JPS62169487A - 光電子装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光電子装置、たとえば、レーザ光を発光（出射
）する半導体レーザ素子（レーザダイオードチップ）、
あるいは半導体レーザ部を有する集積化光デバイス（Ｏ
ＥＩＣ）等のチップをパッケージ内に組み込み、かつパ
ッケージ周壁に貫通固定された光ファイバによって前記
レーザダイオードチップから発光されるレーザ光をパッ
ケージの外部に伝送する構造の光電子装置に関する。

〔従来の技術〕

光通信用光源の一つとして、半導体レーザ装置が使用さ
れている。この光通信用レーザモジュール（半導体レー
ザ装置）については、たとえば、日立評論社発行「日立
評論Ｊ　１９８３年第１０号、昭和５８年１０月２５日
発行、Ｐ３９〜Ｐ４４に記載されている。この半導体レ
ーザ装置は半導体レーザ素子の共振器端面に光ファイバ
の先端が対向する、いわゆる直接対向方式として組み立
てられ、パッケージが箱型となる偏平形モジュールとし
て提供されている。この半導体レーザ装置は金属製ステ
ムの主面中央部を金属板からなるキャップで封止した構
造となっていて、内部に半導体レーザ素子（レーザダイ
オードチップ）およびこのレーザダイオードチップの共
５ｉ器端面から発光されるレーザ光の光出力を検出する
受光素子が内臓されている。また、この半導体レーザ装
置においては、１．３μｍ帯のレーザ光を発生するレー
ザダイオードチップを内蔵させ、かつ光ファイバとして
シングルモードファイバを使用していることによって、
長距離大容量の通信も可能となっていまた、このような
半導体レーザ装置におけるレーザダイオードチップと光
ファイバとの間の光結合効率を向上させる目的で、本出
願人は、光ファイバの先端部分を支持する支持体をあら
かじめ可撓性構造としておき、レーザダイオードチップ
の固定および光ファイバの固定後に、前記支持体の頭部
に外力を加えて支持体を動かして光フアイバ先端の位置
を修正することによって、レーザダイオードチップと光
ファイバとの光軸を一致させる技術を開発している（特
願昭５８−１．５１．５６０号に記載されている技術）
。これにより、光結合効率の高い半導体レーザ装置を高
歩留りで製造することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

レーザダイオードチップから発光されたレーザ光を受光
素子（ホトダイオードチップ）で受光してその出力をモ
ニタする場合、レーザ光の平均的な出力を検出する平均
値検出が一般的であるが。

時々刻々の光出力をより正確に検出する信号値検出も行
われている。この信号検出の場合、モニター側レーデ光
（後方出射光）のモニター光出力が前方出射光出力によ
（対応することが重要なことである。受光素子によるモ
ニター光出力（Ｐｆ）の温度特性について分析検討した
結果、レーザダイオードチップ自体にも前方／後方光出
力比の温度依存性があることが本発明者によってあきも
かにされた。すなわち、モニター光出力は受光素子の開
口数（ＮＡ）、換言すれば、レーザダイオードチップの
出射面からの距離に依存し、前方出射光を受光する光フ
ァイバの開口数に一敗することが望ましいことがわかっ
た。

そこで、受光素子の開口数を開口数が大きい光ファイバ
の開口数と同一となるように、大きくする一つの方法と
しては、受光素子の受光面積を広くすることが考えられ
る。しかし、受光素子の受光面積を広くすることは、容
量が大きくなり、直円波特性が悪くなるという問題が生
じる。また、受光素子の大きさを大きくすることなく開
口数を大きくするには、受光素子をレーザダイオードチ
ップに近づける手段が考えられる。しかし、従来の半導
体レーザ装置では、レーザダイオードチップを支持する
支持体がレーザダイオードチップの一端から長（張出し
ているため、受光素子をレーザダイオードチップに近接
配置できない。

本発明の目的はレーザ光出力をモニターする受光素子の
開口数を大きくできる光電子装置を提供することにある
。

本発明の他の目的は光ファイバおよび受光素子の開口数
を一致させることにより、レーザ光出力のモニター精度
向上が達成できる光電子装置を提供することにある。

本発明の他の目的は高周波特性が良好な光電子装置を提
供することにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔問題点を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりであすなわち、本発
明の半導体レーザ装置にあっては、レーザダイオードチ
ップの前方出射光を取り込む光ファイバをレーザダイオ
ードチップを支持する支持体上方に延在させるとともに
、後方出射光を出射する出射面が前記支持体の一端面と
略同一面となるように支持体にレーザダイオードチップ
が固定され、かつ受光素子はレーザダイオードチップに
近接して配設され、受光素子の開口数と光ファイバの開
口数はいずれも同一値、たとえば、０．２と一致させる
。

〔作用〕

上記した手段によれば、レーザ光出力をモニターする受
光素子の開口数は、光ファイバの開口数と同一値となっ
ていることから、温度による遠視野像のゆらぎ等の変化
が前方出射光および後方出射光で略同等となり、前方出
射光と後方出射光の光出力比が温度に対して安定し、高
精度な光出力モニターが行える。また、本発明によれば
、受光素子をレーザダイオードチップに近づけることが
可能となることから、より一層受光素子の大きさを小さ
くできることにもなり、より高い周波数での光通信も可
能となる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例による半導体レーザ装置の要
部を示す断面図、第２図は同じく半導体レーザ装置の概
要を示す斜視図である。

本発明の半導体レーザ装置（光電子装置）は、第２図に
示されるように、偏平形モジュールとなっていて、パッ
ケージ１は、各部品をその主面側窪みに組み込んだ箱型
金属製のステム２と、このステム２の窪み部分を塞ぐ金
属製のギヤツブ３とによって形成されている。このパッ
ケージ１からは、一本の光フアイバケーブル４と、一対
２組合計４本のり一層５が突出した構造となっている。

なお、ステム１の少なくとも二隅には取付孔６が設けら
れている。

前記ステム２の窪み底中央の矩形の台座部７上には支持
体８が固定されている。この支持体８上には、レーザダ
イオ−・トチツブ（半導体レーザ素子）９が固定されて
いる。前記支持体８は、第２図に示されるように、ステ
ム２の台座部７上に接合材１０を介して固定され、し・
−ザダイオードチップ９はこの支持体８上に接合材１１
を介して固定されている。

また、前記ステム２の周壁には、筒状のファイバガイド
１２が貫通状態で挿入されるとともに、図示しない鑞材
によって気密的に固定されている。

このファイバガイド１２は、ステム２に挿入される長い
スリーブ１３．ステム２の側面に当接する大径のストッ
パー１４．ストッパー１４部分よりも細いカシメ部１５
とによって構成されている。

このファイバガイド１２には、光フアイバケーブル４の
先端部が挿入されている。この挿入部分は、ジャケット
が付いた部分と、その先端のジャケットが剥がされてコ
アとクラッドからなる芯線（光ファイバ）１６とからな
っていて、ジャケット部分はカシメ部１５のカシメによ
ってファイバガイド１２に固定されるとともに、芯線１
６は接合材１７でファイバガイド１２に固定されている
。また、前記ファイバガイド１２から突出する芯線１６
は前記ステム２に固定された調整ボスｌ−１，８の挿入
孔に挿入されかつ固定材Ｉ９で固定されている。

一方、ステム２の側面に突出するレーザダイオ−トチ・
ンプ用の２本のり一層５にあっては、一方のり−ド５は
絶縁体２０を介してステム２に貫通固定されている。こ
のリード５の内端には、一端が前記レーザダイオードチ
ップ９の表面電極に固定されたワイヤ２１の他端が固定
されている。また、レーザダイオードチップ用の他のリ
ード５は、ステム２に直接固定されている。このリード
５は、ステム２．支持体８を介してレーザダイオードチ
ップ９の下部電極に電気的に接続されている。したがっ
て、この一対のリード５間に所定の電圧が印加されると
、レーザダイオードチップ９の両端の発光面からレーザ
光を発光する。

また、前記ファイバガイド１２に対して反対側に位置す
る２本のリード５の内端はステム２を貫通するとともに
、その先端は、セラミックからなるブロック２２の近傍
に臨んでいる。前記リード５はブロック２２の主面から
その側面に亘って延在する導体層２３にそれぞ電気的に
接続された端子板２４．２５に半田等の鑞材２６によっ
て接続されている。前記一方の端子板２４には受光素子
（ホトダイオードチップ）２７が固定され、他方の端子
板２５には前記受光素子２７の電極に一端が接続された
ワイヤ２８の他端が接続されている。

したがって、これら一対のり−ド５は受光素子２７の出
力端子となる。なお、これら一対のり−ド５は絶縁体２
９を介してステム２に固定されている。

また、これは、本発明の特徴的な構造形態であるが、第
１図に示されるように、前記レーザダイオードチップ９
は受光素子２７側に寄った支持体８の主面上に固定され
るとともに、前記調整ポスト１８に支持された芯線１６
の先端は、支持体８の主面上方に延在し、その先端を前
記レーザダイオードチップ９の二点鎖線で示される共振
器３０の端面となる一方の出射面に対面させている。ま
た、この状態では、レーザダイオードチップ９の出射面
とこれに対面する芯線１６の先端間隔は数十μｍ〜１０
０μｍ前後、レーザダイオードチップ９の出射面と受光
素子２７の受光面との間隔は、２００μｍとなり、いず
れも開口数が０．　２程度となり一致している。なお、
前記受光素子２７をレーザダイオードチップ９に２００
μｍ程度に近接するために、レーザダイオードチップ９
の受光素子２７に対面する端面ば、このレーザダイオー
ドチップ９を載置する支持体８および支持体８を載置す
る台座部７の端面と一致するか、あるいは数μｍと突き
出した構造となっている。また、芯！’ｉ１６は１２５
μｍφと細いこともあって、レーザダイオードチップ９
を搭載する支持体８の上方に延在させても、高さが１０
０μｍ程度のレーザダイオードチップ９の上面から数μ
ｍ下に位置する共振器３０の端から出射されるレーザ光
３１を支障なく取り込むことができる。

このような、半導体レーザ装置はレーザダイオードチッ
プ用の一対のリード５間に所定の電圧が印加されること
により、第１図に示されるように、レーザダイオードチ
ップ９の共振器３０の端面（出射面）からレーザ光３１
を発光する。レーザ光３１による光情報は光フアイバケ
ーブル４を伝送媒体として、所望箇所に伝送される。ま
た、レーザ光３１の光出力は常時受光素子２７によって
モニターされ、光出力が一定となるように制御される。

この際、レーザダイオードチップ９から発光されるレー
ザ光３１の光出力をモニターするためにレーザダイオー
ドチップ９の後方出射光を受光する受光素子２７の開口
数は、前方出射光を取り込む光フアイバケーブル４（芯
＆５ｔ１６）の開口数と同一値となっていることから、
温度による遠視野像のゆらぎ等の変化が前方出射光およ
び後方出射光で略同等となり、前方出射光と後方出射光
の光出力比が温度に対して安定し、高精度な光出力モニ
ターが行える。また、受光素子２７はレーザダイオード
チップ９に近くなることからモニター電流が従来の約４
倍と高くなりモニター精度が安定する。また、受光素子
２７はレーザダイオードチップ９に近くなることから受
光素子２７の受光面積は小さくてもよくなり、受光素子
２７のサイズを小さくできる。

このような実施例によれば、つぎのような効果が得られ
る。

（１）本発明によれば、レーザ光の前方出射光を取り込
む光ファイバの開口数と、レーザ光の後方出射光を受光
してレーザ光強度をモニターする受光素子の開口数は、
同一値となっていることから、温度による遠視野像のゆ
らぎ等の変化が前方出射光および後方出射光で略同等と
なり、前方出射光と後方出射光の光出力比が温度に対し
て安定し、高精度な光出力モニターが行えるという効果
が得られる。

（２）本発明によれば、受光素子に対面するレーザダイ
オードチップの一端面が、レーザダイオードチップを支
持する支持体の端面と同一面となっていることから、受
光素子をレーザダイオードチップの出射面に対して、た
とえば、２００μｍと近接できるため、高いモニター電
流が得られ、モニタ−精度が向上するという効果が得ら
れる。

（３）上記（２）により、本発明によれば、受光素子を
レーザダイオードチップに近接できるため、受光素子の
受光面積の縮小化も可能となり、受光素子の小型化によ
って、より高い周波数における光通信も可能となるとい
う効果が得られる。

（４）上記（３）により、本発明によれば、受光素子の
小型化によって、半導体レーザ装置の小型化も可能とな
るという効果が得られる。

（５）上記（２）により、本発明によれば、受光素子を
レーザダイオードチップに近接できるため、受光素子の
開口数は、光フアイバケーブルの高い開口数と同一の開
口数とすることができるため、温度による遠視野像のゆ
らぎ等の変化が前方出射光および後方出射光で略同等と
なり、前方出射光と後方出射光の光出力比が温度に対し
て安定し、高精度な光出力モニターが行えるという効果
が得られる。

（６）上記（１１〜（５）により、本発明によれば、高
周波特性および温度特性に優れかつ高信頼度の光出力モ
ニターが可能な半導体レーザ装置を提供することができ
るという相乗効果が得られる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない、たとえば、光ファイバと
して、コア径が５０μｍと太いマルチモードファイバを
用いても前記実施例同様な効果が得られる。また、前記
レーザダイオードチップ９は台座部７に直接固定しても
前記実施例同様な効果が得られる。この場合、受光素子
２７がレーザダイオードチップ９に近接できるように、
レーザダイオードチップ９の受光素子２７に対面する出
射面が台座部７の端面と同一あるいは突出した構造とし
ておく必要がある。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である光通信用技術に適用
した場合について説明したが、それに限定されるもので
はなく、たとえば、光集積回路（ＯＥＩＣ）等による光
通信技術、あるいは光による計測技術等にも適用できる
。

本発明は少なくとも高周波帯域で駆動されるレーザダイ
オードチップとこのレーザダイオードチップの両端の出
射面に光学系を対峙させた構造の光電子装置に適用でき
る。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。

本発明の半導体レーザ装置にあっては、レーザ光出力を
モニターする後方出射光を受光する受光素子の開口数は
、前方出射光を取り込む光ファイバの開口数と同一値と
なっていることから、温度による遠視野像のゆらぎ等の
変化が前方出射光および後方出射光で略同等となり、前
方出射光と後方出射光の光出力比が温度に対して安定し
、高精度な光出力モニターが行える。また、受光素子を
レーザダイオードチップに近づけることが可能となるこ
とから、より一層受光素子の大きさを小さくできること
にもなり、より高い周波数での光通信も可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による半導体レーザ装置の要
部を示す断面図、 第２図は同じく半導体レーザ装置の概要を示す斜視図で
ある。 １・・・パッケージ、２・・・ステム、３・・・キャッ
プ、４・・・光フアイバケーブル、５・・・リード、６
・・・取付孔、７・・・台座部、８・・・支持体、９・
・・レーザダイオードチップ（半導体レーザ素子）、１
０．１１・・・接合材、１２・・・ファイバガイド、１
３・・・スリー７’、１４・・・ストッパー、１５・・
・カシメ部、１６・・・芯線（光ファイバ）、１７・・
・接合材、１８・・・調整ポスト、１９・・・接合材、
２０・・・絶縁体、２１・・・ワイヤ、２２・・・ブロ
ック、２３・・・導体層、２４．２５・・・端子板、２
６・・・鑞材、２７・・・受光素子（ホトダイオード）
、２８・・・ワイヤ、２９・・・絶縁体、３０・・・共
振器、３１・・・レーザ光。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、発光素子と、この発光素子から発光された光を取り
   込む複数の光学系と、を有する光電子装置であって、前
   記各光学系の開口数は同一あるいは近似していることを
   特徴とする光電子装置。 ２、前記光電子装置は、一対の出射面からそれぞれレー
   ザ光を発光するレーザダイオードチップと、一方の出射
   面から発光されたレーザ光を取り込む光ファイバと、他
   方の出射面から発光されたレーザ光を受光する受光素子
   と、からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の光電子装置。 ３、支持体と、この支持体の主面に固定されたレーザダ
   イオードチップと、前記レーザダイオードチップの一方
   の出射面から発光されるレーザ光を取り込む光ファイバ
   と、前記レーザダイオードチップの他方の出射面から発
   光されるレーザ光を受光する受光素子と、を有する光電
   子装置であって、前記レーザダイオードチップの一端の
   出射面は前記支持体の一端と略同一面となっているとと
   もに、この面側に前記受光素子が対峙していることを特
   徴とする光電子装置。 ４、前記光ファイバは前記支持体の主面上方に延在して
   いることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の光電
   子装置。 ５、前記光ファイバの開口数と受光素子の開口数とは一
   致していることを特徴とする特許請求の範囲第３項また
   は第４項記載の光電子装置。