JPS63229410A - 半導体レ−ザ・光フアイバ結合モジユ−ルの製造方法 - 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 本発明は光通信等に利用される半導体レーザと　・光フ
ァイバの結合モジュールの製造方法に関するものである
。

従来の技術 従来の半導体レーザと光ファイバの結合モジュールの製
造方法を示すためのモジュールの構造の縦断面図を第２
図に示す。第２図において１はバクケージステム、２は
半導体レーザ、３はモニタ用受光素子、４は気密封止の
だめの窓付のパッケージキャップ、６はレンズ、６はレ
ンズホルダ、了はフェルールホルダ ファイバ素線、１０は光ファイバである。このモジュー
ルの製造方法は、まずレンズ６を樹脂接着、ハンダ付等
でレンズホルダ６に固定し、さらにレンズホルダθはパ
ンケージステム１に抵抗溶接等で固定する。ここで半導
体レーザ２とレンズ６の光学軸平向方向の位置調整はパ
ッケージキャップ４あるいはパッケージステム１とレン
ズホルダｅをはめ込むことで行ηわれている。そのため
パッケージキャップ４あるいはパッケージステム１に対
して半導体レーザ２は精度良く固定されておりレンズ６
はレンズホルダ６に対して精度良く固定されている。ま
た光学軸垂直方向すなわち半導体レーザ２とレンズ５と
の距離の調整は調整治具等で機械的位置合わせが行われ
ている。−力先ファイバ素線９はフェルール８に樹脂接
着剤で固定されておりフェルールホルダ７に２μｍ程度
のクリアランスを設けてガイドされている。このフェル
ール８をマニュピレータ等で保持し光学軸平向方向（２
方向）および光学軸垂直方向（ｘ−ｙ方向）に調整を行
って結合効率最大となるところでＡおよびＢの部分をＹ
ＡＧレーザ溶接固定していた。

発明が解決しようとする問題点 このような従来の製造方法においては、パッケージステ
ム１あるいはパッケージキャップ４と半導体レーザ２の
相対的な位置ずれは現状の製品では”　＋　Ｖ　＋　ｚ
方向それぞれ＋６０ｐｒｎ程度存在しているため結合効
率の劣化が発生したり集光位置の光学軸垂直方向のずれ
が発生しフェルールホルダ７がレンズホルダ６からはみ
出したりするという問題があった。また半導体レーザ・
光ファイバ結合モジュールでは光ファイバ入射端で反射
による半導体１７ーザの雑音発生を防ぐため第４図に示
すように８°斜め研磨した光ファイバが使用されており
この光ファイバで最大結合効率を得るには半導体レーザ
とレンズの光学軸を光学軸垂直方向にある距離に離す必
要がある。この様子を第３図に示す。横軸は半導体レー
ザとレンズの光学軸ずれｒｌ（μｍ）であり縦軸は規格
化結合効率（チ）である。半導体レーザの発振波長は１
．３μｍ，光ファイバはコア径１０μｍのシングルモー
ド光ファイバ、レンズは日本板硝子株式会社製先球セル
フォックレンズ（Ｈ１８０２ＯＢ　１３０Ｍ，Ｏ。２ピ
ツチ）を使用した時の特性である。第３図に示すように
最大結合効率はｒ１キ８０μｍの時であり結合効率の１
０優劣化を許容するとしたらｒ１キロ０〜１２０μｍの
範囲にする必要がある。

ここでは半導体レーザとレンズの光学軸ずれ方向と光フ
ァイバの８０斜め研磨の方向はそろえ、である。このよ
うな場合、従来の製造方法においては結合効率の劣化が
発生する場合もあることになる。

第２図の従来例において、パッケージキャップ４あるい
はパッケージステム１とレンズホルダ６を機械的精度で
はめ込み半導体レーザ２とレンズ５の光学軸の光学軸垂
直方向の位置合わせを行なわずレンズホルダ６を光学軸
垂直方向に自由に動かせる構造にしてレンズホルダ６を
調整するごとに光ファイバ素線９を調整し結合効率をモ
ニターして最適の所でレンズホルダ６をパッケージステ
ム１に固定する方法もあるが、この方法では製造時間が
かかるという欠点があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、製造方
法が容易であり製造時間も短くてすみさらに結合効率の
劣化およびばらつきが少い半導体レーザ・光ファイバ結
合モジュールの製造方法を提供することを目的としてい
る。

問題点を解決するだめの手段 本発明は上記問題点を解決するために，前記半導体レー
ザを第１の固定部材に固定し、第１の固定部材との相対
的位置を固定した光学軸位置検出器で前記半導体レーザ
の光学軸を検出した後に前記第１の固定部材上で光学軸
垂直方向に位置調整可能な前記レンズを固定した前記第
２の固定部材を摺動させながら前記レンズによる集光点
を前記光学軸位置検出器で検出し前記半導体レーザの光
学軸に対する前記レンズの光学軸垂直方向の位置決めを
行い前記第１の固定部材と前記第２の固定部材を固定す
ることを第１の工程とし第２の工程として前記光ファイ
バを、光学軸平行および垂直方向に位置調整し結合効率
の最大となる位置で光学軸平向方向を前記第３の固定部
材に固定してさらに光学軸垂直方向の位置調整を行い結
合効率の最大の位置で前記第１の固定部材あるいは前記
第２の固定部材に前記第３の固定部材を固定するもので
ある。

作　　用 本発明は上記した製造方法であり、半導体レーザの光学
軸とレンズによる集光点を検出することにより半導体レ
ーザとレンズの光学軸ずれをモニターすることにより最
大結合効率の得られるレンズの位置設定が可能となり結
合効率の劣化およびばらつきが少なく、さらに製造方法
が容易であシ製造時間も短縮できるものである。

実施例 以下に本発明の一実施例における半導体レーザ・光ファ
イバ結合モジュールの製造方法について第１図を用いて
説明する。第１図において従来例の第２図と共通部分の
説明は省略する。１１は半導体レーザホルダ、１２は半
導体レーザ固定ネジ、１３は窓のついたパッケージ、１
４は光半導体位置検出素子、１６は光学軸検出回路、１
６はレンズホルダであシ、また図中での黒色矢印はＹＡ
Ｇレーザ溶接固定部分を示す。特許請求の範囲における
第１の固定部材とはここでは半導体レーザホルダ１１の
ことであり、第２の固定部材とはレンズホルダ１６のこ
とであり、第３の固定部材とはフェルールホルダ７のこ
とでありＹＡＧレーザ溶接可能な金属材料であり５ＵＳ
３０４を採用している。また光学軸位置検出器とは光半
導体位置検出素子のことである。以下製作方法の平頂に
沿って説明する。

まず第１図（、）において半導体レーザ２は窓付のパッ
ケージ１３に納めてあシ半導体レーザホルダ１１にはめ
込み半導体レーザ固定ネジ１２で締めつけＹＡＧレーザ
溶接で半導体レーザホルダ１１と半導体レーザ固定ネジ
１２を固定する。次に半導体レーザホルダ１１をチャッ
ク等でつかみ半導体レーザ２との相対的位置を固定した
光半導体位置検出素子１４をその面が光学軸と垂直とな
るように設置し、半導体レーザ２を駆動して光半導体位
置検出素子１４からの信号を光学軸検出回路１５で処理
することにより半導体レーザ２の光学軸が光半導体位置
検出素子１４の面のどの位置にあるかを検知する。ここ
で光半導体位置検出素子１４は半導体のＰ　Ｎ接合素子
の正方形の形状の相対する辺に電極を設けその電極に流
れる電流値で最大光量の照射されている位置を算出でき
るものである。例えば浜松ホトニクス株式会社のＰＳ１
３００゜半導体位置検出素子（ＰＳＤ）は素子寸法１１
０Ｘ１０で分解能６μｍ程度のものが市販されている。

これはＳｉ半導体であるだめ短波長用に限られるが１．
３μｍあるいは１．５μｍの長波長用にはＧｏあるいは
ＩｎＧａＡｓ半導体等で同様の構造のもので利用できる
。また半導体レーザ２は出射光の半値全角で３０度程度
あり光半導体位置検出素子１４を１０ｒｍ程度離れた位
置に設置した場合出射光は約１０８φ程度に拡がってい
るがこの光半導体位置検出素子１４は最大光量の照射さ
れている１点のみを検知できるため半導体レーザ２の光
学軸を検出できる。

次に第１図（ｂ）において、レンズ５ばＡｕメッキされ
ておりレンズホルダ１６にハンダ付で固定する。レンズ
ホルダ１６は５ＵＳ３０４のためハンダ付はできないの
で黄銅等にレンズ固定穴を設けたものをＮ１メッキしレ
ンズホルダ１６に圧入して用いる。レンズ６の光学軸平
向方向の位置調整すなわち半導体レーザ２とレンズ５の
距離の位置調整は光学軸垂直方向に比べて調整精度がゆ
るく機械的精度で合わせ込める。例えば半導体レーザ２
として１．３μｍ波長のもの使用し、レンズ６として、
日本板硝子株式会社製の先球セルフォックレンズ（Ｈｌ
　８０２０Ｂ１３０Ｍ　、０．２ピツチ）ものを使用し
た場合で最大結合効率の得られる半纏体レーザ２とレン
ズ５の距離は０．８６ｍｍ付近であり最大結合効率から
の劣化１０％を許容するとしたう０．７〜０．９５ｍｍ
の範囲となりレンズホルダ１６へのレンズ５の挿入ノ・
ンダ付固定の際に位置決め治具等を利用することで解決
できる。

次にこのレンズ５を固定したレンズホルダ１６を半導体
レーザホルダ１１上で光学軸垂直方向に摺動し光半導体
位置検出素子１４および光学軸検出回路１５で集光位置
を検出する。

ここであらかじめ結合効率が最大となるときの半導体レ
ーザ２の光学軸とレンズ６で集光した光の集光位置の距
離を同様の方法で求めておきその距離になるようにレン
ズホルダ１６を摺動した後にＹＡＧレーザ溶接（図中黒
色矢印）で半導体レーザホルダ１１とレンズホルダ１６
を固定する。光ファイバ１０の入射端がフラットな場合
は半導体レーザ２の光学軸とレンズ５での集光位置は同
じときに最大結合効率となるのであるが先にも述べたよ
うに光ファイバ入射端での近端反射雑音を低減するため
通常光ファイバ１０の入射端は８°斜め研磨したものが
用いられておりその場合は半導体レーザ２の光学軸とレ
ンズ５での集光位置は０．５ｍｍ前後離れている時が最
大結合効率となる。

また半導体レーザ２、レンズ５、光ファイバ１０の種類
によって最大結合効率となる位置関係は異なるので最大
結合効率となる位置関係を先にもとめておく必要がある
。

次に第１図（ｃ）において先に光半導体位置検出素子１
４を取りはずし、光ファイバ１０をフェルール８に接着
剤で固定し８０斜め研磨したものをフェルールホルダ７
に挿入しフェルール８を光学軸平行および垂直方向に摺
動させ最大結合効率のところでまず光学軸平向方向すな
わちフェルールとフェルールホルダ７をＹＡＧレーザ溶
接固定し次に再び光学軸垂直方向の位置調整をした後に
光学軸垂直方向すなわちフェルールホルダ７とレンズホ
ルダ１６にＹＡＧレーザ溶接固定して半導体レーザ・光
ファイバ結合モージュールは完成する。

ここで光ファイバの固定の際、先に光学軸垂直方向を固
定し次に光学軸平向方向を固定するとフェルール８とフ
ェルールホルダ７とのクリアランスのため光学軸平向方
向の固定のときに光学軸垂直方向の位置ずれが発生しＹ
ＡＧレーザ溶接固持の結合効率の劣化激しい。

光ファイバ固定の工程に掻いては第１図（ａ）　、　（
１））の工程で半導体レーザ２とレンズ５の光学軸ずれ
の方向が検出できているのでフェルール８の８゜斜め研
磨方向を先に第３図のところで述べたように光学軸ずれ
の方向に合わせておいてから行うとよい。

本実施例においては光半導体位置検出素子としては浜松
テレビの半導体位置検出素子（ＰＳＤ）を使用したが、
固体撮像素子を用いてもよい。まｆｃ　７エルールホル
ダ了はレンズホルダ１６に固定したが、半導体レーザホ
ルダ１１に固定する構造のものを採用してもよい。光学
軸検出回路１６をモニタしながらのレンズ５の位置調整
、フェルール８の８°斜め研磨方向を半導体レーザ２と
レンズ５の光軸ずれの方向に合わす、あるいは光ファイ
バ１０への最大結合効率をとるため調整等はすべて自動
化して行うことが可能である。

発明の効果 以上述べてきたように本発明の方法によれば、結合効率
の劣化やばらつきも少なく作業も容易でありさらに自動
化も容易であることから生産性の向上を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における半導体レーザ・光フ
ァイバ結合モジュールの製造方法を説明するだめの工程
図、第２図は従来の製造方法を説明するための半導体レ
ーザ・光ファイバ結合モジュールの縦断面図、第３図は
８°斜め研磨光ファイバに対する半導体レーザとレンズ
の光学軸ずれによる結合効率の変化を示す特性図、第４
図は同レーザとレンズの光学軸ずれの状態を示す側面図
である。 ２・・・・・・半導体レーザ、５・・・・・・レンズ、
６，１６・・・・・・レンズホルダ、１１・・・・・・
半導体レーザホルダ、了・・・・・・フェルールホルダ ・・・・・・光ファイバ、１４・・・・・・光半導体位
置検出素子、１５・・・・・・光学軸検出回路。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名ｘ−
４４１もＬ−デ ｓ−ｂジス” ？’ー７ｒＬ−ル不ルダ δーリフ２ノＬ− ルＯーー光′７７４八゛ ｔ３〜−ハ：／り一ジ １−−−ノ１１，す・−ジスクシへ ５−゛レンス°１ １；−−−　　　ｎ　　　；ｆ，　）（、　ｔ）’７−
よりルーｌＩ／Ｗ，ルダ ８−７．ルール 第３図 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体レーザと、光ファイバと、前記半導体レー
   ザからの出射光を前記光ファイバに集光するレンズと、
   前記半導体レーザを固定する第１の固定部材と、前記レ
   ンズを固定する前記第１の固定部材上で光学軸垂直方向
   に摺動可能な第２の固定部材と、前記光ファイバを光学
   軸平行方向および垂直方向に摺動して前記第１の固定部
   材あるいは前記第２の固定部材に固定する第３の固定部
   材と、光の照射位置を検出する光学軸位置検出器とを具
   備し、前記半導体レーザを固定した前記第１の固定部材
   と前記光学軸位置検出器の相対的位置を固定し前記光学
   軸位置検出器で前記半導体レーザの光学軸を検出するこ
   とを第１の工程とし、第２の工程として前記レンズを固
   定した第２の固定部材を前記第１の固定部材上で光学軸
   垂直方向に摺動させ集光位置を前記光学軸位置検出器で
   検出して前記半導体レーザの検出した光学軸と比較する
   ことで前記レンズの位置決めを行った後に前記第１の固
   定部材と前記第２の固定部材を固定し、第３の工程とし
   て前記光ファイバを光学軸平行方向および垂直方向に摺
   動し、結合効率が最大となる位置で光学軸平向方向を前
   記第３の固定部材に固定した後に光学軸垂直方向の位置
   調整を再び行い結合効率の最大となる位置で前記第１の
   固定部材あるいは前記第２の固定部材に前記第３の固定
   部材を固定する半導体レーザ・光ファイバ結合モジュー
   ルの製造方法。
2. （２）光学軸位置検出器は光半導体位置検出素子である
   特許請求の範囲第１項記載の半導体レーザ・光ファイバ
   結合モジュールの製造方法。
3. （３）第１の固定部材、第２の固定部材、第３の固定部
   材および光ファイバのそれぞれの固定はＹＡＧレーザ溶
   接固定である特許請求の範囲第１項記載の半導体レーザ
   ・光ファイバ結合モジュールの製造方法。