JPS6370589A - 半導体レ−ザモジユ−ル - 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〕 本発明はペルチェ素子を内蔵しかつ箱型の外形を有する
シングルモード光ファイバ通信用半導体レーザモジュー
ルに関し、特に半導体レーザと光ファイバとの結合効率
が優れるとともに結合の経時安定性と温度安定性に優れ
、かつ組立作業時の作業性に優れた半導体レーザモジュ
ールに関する。

〔従来の技術〕

半導体レーザモジュール（以下、ＬＤモジエールと称す
る）は半導体レーザと光出力用ファイバを一体化して組
立てたもので、光フアイバ通信技術の中で不可欠のデバ
イスである。特に大容量長距離光７アイμ通信を行なう
場合にはシングルモードファイバ（以下、ＳＭＦと称す
る）が用いられるので、ＳＭＦのついたＬＤモジュール
（以下、ＳＭＦ−ＬＤモジー−ルと称する）が必要とな
る。

従来、さまざまな形態のＬＤモジエールが開発され、実
用化されているが、その中でも特に広く用いられている
ＬＤモジエールとして、温度制御用ペルチェ素子を内蔵
し、箱型のケースの中に組込まれたＬＤモジュールがあ
る。日本電気（株）においてもこの形態のＬＤモジエー
ルを製造しておシ、その外形図を第３図に示す。このタ
イプのＬＤモジュールは本体部分にデュアル壷イン・２
イン・パッケージ（ＤＩＰ）を用いているので、ＤＩＰ
型モジユールと呼ばれて後出の同軸型モジエールと区別
されている。このＤＩＰ型モジユールは次に述べるよう
な多くの利点を有している。

第１に、単一のパッケージの中に多くの素子を一括して
実装できるという利点がある。しかも、個々の素子につ
いては気密性をとらずにハイブリッド実装とし、全体を
一つのパッケージで封止するので、内部に含まれる素子
数が多くなっても全体の寸法は小型に抑えることができ
る。実際、当社で製造されているＤＩＰ型モジユールは
、柴沼、大島、開封、産出の論文「光通信用Ｄ　Ｉ　Ｐ
ＷＬＤモジエール」（昭和６０年１月２５日発行「ＮＥ
Ｃ技報Ｊ　Ｖｏｌ、３８　Ｎｏ、２掲載）の中で説明さ
れているように、半導体レーザ、モニタダイオード、ペ
ルチェ素子、サーミスタおよび光出力用ファイバが単一
のパッケージ内に実装されている。このように、複数の
素子を単一のパッケージの中に実装することは後出の同
軸型モジエールでは困難であシ、ＤＩＰｇモジュールで
は可能である。特に前出の論文で説明されているＤＩＰ
型モジュールでは温度制御用のペルチェ素子と温度検出
用のサーミスタが内蔵されているので、半導体レーザの
温度変化に伴う発振しきい値や外部微分量子効率の変動
を抑えることがてきる。また変調とットレートの高速化
に伴ない将来は１５」様なハイブリード実装法によりド
ライブ回路ｔ−半導体レーザの近傍に実装することが必
要になることが考えられる。

第２の利点として実装性に優れていることが挙げられる
。ＤＩＰ型モジュールではパッケージが集積回路で用い
られるパッケージと同様に本体部分が箱型の形状である
と同時に、リードが整然と配列されているので、プリン
ト基板上に容易に実装するととができる。そのため、Ｄ
ＩＰ型モジユールのビンコネクシ嘗ンの標準化も集３ｉ
回路と同様に進んでいる。実際、前出の論文で説明され
ているＤＩＰｆｉモジ１−ルは米圓、英国、西ドイツ、
７２ンスなと世界各地で製造され、使用されているが、
そのピンコネクシ璽ンや外形寸法等はほとんど同じであ
シ、相互に互換性を有している。この九め、ＤＩＰモジ
畠−ルの製造会社が異なってもそれを実装する場合には
プリント基板の設計を変更する必要がなく、非常に便利
である。このようなことは後出の同軸型モジエールには
見られない特長である。

次にＤＩＰモジエールの内部構造について、当社で製造
しているＤＩＰモジュールの構造を例に挙げ、具体的に
説明する。

第３図はＤＩＰ型モジ為−ルの内部構造を示す見取シ図
および部分断面図である。ただし説明に必要でないもの
については省略し、簡略化して描かれている。同図にお
いて半導体レーザ１はヒートシンク２を介してチップキ
ャリア３／の上にマウントされ、さらにモニタダイオー
ド４、チップサーミスタ５とともに基板７′　の上にマ
ウントされている。さらに基板７′はケース９′の上に
固定されたペルチェ素子８の上にマウントされている。

チップキャリア３′　はファイバ支持部３″を有してお
シ、ファイバ支持部３″の上に石英ファイバ２２が低融
点ソルダー２１によジノ１ンダ付けされている。石英フ
ァイバ１４′　　の先端は球面状に加工されておシ、ま
た側面はメタライズされている。

またケース９′　の内部の各素子とリード２２との間は
ボンディングワイヤ２３によシ接続されている。石英フ
ァイバ１４′はケース９′の外部では被覆２４、テンシ
目ンメンハ２５、シース２６によシ保護されておシ、シ
ース２６がとぎれるところでは金属＄１５’　　によシ
保護されている。石英ファイバ１４′　　のメタライズ
された部分と金属筒１５′　　とはハンダづけにより封
止されておシ、さらに金属筒１５／　　と突出部１１′
とは同じくハンダ付けによシ封止されている。この構造
のＬＤモジエールは前出の論文の中で説明されているよ
うに日本電気（株）において製品化され、石英７アイパ
１４’　　としてマルチモード７アイ府を用いたものと
、シングルモードファイバを用いたものとが製造されて
いる。また同種のＬＤモジエールが多くの企業で製造さ
れておシ、世界各国で広く実用されている。

前述のようにＤＩＰモジ為−ルは使用する側にとっては
極めて便利なモジエールであり、世界各国で広く用いら
れている理由もそこにある。しかしながら前述の構造の
モジエールは製造することが難しいという問題がある。

以下、この問題について説明する。

第１に石英ファイバ１４′をファイバ支持部３／′の上
に低融点ソルダー２１によシハンダ付けする作呆が難し
く熟練を必要とするという問題である。

この作業が難しい理由はいくつかあるが、主なものを挙
げると ■　先球ファイバは破損しやすく、取扱いが難しい。

■　半導体レーザベレットに極めて近いところで作業し
なければならないので慎重に作業しないとペレットに損
傷を与える危険がある。

■　ケースの内部では７ラツクスを使用できないので、
ハンダがファイバによくなじむように作業条件を厳しく
管理しなければならない。

■　半導体レーザとファイバの位置合わせに要求される
精度が極めて厳しく、シかもファイバを固定した後もそ
の精度を維持しなければならない。

などが挙げられる。これらの問題点はこの構造のモジエ
ールで採用されている先球７アイパ結合方式の特有の問
題である。このうち■■に関しては熟練によって解決が
可能である。■の問題に関しは解決を断念してソルダー
のかわシに接着剤を用いている例もあるが、不活性ガス
を封入して気密封止したパッケージの内部で接着剤を用
いることは不純物ガスの発生を招いて半導体レーザの信
頼度に悪影響を及ぼすし、また固化した接着剤の経時変
化によって半導体レーザとファイバの位置関係がずれや
すい。■の問題は先球ファイバ結合方式自体が持ってい
る問題点で、後述するように他の方式と比較しても先球
７アイパ結合方式の場合には位置合わせに要求される精
度は厳しい。また位置合わせ精度が厳しいということは
、ファイバ固定後に固定剤等の経時変化によって半導体
レーザと７アイパの位置関係がずれ、結合効率が劣化す
る！因となる。

第２の問題点は気密性の問題である。前述の構造のＤＩ
Ｐモジー−ルの場合、ファイバがケースの内部に導入さ
れる部分でファイバの外周を保護する金属筒１５′と突
出部１１′とがハンダ付けによシ封止されている。この
ハンダ付けを行なう際にも７：７ツクスを用いることが
できないから、気密性を確保するためには作業条件の厳
しい管理が必要となる。さらに気密試験を行なう際にも
問題がある。一般に高い信頼性を保証しようとする電子
デバイスの場合にはグロスリークテストのほかにファイ
ンリークテストを行なうが、前述の構造の場合にはファ
インリークテストを行なうことが困難である。なぜなら
ファインリークテストでは通常放射性ガスかヘリウムガ
スを用いるが、いずれの場合もガス圧ｍ時にガスが７ア
イパの波長に吸着ガスを区別できなくなるからである。

このような難点が生じるのはそジェール本体にファイバ
が取付けられてはじめて気密封止されるためであって、
先球７フイパ結合方式の場合にはその順序音道にするこ
とはできないから、この難点はこｃＩｋｉ合万式合体式
自体ている問題点でるるといえる。

このよりに、この構造０Ｌ３ＩＰモジ為−ルの問題点は
主として先球ファイバ結合方式に由来しでいる。しかし
、それにもかかわらず先球ファイバ結合方式はペルチェ
素子を内蔵したＤＩＰモジュールの結合方式としてにと
んど例外なく用いられている。！Ｌｆｃ同じ先球７フイ
パ結合方式でもファイバの固定方法にさまざまな工夫が
なされている。

たとえば、先球ファイバの固定の際に接層剤を用層る方
法や、先球ファイバの先端近傍に金ａｇ。

ブロックｔハンダ付けしておき、そのブロックを半導体
レーザの近傍にハンダ付けする方法などが知られている
。またハンダ付けの方法に関しても、ペルチェ素子を加
熱器として利用する方法、ＹＡＧレーザ光によってノ・
ンダを加熱溶融させる方法、先球ファイバの先端近傍に
電熱線を組込んだブロックをとシフけておき、その電熱
線を用いてハンダを加熱する方法など、極めて多くの手
法が考案され、発表されている。しかし、いずれの方法
の場合にも、前述のような諸問題の解決に至らないこと
は明らかでおる。

このように、前述のような問題点があるにもかかわらず
、ペルチェ素子を内蔵したＤＩＰモジュールのための結
合方式として先球ファイバ結合方式が広く用いられてい
る。以下、その理由について説明する。

第１０理由は、ペルチェ素子自体Ｏ機械的不安定性にあ
る。ペルチェ素子の組立てには通常、低融点ソルダーが
用いられておシ、またペルチェ素子をケースの内部に固
定する際にも低融点ソルダーが用いられるので、ペルチ
ェ素子の上にマクントされる半導体レーザは結果的に機
械的に不安定な、信頼性に乏しい手段で支持されている
ことになる。この場合、高い８度が徴求される半導体レ
ーザと７アイパＯ結合を、熱的にも時間的にも安定に維
持する丸めには、ファイバの先端をペルチェ素子の上ま
で進入させてペルチェ素子上に固定することが最も簡単
な方法となる。このようにすればペルチェ素子自体が経
時変化によって機械的に変形して半導体レーザの位置が
移動しても、半導体レーザとファイバの先端との相対的
な位置関係は変化しないからである。これが第１の理由
である。

第２の理由は、半導体レーザを外部から熱的に遮断しな
ければならないという事柄である。後述する同軸盤モジ
エールの場合のように半導体レーザから７アイバ先端に
至る光学系を強固な部材によって支持しようとすれば、
半導体レーザとその近傍だけを温度制御しようとしても
、その部材を介して周囲から熱が回シ込むから、そのよ
うな温度制御は不可能である。またその部材を含めて全
体体を温度制御しようとすればペルチェ素子の消費電力
は非常に大きくなるし、またそのような部材全体を小型
のＤＩＰパッケージの内部に収めることはできない。し
かし先球ファイバ結合方式の場合にはペルチェ素子上と
外部との間は外径の細い石英ファイバで接続されている
だけなので、半導体レーザは外部から熱的によく分離さ
れておシ、温度制御を行なりに際して支滝が住じない。

これが第２の理由である。

以上のよりな漂白がら、言い換えれば半導体レーザとフ
ァイバとの光学的結合の安定性と半導体レーザと外部と
の熱的分離という二つの必要性から、ペルチェ素子を内
蔵したＤＩＰモジエールの結合方式として専ら先球ファ
イバ結合方式が用いられているというのが実情である。

従って前述のような問題点は、ペルチェ素子を内蔵した
ＤＩＰモジエールの固有の欠陥と見られてきたと考えて
差しつかえない。

ところで、既に述べたようにＬＤモジエールは大きく分
けてＤＩＰモジー−ルと同軸型モジエールの二ね類に分
類できるが、前述のようなりＩＰモジ島−ルの問題点は
同軸型モジニールと比較するとさらに明確になる。そこ
で参考例として同軸型モジエールについて説明し、これ
らの問題点について比較検討することにする。

同軸槃モジュールはＤＩＰ型モジ為−ルよシモ古くから
用いられているもので、窓ガラスのついたキャンケース
のパッケージ内にマウントされ気密封止されｆＩ−ＬＤ
ｉまず製作し、次ＫＬＤから放射される光が効率よくフ
ァイバに結合するように同軸型の部材にマウントされた
ＬＤ、レンズおよびファイバを相互に調整したのち固定
するという方法をとっている。一般にＬＤとファイバ（
％にＳＭＦ）の間に結合においては後に説明するように
極めて厳しい位置精度が要求されるので、温度変化によ
って結合効率が変動したり、経時変化によって結合効率
に進行性の劣化が生じる可能性があるが、この同軸型モ
ジエールの場合には、モジ為−ルの中心軸に対して軸対
称の構成となっているので断面内において変動要因が相
殺されて安定な結合が得られやすい。初期の段階のモジ
エールにおいてこの構成が選ばれた理由の一つはここＫ
ある。しかし一方この構造では予め円筒形のパッケージ
内に組立てられたＬＤを使用することを前提としている
ので、同一パッケージ内に周辺回路・素子等を搭載した
付加価値の高い複合型のモジエールを構成することが困
難である。また、モジエールの外形が円筒形になるため
、ＤＩＰ型モジ島−ルと比較すると、通信機器の内部に
冥装する際の実装性が悪くなることも不利な点である。

次に、ＤＩＰ型モジ為−ルの問題点について同軸型モジ
墨−ルの場合と比較検討する。

第１に、組立作業の容易さという点から見ると、同軸型
モジエールが優れている。まず、ＤＩＰ型モジエールで
先球７アイパが破損しやすく、取扱いが困難であるのと
比較すると、同軸型モジエールではファイバの先端付近
を金属筒等で保護できるので、取扱いが容易である。ま
たファイバを固定する際にはＬＤは既にキャンケースの
中部に収められているので、ＬＤのペレットに直接撰修
を与える危険はない。またキャンケースは気密封止され
ているが、ハンダ付けによシ７アイパを固定する際に、
　７ラツクスを用いることは問題ない。

半導体レーザと７アイパの位置合わせに要求される位置
合わせ精度については、一般的に言って同軸型モジエー
ルの方が緩いが、これについては詳細な検討が必要にな
るので、後で詳細に説明する。

第２に、気密性の問題についても、同軸型モジー−ルの
方が優れて込る。通常、高い信頼度が要求される半導体
デバイスの場合には、ペレットを金属製のキャンケース
の中に組立てて気密封止するが、この手法は既に確立さ
れた技術である。さらに、気密封止された時点ではまだ
ファイバは取付けられていないから、グロスリークチェ
ックとファインリークチェックの両方を実行することが
可能である。

次にこの同軸型モジエールに用いられる結合方式につい
て検討する。この結合方式は、ＬＤとファイバ先端の間
に１個または複数のレンズを配し、これらのレンズを介
してＬＤから放射される光ビームを絞）こみ、効率よく
ファイバに結合させるものである。中でも特に優れた結
合方式として、猿渡・杉江両氏の論文［共焦点複合レン
ズ系を用いた半導体レーザと単一モードファイバの結合
特性」（電子通信学会技術研究報告Ｃ８８１〜１３３）
および河野・三富・猿渡三氏の論文「半導体レーザモジ
ュール用複合レンズ系の提案」（電子通信学会技術研究
報告０ＱＥ８４−８５　’）の中で説明されている擬似
共焦点複合レンズ系および第２のレンズ分割形弁焦点複
合レンズ系が挙げられる。また、このうち第２レンズ分
割形共焦点複合レンズ系を用いた同軸型モジエールの構
造例が、特公昭５７−２１１２８８　「半導体レーザと
光ファイバとの結合装置」（猿渡−杉江両氏）および特
公昭５７−２１１２８９１’−単一モード光ファイバ用
半導体レーザ結合器」（猿渡・杉江両氏）の中で示され
ている。これらの論文の中で用いられている結合方式は
「仮想ファイバ」と呼ばれるもので、これはファイバの
先端に集束性ロードレンズを接着して見かけ上固有モー
ドのスポットサイズが拡大されたファイバを用いるもの
である。この方式の特徴はいくつかあるが、重要な点を
まとめると、次のようになる。

■　ファイバの先端に集束性ロードレンズを接着するこ
とによシ、７アイパのスポットサイズが見かけ上拡大さ
れ、レンズを伴わない単独のファイバを用いる場合と比
較して軸ずれに対するトレランスが緩和される。

■　■の方法で軸ずれに対するトレランスを緩和した場
合、逆に角度ずれに対するトレランスが厳しくなシ、調
整が困難になる。

■　同じく■の方法で軸ずれに対するトレランス緩和し
た場合、ＬＤと第１レンズ（ＬＤに最も近いレンズ）と
の距離がばらついた場合、「仮想ファイバ」の先端の最
適位置はさらに大きく拡大される。

このように、「仮想７アイパ」を用いる方式は軸ずれに
対するトレランスを緩和することができるので、先球フ
ァイバと比較すると最も重要な点において優れているこ
とは明らかである。たとえば結合損失の増加として０．
５ｄＢを許容した場合の軸ずれのトレランスを考えると
、先球ファイバの場合にはＬＤの発光点の近視野像のス
ポットサイズが約１μｍと小さいため、最適な結合状態
が得られているとして軸ずれのトレランスは約０．３μ
ｍと極めて小さい。これに対して仮想ファイバ方式の場
合には、ファイバ単独のスポットサイズ約５μｍがレン
ズによって２倍程度に拡大されているから、結局軸ずれ
のトレランスは約３μｍとなシ、先球ファイバ方式と比
較してトレランスがほぼ一桁緩くなっていると考えてよ
い。

しかし一方では軸ずれに対するトレランスを緩和したこ
とによって逆に角度ずれに対するトレランスが厳しくな
ってしまうという問題がある。先球ファイバ結合方式の
場合は角度ずれに対するトレランスは極めて緩いので位
置調整の際に角反調整が不要であることを考えると、こ
れは不利である。位置調整のさいに三次元方向の３軸の
調整のほかに２軸の角度調整が加われば、全部で５軸の
調整を同時に行なわねばならないからである。これはモ
ジエールの製造上大きな障害となる。

■の問題もモジー−ルの設計上障害となる点である。即
ち、ファイバの先端位置く大きなばらつきが生じるとい
のことは、モジ為−ルの部品にそれだけ大きな調整し３
を準備しなければならないから、モジ島−ルの寸法を小
型にまとめることができなくなってしまう。これは先球
ファイバ結合方式によるＤＩＰ型モジエールが極めて小
型にまとめられている事と比較すると、重要な問題であ
る。

このように、「仮想ファイバ」を用いる方式は軸ずれに
対するトレランスが緩和されているという点で優れてい
るが、角度ずれに対するトレランスが厳しくなったシ、
調整し３が大きくなるという併置もある。従って軸ずれ
に対するトレランスの緩和の程度については、これらの
諸条件のうちの特定の条件が著しく悪化しないように、
一定の限度内でしか選択できないことになる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上説明してきたように、ＬＤモジ晶−ルに求められる
項目は極めて多いが、従来のＤＩＰ型モジ凰−ルも同軸
型モジエールもこれらすべての要求を満たしていない。

その様子を一覧表にしてまとめたのが表１である。

表１ 従来のＤＩＰモジュールと　同軸型モジエールの比較表
１においてＯ印は要求ｆ：満たしている点、ｘ印は問題
点である。Δ印は十分に満足してない事柄である。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によるＬＤモジエールは、半導体レーザおよび温
度制御用ペルチェ素子が箱をの金属ケースの内部に搭載
されかつ光出力用ファイバを有するＤＩＰ型モクモジー
であって、側壁部に気密封止された窓ガラスを有する金
属ケースと、金属ケースの内部に固定されたペルチェ素
子の上に固定された基板と、基板の上にチップキャリア
を介して固定された半導体レーザと、基板の上に固定さ
れたＭｌレンズ、受光素子およびサーミスタと、外周を
ホルダーによって支持された第２レンズと、先端付近を
金属筒により保護されたファイバーと、金属筒の外径よ
りわずかに大きな内径を有するスライドリングから成り
、かつホルダーとスライドリング、スライドリングと金
属筒とが接合されて成ることを特徴としている。

さらに、本発明は、基板が半導体レーザの光ビーム出射
方向と垂直な方向に溝を有し、チップキャリアが溝の中
に固定されているとともに、基板が半導体レーザの光ビ
ームの中心軸を中心とする貫通孔を有し、第１レンズが
貫通孔に挿入きれていることを特徴としている。

さらにまた、本発明は、基板が半導体レーザの光ビーム
出射方向と垂直な方向に第１、第２の溝を有し、光ビー
ム出射方向と平行な方向に第３の溝を有するとともに、
チップキャリアが第１の溝の中に固定され、第１のレン
ズが球状のレンズであり、第１レンズが第２の溝と第３
の溝の交叉部に固定されていることｔ−％徴としている
。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例の見取図および縦断面図であ
る。

同図（おいて半導体レーザｌはヒートシンク２を介して
チップキャリア３の上にマウントされ、さらにモニタダ
イオード４、チップサーミスタ５および第１レンズ６と
ともに基板７の上にマウントされている。さらに基板７
はケース９０上（て低融点ソルダーにより固定されたペ
ルチェ索子８の上に同じく低融点ソルダーマウントされ
ている。

ケース９の側壁部は気密封止された窓ガラス１０を有し
ておシ、窓ガラス１０の周囲の側壁部には外部に向って
筒状の突出部１１が設けられている。

突出部１１の先端面には外周をホルダーによって保護さ
れた第２レンズ１３がホルダー１２を介して固定されて
いる。さらに先端付近の外周を金属筒１５により保護さ
れた石英ファイバ１４は金属筒１５の外径よりわずかに
大きな内径を有するスライドリング１６の中に挿入され
て固定され、かつスライドリング１６とホルダー１２は
接触面において固定されている。ここで突出部１１の先
端面とホルダー１２、ホルダー１２とスライドリング１
６はそれぞれ石英ファイバ１４の中心軸（以下、光軸と
称する）と垂直な平面で接触しており、またスライドリ
ング１６と金属筒１５は光軸を中心とする同筒状の面で
接触している。

さらに、基板７は半導体レーザ１の光ビーム出射方向と
垂直な方向に溝１７を有し、チップキャリア３は溝１７
の中に固定されている。基板７は同時に半導体レーザ１
の光ビームの中心軸全中心とする貫通孔１８を有し、第
１レンズ６が貫通孔１８に挿入されて固定されている。

次にこの半導体レーザモジュールが、表１の要求項目を
ナベで満足していることを説明する。

まず第１図のＤＩＰｆｉモジュールは内部にプルチェ素
子を内蔵しかつ従来のＤＩＰ型モジエールと同じ外形が
得られるので、ＬＤの温度制御が可能でおシ、かつ通信
機器の内部に実装する際の実装性に優れていることは明
らかである。同時に内部に周辺回路を搭載することも容
易である。

次に結合効率に関しては、同軸型モジエールと同様に高
い結合効率が得られる。従来のＤＩＰ型モジエールのよ
うにトレランスが厳しいか、すたは光学部品の固定手段
が信頼度に乏しい場合には、結合効率を犠牲にしてトレ
ランスの凌和全図る必畳が生じるが、本発明のＤＩＰ型
モクモジーでは次に述べるように信頼度には問題がない
ので、結合効率を犠牲にする必要がなく、高い結合効率
が得られる。

結合効率の経時変化と温度変化が少ないことはＬＤモジ
具−ルの重要な事柄であるが、本発明のＤＩＰ型モジ為
−ルはこの要求を満足している。

この構造のモジ為−ルの場合、従来のＤＩＰ型モジエー
ルに関して説明したように機械的に不安定な、信頼度の
乏しい手段で固定されているため、結合効率の経時変化
や温度変化が生じることも考えられるが、この問題は次
のようにして解決されてイル。即ち、第１レンズと第２
レンズの間での光ビームのスポットサイズは大きく拡大
されているため、第１レンズと第２レンズのあいだの位
置ずれに対するトレランスは大きく緩和されておシ、若
干の位置ずれがここで生じてもそれによって生じる結合
効率の変化は無視できる。一方ＬＤと第１レンズ、第２
レンズとファイバの間ではトレランスは厳しいが、これ
らの間の固定には信頼度の高い手段を用いているので、
結合効率に大きな変化を生じさせるような位置ずれは生
じない。つまシ、本発明のモジエールでは、位置ずれに
対するトレランスの厳しい部分では機械的に信頼度の高
い手段を用いて組立てを行なっており、一方機械的に信
頼度の乏しい手段を用いて組立てを行なわざるを得ない
部分ではトレランスが大きく緩和されているので、結局
全体としては結合効率の変動の少ない信頼度の高いＬＤ
モジエールが構成されていることになる。

気密性にりいても本発明のＤＩＰ型モジニールは優れて
いる。本発明のＤＩＰｉモジエールではファイバを行な
り前にケースをキャップによシ封止すればファイバを固
定する前に気密試験を実施することができるので、グロ
スリークチェックとファインリークチェックの両方を行
なって良好な気密性を保証することができる。これは従
来のＤＩＰ型モクモジュールできなかった事である。

また本発明のＩ）ＩＰ型モモジュールは従来のＤＩＰ型
モクモジュール題となった先球ファイバのような破損し
やすい部品は用いていない。

最後に、ファイバの位置を調整して固定する際の問題点
について説明する。ファイバの調整・固定を行なう際に
は■角度調整が不要である、■光軸方向の調整しるが少
ない、■固定時の再現性に優れる、即ち、固定の際に生
じる位置ずれにより結合効率が劣化しないことが重要で
あるが、本発明のＤＩＰ型モジ、−ルは次のような組立
子ｊ負をとることによシこれらの要求を満足することが
でる。

まず第１段階として、ケース内部の組立てが終わったモ
ジエール本体の突出部１１にホルダ−１２ｔ″第１図の
ような配置で接触させ、第２レンズを経由して外部に出
射するビームがモジ１−ル本体に対して正確に前方に出
射するように第２レンズの位置を光軸に垂直な方向にｙ
４整し、然る彼その位置を保ったままホルダーを仮保持
する。

次に外周を金属筒１５によシ保腫された石英７アイパ１
４の先端の位ｆを最適な位置に調整し、金属筒とスライ
ドリング、スライドリングとホルダーを第１図のような
配置で接合する。この結果、ホルダー、スライドリング
、石英７アイパは一体化されることになるが、固定作業
の結果いったん最適位置に合わせた７アイバの先端位ｔ
が光軸に垂直な方向にずれて結合効率が若干劣化してい
る。

最後にホルダーの仮保持を解除し、ホルダーとスライド
リングを一体化したファイバの位置を光軸と垂直な方向
に調整して結合効率を回復したのち、ホルダーを突出部
に固定する。このとき、前述のように第１レンズと第２
レンズの間ではトレランスは大きく緩和されているので
、位置ずれによって生じる結合効率の劣化は無視するこ
とができる。

以上のような手順の結果、モジエール本体からファイバ
に至るすべての部品を結合効率を損なうことなく一体化
して永久固定することができる。

この場合、部品の角度調整を行なわなくてよいことと、
光軸方向に大きな調整しろを必要としない点が前述の同
軸屋モジエールと異なっている。角度調整を行なわなく
てよい理由は、第１段階で第２レンズの位置を調整した
際にファイバに入射する光ビームの方向が最適化される
からでアシ、光軸方向に大きな調整しろを必要としない
理由は、光軸方向にファイバの位置を調整する際に第２
レンズを動かさずに７アイパだけを単独に動かすからで
ある。前述の同軸型モジ１−ルでは第２レンズを予め７
アイバの先端に接着して固定した状態で調整を行なうの
で、このようなことは不可能でおる。

以上説明したように、この半導体レーザモジュールは表
１に掲げられる要求項目をすべて満足していることは明
らかである。

このモジュールは次のような特長も有している。

一般にレンズを含んだ半導体レーザモジュールにおいて
は、結合効率を損なわないためにはＬＤとレンズの間に
相対的な位［Ｈ閃が！要である。

要求される精度は使用するレンズの定数にもよるが、一
般に光軸方向と光軸に垂直な二方向のすべてについて数
十ミクロンメートル以内の誤差に押えなければならない
。第１図において、基板７は半導体レーザ１の光ビーム
出射方向と垂直な方向に冑１７を有し、チップキャリア
３は溝１７の中に固定されているので、半導体レーザ１
の発光点の基板に対する位置は溝に沿う方向を除いて部
品の寸法で決められる。同じく第１図において、基板７
は半導体レーザ１．の光ビームの中心軸を中心とする貫
通孔１８を有し、第１レンズ６が貫通孔１８に挿入され
て固定されているので、第１レンズ６の基板に対する位
置は光軸方向を除き部品の寸法で決定される。光軸方向
の位置は位置決め用の治具を用いて固定すればよい。こ
の結果、半導体レーザ１が固定されたチップキャリア３
の位置を溝に沿ってずらすようにして調整することによ
シ、半導体レーザ１と第１レンズ６の相対的な位置決め
を行なうことができる。

第２図は本発明の他の実施例である。同図において、基
板７′　は半導体レーザ１の光ビーム出射方向と垂直な
方向に第１０溝１７および第２の溝１９を有し、光ビー
ム出射方向と平行な方向に第３の溝２０を有するととも
に、チップキャリア３が第１の溝１７の中に固定され、
第２の溝１９と第３の溝２０の交叉部に球状の第１レン
ズ６′　が固定されている。その他の事柄については第
１図と同じである。

このＤＩＰ型モジエールが表１の要求をすべて満足する
ことは前述の説明よシ明らかである。第２図では第１の
レンズ６′　が基板上に予め設けられている二本の溝の
垂直交叉部にはめこまれて固定されている点が第１図と
異なる。このとき、二本の溝の幅が第１レンズ６／　の
直径の５倍に一致していれば第１レンズ６／　の基板７
′　に対する位置決めは自動的になされることになる。

この実施例の利点は第１図の実施例と比較して製造が容
易でコストが安い点にある。具体的に説明すると次の３
点を挙げることができる。

■　基板７／　の部品加工に際しては溝を切るだけなの
で、安価でかつ精度のよい部品が得られる。

■　球レンズは他のレンズと比較して安価であシ、かつ
加工精度に優れている。

■　第１レンズを基板７′上に固定する際に自動位置決
めを行なえるので、組立作業を簡略化できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明による半導体レーザモジュ
ールは、半導体レーザおよびその温度制御用ペルチェ素
子が箱型の金属ケースの内部に搭載されかつ光出力用フ
ァイバを有する半導体レーザモジュールにおいて、側壁
部に気密封止された窓ガラスを有する前記金属ケースと
、前記金属ケースの内部に固定された前記ペルチェ素子
と、前記ペルチェ素子の上に固定された基板と、前記基
板の上にチップキャリアを介して固定された前記半導体
レーザと、前記基板の上に固定された第１レンズ、受光
素子およびサーミスタと、外周をホルダーによって支持
された第２レンズと、先端付近を金属筒によシ保護され
た前記７アイパと、前記金属筒の外径よりわずかに大き
な内径を有するスライドリングとから成り、前記ケース
の前記窓ガラス周辺の側壁と前記ホルダーとが接合され
、かつ前記ホルダーと前記スライドリング、前記スライ
ドリングと前記金属筒とが接合されて成ることを特徴と
しており、その特徴によって表１に示される多様な要求
項目をすべて満足する半導体レーザモジュールが得られ
るという効果がある。

これらの要求項目は従来の半導体レーザモジュールにお
いては部分的にしか満足されておらず、これら全項目が
同時に満足される効果は極めて大きい。

本発明によれは、さらに、前記基板が前記半導体レーザ
の光ビーム出射方向と垂直な方向に溝を有し、前記チッ
プキ′ヤリアが前記溝の中に固定されとともに、前記基
板が前記半導体レーザの光ビームの中心軸を中心とする
貫通孔を有し、前記第１レンズが前記貫通孔に挿入され
ていることを特徴とする本発明の特許請求の範囲第１項
記載の半導体レーザモジェールでメ）、その特徴によっ
て、半導体レーザと第１レンズの間の位置合わせが容易
であるという効果が得られている。

本発明によるさらに他の効果としては、前記基板が前記
半導体レーザの光ビーム出射方向と垂直な方向に第１、
第２の溝を有し、前記光ビーム出射方向と平行な方向に
第３の溝を有するとともに、前記チップΦヤリアが前記
第１の溝の中に固定され、前記第１レンズが球状のレン
ズであシ、前記第１レンズが前記第２の溝と前記第３の
溝の交叉部に固定されてｈることを特徴とする本発明の
特許請求の範囲第１項記載の半導体レーザモジュールで
めり、その特徴によシ、使用部品で安価であシかつレン
ズの位置決めに自動位置決めを行なえるため、製造が容
易でコストの安いＬＤモジ島−ルを製造できるという効
果が得られている。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）　、　（Ｂ）　　は本発明の一実施例の見
取図および縦断面図、第２図（Ａ）　、　（Ｂ）は本発
明の他の実施例の見取図および縦断面図、第３図（Ａ）
　、　（Ｂ）は従来の半導体レーザモジュールの実施例
の見取図および縦断面図である。 ７茅　１　　回 ＄　２　啓

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体レーザおよびその温度制御用ペルチェ素子
   が箱型の金属ケースの内部に搭載されかつ光出力用ファ
   イバを有する半導体レーザモジュールにおいて、側壁部
   に気密封止された窓ガラスを有する前記金属ケースと、
   前記金属ケースの内部に固定された前記ペルチェ素子の
   上に固定された基板と、前記基板の上にチップキャリア
   を介して固定された前記半導体レーザと、前記基板の上
   に固定された第１レンズ、受光素子およびサーミスタと
   、外周をホルダーによって支持された第２レンズと、先
   端付近を金属筒により保護された前記ファイバと、前記
   金属筒の外径よりわずかに大きな内径を有するスライド
   リングとから成り、前記ケースの前記窓ガラス周辺の側
   壁と前記ホルダーとが接合され、かつ前記ホルダーと前
   記スライドリング、前記スライドリングと前記金属筒と
   が接合されて成ることを特徴とする半導体レーザモジュ
   ール。
2. （２）前記基板が前記半導体レーザの光ビーム出射方向
   と垂直な方向に溝を有し、前記チップキャリアが前記溝
   の中に固定されるとともに、前記基板が前記半導体レー
   ザの光ビームの中心軸を中心とする貫通孔を有し、前記
   第１レンズが前記貫通孔に挿入されていることを特徴と
   する本発明の特許請求の範囲第１項記載の半導体レーザ
   モジュール。
3. （３）前記基板が前記半導体レーザの光ビーム出射方向
   と垂直な方向に第１、第２の溝を有し、前記光ビーム出
   射方向と平行な方向に第３の溝を有するとともに、前記
   チップキャリアが前記第１の溝の中に固定され、前記第
   １レンズが球状のレンズであり、前記第１レンズが前記
   第２の溝と前記第３の溝の交叉部に固定されていること
   を特徴とする本発明の特許請求の範囲第１項記載の半導
   体レーザモジュール。