JPS63198389A - 光フアイバ付発光装置とその組立方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光ファイバ付発光装置とその製造組立に係り、
特に光通信に用いるに好適な光ファイバ付発光装置とそ
の組立方法に関する。

〔従来の技術〕

光通信等に用いる光ファイバ付発光装置は、レーザダイ
オード、集精化光デバイス（ＯＥＩＣ）等の半導体発光
素子の出射面と、光ファイバの先端である光結合端とが
対面するように構成されている。そして光ファイバの光
結合端は、半導体発光素子からの出射光を効率よく通入
するために、予め先球レンズ加工をしている。このＲ１
造で光結合させると、半導体発光素子の出射面と光ファ
イバの光結合端との光軸の相対位置ずれにより光結合効
率が変化する。

今、半導体発光素子として例えばレーザダイオードを使
用し、光ファイバとしてコア径が５〜１０μｍφのシン
グルモードファイバを使用する。

このレーザダイオードと光ファイバの光結合端との相対
位置の変化として光軸方向を２方向、光軸方向に対して
垂直方向をＸ方向、水平方向をＸ方向とした場合、Ｘ方
向と２方向の位置ずれ量に対する光結合効率の変化は第
５図及び第６図に示すようになる。第５図及び第６図か
られかるように、光結合効率はＸ方向（Ｘ方向について
も同様）の位置ずれに対し許容範囲が小さく、位置ずれ
量が±１μｍに対し光結合効率が約１５％低下する。

尚、この結果は光ファイバとしてシングルモードファイ
バ（コア径５〜１０μｍφ）を使用したものであり、マ
ルチモードファイバ（コア径４５〜６２μｍφ）に対し
ては上記の許容範囲は幾分大きくなる。一方、Ｚ方向の
位置ずれに対する許容範囲はＹ方向の許容範囲に比べて
大きくなる。

そこで従来は例えば特開昭５０−４３８８９号公報掲載
の如き対応をしていた６即ち光ファイバの光結合端部を
可塑性の光ファイバ支持体に設けられた孔又は溝におい
て固定しこの支持体を変形させることによってＸ方向及
びＹ方向に対するずれを調整できる構造をとっている。

而して光ファイバに取り込まれる光出力を検出して、光
出力が最大となるように光ファイバ或いはファイバガイ
ドの先端近傍を上下、左右に微動させ、光結合端の位置
を調整するものである。

またエヌ・イー・シー（ＮＥＣ）技報、ｆｆ￥３６巻、
第１２号（１９８３年）第１８頁から第２３頁において
は、レーザダイオードのチップオンキャリアを光ファイ
バ支持体と−・体構造にしている。これはレーザ光出射
部と光ファイバ支持部（ＩＩＡ定部）との位置関係が温
度変化に対してずれないように膨張係数を合わせる構造
である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来構造はいずれも半導体発光素子から発振した光
軸に対し、光ファイバが直角、平行であることを条件と
したものであり、パッケージの加工、Ｒ１立て時に発生
する位置ずれに対しては何等配慮がなされていなかった
。例えば特開昭６０＝４３８８９号公報に記載のタイプ
では添付の第４図に示すように、ステム３．光ファイバ
支持部３　ｅ　ｈｆｌ。

びにファイバガイド９の材料としてコバールを、また光
ファイバ１１としては石英ガラスを用いている。光ファ
イバ１１の先端部は光ファイバ支持部３ｅに設けられた
孔１５にいて例えばはんだの如き固定材１６で固定し、
ファイバガイド９の先端部も例えばはんだの如き接合材
〕、２にて固定している。

この構造では、パッケージ加工組立ての際に光ファイバ
支持部３ｅの孔１５が設計値よりも高い（或いは低い）
位置となり、またファイバガイド９も同様に設計値より
高い（或いは低い）位置となることがある。この状態で
光ファイバ１１をファイバガイド９に通し半導体発光素
子（例えばレーザダイオード７）との光結合をとると、
光ファイバ１１は第４図の実線のようにたわんだ形とな
って光ファイバ支持部３ｅの孔１５にて固定されること
になる。一方、例えばパッケージ温度が上昇すれば、ス
テム３に対して光ファイバ１１の熱膨張係数は小さいか
ら光ファイバ１１を引張ることになる。それ故ファイバ
１１にあるたわみは第４図の破線で示すように減少して
むしろ直線的となり、その結果光ファイバ先端部と発光
素子の出射面との間で位置ずれを起こすことになる。

本発明の目的は光出力変化が温度に左右されず安定した
光結合効率を維持し得る光ファイバ付発光装置とその組
立方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的はステムと光ファイバ支持部とファイバガイド
支持部とを一体成形することにより達成される。

本願発明に係る光ファイバ付発光装置は、発光素子と、
発光素子を搭載する素子支持部と、光ファイバと、光フ
ァイバ支持部と、ファイバガイドと、ステムとを備えて
いる。光ファイバは発光素子の出射面にその先端が対面
している。光ファイバ支持部は光ファイバ先端部位置を
維持すべく光ファイバを支持するものである。ファイバ
ガイドは光ファイバを挿入固定するものである。そして
ステムは上記各部品を搭載し固定するものである。

本願第１番目の発明はこのステムの一部を突出させて光
ファイバ支持部を形成すると共に、ステムの周辺を部分
的に突出させてファイバガイドを支持固定するファイバ
ガイド支持部を形成することを特徴とする。従ってこの
発明はステムがパッケージを兼用する場合を含む。

本願第２番目の発明はこのステムを収納するパッケージ
を備えていて、ステムの一部を突出させて光ファイバ支
持部を形成すると共に、ステムの周辺にファイバガイド
を支持固定するファイバ支持部を形成することを特徴と
する。

更に本願第３番目の発明は特に上記第２番目の発明に係
る光ファイバ発光装置に好適な組立方法であって、（１
）その中央近傍と周辺部とを突出させて夫々の突出部に
貫通孔を形成したステムの上記周辺突出部貫通孔にファ
イバガイドを挿入し。

（２）このファイバガイド先端より光ファイバを露出さ
せて光ファイバを上記中央近傍突出部貫通孔に通し、（
３）その先端が発光素子の出射面に対向するよう位置合
わせをした後、（４）ステムをパッケージに組み込んで
ネジ固定することを特徴とする。

いずれにせよ、光ファイバ支持部は貫通孔を有し、貫通
孔に光ファイバを通すことによりこれを支持・固定する
ことが精度上、位置ずれ防止上も有効である。またこの
貫通孔と発光素子の出射面とを結ぶ直線上にファイバガ
イドが位置するようファイバガイドをファイバガイド支
持部に固定することが同様の理由で有効である。

光ファイバ支持部が光ファイバ支持位置とステムから突
出する根元部との間に凹部を形成していると光結合のｖ
Ｉｌ′ｆ！４整に有効である。この場合、光ファイバ支
持部が軸状であれば、凹部は少なくとも軸の中心につい
て対称位置に存することが望ましく、特に凹部は光ファ
イバ支持部を一周していることが好ましい。一方、光フ
ァイバ支持部が板状であれば・凹部は板の両面に存する
ことが望ましい。

ファイバガイド支持部はステムの周辺部乃至周辺突出部
に開口する孔部に形成されることが組立上、精度上好ま
しい。

尚、本願筒２．第３番目の発明については、ステムの周
辺は上方へ突出しており、パッケージの側部が開口し、
この開口部にステムを側方より差し込み、ステム周辺突
出部をパッケージ側部開口部に嵌合固定することが望ま
しく、更に、パッケージの上面でかつ前記のステム嵌合
部側に２箇所の取付穴を設けてステムとパッケージとを
この取付穴にてネジ固定することが簡便さの点で有効で
ある。

〔作用〕

本発明は上記の通りファイバガイド支持部も光ファイバ
支持部もステムと同一材料でかつステムと一体に形成さ
れているから、ステムとこれらの部品とを接着するはん
だ等の接着剤は不要である。

よってこの接着剤と各部品との熱物性例えば線膨張係数
が異なることに起因する温度変化に伴う位置ずれは容易
に防止されることになる。

特に先ずステムの側面部にファイバガイド挿入用孔を加
工すると、この孔の中心を利用して光ファイバ支持体に
光ファイバ挿入孔を容易かつ正確に開けることができる
。更にこのようにして加工したファイバガイド固定用孔
の中心と光ファイバ支持体の孔とは同一中心線上にある
為、これに光ファイバガイドを挿入しも光ファイバがた
わむことが無い、従ってパッケージに温度変化があって
も半導体発光素子と光ファイバ先端との相対ずれは生じ
ない。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る光ファイバ対発光装置
の平面図である。パッケージＬは外形が略長方体であっ
て、上面は開口しておりこの開口部１ａが窓となるよう
にこの部分が４２をされている。上面の２つの九１ｂは
後述するステムとパッケージ１とを固定する為のネジ（
図示せず）を通す位置である。

第２図は第１図の１−■′断面図であり、第３図はその
部分拡大図である。第２図から明らかなように本実施例
においてはステム３がパッケージ１の内部に組込まれて
いる。本実施例ではパッケージ１及びステム３はコバー
ル材から成る。パッケージ１とステム３とは、パッケー
ジ１の内部底面とステム３の底面との間、及び／または
パッケージ１の内部側面１ｃとステム３の内部側面との
間で、はんだ睡の接合材４により固定接合されている。

ステム３の内部上面３ｂ上にはステム３の一部が突出し
た金属台３ｃが形成されている。この金属台上には炭化
珪素（ＳｉＣ）系セラミクスからなるサブマウント５が
はんだ等の低融点の接合材６を介して搭載されている。

レーザダイオード７はこのサブマウント５上に、はんだ
等の低融点の接合材８を介して固定されている。

レーザダイオード７の出射面に対面するステム３の内部
側面３ａには貫通孔３ｄが形成されている。この貫通孔
３ｄには管体状のファイバガイド９が嵌合し、ステム３
〜ファイバガイド９間ははんだ等の低融点の接合材１０
で固定されている。

ファイバガイド９の断面は第２図及び第３図に示すよう
な段付形状になっており、先端はステム３内部に至って
突出部９ａを形成している。

光ファイバ１１はファイバガイド９内を貫通しての先端
はレーザダイオード７のレーザ光を発振する出射面に対
面するように配設されている。光ファイバ１１はファイ
バガイド９の突出部９ａの端部においてはんだ或いは接
着剤等の接合材１２により接合固定されている。この固
定部はパッケージ１内外の気密をとる部分でもある。フ
ァイバガイド９内の光ファイバ１１は、ファイバガイド
９内に挿入された例えばガラス管体１３内を貫通すると
共に、接着剤等の固定材１４により充塀固定されている
。

一方、光ファイバ１１の光結合端側はレーザダイオード
７からの出射光をできるだけ効率良く、また安定的に入
射させるべく先球レンズ加工処理しである。また光ファ
イバ支持部３ｅに穿設されだ円形断面の孔１５に挿入さ
れ、この孔１５に充填されたはんだ等の固定材１６によ
り固定されている。この光ファイバ支持部３ｅはステム
３が突出した部分であり、本例においては円柱状突起（
第１図参照）であるが、パッケージ１内部或いはステム
３内部を横断する壁状であっても差し支えない。３ｆは
この光ファイバ支持部３ｅ側面（本例では円柱の周［）
に形成された凹部である。

レーザダイオード７の他方の出射面にはフォトダイオー
ド等の受光素子１７が対面している。この受光素子１７
は一部ステム３の内部上面３ｂに接合された支持体１８
の取り付けられている。受光素子１７の信号引出用リー
ド線１９．２０はパッケージ１の側壁１ｄを貫通して外
部に延長されており、パンケージ１の側壁１ｄと各リー
ド線とは絶縁をとるべく各リード線しこガラス封止が施
されている。

一方パッケージ１の他の側壁には２本のリード線２１．
２２が配設されている。リード線２１はグランドリード
であってパッケージ１若しくはステム３に溶接されてお
り、ステム３を経てレーザダイオード７の下部電極と電
気的に接続している。

また他方のリード線２２はステム３に図示されてはいな
いがガラス封止され、内端側がレーザダイオード７の上
部電極と電気的に接続されている。

上記の光ファイバ発光装置の組立例を次に説明する。先
ず予めステム３の内部上面３ｂを加工して突起３ｃ、３
ｅ、３ｇを形成する。３ｃはレーザダイオード７搭載用
の金属台であ河、３ｅは光ファイバ支持部であり、３ｇ
は周端部突起である。

尚、突起３ｅには凹部３ｆを加工する。次いで周端部突
起３ｇに貫通孔３ｄを穿孔加工する。そしてこの孔中心
を利用して光ファイバ支持部３ｅの孔部穿孔位置を決め
て孔１５を開口加工する。

しかる後周端部突起３ｇの貫通孔３ｄに光ファイバ１１
付きのファイバガイド９若しくはファイバガイド９のみ
を嵌合させ固定する。次いで貫通孔３ｄ、孔１５の各中
心を結ぶ中心軸を通るように光ファイバ１１の先端部を
孔１５に通してこれに貫通固定する。尚、予めファイバ
ガイド９に光ファイバ１１が固定されている場合には貫
通孔３ｄへのファイバガイド１１の嵌合と同時に光ファ
イバ１１の先端を孔１５に挿入し固定する。

こうして得られた部品搭載済みステム３をパッケージ１
の側方から挿入固着し、パッケージ上面（九１ｂ位置）
からのネジ止めにより固定する。

尚、ステム３及びファイバガイド９の材料は熱膨張係数
の低い鉄−３６ニツケル系合金（Ｆ　ｅ　−３６Ｎｉ、
　　α＝　２　Ｘ　１０−６（’Ｃ”−”）　）　を使
用し。

光ファイバ１１として石英ファイバを使用して。

熱ひずみの発生をできるだけ抑えている。

上記実施例によれば予めステム３上に精度を要求される
各部品を搭載した後にパッケージ１に組み込むので位置
ずれが防止できる。更に高精度の加工が簡便に実施可能
である。

凹部３ｆがある為組立前或いは組立後に光ファイバ支持
部３ｅを軽くたたく等して位置関係の微調整をする。

ガラス管体１３．固定材１４並びに接合材１２によりパ
ッケージ１の内側は気密に封止されると共にファイバガ
イド９の表面を伝わってくる水分から光ファイバ１１等
が保護される。また光ファイバ１１に対する補強効果も
高い。

受光素子１７はレーザダイオ−シフから出射されるレー
ザ光の光強度を測定し、その測定信号に基づきレーザダ
イオード７の動作用電流を調整し、光ファイバ１１内を
伝送するレーザ光の光強度を所定値に制御する。

尚、本発明の各構成部品に使用する材料は上記実施例の
ものには限定されず１例えばステム３に炭化珪素（Ｓｉ
Ｃ）系セラミクス、ファイバガイド９に鉄−４２ニツケ
ル（Ｆｅ−４２Ｎｉ）系合金やコバール等を使用しても
良い。

第４図、第５図及び第６図は従来例を示し、〔従来の技
術〕の項にて述べた如き問題がある様子を説明している
。

ところで本発明は上記第１実施例のタイプには限定され
ず、例えば第７図のようにステム３がパッケージを兼用
するタイプにも適用可能である。

本例によればパッケージへの挿入は無いから工数低減が
可能となる。但し本例においてはこのパッケージ兼用ス
テム３上に概ねの部品を組み込んでから凹部３ｆによる
位置関係の微調整を行うことになる。

また第３図に示した実施例ではファイバガイド９の先端
の突出部９ａを斜めにカットしていたが、これは第８図
のようにしても良い。第８図の実施例は突出部９ａにて
はんだ等による固定をする構造を同軸構造とし、光ファ
イバ１１をより％”！　、ｔ−良く組立固定している。

具体的には、同軸円筒１１！造のファイバガイド９をま
ず一体ステム３に固定し。

更にステム３の内部側面３ａの円筒内に接合固定する。

光ファイバ１１はファイバガイド９の中心軸に固定され
ており、発生する熱変形に対して安定である。

以上に述べた各実施例構造により、Ｌ／−ザダイオード
等の半導体発光素子と光ファイバ等とを搭載した発光装
置が温度変化を受けても、光ファイバ支持体とファイバ
ガイド間での熱変形はほとんど発生せず、安定である。

また半導体発）モ崇子の出射部と光ファイバ先端との相
対位置は組立て時からその後の温度履歴に対しても常に
安定な結合を保つことが可能である。

加えて貫通孔３ｄは孔１５の中心に合わせて開口するよ
う加工できるからこれに通す光ファイバ１１がたわむ等
の問題も解消される。

〔発明の効果〕

本発明によればパッケージ或いはステムに温度変化が生
じても、発光素子〜光ファイバ先端間の位置関係がずれ
ない構造なので発光素子と光ファイバとの光結合効率が
常に最高の状態で安定して得ることができるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係る光ファイバ付発光装
置の平面図、第２図は第１図の１−１’断面図、第３図
は第２図の要部拡大図、ｆｆ１４図は従来装置の光結合
位置ずれを説明する光ファイバ付発光装置の要部拡大断
面図、第５図及び第６図は従来装置の光結合位置ずれ量
と光結合効率との関係を示す特性図、第７図は本発明の
第２実施例に係る光ファイバ付発光装置の断面図、第８
図は本発明の第３実施例に係る光ファイバ付発光装置の
ファイバガイド先端部付近の部分拡大断面図である。 １・・・パッケージ、１ａ・・・開口部、２・・・蓋、
３・・・ステム、３ｂ・・・内部上面、３ｄ・・・貫通
孔、３ｅ・・・光ファイバ支持部、３ｆ・・・四部、３
ｇ・・・周端部突起、５・・・サブマウント、７・・・
レーザダイオード、９・・・ファイバガイド、９ａ・・
・突出部、１１・・・光ファイバ、１５・・・孔、１７
・・・受光素子。　　１り゛ぐ工

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、発光素子と、該発光素子を搭載する素子支持部と、
   該発光素子の出射面にその先端が対面する光ファイバと
   、該光ファイバ先頭部位置を維持すべく光ファイバを支
   持する光ファイバ支持部と、該光ファイバを挿入固定す
   るファイバガイドと、上記各部品を搭載し固定するステ
   ムとを備えた光ファイバ付発光装置において、前記ステ
   ムの一部を突出させて前記光ファイバ支持部を形成する
   と共に、該ステムの周辺を部分的に突出させて前記ファ
   イバガイドを支持固定するファイバガイド支持部を形成
   することを特徴とする光ファイバ付発光装置。 ２、前記光ファイバ支持部は貫通孔を有し、該貫通孔に
   前記光ファイバを通すことによりこれを支持・固定する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光ファイ
   バ付発光装置。 ３、前記貫通孔と前記出射面とを結ぶ直線上に前記ファ
   イバガイドが位置するよう該ファイバガイドを前記ファ
   イバガイド支持部に固定することを特徴とする特許請求
   の範囲第２項記載の光ファイバ付発光装置。 ４、前記光ファイバ支持部が光ファイバ支持位置と前記
   ステムから突出する根元部との間に凹部を形成している
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項のい
   ずれかに記載の光ファイバ付発光装置。 ５、前記光ファイバ支持部は軸状であり、前記凹部は少
   なくとも該軸の中心について対称位置に存することを特
   徴とする特許請求の範囲第４項記載の光ファイバ付発光
   装置。 ６、前記凹部は前記光ファイバ支持部を一周しているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の光ファイバ
   付発光装置。 ７、前記光ファイバ支持部は板状であり、前記凹部は該
   板の両面に存することを特徴とする特許請求の範囲第４
   項記載の光ファイバ付発光装置。 ８．前記ファイバガイド支持部は前記ステム周辺突出部
   に開口する孔部に形成されることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項乃至第７項のいずれかに記載の光ファイバ
   付発光装置。 ９、発光素子と、該発光素子を搭載する素子支持部と、
   該発光素子の出射面にその先端が対面する光ファイバと
   、該光ファイバ先端部位置を維持すべく光ファイバを支
   持する光ファイバ支持部と、該光ファイバを挿入固定す
   るファイバガイドと、上記各部品を搭載し固定するステ
   ムと、該ステムを収納するパッケージとを備えた光ファ
   イバ付発光装置において、前記ステムの一部を突出させ
   て前記光ファイバ支持部を形成すると共に、該ステムの
   周辺に前記ファイバガイドを支持固定するファイバガイ
   ド支持部を形成することを特徴とする光ファイバ付発光
   装置。 １０、前記光ファイバ支持部は貫通孔を有し、該貫通孔
   に前記光ファイバを通すことによりこれを支持・固定す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第９項記載の光ファ
   イバ付発光装置。 １１、前記貫通孔と前記出射面とを結ぶ直線上に前記フ
   ァイバガイドが位置するよう該ファイバガイドを前記フ
   ァイバガイド支持部に固定することを特徴とする特許請
   求の範囲第１０項記載の光ファイバ付発光装置。 １２、前記光ファイバ支持部が光ファイバ支持位置と前
   記ステムから突出する根元部との間に凹部を形成してい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第９項乃至第１１項
   のいずれかに記載の光ファイバ付発光装置。 １３、前記光ファイバ支持部は軸状であり、前記凹部は
   少なくとも該軸の中心について対称位置に存することを
   特徴とする特許請求の範囲第１２項記載の光ファイバ付
   発光装置。１４、前記凹部は前記光ファイバ支持部を一
   周していることを特徴とする特許請求の範囲第１３項記
   載の光ファイバ付発光装置。 １５、前記光ファイバ支持部は板状であり、前記凹部は
   該板の両面に存することを特徴とする特許請求の範囲第
   １２項記載の光ファイバ付発光装置。 １６、前記ファイバガイド支持部は前記ステム周辺に開
   口する孔部に形成されることを特徴とする特許請求の範
   囲第９項乃至第１５項のいずれかに記載の光ファイバ付
   発光装置。１７、前記ステムの周辺は上方へ突出してお
   り前記パッケージの側部が開口し、この開口部に前記ス
   テムを側方より差し込み、前記ステム周辺突出部を該パ
   ッケージ側部開口部に嵌合固定することを特徴とする特
   許請求の範囲第９項乃至第１６項のいずれかに記載の光
   ファイバ付発光装置。 １８、前記パッケージの上面でかつ前記ステム嵌合部側
   に２箇所の取付穴を設けて前記ステムと該パッケージと
   を該取付穴にてネジ固定することを特徴とする特許請求
   の範囲第１７項に記載の光ファイバ付発光装置。 １９、その中央近傍と周辺部とを突出させて夫々の突出
   部に貫通孔を形成したステムの前記周辺突出貫通孔にフ
   ァイバガイドを挿入し、該ファイバガイド先端より光フ
   ァイバを露出させて該光ファイバを前記中央近傍突出部
   貫通孔に通し、その先端が発光素子の出射面に対向する
   よう位置合わせをした後、前記ステムをパッケージに組
   み込んでネジ固定することを特徴とする光ファイバ付発
   光装置の組立方法。