JPH0659162A - 光ファイバ用気密パッケージの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光ファイバ素線部に金属蒸着膜を形成するこ
となくパッケージ内に固着でき、光素子が劣化すること
がなくパッケージを封止することができ、しかも金属ス
テムをパッケージ内に固定する場合には位置ずれが生じ
ることがない光ファイバ用気密パッケージの製造方法を
提供することにある。 【構成】 パッケージ２１に、パッケージ２１内に光フ
ァイバ素線部２２を挿入する導入部２３を設け、パッケ
ージ２１内に金属ステム２４に支持された半導体レーザ
２５を設け、導入部２３に光ファイバ素線部２２を挿入
して光ファイバ素線部２２と半導体レーザ２５とを光学
的に結合し、さらに光ファイバ素線部２２と導入部２３
間とを低融点ガラス２６を用いて熱融着したことを特徴
としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気密パッケージに、気
密パッケージ内に光ファイバを挿入する導入部を設け、
気密パッケージ内に金属ステムに支持された光素子を設
け、導入部に光ファイバを挿入して光ファイバと光素子
とを光学的に結合する光ファイバ用気密パッケージの製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザからのレーザ光を、光ファ
イバと光学的に効率良く結合する方法として、レンズを
用いたレンズ結合系や、光ファイバ先端を研磨加工して
レンズ状に形成した先球光ファイバ結合系がある。

【０００３】前者のレンズ結合系は、標準の気密パッケ
ージに収納された半導体レーザを使用することができる
ものの、後者の先球光ファイバ結合系は、半導体レーザ
と光ファイバ先端との間隔が数十μｍと短いため、標準
の気密パッケージに収納された半導体レーザを使用する
ことができなかった。したがって、先球光ファイバ結合
系は、気密化されていない（空気中に露出した）半導体
レーザを使用しなければならないが、半導体レーザの酸
化防止や防湿等を他の方法を用いて行わなければならな
い。

【０００４】図４は従来の光ファイバ用気密パッケージ
を用いた半導体レーザモジュール（実開平3-6612号）の
断面図である。

【０００５】同図において、半導体レーザモジュール
は、パッケージ１に、パッケージ１内に先球光ファイバ
２のジャケットを除去して露出させた先球光ファイバ素
線部２ａを挿入する導入部３を設け、パッケージ１内に
あらかじめ形成された金属ステム４上に半導体レーザ５
を設け、導入部３に先球光ファイバ２を挿入し、先球光
ファイバ２と半導体レーザ５とを光学的に結合した状態
で先球光ファイバ素線部２ａを、パッケージ１内の導入
部３ａにはんだ付けした後、パッケージ１上にキャップ
６をシーム溶接したものである。これにより先球光ファ
イバ素線部２ａや半導体レーザ５がパッケージ１内に気
密封止される。

【０００６】また、半導体レーザモジュールには、図５
に示すように、パッケージ１０の導入部１１内に挿入さ
れた光ファイバ１２の素線部１２ａがパッケージ１０内
の支持部１０ａに支持されており、金属ステム１３上に
支持された半導体レーザ１４のレーザ光の光軸がこの光
ファイバ素線部１２ａの光軸と結合するように、金属ス
テム１３を位置合わせしパッケージ１０内にはんだ固定
されているものがある。

【０００７】このような半導体レーザモジュールは、図
６に示すように、ホットプレート１５上にあらかじめ光
ファイバ１２を固定したパッケージ１０を固定してお
き、常温でクランパ１６により把持された金属ステム１
３を移動させ、半導体レーザ１４の光軸と光ファイバ素
線部１２ａの光軸とを一致させて光結合させる。このと
きクランパ１６の把持構造が光ファイバ用気密パッケー
ジの性能を決定する上で重要な要素となる。これは、金
属ステム１３をパッケージ１０内への固定作業中に、ク
ランパ１６に把持された金属ステム１３がすべったり、
回転してしまうと、半導体レーザ１４の光軸が、はんだ
固定後にずれてしまうからである。

【０００８】そこで、図７（ａ）、（ｂ）に示すような
ステム把持構造を有するクランパが提案されている。

【０００９】図７（ａ）は断面が矩形の従来のクランパ
１６ａで金属ステム１３の両側面から挟んで把持した状
態を示しており、図７（ｂ）は金属ステム１３にＶ字形
状の溝１８を形成し、そのＶ字溝１８を従来の他のクラ
ンパ１６ｂで把持した状態を示している。

【００１０】このようなクランパ１６ａ、１６ｂを用い
て金属ステム１３を把持したまま温度を下げ、金属ステ
ム１３をパッケージ１０にはんだ固定した後パッケージ
１０にキャップ１９をシーム溶接する。これにより半導
体レーザや光ファイバがパッケージ内に気密封止され
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図４に
示した半導体レーザモジュールに用いられる光ファイバ
用気密パッケージを製造するには以下のような問題点が
ある。

【００１２】(1) 先球光ファイバ素線部２ａを導入部３
ａにはんだ付けするためには、この先球光ファイバ素線
部２ａにＡｕ等の金属膜を蒸着しておく必要があり、工
数がかかる。

【００１３】(2) 先球光ファイバ素線部２ａをはんだ付
けする際、はんだを加熱して溶融する必要があるが、こ
の時パッケージ１を通して半導体レーザ５も加熱されて
しまう。したがって半導体レーザ５と（気密封止するた
めの）はんだとが近いため半導体レーザ５が熱衝撃によ
り劣化するおそれがある。

【００１４】(3) 先球光ファイバ素線部２ａと半導体レ
ーザ５との光学的結合を行うには、レーザ光を発光させ
た状態で行うので、半導体レーザ５がはんだの熱により
加熱されると、半導体レーザ５の発振しきい値が高くな
る。したがって半導体レーザ５の駆動電流を絶対最大定
格値近傍まで流さなければならず、半導体レーザ５の性
能を劣化させるおそれがある。

【００１５】他方、図５に示した半導体レーザモジュー
ルに用いられる光ファイバ用気密パッケージを製造する
上において、以下のような問題点がある。

【００１６】(1) 金属ステム１３をパッケージ１０には
んだ付けする前に、あらかじめ金属ステム１３の接続面
をはんだメッキする必要がある。そのためはんだ槽（図
示せず）の溶融したはんだ中にこの金属ステム１３を降
下させて、金属ステム１３がはんだに接触する程度の所
定の位置に止めて冷却固定する。このとき金属ステム１
３とはんだとが接触すると、金属ステム１３の温度が低
いためはんだが凝固してしまい無理に金属ステム１３を
移動させると、クランプ１６ａ、１６ｂから金属ステム
１３がすべったり、回転したりすることがある。

【００１７】(2) はんだメッキされた金属ステム１３を
パッケージ１０にはんだ固定する際、はんだが冷却して
凝固すると、はんだ自身の収縮や各部の熱膨張の差によ
り金属ステム１３に強い力が働き、その結果光軸がずれ
て金属ステム１３の位置精度が低下してしまう。

【００１８】(3) クランパ１６ｂにＶ字溝１８を形成す
る場合には、このＶ字溝１８の加工精度とクランパ１６
ｂの取り付け精度とを厳しく管理する必要がある（図７
（ｂ））。

【００１９】(4) Ｖ字溝１８は、金属ステム１３の回転
に対する拘束力は大きいが、前後方向に対する拘束力は
小さいため金属ステム１３の位置がずれて位置精度が低
下するおそれがある。

【００２０】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、光ファイバ素線部に金属蒸着膜を形成することなく
パッケージ内に固着でき、光素子が劣化することがなく
パッケージを気密封止することができ、しかも金属ステ
ムをパッケージ内に固定する場合には位置ずれが生じる
ことがない光ファイバ用気密パッケージの製造方法を提
供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、気密パッケージに、気密パッケージ内に光
ファイバを挿入する導入部を設け、気密パッケージ内に
金属ステムに支持された光素子を設け、導入部に光ファ
イバを挿入して光ファイバと光素子とを光学的に結合
し、さらに光ファイバの素線部と導入部間とを低融点ガ
ラスを用いて熱融着したものである。

【００２２】また、本発明は、金属ステムを、把持部の
内側に突起部を有するクランパで把持し、クランパの把
持面に金属ステムの側面に食い込むように複数の突起部
を形成し、そのクランパで金属ステムを把持して気密パ
ッケージの所定位置に保持させて気密パッケージにはん
だ付けを行うものである。

【００２３】

【作用】上記構成によれば、気密パッケージ内に光ファ
イバを挿入する導入部に、光ファイバを挿入し、光ファ
イバの素線部と導入部との間を低融点ガラスを用いて熱
融着することにより光ファイバ素線部が導入部内に固定
されるので、光ファイバの素線部に金属蒸着膜を形成せ
ずに固着することができ、しかも光素子に熱を伝えるこ
とがないので光素子の熱による劣化を招くことなくパッ
ケージを封止することができる。また、光素子を支持す
る金属ステムをパッケージに固定する場合には、複数の
突起部を把持面に形成したクランパで金属ステムの側面
に食い込むように把持して気密パッケージの所定位置に
保持するので、金属ステムがクランパからずれたり、回
転することがなくなり位置精度を向上させることができ
る。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て詳述する。

【００２５】図１は本発明の光ファイバ用気密パッケー
ジの製造方法を適用した半導体レーザモジュールの一実
施例の断面図であり、図２は光素子を支持する金属ステ
ムを把持するクランパの説明図であり、図３は図２に示
したクランパにより金属ステムを把持したときの正面図
である。

【００２６】図１において半導体レーザモジュール２０
は、上方が開放された略箱型のパッケージ２１と、この
パッケージ２１の側面前方（図の右側）に形成されパッ
ケージ２１内に光ファイバ素線部２２を挿入するため導
入部２３と、パッケージ２１内に固定された金属ステム
２４と、この金属ステム２４上に配置された光素子とし
ての半導体レーザ２５と、導入部２３に挿入され先端部
がこの半導体レーザ２５と光学的に結合された光ファイ
バ素線部２２と、光ファイバ素線部２２と導入部２３間
とを熱融着する低融点ガラス２６と、パッケージ２１の
上部に設けられパッケージ２１を気密封止するキャップ
２７とで構成されている。

【００２７】尚、光ファイバ用気密パッケージ２８は、
パッケージ２１、導入部２３、金属ステム２４、低融点
ガラス２６及びキャップ２７で構成されている。

【００２８】導入部２３は、パッケージ２１に一体的に
形成されているが、別々に形成して固定してもよい。ま
た導入部２３は、光ファイバ素線部２２の光軸に対して
斜めに切断された切断面２３ａを有している。さらにま
た、光ファイバ素線部２２と導入部２３とが低融点ガラ
ス２６により導入部２３の外側で熱融着されている。

【００２９】尚、低融点ガラス２６の溶媒としては純水
に限られる。これはアルコール等の揮発性の高いものは
取扱いが難しく、市水を使用すると固定後不純物が光フ
ァイバ素線部の強度及び信頼性に悪影響を与えるからで
ある。

【００３０】他方、図２及び図３において、クランパ２
９は把持面２９ａに複数の円錘状の突起部３０を有して
おり、この突起部３０は金属ステム２４の側面に食い込
むようになっている。これによりクランパ２９に挟まれ
た金属ステム２４が、クランパ２９からすべり落ちた
り、回転したりすることが回避される。金属ステム２４
はクランパ２９に把持されたままパッケージ２１内の所
定の位置に移動され固定されるようになっている。

【００３１】金属ステム２４の材質は通常銅である。こ
のためクランパ２９に設けられる突起部３０はこれより
硬い材料、例えば工具鋼、超硬合金等が用いられる。突
起部３０は、クランパ２９に左右合わせて少なくとも３
個ＹＡＧレーザ溶接により固定される。

【００３２】このような半導体レーザモジュール２０の
製造方法について説明する。

【００３３】まず、ホットプレート上にパッケージ２１
を固定しておき、常温で、クランパ２９の内側に設けら
れた突起部３０を、半導体レーザ２５が支持された金属
ステム（接合面があらかじめはんだメッキされている）
２４の側面に両側から万力のように食い込ませて把持
し、パッケージ２１内の所定位置まで移動する。所定の
位置でクランパ２９により金属ステム２４を把持したま
ま温度を下げ、金属ステム２４をパッケージ２１にはん
だ固定する。光ファイバ素線部２２を導入部を通してパ
ッケージ２１内に挿入し、この光ファイバ素線部２２と
半導体レーザ２５とを光学的に結合した後、金属ステム
２４上に光ファイバ素線部２２の先端部を固着する。そ
の後光ファイバ素線部２２と導入部の斜め切断面２３ａ
に、純水で溶融された低融点ガラス２６をのせ、高周波
加熱等により局所加熱して溶融固定して導入部２３の外
側を封止する。その後キャップ２７をパッケージ２１の
上にのせてシーム溶接することによりパッケージ２１全
体が気密封止され、半導体レーザモジュール２０が形成
される。

【００３４】次に実施例の作用を述べる。

【００３５】パッケージ２１内へ光ファイバ素線部２２
を挿入する導入部２３に、光ファイバ素線部２２を挿入
してこの光ファイバ素線部２２と導入部２３との間を、
低融点ガラス２６を用いて熱融着することにより光ファ
イバ素線部２２が導入部２３内に固定されるので、光フ
ァイバ素線部２２に金属蒸着膜を形成せずに金属ステム
２４上に固着することができ、しかも半導体レーザ２５
に溶融熱が伝わることがないので、熱による半導体レー
ザ２５の劣化を招くことなくパッケージ２１の封止を行
うことができる。また、半導体レーザ２５を支持する金
属ステム２４をパッケージ２１に固定する場合には、複
数の突起部３０を把持面２９ａに形成したクランパ２９
で金属ステム２４の側面に食い込むように把持してパッ
ケージ２１の所定位置に保持させるので、金属ステム２
４が回転したりずれることがなくなり位置精度を向上さ
せることができる。

【００３６】このように本実施例において、パッケージ
２１に、パッケージ２１内に光ファイバ素線部２２を挿
入する導入部２３を設け、パッケージ２１内に金属ステ
ム２４に支持された半導体レーザ２５を設け、導入部２
３に光ファイバ素線部２２を挿入して光ファイバ素線部
２２と半導体レーザ２５とを光学的に結合し、さらに光
ファイバ素線部２２と導入部２３間とを低融点ガラス２
６を用いて熱融着したので、光ファイバ素線部２２に金
属蒸着膜を形成することなくパッケージ２１内に固着で
き、半導体レーザ２５を劣化させることなくパッケージ
２１を気密封止することができ、しかも金属ステム２４
をパッケージ２１内に固定する場合には位置ずれが生じ
ることがない光ファイバ用気密パッケージを製造するこ
とができる。

【００３７】尚、本実施例では光素子として半導体レー
ザを用いたが、これに限定されずフォトダイオード、導
波路型光スイッチ、変調器モジュール等気密構造が必要
なモジュールに適用してもよい。また、突起部の形状は
本実施例では円錘状であるが、これに限定されず、角錐
状、半球状でもよい。さらに突起部のクランパへの取り
付けにはＹＡＧレーザ溶接の他、削り出し、ろう付け、
ネジ止め等の方法が用いられる。

【００３８】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。

【００３９】(1) 光ファイバ素線部にＡｕ等の金属蒸着
膜を形成する必要がなくなり、光学的に安定かつ安価に
光ファイバ用気密パッケージを形成することができる。

【００４０】(2) パッケージの外部で気密封止を行い、
さらに高周波加熱により導入部を局所的に加熱すること
ができるので、半導体レーザ等の光素子に熱的ダメージ
を与えることがない。

【００４１】(3) 導入部の先端が斜めの切断面を有する
ので、低融点ガラスの溶融固定の作業性が向上する。

【００４２】(4) 気密封止をパッケージの外側で行うた
めパッケージを小型化できる。

【００４３】(5) クランパの取り付け精度を緩和し、は
んだ付けの作業時間を短縮することができる。

【００４４】(6) はんだ付け前後の光素子の光軸と光フ
ァイバの光軸とのずれが約２μｍに減少した（従来は５
μｍ）。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光ファイバ用気密パッケージの製造方
法を適用した半導体レーザモジュールの一実施例の断面
図である。

【図２】図１に示した光素子を支持する金属ステムを把
持するクランパの説明図である。

【図３】図２に示したクランパにより金属ステムを把持
したときの正面図である。

【図４】従来の光ファイバ用気密パッケージを用いた半
導体レーザモジュールの断面図である。

【図５】パッケージ内にあらかじめ光ファイバが固定さ
れた従来の半導体レーザモジュールの断面図である。

【図６】図５に示した従来の半導体レーザモジュールの
製造方法を説明するための説明図である。

【図７】（ａ）は断面が矩形の従来のクランパで金属ス
テムの両側面から挟んで把持した状態を示しており、
（ｂ）は金属ステムにＶ字形状の溝を形成し、その溝を
従来の他のクランパで把持した状態を示している。

【符号の説明】

２０ 半導体レーザモジュール ２１ パッケージ ２２ 光ファイバ素線部 ２３ 導入部 ２３ａ 切断面 ２４ 金属ステム ２５ 半導体レーザ ２６ 低融点ガラス ２７ キャップ ２８ 光ファイバ用気密パッケージ ２９ クランパ ２９ａ 把持面 ３０ 突起部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大越 幹夫 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日立 電線株式会社オプトロシステム研究所内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気密パッケージに、該気密パッケージ内
   に光ファイバを挿入する導入部を設け、前記気密パッケ
   ージ内に金属ステムに支持された光素子を設け、前記導
   入部に前記光ファイバを挿入して該光ファイバと前記光
   素子とを光学的に結合し、さらに前記光ファイバの素線
   部と前記導入部間とを低融点ガラスを用いて熱融着した
   ことを特徴とする光ファイバ用気密パッケージの製造方
   法。
2. 【請求項２】 前記導入部が、前記気密パッケージに一
   体化されて設けられたことを特徴とする請求項１に記載
   の光ファイバ用気密パッケージの製造方法。
3. 【請求項３】 前記導入部が、前記光ファイバの光軸に
   対して斜めに切断された切断面を有することを特徴とす
   る請求項１に記載の光ファイバ用気密パッケージの製造
   方法。
4. 【請求項４】 前記低融点ガラスの熱融着を高周波加熱
   によって行うことを特徴とする請求項１に記載の光ファ
   イバ用気密パッケージの製造方法。
5. 【請求項５】 前記パッケージの外側で前記光ファイバ
   の素線部と前記導入部とを前記低融点ガラスを用いて熱
   融着したことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ
   用気密パッケージの製造方法。
6. 【請求項６】 前記金属ステムを、把持部の内側に突起
   部を有するクランパで把持し、前記クランパの把持面に
   金属ステムの側面に食い込むように複数の突起部を形成
   し、そのクランパで前記金属ステムを把持して前記気密
   パッケージの所定位置に保持させて前記気密パッケージ
   にはんだ付けを行うことを特徴とする請求項１に記載の
   光ファイバ用気密パッケージの製造方法。