JPH07301731A - 半導体光結合装置及びその組立方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】フェール５は、フェルールガイド６に挿入後半
導体レーザ１からの光が最大の結合となるように位置合
わせし、フェルールガイド端面に設けた溝部を変形させ
てフェルール５を仮固定する。つぎに、パイプ３とフェ
ルールガイド６とを固定部９で溶接固定する。この時、
溶接に伴って位置ずれを起こした場合、仮止め部を再調
節して固定する。 【効果】フェルールとフェルールガイドとの仮固定を変
形力だけで容易に固定できる。組み立てた結合装置の結
合効率を高く保持できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバを介して光
の結合をさせる半導体光結合装置に係り、特に、光ファ
イバ付フェルールを光部品に接合固定するに好適な半導
体光結合装置及びその組立方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体レーザから発振した光を光
ファイバに光結合する装置において、例えば、１９９０
年電子情報通信学会春季全国大会論文集、Ｃ−２６４
“非球面ガラスレンズを用いた単一モードファイバ用Ｌ
Ｄモジュール”に記載のように、ＬＤの搭載された小型
パッケージからの光を光ファイバに効率よく光結合でき
るように単一モードファイバは、３軸調整した後フェル
ールとホルダ間及びホルダとケース間をＹＡＧ溶接固定
する構造となっていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、図７
に示すように、半導体レーザ２０から出射した光ビーム
を非球面レンズ２１により光ファイバ付フェルールの光
ファイバ先端入射面２３に位置するように調整されてい
る。

【０００４】すなわち、非球面レンズ２１からの光の集
光点は、非球面ガラスレンズ２１を固定するケース２４
の長さで光軸方向を粗調整する。光ファイバ２６はフェ
ルール２２内に固定され、フェルール端面２３から光入
射する。非球面ガラスレンズを使って光結合する場合、
高い光結合効率をえるため高精度の位置合わせを行う必
要があり、３軸の調整を行う。まず、光軸と直角の２方
向をケース２４とホルダ２７との間で行い、つぎに、光
軸方向をホルダ２７とフェルール２２との間で行う。

【０００５】しかし、ケース２４，ホルダ２７，フェル
ール２２の間をＹＡＧ溶接する場合、溶接時に位置ずれ
を起こし、結合効率を劣化させることがある。上記公知
例ではモジュール組み立て時、±０.８μｍ の溶接ずれ
に抑えるよう説明されているがその組立方法については
なんら開示されていない。また、ＹＡＧ溶接する場合、
同種の材料以外の間での溶接は溶接割れを起こす問題が
あった。また、ケース２４とホルダ２７間、ホルダ２７
とフェルール２２間の２カ所を同時に溶接する方法があ
るが、溶接装置と治具が複雑で高価になる問題があっ
た。

【０００６】本発明の目的は、光ファイバを介して光の
結合をさせる半導体光結合装置において、光ファイバ付
フェルールを光部品に接合固定するに好適な半導体光結
合装置及びその組立方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、たとえば、
図１にその断面図を示すように、半導体レーザ１，非球
面レンズ２及びパイプ３をステム４に固定し、光ファイ
バ付きのフェルール５をフェルールガイド６に挿入し、
半導体レーザ１から非球面レンズ２を透した光がファイ
バ端面で最大に集光できるように、フェルール５とフェ
ルールガイド６の光軸方向と光軸に直角の方向に位置調
整し、金属の弾性変形を使って両者を仮固定後、パイプ
３とフェルールガイド６を固定し、この時生じた位置ず
れを仮固定部で再度調整し、フェルール５とフェルール
ガイド６とを固定することにより達成される。フェルー
ル５とフェルールガイド６との仮固定は、金属の弾性変
形の他に金属の塑性変形によるもの、弾性変形と塑性変
形を組み合わせたもの、金属及びレジンの塑性変形を使
用してもよい。フェルール５の仮固定を容易でしかも確
実に行うため、予めフェルールガイド６端部に割り、段
差を加えてもよい。フェルール５とフェルールガイド６
とを仮固定後、パイプ３とフェルールガイド６とを溶接
固定するが溶接時位置ずれが無い場合、仮固定をそのま
ま使用してもよい。フェルールガイド６とフェルール５
との固定は、金属の弾性，塑性変形を利用するもので両
者の材質が同一でなくても良い。また、フェルールガイ
ド６とフェルール５との仮固定後の固定は、Ａｕ−Ｓ
ｎ，Ａｕ−Ｇｅ，Ａｕ−Ｓｉなどのはんだを使って固定
する。

【０００８】本発明の半導体光結合装置は、光ファイバ
を介して光の結合をならしめる受光，発光，光増幅，変
調，光スイッチ、その他の機能をもつ光部品を内在して
成る構造体であって、金属，非金属のフェルールガイド
の変形を利用してフェルール５を仮固定し、フェルール
ガイドを溶接固定後はんだで上記構造体に固定するに好
適な構造，材料，変形方法，組立方法を特徴とする。

【０００９】

【作用】図１に示すように、フェルール５は円筒状フェ
ルールガイド６の中心軸に挿入し、非球面レンズ２で集
光した光が光ファイバに結合できるようにフェルールガ
イド６を介してフェルール５の光軸合わせを行う。光結
合が最大の所でフェルールガイド６の端部８を弾性変
形，塑性変形させてフェルール５を仮止め固定する。フ
ェルールガイド６の端部８の形状は、変形しやすいよう
に割り、段差を付ける。次に、パイプ３とフェルールガ
イド６とを全周にわたってＹＡＧ溶接固定した後、フェ
ルール５を光軸方向で再度微調整し、はんだ固定する。
このようにすると、たとえパイプ３とフェルールガイド
６との全周溶接で溶接に伴うわずかな光結合ずれが起き
ても、再度調節して固定でき高い結合効率を保持するこ
とができる。はんだ材は、Ａｕ−Ｓｎ，Ａｕ−Ｇｅ，Ａ
ｕ−Ｓｉなどが適している。また、仮止め後の固定をは
んだとすることにより、溶接固定に伴うような溶接ずれ
を起こすことはない。もちろん、フェルール５とフェル
ールガイド６とは適切な材料選定により、長期の固定信
頼性があり安定したファイバ出力が得られる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１により説明す
る。図１は中心部が円筒形状である。半導体レーザ１は
円形ステム４上で中心軸方向に発振するように搭載され
ている。レーザ１が発振する光は、通常３０〜４０゜の
放射角があり、この光をフェルール５内に固定した光フ
ァイバ７に集光する。ファイバは、単一モードファイバ
（コア径１０μｍ）、偏波面保存ファイバ（コア径５μ
ｍ）、マルチモードファイバ（コア径５０μｍ）が適し
ている。放射角の大きいレーザ光をファイバに効率よく
集光するために、非球面レンズ２を使用する。非球面レ
ンズ２は、金属キャップの中央にモールドガラス成形を
使って取付ける。

【００１１】半導体レーザ１と非球面レンズキャップ２
との光軸調整を行った後、プロジェクション溶接でステ
ム４上に固定する。溶接した非球面レンズキャップ２で
半導体レーザ１の気密封止を行いレーザ光の集光を行
う。レンズは、非球面レンズの他にロッドレンズ，球レ
ンズ（材質：ＢＫ−７，ＴＡＦ−３）などが適してい
る。各レンズは、半導体光結合装置のファイバ出力の違
いにより、使い分ける。非球面レンズの場合、結合効率
−１.５ｄＢ 程度、球レンズの場合、−５ｄＢ程度、こ
の間の場合、ロッドレンズが適している。非球面レンズ
２を透過した光は、所定の位置で集光するが、この位置
に光ファイバ端面が一致するようにフェルール５を設け
る。たとえば、半導体レーザ１の放射角が３０゜×４０
゜、非球面レンズ２の開口数が０.６ を使って単一モー
ドファイバに集光する時、光軸の直角方向許容ずれ量
（結合効率−１ｄＢ変化）が±３μｍ、光軸方向では±
８０μｍとなる。光軸方向に比べ直角方向でのずれ量は
きびしくなる。そこで、フェルールの光軸方向位置合わ
せは、粗調整と微調整に分けて行う。粗調整は、予め準
備した各種長さのパイプ３から集光点長さに合ったパイ
プを選定する。つぎに、レーザ光とフェルール５との３
軸方向の軸合わせを行い、フェルール５とフェルールガ
イドとを仮固定する。パイプ３とフェルールガイド６と
を境界部９でＹＡＧ溶接固定する。ＹＡＧ溶接前後での
ファイバ出力を調べ、溶接に伴う光出力低下がある場合
は、仮固定部でフェルール５の軸方向を再度微調整し、
その後はんだ固定する。

【００１２】フェルール５とフェルールガイドとの間の
仮固定は、金属の変形を利用する。フェルールガイド６
の端部を変形させてフェルール５の固定を行う。フェル
ールガイド６端部の変形が起こり易いように、図２から
図６のように割り、段差を設けたフェルールガイドを使
うとよい。図２はガイドの端部に割りをつけたもので、
割りの直角方向（図中の矢印）に荷重を加えてガイドを
変形させる。図２の割りは２カ所となっているがこの数
はこれに限るものではなく、１カ所以上であれば良い。
変形させる手段は、たとえば、ペンチ先端でフェルール
ガイド６端部をはさんで荷重をかける。円筒状のフェル
ールガイド６内径が円からだ円に変化しフェルール５を
挟み込む。ペンチ先端にかける力は５０から２００Kgが
適している。変形力は、フェルールガイド端部の形状に
依存し、たとえば、割りのある図２では５０から１００
kg程度でよい。図３は、フェルールガイド端部に段差を
つけたものである。段差の程度は、基の厚さの１／４か
ら１／２が適している。段差の場合は、図２のように変
形力の方向を限定されることなく、全周の任意の方向か
ら変形力をかけられる。図４は、図３の段差の別の例で
ある。フェルールガイド６の端部で途中に段差を設けて
おり、段差部に変形が起こり易い形状である。変形荷重
の方向も限定されることはなく、１００から２００Kgの
荷重をかけて変形させる。図５は、フェルールガイド端
部に塑性加工を加え肉厚を薄くすることで、変形させ易
い形状を提供できる。肉厚あるいは荷重の方向は図３，
図４と同様で荷重は、７０から１５０Kgが適している。
図６は、フェルールガイドの材質を金属一体ではなく、
金属６１とエポキシ系モールドレジン６２とし内側にレ
ジンを充填したものである。外観では、図３と同様にな
っている。フェルールの仮固定は、ガイド端部の金属部
分で行う。

【００１３】フェルールガイドの材質は、SUS304，SUS4
30，銅，錫入銅，黄銅，鉄（SPCC）あるいはモールドレ
ジンとSUS304，SUS430，銅，錫入銅，鉄（ＳＰＣＣ）を
一体にしたものが適している。

【００１４】フェルールの材質は、SUS304，SUS430，ジ
ルコニア，モールドレジン，銅，黄銅（７０Ｃｕ−３０
Ｚｎ，６０Ｃｕ−４０Ｚｎ），鉄（ＳＰＣＣ）が適して
いる。

【００１５】フェルールとフェルールガイドの材質組み
合わせは、必ずしも同一であることはなく、たとえば、
SUS304のフェルールに黄銅のフェルールガイドを使って
もよい。市販のフェルール５は、外側にSUS304，SUS430
を使い、セラミックキャピラリを内側に圧入固定した構
造である。この中に単一モードファイバを挿入しエポキ
シ接着剤を使って接着固定する。

【００１６】フェルール５とレンズからの光との調整固
定を行うのに黄銅のフェルールガイド６を用いる。黄銅
の場合、加工が容易で図４に示すような段付きフェルー
ルガイド６が良い。

【００１７】フェルールガイド６とフェルール５の境界
部１０のはんだ固定には、Ａｕ−Ｓｎ，Ａｕ−Ｇｅ，Ａ
ｕ−Ｓｉなどのはんだ材を使用し、高周波加熱装置を使
って溶融固定する。フェルールの中にはファイバが樹脂
固定されており、１００℃以上の温度に長時間放置され
ると、樹脂のガラス転移点を越え、樹脂が異常に膨張し
ファイバを曲げたり、樹脂材の劣化を招くことがある。
高周波加熱ではんだ付けする場合、フェルール内部ファ
イバ固定部での温度上昇は、約１３０℃，２秒程度で短
時間のため、樹脂への影響は皆無である。はんだ固定し
た半導体光結合装置は、半導体レーザ１，非球面レンズ
１，ファイバ端部がすべて気密状態となり、外部のほこ
り、湿気などから保護できる。

【００１８】本実施例によれば、半導体レーザからの光
を非球面レンズで集光し、フェルールガイドに挿入した
フェルールの位置合わせを行った後、フェルールを仮止
めし、つぎに非球面レンズ側にフェルールガイドを固定
する。固定前後の光出力を調べ出力変動のある場合は仮
止め部で再度位置合わせを行い、はんだ固定できるた
め、たとえ組立途中で光出力低下を起こしても再度光調
整でき、半導体光結合装置の光出力を劣化させず、高く
保持することができる。また、フェルールガイドとフェ
ルールとの固定をはんだとすることにより、異種材でも
固定することができる。

【００１９】本実施例では、半導体レーザの光部品で説
明したが、この他に受光，光増幅，変調，光スイッチを
使った光部品でも同様の効果がある。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、フェルールと光部品と
の固定を２度に分けて行うことにより、半導体光結合装
置の組立途中で生じる光結合劣化を起こさない構造及び
組立とする効果がある。また、フェルールガイドに割
り、段差などを設けることにより、フェルールと光部品
との固定を容易に、また、信頼性よく固定できる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の断面図。

【図２】本発明の実施例の説明図。

【図３】一実施例の変形例を示す斜視図。

【図４】一実施例の変形例を示す斜視図。

【図５】一実施例の変形例を示す斜視図。

【図６】一実施例の変形例を示す断面図。

【図７】従来技術を示す断面図。

【符号の説明】 １…半導体レーザ、２…非球面レンズキャップ、３…パ
イプ、４…ステム、５…フェルール、６…フェルールガ
イド、７…光ファイバ。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光ファイバを介して光の結合をする受光，
   発光，光増幅，変調，光スイッチを含む光部品を内在し
   た構造体であって、前記光ファイバはフェルールに固定
   するとともに前記構造体と光結合するように調整し、金
   属の弾性変形，塑性変形を利用して前記構造体に保持固
   定することを特徴とする半導体光結合装置。
2. 【請求項２】光ファイバを介して光の結合をする受光，
   発光，光増幅，変調，光スイッチを含む光部品を内在し
   た構造体であって、前記光ファイバはフェルールに固定
   するとともに前記構造体と光結合するように調整し、金
   属の弾性変形，塑性変形あるいはＡｕ−Ｓｎ，Ａｕ−Ｇ
   ｅ，Ａｕ−Ｓｉのはんだを利用して前記構造体に保持固
   定することを特徴とする半導体光結合装置。
3. 【請求項３】ステム上に実装された受光，発光，光増
   幅，変調，光スイッチ素子と前に光スイッチの素子の前
   方あるいは後方にレンズを介して光ファイバに集光させ
   てなる半導体光結合装置において、前記レンズは円筒形
   金属キャップの中央部小孔に配置した球状物であり、前
   記レンズには前記受光，発光，光増幅素子の光軸をあわ
   せるとともにこれらをステムに固定し、フェルール付フ
   ァイバは前記フェルール端面と前記球状レンズとの光軸
   が一致するようにステム上に設けたパイプとフェルール
   ガイドを用いて配置し、前記フェルールガイドの弾性変
   形，塑性変形を利用して前記光ファイバを保持固定する
   ことを特徴とする半導体光結合装置。
4. 【請求項４】ステム上に実装された受光，発光，光増
   幅，変調，光スイッチ素子と前記光スイッチ素子の前方
   あるいは後方にレンズを介して光ファイバに集光させた
   半導体光結合装置において、前記レンズは円筒形金属キ
   ャップの中央部小孔に配置した球状物であり、前記レン
   ズには前記受光，発光，光増幅素子の光軸をあわせると
   ともにこれらをステムに固定し、フェルール付ファイバ
   は前記フェルール端面と前記球状レンズとの光軸が一致
   するようにステム上に設けたパイプとフェルールガイド
   を用いて配置し、前記フェルールガイドの弾性変形，塑
   性変形を使った仮固定とＡｕ−Ｓｎ，Ａｕ−Ｇｅ，Ａｕ
   −Ｓｉのはんだを利用して固定することを特徴とする半
   導体光結合装置。
5. 【請求項５】請求項１，２，３または４において、１カ
   所あるいはそれ以上割りの入ったあるいは段差のついた
   フェルールガイドにフェルール付ファイバを挿入して固
   定する半導体光結合装置。
6. 【請求項６】請求項１，２，３または４において、前記
   フェルールの材質がSUS304，SUS430，ジルコニア，モー
   ルドレジン，銅，黄銅（７０Ｃｕ−３０Ｚｎ，６０Ｃｕ
   −４０Ｚｎ），鉄（ＳＰＣＣ）である半導体光結合装
   置。
7. 【請求項７】請求項１，２，３または４において、前記
   フェルールガイドの材質がSUS304，SUS430，銅，錫入
   銅，黄銅，鉄（ＳＰＣＣ）あるいはモールドレジン（エ
   ポキシ樹脂）とSUS304，SUS430，銅，錫入銅，鉄（ＳＰ
   ＣＣ）を一体にしたものである半導体光結合装置。
8. 【請求項８】ステム上に実装された受光，発光，光増
   幅，変調，光スイッチ素子と前記光スイッチ素子の前方
   あるいは後方にレンズを介して光ファイバに集光させた
   半導体光結合装置において、前記ステム上の前記光スイ
   ッチ素子に通電し球レンズ付金属キャップとの光軸調整
   を行った後キャップ固定し、フェルール付ファイバ端面
   は球レンズから出射した光の集光点に来るように光軸調
   整後、フェルールガイドと前記フェルールとを金属の弾
   性変形，塑性変形を使って仮固定し、ステム上に設け
   た、パイプと前記フェルールガイドとを固定し、前記フ
   ェルールガイドの仮固定部をＡｕ−Ｓｎ，Ａｕ−Ｇｅ，
   Ａｕ−Ｓｉなどのはんだを使って固定することを特徴と
   する半導体光結合装置の組立方法。