JPH06194544A - 光結合構造 - Google Patents

光結合構造

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JPH06194544A JP4256656A JP25665692A JPH06194544A JP H06194544 A JPH06194544 A JP H06194544A JP 4256656 A JP4256656 A JP 4256656A JP 25665692 A JP25665692 A JP 25665692A JP H06194544 A JPH06194544 A JP H06194544A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光導破路又は光ファイバとレーザーダイオー
ドを簡易な構造で実用的な光結合効率で結合しかつ実装
時の許容精度を緩和する。 【構成】 光ファイバ１の端面２は凸球面状に加工さ
れ、光ファイバの光軸上の端面より離れた位置にレーザ
ーダイオード３の活性層４の光軸がファイバ光軸と一致
するよう配置され、ファイバ端面２とレーザーダイオー
ド３の間に屈折率がファイバコアの屈折率よりわずかに
低く空気よりも高い屈折率調整材５が充填されている。
光ファイバを端面を凸球面状に加工した光導波路を用い
た場合も同様である。 【効果】 屈折率調整材５により実装時の許容精度が緩
和され組立が容易になる。更にファイバコアの端面に低
反射処理を施さないでレーザーダイオードに再入射する
反射光の抑制が可能であり、安定したレーザ発振が得ら
れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザの出力光
を光ファイバに結合するための光通信用の光結合構造に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザの出力光を光伝送路である
光ファイバに結合する光結合構造は、光通信システムを
構成する上で重要なデバイスの１つであり、簡易な構造
であり、かつ各部品の組立時の位置決め精度を緩和でき
ることが要求されている。この光結合構造として特開昭
５９−６１８１２号公報、特開昭５７−１００４０９号
公報、特開昭５９−１９２２１９号公報、特開平３−５
３５８３号公報がある。
【０００３】従来この種の光結合構造は、例えば、アプ
ライドオプティクス（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ）
１９８０年、第１９巻、ｐ２５７８の桑原氏による論文
に記載された先球ファイバを用いる構造がある。この構
造は、入射端を半球面状に加工した単一モードファイバ
を半導体レーザの出射端に近接して、半導体レーザから
の出力光を単一モードファイバへ結合するものであり、
高い結合効率が得られ構造が簡易であるという特徴があ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】一般に、半導体レーザ
と単一モードファイバを結合する場合、半導体レーザの
出射光と単一モードファイバのスポットサイズを一致さ
せる必要がある。従来技術の先球ファイバは、先球加工
により、単一モードファイバのスポットサイズを半導体
光素子のスポットサイズに一致させることで高い結合効
率を得る構造となっている。
【０００５】しかしながら先球ファイバを用いた光結合
構造では、組立時に単一モードファイバの光軸と半導体
光素子の出射光部の相対的位置を光軸に垂直な方向に約
０．５μｍ以下、光軸方向では数μｍ以下に調整する必
要がある。一般に、単一モードファイバの外径公差及び
コアの偏心、ファイバ及びレーザを固定するためのベー
スの加工精度は、高精度に加工しても１μｍ程度のばら
つきを持っており、単一モードファイバ及びレーザを機
械的に位置決めをして固定した場合、ファイバと半導体
レーザの相対的な位置ずれは１〜２μｍ程度生じる。こ
のため、単一モードファイバと半導体レーザを機械的に
位置決めしただけでは最適な光結合は得られず、半導体
レーザの出力光をモニターしながら光軸調整を行い組立
てる必要があり、組立に多大な時間を要するという欠点
がある。
【０００６】さらに最適結合位置での単一モードファイ
バと半導体レーザの距離は１０μｍ程度であり、先球フ
ァイバからのフレネル反射が再度半導体レーザの活性層
に戻ることでレーザの発振が不安定になる。フレネル反
射を抑えるため通常は、先球ファイバの先端に誘電体多
層膜をコーティングし、フレネル反射を抑制する低反射
処理が必要である。これにより先球ファイバの製作のた
めの工程が複雑となり高価なものとなっている。以上よ
り、従来の先球ファイバを用いた光結合構造は、組立に
時間を要すること及び先球ファイバが高価であることに
より低価格化が困難であった。
【０００７】また、一般に半導体レーザの光出力は、高
温時に低下することから、使用時には、光ファイバの光
出力を一定にするため、半導体レーザの後方の光出力を
モニターし、光出力が一定になるよう電流値を調整する
ＡＰＣ（オートパワーコントロール）回路が付加され
る。このため回路規模が大きくなってしまうという欠点
があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の光結合構造は、
光ファイバの端面が先球状に加工され、光ファイバの端
面より離れた位置に半導体レーザの活性層の軸がファイ
バ光軸と一致するよう配置されており、ファイバ端面と
半導体レーザの間に屈折率がファイバコアの屈折率より
わずかに低く空気よりも高い屈折率調整材が充填されて
いることを特徴とする。または更に、屈折率調整材の屈
折率が、高温で低くなる様に変化することを特徴とす
る。
【０００９】
【実施例】以下、実施例を示して本発明を詳しく説明す
る。図１は、本発明の実施例を示す断面図である。
【００１０】光ファイバ１の凸球面端面２は、エッチン
グ及び加熱溶融によりコア部分が凸球面状に加工され、
光ファイバ端面より離れた位置に半導体レーザ３の活性
層４の光軸がファイバ光軸と一致するよう配置されてお
り、ファイバ端面２と半導体レーザ３の間に屈折率がフ
ァイバコアの屈折率よりわずかに低く、空気よりも高い
屈折率調整材５が充填されている。ファイバ１は、コア
径が１０μｍ、外径が１２５μｍの単一モードファイバ
であり、凸球面端面２はコアの突き出し量が約５μｍ、
先端部の曲率半径は約５μｍである。半導体レーザ３と
ファイバ１の周辺に充填される屈折率調整材５の屈折率
は、１．２８〜１．３１であり、調整材の組成として
は、パーフルオロカーボン、またはパーフルオロトリア
ルキルアミン等がある。
【００１１】以上の条件を基に、半導体レーザ３の半値
全角を活性層に対して垂直及び水平な方向とも２５度と
し、半導体レーザの出射光をガウス分布で近似して計算
した時の光軸方向の光結合特性を図２に示す。図２
（Ａ）の横軸はファイバと半導体レーザの距離で縦軸は
光結合特性である。図２（Ｂ）はファイバと半導体レー
ザの位置を説明する図である。屈折率調整材の効果によ
り単一モードのスポットサイズは光軸にそって緩く集光
され、半導体レーザの出射光の放射角も屈折率調整材に
より低くなるため、半導体レーザ３とファイバ端面２と
の間の距離が３０μｍで最大結合効果となる。
【００１２】さらに屈折率調整材を用いないときと比較
して、軸方向の光結合特性の変化が緩くなり、軸方向の
許容位置ずれ特性は約２．５倍緩和される。光結合効率
の最大値は約−２ｄＢと屈折率調整材を用いないときに
比較して２ｄＢ程度劣化するが、通常の実用時に要求さ
れる光結合特性である−５ｄＢと比較すると十分良好な
光結合特性を得ることが出来る。さらに、半導体レーザ
の端面の反射率を３０％とした場合、ファイバ端面に低
反射処理を施す事なく、反射光が再度半導体レーザの活
成層に再入射する光量を、出射光に対して約−６０ｄＢ
と低く押さえられる。
【００１３】図３に半導体レーザの放射角が３０度の場
合の光軸方向に垂直な方向の軸ずれに対する光結合特性
を示す。最適結合特性に対して２ｄＢ特性が劣化すると
きのファイバと半導体レーザの許容位置ずれ量は約２μ
ｍとなり、屈折率調整材を使用しないときと比較して許
容位置ずれ量は２倍以上緩和される。許容位置ずれ量が
２μｍとなることで、半導体レーザと単一モードファイ
バを機械的に位置決め固定するだけで組み立てる事が可
能となり、組立が容易で組立工数を大幅に削減すること
が可能となる。
【００１４】先球ファイバと屈折率調整材を用いた光結
合構造では、屈折率の変化に従い図４に示す様に光結合
特性が変化する。屈折率調整材が高温で低下する材料を
使用した場合、高温で光結合効率が上がり低温で低下す
る様、単一モードファイバと半導体レーザの間隔を設定
する事が可能となる。
【００１５】屈折率の温度に対する変化を−３．５×１
０- 4 ／度とし、半導体レーザの温度に対する光出力の
低下を−０．０３６ｍＷ／度とした場合の温度に対する
単一モードファイバ出射部での光出力の変化の一例を図
５に示す。通常の光結合構造では、−４０度Ｃから８０
度Ｃの温度変化に対して約２ｄＢの光出力変動が生じる
が、屈折率調整材を用いた場合、光出力変動は１ｄＢ以
内に抑えられ、電流を調整し光出力調整を行うことなく
光出力を安定することが可能となる。これにより従来必
要であったＡＰＣ回路が不要となり駆動回路を簡略化す
ることが可能となる。
【００１６】
【発明の効果】以上、説明した様に本発明によれば、先
球ファイバを半導体レーザに対向させる光結合構造に屈
折率がファイバコアの屈折率よりわずかに低く空気より
も高い材料を充填するだけで、実装時の許容精度が緩和
され組立が容易になる。さらにファイバコアの端面に低
反射処理を施さないで半導体レーザに再入射する反射光
の抑制が可能であり、安定したレーザ発振が得られる。
また、光出力が温度に対して安定するため、ＡＰＣ回路
が不要になる。以上より従来の光結合構造より簡易で組
立容易な構造で、実用的な光結合特性が得られ、駆動回
路も簡略化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す概略図である。
【図２】本発明の実施例における光軸方向の光結合特性
を示す図である。
【図３】本発明の実施例における光軸に垂直な方向の光
結合特性を示す図である。
【図４】本発明の実施例における屈折率の変化に対する
光結合特性の変化を示す図である。
【図５】本発明の実施例におけるファイバ出射部での光
出力の温度特性を示す図である。
【符号の説明】
１ 光ファイバ ２ 凸球面端面 ３ 半導体レーザ ４ 活性層 ５ 屈折率調整材 ６ ヒートシンク

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体レーザと、この半導体レーザに面
    する側の端面のコアが半球状に形成された光ファイバか
    らなる光結合構造において、半導体レーザと光ファイバ
    の間に屈折率がファイバコアの屈折率よりもわずかに低
    くかつ空気よりも高い屈折率調整材が充填されているこ
    とを特徴とする光結合構造。
  2. 【請求項２】 前記屈折率調整材の屈折率が、温度に対
    して高温時に低下する様に変化する材料である、請求項
    １記載の光結合構造。
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