JPH07333472A - 光学部品の高さ調整固定法、固定用部材、及び光デバイスと光ファイバとが組み込まれた光モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】固定作業の衝撃にも光学部品の位置がズレるこ
とがない光学部品の高さ調整固定法、固定用部材、及び
光デバイスと光ファイバとが組み込まれた光モジュール
である。 【構成】光素子１の光導波路１ａとファイバ２が光学的
に結合するモジュールにおいて、光導波路１ａの光素子
１の底面からの高さの偏差に対応する光ファイバ用固定
台３を複数種用意する。個々の偏差に対応した適切な光
ファイバ用固定台３を用い、半田５などで光ファイバ２
を最適な高さに調整・固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体光デバイスと光
ファイバとの光結合を実現する該デバイスと光ファイバ
が組み込まれた光モジュール、モジュールにおける光フ
ァイバの高さ調整固定法、この為の固定用部材に関す
る。

【０００２】

【従来技術】従来、例えば、光通信においては、光源・
受信器・光増幅器などといった光導波路素子と情報伝達
媒体としての光ファイバとを光学的に結合させた光モジ
ュールが用いられている。この様なモジュールにおいて
は、光導波路と光ファイバの光結合が高効率で行われ、
しかも経時変化が少ない様になされることが重要な要件
となる。

【０００３】この様なモジュールの従来例としては、特
開昭６４−１９３１１号公報に開示されたものがある。
図６は、この公報に開示された方法を説明するため、光
ファイバつき半導体レーザ装置の一部を側面方向から見
て示した図である。図６において、光ファイバ４３は半
導体レーザ４０の出射端面に対向して配置され、光結合
が最適となる位置に調整される。その後、金属融着材料
４５が加熱されてファイバ固定台４４の凹部に流れ込み
凝固することで、光ファイバ４３の先端が固定される。
金属融着材料４５で固定される光ファイバ４３の先端部
分は金属メッキが施されている。また、ファイバ４３が
通されたフェルールないしスリーブ４６は、金属融着材
料４８でパッケージ５０の貫通部４７に固定される。
尚、４２はヒートシンク４１を介して半導体レーザ４０
を支持する半導体レーザ固定台であり、４９はフェルー
ルないしスリーブ４６を支持するベレットである。

【０００４】また、図７に示すような別の従来技術にお
いてはレーザ溶接を採用し、固定をより確実なものとし
ている。光結合には先球加工された光ファイバ５８を用
いている。光部品には個別なばらつきがあり、光結合の
状態を最適にするには先球ファイバ５８のフェルール部
５６を中間リング５５を介してフェルール固定治具５４
に溶接固定している。これにより、光素子の光導波路位
置のばらつきと先球ファイバ５８の先球部の突き出し
量、先球径に伴う光導波路端面からの変動を吸収して確
実な溶接固定を実現していた。即ち、先球ファイバ５８
は位置調整後、５９に示すポイントにおいてレーザ溶接
されて固定される。しかし、先球ファイバ５８は最適な
光結合を示すポイントはただ１点であり、最適点からズ
レると即光結合の効率が落ちる。そのため溶接時にズレ
が生じた場合には、フェルール５６後部にある２次調整
治具５７によって適切な角度にフェルール５６の向きを
調整し、先球ファイバ５８の先端を最適点に持ってい
く。尚、図７において、５１はペルチェ素子、５２はス
テムマウント、５３はＬＤステムウイング、５４は、ネ
ジなどでステムマウント５２に固定されるフェルール固
定治具、５５は、フェルール５６と中間リング５５のレ
ーザ溶接後にフェルール固定治具５４に溶接される中間
リングである。

【０００５】

【発明が解決しようとしている課題】しかし、図６に示
すような従来技術においては、光ファイバ４３と光ファ
イバ固定台４４の間に隙間があるため、半田の凝固収縮
による光ファイバ４３の最適位置からのズレが問題とな
っていた。この様に、この従来の技術においては、光結
合の状態を乱すため、部品間の隙間を原因とする固定時
のズレが問題となっていた。

【０００６】また、図７に示すような他の従来例のよう
な場合は、固定するフェルール５６と中間リング５５の
間、また中間リング５５とフェルール固定治具５４の間
には隙間があり、レーザ溶接時にヒートショックで最適
位置よりズレてしまうという問題があった。即ち、固定
作業中に最適位置に調整した際、各部品は自由に動ける
ためレーザ溶接のヒートショックによってズレが生じ、
その結果としてズレた位置に先球ファイバ５８やレンズ
等の部品が固定されてしまうといった問題があった。

【０００７】以上のような問題点を含みながらも前記従
来技術が採用されていた背景には、半導体光デバイスの
光導波路の位置が、光デバイスプロセス中のラッピング
の精度や、ダイボンディングの半田の厚みの精度により
一定の位置に来るとは限らないという事実があった。

【０００８】したがって、本発明が克服しようとする課
題は、光ファイバを光デバイスの光導波路に対して最適
な位置に調整することが可能で、かつ前記最適な位置か
らズレることなく固定することを可能とすることであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の高さ調整固定法
は、光素子の光導波路とファイバが光学的に結合するモ
ジュールにおいて、光導波路の光素子の底面からの高さ
の偏差に対応する光ファイバ用固定台を複数種用意し、
個々の偏差に対応した適切な光ファイバ用固定台を用い
ることで光ファイバを最適な高さにすることを特徴とす
る。

【００１０】また、本発明の光モジュールは、光素子の
光導波路とファイバが光学的に結合するモジュールにお
いて、光導波路の光素子の底面からの高さの偏差に対応
する適切な光ファイバ用固定台を用いることで光ファイ
バを最適な高さに固定することを特徴とする。

【００１１】Ｖブロックなどの光ファイバ用固定台を用
意して光ファイバを隙間なく固定した場合、高さの調整
は不可能となってしまう。そこで、隙間なく部品を置い
た場合にも最適な位置に光ファイバを固定するために、
光素子の光導波路の高さのばらつきに対応するような高
さのばらつきを持つスペーサまたはＶブロックなどの光
ファイバ用固定台を用意し、それぞれの高さを予め測定
しておく。そして、光素子の光導波路の高さに対応する
高さの光ファイバ用固定台などを組み合わせることによ
り最適位置に隙間なく光ファイバを支持する。

【００１２】更に、本発明の他の高さ調整固定法は、光
素子の光導波路と光ファイバが光学的に結合するモジュ
ールにおいて、レンズ等の光学部品或は光ファイバを保
持する為の基体への固定用の部材を用い、該固定用の部
材は少なくとも２つの部品から構成され、それぞれの固
定用の部品の接触面は基体に対して傾いており、該接触
面のすり合わせによって両固定用の部品の関係を規定す
ることで固定される光学部品或は光ファイバの基体から
の高さが連続的に変化できることを特徴とする。より具
体的には、傾きを持った面に、傾いた方向と平行に矩形
状のガイド溝が形成されており、傾斜面における両固定
用の部品の相対的移動はガイド溝に沿って行われたり、
傾きを持った面に、傾いた方向と平行にＶ形状のガイド
溝が形成されており、傾斜面における両固定用の部品の
相対的移動はＶ形状ガイド溝に沿って行われたりする。

【００１３】また、本発明の他の高さ調整固定法は、光
素子の光導波路と光ファイバが光学的に結合する光モジ
ュールにおいて、レンズ等の光学部品或は光ファイバを
保持する為の基体への固定用の部材で、少なくとも２つ
の部品から構成され夫々の固定用の部品の接触面は基体
に対して傾いている固定用部材を用意し、基板上で両固
定用の部品を水平方向に動かして光学部品或は光ファイ
バの水平方向の位置を調整し、その後、該調整された水
平方向位置において、一方の固定用の部品の水平方向の
位置を固定しておいて該接触面をすり合わせることで両
固定用の部品の関係を規定して、固定される光学部品或
は光ファイバの基体からの高さを連続的に変化させるこ
とで、光学部品或は光ファイバの高さ方向の位置を調整
することを特徴とする。

【００１４】また、本発明の固定用部材は、光素子の光
導波路と光ファイバが光学的に結合する光モジュールを
構成するレンズ等の光学部品或は光ファイバを保持する
為の基体への固定用の部材であって、少なくとも２つの
部品から構成され、夫々の固定用の部品の接触面は傾斜
面になっており、一方の固定用の部品の水平方向の位置
を固定しておいて該接触面をすり合わせることで両固定
用の部品の関係を規定して、固定される光学部品或は光
ファイバの基体からの高さを連続的に変化させられるこ
とを特徴とする。

【００１５】また、本発明の他の光モジュールは、光素
子の光導波路と光ファイバが光学的に結合する光モジュ
ールにおいて、すぐ上で述べた固定用部材を用いて光学
部品或は光ファイバを基板に固定したことを特徴とす
る。

【００１６】ヒートショックによるズレを無くすには溶
接作業時に各部品を確実に押さえ、摩擦力によって相対
的なズレが起こりにくい状況をつくれば良い。従って、
部品が接触したままで位置を調整することができ、かつ
部品同士を押さえてレーザ溶接ができるように、一方の
固定用の部品の底辺と固定金具である他方の固定用の部
品の上面を斜面で構成する。

【００１７】

【実施例１】図１は本実施例の特徴を最もよく表す図面
であり、同図において、１はレーザダイオード（Ｌ
Ｄ）、２は先球光ファイバ、３は剛体の光ファイバ用固
定台、４はサブキャリア、５は半田、６は光ファイバ２
のメタライズ部である。図１において、（ａ）は側面か
ら見た図、（ｂ）は光軸方向からみた図であり、光ファ
イバ用固定台３がＶ溝３ａを有していることを示してい
る。

【００１８】ＬＤ１はサブキャリア４にダイボンディン
グされている。この時、光ファイバ２が固定される面４
ａからの光導波路１ａ高さは、図２（ａ）に示すように
非接触光プローブ７を用いて計測される。計測点はファ
イバ２が固定される面４ａとＬＤ１の上面であり、その
差が求められる。光導波路１ａの位置は、ＬＤ１の上面
から、設計された深さに比べ、誤差±０．１μｍで形成
されている。よって、面４ａからＬＤ上面までの高さか
ら該設計値の深さを引けば、光プローブ７を用いた系全
体の精度を加味した場合、この値は光導波路１ａの高さ
を直接に計測することと何ら変わりない。

【００１９】同様にして、Ｖ溝３ａを有する光ファイバ
用固定台３についても、図２（ｂ）に示すように定盤８
からの光ファイバ用固定台３の上部までの高さを測って
おく。光ファイバ２の外径は規格により１２５±５μｍ
と定められているので、光ファイバ用固定台３の高さを
測ることで光ファイバ２の光軸高さを推定することが可
能である（Ｖ溝３ａの形状、寸法も分かっているの
で）。光軸高さのバラツキを与えるものはウエハのラッ
ピングの誤差であり、現在、目標値に対して±１０μｍ
の誤差がある。同様の機械加工によって光ファイバ用固
定台３の高さを加工した場合、±１０μｍ程度の誤差範
囲で、異なる高さで用意することは可能である。両者
（光ファイバ２と光ファイバ用固定台３）のばらつきの
中から最適な組み合わせを選び、両者をハンドリングし
て平面内で最適な位置に調整した後、図１に示す様に半
田５を用いて両者を固定する。こうして、レーザダイオ
ード１の光導波路１ａに対して、最適位置に光ファイバ
２を支持することが可能になる。

【００２０】

【実施例２】図３は本発明の第２実施例を示す図面であ
り、同図において、１１はＬＤ、１２は先球光ファイ
バ、１３は剛体の光ファイバ用固定台、１４はサブキャ
リア、１５は半田、１９は光ファイバ用の止め金具であ
る。図３において、（ｂ）は光軸方向からみた図であ
り、光ファイバ用固定台１３がＶ溝１３ａを有している
ことを示している。また、止め金具１９と光ファイバ用
固定台１３との固定には、レーザ溶接法が用いられてお
り符号２０はそのＹＡＧレーザ光を示している。

【００２１】ＬＤ１１はサブキャリア１４にダイボンデ
ィングされている。この時、光ファイバ１２が固定され
る面１４ａからの光導波路１１ａの高さは、図２（ａ）
に示すように非接触光プローブ７を用いて計測される。
計測点は、ファイバ２が固定される面１４ａとＬＤ１１
の上面であり、その差が求められる。光導波路１１ａの
位置は、ＬＤ１１の上面から、設計された深さに比べ、
誤差±０．１μｍで形成されているので、ＬＤ上面まで
の高さから該設計値の深さを引けば、その値は、光プロ
ーブ７を用いた系全体の精度を加味した場合、光導波路
１１ａの高さを直接に計ることと何ら変わりない。同様
にして、Ｖ溝１３ａを有する光ファイバ用固定台１３に
ついても、図２（ｂ）に示すように定盤８から光ファイ
バ用固定台１３上部までの高さを測っておく。光ファイ
バ１２の外径は、規格から１２５±５μｍと定められて
いるので、光ファイバ用固定台１３の高さを測ることで
光ファイバ１２の光軸高さを推定することが可能である
（Ｖ溝１３ａの形状、寸法も分かっているので）。第１
実施例と同様に、両者（光ファイバ１２と光ファイバ用
固定台１３）のばらつきの中から最適な組み合せを選
び、面内で最適な位置に調整した後、図３に示す様にレ
ーザ溶接２０により両者を固定する。

【００２２】

【実施例３】図４は本実施例の特徴を最もよく表す図面
であり、同図において、（ａ）は斜視図、（ｂ），
（ｃ）は側面からの図である。また図４中、２１はボー
ルレンズホルダであり、ボールレンズ２３が組み込まれ
ている。２２は止め金具で、ボールレンズホルダ２１が
組まれる面は傾斜を持っており、傾きを持った方向には
ボールレンズホルダ２１が入る溝２２ａが形成されてい
る。この溝２２ａに入れることによりボールレンズホル
ダ２１の向きは止め金具２２に対して一定の向きにな
る。ボールレンズ２３の位置調整は平面内にあっては両
者（ボールレンズホルダ２１と止め金具２２）を一体で
動かして調整する。基板からの高さを調整するには、ボ
ールレンズ２３の位置は最適点から動かせないので、ボ
ールレンズホルダ２１を水平方向には固定しておいて止
め金具２２を傾斜が付けられている向きに動かす。この
とき、ボールレンズホルダ２１の水平方向の位置は変わ
らないので実効的に止め金具２２の厚みが変化し、ボー
ルレンズホルダ２１が上下に動いてボールレンズ２３の
高さが変化する。ボールレンズ２３の位置が決まったら
ボールレンズホルダ２１と止め金具２２、止め金具２２
と基板をそれぞれ溶接して固定する。こうして、レーザ
ダイオードなどの光デバイスの光導波路に対して、最適
位置にボールレンズ２３を支持することが可能になる。

【００２３】

【実施例４】図５は本発明の第４実施例であり、同図に
おいて、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面（背面）からの
図である。また図５中、３１は止め金具Ａであり、３２
の止め金具Ｂと組み合わされてＶ溝３８を構成する。３
３は先球光ファイバである。止め金具Ａ３１はＶ溝３８
を構成するための斜面３１ａと止め金具Ｂ３２と組み合
わされる面３１ｂとからなり、斜面３１ａ，３１ｂと反
対側の突起３１ｃは止め金具Ａ３１のハンドリングのた
めの突起である。一方、止め金具Ｂ３２は止め金具Ａ３
１と組み合わされる面とＶ溝を構成する面は共通であ
り、傾きを持った方向には止め金具Ａ３１が入る溝３２
ａが形成されている。この溝３２ａに止め金具Ａ３１を
組むことにより、Ｖ溝３８の向きはの止め金具Ａ、Ｂ３
１，３２に対して一定の向きになる。

【００２４】Ｖ溝３８に置かれた先球光ファイバ３３の
位置調整は平面内にあっては両者（止め金具Ａ、Ｂ３
１，３２）を基板上で一体で動かして調整し、基板から
の高さを調整するには止め金具Ａ３１は水平方向にはそ
のままに止め金具Ｂ３２を傾斜が付けられている向きに
動かす。止め金具Ａ３１の水平方向の位置は変わらない
ので実効的に止め金具Ｂ３２の厚みが変化し、Ｖ溝３８
の深さが変化する。先球光ファイバ３３の位置が決まっ
たら、止め金具ＡとＢ３１，３２、止め金具Ｂ３２と基
板をそれぞれ溶接して固定する。光ファイバ３３は先端
に取付けられたフェルール部３４において溶接、固定す
る。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、剛体である適切な高さ
の光ファイバ用固定台を介して光ファイバが固定される
ため、半田の収縮による位置ズレ、またレーザ溶接に伴
うヒートショックにも位置ズレが生じることなく確実に
光ファイバを固定することができる。

【００２６】また、本発明によって光学部品を位置調整
して固定する際、光学部品の高さ及び平面での位置を変
化させることが可能ながら各固定部品が全くフリーにな
っていないために、固定作業の衝撃にも光学部品の位置
はズレることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施した第１実施例の図であり、
（ａ）は側面図、（ｂ）は軸方向から見た図である。

【図２】高さ測定の実施方法を説明するための図であ
る。

【図３】本発明を実施した第２実施例の図であり、
（ａ）は側面図、（ｂ）は軸方向から見た図である。

【図４】本発明を実施した第３実施例の図であり、
（ａ）は斜視図、（ｂ），（ｃ）は側面図である。

【図５】本発明を実施した第４実施例の図であり、
（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。

【図６】第１の従来法を示した側面図である。

【図７】第２の従来法を示す組み立て断面図である。

【符号の説明】

１，１１ ＬＤ １１ａ 光導波路 ２，１２，３２ 光ファイバ ３，１３ 光ファイバ用固定台 ３ａ，１３ａ，３８ Ｖ溝 ４，１４ サブキャリア ４ａ，１４ａ ファイバが固定される面 ５ 半田 ６ 金属メッキ部 ７ 光プローブ ８ 定盤 １９，２２，３１，３２ 止め金具 ２０ ＹＡＧレーザ光 ２１ ボールレンズホルダ ２２ａ，３２ａ 溝 ２３ ボールレンズ ３４ フェルール ３１ａ，３１ｂ 斜面 ３１ｃ 突起部

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光素子の光導波路とファイバが光学的に
   結合するモジュールにおいて、光導波路の光素子の底面
   からの高さの偏差に対応する光ファイバ用固定台を複数
   種用意し、個々の偏差に対応した適切な光ファイバ用固
   定台を用いることで光ファイバを最適な高さにすること
   を特徴とする高さ調整固定法。
2. 【請求項２】 前記光ファイバが先球加工された光ファ
   イバであることを特徴とする請求項１記載の高さ調整固
   定法。
3. 【請求項３】 光ファイバの高さ調整するための光ファ
   イバ用固定台がＶ溝を有することを特徴とする請求項１
   記載の高さ調整固定法。
4. 【請求項４】 前記光ファイバと光ファイバ用固定台を
   半田で固定することを特徴とする請求項１記載の高さ調
   整固定法。
5. 【請求項５】 前記光ファイバと光ファイバ用固定台を
   レーザ溶接で固定することを特徴とする請求項１記載の
   高さ調整固定法。
6. 【請求項６】 前記光ファイバ用固定台は剛体でできて
   いることを特徴とする請求項１記載の高さ調整固定法。
7. 【請求項７】 光素子の光導波路とファイバが光学的に
   結合するモジュールにおいて、光導波路の光素子の底面
   からの高さの偏差に対応する適切な光ファイバ用固定台
   を用いることで光ファイバを最適な高さに固定すること
   を特徴とする光モジュール。
8. 【請求項８】 光素子の光導波路と光ファイバが光学的
   に結合するモジュールにおいて、レンズ等の光学部品或
   は光ファイバを保持する為の基体への固定用の部材を用
   い、該固定用の部材は少なくとも２つの部品から構成さ
   れ、それぞれの固定用の部品の接触面は基体に対して傾
   いており、該接触面のすり合わせによって両固定用の部
   品の関係を規定することで固定される光学部品或は光フ
   ァイバの基体からの高さが連続的に変化できることを特
   徴とする高さ調整固定法。
9. 【請求項９】 傾きを持った面に、傾いた方向と平行に
   矩形状のガイド溝が形成されており、傾斜面における両
   固定用の部品の相対的移動はガイド溝に沿って行われる
   ことを特徴とする請求項８記載の高さ調整固定法。
10. 【請求項１０】 傾きを持った面に、傾いた方向と平行
    にＶ形状のガイド溝が形成されており、傾斜面における
    両固定用の部品の相対的移動はＶ形状ガイド溝に沿って
    行われることを特徴とする請求項８記載の高さ調整固定
    法。
11. 【請求項１１】 基体に固定される固定用の部品の傾斜
    面の一部と、もう一つの固定用の部品の傾斜面とは別の
    一面との二面でＶ形状のガイド溝を構成し、光学部品或
    は光ファイバの固定に利用することを特徴とする請求項
    ８記載の高さ調整固定法。
12. 【請求項１２】 光素子の光導波路と光ファイバが光学
    的に結合する光モジュールにおいて、レンズ等の光学部
    品或は光ファイバを保持する為の基体への固定用の部材
    で、少なくとも２つの部品から構成され夫々の固定用の
    部品の接触面は基体に対して傾いている固定用部材を用
    意し、基板上で両固定用の部品を水平方向に動かして光
    学部品或は光ファイバの水平方向の位置を調整し、その
    後、該調整された水平方向位置において、一方の固定用
    の部品の水平方向の位置を固定しておいて該接触面をす
    り合わせることで両固定用の部品の関係を規定して、固
    定される光学部品或は光ファイバの基体からの高さを連
    続的に変化させることで、光学部品或は光ファイバの高
    さ方向の位置を調整することを特徴とする高さ調整固定
    法。
13. 【請求項１３】 光素子の光導波路と光ファイバが光学
    的に結合する光モジュールを構成するレンズ等の光学部
    品或は光ファイバを保持する為の基体への固定用の部材
    であって、少なくとも２つの部品から構成され、夫々の
    固定用の部品の接触面は傾斜面になっており、一方の固
    定用の部品の水平方向の位置を固定しておいて該接触面
    をすり合わせることで両固定用の部品の関係を規定し
    て、固定される光学部品或は光ファイバの基体からの高
    さを連続的に変化させられることを特徴とする固定用部
    材。
14. 【請求項１４】 光素子の光導波路と光ファイバが光学
    的に結合する光モジュールにおいて、請求項１３記載の
    固定用部材を用いて光学部品或は光ファイバを基板に固
    定したことを特徴とする光モジュール。