WO1998036478A1

WO1998036478A1 - Module composite pour amplificateur a fibres optiques

Info

Publication number: WO1998036478A1
Application number: PCT/JP1998/000530
Authority: WO
Inventors: Jun Miyokawa; Taijiro Takase
Original assignee: The Furukawa Electric Co., Ltd.
Priority date: 1997-02-12
Filing date: 1998-02-09
Publication date: 1998-08-20
Also published as: JPH10223962A; US6053640A; CA2250903C; EP0917263A1; EP0917263A4; CA2250903A1

Description

明細書光フアイバアンプ用複合モジュール技術分野

本発明は、光フアイバアンプ用複合モジュールに関するものである。背景技術

従来から、例えば特開平 8—1 1 6 1 1 8号に示されるような光ファィバアンプにおいては、 L D素子から信号光経路を介して E rドープ光ファイバに励起光が送り込まれ、該 E rドープ光ファイバ内に励起状態を生じさせる。そして信号光をこの光ファイバアンプに入力し、 E rド —プ光ファイバを通過させることにより、信号光を増幅させて出力するこのように、光ファイバアンプにおいて、 E rド一プ光ファイバに送り込まれる励起光を発生させるために、レーザダイオード（以下単に、 L Dと称する）素子が用いられる。

近年では、光ファイバアンプ組み立て作業時間の短縮化、実装面積の小型化などの要求により、 L D素子を含む幾つかの光素子を予め 1つのパッケージ内に一体集積化して光ファイバアンプ用複合モジュールとし、この光フアイバアンプ用複合モジュールを光フアイバアンプに組み込むようになってきた。

従来の光フアイバアンプ用複合モジュールの一例として、信号光進行方向とは逆方向に励起光を E rドープ光フアイバに送り込む、いわゆる後方励起型のものを第 4図（a ) ， (b) に示す。

第 4図（a ) , (b ) に示すように、この光ファイバアンプ用複合モジュールでは、基板 1と、該基板 1の四方に直立する側面板 2 a〜2 d からなるパッケージ内に、各光素子（干渉膜フィルタ部品 5、光ァイソレ一タ 6、ビームスプリッタ部品 7 ) が搭載されている。

側面板 2 a , 2 bには、それぞれ封止ガラス 3 a , 3 bが嵌め込まれていて、一方の封止ガラス 3 aの外側には、信号光を該モジュールに入力し、かつ該モジュールから E rドープ光ファイバ（図示せず）に励起光を送り出すための第一の光ファイバ 4 a (信号光入力部）が固定され、他方の封止ガラス 3 bの外側には、前記信号光を当該モジュールから出力する第二の光ファイバ 4 b (信号光出力部）が固定されている。そして、これら第一、第二の光ファイバ 4 a , 4 bは、端面同士向かい合わせに配置されていて、これら光フ 7ィバ 4 aから基板 1上を介して光フアイバ 4 bに信号光が進行する信号光経路 Xが形成されている。尚、封止ガラス 3 aと光ファイバ 4 aとの間、および封止ガラス 3 b と光ファイバ 4 bとの間には、光のコリメートを行うレンズ（図示せず ) が設けられている。

この基板 1上の信号光経路 Xになっている部分には、干渉膜フィルタ部品 5と光ァイソレ一タ 6とビ一ムスプリッタ部品 7と力光軸調整された上で、配置、固定されている。

ここで、これら干渉膜フィルタ部品 5やビームスプリッタ部品 7は、例えば第 5図に示すように、干渉膜フィルタゃビームスプリッタが F e —N i— C o系合金（以下、コバールと称する）， 4 2 N i— F e ( 4 2合金），またはステンレス鋼等からなる金属ホルダ 8に低融点ガラス接着や YAGレーザ溶接などにより収納固定されてなるものであり、該金属ホルダ 8下面で基板 1上に、 YAGレーザ溶接等のレーザビーム溶接によって、直接、固定されている。

干渉膜フィルタ部品 5の側方には、励起光を発生する L D素子 9が配置されている。

この L D素子 9の下面には、該 L D素子 9で発生する熱を素早く吸収するためのヒートシンクが固定され、該ヒートシンク下面には、例えば Cuまたは Cu— W系合金からなるベース 11が固定され、該ベース 1 1下面にはペルチェ素子 12が取り付けられており、該ペルチェ素子 1 2の下面は、半田づけまたは Agロウ等のロウづけによって基板 1上に固定されている。

尚、 13は LD素子 9から出射された励起光をコリメートするコリメ一トレンズである。

ビームスプリッタ部品 7の両側にはフォトダイオード（以下単に、 P Dと称する） 14， 14が配置されている。これら PD14, 14はそれぞれ側面板 2c, 2dに取り付けられている。

また、この光ファイバアンプ用複合モジュールは、内部に窒素等を封入した状態で基板 1、側面板 2a〜2d、および上面板 17で封止され、例えば基板 1の開孔部 15で、ネジ止め固定等により、光ファイバァンプ基板に固定される。

このような光ファイバアンプ用複合モジュールにおいて、信号光は、第 4図（a) 中、経路 Xで進行する。

すなわち信号光は、第一の光フアイバ 4 aから封止ガラス 3 aを介してモジュール内に入力され、第一の光ファイバ 4 a端面から封止ガラス 3a、干渉膜フィルタ部品 5、光アイソレータ 6、およびビームスプリッタ部品 7を通過し、封止ガラス 3 bを介して第二の光フアイバ 4 b端面に入射され、この第二の光フアイバ 4 bからモジュール外に出力されるようになっている。

尚、信号光の一部は前記ビ一ムスプリッタ部品 7で信号光経路 X外に反射され、一方側の PD 14でサンプリングされるようになつている。さらにこのビームスプリッタ部品 7では、第二の光ファイバ 4 bから信号光経路 X上を逆行する反射光を信号光の場合とは逆方向に反射し、他方側の P D 1 4でサンプリングするようになつている。

また、励起光は第 4図（a ) 中、経路 Yで進行する。

すなわち励起光は、 L D素子 9から出射され、前記干渉膜フィルタ部品 5で反射されて、第一の光ファイバ 4 a端面に入射され、第一の光ファィバ 4 aからモジュール外部に出力される。

そして、図示されない E rド一プ光ファイバに供給され、該 E rドープ光ファィバの励起状態を作り出すのに寄与する。

尚、光アイソレータ 6は、光を一方向にのみ通過させる光部品であり、第二の光フアイバ 4 bから第一の光フアイバ 4 a側に進行する反射光を遮断するものである。

ここで干渉膜フィルタ部品 5ゃビ一ムスプリッタ部品 7等の光部品を基板 1に固定する固定手段には、長期的に強固な固定が可能な YAG溶接等のレーザビーム溶接が用いられる。

ただしレーザビーム溶接は、溶接する部材同士の界面に熱を集中させることにより両部材を瞬間的に溶接する方法なので、溶接される部材の熱伝導率が高いと、該部材を介して熱が放散してしまい、溶接がうまくいかない。

そこで従来の光ファイバアンプ用複合モジュールでは、基板 1と、干渉膜フィルタ部品 5等の各光部品とをレーザビーム溶接によって長期的に強固に固定するために、基板 1としては、熱伝導率が低くかつ安価に得られるコバールゃステンレス鋼からなるものが用いられていた。さて、このような光ファイバアンプ用複合モジュールにおいては、 L D素子 9のレーザ特性確保及びレーザ特性維持の為に、前述したベルチェ素子 1 2による L D素子 9の温度調整が必要不可欠であり、信号光の高出力化の要求に伴い、 L D素子 9の更なる高出力化及びその信頼性向上が強く求められてきた。

このような要求に応じる為には、ペルチェ素子 1 2の温度調整時に該ペルチェ素子 1 2下部に発生する熱を効率良く基板 1に伝え、該基板 1 からモジュール外部へ放散させる必要性がある。

し力、し、従来、基板 1に使用されていたコバールやステンレス鋼等の材料は熱伝導率が、例えば 3 O W/m · K以下と、かなり低く、上記のようなモジユールにおいてベルチヱ素子 1 2の温度調整時に該ベルチヱ素子 1 2下部に発生する熱を、効率良くモジュール外部へ放散させることは困難であった。

そこで、このような問題を解決するために、ペルチヱ素子 1 2下部と半田づけ等により密着固定されている基板 1の材質を、通常用いられている上記コバールよりも熱伝導性の良い材料、例えば C uや C u— W系合金に変更することにより、モジュ一ル外部への熱放散性を向上させる手段が考えられる。

しかし、ここで問題になるのが、上述した干渉膜フィルタ部品 5等の光部品を基板 1に固定する為に用いられているレーザビーム溶接であるすなわち C uや C u—W系合金からなる基板 1をレーザビーム溶接で光部品の金属ホルダ 8部分と溶接すると、 C uや C u—W系合金の熱伝導率が高すぎるので、レーザビームによる熱もすぐに放散してしまい、溶接性が良くなかった。

従って基板 1と干渉膜フィルタ部品 5等の光部品とを長期的かつ強固に固定することが困難であつた。

また、この光フアイバアンプ用複合モジュールと光ファィバアンプ基板との固定の際、光ファイバアンプ用複合モジュールの基板 1に反り等の変形が生じることがある。

その際、モジュール製造の時に軸合わせされていた L D素子 9と干渉膜フィルタ部品 5との光軸がずれ、光結合率が低下してしまい、第一の光フアイバ 4 aからモジュール外部に出射される励起光の光量が大きく低下してしまう、という問題が生じていた。

本発明は前記課題を解決するためになされたもので、その目的は、ぺルチェ素子で発生する熱を効率良くモジユール外部に放出することができ、かつ干渉膜フィルタ部品と基板とが長期的にかつ強固に固定され、かつ基板に変形が生じた場合であっても L D素子と干渉膜フィルタ部品との光軸ずれがより少なくなる光ファイバアンプ用複合モジュールを提供することにある。発明の開示

請求項 1記載の本発明の光フアイバアンプ用複合モジュールは、信号光入力部、信号光出力部、および基板を有し、

前記信号光入力部から、基板上を介して、前記信号光出力部へと信号光が進行する信号光経路が形成されていて、

前記基板上であつて信号光経路になっている部分に、信号光を通過させ、かつ励起光を反射する干渉膜フィルタ部品が、配置および固定され前記基板上であって信号光経路外の部分には、励起光を干渉膜フィルタ部品に導入するレーザダイオード素子が、ベースおよびペルチェ素子を介して、ロウづけまたは半田づけにより、配置および固定されていて前記レーザダイオード素子から出射された励起光を、前記干渉膜フィルタ部品で反射させ、前記信号光入力部または信号光出力部から出力させる光ファイバアンプ用複合モジュールであって、

前記基板のうちペルチェ素子が固定される部分は、 C uまたは C u— W系合金で構成された高熱伝導部分になっていて、

前記ベースのうち少なくとも一部は、 F e—N i— C o系合金、 F e _N i系合金、 F e— N i— C r系合金、 F e _ C r系合金またはステンレス鋼で構成された低熱伝導部分になっていて、かつ前記干渉膜フィルタ部品は、前記レーザダイオード素子が設けられているベースの低熱伝導部分に、レーザビーム溶接によって、固定されていることを特徴とする。

請求項 2記載の本発明の光ファイバアンプ用複合モジュールは、請求項 1記載の構成を備えたものであって、基板上の信号光経路になっている部分には、信号光の一部または反射光を信号光経路外に反射してフォトダイオードに受光させ、かつ残りの信号光を通過させるビ一ムスプリッタ部品が、配置されていて、

前記ビームスプリッタ部品は、低熱伝導部分が設けられた台座の該低熱伝導部分にレーザビーム溶接によって固定され、かつ該台座を介して、ロウづけまたは半田づけによって、基板上に固定されていることを特徴とする。

請求項 3記載の本発明の光ファイバアンプ用複合モジユールは、請求項 1または請求項 2記載の構成を備えたものであって、ベースは、低熱伝導部分と高熱伝導部分とを有し、レーザダイオード素子はベースの前記高熱伝導部分に固定され、干渉膜フィルタ部品またはビームスプリッタ部品はベースの前記低熱伝導部分に固定されていることを特徴とする本発明において高熱伝導部分とは、 C uまたは C u一 W系合金からなる部分のことを言い、低熱伝導部分とは F e— N i— C o系合金、 F e — N i系合金、 F e— N i— C r系合金、 F e— C r系合金またはステンレス鋼からなる部分のことを言う。

上記請求項 1記載の本発明の光ファィバァンプ用複合モジュールでは、基板のうち少なくともペルチェ素子が位置する部分は、高熱伝導部分になっている。

従ってコバールまたはステンレス鋼等の低熱伝導性材料からなる基板を用いた場合に比べて、ペルチ X素子下部に発生する熱を効率良くモジュ一ル外部に放出することができる。

また干渉膜フィルタ部品は、前記ベースのうち低熱伝導部分に、レ一ザビーム溶接によって固定されている。そして該ベースとペルチヱ素子

、およびペルチェ素子と基板とは、例えばロウづけまたは半田づけによつて、固定されている。

従って干渉膜フィルタ部品を、基板上に、長期的にかつ強固に固定することができる。

さらに L D素子と、該 L D素子から発した励起光を反射する干渉膜フィルタとが同一のベース上に固定されていることにより、基板に反り等の変形が生じた場合であつても、該基板上の各位置の変形量のばらっきが該基板とベースとの間で吸収されるので、同一^ ^ース上の L D素子と干渉膜フィルタ部品との間における光軸ずれの量は従来よりも少なくなる。

上記請求項 2記載の本発明の光ファイバアンプ用複合モジュールでは、ビームスプリッタ部品は、台座の低熱伝導部分に、レーザビーム溶接によって固定され、かつ該台座を介して、ロウづけまたは半田づけによつて、基板に固定されている。

従ってビームスプリッタ部品を、基板上に、長期的にかつ強固に固定することができる。上記請求項 3記載の本発明の光フアイバアンプ用複合モジュールでは、ベースは、高熱伝導部分と低熱伝導部分とを有し、レーザダイオード素子は該ベースの前記高熱伝導部分に固定され、干渉膜フィルタ部品またはビームスプリッタ部品またはこれら両方は前記低熱伝導部分に固定されている。

従ってベースの低熱伝導部分では、請求項 1または請求項 2記載の発明と同様に干渉膜フィルタ部品またはビームスプリッタ部品を長期的かつ強固に固定することができる上に、ベースの高熱伝導部分において、 L D素子からモジユール外部への熱放散性を向上させることができる。上記請求項 1記載の本発明の光フアイバアンプ用複合モジユールでは、基板のうちペルチェ素子が位置する部分は、高熱伝導部分になっているため、従来に比べて、ペルチェ素子下部に発生する熱をモジュール外部に効率良く放散させることができる。

また、ベースには、低熱伝導部分が形成されていて、干渉膜フィルタ部品は、このベースの低熱伝導部分に、レーザビーム溶接によって、固定されているため、干渉膜フィルタ部品は該ベースを介して基板上に長期的にかつ強固に固定される。

また L D素子と、該 L D素子から発した励起光を反射する干渉膜フィルタとが同一のベース上に固定されていることにより、基板に反り等の変形が生じた場合であつても、この L D素子と干渉膜フィルタの部分における光軸ずれの量は従来よりも少なくなる。

上記請求項 2記載の本発明の光ファィバアンプ用複合モジュールでは、ビ一ムスプリッタ部品は、台座の低熱伝導部分に、レーザビーム溶接によって、固定され、かつ該台座を介して、ロウづけまたは半田づけによって、基板に固定されているため、ビームスプリッタ部品を、台座を介して、基板上に長期的にかつ強固に固定することができる。上記請求項 3記載の本発明の光フアイバアンプ用複合モジュールでは、レーザダイオード素子は該ベースの前記高熱伝導部分に固定され、干渉膜フィルタまたはピ一ムスプリッタが固定された金属ホルダは前記低熱伝導部分に固定されているため、干渉膜フィルタ部品またはビームスプリッタ部品とベースおよび基板との長期的かつ強固な固定が損なわれることなく、 L D素子からベースおよび基板への熱放散性もより良くなる。図面の簡単な説明

第 1図は、本発明の光ファイバアンプ用複合モジュールの実施形態の一例を示す説明図であり、（a ) は上面図、（b) は一部断面状態の側面図である。

また、第 2図は、本発明の光ファイバアンプ用複合モジュールに使用されるベースの一例を示す側面図であり、第 3図は、本発明の光ファイバアンプ用複合モジュールの実施形態の他の例を示す上面図であり、第 4 図は、従来の光ファイバアンプ用複合モジュールの一例を示す説明図で、（a ) は上面図、（b) は一部断面状態の側面図である。さらに、第 5図は、干渉膜フィルタゃビームスプリッタを金属ホルダに収納固定した一例を示す斜視図である。発明を実施するための最良の形態

本発明をより詳細に説述するために、添付の図面に従ってこれを説明する。

尚、第 4図（a ) ，（b) 、第 5図で説明したものと同様の部分については、説明を省略するか、簡略化する。

第 1図（a ) , (b ) は、本発明の実施形態の一例となる光ファイバアンプ用複合モジュールを示したものである。

第 1図（a) ，（b) に示すように、この光ファイバアンプ用複合モジュールでは、従来と同様に、直立する側面板 2 a〜2dで囲まれた基板 1上に干渉膜フィルタ部品 5、光アイソレータ 6、ビ一ムスプリッタ部品 7、 LD素子 9、 PD14が配置されている。

ただし基板 1は、例えば全体が高熱伝導部分になっている。

このような高熱伝導部分に使用される材料の例としては Cu、および 10〜2 OCu— W等の Cu— W系合金が挙げられる。

尚、各金属の組成は重量％表示である。

そして干渉膜フィルタ部品 5は、基板 1に直接ではなく、 LD素子 9 が固定されている同一のベース 11上に、レーザビーム溶接により固定されて、該ベース 11およびその下のペルチヱ素子 12を介して基板 1 に間接的に固定されている。

また、ベース 11は、例えば全体が低熱伝導部分となっている。

このような低熱伝導部分に使用される F e系材料の例としては、 29 N i— 16Co— Feその他の Fe— N i— Co系合金（コバール）、 52N i— Feその他の Fe— N i系合金、 42Ni— Fe， 5 ON i — Feその他のパ一マロイ、 42Ni— 6Cr— Fe, 47N i -6C r— Feその他の Fe_Ni— Cr系合金、 18Cr— Fe, 25Cr — Feその他の Fe— Cr系合金， SUS302, 303, 304, 3 16， 317その他のステンレス鋼が挙げられる。

このようにベース 11全体が低熱伝導部分になっていても、例えば該ベース 11が厚さ 2. 0mm以下、より好適には 1. 5mm以下で形成されていれば、 LD素子 9で発生する熱は、ベース 11を介し、ベルチ二素子 12に効率良く伝達される。

またビームスプリッタ部品 7は、全体が低熱伝導部分になっている台座 1 6上に、レーザビーム溶接により、固定され、該台座 1 6を介して、基板 1上に、例えば A gロウづけにより固定されている。

そしてこれら各光部品が、基板 1、側面板 2 a〜2 d、および上面板 1 7により、窒素雰囲気で、ノ、。ッケ一ジングされ、この光ファイバアンプ用複合モジュールが完成されている。

尚、ベース 1 1の他の例として、第 2図に示すように、 L D素子 9が搭載される部分を高熱伝導部分 1 1 aとし、干渉膜フィルタ部品 5が搭載される部分を低熱伝導部分 1 l bとし、両者をロウづけや半田づけにより貼り合わせたものとしてもよい。その他、低熱伝導部分 1 l bを上述した材質の部材を組み合わせたものとしてもよい。

このようなベース 1 1を用いることにより、 L D素子 9からモジユール外部への熱放散性が、より良くなる。

また本実施形態例では、基板 1、側面板 2 a〜2 d、および上面板 1 7で各光部品を封入した光ファィバァンプ用複合モジユールを示したが、本発明は側面板 2 a〜2 d、上面板 1 7を必須とするものではない。そして本発明における基板 1は、 C uまたは C u— W系合金からなるものに限定されるものではなく、図 2に示すベース 1 1の場合と同様に、これら高熱伝導部分と低熱伝導部分の材料からなる部材同士を組み合わせたものであってもよい。

本実施形態例では、光ァイソレータ 6を基板 1に直接固定した例を示したが、本発明では、該光アイソレータ 6や他の光部品を、干渉膜フィルタ部品 5やビームスプリッタ部品 7とともにベース 1 1または台座 1 6上にレーザビーム溶接によって固定してもよい。

無論、ビームスプリッタ部品 7を、 L D素子 9や干渉膜フィルタ部品 5が共に固定されている同一のベース上に固定してもよい。すなわち、この場合、ベースが台座 1 6でもある。さらに本実施形態例では、信号光進行方向とは逆方向に E rドープ光フアイバに励起光を送り込む、いわゆる後方励起型の光フアイバアンプ用複合モジュ一ルの例を示したが、本発明の光フアイパアンプ用複合モジュールは、信号光進行方向と同方向に、 E rドープ光ファイバに励起光を送り込む、いわゆる前方励起型のものであってもよい。

第 3図にこの光フアイパアンプ用複合モジュールの一例を示す。第 3図に示すように、この光ファイバアンプでは、信号光のサンプリングを行うためのビームスプリッタ部品 7と P D 1 4が設けられているせ、反射光のサンプリングのための P D 1 4は設けられていない。また L D素子 9と干渉膜フィルタ部品 5との配置関係を基準にして見ると、励起光進行方向が逆向きになるように、干渉膜フィルタ部品 5の反射の向きが第 1図（a ) , (b) の場合とは逆向きになっており、信号光の進行方向と、励起光の進行方向は同じになっている。

加えて本実施形態例では、光ファイバ 4 a， 4 b付きの光ファイバァンプ用複合モジュールを例にとって説明したが、本発明の光ファィバァンプ用複合モジュールは、信号光入力部、信号光出力部および信号光経路 Xが形成されてさえいれば、光ファイバ 4 a , 4 bや封止ガラス 3 a , 3 bが設けられていなくともよい。産業上の利用可能性

以上のように、本発明に係る光ファイバアンプ用複合モジュールは、 E rなどの希土類を添加した光ファィバを増幅媒体とする光ファイノァンプにおいて使用され、光ファイバアンプに入力される信号光の増幅をおこなうために前記希土類添加光ファィバへ励起光を供給しつつ、同時に増幅された信号光を透過させるための光モジュールとして用いるのに適している。

Claims

請求の範囲

1 . 信号光入力部、信号光出力部、および基板を有し、

前記基板上であって信号光経路になっている部分に、信号光を通過させ、かつ励起光を反射する干渉膜フィルタ部品が、配置および固定され前記基板上であって信号光経路外の部分には、励起光を干渉膜フィルタ部品に導入するレーザダイォード素子が、ベースおよびベルチ X素子を介して、ロウづけまたは半田づけにより、配置および固定されていて前記レーザダイオード素子から出射された励起光を、前記干渉膜フィルタ部品で反射させ、前記信号光入力部または信号光出力部から出力させる光フアイバアンプ用複合モジュールであって、

前記基板のうちベルチ二素子が固定される部分は、 C uまたは C u— W系合金で構成された高熱伝導部分になっていて、

前記べ一スのうち少なくとも一部は、 F e— N i— C o系合金、 F e — N i系合金、 F e— N i— C r系合金、 F e— C r系合金またはステンレス鋼で構成された低熱伝導部分になっていて、かつ前記干渉膜フィルタ部品は、前記レーザダイオード素子が設けられている同一ベースの低熱伝導部分に、レーザビーム溶接によって、固定されていることを特徴とする光ファイバアンプ用複合モジュール。

2. 基板上であって信号光経路になっている部分には、信号光の一部または反射光を信号光経路外に反射してフォトダイオードに受光させ、かつ残りの信号光を通過させるビームスプリッタ部品が、配置されていて、前記ビームスプリッタ部品は、低熱伝導部分が設けられた台座の該低熱伝導部分にレーザビーム溶接によって固定され、かつ該台座を介して、ロウづけまたは半田づけによって、基板上に固定されていることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の光ファィバァンプ用複合モジュ一ル。

3. ベースは、低熱伝導部分と高熱伝導部分とを有し、

レーザダイオード素子はベースの前記高熱伝導部分に固定され、干渉膜フィルタ部品とピームスプリッタ部品の一方又は両方はベースの前記低熱伝導部分に固定されていることを特徴とする請求の範囲第 1項又は請求の範囲第 2項記載の光ファイバアンプ用複合モジユール。