JPH06123824A - 半導体光結合器及びその組立方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】光ファイバ内蔵パイプ内を外気から遮断し半導
体発光素子とファイバとの光結合を長期間安定化する。 【構成】パイプ９の端面に段差形状の溝２４を設け、こ
の溝内にＡｕとＳｎからなるリング状の合金部材１５を
設置する。また、フェル−ル１１の端面にはパイプ９と
同じ材質の金属リング１０を抵抗溶接１４で固定する。
つぎにパイプ９端面上にフェル−ル１１を設置し光ファ
イバ１２と半導体発光素子１との光結合効率が最大とな
るように位置合わせする。位置合わせ完了後、高周波誘
導加熱コイルをフェル−ル１１とパイプ９の近傍所定位
置に設置し、加熱コイルに高周波誘導電流を流しＡｕと
Ｓｎの合金部材１５を溶融する。溶融した合金部材１５
はフェル−ル１１とパイプ９の溝２４内を充填して両者
を均一に接合固定する。ＡｕとＳｎの合金部材１５はリ
ング形状であるためフェル−ル１１とパイプ９を全周で
均一に接合し、パイプ９内の気密を確保する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体発光素子と光フ
ァイバとをレンズを介して結合する半導体光結合器に係
り、特に光ファイバを容易かつ確実に、しかも安定して
固定できるに好適な半導体光結合器及びその組立方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバと半導体レ−ザとを光結合し
接合固定する従来の方法として特開昭６３−１６１４０
５号公報に開示されている方法がある。図１１はこの固
定法を説明するための光ファイバ固定部の構成図を示
す。

【０００３】図１１において、基材２０内部には半導体
レ−ザ２２とレンズ２１とが設置されている。また、基
材２０上部にはフェル−ル固定部材１９を介して光ファ
イバ１２を内蔵したフェル−ル１１が設置されている。

【０００４】半導体レ−ザ２２から出射されたレ−ザ光
はレンズ２１を介して光ファイバ先端位置１６に集光さ
れ光ファイバ１２に取り入れられる。フェル−ル１１及
びフェル−ル固定部材１９は半導体レ−ザ２２と光ファ
イバ１２との光結合を位置合わせした後、ＹＡＧレ−ザ
光２３を使って溶接位置でフェル−ル固定部材１９ある
いは基材２０上部にそれぞれ溶接固定される構造となっ
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来構造は、フェ
ル−ル１１をフェル−ル固定部材１９に、またフェル−
ル固定部材１９を基材２０上部にそれぞれＹＡＧレ−ザ
２３で溶接固定しており、その固定状態はレ−ザのスポ
ット溶接である。

【０００６】このような点溶接の固定では基材２０内部
を外気から遮断する気密状態にできないという欠点があ
った。このため基材２０内部に湿気が入り込む場合があ
り、これにより半導体レ−ザ２２の劣化を引き起こす場
合がある。またレンズ２１表面に湿気が付着して光結合
が低下するなどの問題があった。

【０００７】これらの問題を解決する方法として、例え
ばフェル−ル１１及びフェル−ル固定部材１９をＹＡＧ
レ−ザ２３で全周溶接固定する方法がある。この場合、
溶接時の位置ずれを防止するため、まずフェル−ル１１
及びフェル−ル固定部材１９を点溶接で仮固定し、その
後全周溶接で固定する。これによれば固定部にすき間を
残さず基材２０内部を気密状態にできる。

【０００８】しかし、この方法では二回の溶接プロセス
を経るため組立て作業時間が増加しコスト高になる。ま
た、ＹＡＧレ−ザ２３による溶接固定では両者が同一種
類の材料でないと溶接割れを起こす問題があった。

【０００９】本発明の目的は、フェル−ルとパイプを容
易かつ確実に、しかも強固に固定するとともに、パイプ
内部の気密状態を確保し半導体発光素子と光ファイバと
の光結合を長期に渡って安定に維持することができる半
導体光結合器及びその組立方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的は、フェル−ル
とパイプを容易かつ確実に、しかも強固に固定するとと
もにパイプ内部を外気から遮断する気密状態に確保でき
るように、まずフェル−ルとパイプの間にリング状の金
属部材を挿入固定し、つぎに半導体発光素子と光ファイ
バとの位置合わせを行った後、加熱装置を用いてフェル
−ルとパイプをＡｕとＳｎからなる合金部材で接合固定
することにより達成される。

【００１１】本発明の半導体光結合器は、ステムと、ス
テム中央に搭載した半導体発光素子と、半導体発光素子
と対向した位置にホルダ−によって支持固定されたレン
ズと、フェル−ルによって支持固定された光ファイバ
と、ステムとフェル−ルとを接続するパイプを有し、レ
ンズを介して半導体発光素子と光ファイバとを光結合す
る半導体光結合器において、あらかじめパイプと同一の
リング状部材をフェル−ル側に固定しておき、次にパイ
プとフェル−ルとをリング状部材を介して接合固定した
ことを特徴とする。

【００１２】この発明においては、（１）フェル−ルと
リング状部材との接合には溶接、カシメ及び圧入を用い
ること、（２）リング状部材を介して接合するパイプと
フェル−ルは、ＡｕとＳｎからなる合金部材で接合固定
すること、（３）ＡｕとＳｎからなる合金部材はリング
状、ワイヤ−状、リボン状及び箔状の形状とすること、
（４）半導体発光素子と光ファイバとを光結合させるレ
ンズは、屈折率分布型先球ロッドレンズ、あるいは非球
面レンズとすること、（５）パイプの端面またはリング
状部材の端面にＡｕとＳｎからなる合金部材を挿入でき
る溝あるいはテ−パを設けること、（６）パイプの端面
あるいはリング状部材の端面に設けた溝内またはテ−パ
内にＡｕとＳｎからなる合金部材を溶接により仮固定し
ておき、次にパイプとリング状部材との位置合わせを行
った後に、ＡｕとＳｎからなる合金部材を溶融して固定
すること、（７）リング状部材の材質はコバ−ル、Ｆｅ
−４２Ｎｉ及びＳｕＳ４３０などのＦｅ系やステンレス
系の金属あるいはセラミックスとすること、が好まし
い。

【００１３】本発明の半導体光結合器の組立方法は、ス
テムと、ステム中央に搭載した半導体発光素子と、半導
体発光素子と対向した位置にホルダ−によって支持固定
されたレンズと、フェル−ルによって支持固定された光
ファイバと、フェル−ルを支持固定したフェル−ル固定
部材と、ステムとフェル−ル固定部材とを接続するパイ
プを有し、レンズを介して半導体発光素子と光ファイバ
とを光結合する半導体光結合器において、フェル−ル固
定部材を介してパイプとフェル−ルとをＡｕとＳｎから
なる合金部材で接合固定することを特徴とする。

【００１４】この場合、（１）フェル−ル固定部材の端
面またはパイプの端面にＡｕとＳｎからなる合金部材を
挿入できる溝あるいはテ−パを設けること、（２）フェ
ル−ル固定部材の端面あるいはパイプの端面に設けた溝
内またはテ−パ内にＡｕとＳｎからなる合金部材を溶接
により仮固定しておき、次にフェル−ル固定部材とパイ
プとの位置合わせを行った後に、ＡｕとＳｎからなる合
金部材を溶融して固定すること、（３）フェル−ル固定
部材は前記パイプと同種の金属材料とすること、（４）
ＡｕとＳｎからなる合金部材はリング状、ワイヤ−状、
リボン状及び箔状の形状とすること、（５）半導体発光
素子と光ファイバとを光結合させるレンズは、屈折率分
布型先球ロッドレンズ、あるいは非球面レンズとするこ
と、が好ましい。

【００１５】

【作用】フェル−ルが固定されるパイプの端面には段差
形状の溝を設け、この溝内にリング状のＡｕとＳｎの合
金部材を設置する。また、フェル−ルの端面にはあらか
じめパイプとの材質を同じくしたリング状の金属部材を
抵抗溶接で固定しておき、このリング状金属部材付きフ
ェル−ルをパイプ端面上に配置する。

【００１６】この状態で半導体発光素子からのレ−ザ光
を光ファイバに取り入れるようにフェル−ルを位置合わ
せする。位置合わせ完了後、加熱装置でＡｕとＳｎから
なる合金部材を溶融しフェル−ルとパイプを接合固定す
る。

【００１７】この構造によれば、ＹＡＧレ−ザ溶接でな
く加熱装置、例えば高周波誘導加熱装置によりフェル−
ルとパイプを接合固定する。高周波誘導加熱装置を用い
ることにより短時間で局部の加熱ができるため、フェル
−ルとパイプを容易かつ確実に固定することができる。
またリング状の合金部材で全周を固定する形状であるた
め、固定部にすき間が残らずパイプ内部を気密状態に保
つことができる。これにより半導体発光素子の劣化やレ
ンズに湿気が付着することによる光結合の低下はない。

【００１８】また、フェル−ルとパイプの接合固定には
高融点、高強度で耐食性に優れた合金部材を用い、さら
にパイプとの材質を同じくしたリング状の金属部材をフ
ェル−ルに設置してＡｕとＳｎの合金部材に加わる熱ひ
ずみを低減する構造としている。このため長期間の使用
による経年劣化がなく位置ずれすることはない。

【００１９】更に、ＹＡＧレ−ザ溶接固定に比べパイプ
内部の気密を容易かつ確実に確保することができるた
め、組立て作業時間の短縮や低コスト化を図ることがで
きる。

【００２０】これらによって、フェル−ルとパイプを容
易かつ確実に、しかも強固に固定できるとともにパイプ
内部の気密状態を確保し半導体発光素子と光ファイバと
の光結合を長期に渡って安定に維持することができる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１から図４により
説明する。

【００２２】図１に示す実施例では、半導体発光素子と
してレ−ザダイオ−ドを、光ファイバとしてコア径１０
μｍのシングルモ−ドファイバ（以下ファイバと示す）
を、半導体発光素子と光ファイバとの光結合を行うレン
ズに非球面モ−ルドレンズ（以下レンズと示す）を、フ
ェル−ルとパイプを接合する合金部材にＡｕ８０／Ｓｎ
２０（融点２８０℃）を用いている。

【００２３】図１において、非球面レンズ３を設置した
ホルダ−４はステム６上のヒ−トシンク５に搭載された
半導体発光素子１を覆うようにステム６上面に配置し、
半導体発光素子１の光軸とレンズ３の光軸とが一致する
ように調整した後ステム６に抵抗溶接で接合する。半導
体発光素子１から出射したレ−ザ光は非球面レンズ３で
集光する。この集光点に光ファイバ１２の先端１６を配
置する。

【００２４】光ファイバ１２の設置はあらかじめレ−ザ
光の集光位置に光ファイバ先端１６を配置するに適した
長さのパイプ９をステム６上面に抵抗溶接により接合部
８で接合する。光ファイバ１２を固定したフェル−ル１
１の端面には金属リング１０が固定されており、この金
属リング１０付きフェル−ル１１をパイプ９端面上に設
置し光ファイバ１２に半導体発光素子１からのレ−ザ光
を取り入れるようにフェル−ル１１を位置合わせする。

【００２５】位置合わせ完了後、高周波誘導加熱装置を
用いてフェル−ル１１とパイプ９の間に設置したＡｕと
Ｓｎからなるリング状の合金部材１５を溶融し接合固定
する。合金部材１５はフェル−ル１１とパイプ９を全周
で固定するためパイプ９内を気密状態にできる。

【００２６】高周波誘導加熱装置を用いることにより短
時間で局部の加熱ができ、固定部周囲への熱影響を最小
限にして短時間で接合固定できる。このため図１に示す
実施例のように、合金部材１５が溶融される近傍位置に
光ファイバ１２が設置されている場合でも光ファイバ１
２を過度に加熱することなく合金部材１５を溶融するこ
とができる。また、高周波誘導加熱装置を用いた固定プ
ロセスは位置合わせ固定と気密確保を同時に行える利点
を有していることから組立て性や量産性に適したもので
ある。

【００２７】次に図２、図３は高周波誘導加熱装置を用
いてフェル−ルとパイプをＡｕとＳｎの合金部材で固定
する方法について詳しく示す。

【００２８】図２において、パイプ９の端面には外径
５．１ｍｍ、高さ０．２ｍｍの段差形状の溝２４を設け
ている。この溝２４内にＡｕとＳｎのリング状合金部材
１５を挿入し設置する。ＡｕとＳｎの合金部材１５は、
Ａｕが８０％、Ｓｎが２０％の混合比になっており、外
径６．５ｍｍ、内径５．１ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのリン
グ形状となっている。パイプ９の表面にはＡｕとＳｎの
合金部材１５の濡れ性を良くするためＮｉメッキ、ある
いはＮｉ−Ａｕメッキを被覆している。

【００２９】一方、フェル−ル１１にはパイプ９と同一
材の金属リング１０をパイプ９と接触する端面に抵抗溶
接１４で固定する。この金属リング１０の表面にもパイ
プ９と同様のＮｉメッキ、あるいはＮｉ−Ａｕメッキを
被覆している。

【００３０】フェル−ル１１とパイプ９の固定は、まず
金属リング１０を取り付けたフェル−ル１１をパイプ９
端面上に設置し、光ファイバ１２と半導体発光素子１と
の光結合効率が最大になるようにフェル−ル１１を微動
調整する。

【００３１】次に高周波誘導加熱コイル１７をフェル−
ル１１とパイプ９の近傍所定位置に設置する。この状態
で加熱コイル１７に高周波誘導電流を流しフェル−ル１
１とパイプ９を加熱する。フェル−ル１１とパイプ９が
加熱されるとＡｕとＳｎの合金部材１５が溶融し、図３
に示すようにＡｕとＳｎの合金部材１５はフェル−ル１
１とパイプ９の溝２４内を充填して両者を均一に接合固
定する。ＡｕとＳｎの合金部材１５はリング形状である
ためフェル−ル１１とパイプ９を全周で均一に接合で
き、またパイプ９内の気密も同時に確保することができ
る。

【００３２】光ファイバ１２はフェル−ル１１の中心位
置に設けた貫通孔内に挿入しエポキシ系樹脂１３で固定
する。このフェル−ル１１内に固定した光ファイバ１２
は光を取り入れるときの反射を防止するために、先端１
６を斜めに研磨加工した形状となっている。

【００３３】ＡｕとＳｎの合金部材１５を溶融した前後
の半導体発光素子１と光ファイバ１２との位置ずれ量は
光結合効率１ｄＢ以下と小さく特性上問題とはならな
い。また、パイプ内の気密度は１×１０~¹¹Ｔｏｒｒ・
ｌ／ｓ以上を有しており仕様を満足している。

【００３４】更に、ＡｕとＳｎの合金部材１５で固定し
たフェル−ル１１とパイプ９の接合強度は引っ張り強さ
で約１２００Ｎであり、ＹＡＧレ−ザ溶接固定品（引っ
張り強さ１０００Ｎ）と比べほぼ同等で高い接合強度を
有している。

【００３５】ここではパイプ９及び金属リング１０にコ
バ−ル材を用いているが、これに限るものでなく、例え
ばＦｅ−Ｎｉ系合金、あるいはステンレス系合金のＳｕ
Ｓ３０３やＳｕＳ４３０などでも良い。また、高周波誘
導加熱装置でＡｕとＳｎの合金部材１５を溶融しフェル
−ル１１とパイプ９を接合固定する際は、合金部材１５
の酸化を防止するために窒素ガスあるいはアルゴンガス
の雰囲気中で接合すると良い。

【００３６】図４はフェル−ルとパイプの間に設置した
ＡｕとＳｎの合金部材を高周波誘導加熱コイルで加熱、
溶融する時の外観状態を示す。

【００３７】加熱コイル１７は直径７ｍｍの孔を有して
おり、この孔内にＡｕとＳｎの合金部材１５を設けたフ
ェル−ル１１とパイプ９を挿入する。この状態でフェル
−ル１１を微動調整し光ファイバ１２と半導体発光素子
１との光結合効率が最大となるように位置合わせする。

【００３８】フェル−ル１１の位置合わせをした後、加
熱コイル１７に高周波誘導電流を流しフェル−ル１１及
びパイプ９を加熱する。これによりＡｕとＳｎの合金部
材１５が溶融しフェル−ル１１とパイプ９を接合する。

【００３９】本発明では、フェル−ル１１の端面に金属
リング１０を接合し、またパイプ９の端面にＡｕとＳｎ
のリング状の合金部材１５を挿入する溝２４を設けてい
る。パイプ９端面上には金属リング１０付きフェル−ル
１１を設置し、光ファイバ１２に半導体発光素子１から
のレ−ザ光を取り入れるようにフェル−ル１１を位置合
わせする。位置合わせ後、高周波誘導加熱装置を用いて
合金部材１５を溶融しフェル−ル１１とパイプ９を接合
固定する。

【００４０】この構造では高周波誘導加熱装置で合金部
材１５を溶融しフェル−ル１１とパイプ９を接合固定す
る。これにより両者を容易かつ確実に、しかもＹＡＧレ
−ザ溶接固定品よりも強固に固定でき、更に固定部にす
き間を残さずにパイプ９内部を外気と遮断する気密状態
に固定できる。このため半導体発光素子１の劣化やレン
ズ３に湿気が付着するなどによる光結合の低下はない。

【００４１】またフェル−ル１１とパイプ９の接合固定
には高融点、高強度で耐食性に優れた合金部材１５を用
いるとともに、フェル−ル１１にはパイプ９との材質を
同じくした金属リング１０を設置して合金部材１５に繰
返し加わる熱ひずみなどを低減する構造としている。こ
のため長期間の使用による合金部材１５のクリ−プやク
ラック及び経年劣化がなく位置ずれすることはない。

【００４２】更に、高周波誘導加熱装置を用いて一回の
接合プロセスでフェル−ル１１とパイプ９を短時間で固
定し、しかもパイプ９内部を容易に気密状態にすること
ができるため、組立て作業時間の短縮や低コスト化を図
ることができる。

【００４３】したがって、フェル−ル１１とパイプ９を
容易かつ確実に、しかも強固に固定できるとともにパイ
プ９内部を気密に保つことができ半導体発光素子１と光
ファイバ１２との光結合を長期に渡って安定に維持する
ことができる。

【００４４】次に本発明の他の実施例を図５により説明
する。

【００４５】図５はフェル−ル固定部材を介して光ファ
イバとパイプを接合固定したものであり、ステム上面に
設置している半導体発光素子や非球面レンズなどの構成
及びパイプ端面に設けているＡｕとＳｎの合金部材を挿
入する溝形状などは、図１に示した実施例と同様の構成
となっている。

【００４６】図５において、光ファイバ１２はフェル−
ル１１の中心位置に設けた貫通孔内に挿入しエポキシ系
樹脂１３で固定する。フェル−ル固定部材１９には中心
位置に貫通孔を設けており、この貫通孔内にフェル−ル
１１を挿入する。フェル−ル１１を設置したフェル−ル
固定部材１９はパイプ９の端面上に配置する。

【００４７】パイプ９端面にはあらかじめ溝２４を設け
ておりこの溝２４内にＡｕとＳｎの合金部材１５を挿入
して置く。この状態で光ファイバ１２と半導体発光素子
１との光結合を行い、結合効率が最大になるようにフェ
ル−ル１１及びフェル−ル固定部材１９をレ−ザ光の光
軸に対して水平方向あるいは垂直方向に位置合わせす
る。

【００４８】位置合わせ完了後、まずフェル−ル１１を
フェル−ル固定部材１９の貫通孔内に樹脂で仮固定し、
次に高周波誘導加熱装置を用いてフェル−ル固定部材１
９をパイプ９にＡｕとＳｎの合金部材１５で接合固定す
る。その後、フェル−ル１１をフェル−ル固定部材１９
の貫通孔内に高周波誘導加熱装置を用いて融点の低いＩ
ｎとＳｎの合金部材１８で固定する。

【００４９】フェル−ル１１の固定にはＩｎとＳｎの合
金部材に限らず、例えばＩｎとＰｂとＳｎの合金部材や
ＩｎとＰｂとＡｇの合金部材など融点の低いものでも良
い。

【００５０】この構造によれば、光ファイバ１２を固定
したフェル−ル１１をレ−ザ光の光軸に対して水平方向
に位置合わせできるためパイプ９長さが一定であっても
レ−ザ光の集光位置に光ファイバ先端１６を容易に設置
できる。また、フェル−ル固定部材１９及びパイプ９の
材質にコバ−ル材を用いており合金部材１５に加わる熱
ひずみを低減する構造としている。さらに、フェル−ル
固定部材１９とパイプ９とをＡｕとＳｎの合金部材１５
で接合固定することで図１に示す実施例と同様の効果を
得ることができる。

【００５１】したがって、光ファイバ１２を容易かつ確
実に、しかも強固に固定できるとともに、パイプ９内部
の気密を保ち半導体発光素子１と光ファイバ１２との光
結合を長期に渡って安定に維持することができる。

【００５２】また、本実施例は、ＡｕとＳｎの合金部材
１５を高周波誘導加熱装置を用いて溶融させフェル−ル
１１とパイプ９を接合固定しているが、合金部材１５を
用いた方法だけでなく、例えばＹＡＧレ−ザ溶接と併用
させた方法でも良い。

【００５３】すなわち、まず金属リング１０付きフェル
−ル１１をパイプ９端面上に設置し半導体発光素子１と
光ファイバ１２との光結合効率が最大となる位置にフェ
ル−ル１１を位置合わせする。位置合わせ完了後、金属
リング１０とパイプ９の接触境界部をＹＡＧレ−ザで照
射しフェル−ル１１とパイプ９を周囲４点で溶接固定す
る。次にフェル−ル１１とパイプ９の接触部周囲にＡｕ
とＳｎの合金部材１５を設置し、この状態で高周波誘導
加熱装置により合金部材１５を溶融させフェル−ル１１
とパイプ９を接合固定する。

【００５４】これによれば、まずＹＡＧレ−ザ溶接でフ
ェル−ル１１とパイプ９を位置ずれなく固定し、つぎに
高周波誘導加熱装置で合金部材１５を溶融させパイプ９
内部の気密を確保している。

【００５５】これにより、フェル−ル１１とパイプ９の
固定を合金部材１５だけで行ったものよりも強固に固定
でき、しかも気密も容易に確保することができる。した
がって、ＹＡＧレ−ザと高周波誘導加熱装置の両者を用
いた固定法でも図１に示す実施例と同様の効果を得るこ
とができる。また、ＹＡＧレ−ザ溶接する点は周囲４点
に限らず６点や８点でも良い。

【００５６】次に本発明の他の実施例を図６から図１０
により説明する。

【００５７】図６はフェル−ルとパイプをＡｕとＳｎか
らなるリング状の合金部材で接合固定する部分を示した
拡大図であり、同図は金属リングの端面に設けた溝内に
ＡｕとＳｎからなるリング状の合金部材を溶接により仮
固定したものである。

【００５８】図６において、金属リング１０は抵抗溶接
１４によりフェル−ル１１端面に接合する。金属リング
１０の端面にはあらかじめ溝２４が設けられており、こ
の溝２４内にＡｕとＳｎの合金部材１５を仮固定する。

【００５９】合金部材１５は溶接２７により溝２４内に
固定する。これにより金属リング１０付きフェル−ル１
１にＡｕとＳｎの合金部材１５が仮固定された状態とな
る。

【００６０】次に、このＡｕとＳｎの合金部材１５を固
定した金属リング１０付きフェル−ル１１をパイプ９端
面上に配置し、半導体発光素子１と光ファイバ１２との
光結合効率が最大になるようにフェル−ル１１を位置合
わせする。

【００６１】位置合わせ完了後、高周波誘導加熱装置を
用いて金属リング１０に固定したＡｕとＳｎの合金部材
１５を溶融しフェル−ル１１とパイプ９を接合固定す
る。

【００６２】これによれば金属リング１０の溝２４内に
ＡｕとＳｎの合金部材１５を溶接２７により仮固定して
いるためＡｕとＳｎの合金部材１５が溝２４内から抜け
ることがなく組立作業が容易になる。

【００６３】また合金部材１５の設置を本実施例で示す
溶接２７にすることにより合金部材１５の設置からフェ
ル−ル１１の位置合わせ固定までのプロセスを自動化す
ることができ組立作業時間の短縮を図ることができる。

【００６４】またフェル−ル１１とパイプ９をＡｕとＳ
ｎの合金部材１５で接合固定することにより図１に示す
実施例と同様の効果を得ることができる。

【００６５】図７はＡｕとＳｎからなるリング状の合金
部材を示しており、この合金部材の一部に割りを入れた
形状のものである。

【００６６】図７に示すように、ＡｕとＳｎからなるリ
ング状の合金部材１５の一部に割り２６を入れることに
より合金部材１５はバネ効果を有する。これを溝２４内
に挿入すると合金部材１５はバネ効果で溝２４内に保持
固定された状態となり、抜け落ちることがない。このよ
うに合金部材１５に割り２６を入れることによっても図
６と同様の効果を得ることができる。

【００６７】図８はフェル−ルとパイプをＡｕとＳｎか
らなる合金部材で接合固定する部分を示した拡大図であ
り、同図はフェル−ル固定部材の端面にテ−パ状の溝を
設け、ＡｕとＳｎからなるワイヤ−状の合金部材でフェ
ル−ル固定部材とパイプを接合固定したものである。

【００６８】図８において、フェル−ル固定部材１９の
端面には角度４５°のテ−パ状溝２５を設けている。テ
−パ溝２５付きフェル−ル固定部材１９はパイプ９端面
上に設置し半導体発光素子１と光ファイバ１２との光結
合効率が最大になるようにフェル−ル１１及びフェル−
ル固定部材１９を位置合わせする。

【００６９】位置合わせ後、フェル−ル固定部材１９の
端面に設けたテ−パ状溝２５部を覆うようにＡｕとＳｎ
からなるワイヤ−状の合金部材１５を巻き付けて設置す
る。この状態で高周波誘導加熱装置を用いて合金部材１
５を溶融しフェル−ル固定部材１９とパイプ９とを接合
固定する。

【００７０】これによればフェル−ル固定部材１９の端
面にテ−パ状溝２５を設け、この部分に溶融したＡｕと
Ｓｎの合金部材１５を充填する形状としている。このた
め角状の溝２４に比べ充填する合金部材１５の量を少な
くでき、しかも少ない量でも全周を均一に充填するため
確実に接合固定することができる。

【００７１】このように合金部材１５が充填される溝形
状をテ−パ状２５にすることで低コスト化を図ることが
できる。またテ−パ状溝２５形状でも図５に示す実施例
と同様の効果を得ることができる。

【００７２】図９はフェル−ルとパイプをＡｕとＳｎか
らなる合金部材で接合固定する部分を示した拡大図であ
り、同図はフェル−ル固定部材の端面に溝を設け、そこ
にＡｕとＳｎからなる箔状の合金部材を設置したもので
ある。

【００７３】図９において、フェル−ル固定部材１９の
端面には溝２４を設けている。フェル−ル固定部材１９
はパイプ９端面上に設置し半導体発光素子１と光ファイ
バ１２との光結合効率が最大になるようにフェル−ル１
１及びフェル−ル固定部材１９を位置合わせする。位置
合わせ後、フェル−ル固定部材１９の端面に設けた溝２
４内にＡｕとＳｎからなる箔状の合金部材１５を巻き付
けて設置する。この状態で高周波誘導加熱装置を用いて
合金部材１５を溶融しフェル−ル固定部材１９とパイプ
９とを接合固定する。

【００７４】箔状の合金部材１５を巻き付ける回数は一
回に限らず二回、三回でも良い。これによれば合金部材
１５の量を少なくでき、しかもフェル−ル固定部材１９
とパイプ９とを確実に接合固定できることから、図５及
び図８に示す実施例と同様の効果を得ることができる。

【００７５】図１０はフェル−ルとパイプをＡｕとＳｎ
からなる合金部材で接合固定する部分を示した拡大図で
あり、同図はパイプ端面の内側に溝を設けたものを示
す。

【００７６】図１０において、金属リング１０は抵抗溶
接１４によりフェル−ル１１端面に固定する。またパイ
プ９端面の内側にはＡｕとＳｎからなるリング状の合金
部材１５を挿入する溝２４を設けており、この溝２４内
に合金部材１５を設置する。

【００７７】合金部材１５を設置したパイプ９の端面上
には金属リング１０付きフェル−ル１１が配置され、半
導体発光素子１と光ファイバ１２との光結合効率が最大
になるように位置合わせする。位置合わせ後、高周波誘
導加熱装置を用いて合金部材１５を溶融しフェル−ル１
１とパイプ９を接合固定する。

【００７８】これによればＡｕとＳｎからなるリング状
の合金部材１５を挿入する溝２４をパイプ９端面の内側
に設けているため、パイプ９内に合金部材１５の酸化を
防ぐガスを注入させておくことにより、外気を酸化防止
ガスの雰囲気状態にすることなくＡｕとＳｎの合金部材
１５を酸化させずにフェル−ル１１とパイプ９を接合固
定することができる。

【００７９】また、合金部材１５を溶融して接合固定し
た後、フェル−ル１１とパイプ９の接触境界部にＹＡＧ
レ−ザを照射し溶接固定することにより両者をさらに強
固に固定することができる。さらに、パイプ９内を気密
状態に確保できることから図１に示す実施例と同様の効
果を得ることができる。

【００８０】次に本発明の他の実施例を図１１及び図１
２により説明する。

【００８１】図１１及び図１２に示す実施例は図２に示
す実施例と同様の構成及び組立方法となっている。

【００８２】図１１はフェル−ルとパイプをＡｕとＳｎ
からなるリング状の合金部材で接合固定する部分を示し
た拡大図であり、同図はフェル−ル端面に金属リングを
圧入により固定したものである。

【００８３】図１１において、フェル−ル１１の端面に
はあらかじめ金属リング１０を設置する段差部を設けて
おり、この段差部内に金属リング１０を圧入２８により
挿入する。圧入２８により設置した金属リング１０は段
差部内に密着固定する。このように圧入法２８を用いて
金属リング１０をフェル−ル１１に固定することでフェ
ル−ル１１と金属リング１０とを一体構造にできる。

【００８４】また、図１２はフェル−ルとパイプをＡｕ
とＳｎからなるリング状の合金部材で接合固定する部分
を示した拡大図であり、同図はフェル−ル端面に金属リ
ングをカシメにより固定したものである。

【００８５】図１２において、フェル−ル１１端面には
フェル−ル１１端面から突出した光ファイバ保持部を貫
通するに適した中心孔を有する金属リング１０を設置す
る。

【００８６】この状態でフェル−ル１１端面に設置した
金属リング１０を外部から金型で加圧・変形しフェル−
ル１１端面に密着固定する。このようにカシメ法２９を
用いて金属リング１０をフェル−ル１１に固定すること
によってもフェル−ル１１と金属リング１０とを一体構
造にできる。

【００８７】これらの構造のように、金属リング１０を
フェル−ル１１端面に圧入法２８及びカシメ法２９で固
定し金属リング１０付きフェル−ル１１とパイプ９とを
ＡｕとＳｎからなる合金部材１５で接合固定することに
より図２に示す実施例と同様の効果を得ることができ
る。

【００８８】したがって、光ファイバ１２を容易かつ確
実に、しかも強固に固定できるとともに、パイプ９内部
の気密を保ち半導体発光素子１と光ファイバ１２との光
結合を長期に渡って安定に維持することができる。

【００８９】なお、本発明で示す実施例は、半導体発光
素子１と光ファイバ１２とが円筒状の容器に収納された
ピン下出しの同軸型の半導体光結合器に適用したもので
あるが、これに限定されるものでなく、例えば角形容器
でピン横だしのＢｕｔｔｅｒ−ｆｌｙ型、あるいはピン
７下出しのＤｕａｌ Ｉｎ Ｌｉｎｅ型などの光ファイ
バ固定部を有する半導体光結合器にも適用可能である。

【００９０】また、ＡｕとＳｎのリング状合金部材１５
を挿入、設置する溝２４はパイプ９端面に設けている
が、フェル−ル１１に抵抗溶接１４で固定した金属リン
グ１０の端面に、あるいはフェル−ル固定部材１９の端
面に同様の溝２４部を設けても良い。

【００９１】更に、フェル−ル１１とパイプ９を接合固
定する合金部材１５にはＡｕとＳｎの混合部材を用いて
いるが、これに限定されるものでなく、例えばＡｕとＧ
ｅ、ＳｎとＳｂなどの混合部材を用いても良い。

【００９２】

【発明の効果】本発明によれば、高周波誘導加熱装置を
用いてフェル−ルとパイプをＡｕとＳｎの合金部材で接
合固定する。

【００９３】これによると、高周波誘導加熱装置を用い
てフェル−ルとパイプを容易かつ確実に固定でき、しか
もパイプ内部を気密状態に保つことができる。これによ
り半導体発光素子の劣化やレンズ表面に付着した湿気の
影響などによる光結合の低下はない。

【００９４】また、フェル−ルとパイプの接合固定には
ＡｕとＳｎなどの高融点、高強度で耐食性に優れた合金
部材を用い、さらに合金部材に加わる熱ひずみを低減す
る構造としている。このため長期間の使用による経年劣
化がなく位置ずれを起こすことはない。

【００９５】更に、高周波誘導加熱装置を用いることに
より一回のプロセスでフェル−ルとパイプを短時間で固
定でき、しかもパイプ内部を完全気密状態にできるた
め、組立て作業時間の短縮や低コスト化を図ることがで
きる。

【００９６】したがって、本発明の半導体光結合器及び
その組立方法によれば、光ファイバを内蔵したフェル−
ルとパイプを容易かつ確実に、しかも強固に固定できる
とともに、パイプ内部の気密状態を確保し半導体発光素
子と光ファイバとの光結合を劣化させず長期間の使用に
対して高信頼性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の半導体光結合器の構造縦断
面図である。

【図２】本発明の半導体光結合器の光ファイバ固定部を
示した構造縦断面図である。

【図３】フェル−ルとパイプの固定部を示した縦断面拡
大図である。

【図４】半導体光結合器と高周波誘導加熱コイルとの位
置関係を示した外観斜視図である。

【図５】本発明の他の実施例を示した半導体光結合器の
光ファイバ固定部の構造縦断面図である。

【図６】合金部材を金属リング溝内に溶接により設置し
たフェル−ルとパイプ固定部の縦断面拡大図である。

【図７】ＡｕとＳｎからなるリング状合金部材に割りを
入れた形状を示す外観斜視図である。

【図８】合金部材をテ−パ溝内に設置したフェル−ルと
パイプ固定部の縦断面拡大図である。

【図９】合金部材を溝内に設置したフェル−ルとパイプ
固定部の縦断面拡大図である。

【図１０】合金部材をパイプ溝内に設置したフェル−ル
とパイプ固定部の縦断面である。

【図１１】フェル−ル端面に金属リングを圧入固定した
光ファイバ固定部の構造である。

【図１２】フェル−ル端面に金属リングをカシメ固定し
た光ファイバ固定部の構である。

【図１３】従来の半導体光結合器の光ファイバ固定部を
示した構造縦断面図である。

【符号の説明】

１…半導体発光素子、２…受光素子、３…非球面モ−ル
ドレンズ、４…ホルダ−、５…ヒ−トシンク、６…ステ
ム、７…ピン、８…抵抗溶接、９…パイプ、１０…金属
リング、１１…フェル−ル、１２…光ファイバ、１３…
樹脂、１４…抵抗溶接、１５…ＡｕとＳｎのリング状合
金部材、１６…光ファイバ先端、１７…高周波誘導加熱
コイル、１８…低融点はんだ、１９…フェル−ル固定部
材、２０…基材、２１…レンズ、２２…半導体レ−ザ、
２３…ＹＡＧレ−ザ溶接、２４…溝、２５…テ−パ溝、
２６…割り、２７…溶接、２８…圧入固定、２９…カシ
メ固定。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 熊沢 鉄雄 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 柳生 泰利 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 仙庭 靖久 長野県小諸市柏木190番地 日立東部セミ コンダクタ株式会社小諸工場内

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ステムと、前記ステム中央に搭載した半導
   体発光素子と、前記半導体発光素子と対向した位置にホ
   ルダ−によって支持固定されたレンズと、フェル−ルに
   よって支持固定された光ファイバと、前記ステムと前記
   フェル−ルとを接続するパイプを有し、前記レンズを介
   して前記半導体発光素子と前記光ファイバとを光結合す
   る半導体光結合器において、あらかじめ前記パイプと同
   一のリング状部材を前記フェル−ル側に固定しておき、
   次に前記パイプと前記フェル−ルとを前記リング状部材
   を介して接合固定したことを特徴とする半導体光結合
   器。
2. 【請求項２】請求項１において、前記フェル−ルとリン
   グ状部材との接合には溶接、カシメ及び圧入を用いたこ
   とを特徴とする半導体光結合器。
3. 【請求項３】請求項１において、前記リング状部材を介
   して接合する前記パイプと前記フェル−ルは、ＡｕとＳ
   ｎからなる合金部材で接合固定したことを特徴とする半
   導体光結合器。
4. 【請求項４】請求項３において、前記ＡｕとＳｎからな
   る合金部材はリング状、ワイヤ−状、リボン状及び箔状
   の形状としたことを特徴とする半導体光結合器。
5. 【請求項５】請求項１において、前記半導体発光素子と
   前記光ファイバとを光結合させるレンズは、屈折率分布
   型先球ロッドレンズ、あるいは非球面レンズとしたこと
   を特徴とする半導体光結合器。
6. 【請求項６】請求項１において、前記パイプの端面また
   は前記リング状部材の端面にＡｕとＳｎからなる合金部
   材を挿入できる溝あるいはテ−パを設けたことを特徴と
   する半導体光結合器。
7. 【請求項７】請求項６において、前記パイプの端面ある
   いは前記リング状部材の端面に設けた溝内またはテ−パ
   内に前記ＡｕとＳｎからなる合金部材を溶接により仮固
   定しておき、次に前記パイプと前記リング状部材との位
   置合わせを行った後に、前記ＡｕとＳｎからなる合金部
   材を溶融して固定することを特徴とする半導体光結合
   器。
8. 【請求項８】請求項１において、前記リング状部材の材
   質はコバ−ル、Ｆｅ−４２Ｎｉ及びＳｕＳ４３０などの
   Ｆｅ系の金属あるいはセラミックスとしたことを特徴と
   する半導体光結合器。
9. 【請求項９】ステムと、前記ステム中央に搭載した半導
   体発光素子と、前記半導体発光素子と対向した位置にホ
   ルダ−によって支持固定されたレンズと、フェル−ルに
   よって支持固定された光ファイバと、前記フェル−ルを
   支持固定したフェル−ル固定部材と、前記ステムと前記
   フェル−ル固定部材とを接続するパイプを有し、前記レ
   ンズを介して前記半導体発光素子と前記光ファイバとを
   光結合する半導体光結合器において、前記フェル−ル固
   定部材を介して前記パイプと前記フェル−ルとをＡｕと
   Ｓｎからなる合金部材で接合固定したことを特徴とする
   半導体光結合器の組立方法。
10. 【請求項１０】請求項９において、フェル−ル固定部材
    の端面または前記パイプの端面に前記ＡｕとＳｎからな
    る合金部材を挿入できる溝あるいはテ−パを設けたこと
    を特徴とする半導体光結合器の組立方法。
11. 【請求項１１】請求項９において、フェル−ル固定部材
    の端面あるいは前記パイプの端面に設けた溝内またはテ
    −パ内に前記ＡｕとＳｎからなる合金部材を溶接により
    仮固定しておき、次に前記フェル−ル固定部材と前記パ
    イプとの位置合わせを行った後に、前記ＡｕとＳｎから
    なる合金部材を溶融して固定することを特徴とする半導
    体光結合器の組立方法。
12. 【請求項１２】請求項９において、前記フェル−ル固定
    部材は前記パイプと同種の金属材料としたことを特徴と
    する半導体光結合器の組立方法。
13. 【請求項１３】請求項７において、前記ＡｕとＳｎから
    なる合金部材はリング状、ワイヤ−状、リボン状及び箔
    状の形状としたことを特徴とする半導体光結合器の組立
    方法。
14. 【請求項１４】請求項７において、前記半導体発光素子
    と前記光ファイバとを光結合させるレンズは、屈折率分
    布型先球ロッドレンズ、あるいは非球面レンズとしたこ
    とを特徴とする半導体光結合器の組立方法。