JP2871780B2 - 光結合用レンズ付きホルダ - Google Patents
光結合用レンズ付きホルダInfo
- Publication number
- JP2871780B2 JP2871780B2 JP2013066A JP1306690A JP2871780B2 JP 2871780 B2 JP2871780 B2 JP 2871780B2 JP 2013066 A JP2013066 A JP 2013066A JP 1306690 A JP1306690 A JP 1306690A JP 2871780 B2 JP2871780 B2 JP 2871780B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lens
- holder
- solder
- metal
- glass solder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光伝送システムの構成要素の一つである光
モジュールの光結合用レンズを固定したホルダに関す
る。
モジュールの光結合用レンズを固定したホルダに関す
る。
従来の光モジュールは、第２図に示すように、電気信
号を光信号に変換する半導体レーザー１と、光信号を適
切なスポット径に拡大するレンズ系２と、光信号を伝播
させる光ファイバ３とを含んで構成される。それらは金
属製のホルダ6,7,8に各々固定され、さらに互いにYAGレ
ーザ溶接で接続されている。
号を光信号に変換する半導体レーザー１と、光信号を適
切なスポット径に拡大するレンズ系２と、光信号を伝播
させる光ファイバ３とを含んで構成される。それらは金
属製のホルダ6,7,8に各々固定され、さらに互いにYAGレ
ーザ溶接で接続されている。
レンズ系２を中空のホルダ内に固定する手段として
は、通常、レンズ側面を予めメタライズしておいて、少
なくとも内部が金メッキされたレンズホルダ４に金属半
田５（一般的には鉛スズの共晶半田、融点173℃）で密
着固定する方法やガラス半田で密着固定する方法が採用
されている。後者のガラス半田の固定方法に関しては、
特願平01−101816の「集束性ロッドレンズ固定構造」に
詳細に説明してあるので省略する。
は、通常、レンズ側面を予めメタライズしておいて、少
なくとも内部が金メッキされたレンズホルダ４に金属半
田５（一般的には鉛スズの共晶半田、融点173℃）で密
着固定する方法やガラス半田で密着固定する方法が採用
されている。後者のガラス半田の固定方法に関しては、
特願平01−101816の「集束性ロッドレンズ固定構造」に
詳細に説明してあるので省略する。
前者の金属半田固定法では、周囲の環境条件が厳しく
なると半田固定部分が経時変形し、光出力低下の原因に
成りかねない。また後者のガラス半田固定法も、材料を
充分吟味しないと、ガラス半田が凝固するときにガラス
半田やレンズに熱応力が集中するため、経時変化により
クラックが発生あるいは拡がって光出力低下の原因に成
りかねない。
なると半田固定部分が経時変形し、光出力低下の原因に
成りかねない。また後者のガラス半田固定法も、材料を
充分吟味しないと、ガラス半田が凝固するときにガラス
半田やレンズに熱応力が集中するため、経時変化により
クラックが発生あるいは拡がって光出力低下の原因に成
りかねない。
この従来の光モジュールのレンズ固定工法では、単に
レンズと半田材の熱膨張率を制御するだけでなく、レン
ホルダの熱膨張率にも制御を加えて全体のバランスを配
慮する必要がある。
レンズと半田材の熱膨張率を制御するだけでなく、レン
ホルダの熱膨張率にも制御を加えて全体のバランスを配
慮する必要がある。
そこで第３図に示すようにレンズがレンズホルダに固
定された場合のモデルを参照し、代表的な例を用いて熱
応力の数値計算を行なう。金属材料には、熱膨張率が17
0×10-7／℃と100×10-7／℃の２種類の金属Ａと金属Ｂ
とを選んだ。レンズの線膨張率は102×10-7／℃であ
る。レンズを、半田材又はガラス半田を介してレンズホ
ルダに固定するとき、レンズに作用する熱応力σ1、半
田材又はガラス半田に作用する熱応力σ2は、各々次式
で与えられる。
定された場合のモデルを参照し、代表的な例を用いて熱
応力の数値計算を行なう。金属材料には、熱膨張率が17
0×10-7／℃と100×10-7／℃の２種類の金属Ａと金属Ｂ
とを選んだ。レンズの線膨張率は102×10-7／℃であ
る。レンズを、半田材又はガラス半田を介してレンズホ
ルダに固定するとき、レンズに作用する熱応力σ1、半
田材又はガラス半田に作用する熱応力σ2は、各々次式
で与えられる。
ここで、σは熱応力、Ｅは縦弾性係数、αは線膨張
率、Δｔは温度差、Ａは断面積で、サフィックス１はレ
ンズ、サフィックス２は半田材又はガラス半田、サフィ
ックス３はレンズホルダを表わす。
率、Δｔは温度差、Ａは断面積で、サフィックス１はレ
ンズ、サフィックス２は半田材又はガラス半田、サフィ
ックス３はレンズホルダを表わす。
使用した各材料の材料パラメータを第１の表に、計算
結果を第２の表に示す。
結果を第２の表に示す。
半田固定法の方が融着する温度条件をΔＴ＝150℃と
低く設定できるため金属Ａを適用した場合には、第２表
にも示されるように、ガラス半田固定法より熱応力σ１
を小さく設定することができる。但し、数値はレンズ割
れの限界強度に至らないまでも、かなり大きな数値にな
ってしまう。
低く設定できるため金属Ａを適用した場合には、第２表
にも示されるように、ガラス半田固定法より熱応力σ１
を小さく設定することができる。但し、数値はレンズ割
れの限界強度に至らないまでも、かなり大きな数値にな
ってしまう。
他方、金属Ｂの方は、ガラス半田固定法でも半田固定
法と比べて数値上、σ１、σ２ともに小さく、熱応力も
小さく抑えることができる。ところが、金属Ｂと金属半
田の組み合わせの場合、σ１は小さく抑えることができ
ても、σ２が絶対値で大きくしかもマイナス値であるこ
とから金属半田への応力はレンズに対して外側に向かっ
て作用することになる。つまり、割れの生じやすさとい
う側面から見ると、より大きな影響を与えることにな
る。このようなことから、金属Ｂの場合には、むしろガ
ラス半田の方が金属半田に比べて、レンズへの熱応力の
影響を小さく抑えることができるといえる。そして、そ
の値は、金属Ａと金属半田を組み合わせた場合よりも小
さい。
法と比べて数値上、σ１、σ２ともに小さく、熱応力も
小さく抑えることができる。ところが、金属Ｂと金属半
田の組み合わせの場合、σ１は小さく抑えることができ
ても、σ２が絶対値で大きくしかもマイナス値であるこ
とから金属半田への応力はレンズに対して外側に向かっ
て作用することになる。つまり、割れの生じやすさとい
う側面から見ると、より大きな影響を与えることにな
る。このようなことから、金属Ｂの場合には、むしろガ
ラス半田の方が金属半田に比べて、レンズへの熱応力の
影響を小さく抑えることができるといえる。そして、そ
の値は、金属Ａと金属半田を組み合わせた場合よりも小
さい。
以上の結果からも明らかなように、金属Ａと金属Ｂを
比較すると、線膨張率をあわせた金属Ｂの方がはるかに
熱応力を小さく抑えることができる。また、線膨張率を
適切に選定したレンズホルダを使用した場合には、ガラ
ス固定法の方が半田固定法よりもレンズへの応力を小さ
く抑えることができる。レンズ割れの限界強度を6kgf/m
m2とすると、ガラスの融点は一般に300〜400℃であるこ
とからΔＴ＝380℃、レンズホルダの縦弾性係数を20.5
×1,000（ステンレスでは20×1,000前後で大差はな
い。）とし、上記の計算式により許容される線膨張率の
差を算出すると、40×10-7／℃までの範囲で金属材料を
選ぶことができる。
比較すると、線膨張率をあわせた金属Ｂの方がはるかに
熱応力を小さく抑えることができる。また、線膨張率を
適切に選定したレンズホルダを使用した場合には、ガラ
ス固定法の方が半田固定法よりもレンズへの応力を小さ
く抑えることができる。レンズ割れの限界強度を6kgf/m
m2とすると、ガラスの融点は一般に300〜400℃であるこ
とからΔＴ＝380℃、レンズホルダの縦弾性係数を20.5
×1,000（ステンレスでは20×1,000前後で大差はな
い。）とし、上記の計算式により許容される線膨張率の
差を算出すると、40×10-7／℃までの範囲で金属材料を
選ぶことができる。
また、ホルダ用の金属材料には、YAGレーザ溶接によ
り固定する必要から、溶接の際にクラックの発生を抑え
られるように低融点共晶の発生の原因となる元素の含有
率を抑える必要がある。
り固定する必要から、溶接の際にクラックの発生を抑え
られるように低融点共晶の発生の原因となる元素の含有
率を抑える必要がある。
以上の条件を満足した金属材料がレンズホルダにふさ
わしいものとなる。
わしいものとなる。
本発明の光結合レンズ付きホルダは、半導体レーサか
らの出力光を光ファイバに結合するためのレンズを固定
したもので、レンズホルダとレンズとガラス半田相互の
線膨張率の差異が40×10-7／℃以内にあり、しかもレン
ズホルダが炭素0.1％以内、硫黄0.05％以内、リン0.1％
以内、珪素１％以内の含有率に抑えられた金属であるこ
とを特徴としている。
らの出力光を光ファイバに結合するためのレンズを固定
したもので、レンズホルダとレンズとガラス半田相互の
線膨張率の差異が40×10-7／℃以内にあり、しかもレン
ズホルダが炭素0.1％以内、硫黄0.05％以内、リン0.1％
以内、珪素１％以内の含有率に抑えられた金属であるこ
とを特徴としている。
次に本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
る。
第１図は本発明の一実施例のレンズ付きホルダの断面
図である。金属製の円筒状レンズホルダ10は第１図に示
すレーザモジュールのレンズホルダ４に代わりに使用さ
れ、円筒状レンズ11がガラス半田12に介してレンズホル
ダ10の内部に固定されている。レンズ11とガラス半田
（鉛ガラス）には第一の表の材料が用いられている。レ
ンズホルダ10には炭素0.08％、硫黄0.03％以内、リン0.
1％以内、珪素１％以内の線膨張率が100×10-7／℃のフ
ェライト系ステンレス材料が用いられている。フェライ
ト系ステンレスを用いることによりレンズホルダをホル
ダ７（第２図）にレーザ溶接することが容易になる。
図である。金属製の円筒状レンズホルダ10は第１図に示
すレーザモジュールのレンズホルダ４に代わりに使用さ
れ、円筒状レンズ11がガラス半田12に介してレンズホル
ダ10の内部に固定されている。レンズ11とガラス半田
（鉛ガラス）には第一の表の材料が用いられている。レ
ンズホルダ10には炭素0.08％、硫黄0.03％以内、リン0.
1％以内、珪素１％以内の線膨張率が100×10-7／℃のフ
ェライト系ステンレス材料が用いられている。フェライ
ト系ステンレスを用いることによりレンズホルダをホル
ダ７（第２図）にレーザ溶接することが容易になる。
ガラス半田12によりレンズを固定する場合、まずレン
ズホルダ10にレンズ11を挿入し、レンズホルダ10とレン
ズ11のすき間に粉末状のガラス半田12を落とし込む。こ
の場合に、レンズ端面にガラス半田12の粉末が付着しな
いように注意する必要がある。つぎに中心温度が350℃
に加熱された電気炉内にレンズホルダ10を徐々に挿入
し、10分の後取り出す。この結果、ガラス半田12はレン
ズホルダ10とレンズ11のすき間をうめるように流れて固
定される。
ズホルダ10にレンズ11を挿入し、レンズホルダ10とレン
ズ11のすき間に粉末状のガラス半田12を落とし込む。こ
の場合に、レンズ端面にガラス半田12の粉末が付着しな
いように注意する必要がある。つぎに中心温度が350℃
に加熱された電気炉内にレンズホルダ10を徐々に挿入
し、10分の後取り出す。この結果、ガラス半田12はレン
ズホルダ10とレンズ11のすき間をうめるように流れて固
定される。
以上の実施例では、特定の材料のレンズホルダと限定
された工法で製造したが、特許請求の範囲に示した条件
を満たす材料を用いるのであれば、とくに限定されない
ことは言うまでもない。また、以上の実施例では、ガラ
ス半田12を介して、レンズ11をレンズホルダ10に固定し
たが、プレス等の方法でレンズ面を成形するような場合
にはガラス半田が不要となる。この場合にも、線膨張率
の差が40×10-7／℃以内のレンズとレンズホルダを用い
るのであれば同様の効果がある。なお、プレスによりレ
ンズ11をホルダ10内に形成する場合、ホルダ10を加熱し
てホルダ内部にレンズ材料を入れ溶融し、ホルダの両端
からプレスしてレンズを形成することによりホルダ10と
レンズ11とが一体化する。
された工法で製造したが、特許請求の範囲に示した条件
を満たす材料を用いるのであれば、とくに限定されない
ことは言うまでもない。また、以上の実施例では、ガラ
ス半田12を介して、レンズ11をレンズホルダ10に固定し
たが、プレス等の方法でレンズ面を成形するような場合
にはガラス半田が不要となる。この場合にも、線膨張率
の差が40×10-7／℃以内のレンズとレンズホルダを用い
るのであれば同様の効果がある。なお、プレスによりレ
ンズ11をホルダ10内に形成する場合、ホルダ10を加熱し
てホルダ内部にレンズ材料を入れ溶融し、ホルダの両端
からプレスしてレンズを形成することによりホルダ10と
レンズ11とが一体化する。
以上説明したように本発明は、レンズとレンズホルダ
線膨張率の差を制限することに依って、経時変化に対し
てもクラックを生じることがなく、しかも融点が300℃
以上のガラス半田を使用できるため、半田固定法に比べ
て経時劣化を20％以上も小さく抑えることが出来る。ま
た、確認のため、光モジュールにしてレンズの半田固定
法とガラス半田固定法とを相対比較したところ、寿命が
50％以上改善されることが明かとなった。
線膨張率の差を制限することに依って、経時変化に対し
てもクラックを生じることがなく、しかも融点が300℃
以上のガラス半田を使用できるため、半田固定法に比べ
て経時劣化を20％以上も小さく抑えることが出来る。ま
た、確認のため、光モジュールにしてレンズの半田固定
法とガラス半田固定法とを相対比較したところ、寿命が
50％以上改善されることが明かとなった。
第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は従来例の
光モジュールの構成図、第３図はレンズへの熱応力を計
算するときに用いた二次元モデルを示す斜視図である。 １……半導体レーザ、２……レンズ系、３……光ファイ
バ、４……レンズホルダ、５……金属半田、10……レン
ズホルダ、11……レンズ、12……ガラス半田。
光モジュールの構成図、第３図はレンズへの熱応力を計
算するときに用いた二次元モデルを示す斜視図である。 １……半導体レーザ、２……レンズ系、３……光ファイ
バ、４……レンズホルダ、５……金属半田、10……レン
ズホルダ、11……レンズ、12……ガラス半田。
Claims (2)
- 【請求項１】発光部からの出力光を光ファイバに結合す
るためのレンズを内部に固定した光結合用レンズ付きホ
ルダにおいて、 前記ホルダは金属製材料から成り、 前記レンズはガラス半田により前記ホルダに固定される
ものであって、 前記ホルダの線膨張率と前記レンズの線膨張率と前記ガ
ラス半田の線膨張率との差が40×10-7／℃以内の範囲に
あることを特徴とする光結合用レンズ付きホルダ。 - 【請求項２】前記金属製レンズホルダとして、含有率が
炭素0.1％以内、イオウ0.05％以内、リン0.1％、ケイ素
１％以内に抑えられていることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の光結合用レンズ付きホルダ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013066A JP2871780B2 (ja) | 1990-01-22 | 1990-01-22 | 光結合用レンズ付きホルダ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013066A JP2871780B2 (ja) | 1990-01-22 | 1990-01-22 | 光結合用レンズ付きホルダ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03216608A JPH03216608A (ja) | 1991-09-24 |
| JP2871780B2 true JP2871780B2 (ja) | 1999-03-17 |
Family
ID=11822767
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2013066A Expired - Lifetime JP2871780B2 (ja) | 1990-01-22 | 1990-01-22 | 光結合用レンズ付きホルダ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2871780B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6031253A (en) * | 1997-09-30 | 2000-02-29 | Kyocera Corporation | Package for housing photosemiconductor device |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6060606A (ja) * | 1983-09-14 | 1985-04-08 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | 光学装置 |
| JPH01105903A (ja) * | 1987-10-19 | 1989-04-24 | Nec Corp | 発光素子と光ファイバの結合装置 |
-
1990
- 1990-01-22 JP JP2013066A patent/JP2871780B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03216608A (ja) | 1991-09-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| SE8505621D0 (sv) | A process for forming unusually strong joints between metals and ceramics by brazing at temperatures that do not exceed 750?59c | |
| JPH08250796A (ja) | ペルチエクーラおよび半導体レーザモジュール | |
| JP2871780B2 (ja) | 光結合用レンズ付きホルダ | |
| JP3034845B2 (ja) | 銀／銅／パラジウム硬ろうの使用及び複合装置の製造方法 | |
| JPH0267508A (ja) | 光ファイバ固定法 | |
| JPH071811Y2 (ja) | 半導体レ−ザモジユ−ル | |
| JPH08146276A (ja) | レンズ付きホルダ | |
| JP2586123B2 (ja) | 半導体レーザモジュール | |
| JP2833760B2 (ja) | フラットパッケージ形半導体レーザ光モジュール | |
| JPS62276890A (ja) | 電子部品 | |
| JPH11266053A (ja) | キャリア搭載型半導体レーザ | |
| JPH068572Y2 (ja) | 光半導体結合器 | |
| JP2786325B2 (ja) | 光半導体モジュール | |
| JP3600297B2 (ja) | 光アイソレータ部品の接合方法 | |
| JPH0736328Y2 (ja) | 光結合器 | |
| JPH0368907A (ja) | 光半導体装置 | |
| JPS61112108A (ja) | 発光素子モジユ−ル | |
| JPS6126008A (ja) | レンズ付フアイバ成端部 | |
| JPS61279811A (ja) | 光フアイバ支持装置 | |
| JPS62282772A (ja) | ろう付フラツクスの塗布方法 | |
| JPS6211021Y2 (ja) | ||
| JPS63155110A (ja) | 光結合装置及びその製造方法 | |
| JPS61138219A (ja) | 半導体レ−ザ装置 | |
| JPS63163414A (ja) | 光フアイバ固定装置 | |
| JPS63138308A (ja) | 光ファイバー半田接続方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080108 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090108 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100108 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110108 Year of fee payment: 12 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110108 Year of fee payment: 12 |