JP2654538B2 - 光半導体モジュールとその接続構造 - Google Patents
光半導体モジュールとその接続構造Info
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- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4292—Coupling light guides with opto-electronic elements the light guide being disconnectable from the opto-electronic element, e.g. mutually self aligning arrangements
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- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光半導体モジュールに関
し、特に光半導体モジュールの光半導体素子と光ファイ
バの結合構造、および光ファイバと外部の光ファイバと
の接続構造に関する。
し、特に光半導体モジュールの光半導体素子と光ファイ
バの結合構造、および光ファイバと外部の光ファイバと
の接続構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】光通信に用いられる光半導体モジュール
の構造は、図４に示されるようにモジュールの本体にピ
グテールコードを有し外部の光ファイバコードとはコネ
クタにより接続するピグテール型と、図５に示されるよ
うに直接モジュール本体のアダプタに外部の光ファイバ
コードを接続するレセプタクル型の２種類に大別され
る。
の構造は、図４に示されるようにモジュールの本体にピ
グテールコードを有し外部の光ファイバコードとはコネ
クタにより接続するピグテール型と、図５に示されるよ
うに直接モジュール本体のアダプタに外部の光ファイバ
コードを接続するレセプタクル型の２種類に大別され
る。
【０００３】一方、レセプタクル型の場合は上記問題は
ない反面、光半導体モジュールに接続される外部の光フ
ァイバコードは構造上、光半導体素子に近接させること
が困難であるので、上述の光ファイバ直接接続構造を適
用することができず、専らレンズ結合構造によるしかな
い。従って、おのずと光結合部分の小型化を図ることが
できず、またおのずと締結機構も大きくなり全体として
小型化を図ることが困難という問題がある。さらに、接
続される光ファイバコードのフェルール内に収容された
光ファイバのコアの位置をレンズ集光位置に合わせて固
定することが困難であり、最適な光学的結合を保持でき
ないという問題もある。
ない反面、光半導体モジュールに接続される外部の光フ
ァイバコードは構造上、光半導体素子に近接させること
が困難であるので、上述の光ファイバ直接接続構造を適
用することができず、専らレンズ結合構造によるしかな
い。従って、おのずと光結合部分の小型化を図ることが
できず、またおのずと締結機構も大きくなり全体として
小型化を図ることが困難という問題がある。さらに、接
続される光ファイバコードのフェルール内に収容された
光ファイバのコアの位置をレンズ集光位置に合わせて固
定することが困難であり、最適な光学的結合を保持でき
ないという問題もある。
【０００４】本発明は上記欠点に鑑みて、小型化により
適した光ファイバ直接結合の適用が可能であり、しかも
光半導体モジュールの実装に優れ、外部の光ファイバコ
ードとも高精度に接続が可能な光半導体モジュールと、
その接続に係る使用方法を提供することにある。
適した光ファイバ直接結合の適用が可能であり、しかも
光半導体モジュールの実装に優れ、外部の光ファイバコ
ードとも高精度に接続が可能な光半導体モジュールと、
その接続に係る使用方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】上述の欠点を解決するた
めに、本発明の光半導体モジュールは、光半導体素子
と、光半導体素子に第１の端面で光学的に結合する短尺
光ファイバと、光ファイバを収容する第１のフェルール
と、第１のフェルールの外径よりわずかに大きい内径を
有し、第１のフェルールに勘合するスリーブとを備えた
ことを特徴としている。
めに、本発明の光半導体モジュールは、光半導体素子
と、光半導体素子に第１の端面で光学的に結合する短尺
光ファイバと、光ファイバを収容する第１のフェルール
と、第１のフェルールの外径よりわずかに大きい内径を
有し、第１のフェルールに勘合するスリーブとを備えた
ことを特徴としている。
【０００５】特に、第１のフェルールは、短尺光ファイ
バの第１の端面と反対側にある第２の端面側近傍のみを
収容したことを特徴としている。また、第２の端面は、
第１のフェルールの端面とともに端面研磨されているこ
とを特徴としている。
バの第１の端面と反対側にある第２の端面側近傍のみを
収容したことを特徴としている。また、第２の端面は、
第１のフェルールの端面とともに端面研磨されているこ
とを特徴としている。
【０００６】一方、端面研磨は、凸面研磨であることを
特徴としている。さらに、これとは反対の光半導体素子
側の第１の端面は、短尺光ファイバのコア部が凸状に突
出していることを特徴としている。
特徴としている。さらに、これとは反対の光半導体素子
側の第１の端面は、短尺光ファイバのコア部が凸状に突
出していることを特徴としている。
【０００７】また、所望の間隔をおいて配置された複数
の光半導体素子と、光半導体素子にそれぞれ光学的に結
合する複数の短尺光ファイバと、短尺光ファイバを収容
する複数の穴と、この穴のうちの少なくとも一つを基準
として位置設定された少なくとも２個のガイドピン穴を
有するガイド付きフェルールとを備えたことを特徴とし
ている。
の光半導体素子と、光半導体素子にそれぞれ光学的に結
合する複数の短尺光ファイバと、短尺光ファイバを収容
する複数の穴と、この穴のうちの少なくとも一つを基準
として位置設定された少なくとも２個のガイドピン穴を
有するガイド付きフェルールとを備えたことを特徴とし
ている。
【０００８】一方、使用方法においては、光半導体素子
と、この光半導体素子に第１の端面で光学的に結合する
短尺光ファイバと、光ファイバを収容する第１のフェル
ールと、第１のフェルールの外径よりわずかに大きい内
径を有し、第１のフェルールに勘合するスルーブとを備
えた光半導体モジュールのスリーブに、第１のフェルー
ルの外径とほぼ同じ外径を有する第２のフェルールと、
第２の端面側が第２のフェルールに挿入、固着され、第
２のフェルールのとともに端面研磨された光ファイバを
含む光ファイバコードの第２のフェルールを挿入して、
第１の端面と第２の端面を突き合わせて、光半導体モジ
ュールと光ファイバコードを接続することを特徴として
いる。
と、この光半導体素子に第１の端面で光学的に結合する
短尺光ファイバと、光ファイバを収容する第１のフェル
ールと、第１のフェルールの外径よりわずかに大きい内
径を有し、第１のフェルールに勘合するスルーブとを備
えた光半導体モジュールのスリーブに、第１のフェルー
ルの外径とほぼ同じ外径を有する第２のフェルールと、
第２の端面側が第２のフェルールに挿入、固着され、第
２のフェルールのとともに端面研磨された光ファイバを
含む光ファイバコードの第２のフェルールを挿入して、
第１の端面と第２の端面を突き合わせて、光半導体モジ
ュールと光ファイバコードを接続することを特徴として
いる。
【０００９】また、上記複数の光半導体素子を有する光
半導体モジュールとの接続は、上記ガイドピン穴に、こ
のガイドピン穴の内径よりもわずかに小さい外径を有す
るガイドピンを挿入するとともに、第１のガイド付きフ
ェルールの短尺光ファイバが収容された穴の間隔と同じ
間隔で設けられた複数の穴と、この穴のうちの少なくと
も一つを基準として位置設定された少なくとも２個の第
２のガイドピン穴を有する第２のフェルールと、第２の
フェルールの穴のそれぞれ挿入された複数本の光ファイ
バとを含む光ファイバアレーコードの第２のガイドピン
穴に、ガイドピンが挿入され、光半導体モジュールと光
ファイバアレーコードが接続されることを特徴としてい
る。
半導体モジュールとの接続は、上記ガイドピン穴に、こ
のガイドピン穴の内径よりもわずかに小さい外径を有す
るガイドピンを挿入するとともに、第１のガイド付きフ
ェルールの短尺光ファイバが収容された穴の間隔と同じ
間隔で設けられた複数の穴と、この穴のうちの少なくと
も一つを基準として位置設定された少なくとも２個の第
２のガイドピン穴を有する第２のフェルールと、第２の
フェルールの穴のそれぞれ挿入された複数本の光ファイ
バとを含む光ファイバアレーコードの第２のガイドピン
穴に、ガイドピンが挿入され、光半導体モジュールと光
ファイバアレーコードが接続されることを特徴としてい
る。
【作用】本発明の光半導体モジュールの構成は、光半導
体素子から出射される光をモジュール内に配置された短
尺光ファイバに結合させる。そして、この短尺光ファイ
バの反対側の部分をフェルールに収容するとともに、こ
れをスリーブに挿入しておく。外部の光ファイバコード
との接続は、光ファイバコードの端部にあるフェルール
を光半導体モジュールの上記スルーブに挿入してフェル
ールの端面どうしを接触させることにより行う。
体素子から出射される光をモジュール内に配置された短
尺光ファイバに結合させる。そして、この短尺光ファイ
バの反対側の部分をフェルールに収容するとともに、こ
れをスリーブに挿入しておく。外部の光ファイバコード
との接続は、光ファイバコードの端部にあるフェルール
を光半導体モジュールの上記スルーブに挿入してフェル
ールの端面どうしを接触させることにより行う。
【００１０】同一基板上にアレー状に配置された複数の
光半導体素子を有する光半導体モジュールの場合には、
各光半導体素子に光結合する複数の短尺光ファイバを配
置し、短尺光ファイバの光半導体素子とは反対側の部分
を所定の間隔で設けられた穴を有するガイド付きフェル
ールに収容する。外部の光ファイバアレーコードとは、
ガイドピン穴にガイドピンを介して接続する。
光半導体素子を有する光半導体モジュールの場合には、
各光半導体素子に光結合する複数の短尺光ファイバを配
置し、短尺光ファイバの光半導体素子とは反対側の部分
を所定の間隔で設けられた穴を有するガイド付きフェル
ールに収容する。外部の光ファイバアレーコードとは、
ガイドピン穴にガイドピンを介して接続する。
【００１１】いずれの構成においても、光半導体素子か
らの出射光を直接光ファイバに結合させているので、小
型化を図ることができるとともに外部の光ファイバコー
ドとはフェルールどうしの突き合わせにより接続できる
ので低損失で安定した接続が可能になる。
らの出射光を直接光ファイバに結合させているので、小
型化を図ることができるとともに外部の光ファイバコー
ドとはフェルールどうしの突き合わせにより接続できる
ので低損失で安定した接続が可能になる。
【実施例】次に、本発明について図面を参照して詳細に
説明する。
説明する。
【００１２】図１は、本発明の光半導体モジュールの一
実施例の構成を示す断面図であり、図２はその斜視図で
ある。半導体レーザダイオード１は、シリコン基板３に
Ａｎ−Ｓｎ半田により接合されている。一方、短尺光フ
ァイバ２の半導体レーザダイオード１と光結合する面と
は反対側の部分は、あらかじめ直径２ｍｍのフェルール
４に収容され、紫外線硬化性樹脂により固着されてい
る。また、短尺光ファイバ２は先端のコア部がフッ酸に
よる化学的エッチングにより凸面加工されており、あら
かじめ化学的エッチングにより設けられたシリコン基板
３のＶ溝（図示省略）上に配置されて半田により固定さ
れ、半導体レーザダイオード１と光学的に結合してい
る。フェルール４は、わずかに大きい内径を有しモジュ
ールパッケージ６に配置されたスリーブ５に挿入され、
固着されている。
実施例の構成を示す断面図であり、図２はその斜視図で
ある。半導体レーザダイオード１は、シリコン基板３に
Ａｎ−Ｓｎ半田により接合されている。一方、短尺光フ
ァイバ２の半導体レーザダイオード１と光結合する面と
は反対側の部分は、あらかじめ直径２ｍｍのフェルール
４に収容され、紫外線硬化性樹脂により固着されてい
る。また、短尺光ファイバ２は先端のコア部がフッ酸に
よる化学的エッチングにより凸面加工されており、あら
かじめ化学的エッチングにより設けられたシリコン基板
３のＶ溝（図示省略）上に配置されて半田により固定さ
れ、半導体レーザダイオード１と光学的に結合してい
る。フェルール４は、わずかに大きい内径を有しモジュ
ールパッケージ６に配置されたスリーブ５に挿入され、
固着されている。
【００１３】本実施例ではフェルール４にはホウ珪酸ガ
ラスを用いており、光透過性が高いため紫外線硬化性樹
脂による短尺光ファイバ２の固着に適している。ホウ珪
酸ガラスは光ファイバの製造方法と同様に母材の引き延
ばしにより生産できるので高精度化が容易でありしかも
量産が可能である。いうまでもなく、特に紫外線硬化性
樹脂を用いないのであればセラミック等の他の材料であ
ってもよい。また、フェルール４と短尺光ファイバ２の
先端部は凸状に球面研磨されており、ＰＣ（Ｐｈｉｓｉ
ｃａｌ Ｃｏｎｔａｃｔ）研磨された外部の光ファイバ
コードとの接続ができ、接続部の低損失化が図られる。
ラスを用いており、光透過性が高いため紫外線硬化性樹
脂による短尺光ファイバ２の固着に適している。ホウ珪
酸ガラスは光ファイバの製造方法と同様に母材の引き延
ばしにより生産できるので高精度化が容易でありしかも
量産が可能である。いうまでもなく、特に紫外線硬化性
樹脂を用いないのであればセラミック等の他の材料であ
ってもよい。また、フェルール４と短尺光ファイバ２の
先端部は凸状に球面研磨されており、ＰＣ（Ｐｈｉｓｉ
ｃａｌ Ｃｏｎｔａｃｔ）研磨された外部の光ファイバ
コードとの接続ができ、接続部の低損失化が図られる。
【００１４】本実施例の光半導体モジュールの外部の光
ファイバコードとの接続は、図１に示されるように、フ
ェルール４と同じ外径をもつ光ファイバコード８の先端
に設けられたフェルール７が光半導体モジュールのスリ
ーブ５に挿入されることにより行われる。外部の光ファ
イバコードとの接続は、光半導体モジュールがプリント
板等に実装された後に簡易に行うことができるので、光
半導体モジュールの自動実装を適用することができるよ
うになる。また、光半導体モジュールと光ファイバコー
ドの接続は、コネクタによる接続と同様に行うことがで
きるので低損失で安定している。
ファイバコードとの接続は、図１に示されるように、フ
ェルール４と同じ外径をもつ光ファイバコード８の先端
に設けられたフェルール７が光半導体モジュールのスリ
ーブ５に挿入されることにより行われる。外部の光ファ
イバコードとの接続は、光半導体モジュールがプリント
板等に実装された後に簡易に行うことができるので、光
半導体モジュールの自動実装を適用することができるよ
うになる。また、光半導体モジュールと光ファイバコー
ドの接続は、コネクタによる接続と同様に行うことがで
きるので低損失で安定している。
【００１５】次に、本発明の光半導体モジュールの他の
実施例について説明する。図３は本発明の他の実施例の
構成を示す斜視図であり、同一のシリコン基板３の上に
配置された１−ａ、１−ｂ、１−ｃ、１−ｄ、１−ｅの
５個の半導体レーザダイオードを有している。かく半導
体レーザダイオード１−ａ〜１−ｅは５本の短尺光ファ
イバ２−ａ〜２−ｅにそれぞれ対応して光結合してい
る。その他の構成については上記実施例と同様である。
実施例について説明する。図３は本発明の他の実施例の
構成を示す斜視図であり、同一のシリコン基板３の上に
配置された１−ａ、１−ｂ、１−ｃ、１−ｄ、１−ｅの
５個の半導体レーザダイオードを有している。かく半導
体レーザダイオード１−ａ〜１−ｅは５本の短尺光ファ
イバ２−ａ〜２−ｅにそれぞれ対応して光結合してい
る。その他の構成については上記実施例と同様である。
【００１６】短尺光ファイバ２−ａ〜２−ｅはガイド付
きフェルール１０に設けられた５個の穴に挿入され固着
されている。上記穴は短尺光ファイバ２の外径１２５μ
ｍよりわずかに大きい１２６μｍの内径であり、２５０
μｍ間隔で設けられている。また、上記穴のうち最も外
側にある穴から両側に５００μｍ離れた位置にそれぞれ
外径１ｍｍのガイドピン穴１１が設けられている。この
ガイド付きフェルール１０はパッケージ６に固定されて
いる。
きフェルール１０に設けられた５個の穴に挿入され固着
されている。上記穴は短尺光ファイバ２の外径１２５μ
ｍよりわずかに大きい１２６μｍの内径であり、２５０
μｍ間隔で設けられている。また、上記穴のうち最も外
側にある穴から両側に５００μｍ離れた位置にそれぞれ
外径１ｍｍのガイドピン穴１１が設けられている。この
ガイド付きフェルール１０はパッケージ６に固定されて
いる。
【００１７】一方、光ファイバコードは５本の光ファイ
バが一に配列された光ファイバアレーコードであり、先
端部には同じくガイドピン穴を有するガイド付きフェル
ールが付けられている。各光ファイバコードが挿入、固
着されている穴および両側のガイドピン穴（図示省略）
は光半導体モジュール側のガイド付きフェルール１０と
同じ穴径で同じ間隔で設けられている。光ファイバコー
ドのガイド付きフェルール１３には２本のガイドピン１
２がガイドピン穴に装着され、このガイドピン１２がフ
ェルール１０のガイドピン穴１１に挿入されることによ
り光半導体モジュールに接続される。なお、上記ガイド
付きフェルール１３は、樹脂の精密モールド成形により
高精度に量産できる。
バが一に配列された光ファイバアレーコードであり、先
端部には同じくガイドピン穴を有するガイド付きフェル
ールが付けられている。各光ファイバコードが挿入、固
着されている穴および両側のガイドピン穴（図示省略）
は光半導体モジュール側のガイド付きフェルール１０と
同じ穴径で同じ間隔で設けられている。光ファイバコー
ドのガイド付きフェルール１３には２本のガイドピン１
２がガイドピン穴に装着され、このガイドピン１２がフ
ェルール１０のガイドピン穴１１に挿入されることによ
り光半導体モジュールに接続される。なお、上記ガイド
付きフェルール１３は、樹脂の精密モールド成形により
高精度に量産できる。
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光半導体
モジュールは、単一の光半導体素子の場合にも、アレー
状に配列された複数の光半導体素子を含む場合にも、光
半導体素子からの出射光を直接光ファイバに結合させて
いるので、小型化を図ることができるとともに外部の光
ファイバコードとはフェルールどうしの突き合わせによ
り接続できるので低損失で安定した接続が可能になる。
また、光半導体モジュール内部に配置される短尺光ファ
イバは、光半導体素子側の端面部を凸面加工等すること
によって光結合効率を向上させることができる。
モジュールは、単一の光半導体素子の場合にも、アレー
状に配列された複数の光半導体素子を含む場合にも、光
半導体素子からの出射光を直接光ファイバに結合させて
いるので、小型化を図ることができるとともに外部の光
ファイバコードとはフェルールどうしの突き合わせによ
り接続できるので低損失で安定した接続が可能になる。
また、光半導体モジュール内部に配置される短尺光ファ
イバは、光半導体素子側の端面部を凸面加工等すること
によって光結合効率を向上させることができる。
【００１８】従って、外部の光ファイバコードとの低損
失で安定した接続が可能な光ファイバコードが付属され
ていない光半導体モジュールを構成することが可能にな
る。これにより、光半導体モジュールが小型化され、実
装面でも自動実装等が可能になり大幅な生産性向上が図
られる。
失で安定した接続が可能な光ファイバコードが付属され
ていない光半導体モジュールを構成することが可能にな
る。これにより、光半導体モジュールが小型化され、実
装面でも自動実装等が可能になり大幅な生産性向上が図
られる。
【図１】本発明の光半導体モジュールの一実施例の縦断
面図である。
面図である。
【図２】本発明の光半導体モジュールの一実施例の構成
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
【図３】本発明の光半導体モジュールの他の実施例の構
成を示す斜視図である。
成を示す斜視図である。
【図４】従来のピグテール型光半導体モジュールの断面
図である。
図である。
【図５】従来のレセプタクル型光半導体モジュールの断
面図である。
面図である。
１ … スリーブ ２ … 半導体レーザダイオード ３ … 短尺光ファイバ ４ … シリコン基板 ５ … フェルール ６ … パッケージ ７ … 光ファイバコードフェルール ８ … 光ファイバコード ９ … フェルール保持部材 １０ … ガイド付きフェルール １１ … ガイドピン穴 １２ … ガイドピン １３ … アレーコネクタ １４ … 光ファイバアレーコード
Claims (8)
- 【請求項１】 光半導体素子と、 前記光半導体素子に第１の端面で光学的に結合する短尺
光ファイバと、 前記第１の端面と反対側にある第２の端面側近傍のみに
おいて前記短尺光ファイバを収容する第１のフェルール
と、 前記第１のフェルールの外径よりわずかに大きい内径を
有し、前記第１のフェルールに勘合するスリーブとを備
え、前記光半導体素子は、基板上に実装され、 前記短尺光ファイバは、前記基板表面に形成された溝に
配置されていること を特徴とする光半導体モジュール。 - 【請求項２】 前記第２の端面は、前記第１のフェルー
ルの端面とともに端面研磨されていることを特徴とする
請求項２記載の光半導体モジュール。 - 【請求項３】 前記端面研磨は、凸面研磨であることを
特徴とする請求項２記載の光半導体モジュール。 - 【請求項４】 前記フェルールはホウ珪酸ガラスである
ことを特徴とする請求項３記載の光半導体モジュール。 - 【請求項５】 前記第１の端面は、前記短尺光ファイバ
のコア部が凸状に突出していることを特徴とする請求項
２記載の光半導体モジュール。 - 【請求項６】 所望の間隔をおいて配置された複数の光
半導体素子と、 前記光半導体素子にそれぞれ光学的に結合する複数の短
尺光ファイバと、 前記短尺光ファイバを収容する複数の穴と、該穴のうち
の少なくとも一つを基準として位置設定された少なくと
も２個のガイドピン穴を有するガイド付きフェルールと
を備え、前記光半導体素子は、基板上に実装され、 前記短尺光ファイバは、前記基板表面に形成された溝に
配置されていること たことを特徴とする光半導体モジュ
ール。 - 【請求項７】 光半導体素子と、 該光半導体素子に第１の端面で光学的に結合する短尺光
ファイバと、 該光ファイバを収容する第１のフェルールと、 該第１のフェルールの外径よりわずかに大きい内径を有
し、前記第１のフェルールに勘合するスリーブとを備え
た光半導体モジュールの前記スリーブに、 前記第１のフェルールの外径とほぼ同じ外径を有する第
２のフェルールと、第２の端面側が前記第２のフェルー
ルに挿入された光ファイバを含む光ファイバコードの前
記第２のフェルールが挿入されて、 前記第１の端面と前記第２の端面が突き合わされて、前
記光半導体モジュールと前記光ファイバコードが接続さ
れることを特徴とする光半導体モジュールの接続構造。 - 【請求項８】 所望の間隔をおいて配置された複数の光
半導体素子と、 前記光半導体素子にそれぞれ光学的に結合する複数の短
尺光ファイバと、 所望の間隔をおいて設けられた前記短尺光ファイバを収
容する複数の穴と該穴のうちの少なくとも一つを基準と
して位置設定された少なくとも２個の第１のガイドピン
穴を有する第１のガイド付きフェルールとを備えた光半
導体モジュールの前記ガイドピン穴に、前記ガイドピン
穴の内径よりもわずかに小さい外径を有するガイドピン
が挿入するとともに、 前記第１のガイド付きフェルールの前記短尺光ファイバ
が収容された穴の前記間隔と同じ間隔で設けられた複数
の穴と、該穴のうちの少なくとも一つを基準として位置
設定された少なくとも２個の第２のガイドピン穴を有す
る第２のフェルールと、 前記第２のフェルールの前記穴のそれぞれ挿入された複
数本の光ファイバとを含む光ファイバアレーコードの前
記第２のガイドピン穴に、前記ガイドピンが挿入され、 前記光半導体モジュールと前記光ファイバアレーコード
が接続されることを特徴とする光半導体モジュールの接
続構造。
Priority Applications (2)
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