JPH04315488A - レ―ザアレイモジュ―ル - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体レ−ザアレイを
使用したレ−ザアレイモジュ−ルに係り、製造が簡単で
、高効率の光結合を得られるレ−ザアレイモジュ−ルの
構成に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、レ−ザアレイモジュ−ルとして、
例えば電子情報通信学会光通信システム研究会資料Ｎｏ
．ＯＳＣ８９−６７　（関根、佐藤；「アレ−レ−ザを
用いた光ＦＤＭ伝送用送信回路の検討」、光通信システ
ム研究会資料，１９９０，ｐｐ．３５〜４０）に記載の
構成が提案されている。

【０００３】図２は、この従来のレ−ザアレイモジュ−
ルの構成例を示す図である。図２において、１は半導体
レ−ザアレイチップ（以下、レ−ザアレイと略記する）
で、４個のレ−ザ素子１１，１２，１３，１４を等間隔
に集積化しており、各々独立に光を出力する。２は第１
のレンズで、レ−ザ素子１１〜１４の光出力を一括して
透過するもので、１枚のレンズで構成されることもある
が、収差の除去のため複数のレンズを用いた組合せレン
ズで構成されることもある。

【０００４】３は光アイソレ−タで、第１のレンズ２側
から入射する光のみを透過するように配置し、反射戻り
光によるレ−ザ素子の特性劣化を防止する。なお、より
簡易な構成のモジュ−ルでは、光アイソレ−タ３を装備
しないものもある。４は第２のレンズで、光アイソレ−
タ３を透過したレ−ザ素子１１〜１４の光出力を個々に
集光する。この第２のレンズ４も第１のレンズ２と同様
に、１枚のレンズで構成されたものを使用する場合と組
合せレンズで構成されたものを使用する場合とがある。 ５は光伝送路アレイで、光伝送路としての光ファイバ５
１，５２，５３，５４を等間隔で配置してあり、その間
隔はレ−ザ素子間隔に、二つの第１および第２のレンズ
２，４の構成によって決まる光学系の倍率を乗じたもの
である。

【０００５】このような構成では、通常、発光源、即ち
、レ−ザアレイ１を第１のレンズ２の焦点位置に、光伝
送路アレイ５を第２のレンズ４の焦点位置にそれぞれ配
置し、第１のレンズ２を通過した光線が平行光となるよ
うにして、第１のレンズ２と第２レンズ４の位置ずれ許
容度を大きくする。

【０００６】次に、レ−ザ素子の光出力が光ファイバに
結合する経路を、レ−ザ素子１１を例にとって説明する
。

【０００７】まず、レ−ザ素子１１の光出力は、第１の
レンズ２で平行光線に変換される。この平行光線は光学
系の中心軸（第１のレンズ２と第２のレンズ４の中心を
結ぶ線、以下、光軸と称す）ＯＡに対して斜めに進む。 これは、レ−ザ素子１１が、図２に示すように、光軸Ｏ
Ａから離れて配置されているためである。次に、この平
行光線は、光アイソレ−タ３に入射して透過し、第２の
レンズ４で光ファイバ５４のコア中心に集光され、結合
される。

【０００８】このとき、良好な光結合を得るため、集光
ビ−ム径を光ファイバのビ−ム径に一致するようにビ−
ム径の変換を行っている。ビ−ム径変換倍率として、例
えばレ−ザ素子の発振波長が１．５５μｍ帯の場合、レ
−ザ素子のビ−ム径が２〜２．５　μｍ程度、光ファイ
バのビ−ム径が約１０μｍであるので、４〜５倍にする
と良い。 また、集光ビ−ムの中心位置（以下、集光位置と称す）
と光ファイバのコアの中心位置とを光学微動台を使用し
て正確に一致させる。

【０００９】このようにして、レ−ザアレイ１のレ−ザ
素子１１の光出力は、光伝送路アレイ５の光ファイバ５
４に結合し、出力される。以下、同様にレ−ザ素子１２
の光出力は光ファイバ５３と結合し、レ−ザ素子１３の
光出力は光ファイバ５２と、レ−ザ素子１４の光出力は
光ファイバ５１と結合し、出力される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のレ
−ザアレイモジュ−ルでは、レ−ザ素子の光出力のビ−
ム径をレンズ系により光ファイバのビ−ム径と一致させ
るとともに、集光位置と光ファイバのコアの中心位置と
を正確に一致させることでレ−ザ素子と光ファイバの光
結合を高効率で行おうとしていた。

【００１１】しかしながら、高効率な光結合を得るため
には、集光位置と光ファイバのコア中心の位置ずれをμ
ｍオ−ダで一致させる必要がある。例えば、図３に示す
ように、この位置ずれに起因する結合効率の低下を０．
５ｄＢ　以内にするには、二つの中心位置を±１．８　
μｍの精度で一致させる必要がある。

【００１２】このため、従来のモジュ−ルを製造する場
合、各部品の正確な位置合わせが不可欠で、精度良く製
作された治具や高価な位置合わせ装置が必要であり、製
造に要する費用が高くなるとともに、各部品の位置合わ
せに要する時間が長くなり、ひいては生産性の低下を招
くという欠点があった。

【００１３】また、各部品の固定に使用する光学接着剤
の乾燥時の応力により、部品の取り付け位置がずれて、
結合効率の低下を招くとともに、製品の歩留まり・信頼
性が低下するという欠点あった。

【００１４】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、安価に、かつ、容易に製造でき
るとともに、製品歩留まりの向上を図れるレ−ザアレイ
モジュ−ルを提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、請求項１では、複数のレ−ザ素子を集積化した半導体
レ−ザアレイと、少なくとも一のレンズと、前記レンズ
により前記レ−ザ素子と各々光学的に結合する光伝送路
を配置した光伝送路アレイとを備えたレ−ザアレイモジ
ュ−ルにおいて、前記半導体レ−ザアレイと前記光伝送
路アレイとの間に、前記レ−ザ素子の光出力を透過する
材料で形成した光透過部を少なくとも一つ設け、かつ、
前記光透過部を前記レ−ザ素子の集光位置が所定の位置
となるように、光透過面を光軸に対して所定角度をもた
せて配置した。

【００１６】また、請求項２では、前記光透過部の光透
過面の光軸に対する角度を可変とする手段を設けた。

【００１７】

【作用】請求項１によれば、光透過部の固定の際に、レ
−ザ素子の集光位置と、光伝送路アレイの各々の中心位
置との位置ずれが補正され、光結合効率が最大となるよ
うに調整される。

【００１８】また、請求項２では、光透過部の光透過面
を任意の角度回転させることによって、レ−ザ素子の集
光位置が変化させられ、光伝送路アレイの中心位置との
位置ずれが随時補正され、光結合効率が最大となるよう
に調整される。

【００１９】

【実施例】図１は、本発明に係るレ−ザアレイモジュ−
ルの第１の実施例を示す構成図であって、従来例を示す
図２と同一構成部分については同一の符号をもって表す
。

【００２０】即ち、１はレ−ザアレイで、ｎ個のレ−ザ
素子１１〜１ｎを等間隔で集積化している。２，４は各
々第１及び第２のレンズである。これら二つのレンズ２
，４としては、従来例の項で説明したように、１枚のレ
ンズで構成したものを使用しても良いが、収差除去のた
めに複数のレンズで構成する組合せレンズを使用しても
良い。これら第１および第２のレンズ２，４によりレ−
ザアレイ１の各レ−ザ素子１１〜１ｎの光出力を集光す
る。

【００２１】５は光伝送路アレイで、光伝送路としての
光ファイバ５１〜５ｎを等間隔で配置してあり、その間
隔はレ−ザ素子間隔に、レンズ系の構成によって決まる
光学系の倍率を乗じたものである。この時の光学系の倍
率は前述した通り、レ−ザ素子のビ−ム径を光ファイバ
のビ−ム径に一致させるようにすれば高効率な光結合が
得られる。光通信で利用される、波長１．５５μｍ帯の
場合、４〜５倍が適当である。

【００２２】また、６はレ−ザ素子５１〜５ｎの光出力
を透過する材料で形成した光透過板で、例えば、光学ガ
ラスからなり、この光学ガラスを使用すると広範囲の波
長の光に対応できる。また、光通信で使用される１．５
５μｍ帯の光を透過する材料としては、シリコン・酸化
ジルコニア等を使用できる。この光透過板６は、第２の
レンズ４と光伝送路アレイ５間に配置され、光透過面を
光軸ＯＡに対して所定角度をもたせ、第２のレンズ４を
介したレーザ素子１１〜１ｎの出力光の集光位置をシフ
トし、正確に各光ファイバ５１〜５ｎのコア中心に一致
させて光結合を行うように固定してある。

【００２３】このような構成では、通常、レーザアレイ
１を第１のレンズ２の焦点距離（Ｆ１）の位置に、光伝
送路アレイ５を第２のレンズ４の焦点距離（Ｆ２）の位
置に配置し、レンズ間距離は第１のレンズ２と第２のレ
ンズ４の焦点距離の和（Ｆ１＋Ｆ２）となるように配置
される。

【００２４】次に、上記構成において、レーザ素子の光
出力が光ファイバに結合する経路を、レーザ素子１１を
例にとって説明する。

【００２５】レーザ素子１１の光出力は、第１のレンズ
２で平行光線に変換され、第２のレンズ４で集光される
。第２のレンズ４で集光された光は、次に光透過板６に
入力し、ここで集光位置が平行シフトされる。

【００２６】図４は、この集光位置のシフトについての
説明図である。図４では、第２のレンズ４から出力され
るレーザ素子１１の光出力を光線ＲＬ１とし、光軸ＯＡ
方向をＺ軸、それと垂直な方向をＸ軸としている。

【００２７】光線ＲＬ１は、第２のレンズ４からＺ軸に
平行な方向に出力され、光透過板６に入力する。この時
、光透過板６は、その光透過面が光軸（Ｚ軸）ＯＡに対
してθだけ傾けてあるので、光線ＲＬ１はスネルの屈折
の法則に従って、光の進行方向が変化する。この時の角
度は、図４に示すように、光透過板６の表面に立てた垂
線に対する光線ＲＬ１の角度をδとすると、次式で示さ
れる。

【００２８】 　　　　　　　　　　　　ｓｉｎ　δ＝ｎ０・ｓｉｎ　
θ／ｎ１　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　…（１）但し、ｎ０は空気の屈折率であ
り、ｎ１は光透過板６の屈折率で、光学ガラスを用いた
場合は１．５である。

【００２９】このようにして光線ＲＬ１は、光透過板６
の内部をＺ軸に対して（θ−δ）の角度もって斜めに進
行し、ガラス板の背面で同様の屈折が起こり、入射した
時と同様の進行方向、即ち、Ｚ軸に平行な方向となって
出射する。このため、光線ＲＬ１はＸ軸上でΔＸだけ集
光位置がシフトされることになる。このシフト量ΔＸは
、次の（２）式で表される。

【００３０】 　　　　　　　　　　　　ΔＸ＝｛Ｔ・ｓｉｎ　（θ−
δ）｝／ｃｏｓ　δ　　　　　　　　　　　　　　…（
２）但し、Ｔは光透過板６の厚さ、δは（１）式で示す
値である。

【００３１】図５は、上記（２）式から求めた光透過板
６の傾きと集光位置のシフト量の関係を示す図である。 図５は、光透過板６として光学ガラスを用いた場合を示
しており、横軸は光学ガラス板の傾きを、縦軸は集光位
置のシフト量をそれぞれ表している。

【００３２】図５から分かるように、光透過板６の傾き
を変えることにより、集光位置をＸ軸と平行な方向につ
いてμｍオーダで調整できる。また、光透過板６の厚さ
Ｔを変えることで、調整範囲を任意に選択できる。ここ
では、光透過板６をＸ−Ｚ平面上で傾けた場合について
説明したが、Ｙ−Ｚ平面（Ｙ軸は図４において紙面と垂
直な軸）内で傾ければＹ軸と平行な方向の集光位置の調
整も可能であり、レーザ素子の集光位置をＸ−Ｙ平面内
で自由に調整できる。

【００３３】このようにして、光透過板６の傾きを調整
して固定することで、レーザ素子１１の集光位置をシフ
トし、正確に光ファイバ５ｎのコア中心に一致させて光
結合を行なうことができる。他のレーザ素子１２〜１ｎ
についても、図４に示すように（ここでは例としてレー
ザ素子１ｎから出力される光線ｎについて図示する）光
線ＲＬ１と同じだけ集光位置がシフトする。

【００３４】なお、レーザ素子１１〜１ｎ及び光ファイ
バ５１〜５ｎは直線上に配置してあるため、レーザ素子
１１の出力（光線ＲＬ１）およびレーザ素子１ｎの出力
（光線ＲＬｎ）の集光位置を各々光ファイバ５ｎおよび
５１のコア中心に一致させるように光透過板６を固定す
れば、他のレーザ素子１２〜１（ｎ−１）からの出力の
集光位置も自動的に各々の光ファイバ５（ｎ−１）〜５
２のコア中心に一致する。

【００３５】以上説明したように、本第１の実施例によ
れば、レーザアレイ１の各レ−ザ素子１１〜１ｎの出力
光を集光する第２のレンズ４と光伝送路アレイ５との間
に、レーザ素子の光出力を透過する材料からなる光透過
板６を配置し、かつ、光透過板６をレーザ素子の光出力
の集光位置が所定の位置となるように光軸ＯＡに対して
所定の傾きをもって固定したため、モジュール製造時の
光部品の位置ずれによるレーザ素子の光出力の集光位置
と光伝送路の中心位置のずれを光透過板６の固定接着時
にμｍオーダで補正し、一致させることができ、高効率
の光結合を容易に得ることができ、製造時に高価な位置
合わせ装置が必要なくなるとともに、各光学部品の位置
合わせに要する時間も短縮されることから、安価で製作
の容易なレーザアレイモジュールを提供できる利点があ
る。

【００３６】また、光学部品の接着に使用する接着剤の
乾燥時の応力等による部品の位置ずれも光透過板の固定
時に補正することができ、製品歩留まりの向上が図れる
。

【００３７】図６は、本発明に係るレ−ザアレイモジュ
−ルの第２の実施例を示す構成図である。

【００３８】本第２の実施例が前記第１の実施例と異な
る点は、第２のレンズ４と光伝送路アレイ５との間に、
例えば光学ガラスからなる第１および第２の光透過板６
，７を縦列に配置し、かつ、各光透過板６，７に回転軸
６１，７１をそれぞれ設け、例えば手動により回転軸６
１をＹ軸を中心に回転させることにより第１の光透過板
６をＸ−Ｚ平面内で傾斜させ、また、回転軸７１をＸ軸
を中心に回転させることにより第２の光透過板７をＹ−
Ｚ平面内で傾斜させ、集光位置のシフト量を任意に調整
できるように構成している。

【００３９】次に、このような構成におけるレーザ素子
１１〜１ｎと光伝送路アレイ５の光ファイバ５ｎ〜５１
との光結合について説明する。

【００４０】前述したように、レーザ素子１１〜１ｎの
光出力は、第１及び第２のレンズ２，４を通過する。第
２のレンズ４を通過した光出力は、第１の光透過板６に
より、前述したように図６に示すＸ軸方向に集光位置を
シフトされる。この際、回転軸６１により傾きが調整さ
れる。この時のシフト量は、前述の（２）式で示す値と
なる。同様に、第１の光透過板６を通過した光は、第２
の光透過板７によりＹ軸方向に集光位置をシフトされる
。この時は、回転軸７１により傾きが調整され、シフト
量が任意に調整される。

【００４１】このようにしてレーザ素子１１〜１ｎの光
出力の集光位置を、光透過板６，７の傾きを随時調整す
ることでそれぞれ光ファイバ５ｎ〜５１のコア中心に一
致させ、高効率で光結合をすることができる。

【００４２】以上説明したように、本第２の実施例によ
れば、第１の実施例の効果に加えて、長期的な光学部品
の位置ずれを随時補正することができ、長期的信頼性の
高いレ−ザアレイモージュールを実現できる。

【００４３】なお、上記第１および第２の実施例では、
集光位置を調整する光透過板６，７を第２レンズ４と光
伝送路アレイ５との間に配置したが、レーザアレイ１と
第１のレンズ２との間に配置してもよいことはいうまで
もない。また、本実施例では、光アイソレータを内蔵し
ていないものについて述べたが、従来例を示す図２のよ
うに、光アイソレータを内蔵したレーザアレイモジュー
ルにおいても、光透過板６，７を挿入すれば、同様の構
成ができることは勿論である。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１によれば
、モジュール製造時の光部品の位置ずれによるレーザ素
子の光出力の集光位置と光伝送路の中心位置のズレを光
透過板の固定接着時にμｍオーダで補正し、一致させる
ことができ、高効率の光結合を容易に得ることができ、
製造時に高価な位置合わせ装置が必要なくなるとともに
、各光学部品の位置合わせに要する時間も短縮されるこ
とから、安価で製作の容易なレーザアレイモジュールを
提供できる利点がある。

【００４５】また、光学部品の接着に使用する接着剤の
乾燥時の応力等による部品の位置ずれも光透過板の固定
時に補正することができ、製品歩留まりの向上が図れる
。

【００４６】また、請求項２では、長期的な光学部品の
位置ずれを随時補正することができ、長期的信頼性の高
いレ−ザアレイモージュールを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るレーザアレイモジュールの第１の
実施例を示す構成図である。

【図２】従来のレーザアレイモジュールを示す構成図で
ある。

【図３】位置ずれ量と結合効率の関係を示す図である。

【図４】光透過板による集光位置のシフトについての説
明図である。

【図５】光学ガラス板の傾きと集光位置のシフト量との
関係を示す図である。

【図６】本発明に係るレーザアレイモジュールの第２の
実施例を示す構成図である。

【符号の説明】

１…半導体レーザアレイ １１〜１ｎ…集積化されたレーザ素子 ２…第１のレンズ ４…第２のレンズ ５…光伝送路アレイ ５１〜５ｎ…光ファイバ（光伝送路） ６，７…光透過板 ６１，７１…光透過板６，７の回転軸

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　複数のレ−ザ素子を集積化した半導体
   レ−ザアレイと、少なくとも一のレンズと、前記レンズ
   により前記レ−ザ素子と各々光学的に結合する光伝送路
   を配置した光伝送路アレイとを備えたレ−ザアレイモジ
   ュ−ルにおいて、前記半導体レ−ザアレイと前記光伝送
   路アレイとの間に、前記レ−ザ素子の光出力を透過する
   材料で形成した光透過部を少なくとも一つ設け、かつ、
   前記光透過部を前記レ−ザ素子の集光位置が所定の位置
   となるように、光透過面を光軸に対して所定角度をもた
   せて配置したことを特徴とするレ−ザアレイモジュ−ル
   。
2. 【請求項２】　　前記光透過部の光透過面の光軸に対す
   る角度を可変とする手段を設けた請求項１記載のレ−ザ
   アレイモジュ−ル。