KR0151717B1 - 광전송 섬유와 반도체 레이저 다이오드 사이에 커플링을 갖는 광전자 장치 - Google Patents

광전송 섬유와 반도체 레이저 다이오드 사이에 커플링을 갖는 광전자 장치 Download PDF

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안토니우스 반 데 파스 헤르마누스
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이반 밀러 레르너
필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

광전송 섬유와 반도체 레이저 다이오드사이에 커플링을 갖는 광전자 장치가 제공된다.
상기 광전자 장치에는 반도체 레이저 다이오드용 홀더와 광전송 섬유용 홀더가 구비되며, 두개의 홀더 사이에 중간 부품이 배치되고, 상기 중간 부품과 두개의 홀더중 하나는 하나가 다른 하나로 미끄러져 들어갈 수 있으며 이 부품중 하나가 두께가 감소된 환형 연결부를 갖도록 배열되며, 반도체 레이저 다이오드에 대한 광전송 섬유의 단부의 축방향 조정 후에 감소된 두께를 갖는 한 부품의 연결부는 다수의 레이저 용접에 의해 다른 부품의 표면에 고정되고, 중간 부품과 다른 홀더는 축방향 조정 방향에 직각인 편평한 표면을 가지며, 서로 맞물리는 이 표면들과 이 표면들중 하나는 두께가 감소된 플랜지를 가지는 반면에, 레이저 요소에 대한 전송 섬유 단부의 횡방향 조정 후에 두께가 감소된 플랜지는 다른 표면에 다수의 레이저 용접에 의해 고정된다.

Description

광전송 섬유와 반도체 레이저 다이오드 사이에 커플링을 갖는 광전자 장치
제1도는 광전자 장치의 실시예 1의 종단면도.
제2도는 제1도의 선 Ⅱ-Ⅱ을 취한 단면도.
제3도는 본 발명에 따른 광전자 장치의 실시예 2의 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 금속기부 2 : 엠보스트 부품
4 : 레이저 요소 5 : 지지부
8,9,10,11 : 핀 7 : 제어 다이오드
13 : 와이어 14 : 환형 덮개
16 : 홀더 23 : 연결부
24 : 얇은 플랜지 30 : 아답터
31 : 렌즈 홀더 35 : 렌즈
본 발명은 반도체 레이저 다이오드용 홀더와 섬유의 일단부가 반도체 레이저 다이오드와 마주하는 광전송 섬유용 홀더를 구비하며, 광전송 섬유와 반도체 레이저 다이오드 사이에 커플링을 갖는 광전자 장치에 관한 것이다.
이러한 장치에 있어서, 광전송 섬유의 단부 및 반도체 레이저 다이오드는 높은 결합 효율이 얻어지도록 서로에 대해서 매우 정확하게 배열되는 것이 중요하다.
광전송 섬유와 반도체 레이저 다이오드를 서로 결합시키는 방법은 많이 공지되어 있다. 이 결합은 정확해야 하며 외부의 영향에 의해 이탈되지 않아야 하고 간단한 구조여야 하며 내진공 시일을 제공할 수 있어야 한다. 공지된 장치는 요구되는 결합을 만족시키지 못한다.
본 발명은 반도체 레이저 다이오드에 대한 전송 섬유의 배열 및 배열된 단계에서의 설치가 서로 직접적인 영향을 미치며 또는 어떠한 내진공 밀봉도 정확도에 영향을 미칠 수 있다는 사실에 기초한다.
본 발명은 상기에 언급한 종류의 광전자 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 하는데, 전송섬유 및 레이저 다이오드의 배열은 정확하고 간단한 방법으로 이루어질 수 있는 반면에, 연속 고정이 배열의 정확도에 나쁜 영향을 미치지 않고도 간단한 구조의 장치가 사용될 수 있으며, 원하면 조정 정확도가 변화하지 않는 내진공시일이 얻어질 수 있다. 본 발명에 따른 목적을 위해서, 본 발명에 따르면, 중간 부품이 반도체 레이저 다이오드용 홀더와 광전송 섬유용 홀더 사이에 제공되며, 상기 중간 부품과 두개의 홀더중 하나는 하나가 다른 하나로 미끄러져 들어갈 수 있으며 이 부품중 하나가 두께가 감소된 환형 연결부를 갖도록 배열되며, 반도체 레이저 다이오드에 대한 광전송 섬유의 단부의 축방향 조정 후에 감소된 두께를 갖는 한 부품의 연결부는 다수의 레이저 용접에 의해 다른 부품의 표면에 고정되고, 중간 부품의 대향 단부와 다른 홀더는 축방향 조정 방향에 직각인 편평한 표면을 가지며, 서로 맞물리는 이 표면들과 이 표면들중 하나는 두께가 감소된 플랜지를 가지는 반면에, 레이저 요소에 대한 전송 섬유 단부의 횡방향 조정후에 두께가 감소된 플랜지는 다른 표면에 다수의 레이저 용접에 의해 고정된다.
두개의 홀더 사이에 중간 부품을 갖는 본 발명에 따른 형태는 간단한 구조이다. 독자적인 축방향 및 횡방향 조정은 섬유 단부를 레이저 다이오드에 대해 매우 정확하게 조정하는 것을 허용한다. 감소된 두께의 연결부와 감소된 두께의 플랜지가 사용되며 확고한 고정을 위해 레이저 용접이 사용되는 고정 단계는 어떠한 열적, 기계적 힘도 작용하지 않으며 정확한 조정이 변하지 않는다. 최적의 결합, 효과를 갖는 결합이 레이저 다이오드와 전송섬유 사이에서 얻어진다. 조정의 정확도는 다중 모드 섬유뿐 아니라 단일 모드 전송섬유도 사용가능하도록 충분히 높다. 고정이 매우 안정되므로, 레이저 용접이 제공된 뒤에 부품들이 내진공방법으로 밀봉될 수 있으며, 조정의 정확도에 나쁜 영향을 미치지 않는다.
본 발명은 하기에 설명되는 몇몇 실시예로부터 나타나는 바와 같이 다른 방법으로도 실현가능하다. 감소된 두께의 연결부 및 얇은 플랜지를 위해서 0.4mm 보다 작은, 양호하게는 약 0.2mm의 두께를 선택하는 것이 바람직하며, 레이저 용접이 대칭으로 제공되는데, 양호하게는 세 개의 레이저 용접이 매회 외주연에서 120°의 각도로 위치된다.
본 발명은 도면에 도시된 두개의 실시예를 참조로 하여 상세히 설명된다.
본 발명은 반도체 레이저 다이오드용 홀더, 광전송 섬유용 홀더 및 중간 부품등 서로 조정 가능한 세 개의 부품이 사용되는 다른 실시예들을 얻을수 있으며 이들중 두가지가 하기에 설명된다.
모든 실시예에 있어서, 다른 부품들은 감소된 두께를 갖는 중간 부품을 레이저 용접함으로써 그리고 얇은 플랜지를 레이저 용접함으로써 고정된다.
제1도는 반도체 레이저 다이오드를 광전송 섬유에 광학적으로 결합하는 장치의 제1실시예를 도시한다. 전송 섬유는 다중 모드 섬유뿐만 아니고, 단일 모드 섬유일 수 있으며, 본 발명에 따른 장치에 의해 정확하게 결합될 수 있다.
레이저 요소용 하우징은 엠보스트(embossed) 부품(2)을 갖는 금속기부(1)를 구비한다. 금속 기둥(3)은 부품(2)상에 놓인다. 레이저 요소(4)는 예를들어, 기둥(3)에 고정되는 실리콘의 지지부(5)에 고정된다. 다른 지지부품(6)은 엠보스트 부품(2)상에 배열되며 광전 다이오드(7)는 이 지지 부품상에 고정된다. 기부(1)로 향하는 레이저 다이오드(4)의 빛의 방사량은 광전 다이오드(7)에 의해 측정된다. 레이저 다이오드(4)의 방사 강도는 광 다이오드에서 생성된 신호에 의해 제어될 수 있다.
많은 핀(8,9,10,11)들이 전기적 접속을 위해 제공된다. 핀(8)은 접지핀이며 금속기부(1)에 접속된다. 핀(9,10,11)은 절연되어 기부(1)를 통과한다. 레이저 다이오드(4)의 접속은 핀(8), 기둥(3) 및 지지부(5)로 이루어진다. 다른 전기 접속은 레이저 다이오드로부터 핀(9)으로의 접속 와이어(12)로 이루어진다. 제어 다이오드(7)는 지지부(6)를 통해 핀(11)에 접속되며 지지부(6)는 핀(11)상에 고정된다. 제어 다이오드(7)는 와이어(13)에 의해 핀(10)과 접속된다. 환형 덮개(14) 형상의 하우징 부품은 기부상에 배열되며 이 하우징 부품의 상부측면(20)은 기둥(3) 및 레이저 요소(4) 위로 돌출한다. 덮개(14)와 기부(1) 사이의 강한 연결은 예를 들어 저항 용접에 의한 연결로 구성될 수 있다. 이 실시예에서, 기부 및 환형 덮개는 반도체 레이저 다이오드용 홀더를 구성한다.
이 실시예에서 중간 부품은 하부측면이 덮개(14)의 상부표면(20)상에 배열된 슬리브(12)로 구성된다. 슬리브(12)는 광전송 섬유(15)용 관형 홀더(6)의 외부벽(17)이 미끄러져 내부에 꼭끼는 직경을 갖는 원통형 내부벽(22)을 갖는다. 도시된 실시예에서 슬리브(21)는 한쪽 측면에 감소된 두께의 환형 접속부(23)를, 다른 측면에 얇은 플랜지(24)를 갖는다. 환형 접속부 및 플랜지는 0.4mm 이하의 두께를 갖는데 이의 양호한 두께는 0.2mm이다.
레이저 요소(4)에 광학적으로 결합되는 전송 섬유(15)는 원통형 외부벽(17)을 갖는 튜브형 홀더(16)에 결합될 레이저 요소의 단부에 수용된다. 전송 섬유의 단부(18)는 보호 덮개로부터 자유롭다. 섬유의 코어는 경화성 아교(19)에 의해 홀더(16)에 고정되는데 레이저 다이오드에 결합되는 이것의 단부는 홀더 위로 미세하게 돌출한다.
유리섬유(15)에 대한 레이저 다이오드(4)의 광 결합은 슬리브(21) 및 튜브형 홀더(16)에 의해 이루어진다. 섬유의 단부가 고정된 홀더(16)는 슬리브(21)내로 미끄러져 들어가며 슬리브의 얇은 플랜지(24)는 환형 덮개(14)의 상부표면(20)에 배열되어 레이저 다이오드용 홀더의 일부를 형성한다. 광섬유의 코어(18) 단부는 컴퓨터 제어(도시않됨)에 의해 작동 레이저 다이오드(4)에 대해 조정된다. 섬유 코어(18)의 전면 단부는 높이 방향 및 측방향 양쪽에서 변위될 수 있으며 이러한 조정은 최적의 광 결합이 얻어질 때까지 계속된다. 조정이 계속되는 동안에 슬리브(21)의 홀더(16)의 변위에 의해 그리고 덮개(14)의 상부표면(20)상의 슬리브(21)의 측방향 변위에 의해 원하는 위치가 얻어진다. 홀더(16)는 최적의 결합 위치에서 몇몇 레이저 용접 양호하게는 세 개의 레이저 용접에 의해 슬리브(21)의 감소된 두께의 단부(23)에 대해 고정되며, 섬유는 레이저 다이오드에 대한 높이 방향에서 정확하게 조정된다.
레이저 용접에 의한 열은 작지만 섬유 코어의 단부(18)에 어떤 측방향 변위를 일으킬 수 있다. 이 조정은 최적의 결합 효율을 얻기 위해 매우 정확해야 한다. 그러므로, 튜브(16)의 길이가 슬리브(21)에 꼭 맞게 된 후에, 레이저 요소에 대한 섬유 단부의 조정이 덮개(14)의 상부표면(20)상에 있는 슬리브(21)를 변위시킴으로써 섬유의 종방향으로 반복된다. 이러한 양호한 조정으로 최종의 최적 결합이 얻어진다. 슬리브(21)는 이 위치에서 몇몇 레이저 용접에 의해 상부표면(20)에 얇은 플랜지(24)를 고정시킴으로써 덮개(14)에 대해 고정된다. 예를 들어 세개의 이러한 용접은 열 효과에 기인한 섬유코어(18)의 변위가 일어나지 않도록 유리 섬유로부터 일정한 거리를 두고 위치한다.
상기에 언급한 방법에 있어서 전송 섬유는 레이저 다이오드에 대해 매우 정확하게 조정된다. 또한 결합 효율이 최대가 된다.
덮개부(envelope)는 내진공 방법으로 밀봉되는 것이 가장 양호하다. 물론 정확하게 조정되고 고정된 결합은 유실되지 않는다. 매우 효과적인 내진공 밀봉을 얻기 위해서는 예를들어 용융점이 낮은 땜납이 사용된다. 예를들어 용융점이 약 120℃인 인듐-주석-땜납은 덮개(14)의 상부표면(20)과 플랜지(24) 사이의 빈틈에 제공되는데, 땜납은 모세관 효과에 의해 빈틈을 채운다. 온도는 조정된 결합이 변화되는 것을 방지하기에 충분히 낮아진다. 이 땜납은 조정된 결합을 유지하기에 충분히 낮은 온도에서 내진공 밀봉을 얻도록 홀더(16)와 슬리브(21) 사이의 빈틈에 또한 사용될 수 있다. 내진공 밀봉은 예를 들어 감소된 두께의 연결부(23)의 단부 및 얇은 플랜지(24)의 단부 주위를 레이저 용접하는 것과 같은 다른 방법으로도 또한 얻어진다.
강성 하우징에 장치를 수용하고 또한 만족스러운 냉각을 얻기 위해서 예를 들어 도면에 도시된 바와 같은 외부 하우징(25)이 사용될 수 있다.
제3도는 특히 양호한 다른 실시예를 개략적으로 도시한다. 이 실시예에서 서로 조정가능한 세개의 부분은 아답터(30), 렌즈 홀더(31) 및 레이저 장치(33)이다. 전송 섬유는 표준 커넥터(도시않됨)에 수용된다. 이 표준 커넥터는 아답터에 결합되고 아답터로부터 분리되는데, 이 실시예에서 전송 섬유는 장치에 고정되게 제공될 필요가 없다. 커넥터가 아답터에 결합되면 전송 섬유의 단부는 아답터(30)의 표면(34)과 정확하게 맞물린다.
양호한 변화에 있어서, 아답터(30)의 튜브형 구멍(28)은 표면이 렌즈 홀더(31)에 인접하는 한 연장된다. 커넥터가 아답터에 결합되면 전송섬유의 단부는 아답터(30)에 인접한 렌즈 홀더(31)의 외부 표면과 맞물린다. 렌즈 홀더의 표면은 인접 멈추개를 구비하는데 이는 렌즈 홀더(31)의 튜브형 구멍(27)의 직경이 아답터(30)의 튜브형 구멍(28)의 직경보다 작기 때문이다.
세개의 주요 부분(30,31,32)은 금속, 양호하게는 강철로 제조된다. 언급한 바와 같이 아답터(30)는 표준 커넥터가 전송 섬유를 수용하도록 작용한다. 이 실시예에서 중간 부품으로써 구성된 렌즈 홀더(31)는 예를들어 공지된 그레이디드 인덱스렌즈(graded index lens)와 같은 렌즈(35)를 구비한다. 이 렌즈는 아교 방울에 의해 홀더에 고정될 수 있다. 이 홀더(32)는 중공형이다. 한측면상에는 레이저(33)의 발(36)이 개구(37)에 꼭 끼게 단단하게 고정되고, 변위에 대항하여 로킹하는데 이는 아교방울에 의해 가능해진다. 반도체 레이저 다이오드는 덮개부(33)에 위치하고, 렌즈(35)와 마주하는 덮개부(33)의 측면은 투과창을 구비한다. 이 실시예에서는 내진공 방법으로 밀봉된 덮개부가 레이저 다이오드에 사용되므로 다른 밀봉을 할 필요가 없다. 측면상에 제공된 홀더(32)는 0.4mm 보다 작은, 양호하게는 약 0.2mm의 감소된 두께를 갖는 연결부(38)와 덮개부(33)를 멀리 떨어지게 한다.
레이저 홀더(32)내로 미끄러져 끼워지는 중간 부품(31)은 렌즈(35)와 또한 광전송 섬유의 단부가 반도체 레이저 다이오드에 대해 축방향으로 조정 가능하도록 최종 고정되기 전에 축방향으로 변위될 수 있다. 렌즈 홀더(31)는 아답터(30)와 마주하는 측면상에 두꺼운 플랜지(39)를 갖는다. 아답터는 렌즈 홀더를 얇은 플랜지(40)와 결합시키는 표면에 제공되며, 얇은 플랜지는 0.4mm 보다 작은 양호하게는 약 0.2mm의 두께를 갖는다. 또한 이 실시예에서 반도체 레이저 다이오드에 대해 광전송 섬유의 단부가 한번 조정되는 것은 장치의 세개의 주요 부분의 횡방향 운동 및 축방향 운동에 의해 실현된다. 결합이 최적이 되면, 감소된 두께의 연결부(38)는 몇몇 레이저 용접에 의해 양호하게는 외주연을 따라 균일하게 분포하는 세개의 용접에 의해 렌즈 홀더에 고정되어 최종의 축방향 조정이 얻어진다. 횡방향 조정은 변화될 수 있으며, 아답터의 플랜지(40)는 레이저 용접, 양호하게는 세개의 용접에 의해 렌즈 홀더에 연결되며 최적의 결합효과를 제공하는 영구 조정이 얻어진다.
얇은 플랜지 및 감소된 두께의 연결부는 단지 작은 에너지의 공급을 필요로 하는 레이저 용접 연결부를 얻는 것을 허용한다. 열 및 기계적 측면에서 이러한 연결은 최적의 조정에 나쁜 영향을 미치지 않으며 조정된 뒤 오랜 작동 시간이 경과해도 강도가 변하지 않는다.
언급한 실시예는 두개의 적용 가능한 본 발명의 개념을 제공한다. 본 발명은 또한 다른 방법으로 실현될 수 있다.

Claims (4)

  1. 반도체 레이저 다이오드용 홀더와 한 단부가 반도체 레이저 다이오드와 마주하는 광전송 섬유용 홀더를 구비하며, 광전송 섬유와 반도체 레이저 다이오드 사이에 커플링을 갖는 광전자 장치에 있어서, 중간 부품이 반도체 레이저 다이오드용 홀더와 광전송 섬유용 홀더 사이에 제공되며, 상기 중간 부품과 두개의 홀더중 하나는 하나가 다른 하나로 미끄러져 들어갈 수 있으며 이 부품중 하나가 두께가 감소된 환형 연결부를 갖도록 배열되며, 반도체 레이저 다이오드에 대한 광전송 섬유의 단부의 축방향 조정 후에 감소된 두께를 갖는 한 부품의 연결부는 다수의 레이저 용접에 의해 다른 부품의 표면에 고정되고, 중간 부품의 대향단부와 다른 홀더는 축방향 조정 방향에 직각인 편평한 표면을 가지며, 서로 맞물리는 이 표면들과 이 표면들중 하나는 두께가 감소된 플랜지를 가지는 반면에, 레이저 요소에 대한 전송 섬유 단부의 횡방향 조정 후에 두께가 감소된 플랜지는 다른 표면에 다수의 레이저 용접에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 광전송 섬유와 반도체 레이저 다이오드 사이에 커플링을 갖는 광전자 장치.
  2. 제1항에 있어서, 광전송 섬유(15)는 튜브형 홀더(16)에 섬유의 단부중 하나가 가깝게 수용되며, 중간 부품은 홀더(16)가 슬라이딩되어 고정되는 원통형 개구를 갖는 슬리브(21)로 이루어지며, 두께가 감소된 환형 연결부(23)가 설치된 슬리브는 홀더(16)를 둘러싸고 레이저 용접에 의해 홀더(16)에 고정되는 반면에, 또한, 얇은 플랜지(24)가 설치된 슬리브(21)는 환형 덮개(14)의 상부표면상에 지지되며, 덮개는 반도체 레이저 다이오드(4)용 홀더의 일부를 형성하고, 이 얇은 플랜지는 레이저 용접에 의해 원통형 덮개의 상부표면에 고정되는 것을 특징으로 하는 광전송 섬유와 반도체 레이저 다이오드 사이에 커플링을 갖는 광전자 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 장치는 전송 섬유를 운반하는 커넥터용 아답터(35)와 렌즈(35)용 홀더 형태인 중간부 및 반도체 레이저 장치용 홀더(32)를 구비하며, 상기 렌즈 홀더(31)는 레이저 홀드(32)의 구멍으로 슬라이딩되어 고정되며, 상기 레이저 홀더는 두께가 감소된 환형 연결부를 갖고 있어서, 렌즈 홀더에 다수의 레이저 용접에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 광전송 섬유와 반도체 레이저 다이오드 사이에 커플링을 갖는 광전자 장치.
  4. 상기 항중 어느 한 항에 있어서, 두께가 감소된 환형 연결부와 얇은 플랜지는 0.4mm보다 작은 두께, 바람직하게는 약 0.2mm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 광전송 섬유와 반도체 레이저 다이오드 사이에 커플링을 갖는 광전자 장치.
KR1019890007575A 1988-06-06 1989-06-02 광전송 섬유와 반도체 레이저 다이오드 사이에 커플링을 갖는 광전자 장치 KR0151717B1 (ko)

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