JPH03209206A - 光結合体付光電子装置 - 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、光結合体付光電子装置、たとえば、半導体レ
ーザ装置と光ファイバコネクタを結合させた光結合体付
光電子装置の製造技術に係わり、特にシングルモード光
ファイバを案内するレセブタタルと半導体レーザ装置と
を接続する技術に適用して有効な技術に関する． 〔従来の技術〕 光ファイバ通信の光源および受光器として、半導体レー
ザ装置，発光ダイオード装置およびホトダイオード装置
が使用されている．これら半導体レーザ装置，発光ダイ
オード装置およびホトダイオード装置等の光電子装置と
、光ファイバ（光ファイ．バケーブル）との接続には、
一Ｍに相互に対となるレセブタクルと光コネクタ等の光
結合体が使用されている．たとえば、株式会社、日立製
作所発行「オブトデバイスデータブック」昭和６３年９
月発行、Ｐ１８０には、レセブタタル付パッケージ構造
のレーザダイオード（光結合体付光電子装置）が紹介さ
れている．このレセブタタル付バッケージにあっては、
ＦＣ−ＰＣ形コネクタ付ファイバが接続できるようにな
っている．〔発明が解決しようとする課題〕 従来、通信用途に用いられる光結合体付光電子装置は、
光コネクタが取り付けられるレセブタクルと光電子装置
との接続を、レセプタタルに付属した取付ガイド部にお
いて光学的位１ｆｆｌ整の上固定している．その！Ａ整
には光軸方向および光軸に垂直な３次元調整を必要とす
るため調整作業が複雑となる． 一方、本出願人にあっては、長さがそれぞれ異なる取付
ガイドを複数用意しておき、各半導体レーザ装置の焦点
等を測定した後、それぞれの半導体レーザ装置に適した
長さの取付ガイドを選択し、その後レセブタクルおよび
取付ガイドならびに半導体レーザ装置の二者を一体化す
ることによって、レセブタクルに保持される光ファイバ
と半導体レーザ装置との光結合効率が最も大きくなるよ
うにする技術を提案している． しかし、このような技術は、各半導体レーザ装置の焦点
等の測定やこの焦点等に対応する取付ガイドの選択に長
時間を要するという問題がある。

本発明の目的は、光結合体と光電子装置との光結合効率
を高くできるとともに、組立時間の短縮化が図れる光結
合体付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． （課題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、下記のとおりである． すなわち、本発明の光結合体付光電子装置は、キャップ
の中央にレンズを有するキャン封止型の半導体レーザ装
置（光電子装置）と、光ファイバコネクタを案内するレ
セプタクル（光結合）と、前記レセブタクルと前記半導
体レーザ装置とを連結する管状の取付ガイドとからなっ
ているどともに、前記半導体レーザ装置はそのステムの
外周面に設けられた雄ネジを介して前記取付ガイドの内
周面に設けられた雌ネジに噛み合い、かつ両者の噛み合
い部分は半田で固定され、さらに接続部分から外れる取
付ガイド外端部分はレジン（埋込体）で埋め込まれて封
止されている構造となっている．そして、光結合体付光
電子装置の組立における半導体レーザ装置とレセプタク
ルに取り付けられる光ファイバコネクタとの光結合効率
を最大にする調整作業においては、光軸方向に沿う調整
は取付ガイドに対して相対的に半導体レーザ装置を回転
調整することにより行い、光軸に垂直となる面方向の位
置調整は前記取付ガイドの端而とレセプタクルとの擦り
合わせ調整によって行われる．位置調整後は前記取付ガ
イドとレセプタタルとは溶接で固定され、取付ガイドと
半導体レーザ装置はあらかじめ取付ガイドの内周面に設
けておいた半田膜の一時的な溶融によって行われる．さ
らに、封止のために取付ガイド外端部分にははレジンが
充填されて塞がれる． 〔作用〕 上記した手段によれば、本発明の光結合体付光電子装置
は、３次元的位置調整を必要とする光結合体と光電子装
Ｗ！相互の接続にあっては、光軸方向の調整はネジ構造
により行うことがら連続した微調整が行えること、光軸
に垂直な方向の調整は取付ガイドと光結合体相互の擦り
合わせにより行えること、さらには位置調整後に溶接や
半田付けで光結合体および取付ガイドならびに光電子装
置の三者間の固定が行えることから、高い光結合効率を
有するものとなるばかりでなく、調整作業時間も短縮さ
れる． 〔実施例〕 以下図面を参照して本発明の一実施例について説明する
。

第１図は本発明の一実施例によるレセブタクル付光電子
装置の概要を示す断面図、第２図は同じく一部拡大断面
図、第３図はより具体的な本発明によるレセプタクル付
光電子装置の要部を示す断面図、第４図は同じくレセブ
タタル付光電子装置の製造工程を示すフローチャート、
第５図は同じく光結合調整状態を示す光結合体付光電子
装置の要部を示す断面図である． 第１図および第２図に示すものは、最もシンプルな構造
の光結合体付光電子装置である．この光結合体付光電子
装置は、大別して第１の接続体としての光電子装置、具
体的にはキ十ンタイプの半導体レーザ装置１と、第２の
接続体としての光結合体、具体的には光ファイバ２を案
内するレセプタクル３と、このレセプタクル３と光電子
装置１を一体的に連結させる管状の取付ガイド４とから
なっている．そして、前記取付ガイド４の一端側にはレ
セブタクル３が、他端側には半導体レーザ装ｆｉｌが固
定されている。

一方、前記光ファイバ２はその先端が円筒状の光ファイ
バコネクタ５の中心を貫くように取り付けられている．
この光ファイバコネクタ５は前記レセプタクル３に挿入
される．また、前記レセブタクル３に固定された管状の
取付ガイド４は、管の中心軸が光ファイバ２および前記
半導体レーザ装置１から発光されるレーザ光６の光軸７
と一致するように固定されている．このような取付ガイ
ド４に対して半導体レーザ装置ｌは、相互に設けた係止
部、具体的にはネジ構造を介して取り付けられている．
すなわち、前記取付ガイド４の他端側の内周面には係止
部としての雌ネジ１０が設けられているとともに、この
雌ネジｌＯに噛み合う係止部としての雄ネジ１ｌが前記
半導体レーザ装ｒＩｌ■のステムｌ２の外周面に設けら
れている．したがって、前記半導体レーザ装置ｌはステ
ム１２の雄ネジ１ｌを取付ガイド４の雌ネジ１０に噛み
合うように螺合することによって取付ガイド４に取り付
けられる．また、取付ガイド４と半導体レーザ装２１は
半田で固定されている．１！ｉみ立てに先立って、前記
雌ネジ１０の表面には、第２図に示されるように、半田
膜１３が設けられる．そして、前記雌不ジｌＯに雄ネジ
１ｌが螺合されて半導体レーザ装ｉＩ７１の位置設定が
なされた後は、前記半田１１Ｊｌ３が一時的に溶かされ
る．この結果、雌ネジ１０と雄ネジ１ｌは、第１図では
図示しないが固定手段として半田で固定されることにな
る．また、前記取付ガイド４の外端部分はレジンからな
る埋込体１４が充填され、開口部が塞（　Ｉｔ　ｔ　）
かれている． 半導体レーザ装Ｉｆは、円板状の金属製のステム１２と
、このステムｌ２の主面に固定された金属製のヒートシ
ンク１５と、このヒートシンク１５の一側面上端部分に
取り付けられた半導体レーザ素子１６と、前記ステムｌ
２の主面に取り付けられかつ前記ヒートシンク１５や半
導体レーザ素子１６等を気密的に被うキャンプ１７とか
らなっている。また、前記ステム１２には２本のり一ド
ｌ８が取り付けられている。一本のり一ドｌ８は導電性
のステムｌ２に直接固定され、他のリードｌ８はステム
ｌ２の主面側に貫通しかつ絶縁的に取り付けられている
．この絶縁的に取り付けられたリードｌ８の上端と前記
半導体レーザ素子Ｉ６の上部電極とは、図示しないワイ
ヤで電気的に接続されている．そして、前記一対のリー
ドｌ８に所定の電圧を印加すると、前記半導体レーザ素
子ｌ６の出射面からそれぞれレーザ光６を発光するよう
になっている． 他方、前記キャップ１７の天井部分の中央には、球体か
らなるレンズ１９が取り付けられていることから、前記
レーザ光６はこのレンズ１９を通ってキャップｌ７の外
、すなわち、ステム１２とキャンプ１７からなるバッケ
ージ外に出射される．このレーザ光６は前記レセブタク
ル３に保持された光ファイバ２の先端に向かって進む．
光ファイバ２は詳細に図示はしないが、中心に沿って延
在するコアと、このコアを被うクラッドとからなり、前
記レーザ光６はコア内に取り込まれて伝送される．前記
光ファイバ２は、たとえばクラッド径が１２５μｍとな
るとともに、コア径はシングルモードファイバの場合は
７〜８μｍ程度となっている。

このような光結合体付光電子装置は、取付ガイド４はレ
セブタクル３に対して嵌め合い構造によって同心円的に
接合されるため、光軸に垂直となる平面方向の位置調整
は正確に行われることになる．また、光軸方向の位置調
整は、取付ガイド４に対して半導体レーザ装置ｌを相対
的に回すことによって行える．この場合、前記半導体レ
ーザ装置１を回転調整することによって、半導体レーザ
装置ｌは取付ガイド４の軸方向（光軸方向）に沿って前
進あるいは後退すること、また、この前行進移動は連続
的に行えることから、半導体レーザ装置１の回転角度の
調整によって微調整も可能となり、光結合効率が高くな
る半導体レーザ装１１の位置の設定も正ｉｉ　ｉｉ実に
行えるとともに、位置調整作業時間の短縮も可能となる
。

つぎに、より具体的な本発明の光結合体付光電子装置に
ついて説明する。

この光結合体付光電子装置は、第３図に示されるように
、第Ｌの接続体としての光電子装ｒＩｌ（半導体レーザ
装置）１と、図示しない光ファイバコネクタが取り付け
られる第２の接続体としての光結合体（レセブタクル）
３と、このレセプタクル３と半導体レーザ装置１を連結
する管状の取付ガイド４とからなっている． 前記半導体レーザ装置ｌは金属円板からなるステムＩ２
の上面（主面）中央部に金属製のしートシンクエ５を鑞
材で固定した構造となっている．ヒートシンクｌ５の一
側面にはサブマウント２０を介して半導体レーザ素子ｌ
６が固着されている．この半導体レーザ素子１６はその
上端および下端からそれぞれレーザ光６を発光する。前
記ステム１２の主面には受光素子２１が固定されている
。

この受光素子２ｌは半導体レーザ素子１６の下端から放
射されるレーザ光６を受光し、光出力を検出するモニタ
ー素子となっている。前記ステム１２には３本のり一ド
１８が取付けられている。１本のリード１８はステム１
２に電気的にも接続され、他の２本のリード１８はステ
ム１２を貫通し、かつステム１２に対して絶縁的に固定
されている．この貫通状態の２本のり一ド１８の上端は
それぞれワイヤ２２を介して半導体レーザ素子１６およ
び受光素子２１の各電極に電気的に接続されている． 一方、ステム１２の天井部にレンズ１９を有する金属製
のキャップｌ７が気密的に固定され、前記ヒートシンク
１５，半導体レーザ素子１６，受光素子２１．リード１
８上端部、ワイヤ２２等を封止している．したがって、
半導体レーザ素子１６の上端から発光したレーザ光６は
このレンズ１９を通過してステム１２とキ．ヤップｌ７
とによって形威されたバッケージ外に発光される．この
ような第１の接続体としての半導体レーザ装置（光電子
装置）■は、管状の取付ガイド４の一端側に取り付けら
れる．取付ガイド４は金属円管からなり、前記半導体レ
ーザ装置ｌを取り付ける先端側の内周面には雌ネジ１０
が設けられている．そして、この雌不ジ１０に噛み合う
雄ネジ１１が前記ステムｌ２の外周面に設けられている
。

したがって、半導体レーザ装置１は取付ガイド４に螺合
固定できるようになっている．最終的には、半導体レー
ザ装ｉ！１ｉ．ｔ＠転操作されて、所定の位置、すなわ
ち、光軸方向における位置が設定される．また、前記雌
ネジｌＯの表面にはあらかじめ半田膜１３が設けられて
いるとともに、この半田膜Ｉ３は前記半導体レーザ装置
ｌの固定位置設定後に一時的に溶かされる，したがって
、半田膜ｌ３の熔融硬化による半田によって半導体レー
ザ装Ｗｌｌは取付ガイド４に確実に固定されることにな
る．また、前記ステムｌ２の外側の取付ガイド４の端に
は、レジンからなる埋込体１４が充填されて封止される
． 他方、前記取付ガイド４の他端側には、第２の接続体と
してのレセプタクル（光結合体）３が、レーザ溶接によ
る溶接部２６で固定されている．取付ガイド４の他端側
はレセブタクル３の平坦な摺動面（擦り合わせ面）に当
接される構造となっている．前記レセブタクル３は光フ
ァイバコネクタのフエルール部が挿入される円筒部３０
と、円筒部３０の底のフェルールを突き当てる透孔３ｌ
をもった止まり部３２からなっている．このようなレセ
ブタクル付光電子装置にあっては、一対のり一ドｌ８に
所定の電圧を印加すると、ステム１２とキャップ１７か
らなるパッケージ内に配設された半導体レーザ素子１６
からレーザ光６を発光する．このレーザ光６は、レンズ
１９および透孔３１を通過し、円筒部３０および止まり
部３２によってガイドされた図示しない光ファイバコネ
クタの光ファイバに取り込まれるようになっている。

つぎに、このようなレセプタクル付光電子装置の組立（
製造）方法について説明する．レセプタクル付光電子装
置は、第４図のフローチャートに示されるように、レセ
ブタタルと取付ガイドとの接合，光電子装置螺合，光結
合位置設定５光電子装置固定，充填材（埋込体）による
封止なる工程を経て製造される。

最初に、前記取付ガイド４の一端側に半導体レーザ装置
１が螺合される．その後、この取付ガイ！’４の一端面
をレセブタクル３の平坦な摺動面に接触させる．つぎに
、第５図に示されるように、リード１８に所定の電圧が
印加され、半導体レ〜ザ素子１６からレーザ光６を発光
させながら、レセプタクル３に取り付けられる光ファイ
バコネクタ５の光ファイバに取り込まれる光の出力を測
定しながら光結合位置の選択がなされる。光軸方向に沿
う位置調整は前記半導体レーザ装置１を取付ガイド４に
対して回転調整することによって、半導体レーザ装置１
を光軸方向に移動調整する。また、光軸方向に垂直とな
る面方向の位置調整は、レセブククル３の摺動面に対し
て取付ガイド４の一端面を摺動させて移動調整すること
によって行う． 半導体レーザ装［１の光結合位置が設定された後、熱を
一時的に半田膜ｌ３に加えて溶かし、半田によっ”ζ半
導体レーザ装置１を取付ガイド４に固定（第１の接続工
程）するとともに、前記取付ガイド４とレセブタクル３
はレーザ溶接による溶接部２６によって固定（第２の接
続工程）する．さらに、取付ガイド４の先端側の穴部分
にレジンを充填し、かつキュアして埋込体ｌ４を形或し
て封止を行い、第３図に示されるようなレセプタタル付
光電子装置を製造する。なお、前記第ｆの接続工程およ
び第２の接続工程はどちらを先に行ってもよい。

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）本発明のレセブタクルｌす光電子装置にあっては
、レセプタタルと半導体レーザ装置は取付ガイドを介在
させて一体化した構造となっているが、前記半導体レー
ザ装置は取付ガイドにネジ構造で取り付けられ、かつ半
導体レーザ装置の回転Ｕ８！！で光軸方向に沿う位置が
設定されるため、所望の位置に正確確実に固定できると
いう効果が得られる， （２）上記（１）により、本発明のレセプタクル付光電
子装置にあっては、前記半導体レーザ装置と取付ガイド
との接続位置の設定はネジ構造を利用した取付ガイドに
対する半導体レーザ装置の相対的な回転調整で行えるた
め、また、固定巳よネジ部分にあらかじめ設けた半田膜
の溶融によって行えることから、組み立てが容易となり
、作業時間の短縮が図れるという効果が得られる．（３
）本発明のレセプタクル付光電子装置にあっては、レセ
プタタルと半導体レーザ装置は取付ガイドを介在させて
一体化した構造となっているとともに、前記取付ガイド
とレセブタタルとの固定はレーザ溶接によって行われて
いるが、溶接に先立って取付ガイドはレセブタクルの摺
動面に当接する構造で固定されていることから、固定に
先立って取付ガイドをレセブタタルの摺動面に擦り合わ
せるように移動調整できるため、光軸に垂直となる面方
向の位置調整が正確に行えるという効果が得られる． （４）上記（１）および（３）により、本発明によれば
、レセブタクル付光電子装置の組み立てにおいて、光軸
方向の位置および光軸に垂直となる面方向の位置調整が
正確確実に行えることから、半導体レーザ装置と光ファ
イバ管の光結合状態を最」二とすることができ、光結合
効率の高いレセブタクル付光電子装置を提供することが
できるという効果が得られる． （５）本発明のレセブタクル付光電子装置は、取付ガイ
ドに螺合された半導体レーザ装置の露出面側はレジンに
よる埋込体で塞がれていることから、取付ガイドに対す
る半導体レーザ装置の固定効果が高くなり、光結合の信
頼性が高くなるという効果が得られる。

（６）本発明のレセブタクル付光電子装置は、半導体レ
ーザ装置とレセブタタルに保持された光ファイバとの間
に反射を起こす原因となるガラス板等が存在しないこと
から、半導体レーザ素子への戻り光も少なくなり、光出
力と電流との関係における特性において、キンクが発生
するようなこともなくなり、安定した光通信等の発光源
となることができるという効果が得られる． （７）上記（１）〜（６）により、本発明によれば、光
結合の信頼度が高くかつ発光特性の安定したレセブタク
ル付光電子装置を安価に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、前記実施例で
は、ネジで係止部を構成したが、他の構造で係止部を構
成してもよいことは勿論である。また、取付ガイドと光
電子装置を半田、すなわち、接合材で固定したが、他の
固定手段、たとえばレーザ溶接による母材の溶融による
固定あるいはカシメ等による母材の変形による固定でも
よく、前記実施例同様な効果が得られる． 第６図は本発明の他の実施例によるレセブタクル付光電
子装置の要部を示す断面図である．この実施例ではキャ
ップで封止されない半導体レーザ装１ｊｌが取付ガイド
４にネジ構造を利用して接続されているとともに、光フ
ァイバコネクタ５に取り付けられた光ファイバ２の先端
は、光ファイバコネクタ５の内端から突出しかつ先端部
はテーバ状に細くなるとともに先端は半球状（先球部４
０）となっている．そして、半導体レーザ素子ｌ６から
出射されたレーザ光６は直接光ファイバ２の先球部４０
に進むようになっている．この構造では、半導体レーザ
素子ｌ６と光ファイハ２間に反射を起こす原因となるガ
ラス板やレンズ等が存在しないこと、また光ファイバ２
の先球部４０は戻り光を発生させ難い構造であることか
ら、半導体レーザ素子ｌ６への戻り光も少なくなり、光
出力と電流との関係における特性において、キンクが発
生するようなこともなくなる．したがって、安定した光
通信等の発光源となることができる。

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光源とし
ての半導体レーザ装置内蔵の光結合体付光電子装置の製
造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、光を発光する発光ダイオードや光
を受光する受光装置を内蔵する光結合体付光電子装置の
製造技術に適用できる。

〔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． 本発明の光結合体付光電子装置は、管状の取付ガイドの
一端側に光ファイバコネククを案内するレセブタクルを
固定するとともに、他端側に半導体レーザ装置を螺合固
定した構造となっていることから、その組立における光
結合作業においては、光軸方向の位置調整はネジ部での
回転調整で行え、光軸に垂直となる面方向の位置調整は
レセブタクルと取付ガイドとの擦り合わせによって行え
るため、光結合作業が容易となるとともに、組み立てら
れた光結合体付光電子装置は光結合効率の高いものとな
る．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるレセブタクル付光電子
装置の概要を示す断面図、 第２図は同じく一部拡大断面図、 第３図はより具体的な本発明によるレセブタクル付光電
子装置の要部を示す断面図、 第４図は同じくレセプタクル付光電子装置の製造工程を
示すフローチャート、 第５図は同じく光結合調整状態を示す光結合体付光電子
装置の要部を示す断面図、 第６図は本発明の他の実施例による光結合体付光電子装
置の要部を示す断面図である．ｌ・・・半導体レーザ装
置（光電子装置）、２・・・光ファイバ、３・・・レセ
ブタクル（光結合体）、４・・・取付ガイド、５・・・
光ファイバコ不クタ、６・・・レーザ光、７・・・光軸
、１０・・・雌ネジ、１ｌ・・・Ｉｌｌネジ、１２・・
・ステム、１３・・・半田膜、ｌ４・・・埋込体、１５
・・・ヒートシンク、１６・・・半導体レーザ素子、ｌ
７・・・キャップ、ｌ８・・・リード、１９・・・レン
ズ、２０・・・サブマウント、２１・・・受光素子、２
２・・・ワイヤ、２６・・・溶接部、３０・・・円筒部
、３１・・・透孔、３２・・・止まり部、４０・・・先
球部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、取付ガイドと、この取付ガイドの一端側に取り付け
   られた第１の接続体としての光電子装置と、前記取付ガ
   イドの他端側に取り付けられた第２の接続体としての光
   結合体とを有する光結合体付光電子装置であって、前記
   光電子装置および前記取付ガイドの接続部分には相互の
   接続位置の調整ができる係止部がそれぞれ設けられかつ
   前記光電子装置と前記取付ガイドは前記係止部を介して
   相互に取り付けられ、さらに固定手段で両者は固定され
   ていることを特徴とする光結合体付光電子装置。 ２、前記係止部は雌ネジとこれに噛み合う雄ネジとで構
   成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の光結合体付光電子装置。