JPH03228004A - レーザダイオード結合装置 - 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、レンズを介して光の結合をさせる光結合装置
に係り、特に、レーザダイオード素子、レンズ、光ファ
イバの光部品を結合させ、しかも、安定した固定を行う
に好適なレーザダイオード結合装置に関する９ 〔従来の技術〕 光ファイバを伝送路として使用する光通信方式では、レ
ーザダイオードから発振した光を出来るだけ効率よく光
フアイバ内に取り込む光結合装置が必要である。このた
め、光フアイバ先端にレンズ効果を持たせた先球ファイ
バで光結合する方法、あるいは、複数のレンズを介して
光ファイバを結合する方法などが使用されている。先球
ファイバ方式ではレーザダイオードと先球ファイバとの
相対許容位置ずれかわずか２μｍ程度であるのに対し、
レンズを使った方式では相対許容位置ずれ量を多くとる
ことができ、組み立て上有利となる。

この種の従来の技術は、特開昭５９−１６６９０６号公
報に開示されているように、第４図に示す結合装置は、
発光素子７がステム１の上面に突出したヒートシンク５
にサブマウントを介して着座され、このステム１は、ベ
ース１１に固着されている。また、このステム１には、
球レンズ９が着座された球レンズ保持部材１２が発光素
子７を覆うように固着され、フェルール１４を装着した
フェルール支持部材１３が、球レンズ保持部材１２を覆
うようにベース１１上に保持されている。この状態で。

光出力の最大となるところに位置合せを行い、ベース１
１とフェルール支持部材１３をＹＡＧレーザで溶接固定
するものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、ベースとフェルール支持部材とが最大
の光結合を得るように位置合せした後。

ＹＡＧレーザにより溶接固定するものであるが、溶接時
の溶融から冷却までの間に固定部に凝固に伴う残留応力
が発生し、位置ずれを起こすことがあった。また、残留
応力に対しては、左右対象な位置を溶接することにより
、左右の残留応力をそう殺させて溶接固定させる方法が
あるが、二方向同時に同じＹ　ＡＧレーザ出力で溶接す
る技術はむずかしく、完全に二方向同じにすることは不
可能さらには、上記位置ずれをなくす方法として上記フ
ェルール支持部材の外周面を帯状にメタライズし、その
帯状メタライズ部分を溶融させることにより固着させる
方法が示されているが、この方法でも、同様に溶融時の
ロウ材凝固収縮により位置ずれを起こすことがあり問題
があった。

本発明の目的は、固定接合部にたとえ残留応力があって
も位置ずれしない構造及び固定法を提供することにある
。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明はフェルール支持部
材の外周に段付溝をあらかじめ形成し、溝にそってリン
グ状ろう材をそう入し、つぎにフェルール支持部とベー
スとの位置合わせを行った後、外周部を高周波加熱して
ろう材を溶融・固定した。

〔作用〕

フェルール支持部材の外周には段付溝が設けてあり、溝
にそってろう材がそう人されている。光組合時は溝を除
く部分がベースと接触した状態で。

位置決めされている。フェルール支持部材とべ一入の接
合時には、全周のろう材を溝の中で加熱凝固させる。凝
固過程では、ろう材は凝固収縮しようとするが、フェル
ール支持部材とベースは溝以外の部分で完全接触してお
り、また、ろう材の収縮力が弱いため位置ずれを起こす
力とはならない。

また、フェルール支持部材は全周均一に加熱冷却される
ので、左右での凝固収縮に対しても同様に進行し、一方
へ移動する力とはならない。従って、フェルール支持部
材とベースとの位置ずれはなく接合固定することができ
る。

〔実施例〕

以ト、本発明の一実施例を第１図により説明する。レー
ザダイオード２１は、ケース２０の側壁に熱電冷却素子
２２及び、サブステム２３を介して接合固定されている
。サブステム２３は上方にレーザダイオード２１が出射
できるように、Ｔ字型形状となっている。従って、側壁
に低融点半田などを用いて接合固定された熱電素子２２
の上にレーザダイオード２１を実装することにより、レ
ーザ光は側壁と直角の方向に出射される。レーザダイオ
ード２１は、前方と後方から同−出力で出射し、後方の
光はモニタダイオード２４で受光して前方出力の制御が
行なえる構造となっている。

伝送に使用する前方の光は、球レンズ２５で集光される
。球レンズ２１はレーザダイオード２１の出射部との位
置合せを行った後、チップキャリア２６上にＰｂ−８ｎ
半田、あるいは、低融点ガラスで接合固定されている。

球レンズ２１からの光はさらに円柱形ロッドレンズ２７
で集光される。

球レンズ２５の固定部はサブステム２３上にあり、円柱
形ロッドレンズ２７との位置合せ固定が必要で量る。そ
こで、ロッドレンズ２７はレンズガイド２８の軸中心に
そう人後、Ｐ　ｂ　　Ｓ　ｎ　ｇ　Ａ　ｕ　−８ｎなど
の半田を使って溝２９で固定する。溝２９はパッケージ
内の気密を得る部分でもあり、Ｐｂ−８ｎ、Ａｕ−８ｎ
などの半田にクラック。

ボイドが含まれないように高周波加熱等を使って全周を
均一加熱冷却する方法が適している。十四ビン型ケース
２０の側壁にはレンズガイド２８の外径よりやや大きい
穴があらかじめ設けてあり、この部分にロットレンズ付
レンズガイド２８をそう人する。レーザダイオードはす
でにワイヤボンディングによりケース２０のリート３０
に接続されており、レーザダイオードを発振させなから
球レンズとロッドレンズとの光軸合せを行う。軸合せ後
、十四ピンヤ１ケース２０とレンズガイド２８とを全周
にわたってＹ　Ａ　Ｇ溶接固定する。この時、位置ずれ
を防ぐために、Ｙ　Ａ　Ｇ　７８接は二方向あるいは四
方向から同時に行う。ロッドレンズ２７からの元は最終
的にシングルモートファイバ３１に結合される。ファイ
バ；１１の外径はφ１２５μｍであるが光が導波される
部分はコア部φ１０ＩＬｍである。従って、ロッドレン
ズ２７からの光をできるだけ集光させでφ１０μｍのコ
アに入射させることが・必要となる。すなわち、Ｘ＋　
ｙ＋　Ｚのか向に対して軸調整する構造を得るために、
まず。

ファイバご３１はセラミックスなどのフェルール３２内
に接着固定後、端面を研磨し５、入射するコア部分を得
る。このフェルール３２をガイドするフェルールガイド
３３を設けることにより、フェルールとガイド間で２軸
調整するとともにフェルールガイド３３とレンズガイド
２８間でｘ、ｙ軸調整できる。光結合実験によると、ロ
フトレンズとファイバとの許容相対ずれ量は最大出力か
ら１ｄＢ低下する場合、Ｘ＋’／方向に対しては±３μ
ｍであり、Ｚ方向に対しては±１５０μｍとなる。そこ
で、まず、Ｘ＋　ｙ＋Ｚ三軸を光軸調整後フェルールと
フェルールガイド間の固定を行う。

この間のすきまは±５μｍの精度で加工してあり、この
部分をＰｂ−３ｎ半田で溶融固定する。この場合、フェ
ルール３２には金属のメタライズ処理をすることでＰｂ
−３ｎ半田との接合を確保できる。フェルールとフェル
ールガイドを接合固定したものをレンズガイド部にそう
人し、ロッドレンズとファイバとの光軸澗整を行う。最
大の結合が得られる所でフェルールガイドをケースに４
００ｇ以上の荷重で押し付けて保持する。つぎに、フェ
ルールガイド３３の周方向に高周波加熱治具を設け、ガ
イド部分を加熱する。フェルールガイドには、あらかし
め段付き溝３４があり、この溝にそってそう人されてい
るろう材が高周波加熱によって溶融し、溝に入って凝固
する。第２図は、段付き溝にろう材が入った状態で凝固
した後の形状を示す。段付き溝の形状は、第２図に示し
た他の例として、第３図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のよう
なものが考えられる。（ａ）は溝を二本つくり、−本の
ろう材を溶融固定させたもの、（ｂ）はフェルールガイ
ド３３にひさしがありこの部分で溶融固定させたもの、
（ｃ）は溝が台形で、しかも、レンズガイド２８との接
触はライン状になっている。

なお、レンズガイド２８側にも溝３５があるがこれは、
高周波加熱時の熱がケース側へつたわることを少なくす
るため、熱しゃ所用として設けられている。フェルール
ガイド３３、及び、レンズガイド３４の材質は、コバー
ル、Ｆｅ４２Ｎｉなどが適している。また、ろう材は、
Ａｕ−５ｎ。

Ａ１１−Ｇｅ、Ａｕ−５ｉなどが適しでおり、低融点ガ
ラス等を使った接合も可能である。

本発明によりば、フェルールガイド３３３とレンズガイ
ド３４との接合は、高周波加熱で全周が一度に、しかも
、均一で加熱され、凝固収縮も均一に起こるので両者固
定前後で位置ずれをおこすことはない。また、使用ろう
材強度がＰｂ−５ｎ半田とＹＡＧ溶接時との中間くらい
にあり、凝縮収ＩＲの力も太きいものとはならず、位置
ずれの原因とはならない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ロッドレンズからの光とファイバとの
光軸合せを行った後、レンズガイドとフェルールガイド
の接合時、凝固収縮、あるいは、残留応力に起因する軸
ずれを防ぐことができるので安定した光結合が得られる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のパンケージの縦断面図、第
２図は第１図のフェルールカイト部の断面図、第３図は
フェルールガイド固定部溝の形状態様を示す断面図、第
４図は従来のパッケージの縦断面図である。 ２０・・・ケース、２１・・レーザダイオード、２２・
・・熱電冷却素子、２５・・・球レンズ、２８・・レン
ズガイド、３１・・ファイバ、３２・・フェルール、３
３・・・フェルールガイド。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、パッケージケースの一方の側壁に熱電冷却素子及び
   サブキャリアを介して接合固定したレーザダイオード素
   子と、前記レーザダイオード素子の前方出射端の近ぼう
   でサブキャリア上に接合固定された第一のレンズと、パ
   ッケージケースの他方の側壁にレンズガイドを介して接
   合固定された第二のレンズと、レンズガイドの一端でフ
   ァイバガイドを介した光ファイバにおいて、前記レーザ
   ダイオード素子からの光が光軸上に配置されるように前
   記第一のレンズ、前記第二のレンズを調整後、前記ファ
   イバガイドをろう付け固定することを特徴とするレーザ
   ダイオード結合装置。