＢｄＢの場合の範囲。
はθ＝８゜、許容結合効率低下−０．５ｄＢの場合の
範囲。
【図１１】光ファイバの端面傾斜角θ＝６゜であって、
本発明の方法に従って６０個のレーザを６０個のパッケ
ージに実装する実験を行った場合のレーザ実装位置の二
次元分布図。結合効率低下が−１ｄＢの範囲を円によっ
て示す。殆どのサンプルがこの円の中に含まれる。本発
明の方法によって、光ファイバの回転調芯なしに、最大
結合効率から−１ｄＢの範囲の結合効率のレーザモジュ
ールを容易に作成できることがわかる。
【図１２】本発明を６０の半導体レーザモジュールサン
プルに実施したときの、結合パワー分布のヒストグラ
ム。サンプル数６０に対して、光パワーの平均値は３６
１μＷ、標準偏差は５３μＷである。
【図１３】ポール面において半導体レーザを側方にずら
すようにして最適位置にレーザを固定できるようにした
ピグテイル型のレーザモジュール実施例を示す縦断面
図。
【図１４】ポールにより分厚いサブマウントを付けるこ
とによって半導体レーザを面垂直方向にずらすようにし
て最適位置にレーザを固定できるようにしたピグテイル
型のレーザモジュール実施例を示す縦断面図。
【図１５】ポール面において半導体レーザを側方にずら
すようにして最適位置にレーザを固定できるようにした
レセプタクル型のレーザモジュール実施例を示す縦断面
図。
【図１６】ポールにより分厚いサブマウントを付けるこ
とによって半導体レーザを面垂直方向にずらすようにし
て最適位置にレーザを固定できるようにしたレセプタク
ル型のレーザモジュール実施例を示す縦断面図。
【符号の説明】
１ レーザチップ ２ パッケージ ３ 受光素子チップ ４ レンズ ５ 光ファイバ ６ ポール ７ キャップ ８ サブマウント ９ サブマウント １０ 光ファイバの斜め研磨端面 １１ リードピン １２ リードピン １３ リードピン １４ スリーブ １５ フェルール １６ フェルールホルダー １７ ダミーファイバ １８ ダミーファイバ用フェルール １９ ホルダー ２０ ハウジング ２１ フランジ ２２ 雄ネジ部 ２３ 差し込み口 ２４ フェルールの先端 ３１ 目印 ３２ フェルール傾斜面の最下点
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成９年９月２４日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１８】端面の斜め研磨角をθとする。通常の場合
は入射角がθになっていたのであるが、ここではＰｆを
増やすために、端面とαをなす角度で入射させる。図５
に端面近くの光線の方向を示す。端面に立てた法線ｎ
と、光ファイバＪの軸線ＱＲとのなす角がθである。通
常は光ファイバ軸線上から光を入射させるからＵＱに沿
って入る。ところがここではレーザ光は軸線からαの角
度をなして入射する。これが屈折して軸線上を進行する
ようにするためには、
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４８】しかし実際にはレーザチップのパッケージ
での取付け偏奇ｘはｘ０にはならずばらついてしまう。
ｘがばらつくとどうなるのか？この場合はレーザの像が
光ファイバ端面の中心にできるように光ファイバの位置
を最適化させても、光ファイバに入る光量は少なくな
る。光ファイバ法線とビームのなす角度がα＋θの値か
らずれるからである。ビーム角度がα＋θからずれると
どのように光ファイバに入射する光量が減少するか？と
いうことはビームのプロフィルに依存する。以後の計算
ではガウシアンビームを仮定する。レーザが最適位置ｘ
０から外れるに従って、光ファイバに入る光量が減る。
Ｐｆの低下をどれほど許容できるか？という条件によっ
てｘの許されるばらつきの範囲が決まる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５４】となる。これはＸ軸上の線分を規定する
が、実際にはＹ方向のばらつきもある。上記の線分を直
径とする円内が、−０．５ｄＢの損失範囲を与えるレー
ザの位置である。図１０の、、に示す。は中心
が（３６μｍ，０）で半径が２９μｍの円内が−０．５
ｄＢ範囲であることを表す。のようにｘ＜０の調整困
難領域がない。中心は不変であるが、半径が小さくなっ
たからである。は中心が（５５μｍ，０）で半径が２
９μｍの円を示す。これもに比べて半径が小さく成っ
ているだけである。は中心が（７２μｍ，０）で半径
が２９μｍの円内にレーザがあれば、光ファイバの切断
角が８゜の場合、結合効率低下が−０．５ｄＢの範囲に
あるということである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５７】図１０のようにＢ側に偏った分布にはなら
ない。従来の方法は、このようにレンズ位置がレーザ位
置と合致するのを最適とするので斜めカット光ファイバ
にはふさわしくないという欠点と、常にＬＤからの発光
を観察しつつレンズ（キャップ）の調芯を行わなければ
ならないという欠点がある。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００７３】この状態でホルダー１６をＸＹ面で平行移
動して調芯する。このときは、光ファイバの他端で伝搬
してくる光量を測定して最大光量を得るようなＸＹ面位
置を選ぶ。ホルダーが−Ｘ方向にずれた位置で最適にな
る。であるからホルダー１６は中心よりも右によって固
定される。像倍率をｍとすると、ホルダーの好適な偏奇
量は−ｍｘ０である。さらにフェルール１５をホルダー
１６に対してＺ方向に移動させ最適のＺ位置を決める。
最後のふたつの調芯は光量の測定をする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正内容】
【図９】光ファイバの端面の傾斜角が４．０゜（ケース
）の場合、６．０゜（ケース）の場合、８．０゜
（ケース）の場合において、レーザ実装位置をレンズ
面に投影した時の、レーザとレンズ中心ＯのＸ方向距離
（ｘ）と結合効率（ｄＢ）との関係を示すグラフ。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１０】光ファイバの端面傾斜角θを４゜、６゜、８
゜として、結合効率低下を−１ｄＢとした場合のレーザ
の位置範囲と、結合効率低下を−０．５ｄＢとしたとき
のレーザの位置範囲を示す図。はθ＝４゜、許容結合
効率低下−１ｄＢの場合の範囲。はθ＝６゜、許容結
合効率低下−１ｄＢの場合の範囲。はθ＝８゜、許容
結合効率低下−１ｄＢの場合の範囲。はθ＝４゜、許
容結合効率低下−０．５ｄＢの場合の範囲。はθ＝６
゜、許容結合効率低下−０．５ｄＢの場合の範囲。は
θ＝８゜、許容結合効率低下−０．５ｄＢの場合の範
囲。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光ファイバの先端の傾斜角θに対して最
    適の入射方向角αを計算し、レンズ・レーザ間の距離を
    ａとしてズレ量ｘ0 ＝ａｔａｎαを求め、パッケージ中
    心Ｓから一定方向にｘ0 ずれた地点を目標としてレーザ
    チップをパッケージに固定し、レンズはパッケージ中心
    とレンズ中心が合致するようにパッケージに取り付け、
    光ファイバは傾斜端面の最下点がレーザのずれの方向に
    一致する方向に保持し、軸線と直交するＸＹ面内で平行
    移動し最大の結合効率を得る点を探しその点で光ファイ
    バを固定することを特徴とする半導体レーザモジュール
    の製造方法。
  2. 【請求項２】 パッケージの上面に垂直の側面をもつポ
    ールを形成しポールの側面に絶縁体のサブマウントを介
    してレーザチップを固定することとし、レーザをポール
    の側面に平行にｘ0 だけずらした地点を目標として固定
    するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の半導
    体レーザモジュールの製造方法。
  3. 【請求項３】 パッケージの上面に垂直の側面をもつポ
    ールを形成しポールの側面に絶縁体のサブマウントを介
    してレーザチップを固定することとし、厚さの異なるサ
    ブマウントを用いこの上にレーザチップを固定すること
    によりレーザをポールの側面に直角方向にｘ0 だけずら
    した地点を目標として固定するようにしたことを特徴と
    する請求項１に記載の半導体レーザモジュールの製造方
    法。
  4. 【請求項４】 光ファイバの先端の斜め切断角θが４゜
    〜８゜であることを特徴とする請求項１に記載の半導体
    レーザモジュールの製造方法。
  5. 【請求項５】 レンズが球レンズであることを特徴とす
    る請求項１〜４の何れかに記載の半導体レーザモジュー
    ルの製造方法。
  6. 【請求項６】 レンズによって光ファイバ端面に結像さ
    れるレーザチップの像の倍率が１〜３倍であることを特
    徴とする請求項１〜５の何れかに記載の半導体レーザモ
    ジュールの製造方法。
  7. 【請求項７】 斜め切断光ファイバをレンズ軸線、レー
    ザ軸線とずれた最適位置に調芯する場合に光ファイバ周
    りの回転調芯を行わないことを特徴とする請求項１〜６
    の何れかに記載の半導体レーザモジュールの製造方法。
  8. 【請求項８】 斜め切断光ファイバをレンズ軸線、レー
    ザ軸線とずれた最適位置に調芯する場合に光ファイバ周
    りの回転調芯を行うが調整のための回転角度が９０゜以
    下であることを特徴とする請求項１〜６に記載の半導体
    レーザモジュールの製造方法。
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