JPS5961809A - 光半導体素子と光フアイバとの光学的結合方法 - Google Patents
光半導体素子と光フアイバとの光学的結合方法Info
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- JPS5961809A JPS5961809A JP57172175A JP17217582A JPS5961809A JP S5961809 A JPS5961809 A JP S5961809A JP 57172175 A JP57172175 A JP 57172175A JP 17217582 A JP17217582 A JP 17217582A JP S5961809 A JPS5961809 A JP S5961809A
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- JP
- Japan
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- optical
- fiber
- optical fiber
- optical coupling
- semiconductor element
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
- G02B6/4219—Mechanical fixtures for holding or positioning the elements relative to each other in the couplings; Alignment methods for the elements, e.g. measuring or observing methods especially used therefor
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
- G02B6/4202—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details for coupling an active element with fibres without intermediate optical elements, e.g. fibres with plane ends, fibres with shaped ends, bundles
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Led Device Packages (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（１）発明の技術分野
本発明は、発光ダイオードやレーザダイオードなどのよ
うな半導体素子からなる光通信用発光素子と光ファイバ
とを結合させる方法に関する。
うな半導体素子からなる光通信用発光素子と光ファイバ
とを結合させる方法に関する。
（２）技術の背景
近年、低損失光ファイバの開発に伴ない、光通信用発光
素子の研究実用化が進んでいる。光通信用発光素子とし
ては、先にも述べた通シ、発光ダイオード（ＬＩｉＣＤ
＞やレーザダイオード（ＬＤ）などの半導体素子が主
として用いられている。ここで、発光ダイオードやレー
ザダイオードと光ファイバとの結合は、光通信伝送シス
テムを作るうえで非常圧重要である。すなわち、いくら
低損失のファイバが開発されても、発光素子との結合が
悪い場合には、伝送効率が極端に低下してしまうからで
ある。そのために、発光ダイオードやレーザダイオード
から効率よく光をファイバに入れる目的で、集束レンズ
を用いたり、ファイバの先端形を工夫したりするなどの
試みがなされている。
素子の研究実用化が進んでいる。光通信用発光素子とし
ては、先にも述べた通シ、発光ダイオード（ＬＩｉＣＤ
＞やレーザダイオード（ＬＤ）などの半導体素子が主
として用いられている。ここで、発光ダイオードやレー
ザダイオードと光ファイバとの結合は、光通信伝送シス
テムを作るうえで非常圧重要である。すなわち、いくら
低損失のファイバが開発されても、発光素子との結合が
悪い場合には、伝送効率が極端に低下してしまうからで
ある。そのために、発光ダイオードやレーザダイオード
から効率よく光をファイバに入れる目的で、集束レンズ
を用いたり、ファイバの先端形を工夫したりするなどの
試みがなされている。
（３）従来技術と問題点
ところで、上記した結合方法の改良にも拘らず、発光素
子と光ファイバとを結合させる従来の結合方法には大き
な欠点がある。第１に、従来の結合方法の場合、例えば
ピンセットなどの手段を使用して位置合わせ及び固着を
行なわなければならないので、十分に強い力を固着個所
に加えることができず、よって、満足すべき固着効果を
達成することができない。第２に、固着のために固着材
を使用するわけであるが、従来の方法の場合には固着材
の収縮方向が不定であるので、光ファイバが同着材によ
り引っ張られる方向も不定である。したがって、光ファ
イバが固定される時のズレ方向（発光素子に関して）も
バラツキが大きく、再現性に乏しく、効率よく光を取シ
出せるものを得るのに歩留力が小さい。このような大き
な欠点カ導びかれるのは、従来の結合方法のやり方その
もの、すなわち、予めセットしておいたファイバ台ノ上
にファイバを載置し、最適結合位置への位置合わせを行
ない、位置合わせの完了後に適当な接着剤を用いて固着
させること、に原因があるものと解される。
子と光ファイバとを結合させる従来の結合方法には大き
な欠点がある。第１に、従来の結合方法の場合、例えば
ピンセットなどの手段を使用して位置合わせ及び固着を
行なわなければならないので、十分に強い力を固着個所
に加えることができず、よって、満足すべき固着効果を
達成することができない。第２に、固着のために固着材
を使用するわけであるが、従来の方法の場合には固着材
の収縮方向が不定であるので、光ファイバが同着材によ
り引っ張られる方向も不定である。したがって、光ファ
イバが固定される時のズレ方向（発光素子に関して）も
バラツキが大きく、再現性に乏しく、効率よく光を取シ
出せるものを得るのに歩留力が小さい。このような大き
な欠点カ導びかれるのは、従来の結合方法のやり方その
もの、すなわち、予めセットしておいたファイバ台ノ上
にファイバを載置し、最適結合位置への位置合わせを行
ない、位置合わせの完了後に適当な接着剤を用いて固着
させること、に原因があるものと解される。
（４）発明の目的
本発明は、上述のような欠点をもたない改良された光結
合方法を提供すること、すなわち、発光素子と光ファイ
バとを結合させるに際して、強固にそれらを固着させる
ことができ、そして容易に位置精度よく光ファイバを固
定することができる、再現性の良好な光結合方法を提供
することにある。
合方法を提供すること、すなわち、発光素子と光ファイ
バとを結合させるに際して、強固にそれらを固着させる
ことができ、そして容易に位置精度よく光ファイバを固
定することができる、再現性の良好な光結合方法を提供
することにある。
（５）発明の構成
本発明の目的は、光半導体素子ペレットと、該光半導体
素子ペレットの発光面よフ突出し且つ該発光面とほぼ平
行な面を有する基準部材とが配設された支持体の前記基
準部材に、光ファイ・ぐがほぼ垂直に突出支持された光
フアイバ支持体を、該光ファイバの端面が前記光半導体
素子ペレットの発光面に対向する如く接触させ、前記光
半導体素子と光フアイバ端面との間の光軸方向の位置合
わ′せを行ない、更に光フアイバ支持体を前記基準部材
に接触させた状態で移動して光軸とは直角な方向の位置
合わせを行なうことを特徴とする光半導体素子と光ファ
イバとの光学的な結合方法によシ達成される。
素子ペレットの発光面よフ突出し且つ該発光面とほぼ平
行な面を有する基準部材とが配設された支持体の前記基
準部材に、光ファイ・ぐがほぼ垂直に突出支持された光
フアイバ支持体を、該光ファイバの端面が前記光半導体
素子ペレットの発光面に対向する如く接触させ、前記光
半導体素子と光フアイバ端面との間の光軸方向の位置合
わ′せを行ない、更に光フアイバ支持体を前記基準部材
に接触させた状態で移動して光軸とは直角な方向の位置
合わせを行なうことを特徴とする光半導体素子と光ファ
イバとの光学的な結合方法によシ達成される。
本発明は、上記から理解される通ジ、従来の光結合方法
とは異なって、光結合の光学部品を予め位置精度の出た
ホルダに取り付けておき、発光素子付近に基準となる面
を設けて、その面にホルダを押し付けてホルダ全許容誤
差内で固着させるやｐ方を採用している。
とは異なって、光結合の光学部品を予め位置精度の出た
ホルダに取り付けておき、発光素子付近に基準となる面
を設けて、その面にホルダを押し付けてホルダ全許容誤
差内で固着させるやｐ方を採用している。
本発明を実施するのに有利に使用し得る発光素子は、例
えば、光フアイバ通信用の光源として常用されている半
導体素子、詳しくは、ＧａＡｓ。
えば、光フアイバ通信用の光源として常用されている半
導体素子、詳しくは、ＧａＡｓ。
ＧａＡｓＰ ＊ ＧａＰ ＋ ＧａＡｔＡｓなどを用い
た発光ダイオード、そしてＧａＡｓ ＋ ＩｎＰ ＋
Ｇａｒｂ 、ＩｎＳｂ。
た発光ダイオード、そしてＧａＡｓ ＋ ＩｎＰ ＋
Ｇａｒｂ 、ＩｎＳｂ。
ＰｂＳ 、ＰｂＴｅ 、ＩｎＧａＡｓＰ＋ Ｐｂ５ｅ
、ＧａＡｓＰ。
、ＧａＡｓＰ。
ＱａＡｔＡｓ 、ＩｎＧａＡｓなどを用いたレーザダイ
オードである。
オードである。
光ファイバは、シングルモードファイバ及ヒマルチモー
ドファイバのどちらであってもよく、その使用が特に制
限を受けることがない。
ドファイバのどちらであってもよく、その使用が特に制
限を受けることがない。
発光ダイオ−′ド又はレーザダイオードと光ファイバと
を結合させるに際して各種の結合方法を利用することが
できる。有利に使用し得る結合方法として、例えば、 （１）直接結合方法 （１１）個別レンズ結合方法 集束性ロッドレンズ（先球集束性ロット°レンズ）、非
球面レンズ十球面レンズ、円柱レンズ士集束性ロッドレ
ンズ１９球しンズ＋集束性ロッドレンズ （ｉｉｉ） ファイバレンズ結合 先球ファイバ、チーｄ先球ファイノ々（細径化先球ファ
イバ）、微小レンズ対７アイ／？をあげることができる
。
を結合させるに際して各種の結合方法を利用することが
できる。有利に使用し得る結合方法として、例えば、 （１）直接結合方法 （１１）個別レンズ結合方法 集束性ロッドレンズ（先球集束性ロット°レンズ）、非
球面レンズ十球面レンズ、円柱レンズ士集束性ロッドレ
ンズ１９球しンズ＋集束性ロッドレンズ （ｉｉｉ） ファイバレンズ結合 先球ファイバ、チーｄ先球ファイノ々（細径化先球ファ
イバ）、微小レンズ対７アイ／？をあげることができる
。
（６）発明の実施例
次に、本発明に従いレーザダイオードと光ファイバとを
結合させる方法の一例を、添付の図面を参照しながら説
明する。
結合させる方法の一例を、添付の図面を参照しながら説
明する。
第１図には、光ファイノ臂（テーノぐ先球７アイ・ぐ）
を組み込んだ光結合部品１０の断面が示されている。図
中の１はメタルコートファイノ々であり、その先端は、
図示の通う、テーパ先球を形成している。このファイバ
１には、さらに、ナイロンコート２が被株されている。
を組み込んだ光結合部品１０の断面が示されている。図
中の１はメタルコートファイノ々であり、その先端は、
図示の通う、テーパ先球を形成している。このファイバ
１には、さらに、ナイロンコート２が被株されている。
ファイバ１の補強のタメに補強パイプ３が用いられてい
る。ファイバを封止固定するため、それぞれ、金属４及
び樹脂５が埋め込まれている。６は、ファイバ１が支持
された位置決めの為のブロックであシ、固着材注入用の
細孔７が穿たれている。
る。ファイバを封止固定するため、それぞれ、金属４及
び樹脂５が埋め込まれている。６は、ファイバ１が支持
された位置決めの為のブロックであシ、固着材注入用の
細孔７が穿たれている。
第２図には、レーザダイオードと光結合部品とを組み合
わせる際の位＃調整の概念が示されている。図中の２０
はレーザダイオードであり、これは、図示の通シ、ステ
ム２１．スタッド２２．ヒートシンク２３ 、 ＬＤペ
レット２４．そして以下に説明する基準面ａを形成する
基準部材２５がらなっている。光結合部品１０のファイ
バの他端８はモニタ用光ディテクタ（図示せず）に接続
されている。
わせる際の位＃調整の概念が示されている。図中の２０
はレーザダイオードであり、これは、図示の通シ、ステ
ム２１．スタッド２２．ヒートシンク２３ 、 ＬＤペ
レット２４．そして以下に説明する基準面ａを形成する
基準部材２５がらなっている。光結合部品１０のファイ
バの他端８はモニタ用光ディテクタ（図示せず）に接続
されている。
光ファイバとレーザダイオードとの光結合を行なう際の
許容誤差（トレランス）は、Ｘ ＋ ’１方向が小さく
、ｚ方向が大きい。実際に、Ｘｌｙ方向の許容誤差が±
０．７μｍのオーダーであるのに反して、２方向のそれ
は±８μｍのオーダ（１桁ちがう）である。したがって
、本発明に従うと、第１図に図示せる光部品の組み立て
において、ブロック６から突出せるファイバの先端部の
長さｔが、第２図の基準部材２５の基準面ａに結合部品
１゜を構成するブロック６の面を押し付けた時、ＬＤペ
レット２４の端面とチーΔ先球先端との間の距ＩＩ（Ｌ
−１）が２方向の許容誤差の範囲内にはいるように、フ
ァイバｌを結合部品１ｏに固定しておく。よって、レー
ザダイオードにファイバを組み込む時は、ブロック６を
基準部材２６の基準面ａの面上で動かすことによシ、ｘ
、ｙ方向の位置出しのみを行なって、最適結合位置のと
ころでブロック６に設けられた細孔７に適当な固着材を
供給して結合部品ｌＯと部材２５とを固着する。
許容誤差（トレランス）は、Ｘ ＋ ’１方向が小さく
、ｚ方向が大きい。実際に、Ｘｌｙ方向の許容誤差が±
０．７μｍのオーダーであるのに反して、２方向のそれ
は±８μｍのオーダ（１桁ちがう）である。したがって
、本発明に従うと、第１図に図示せる光部品の組み立て
において、ブロック６から突出せるファイバの先端部の
長さｔが、第２図の基準部材２５の基準面ａに結合部品
１゜を構成するブロック６の面を押し付けた時、ＬＤペ
レット２４の端面とチーΔ先球先端との間の距ＩＩ（Ｌ
−１）が２方向の許容誤差の範囲内にはいるように、フ
ァイバｌを結合部品１ｏに固定しておく。よって、レー
ザダイオードにファイバを組み込む時は、ブロック６を
基準部材２６の基準面ａの面上で動かすことによシ、ｘ
、ｙ方向の位置出しのみを行なって、最適結合位置のと
ころでブロック６に設けられた細孔７に適当な固着材を
供給して結合部品ｌＯと部材２５とを固着する。
第３図は、本発明による光学的結合方法を実施するため
の好ましい装置の全体図である。この場合、固着材とし
て半田を使用し、それ’ｆ−ＹＡＧレーザビームで溶か
す形式をとっている。
の好ましい装置の全体図である。この場合、固着材とし
て半田を使用し、それ’ｆ−ＹＡＧレーザビームで溶か
す形式をとっている。
ステムホルダ３０のソケットにステムのビンを挿入して
レーザダイオード２０ｉセツ） Ｌ、一方、ペース２６
上の架台２７に取シ付けられたホルダ９に光結合部品１
０をセットする。図示されていないけれども、ブロック
６にそれを上から押し付ける力を加えて、マイクロメー
タ２８で板バネ２９を押して、強く結合部品１０をセッ
トする。
レーザダイオード２０ｉセツ） Ｌ、一方、ペース２６
上の架台２７に取シ付けられたホルダ９に光結合部品１
０をセットする。図示されていないけれども、ブロック
６にそれを上から押し付ける力を加えて、マイクロメー
タ２８で板バネ２９を押して、強く結合部品１０をセッ
トする。
ファイバ端８はモニタ用光ディテクタ（図示せず）に接
続されており、このディテクタによってＬＤ光出力をモ
ニタリングする。レーザダイオードに電流を流して、発
振させた状態で、光結合位置合わせ用ｘ−ｙ微動台３１
でレーザダイオードをＸ−ｙ方向に微調整し、光出力が
最大となる位置を見い出す。次いで、光結合部品１０の
ブロック６にある細孔７の中にビンセットで半田を注入
し、ビーム照射位置合わせ用ｘ −ｙ微動台３２でビー
ム照射位置に細孔の位置を合致させる。最後に、ＹＡＧ
レーザビーム（図示せず）ｔ−細孔７に照射してその内
部に含まれる半田を溶融させ、よって、固着を完了する
。
続されており、このディテクタによってＬＤ光出力をモ
ニタリングする。レーザダイオードに電流を流して、発
振させた状態で、光結合位置合わせ用ｘ−ｙ微動台３１
でレーザダイオードをＸ−ｙ方向に微調整し、光出力が
最大となる位置を見い出す。次いで、光結合部品１０の
ブロック６にある細孔７の中にビンセットで半田を注入
し、ビーム照射位置合わせ用ｘ −ｙ微動台３２でビー
ム照射位置に細孔の位置を合致させる。最後に、ＹＡＧ
レーザビーム（図示せず）ｔ−細孔７に照射してその内
部に含まれる半田を溶融させ、よって、固着を完了する
。
発光素子と光ファイバとを固着させるために光結合部品
の固着材注入部、通常は細孔、に注入すべき固着材とし
て、例えば、エポキシ系樹脂などのような硬化性樹脂材
料、そして一般に半田として用いられている、例えばＳ
ｎ 、ＡｕＳｎ 、Ｉｎ 。
の固着材注入部、通常は細孔、に注入すべき固着材とし
て、例えば、エポキシ系樹脂などのような硬化性樹脂材
料、そして一般に半田として用いられている、例えばＳ
ｎ 、ＡｕＳｎ 、Ｉｎ 。
ｐｂ系合金などのような金属材料をあげることができる
。固着材として樹脂を使用する場合、所定の位置にそれ
を注入した後で自然に硬化させてもよく、さもなければ
、赤外線ランプなどの加熱手段を使用して硬化を促進し
てもよい。金属材料からなる固着材を使用する場合には
、それを溶融させて固着させるため、ＹＡＧレーザビー
ムＫｌ用することなどが推奨される。したがって、後者
の場合、ビーム照射位置合わせ用ｘ −ｙ微動台を光結
合装置に付属させることが必要である。
。固着材として樹脂を使用する場合、所定の位置にそれ
を注入した後で自然に硬化させてもよく、さもなければ
、赤外線ランプなどの加熱手段を使用して硬化を促進し
てもよい。金属材料からなる固着材を使用する場合には
、それを溶融させて固着させるため、ＹＡＧレーザビー
ムＫｌ用することなどが推奨される。したがって、後者
の場合、ビーム照射位置合わせ用ｘ −ｙ微動台を光結
合装置に付属させることが必要である。
（７）発明の効果
本発明に従うと、固着材の硬化に原因して生じるズレの
最も大きな方向が基準面でセットされており、また、そ
のズレ方向が許容誤差が最も大きな方向と一致させであ
るので、容易にかつ良好な位置精度でもって光結合部品
を固定することができる。もちろん、本発明の方法及び
再現性は良好であフ、歩留シの上昇を期待することがで
きる。
最も大きな方向が基準面でセットされており、また、そ
のズレ方向が許容誤差が最も大きな方向と一致させであ
るので、容易にかつ良好な位置精度でもって光結合部品
を固定することができる。もちろん、本発明の方法及び
再現性は良好であフ、歩留シの上昇を期待することがで
きる。
第１図は、本発明による光結合部品の好ましい一例を示
した断面図、 第２図は、レーザダイオードと光結合部品とを組み合わ
せる際の位置調整の概念を示した略示図、そして 第３図は、本発明による光学的結合方法を実施するため
の装置の全体図である。 図中、１はファイバ、６はブロック、７は固着材注入用
細孔、９はホルダ、ｌＯは光結合部品、２０はレーザダ
イオード、２１はステム、２２はスタツド、２３はヒー
トシンク、２４１ｊ：ＬＤベレット、２５は基準部材、
３０はステムホルダ、３１は光結合位置合わせ用ｘ −
ｙ微動台、３２はビーム照射位置合わせ用ｘ−ｙ微動台
、そしてａは基準面である。 第１ｙＪ 小２聞
した断面図、 第２図は、レーザダイオードと光結合部品とを組み合わ
せる際の位置調整の概念を示した略示図、そして 第３図は、本発明による光学的結合方法を実施するため
の装置の全体図である。 図中、１はファイバ、６はブロック、７は固着材注入用
細孔、９はホルダ、ｌＯは光結合部品、２０はレーザダ
イオード、２１はステム、２２はスタツド、２３はヒー
トシンク、２４１ｊ：ＬＤベレット、２５は基準部材、
３０はステムホルダ、３１は光結合位置合わせ用ｘ −
ｙ微動台、３２はビーム照射位置合わせ用ｘ−ｙ微動台
、そしてａは基準面である。 第１ｙＪ 小２聞
Claims (1)
- ｌ、光半導体素子ペレットと、該光半導体素子ペレット
の発光面より突出し且つ該発光面とほぼ平行な面を有す
る基準部材とが配設された支持体の前記基準部材に、光
ファイバが＃１に垂直に突出支持された光フアイバ支持
体を、該光ファイバの端面が前記光半導体素子ペレット
の発光面に対向する如く接触させ、前記光半導体素子と
光フアイバ端面との間の光軸方向の位置合わせを行ない
、更に光フアイバ支持体を前記基準部材に接触させた状
態で移動して前記光軸とは直角な方向の位置合わせを行
なうことを特徴とする光半導体素子と光ファイバとの光
学的な結合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57172175A JPS5961809A (ja) | 1982-09-30 | 1982-09-30 | 光半導体素子と光フアイバとの光学的結合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57172175A JPS5961809A (ja) | 1982-09-30 | 1982-09-30 | 光半導体素子と光フアイバとの光学的結合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5961809A true JPS5961809A (ja) | 1984-04-09 |
Family
ID=15936960
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57172175A Pending JPS5961809A (ja) | 1982-09-30 | 1982-09-30 | 光半導体素子と光フアイバとの光学的結合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5961809A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2591354A1 (fr) * | 1985-12-10 | 1987-06-12 | Thomson Csf | Procede de positionnement reciproque d'une fibre optique et d'un laser semiconducteur, et appareil de positionnement mettant en oeuvre ce procede |
| US4746195A (en) * | 1984-04-11 | 1988-05-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for adjusting coupling optics and the end of a waveguide relative to a semiconductor laser |
-
1982
- 1982-09-30 JP JP57172175A patent/JPS5961809A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4746195A (en) * | 1984-04-11 | 1988-05-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for adjusting coupling optics and the end of a waveguide relative to a semiconductor laser |
| FR2591354A1 (fr) * | 1985-12-10 | 1987-06-12 | Thomson Csf | Procede de positionnement reciproque d'une fibre optique et d'un laser semiconducteur, et appareil de positionnement mettant en oeuvre ce procede |
| US4728187A (en) * | 1985-12-10 | 1988-03-01 | Thomson-Csf | Method for the reciprocal positioning of an optical fiber and a semiconductor laser and a positioning apparatus using this method |
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