JPS6160596B2 - - Google Patents

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JPS6160596B2
JPS6160596B2 JP15794480A JP15794480A JPS6160596B2 JP S6160596 B2 JPS6160596 B2 JP S6160596B2 JP 15794480 A JP15794480 A JP 15794480A JP 15794480 A JP15794480 A JP 15794480A JP S6160596 B2 JPS6160596 B2 JP S6160596B2
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JP
Japan
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lens
semiconductor laser
optical fiber
single mode
mode optical
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JP15794480A
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English (en)
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JPS5783081A (en
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Masatoshi Saruwatari
Toshihiko Sugie
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NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Publication of JPS5783081A publication Critical patent/JPS5783081A/ja
Publication of JPS6160596B2 publication Critical patent/JPS6160596B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4219Mechanical fixtures for holding or positioning the elements relative to each other in the couplings; Alignment methods for the elements, e.g. measuring or observing methods especially used therefor
    • GPHYSICS
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    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B6/4204Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • GPHYSICS
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    • G02B6/4206Optical features

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、半導体レーザと単一モード光フア
イバとの光結合を行うモジユール装置に関し、特
に気密封止を実現し、しかも結合効率のよい単一
モード光フアイバ用半導体レーザモジユール装置
を得ようとするものである。
従来、半導体レーザと単一モード光フアイバと
を結合させる半導体レーザモジユール装置は、結
合効率を高めるため第1乃至第4図に示すように
構成されていた。即ち第1図及び第2図に示すよ
うに半導体レーザ11よりの光は円柱レンズ12
により集束され、単一モード光フアイバ13の端
面のコア14に入射される。或は第3図及び第4
図に示すように単一モード光フアイバ13の一端
はテーパ部15とされ、そのテーパ部15の先端
に半球レンズ16が形成され、その半球レンズ1
6で半導体レーザ11からの光を集束してテーパ
部15を通じてコア14内に入射させている。な
お第2図及び第4図においては17は半導体レー
ザ11に対するヒートシンク(放熱体)を示し、
そのヒートシンク17の一端面と半導体レーザ1
1の光放射面とが同一面上にあるようにレーザ1
1はヒートシンク17に取付けられている。
半導体レーザ11の光を単一モード光フアイバ
13へ効率よく結合させるには円柱レンズ12の
外径として10〜20μm、テーパ先の半球レンズ1
6の直径として10〜30μmと極めて小さなものが
要求される。さらに単一モード光フアイバ13と
半導体レーザ11の発光端面との距離D1および
D2はそれぞれ30μm以内である。したがつて半
導体レーザの信頼性確保のため、半導体レーザ1
1と光フアイバ13との間に気密用の窓を挿入し
ようとすると、その窓の厚さは少くとも数100μ
mは必要となるため、この窓を挿入すれば結合効
率が著しく減少してしまい、レンズ12,16を
用いた効果がなくなる。
そこで円柱レンズとセルフオツクレンズとを組
合せた第5図に示す構成が考えられた。即ちレー
ザパツケージとしてステム18内にヒートシンク
17上に取付けた半導体レーザ17を収容し、か
つ円柱レンズ12も収容した状態でサフアイアな
どの気密用窓19でステム18を気密封してい
る。窓19を介して半導体レーザ11の発光端面
と、セルフオツクレンズ(円柱状の集束形レン
ズ)21の一端面を対向させ、セルフオツクレン
ズ21の他端面と光フアイバ13の端面を対向さ
せる。レンズ21はレンズホルダ22に、光フア
イバ13はフアイバホルダ23にそれぞれ保持さ
れる。円柱レンズ12はヒートシンク17により
半導体レーザ11と光軸を合致させる。
この構成において結合効率をよくするためには
円柱レンズ12の直径として10〜20μmを選ばな
ければならない。このような微小レンズを半導体
レーザ11と一体化する際に要求されるレンズの
位置精度は、レンズの焦点距離に比例し、目安と
しては焦点距離の20分の1が許容位置ずれとな
る。したがつて従来の窓つき半導体レーザモジユ
ールでは円柱レンズ12に対する実装精度とし
て、0.5〜1μmが要求され、製作上の大きな障
害となつていた。
この発明は単一モード光フアイバ用の気密封止
を保証した半導体レーザモジユールを得るため、
比較的長焦点のレンズ系を使用して、従つて許容
位置ずれが比較的大きく、製作が容易であり、し
かも半導体レーザと単一モード光フアイバとの高
効率結合を実現するものである。第6図以下の図
面を参照して詳細に説明する。
第6図はこの発明の結合原理を説明する原理図
である。ここでW0〓およびW0〓は半導体レーザ
の発振ビーム24の半径でそれぞれ接合面に垂直
方向および平行方向のビーム半径に対応する。発
振ビーム24はビーム変換用レンズ25でビーム
径が変換されて光ビーム26とされ、このビーム
26はビーム変換用レンズ27で更にビーム径が
変換されて光ビーム28とされる。ビーム変換用
レンズ25,27の各焦点距離f1およびf2とする
と、W0〓,W0〓は変換されて光ビーム26の半
径はそれぞれW1〓=λf1/πW0〓,W1〓=λ
f1/πW0〓となり、これが更に変換されて光ビ
ーム28の半径はW2〓=λf2/πW1〓,W2〓=
λf2/πW1〓となる。したがつてレーザのビー
ム半径W0〓,W0〓はf1およびf2によりW2〓=
(f2/f1)W0〓,W2〓=(f2/f1)W0〓に変換され
ることがわかる。これは第1レンズ25と第2レ
ンズ27の焦点距離の比を選ぶことで任意の倍率
にレーザのビーム半径を変換できることを示して
いる。単一モード光フアイバのビーム半径をW0
とすると、W0>W0〓>W0〓の関係があるので、
W2〓>W0>W2〓となるように、正確にはW0
22〓となるように、f2/f1を選べばよ
い。通常W0=5μmでW0〓=0.6〜0.8μm,W0
〓=1〜2μmであるのでf2/f1=3〜7倍に選
べばよい。以上の考察から第2レンズ27として
焦点距離を1〜3mmとすると第1レンズ25の焦
点距離は数100μm〜1mmとなり、第5図のレン
ズ12と比較して著しく長い焦点距離のものを使
用することができる。このように焦点距離を数
100μm〜1mmにすると小さくなりすぎず、かつ
大きくなりすぎず取扱いし易いものとなる。
第7図はこの発明の一実施例を示す。半導体レ
ーザ11はステム18内でヒートシンク17上に
マウントしてありメタライズしたサフアイア等の
窓19を用いて気密封止したパツケージに納めら
れている。単一モード光フアイバ13との結合用
レンズとして、サフアイア、ルビー又はガラス等
でできた口径に対する焦点距離が大きいレンズ、
例えば球レンズ29と収が小さいレンズ、例えば
屈折率分布形レンズとして集束形レンズ31を使
用し、各々の焦点距離は使用する半導体レーザ1
1のビーム半径に応じて第6図について説明した
ように選んである。第1レンズ29はレンズホル
ダ32を介して、窓19に接着されており、レー
ザ11の光軸とほぼ合致するようにして調整して
ある。この時、レンズ29の焦点距離を500μm
以上にしていると、光軸からの位置ずれは先に述
べたように焦点距離の20分の1程度まで許される
からこの場合の位置ずれ許容値は25μmとなり、
従来の単一モード光フアイバ用に使用されていた
円柱レンズがテーパ先球フアイバ等の実装精度に
比べて著しく緩和される。
第2レンズ31はレンズホルダ22に取りつけ
た状態でその一端面を第1レンズ29と対向させ
て窓19の面に固定してある。第2レンズ31の
固定は第1レンズ29の軸ずれを補償するように
光軸に垂直な面内で調整して行なう。この時要求
される位置ずれは第2レンズ31の焦点距離が大
きいためより一層緩和される。
単一モード光フアイバ13は通常被覆33でお
おわれており、フアイバホルダ23にフアイバ素
線のホルダ34を介して固定する。この時光軸方
向および光軸に垂直な面内で調整しつつホルダ2
2,23を接着剤等を用いて互に固定する。
以上の説明ではレーザ11と第1レンズ29と
の間隔、また第1レンズ29と第2レンズ31と
の間隔は第6図に示したようにそれぞれ第1レン
ズ29の焦点距離および第1と第2レンズの両焦
点距離の和になる場合に限つていたが、これらの
間隔が多少ずれても結像の大きさは殆んど変らず
効率に与える影響は小さい。従つて第1レンズ2
9および第2レンズ31が光軸方向にずれても結
合用の単一モード光フアイバ12の光軸上の位置
を調整することで高い結合効率が得られる。なお
35はステム18及び窓19間のスペーサであ
る。
第8図はこの発明の他の一実施例を示す。この
例では第1レンズ29は気密封止用のメタライズ
したサフアイア等の窓19の内部にレーザ11と
ともに実装されている。このレンズ29の位置は
前に説明したものと同様にレーザの発光端面が第
1レンズ29の物空間焦点面の近くにあればよ
く、その精度としては±50μm以内に入れば充分
である。したがつてあらかじめスペーサ35のホ
ルダ32側の面とレーザ11の発光端面との距離
をはかつておき、第1レンズのホルダ32のレー
ザ側の面とレンズ29の面との距離を選んだもの
を一体化すればよい。従来の第1図に示した単一
モード光フアイバ用のモジユールでは円柱レンズ
とレーザ端面との距離が2〜4μmと非常に小さ
くかつこの範囲に納めなければならないため、配
線パターン11の実装の際ヒートシンク17やス
テム18と1μm以内の位置出しが必要とされて
いた。この発明ではレーザ11の発光端面と第1
レンズ29との間隔が広くとれ、第1レンズ29
として直径が1mmのルビー球の場合、前記間隔は
80μm±50μmとなる。したがつてレーザ11と
レンズ29との距離が大きくかつ精度もゆるいた
め一般に使用されているエポキシ系の接着剤を用
いずレンズホルダ32と窓19とをメタライズし
ておいてハンダ材による固定で気密シールを実現
することができる。さらにこの発明ではレーザ1
1の発光端面の面出しの精度がゆるくなるため、
量産性もあがり経済化がはかれる。この例では第
2レンズと単一モード光フアイバ13との間にガ
ラス等でできたスペーサ36を入れてある。この
スペーサ36の厚みはフアイバ13の入射面に第
2レンズ31からの光が集束される位置にくるよ
うに選び、数10μmの調整は光学接着剤等を用い
て行なう。したがつて光フアイバ入射端からの反
射をなくすことができる。なお、第1レンズ29
から光フアイバ入射端まで空気層をなくして一体
化することができる。また、第1レンズ29の入
射側は反射防止膜をつけることも可能である。
以上説明したように、この発明では比較的長焦
点のレンズ系を組合せているため半導体レーザと
第1レンズとの間、もしくは第1レンズと第2レ
ンズとの間にメタライズによる気密封止用の窓を
設けることが可能となり、レーザの信頼性を確保
することができる。また第1レンズの実装精度が
従来のモジユールより10倍以上もゆるいためレン
ズ系の実装における歩留りが大幅に向上でき、製
作性、経済性の上でも大きな利点がある。さらに
マルチモードフアイバ用としてもフアイバを交換
するだけでよく適応領域が広い。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の単一モード光フアイバ用半導体
レーザモジユール装置の構成図、第2図はその正
面図、第3図は従来の他の単一モード光フアイバ
用半導体レーザモジユール装置の構成図、第4図
はその正面図、第5図は従来装置の更に他の例を
示す断面図、第6図はこの発明装置の原理を示す
図、第7図はこの発明装置の一実施例の構成図を
示す断面図、第8図はこの発明装置の他の実施例
の構成を示す断面図である。 11……半導体レーザ、13……単一モード光
フアイバ、14……フアイバ、17……レーザチ
ツプのヒートシンク、18……ステム、19……
気密用の窓、22……集束形レンズホルダ、23
……フアイバホルダ、29……球レンズ(第1レ
ンズ)、31……集束形レンズ(第2レンズ)、3
2……球レンズホルダ、33……フアイバ被覆、
34……フアイバ素線のホルダ、35……スペー
サ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 半導体レーザチツプ、第1レンズ、第2レン
    ズおよび単一モード光フアイバが順次配列して設
    けられ、前記半導体レーザと前記単一モード光フ
    アイバと結合させるように構成され、前記第1レ
    ンズとして焦点距離が数100μmから1mm程度の
    球レンズが用いられ、前記第2レンズとして前記
    第1レンズよりも焦点距離の長い屈折率分布形の
    レンズが使用され、前記半導体レーザチツプと前
    記第1レンズとの間、もしくは前記第1レンズと
    前記第2レンズとの間に気密封止用の窓が設けて
    いる単一モード光フアイバ用半導体レーザモジユ
    ール装置。
JP15794480A 1980-11-10 1980-11-10 Semiconductor laser module for single mode optical fiber Granted JPS5783081A (en)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP15794480A JPS5783081A (en) 1980-11-10 1980-11-10 Semiconductor laser module for single mode optical fiber

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JP15794480A JPS5783081A (en) 1980-11-10 1980-11-10 Semiconductor laser module for single mode optical fiber

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JPS5783081A JPS5783081A (en) 1982-05-24
JPS6160596B2 true JPS6160596B2 (ja) 1986-12-22

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ID=15660876

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JP15794480A Granted JPS5783081A (en) 1980-11-10 1980-11-10 Semiconductor laser module for single mode optical fiber

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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5988886A (ja) * 1982-11-12 1984-05-22 Nec Corp 光半導体装置
JPS59170812U (ja) * 1983-05-02 1984-11-15 三菱電機株式会社 光半導体モジユ−ル
JPS608812A (ja) * 1983-06-29 1985-01-17 Fujitsu Ltd レンズアセンブリ
DE10013932A1 (de) * 2000-03-21 2001-10-04 Infineon Technologies Ag Lasermodul

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JPS5783081A (en) 1982-05-24

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