JPS6076710A - 光結合装置 - 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】 この発明性、光情報伝送用の光素子と光７アイパーとの
結合装置に関するものである。

ＡｌＧａＡｓやＩｎＧａＡｓＰを母材２した半導体レー
ザや発光ダイオードの開発と相まって低損失光ファイバ
ーの開発は、光７アイバー伝送システムの実用化を著し
く加速した。

光７アイバー通信システムにおいて半導体レーザや発光
ダイオードから放射した高品質の光ビームを効率よく、
光ファイバーに結合させる方法を開発することは重要な
課題である。このために、光ファイバーの先端を丸めて
レンズ作用をもたせた方式や、発光素子と光７アイバー
の間に球レンズや円柱レンズ等の結合素子を配置する等
の方法が提案されている。これらの結合素子は発光素子
から数μｍから数１０μｍ程度の距離まで近接させる必
要があシ、各種の保持・固定方法が採用されている。こ
れらの結合素子を用いて、理論値通りの高い光の結合効
率を得るためには、その位信″決めを極めて高い精度で
行わなければならない。例えば、単一モードで発振して
いる半導体レーザ光を単一モード光７アイパーに結合さ
せる場合、結合効率の低下ｅｌｄＢにおさえるためには
、ビーム出射方向で±２０１ｔｍ程度以内、出射方向と
垂直な面内では±２μｍ程度以内に結合素子を調整・固
定しなければならない。

結合素子を１ｉＩＡＩ！・固定する作業は、通常固定さ
れた発光素子にノ…電して発光させ、この発光ビームを
赤外テレビ・カメラで監視するか、又は光ファイバー出
力全測定しながら着脱可能な調整治具にとりつけた結合
素子をｘ、ｙ、ｚ三軸方向に調整して最適位１〜゛を決
める。そのあとで発光素子と結合素子を保持する各々の
金属部材を半田付や溶接等の手段で固定する方法が採用
されている。このとき、半導体レーザ弄の発光素子は、
ヘキ開で形成した反射面や、ｐ−ｎ接合の路用した部分
が空気中の酸素等で咳化し、動作特性を劣化させ、信頼
性を損なうだめ窒素等の不活性ガス雰囲気中で気Ｗｉ刺
止する心安がある。しかるに従来提案されている方法で
−１、半田付や溶接で発光素子と結合素子忙同定する際
、最適調整位置からのズレを数μｍ以内に保った’！　
マ１０−’　ａｔｍ＊ｃｃ／ｓｅｅ以下の気密を得るこ
と（辻極めて困難でめった。

この発明の目的は、上述の欠点を解決するためになされ
たもので、発光素子と光ファイバーとの結合装置におい
て、発光素子と結合素子を最適調整位置からのズレ紫２
μｍ以下にして同定できかつ同時に１０−”　ａ　ｔｍ
・ｃｃ／ｓｅｃ以下の気密封止を再現性良く実現する結
合装置を提供することにある。

この発明によれば光素子を採知する基台と、光素子ｅこ
光学的に結合する結合素子を気密保持するホルダーと、
このホルダーと基台を任意の位置関係に保持固定させる
だめの基台と気密に固定されたガイドリングから成る光
結合装置において、ガイドリンクに溝を形成し、その溝
部とホルダーの筒部がゆるく嵌合するようになっており
、かつに合部でガイドリングと、ホルダーを固定するこ
とを特徴とする光結合装置が得られる。

この発明は、発光素子の材料によらず、かつ半導体レー
ザや発光ダイオードによらず適用できるが、もっとも大
きな効果を与えると考えられる単一モードで発１辰′Ｔ
ゐ半導体レーザと単一モード光ファイバーの結合の場合
を中心に図面を参照して詳細に説明する。

第１図は、従来機業されている結合装置を示す概念的断
面図で、半導体レーザ１はダイヤモンド等からなるヒー
トシンク２を介して、ステム３に融着固定されている。

結合素子４（この例では球レンズで図示しである）は、
ホルダー５に気密状態で同定されている。ステム３に気
密状態で固定されたガイドリンク６とホルダー５はゆる
い嵌合状態になっている。ステム３とホルダー５はそれ
ぞれ微動台で保持され（図示せず）、半導体レーザ１の
発光パターンを結合素子４を通して赤外テレビカメラ等
で監視し、所定の光ファイバー（図示せず）への結合効
率が最大になるようにステム３とホルダー５の位置関係
を調整し、ホルダー５の周囲に設置した高周波コイル（
図示せず）で半田材７を加熱ｍ融ぢせることにより最適
状態で固定できるようになっている。半導体レーザ１等
の光半導体素子はヘキ開で形成した反射面や、ｐｎ接合
の落出した部分が空気中の酸素で酸化し、動作特性を劣
化なせ、信頼性を損なうため通常屋素等の不活性ガス雰
囲気中で気密封止をする必要がある。しかるに従来方法
においては、半田材７がホルダー５とガイドリング６の
全周を均一に溶融・接着する工夫がないため、球レンズ
４と半導体レーザ１の位−関係を数μｍから数１０μｍ
の範囲で微調し半田４月７でそれらの位１４関係ケ固定
し、かつ同時に１０−８ａ０−８ａｔ／ｓｅｃ以上のス
（密封止金性なうことは憾めて困難であり、その歩留は
著しく小さいという欠点を有していた。

第２図は、この発明の芙施例ｒ示す概念的断面図で、第
１図と同じ部材については同一番号を附しである。半導
体レーザ１はダイヤモンドやシリコン等からなるヒート
シンク２を介して、ステム３に融着固定されている。結
合素子４（この例では球レンズで示しである）はホルダ
ー１５に気密状態で固定されている。このとき艮好な気
密状態を得るためにはホルダー１５の材質をコバーとし
低融点ガラスを用いて融着することが好ましい。

ステム３にはガイドリンク１６が溶接によって同心状に
固定さ匍、かつ気密状態になっている。ここで特徴的な
点は、ガイドリンク１６の上部に図示するような溝状リ
ング１１が形成しであることと、ホルダー１５の筒部が
前記溝状リング１１にゆるく嵌合するようになっており
、かつ円筒中央部で外側にふくらむ形状にしであるとこ
ろにある。

実際の調整・固定作業は、結合素子４が上になるように
ステム３とホルダー１５をそれぞれ微動台に保持して（
図示せず）行なうことが肝要である。この位置関係にお
いてホルダー１５の筒部のふくらみ部分の目的の一つは
、別途に形成したリング状半田タプレッ）１７が所定の
位置に再現性よくセットすることにある。次に第１図の
例と同様に半導体レーザ１の発光パターンを結合素子４
全通して赤外テレビカメラ等で監視し、所定の光ファイ
バー（図示せず）への結合効率が最大になるようにステ
ム３とホルダー１５の位置関係を調整し、ホルダー１５
の周囲に設置した高周波コイル（図示せず）等で半田材
１７を加熱浴融させる。

ホルダー１５の筒部のふくらみの他の目的は、溶融した
半田材１７がガイドリング１６及びホルダー１５の間隙
に均−溶は落ちることにある。このときガイドリング１
６及びホルダー１５の金属部に良質の金メッキを施こす
ことにより、加熱溶融された１個分の半田リング１７が
、ホルダーとガイドリンクの間を均一に濡らす確率は４
〜５倍に改善され、５０個試作したところ１３０個は１
０−８１０−８ａｔ／ｓｅｃの気密状態が得られた。次
に半田リング１７を２個にしたところ、溶けた半田材は
溝１１にたまる状態になり、１００−８ａｔ＊ｃｃ／ｓ
ｅｃ以上の気密状態が得られる割合は９０％以上と著し
く改善されることがわかった。このとき、発光素子１と
結合素子４の間の微調作朶は第１図の場合と全く同様に
できるので、高い気密性と高精度の位置調整が必要とさ
れる単一モード光ファイバー用の光結合装置が高い歩留
りで再現性よく得られるようになった。

以上発光素子１及び結合素子４として、半導体レーザ及
び球レンズの場合を中心にしてこの発明について説明し
”Ｔ−ｐｉｔが、この他に発光素子としては発光ダイオ
ード、結合素子としてはロッドレンズや収束性ロフトレ
ンズ等にも使用できることはいうまでもない。また本発
明の実施例では光素子としてづ＾光素子を例として説明
しだが、公知の受光素子を用いても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来提案されている結合装置ケ示す概念的断
面図、第２図は、この発明の実施例を示す概念的断面図
である。ここで、１は半導体レーザ、２はヒートシンク
、３はステム、４は球レンズ、５，１５けホルダー、６
，１６はガイドリング、７．１７は半田材、１１は溝状
リングを示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光素子を保持する基台と、前記光素子に光学的に結合す
   る結合素子を気密保持するホルダーと、該ホルダーと前
   ｄＣ基台を任意の位置関係に保持固定させるだめの前記
   基台と気密に固定されたガイドリングから成る光結合装
   置忙おいて、前記ガイドリングに溝を形成し、咳溝部と
   、前記ボルダ−の筒部がゆるく嵌合するようになってお
   りがっ嵌合部で前記ガイドリングと、前記ホルダーを固
   定することを特徴とする光結合装倣。