JPS61208283A - 光フアイバを発光素子に結合させる方法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、発光デバイスのパッケージに係り、特に半導
体レーザと光ファイバとを光学的に高効率、かつ機械的
に安定な状態に結合するのに好適な方法に関する。

〔発明の背景〕

従来の結合方法では、特公昭５９−３２７６８号で開示
されているように、発光デバイスに近接した光ファイバ
の自由端を金属ポストの上端にレーザ加熱により半田付
けしていたので、加熱中に飛散した半田粒子が発光デバ
イスに付着する危険性が高く信頼性を損なう一因となっ
ていた。更に、上記方法で完成した光源では、光ファイ
バと金属ポストとの間に熱膨張係数の大きい半田層が介
在するので、周囲温度の変化によって発光デバイスに対
する光ファイバの相対位置がずれ易く、従って安定な光
出力を得難いという欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、光ファイバを固定するポスト構造を工
夫することによって上述の従来方法の欠点を除去し、か
つ作業性及び再現性を著しく改善し得る光ファイバを発
光素子に結合させる方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために、本発明では、半田材の装填
及び光ファイバの″半田付は固定をポストに設けた開口
内で行なうことによって、前記半田の飛散現象を完全に
防止し得ること、溶融・固化後の半田がポスト内に拘束
されるため機械的かつ熱的に安定な光フアイバ固定を実
現し得ること、さらにレーザ加熱による半田付けの作業
性及び再現性を著しく改善し得るものである。

〔発明の実施例〕

以下５本発明の一実施例を第１図乃至第４図により説明
する。

第１図は、本発明によるパッケージ型光源の半完成品の
平面図を示し、第２図は第１図のＡ−Ａ′線断面図を示
す。ハウジング１には、光ファイバ２の自由端を堅く拘
束するために設けたポスト部３がＡｇろう付けにより一
体化されている。

さらに、ハウジング１には、スリーブ部材４とファイバ
ガイド部５が取り付けられている。光ファイバ２は、フ
ァイバガイド部５で保持され、半田６によって密封され
ている。半導体レーザ７は１、マウント部材８を介して
ハウジングｌに固着されている。光ファイバ２の自由端
はポスト３の開口１５を貫通して半導体レーザ７に近接
している。

外部リード１１から接続ワイヤリード１２を経由し電力
を供給することにより半導体レーザ７の前・後両面から
実質的に等しい光が放出される。後側の先出゛力面に整
合するようにモニター用のホトダイオード９がマウント
部材１０を介してハウジング１に固着されている。ホト
ダイオード９への入射光は、接続ワイヤリード１３を経
由し外部リード１４に流れる光起電流としてモニターさ
れる。

一方、前面から放出された光出力の大部分はファイバ２
によってハウジング１の外へ取り出され、ファイバ出力
としてＩｉＩ！測される。

パッケージ型光源のファイバ出力を一定に保つ通常の使
用条件では、外部リード１４でモニターされる光起電流
が一定になるように半導体レーザ７を駆動する。このよ
うな駆動状態では、ファイバ出力の変化は、半導体レー
ザ７と光ファイ２の自由端の光学的な結合状態に依存し
ている。第２図から明らかなように、光ファイバ２の自
由端は、ポスト３の開口１５内で工具１６を用いて精密
に位置制御することができる。すなわち、所要のファイ
バ出力を得る位置合せを、よく知られているコンピュー
タ制御方式を用いて短時間で行うことができる。工具１
６としては、図示はしていないが、先端に真空コレット
を設けて光ファイバ２を真空吸着する構造、あるいはピ
ンセットのように光ファイバ２を挟んで保持する構造の
ものを用いる。光ファイバ２の位置合せには、上記方法
以外に、ファイバガイド部５の突出部分を塑性変形させ
る方法もある。

以上述べた何れかの方法により半導体レーザ７に対する
光ファイバ２の位置合せを行うことによって所要のファ
イバ出力を得るための光学的結合を実現する。次のプロ
セスは、上記位置合せの状態を保ちながら、ポスト３の
開口１５内に半田を充填して光ファイバ２を固着するこ
とにより機械的に安定な結合を実現することである。第
２図に示したように、ポスト３の上端には開口１７が開
口１５に通じるように設けてあり、その中に半田１８が
装填されている。第３図は、ポスト３の周辺を示すもの
で引用数字は第２図と共通である。

第３図（ａ）はエネルギー線照射（照射方向を矢印で示
す）により半田１８を加熱している様子を示す。第３図
（ｂ）は溶解した半田１８が開口１５へ流動した状態を
示す。この状態において加熱を停止して半田１８を固化
させることにより光ファイバ２をポスト３に堅く拘束す
ることができる。この時点で、光学的に高効率、かつ機
械的に安定な半導体レーザ７と光ファイバ２の結合が完
成する。半田１８は、Ｐｂ−３ｎ共晶組成の糸状半田（
融点：約１８５℃）を用い、必要量だけ切断して開口１
７に装填すればよく、作業が極めて容易であり、半田付
けの再現性が高い。また、半田付は温度を変えるなどの
必要に応じて、Ａｇ。

Ｉｎ、Ｂｉなどを含むＰｂ−３ｎ系半田（融点：約１０
０〜２００℃）を用いることができる。加熱源としては
、集光した赤外線あるいはレーザ光を用いる。半田付け
におけるフラックスの使用は酸化防止など半田付は性を
高める上で有用であるが、半導体レーザ７の汚染防止を
図る上で避けることが好ましい。したがって、加熱時の
半田酸化を防止するには、不活性ガス雰囲気中で短時間
のうちに半田付は作業を行うことが肝要である。

以上述べた方法以外に、フラックス入り半田を使用でき
る方法もある。以下に、その−実施例について述べる。

まず、フラックス入りの半田１８を用いて光ファイバ２
をポスト３に半田付けする。

次に、フラックス残渣を洗浄・除去したのち、半導体レ
ーザ７及びホトダイオード９をハウジング１に取り付け
る。この時点では、半導体レーザ７と光ファイバ２は第
３図（ｂ）に示したような状態にあるものの、必ずしも
光学的に満足すべき結合状態ではなく、機械的な位置合
せて十分達成し得る位置精度に結合しているに過ぎない
。次に、接続ワイヤリード１２及び１３を取り付け、前
述した方法で半導体レーザ７から一定の光が放出される
ように駆動する。この状態を保ちながら、半田１８を局
所的に加熱して溶融状態にし、工具１６によってファイ
バ２の自由端を操作して所要のファイバ出力を得る位置
合せを行う。この時点で、加熱を停止して半田１８を再
固化させ光ファイバ２をポスト３に堅く拘束させること
によって、光学的に高効率、かつ機械的に安定な結合状
態を実現する。

上記結合方法の利点は、半田付は工程の後にフラックス
残渣の洗浄工程を導入できることにある。

また、融解状態にある半田１８の中で光ファイバ２を僅
かに移動させて位置合せを行う上述の方法は、フラック
ス使用の有無に拘らず、光ファイバ２の位置を再微調す
る必要がある場合に効果的に用いることができる。

半田１８を局所的に加熱するには、レーザ照射が有力が
手段である。しかし、レーザ光は金属光沢面から反射し
易く、シかも半田が溶融するとその表面状態の変化によ
り反射率が変化してしまうため半田付けの再現性を損な
うことがある。一般に１反射率はレーザ光の波長に比例
するのでＣＯ２ガスレーザ（波長：１０．６　　μｍ）
に比べ波長の短いＮｄ：ＹＡＧレーザ（波長：１．０６
ｐｍ）の方が半田付は用加熱源として適している。

第４図は、本発明によるレーザ加熱方法の一実施例を説
明する図である。すなわち、ポスト３の上端にレーザ光
を吸収し易い表面状態を有する耐熱性部材（例えばアル
ミナあるいはＳｉＣなどのセラミックス）で作製したキ
ャップ１９を載置し、これにレーザ照射（矢印で照射方
向を示す）することによって半田１８を間接的に加熱・
溶融させる方法である。本方法を用いれば、上記のよう
なレーザ反射の問題がなく再現性のよい半田付けを行う
ことができる。

光ファイバ２の表面には、半田付は性を高めるため複数
の金属層を被着しである。第１層には、ファイバとの接
着性に富むＮｉ、Ｔｉ、Ｃｒの何れかを用いるが表面層
には半田の濡れ性のよいＡｕを用いる。当然のことなが
ら、光結合する光ファイバ２の先端部分には金属を被着
させない工夫が要る。例えば、後で溶解可能な樹脂をフ
ァイバ２の先端に塗布した状態で金属を被着する方法、
あるいは治具により先端部分をカバーしておく方法など
を用いることができる。金属の被着方法は、上記条件に
応じて、真空蒸着法、イオンブレーティング法、メッキ
法の何れかあるいはその組合せを用いる。

以上の実施例で説明した本発明は、半導体レーザ以外の
発光デバイス、例えば発光ダイオードと光ファイバとの
結合においても適用できる。また、本発明は、第１図及
び第２図に示したパッケージ型光源の外観構造に限定さ
れるものではなく、例えば、発光デバイス及び光ファイ
バを中心軸に設置する、所謂、同軸型パッケージにも適
用できることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、発光デバイスに対する光ファイバの位
置合せ及び半田付は固定の一連工程をポストに設けた開
口内で行えるので溶融半田の飛散による周辺汚染やデバ
イス劣化が防止され、さらに半田量や加熱条件を制御し
易いため半田付けの作業性及び再現性が改善されるなど
の効果がある。

また、本発明によるパッケージ型光源は、光ファイバの
半田付は固定の部分がポストの開口内に堅く拘束されて
いるので外部からの振動が発光デバイスと光ファイバの
結合状態に及ぼす影響を低減でき、かつ半田材に比べて
熱膨張係数が小さい金属でポストを作製することによっ
て半田材の熱変形を抑止できるなど、機械的かつ熱的に
安定な特性が得られるので、光源としての性能及び信頼
性向上に著しい効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるパッケージ型光源の平面図、第２
図は第１図のＡ−Ａ’線断面図、第３図は光ファイバの
半田付は工程を説明する図、第４図はレーザ加熱方式を
説明する図である。 １・・・ハウジング、２・・・光ファイバ、３・・・ポ
スト、７・・・半導体レーザ、９・・・ホトダイオード
、１５・・・開口、１６・・・工具、１７・・・開口、
１８・・・半田、＄用　６．。 （ａ、） 竿４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、発光素子が固着されているハウジング上に、光ファ
   イバをその自由端が該発光素子に近接するように固着す
   る工程を含む光ファイバを発光素子に光学的に位置合せ
   した状態に結合する方法において、該光ファイバの自由
   端を、これを支持するために設けたポストの側面に有す
   る開口を貫通させ発光素子に近接させる工程と、発光素
   子を励起して光出力を得る工程と、光ファイバからの光
   出力を観測しながら上記ポストの開口内で光ファイバの
   自由端の位置を操作する工程と、上記ポストの上側端面
   に設けられている開口に半田を装填した後、該半田を溶
   かし上記ポストの側面に設けた開口内に流し込むことに
   よつて上記光ファイバの自由端を発光素子に対して所望
   の位置に半田付け固定する工程を含むことを特徴とする
   光ファイバを発光素子に結合させる方法。 ２、ハウジングに発光素子が固着され、該発光素子に対
   して光のファイバがその自由端が近接するようにポスト
   の開口内で半田付け固定されている状態において、発光
   素子を励起して光出力を得る工程と、該励起状態を保ち
   ながら上記ポストを局所的に加熱することによつて半田
   を溶融状態にして上記光ファイバの拘束を解く工程と、
   光ファイバからの光出力を観測しながら光ファイバの自
   由端の位置を操作する工程と、ポストの温度を下げるこ
   とによつて上記半田を再び固化させて光ファイバの自由
   端を発光素子に対して所望の位置に半田付け固定する工
   程とを含むことを特徴とする光ファイバを発光素子に結
   合させる方法。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項記載の方法にお
   いて、前記ポストの開口内の半田を加熱するために赤外
   線あるいはレーザを用いることを特徴とする光ファイバ
   を発光素子に結合させる方法。 ４、特許請求の範囲第１項または第２項記載の方法にお
   いて、前記ポストの上端に載置した耐熱性部材にレーザ
   照射することによつて前記半田を溶解することを特徴と
   する光ファイバを発光素子に結合させる方法。 ５、特許請求の範囲第１項、第２項または第４項記載の
   方法において、前記半田はＰｂ、Ｓｎ、Ａｕ、Ａｇ、Ｉ
   ｎ、Ｂｉの何れかを含むことを特徴とする光ファイバを
   発光素子に結合させる方法。 ６、特許請求の範囲第１項または第２項記載の方法にお
   いて、前記発光素子は半導体レーザであることを特徴と
   する光ファイバを発光素子に結合させる方法。