JPH03228004A - Laser diode coupling device - Google Patents
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Landscapes
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Abstract
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。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an optical coupling device for coupling light through a lens, and in particular, for coupling optical components such as a laser diode element, a lens, and an optical fiber. In addition, it relates to a laser diode coupling device suitable for stable fixing. [Prior art] In an optical communication system that uses an optical fiber as a transmission path, the light oscillated from a laser diode is taken into the optical fiber as efficiently as possible. Optical coupling device is required. For this reason, a method is used in which optical fibers are coupled using a spherical fiber whose tip has a lens effect, or a method in which optical fibers are coupled through a plurality of lenses. In contrast to the spherical fiber method, the allowable relative positional deviation between the laser diode and the spherical fiber is only about 2 μm.
The method using lenses allows for a large amount of relative permissible positional deviation, which is advantageous in terms of assembly.
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。This type of conventional technology is disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 59-166906, and the coupling device shown in FIG.
A heat sink 5 with a light emitting element 7 protruding from the top surface of the stem 1
The stem 1 is seated on a base 11 via a submount. Also, in this stem 1,
A ball lens holding member 12 on which the ball lens 9 is seated is fixed so as to cover the light emitting element 7, and a ferrule support member 13 on which a ferrule 14 is attached is held on the base 11 so as to cover the ball lens holding member 12. There is. In this condition.
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。Align it to the point where the light output is maximum, and then
1 and the ferrule support member 13 are welded and fixed using a YAG laser.
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。In the above prior art, after the base and the ferrule support member are aligned to obtain maximum optical coupling.
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。Although it is fixed by welding using a YAG laser, residual stress due to solidification occurs in the fixed part during the period from melting during welding to cooling, which may cause positional displacement. In addition, there is a method for welding and fixing residual stress by welding at symmetrical positions to eliminate residual stress on the left and right sides, but it is difficult to weld in two directions at the same time with the same YAG laser output. Furthermore, as a method for eliminating the above-mentioned positional deviation, a method has been proposed in which the outer circumferential surface of the ferrule support member is metallized in the form of a band, and the band-shaped metallized portion is fixed by melting. However, even with this method, there is a problem in that positional displacement may occur due to solidification shrinkage of the brazing material during melting.
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
。An object of the present invention is to provide a structure and a fixing method that do not shift the position even if there is residual stress in the fixed joint.
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。In order to achieve the above object, the present invention forms a stepped groove in advance on the outer periphery of a ferrule support member, inserts a ring-shaped brazing material along the groove, and then aligns the ferrule support with the base. After that, the outer circumference was heated with high frequency to melt and fix the brazing material.
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。A stepped groove is provided on the outer periphery of the ferrule support member, and the brazing material is spread along the groove. When assembling the light, the parts other than the grooves should be in contact with the base.
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。Positioned. When joining the ferrule support member and the pot, the brazing filler metal around the entire circumference is heated and solidified in the groove. During the solidification process, the brazing filler metal tends to solidify and shrink, but since the ferrule support member and the base are in complete contact with each other in areas other than the grooves, and the shrinkage force of the brazing filler metal is weak, this does not act as a force that causes positional displacement.
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。Further, since the ferrule support member is uniformly heated and cooled all around, solidification and contraction on the left and right sides proceed in the same manner, and no force is generated to move it in one direction. Therefore, the ferrule support member and the base can be joined and fixed without any displacement.
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。Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The laser diode 21 is bonded and fixed to the side wall of the case 20 via a thermoelectric cooling element 22 and a substem 23. The substem 23 has a T-shape so that the laser diode 21 can emit light upward. Therefore, the thermoelectric element 22 is bonded and fixed to the side wall using low melting point solder or the like.
By mounting the laser diode 21 on the side wall, laser light is emitted in a direction perpendicular to the side wall. The laser diode 21 emits the same output from the front and rear, and the rear light is received by the monitor diode 24 to control the front output.
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。The forward light used for transmission is condensed by a ball lens 25. After aligning the ball lens 21 with the emission part of the laser diode 21, the Pb-8n is placed on the chip carrier 26.
Bonded and fixed with solder or low melting point glass.
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。The light from the ball lens 21 is further transmitted to the cylindrical rod lens 27.
The light is focused.
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。The fixed part of the ball lens 25 is on the substem 23, and needs to be aligned and fixed with the cylindrical rod lens 27. Therefore, the rod lens 27 is fixed to the axial center of the lens guide 28 with a groove 29 using solder such as PbSngAu-8n. The groove 29 is also a part to obtain airtightness inside the package, and is
cracks in the solder, etc.
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。A method that uniformly heats and cools the entire circumference using high-frequency heating or the like is suitable so that no voids are included. A hole slightly larger than the outer diameter of the lens guide 28 is previously provided in the side wall of the 14-bin type case 20, and the lens guide 28 with a lens is inserted into this hole. The laser diode has already been connected to case 20 by wire bonding.
It is connected to the laser diode and aligns the optical axes of the ball lens and rod lens without causing the laser diode to oscillate. After alignment, the 14 pin 1 case 20 and the lens guide 28 are fixed by YAG welding over the entire circumference. At this time, in order to prevent positional deviation, Y A G 78 contact is performed from two or four directions simultaneously. The source from rod lens 27 is finally coupled to single moat fiber 31. The outer diameter of the fiber 11 is φ125 μm, but the portion through which light is guided is the core portion φ10ILm. Therefore, it is necessary to condense the light from the rod lens 27 as much as possible and make it incident on the φ10 μm core. That is, X+
In order to obtain a structure that adjusts the axis in the direction of y + Z,
first.
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。After the fiber 31 is adhesively fixed in a ferrule 32 made of ceramic or the like, the end face is polished 5 to obtain a core portion into which the light is incident. By providing a ferrule guide 33 that guides the ferrule 32, two-axis adjustment can be made between the ferrule and the guide, and x- and y-axis adjustment can be made between the ferrule guide 33 and the lens guide 28. According to optical coupling experiments, the allowable relative misalignment between the loft lens and the fiber is ±3μ in the X+'/direction when the maximum output is reduced by 1dB.
m, and ±150 μm in the Z direction. Therefore, first, after adjusting the optical axes of the X+Y+Z three axes, the ferrule and the ferrule guide are fixed.
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。The gap between these parts is machined with an accuracy of ±5 μm, and this part is melted and fixed with Pb-3n solder. In this case, by metallizing the ferrule 32, Pb
- Bonding with 3n solder can be ensured. The ferrule and ferrule guide are bonded and fixed together and placed in the lens guide section, and the optical axis of the rod lens and fiber is aligned. Place the ferrule guide in the case where maximum coupling is obtained 4
Press and hold with a load of 00g or more. Next, a high frequency heating jig is provided in the circumferential direction of the ferrule guide 33 to heat the guide portion. The ferrule guide has a roughly stepped groove 34, and the brazing filler metal that is placed along this groove is melted by high-frequency heating, enters the groove, and solidifies. FIG. 2 shows the shape after solidification with the brazing filler metal in the stepped groove. As for the shape of the stepped groove, other examples shown in FIG. 2 include those shown in FIGS. 3(a), (b), and (c). (a) has two grooves made and -1 piece of brazing material is melted and fixed, (b) is a case where the ferrule guide 33 has a canopy and is melted and fixed at this part,
In (c), the groove is trapezoidal, and the contact with the lens guide 28 is linear.
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。Note that there is also a groove 35 on the lens guide 28 side;
It is provided as a heat shield to reduce the transfer of heat during high frequency heating to the case side. Suitable materials for the ferrule guide 33 and the lens guide 34 are Kovar, Fe42Ni, and the like. In addition, the brazing filler metal is
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。A11-Ge, Au-5i, etc. are suitable, and bonding using low melting point glass or the like is also possible.
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。According to the present invention, the ferrule guide 333 and the lens guide 34 are joined together by high-frequency heating, where the entire circumference is heated at once and evenly, and solidification and contraction occur uniformly, so there is no possibility of positional deviation before and after fixing the two. do not have. Furthermore, the strength of the brazing filler metal used is approximately between that of Pb-5n solder and YAG welding, and the condensation shrinkage IR force is not large and does not cause positional deviation.
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
。According to the present invention, after aligning the optical axes of the light from the rod lens and the fiber, it is possible to prevent axis misalignment due to solidification shrinkage or residual stress when joining the lens guide and ferrule guide. Stable optical coupling can be obtained.
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。FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a pan cage according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view of the ferrule kite portion of FIG. 1, FIG. 3 is a sectional view showing the shape of the ferrule guide fixing groove, and FIG. FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a conventional package. 20... Case, 21... Laser diode, 22...
... Thermoelectric cooling element, 25 ... Ball lens, 28 ... Lens guide, 31 ... Fiber, 32 ... Ferrule, 3
3... Ferrule guide.
Claims (1)
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。1. A laser diode element bonded and fixed to one side wall of a package case via a thermoelectric cooling element and a subcarrier, and a first lens bonded and fixed on the subcarrier near the front emission end of the laser diode element. and a second lens bonded and fixed to the other side wall of the package case via a lens guide, and an optical fiber that passes through a fiber guide at one end of the lens guide, so that the light from the laser diode element is aligned on the optical axis. A laser diode coupling device characterized in that, after adjusting the first lens and the second lens so that they are arranged, the fiber guide is fixed by brazing.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2198790A JPH03228004A (en) | 1990-02-02 | 1990-02-02 | Laser diode coupling device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2198790A JPH03228004A (en) | 1990-02-02 | 1990-02-02 | Laser diode coupling device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03228004A true JPH03228004A (en) | 1991-10-09 |
Family
ID=12070381
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2198790A Pending JPH03228004A (en) | 1990-02-02 | 1990-02-02 | Laser diode coupling device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03228004A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0800243A2 (en) * | 1996-03-29 | 1997-10-08 | Nec Corporation | Semiconductor laser module |
| JP2013115149A (en) * | 2011-11-25 | 2013-06-10 | Kyocera Corp | Element housing package and optical semiconductor device |
-
1990
- 1990-02-02 JP JP2198790A patent/JPH03228004A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0800243A2 (en) * | 1996-03-29 | 1997-10-08 | Nec Corporation | Semiconductor laser module |
| EP0800243A3 (en) * | 1996-03-29 | 1998-07-01 | Nec Corporation | Semiconductor laser module |
| JP2013115149A (en) * | 2011-11-25 | 2013-06-10 | Kyocera Corp | Element housing package and optical semiconductor device |
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