JPH03500353A - 半導体装置構造 - 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】 半導体装置構造 この発明は半導体装置構造に関し、特に光通信システム中に設けられるのに適し た外部空洞半導体レーザおよびレーザ増幅器パッケージ、および装置ノ、クツケ ージ内の可動光学処理素子のための装置に関する。

コヒーレントな光通信システムは潜在的により大きな感度を提供するが、このよ うなシステムの検出においては連続的に同調可能で、狭いライン幅で、単一モー ドの光源が必要である。このような光源は外部空洞レーザであり、それにおいて は半導体レーザ面の一つは内部フィードバックを減少させるために反射防止被覆 が形成され、選択された波長がレーザ出力におけるその波長が支配的となるよう に刺慰するためにレーザ中へ反射して戻される。反射は通常外部空洞を形成する 外部に位置する回折格子から行われる。異なった波長に同調するために格子は異 なった期間を与えることができるように回転されることができ、或いは格子は空 洞長を変化させるために縦方向に移動することができる。格子が回転されるとき 反射された波長の通過帯域が回転され、したがってもしも十分に回転されたなら ば、通過帯域は異なるモードに中心が位置し、或いは２つのモードの間に中心が 来るようになる。

空洞長を変化するとモード位置が変化し、そのため格子の通過帯域に中心のある モードは縦方向の格子位置の変化により通過帯域を越えて移動する。したがって 回転と縦方向の移動合同時に行うことによって格子の通過帯域の波長を移動させ るけれども同じモードに中心が止まることが可能であり（空洞長を変化させるこ とにより）モードのホッピングを避けることができる。制御回路は微調整のため に同調され、モード変化と共に起こる比較的大きい変化に対抗することかできな いから検出中のモード変化を避けることが必・要である。

実験室では、格子位置の調整はマイクロメータねじの調節により手動で行われ、 部品はすべて可動であり、再編成可能である。そのような装置は試験的な目的で は満足すべきものであるが、実際の通信システムに装備するためには、自動制御 および耐久性のあるパッケージが必要であり、レーザに対して恒久的に整列して 密封されていなければならない。同様の問題は同調可能なレーザ増幅器のような パッケージされた受信素子においても生じる。

この発明は、システムで使用するためにノ＼−メチツクシールを必要とする素子 を含む実用的なパッケージを提供することを目的とする。

この発明の第１の観点によれば、光放射素子と光処理素子とから構成され、光放 射素子はハーメチックシールパッケージの外部に位置する前記光処理素子への光 の通路に対して透明部分を有するハーメチックシールされたパッケージ内に配置 され、前記光処理素子は、ピエゾ電気積層体の選択的膨張および、または収縮が 光処理素子の回転および移動運動を行うように配置された複数のピエゾ電気積層 体を備えた装置上に設置されている装置が提供される。

二の発明の別の観点によれば、ピエゾ電気積層体の選択的膨張および、または収 縮が光処理素子の回転および移動運動を行うように配置された複数のピエゾ電気 積層体を備え、装置構造内で光処理素子を可動にした装置が提供される。

この発明の好ましい実施例においては、光放射素子は半導体レーザであり、光処 理素子は外部空洞を定める格子である。

別の実施例は同調可能なフィルタを備えたレーザ増幅器を具備し、このフィルタ は反射型または透過型のものでよい。

この発明は、添付図面を参照して実施例により以下詳細に説明される。

第１図はこの発明の第１の実施例の平面図である。

第２図は第１図の実施例の格子整列取付は部の端面図である。

第３図は第１図の実施例の側面図である。

第４図はこの発明の第２の実施例を示す。

第５図はこの発明のさらに別の実施例を示す。

第１図を参照すると、装置はレーザチップ１を備え、それはチップパッケージ２ にハーメチックシールされている。レーザの一方の出力面はハーメチックシール パッケージ２内で光ファイバ３に結合されている。この光ファイバ３は既知の形 式の光フアイバパッケージハーメチックシールを通ってパッケージから出てゆく 。

レーザの他方の出力面は反射防止被覆を施され、ハーメチックシールパッケージ 壁の窓４に向けられ、それを通過した後レンズ５を通過して格子６に到達する。

この装置はハーメチックシールパッケージ２内に外部空洞を含む全装置を形成す る期待された装置とは異なっており、材料のガス放出問題を軽減する利点がある 。しかしながら、ビームを照準するためにレンズを有する必要があり、その様な 目的で以前に使用されたレンズはセルフォック（ｓｅｌｆｏｃ）または球面レン ズで非常に焦点距離が短く　（通常数百ミクロン）、レーザ面に近接して配置す る必要がある。通常の形式のレンズを使用する代りに、３１ＴＩｆｉ１程度のも つと長い焦点距離のレンズが使用され、それによりレンズをハーメチックシール パッケージの外部に位置させることを可能にし、レーザと、レンズと、ノ＼−メ チツクシールパッケージの窓とを整列させようとするときの整列の制限を避け、 或いはパッケージの壁に取付けられたレンズとレーザの整列における問題を回避 することができる。選択された装置はレーザがハーメチックシールパッケージの 壁から十分に離れて位置されることを可能にし、それによって装置の取扱いを容 易にし、窓の後方に位置しているレンズか窓の収差を補償して、独立に整列およ びレーザパッケージによる収束を可能にしている。

レンズは端板９にねじ込まれたねじを備えたホルダー８中に取付けられ、端板９ とホルダー８は熱膨張による移動を最小にするためにコバールで作られることが 好ましい。レーザに対してレンズの焦点を結ばせるように調整するために、ホル ダー８はねじ中で回転される。正確な焦点合わせが得られたならば、最良の長期 間安定のためにレンズをその位置に固定することが必要であり、これは端板９中 にねじを備えたホルダ−８を溶接することによって達成される。レンズの調整中 にホルダー８と端板９のねじの間にゆるみがないことが望ましく、ぴっとりと適 合したねじはボルダ−８のねじを金メッキすることにより得られる。緊密な適合 のねじを得るために他の材料も使用可能であるが、金はホルダー８と端板９の間 の金属と金属の接触を維持し、溶接段階で有利であるので好ましい。もしも最良 の長期間安定性か要求されないのであれば、レンズはその場所に溶接される必要 はない。レンズ位置を調整する手段が設けられてもよく、それによって装置の設 定は容易になる。

格子位置の電気的微調整はピエゾ電気積層体１０によって行われ、その端部は機 械的調整ねじ１１と結合している。３個のピエゾ電気積層体が第２図の端部方向 から見た調整ねじ位置により示されている。しかし異なった数のピエゾ電気積層 体を使用することも可能である。図示された装置により、格子の回転はねじ１１ “と整列した積層体の伸びまたは縮みによって得られ、ねじ１１”と整列した積 層体を中心にして回動する。

空洞長の調整は３個の積層体すべての同時の伸縮によって行われる。ねじ１１は 初期の設定のための粗調整を可能にする。

調整範囲はねじでは３度程度の回転および空洞長における７００ミクロン乃至ｌ １１１１の変化であり、ピエゾ電気積層体では２ミリラジアンおよび１５ミクロ ンである。２ｃＩＩ＋の全体の空洞長における電気調整の範囲は５０ＧＨｚ以上 の同調を与える。

適当なモード識別を得るために、空洞長は上述のように２ｃｍ以下である必要が ある。しかしながら同調範囲に対して十分な運動を得るために長さは２ｃｎ＋ま たはそれ以上である必要がある。それ故空洞長を増加させてモード識別を失わせ ることなくピエゾ電気積層体の端部に格子を設置することは不可能である。それ 故図示の装置はレーザの方向にピエゾ電気積層体の間に内方に突出している棒１ ２上に格子を支持している。

棒１２はカラー１３を備え、それに調整ねじ】ｌを支持するフランジ１４が取付 けられている。調整ねじ１１はピエゾ電気積層体の端部と接触１．、格子６はピ エゾ電気積層体によって移動され、調整ねじＪｌの移動はフランジ１４を介して 棒１２に伝達される。

この装置は適当な材料の選択によって（例えばセラミック棒１２）、温度補償が 可能である。ピエゾ電気積層体の熱膨張はセラミック棒１２の反対方向の変化に よって補償される。

このパッケージのさらに別の特徴は基体から垂直に積層されたものと比較して光 学軸を中心にほぼ対称であることであり、これはまた熱による不整列の問題を減 少させる。

上記の外部空洞レーザの特性はエタロンを付加することによりさらに改善される 。レンズと格子の間の光路中に配置されたエタロンは格子の帯域幅よりも広い自 由スペクトル範囲（隣接する伝送ピークとの間隔）を有することが好ましい。

エタロンの同調は回転または可能な場合はエタロン反則器の一つを他のものに対 して物理的に移動させることにより行われる。エタロンは１対の高反射性の面を 有する例えばガラスのような固体適切体で構成することができる。このようなエ タロンは回転により同調させることができ、レーザビームの垂直入射から外れさ せたり、垂直入射方向に調整したりすることにより行われる。別のエタロン構造 はファブリベロー構造を構成し、１対の高反射性鏡が互いに対向している。この ようなエタロンでは同調は反射器の一方を他方に対して移動させることによって 行われる。そのような相対運動はリング形状のピエゾ素子のようなピエゾ素子に よって行われるのが好ましい。このようなエタロンはまたレーザビームの垂直入 射から少しずれて整列させることか好ましい。

もしエタロンが使用されるならば、１　ｍｍ当たりのライン数の減少した格子を 使用することが可能になり、しかも同じライン幅を得ることができる。所定】の 格子の回転によりより大きな同調範囲が１　ｍｍ当たりのライン数の減少した格 子に対して与えられる。この実施例ではエタロンを使用しないときには］、ｍｍ 当たりの１２００ラインを使用するが、エタロンの使用によりｉ　ｎｉｎ当たり のライン数が９００　、　Ｅｉ００或いはさらに少ない格子が使用され、微細な 格子によって得られるほぼ２倍の同調範囲が与えられる。

エタロンの使用により得られる狭いライン幅および、または大きな同調範囲に対 して支払うべき対画は同調プロセスの複雑さの増加である。一般的にそのような 装置によって格子およびエタロンの両者は可動にされなければならない。上述の ファブリベロー装置の場合のようにエタテロンがピエゾ電気同調性であれば、エ タロンを同調し、同時に格子を移動させることが可能になり、したかって狭いラ イン幅出力（エタロンの伝送窓により決定される）を確実にし、しかもモードホ ッピングを避けることができる。

上記のパッケージは第４図に示すようにレーザ増幅器パッケージとして使用する ように変形されてもよい。この場合に・は、レーザの両面は反射防止被工を施さ れ、格子は光路に対して角度をつけられ、そのため反射された光は再びレーザに 反射されて戻ることはなくプリズム１４に向けられ、ＰＩＮダイオード１５に導 かれる。その代わりに一線に整列したフィルタまたは格子が第５図に示すような 位置で使用されてもよい。

この後者の場合にはフィルタまたは格子支持体は連続した光路を与えるように変 形される。

格子またはフィルタは本出願人の出願Ｐ　ＣＴ／Ｇ　Ｂ８７１００７１５明細書 に記載されているような球面レンズの間に配置されてらよい。レンズ５またはレ ンズ５および窓４は第１の球面レンズに置換されることができる。反射格子が使 用されるとき、格子は光学的にレンズ間に挿入されるが物理的にはそうではない 。そのような格子またはフィルタを有するレーザ増幅器パッケージは同調可能な 受信装置を同調させるために使用することができる。

四欝　闇１　制御　ツー　擲Ｑ　とヒ 、、、−．１．−、、、−−−、−−−−　ＰＣτ／ＧＢ　２９１００３２４１ 　Ｍ　調　宜　轍　告 国際調査報告 Ｇヨ２９００３２４

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. （１）光放射素子と光処理素子とを具備し、光放射素子はハーメチックシールさ れたパッケージ内に配置され、このハーメチックシールされたパッケージはその 外部に配置された前記光処理素子への光の通路のための透明部分を具備し、前記 光処理素子は複数のピエゾ電気積層体を具備する装置上に取付けられ、前記複数 のピエゾ電気積層体はピエゾ電気積層体の選択的な膨張および、または収縮が光 処理素子の回転および移動運動を行わせるように配置されている光放射素子と光 処理素子とを備えた装置。
2. （２）光処理素子がピエゾ電気積層体と並列に延在してそれとオーバーラップし ている支持部材上に取り付けられている請求の範囲１記載の装置。
3. （３）支持部材がピエゾ電気積層体中の熱膨張を補償する請求の範囲２記載の装 置。
4. （４）さらに密封されたパッケージの外部に取付けられたレンズを具備している 請求の範囲１乃至３のいずれか１項記載の装置。
5. （５）レンズが２ｍｍ以上の焦点距離を有する請求の範囲４記載の装置。
6. （６）レンズがねじを備えたホルダーに取付けられている請求の範囲４または５ 記載の装置。
7. （７）ホルダーのねじが金でメッキされている請求の範囲６記載の装置。
8. （８）レンズホルダーが焦点を結んだ後にその位置で溶接される請求の範囲６ま たは７記載の装置。
9. （９）レンズがパッケージの透明部分による収差を補償する請求の範囲４乃至８ のいずれか１項記載による外部空洞レーザ装置。
10. （１０）光放射素子が半導体レーザであり、光処理素子がレーザの外部空洞を定 める格子である請求の範囲１乃至９のいずれか１項記載による装置構造。
11. （１１）光放射素子が半導体レーザ増幅器であり、光処理素子が同調可能なフィ ルタである請求の範囲１乃至９のいずれか１項記載による装置構造。
12. （１２）ハーメチックシールパッケージの外部の構造が光軸を中心にして実質上 対称である請求の範囲１乃至１１のいずれか１項記載による構造装置。
13. （１３）ピエゾ電気積層体の選択的な膨張および、または収縮が光処理素子の回 転および移動運動を行わせるように配置され複数のピエゾ電気積層体を具備して いる装置構造内の光処理素子を移動させるための装置。