JPS63193113A - 半導体レ−ザ・光フアイバ結合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体レーザチップからの出射光を光ファイ
バに結合する半導体レーザ・光ファイバ結合装置に関す
るものである。

（従来の技術） 従来、このような分野の技術としては、実開昭６１−１
４３１１１号公報に記載されるものがあった。以下、そ
の構成を図を用いて説明する。

第２図は前記文献に記載された従来の半導体レーザ・光
ファイバ結合装置の一構成例を示す断面図である。

図において、チップキャリア１は両端部に互いに対向す
るチップ固定台２と光ファイバ固定台３を一体構造とし
て有するもので、チップ固定台２上には半導体レーザチ
ップ４が固定されている。

光ファイバ固定台３の半導体レーザチップ４に対向する
位置には貫通孔５が設けられており、この貫通孔５内部
には低融点金属である半田６が充填されている。さらに
、半田６のほぼ中心部を貫通して光ファイバ７が固定さ
れており、光ファイバ７の先端部７−１が半導体レーザ
チップ４の発光部４−１に対向するように配設されてい
る。光ファイバ７の先端部７−１は、半導体レーザ出射
光８に効率良く結合させるために球面状に加工されてい
る。

以上のように構成される半導体レーザ・光ファイバ結合
装置の組立て方法について説明する。

先ず、光ファイバ７を貫通孔５に挿入した後に、半田ご
て９を光ファイバ固定台３の上面に接触させ、貫通孔５
付近が半田の融点以上の温度となるように加熱する。こ
の加熱された状態で、固体状の半田を貫通孔５と光ファ
イバ７の間隙部に挿入すれば、半田６は順次溶融し、間
隙部は充填される。

この状態において、半導体レーザ出射光８の光ファイバ
７への入力が最大となるように光ファイバ７の位置を調
整し、最大結合効率位置にて光ファイバ７を保持する。

次に、半田ごて９を光フフイバ固定台３から離せば、光
ファイバ固定台の冷却に伴い半田６も融点以下に冷却さ
れ、やがて凝固する。この半田６の凝固により、光ファ
イバ７は貫通孔５に固定される。

上記のような半導体レーザ・光ファイバ結合装置におい
ては、半田６と半田ごて９は直接には接触しないので、
半田ごて９引き離し時に半田６が引きずられて光ファイ
バ７の最大結合効率位置を狂わせることがない等の利点
を有する。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記構成の半導体レーザ・光ファイバ結
合装置においては、次のような問題点があった。

（１）貫通孔５と光ファイバ７の間隙部に固体状の半田
を順次挿入して溶融するので、半田を供給するタイミン
グやその溶は込み量等を適切に制御することは難しく、
溶は込み量にばらつきを生じたり、光ファイバ７の周囲
に半田６が均等に分布せず、光ファイバ７の位置ずれを
起こし易い。

（２）半導体レーザ出射光８に対する光ファイバ７の位
置合わせを半田６の溶融状態で行なうため、半導体レー
ザチップ４に熱が伝わって発光量が変化するので、正確
な位置合わせが難しい。即ち、半導体レーザは温度によ
り発光量が変化するので、温度変化があれば、光ファイ
バ７の最大結合効率位置を精度良く見出だすのは困難で
ある。

（３）チップキャリア１に半田ごて９を接触させて加熱
するため、加熱後半田ごて９をチップキャリア１から離
す際に、チップキャリア１が動き易い。

このとき、光ファイバ７はチップキャリア１から独立し
た支持体により保持されており、光ファイバ７はチップ
キャリア１と一体となって動かないので、光ファイバ７
の位置ずれを生じ易い。

本発明は、前記従来技術がもっていた問題点として、光
ファイバ７が位置ずれを生じ易い点及び光ファイバ７の
最大結合効率位置に対する位置合わせが難しい点につい
て解決した半導体レーザ・光ファイバ結合装置を提供す
るものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、前記問題点を解決するために、チップ固定台
上に固定された半導体レーザチップと、前記チップ固定
台に対向して設けられ前記半導体レーザチップの対向位
置に貫通孔を有する光ファイバ固定台と、前記貫通孔に
充填された低融点金属によって該貫通孔に固定された光
ファイバとを備えた半導体レーザ・光ファイバ結合装置
において、前記光ファイバ固定台の上部に前記貫通孔に
達して形成され、溶融された光ファイバ固定用の低融点
金属を該貫通孔内に導入する導入孔を設けたものである
。

（作用） 本発明によれば、以上のように半導体レーザ・光ファイ
バ結合装置を構成したので、光ファイバ固定台の上部に
設けられた導入孔は、所定量に秤珊された低融点金属塊
をその上に載置することを可能にすると共に、この低融
点金属塊に対する均一な加熱、溶融を可能とする動きを
する。また、前記導入孔は、溶融した低融点金属を他の
介在物を必要とせずに速やかに導入孔へ導き、均等に分
乍させる識きをし、光ファイバに位置ずれを生じさせな
い。この動きにより、低融点金属を貫通孔に充填する前
に、光ファイバの位置合わせを行なうことか可能となり
、半導体レーザに対する温度影響が除去される。ざらに
、導入孔は、低融点金属が溶融される場所と充填される
貫通孔とを分離するので、低融点金属の溶融に係わる機
械的外力か直接貫通孔に伝わるのを防止する働きをする
。

したがって、前記問題点を除去できるので必る。

（実施例） 第１図は本発明の実施例を示す半導体レーザ・光ファイ
バ結合装置の斜視図でおり、第３図は半田充填前におけ
る第１図の半導体レーザ・光ファイバ結合装置の断面図
である。

図において、サブマウント基板１１上の互いに対向する
位置に、チップ固定台１２と光ファイバ固定台１３が設
けられている。チップ固定台１２には、放熱用のヒート
シンク１４を介して半導体レーザチップ１５が固定され
ており、この半導体レーザチップ１５はその前面に発光
部１５−１を有している。

光ファイバ固定台１３の半導体レーザチップ１５に対向
する位置には、光ファイバ固定台１３を貫通する貫通孔
１６が形成されており、その中心軸は発光部１５−１に
ほぼ一致するように設定されている。この貫通孔１６の
中心軸にほぼ垂直な方向には、導入孔１７が形成されて
いる。導入孔１７は光ファイバ固定台１３の上面から貫
通孔１６へ貫通して設けられており、その光ファイバ固
定台１３上面の導入孔１７端部には、面取りが施されて
面取部１７−１が形成されている。□これらの貫通孔１
６、導入孔１７及び面取部１７−１には、低融点金属で
ある例えば半田１８が充填されており、貫通孔１６内の
半田１８のほぼ中心部を貫通して光ファイバ１９が固定
されている。光ファイバ１９の発光部１５−１に対する
位置は、半導体レーザと最大結合効率が得られるように
調整されている。

以上のように構成される半導体レーザ・光フフイバ結合
装置の組立て方法について、第３図を用いて説明する。

先ず、導入孔１７上部の面取部１７−１上に半田ポール
２０を載置する。この半田ボール２０は所定伍に秤量さ
れた球状を成すもので、その球面が面取部１７−１の斜
面に当接することにより、所定位置に載置される。

次に、光ファイバ１９を貫通孔１６のほぼ中心位置に挿
入、貫通させ、図示しない保持装置を用いて光ファイバ
１９を保持する。その後、半導体レーザチップ１５を発
光させ、その出射光２１に対する光ファイバ１９の位置
合わせを行なって、その入力が最大となる位置に光ファ
イバ１９を調整の上、保持する。

光ファイバ１９が最大結合効率位置に保持された状態に
おいて、半田ボール２０に例えばヤグ（ＹＡＧ　：イッ
トリウム・アルミニウム・ガーネットＹ２　Ａ１２０１
．の略称）レーザ等を矢印２２の如く照射し、溶融した
半田を導入孔１７を経て貫通孔１６に流入させる。貫通
孔１６に流入した半田は、貫通孔１６充填後にレーザの
照射を停止すれば、凝固して光ファイバ１９を貫通孔１
６内に固定する。

上記の本実施例においては、次のような利点を有する。

■　所定口に秤量された半田ポール２０を安定した一定
熱量のヤグレーザ等で加熱、溶融するので、一定時間に
一定量の安定した溶は込みを得ることができる。それ故
、半田１８は光ファイバ１９の周囲に均等に分布し、位
置ずれの少ない高精度な固定を行なうことができる。

■　半田１８を充填する前に光ファイバ１９の位置合わ
せを行なうので、加熱による半導体レーザチップ１５の
温度変化はなく、その発光部は一定であり、最大結合効
率位置に正確に位置合わせすることが可能である。

■　半田ボール２０の溶融に際し、機械的な接触による
加熱を必要としないので、光ファイバ固定台１３や光フ
ァイバ１９に機械的外力は作用せず、位置ずれを生じる
ことはない。

■　半田ポール２０は、その球面が面取部１７−１の斜
面に当接することにより、容易に所定位置に載置される
ので、ヤグレーザ等による加熱を所定位置に精度良く受
けることができる。また、面取部１７−１は半田ボール
２０との接触面積を大きくし、半田ボール２０の熱を効
率良く光ファイバ固定台１３に伝えるという利点も有し
ている。

なお、本発明は図示の実施例に限定されず、種々の変形
が可能であり、例えば次のような変形例が挙げられる。

（イ）　本実施例においては、導入孔１７に面取りを施
すものとしたが、これに限定されず、必ずしも施さなく
てもよい。また、面取部１７−１を導入孔１７の下端部
に達するように、深く形成することも可能である。

（ロ）　本実施例では半田ボール２０加熱用にヤグレー
ザを使用することとしたが、これに限らず他のレーザを
使用してもよい。また、機械的な接触を必要とする加熱
装置、例えば半田ごてを使用することもできる。この場
合、本発明の半導体レーザ・光ファイバ結合装置におい
ては、加熱を終えた半田ごてを導入孔１７の溶融半田か
ら引き離す際に、半田が引きずられたとしても、貫通孔
１６内の半田にまでその影響が及ぶことはない。また、
半田ごてを溶融半田から引き離す際に、光ファイバ固定
台１３が動くおそれはない。

（ハ）　球状の半田ボール２０に限定されず、他の形状
の低融点金属を用いることもできる。例えば、立方体や
多面体の低融点金属を使用することも可能であり、面取
部１７−１の形状はこれらに適したものとすればよい。

（ニ）　貫通孔１６及び導入孔１１の断面形状は円形以
外のもの、例えば四辺形や多角形とすることもできる。

（ホ）　半導体レーザ・光ファイバ結合装置の形式、構
造等は図示のものに限定されず、例えばサブマウント基
台１１、チップ固定台１２及び光ファイバ固定台１３は
一体構造とすることも可能である。

（へ）　本実施例は、半導体レーザの代りに他の発光素
子、例えば発光ダイオードと光ファイバとの結合装置に
対しても適用可能である。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように本発明によれば、光ファイバ
固定台の上部に貫通孔に達する導入孔を設けたので、所
定量に秤量された低融点金属を均一に加熱、溶融し、貫
通孔に低融点金属を均等かつ速やかに充填することが可
能となり、光ファイバを精度良く固定することができる
。また、低融点金属を貫通孔に充填する前に光ファイバ
の位置合わせをするので、温度変化の影響を受けること
なく、最大結合効率位置に正確な位置合わせが可能とな
る。さらに、低融点金属の加熱、溶融に係わる機械的外
力が直接貫通孔の光ファイバに作用するのを防ぎ、光フ
ァイバの位置ずれを防止する効果もある。それ故、半導
体レーザと光ファイバの結合を高精度かつ迅速に行なう
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す半導体レーザ・光ファイ
バ結合装置の斜視図、第２図は従来の半導体レーザ・光
ファイバ結合装置の一構成例を示す断面図、第３図は半
田充填前における第１図の半導体レーザ・光ファイバ結
合装置の断面図である。 １１・・・・・・サブマウント基板、１２・・・・・・
チップ固定台、１３・・・・・・光ファイバ固定台、１
５・・・・・・半導体レーザチップ、１５−１・・・・
・・発光部、１６・・・・・・貫通孔、１７・・・・・
・導入孔、１７−１・・・・・・面取部、１８・・・・
・・半田、１９・・・・・・光ファイバ、２０・・・・
・・半田ボール、２１・・・・・・出射光。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、チップ固定台上に固定された半導体レーザチップと
   、前記チップ固定台に対向して設けられ前記半導体レー
   ザチップの対向位置に貫通孔を有する光ファイバ固定台
   と、前記貫通孔に充填された低融点金属によって該貫通
   孔に固定された光ファイバとを備えた半導体レーザ・光
   ファイバ結合装置において、 前記光ファイバ固定台の上部に前記貫通孔に達して形成
   され溶融された光ファイバ固定用の低融点金属を該貫通
   孔内に導入する導入孔を設けたことを特徴とする半導体
   レーザ・光ファイバ結合装置。 ２、前記導入孔は、その上端部が面取りされている特許
   請求の範囲第１項記載の半導体レーザ・光ファイバ結合
   装置。