JPH0577042B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は発光素子と光フアイバとを光学的に結
合する光結合器の組立方法に関するものである。

（従来の技術） 近年における光通信システムの発達に伴い、シ
ングルモード光フアイバ（以下、SMフアイバと
いう）を用いた長距離及び大容量伝送が行なわれ
るようになつた。この光通信システムにおいて、
光源とSMフアイバとを結合させる光結合器とし
て、半導体レーザモジユール（以下、LDモジユ
ールという）や発光ダイオードモジユール（以
下、LEDモジユールという）が用いられ、これ
らの開発が進められてきた。

従来、この種の光結合器の組立方法に関する技
術としては、第２図ａ，ｂ及び第３図に示すよう
なものがあつた。これらは、一例としてLDモジ
ユールについて示すものである。以下、その構成
を図を用いて説明する。

第２図ａ，ｂは従来の光結合器の基台部を示す
もので、同図ａはその平面図及び同図ｂはその側
面図であり、第３図は従来の光結合器の断面図で
ある。

第２図ａ，ｂにおいて、基台部を組立てるため
に先ず素子固定台１を用意する。素子固定台１は
半円柱状を成すもので、その側部は側部平面１−
１と側部曲面１−２によつて構成されている。こ
の側部平面１−１に、ヒートシンク２を介して半
導体レーザから成る発光素子３を取付ける。その
際、発光素子３はその光軸が素子固定台１の高さ
方向に向くように固定する。

次に、発光素子３が固定された素子固定台１を
円盤状の基台４に取付ける。その際、素子固定台
１の側部平面１−１が基台４の表面に対し垂直と
なるように、かつ発光素子３の光軸が基台４表面
の中心に位置するように取付ける。なお、発光素
子３の素子固定台１への取付けは、素子固定部１
を基台４に取付けた後に行なつてもよい。

このように組立てられた基台部は、第３図に示
すように光結合器に組込まれる。

第３図において、先ず基台部の前記発光素子３
の光軸上に第１レンズ５を取付ける。この取付け
は、第１レンズ５が固定されたキヤツプ状の第１
レンズ固定部６を基台４に固定することにより行
なわれる。基台部とこれに固定された第１レンズ
５により、発光部７が形成される。

次いで、円筒状のホルダ８の内部に第２レンズ
９とSMフアイバ１０を取付ける。SMフアイバ
１０はフエルール１１を介してホルダ８に固定す
るが、その際SMフアイバ１０と第２レンズのそ
れぞれの軸芯が一致するように固定する。このよ
うにして、ホルダ８及びその内部に固定された第
２レンズ９とSMフアイバ１０によつて、受光部
１２が形成される。

次に、前記発光部７と受光部１２との固着を行
なう。この固着に際しては、治具を用いて前記発
光素子３の光軸と第２レンズ９、SMフアイバ１
０の軸芯とが一致するように位置合わせする。位
置合わせ後、発光部７と受光部１２の固着がなさ
れれば、光結合器の組立が終了する。

上記のように組立てられた光結合器において、
発光素子３からの出射光は第１レンズ５を経て平
行ビームに変換され、さらに第２レンズ９を経て
SMフアイバ１０に収束し、発光素子３とSMフ
アイバ１０との光結合がなされる。このような
LDモジユール等の光結合器にあつては、その温
度特性が性能に重大な影響を及ぼすので、数十度
の温度変化に対しAPC駆動時における光出力変
動幅は、例えば0.5dB以下という厳しい条件が要
求される。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記構成の方法で組立てられた
光結合器では、駆動時における温度変化により非
常に大きな光出力変動を生じるおそれがあつた。

即ち、上記構成の光結合器においては、温度変
化によつて第２図ａに示すようにヒートシンク２
や発光素子３がＸ方向に膨張もしくは収縮し、例
えば60℃の温度変化ではコンマ数μｍの軸ずれを
発光素子３の光軸と第１レンズ５の中心との間に
生じる。このような軸ずれを生じれば光結合効率
は劣化するが、その様子は例えば第４図に示され
る。

第４図はＸ軸に前記軸ずれの量をμｍで示し、
Ｙ軸に軸ずれによる光結合効率の劣化量をdBで
示した光結合効率劣化曲線図である。

第４図より、例えば温度変化により0.5μｍの前
記軸ずれを生じれば、光結合効率の劣化は約
0.6dBと非常に大きいことが分かる。

このような特性を有する光結合器において、上
記の組立方法では、発光部７と受光部１２とを固
着する際に、発光素子３の光軸と第２レンズ９、
SMフアイバ１０の軸芯とを正確に一致させるこ
とが難しく、固着時の軸ずれを生じ易い。この光
軸と軸芯との軸ずれを生じた場合、その軸ずれに
よる光結合効率の劣化は第４図から推定すること
ができる。

第４図は前述の如く、発光素子３の光軸と第１
レンズ５との間に生じる軸ずれに対する光結合効
率の劣化を示すものであるが、前記光軸と軸芯と
の軸ずれに対するものとほぼ等価と考えられる。

例えば光軸と軸芯との軸ずれが0.5μｍあつたと
すれば、光結合効率の劣化量は図中Ｂ点で示され
る0.6dBとなる。即ち、発光部７と受光部１２と
の固着に際し光軸と軸芯に0.5μｍの軸ずれを生じ
れば、この軸ずれは永久的なものであるからこの
光結合器の特性は光結合効率劣化曲線上のＢ点で
示される。

したがつて、前記特性が与えられた光結合器で
は、温度変化による軸ずれ方向が前記光軸と軸芯
との軸ずれ方向に一致した場合、光結合効率は温
度変化による軸ずれ変動幅ａに対応してＢ点を中
心に曲線に沿つて変化する。その際、Ｂ点付近の
曲線が立ち上つているため、光結合効率の変動は
大きくなる。一方、光軸と軸芯との軸ずれがない
光結合器にあつては、曲線上Ｃ点の特性を有し、
温度変化による軸ずれ変動幅ａに対応した光結合
効率の劣化量は極めて小さい。即ち、光軸と軸芯
との軸ずれを有する光結合器は、軸ずれがないも
のに比べて温度変化による光結合効率の変動が極
めて大きくなる。

本発明は、前記従来技術がもつていた問題点と
して、発光部と受光部の固着の際に生じた軸ずれ
の方向が、温度変化により生じる軸ずれの方向に
一致する場合には、温度変化による光出力の変動
幅が極めて大きくなり、光結合器の温度特性が劣
化してしまうという点について解決した光結合器
の組立方法を提供するものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、前記問題点を解決するために、素子
固定台の側部平面に発光素子を取付けると共に前
記側部平面を基台に対してほぼ垂直にして前記素
子固定台を該基台に固定する工程と、前記発光素
子の光軸上に第１レンズを固定して前記基台と共
に発光部を形成する工程と、第２レンズ及び光フ
アイバをそれぞれの軸芯を一致させてホルダ内部
に取付け受光部を形成する工程と、前記発光部及
び前記受光部を前記光軸及び前記軸芯を合わせて
互いに固着する工程とを順次施す光結合器の組立
方法において、前記発光部と前記受光部との固着
に際し、前記素子固定台の側部平面が前記光軸と
前記軸芯との間に生じる軸ずれの方向にほぼ平行
となるように前記発光部の位置合わせをするよう
にしたものである。

（作用） 本発明によれば、以上のような光結合器の組立
方法としたので、発光素子の光軸と第２レンズ及
び光フアイバの軸芯との間に生じる軸ずれ方向に
対し、素子固定台の側部平面が平行となるように
位置合わせし、その後発光部と受光部を固着する
ことは、前記軸ずれ方向と温度変化による軸ずれ
方向とを直交させる働きをする。これにより、温
度変化による光出力の変動幅は最小に抑えられ、
光結合器の温度特性が向上する。したがつて、前
記問題点を除去することができる。

（実施例） 第１図は本発明の実施例における光結合器の組
立方法を示す断面図、及び第５図は第１図の平面
図である。

図において、素子固定台２１、ヒートシンク２
２、発光素子２３、基台２４、第１レンズ２５及
び第１レンズ固定部２６によつて構成される発光
部２７の組立方法は従来の組立方法と同様であ
る。また、ホルダ２８、第２レンズ２９、SMフ
アイバ３０及びフエルール３１によつて構成され
る受光部３２の組立方法も従来と同様になされ
る。

このように従来と同様に組立てられた発光部２
７及び受光部３２を組立治具３３を用いて固着す
る。組立治具３３は固定用ステージ３４と調整用
ステージ３５を有しており、それぞれアーム３４
−１，３５−１を有している。これらのアーム３
４−１，３５−１にそれぞれ受光部３２及び発光
部２７を固定し、アーム３５−１により受光部３
２に対する発光素子２３の光軸を調整する。

前記光軸の調整と共に、素子固定台２１の側部
平面２１−１の位置合わせを行なう。この位置合
わせは、発光部２７と受光部３２の固着の際に発
光素子２３の光軸３６と第２レンズ２９、SMフ
アイバ３０の軸芯３７との間に生じる軸ずれの方
向に対し、側部平面２１−１が平行となるように
位置合わせするものである。

その後、発光部２７と受光部３２の固着を行な
う。固着は、第１レンズ固定部２６とホルダ２８
の嵌合する部分を半田、溶接または接着剤等によ
り接合することにより行なわれ、これによつて光
結合器の組立がなされる。

上記の光結合器の組立における前記側部平面２
１−１の位置合わせの具体的方法について、次に
説明する。

前記発光部２７と受光部３２の固着において
は、半田や溶接等による接合時の応力が作用す
る。この応力によつて、例えば図示のような構造
の組立治具３３では、アーム３４−１，３５−１
に図中矢印Ｄで示すような力が作用する。これに
より、アーム３４−１，３５−１は矢印Ｄの方向
に振られ易く、したがつてその方向に軸ずれを生
じ易い。即ち、発光素子２３の光軸３６と第２レ
ンズ２９、SMフアイバ３０の軸芯３７は、第１
図の図示断面の平面内において軸ずれを生じ易い
ことになる。

このような場合において、発光部２７と受光部
３２の固着の際の位置合わせは、発光部２７の素
子固定台２１の側部平面２１−１が前記軸ずれの
方向に平行となるように、即ち側部平面２１−１
が図示断面に平行となるように行なう。

上記のような位置合わせを行なえば、前記軸ず
れの方向は、温度変化による発光素子２３の光軸
３６と第１レンズ２９との間に生じる軸ずれの方
向に直交することになる。即ち、光軸３６と軸芯
３７の軸ずれ方向と光軸３６と第１レンズ２９の
軸ずれ方向は直交することになり、これによつて
温度変化による光出力の変動幅を最小限に抑える
ことができる。

前記２種類の軸ずれ方向が直交することによ
り、温度変化による光出力の変動幅が最小限に抑
えられる根拠は、第６図によつて説明される。

第６図は第４図の光結合効率劣化曲線を立体図
で示したもので、Ｘ軸に温度変化による軸ずれ量
をとり、これに直交するＺ軸に固着時における光
軸３６と軸芯３７の軸ずれ量をとつたものであ
る。Ｙ軸は光結合効率の劣化量を示している。図
におけるＸ−Ｙ平面とＺ−Ｙ平面におけるそれぞ
れの光結合効率劣化曲線は、ほぼ同一の曲線とな
つている。

第６図において、固着時における光軸３６と軸
芯３７の軸ずれ量、即ちＺ軸上の軸ずれ量がｂで
あつたとする。このときの光結合効率劣化量は、
Ｚ軸上の軸ずれ量ｂの位置に立てた垂線と光結合
効率劣化曲面との交点Ｅで示される。前記軸ずれ
量ｂは固定的なものであるからこの光結合器は交
点Ｅの特性をもつていることになる。このような
光結合器において、温度変化による軸ずれをＺ軸
に直交するＸ軸の方向に生じるとすれば、その光
結合効率劣化曲線Ｆは、Ｚ軸上のｂ点を含むＸ−
Ｙ平面に平行な平面と光結合効率劣化曲面との交
線によつて示される。したがつて、温度変化によ
る軸ずれ幅Ｃによる光結合効率の劣化は、光結合
効率劣化曲線Ｆの底部に沿つて変動するので、そ
の変動幅ｄは小さい。

一方、固着時における光軸３６と軸芯３７の軸
ずれの方向がＸ軸、即ち温度変化による軸ずれ方
向に一致している場合を想定する。この場合に
は、Ｘ軸上の固着時の軸ずれ量ｂの点を中心にし
て温度変化による軸ずれ幅Ｃを生じるので、光結
合効率は光結合効率劣化曲線ＧのＨ点を中心とし
て変動することになる。それ故、その変動幅ｇは
極めて大きくなる。

このことにより、固着時の軸ずれと温度変化の
軸ずれの方向を直交させることにより、温度変化
による光出力の変動幅が最小限に抑えられること
が分る。

上記説明においては、Ｘ−Ｙ平面とＺ−Ｙ平面
における光結合効率劣化曲線は等しいものとして
説明したが、その理由を第７図ａ，ｂ，ｃにより
説明する。ここで、第７図ａ，ｂ，ｃは光軸３６
と軸芯３７の結合状態図であり、同図ａは理想状
態、同図ｂは軸ずれ状態、及び同図ｃは軸ずれ状
態における発光素子２３の最適位置を示すもので
ある。

先ず、固着時に軸ずれを生じ、第７図ａの理想
状態にあるべきものが、第７図ｂのような軸ずれ
状態になつたとする。この場合には、発光素子２
３からの出射光は矢印の如くSMフアイバ３０に
傾いて入射するため、損失を生じる。また、焦点
位置のずれによつても損失を生じる。

一方、第７図ｂの軸ずれ状態においては、発光
素子２３が第７図ｃのように第１レンズ２５に対
しｌだけずれた状態が最適状態と考えられる。即
ち、ｌだけずれた発光素子２３からの出射光は、
破線矢印の如く第１レンズ２５、第２レンズ２９
を経てAMフアイバ３０の軸芯方向に入射する。
逆にいえば、第７図ｂの軸ずれ状態は、発光素子
２３の位置が第７図ｃの最適位置からｌだけずれ
ているために生じるものとも考えられる。したが
つて光学的には、固着時における光軸３６と軸芯
３７の軸ずれは、第１レンズ２５に対する発光素
子２３の軸ずれｌとほぼ等価と考えることができ
る。それ故、Ｘ−Ｙ平面とＺ−Ｙ平面における光
結合効率劣化曲線は、ほぼ等しいものとして差し
支えないことになる。

以上のように本実施例においては、固着時にお
ける光軸３６と軸芯３７の軸ずれ方向と温度変化
による軸ずれ方向とを直交させるようにしたの
で、温度変化による光出力の変動幅を最小限に抑
え、固着による軸ずれに起因する温度特性の劣化
を防止できるという利点がある。

なお、本発明は図示の実施例に限定されず種々
の変形が可能であり、例えば次のような変形例が
挙げられる。

(1) 第１図及び第５図に示した発光部２７と受光
部３２の固着に際しては、発光部２７の適切な
箇所に側部平面２１−１の位置を示すマークも
しくは側部平面２１−１に対する平行線または
垂直線等のマークを印してもよい。このような
マークを設ければ、発光部２７の位置合わせを
容易かつ正確に行なうことができる。

(2) 前記(1)に記載したマークに代えて、発光部２
７に例えば組立治具３３のアーム３５−１の把
持部に係合するような形状の係合部等を設けて
もよい。この係合部により、側部平面２１−１
が常に所定方向へ向くようにすれば、発光部２
７の位置合わせをさらに容易かつ正確に行なう
ことができる。

(3) 組立治具３３の構造、形状等は図示のものに
限定されない。したがつて、発光部２７と受光
部３２の固着時における軸ずれの方向も前記実
施例の方向に限定されるものではない。要は、
いずれの軸ずれ方向であつても、その方向に対
し温度変化による軸ずれ方向をほぼ垂直に配置
すればよい。

(4) 光結合器の組立方法、構造及び形状等は前記
実施例に限定されない。例えば、発光部２７と
受光部３２の固着は、基台２４とホルダ２８の
接合によつて行なう光結合器とすることもでき
る。また、素子固定台２１の形状は半円柱状に
限らず、立方体や直方体としてもよい。

(5) 本発明は、LDモジユールやLEDモジユール
等種々の形式の光結合器に適用可能である。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように本発明によれば、発
光部と受光部の固着に際し、素子固定台の側部平
面が、発光素子の光軸と第２レンズ、光フアイバ
の軸芯との間に生じる軸ずれの方向に平行となる
ように位置合わせするようにしたので、前記軸ず
れの方向と温度変化による軸ずれの方向を直交さ
せることができる。したがつて、温度変化による
光出力の変動幅を最小限に抑え、光結合器の温度
特性を向上させることができる。これにより、光
信号伝達の信頼性が著しく高められるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における光結合器の組
立方法を示す断面図、第２図ａ，ｂは従来の光結
合器の基台部形状図であり、同図ａはその平面図
及び同図ｂはその側面図、第３図は従来の光結合
器の断面図、第４図は光結合器の光結合効率劣化
曲線図、第５図は第１図の平面図、第６図は光結
合効率劣化曲線の立体図、第７図ａ，ｂ，ｃは光
軸と軸芯の結合状態図で、同図ａは理想状態、同
図ｂは軸ずれ状態及び同図ｃは軸ずれ状態におけ
る発光素子の最適位置を示すものである。 ２１……素子固定台、２１−１……側部平面、
２３……発光素子、２４……基台、２５……第１
レンズ、２７……発光部、２８……ホルダ、２９
……第２レンズ、３０……SMフアイバ、３２…
…受光部、３３……組立治具、３６……光軸、３
７……軸芯。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 素子固定台の側部平面に発光素子を取付ける
   と共に前記側部平面を基台に対してほぼ垂直にし
   て前記素子固定台を該基台に固定する工程と、前
   記発光素子の光軸上に第１レンズを固定して前記
   基台と共に発光部を形成する工程と、第２レンズ
   及び光フアイバをそれぞれの軸芯を一致させてホ
   ルダ内部に取付け受光部を形成する工程と、前記
   発光部及び前記受光部を前記光軸及び前記軸芯を
   合わせて互いに固着する工程とを順次施す光結合
   器の組立方法において、 前記発光部と前記受光部との固着に際し、前記
   素子固定台の側部平面が前記光軸と前記軸芯との
   間に生じる軸ずれの方向にほぼ平行となるように
   前記発光部の位置合わせをすることを特徴とする
   光結合器の組立方法。 ２ 前記発光部の位置合わせは、前記発光部に印
   されたマークによつて行なう特許請求の範囲第１
   項記載の光結合器の組立方法。 ３ 前記発光部の位置合わせは、前記発光部に形
   成された特定の形状によつて行なう特許請求の範
   囲第１項記載の光結合器の組立方法。