JPH0583712U - 半導体レーザモジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光ファイバの光軸に対する垂直方向の位置ず
れのトレランスを大きくし、溶接技術を容易にする。 【構成】 この考案の構成は、半導体レーザ30とレーザ
光の通路を画成している側壁44b を具えており、この側
壁にはレーザ光の通路となっている支持部28を有する。
次に、レーザ光用の貫通孔の側壁と衝合する平坦状の衝
合面とこの衝合面とは反対側に設けられた凹曲面とを具
えた結合部50を有する。次に、光ファイバを固定したフ
ェルールと光ファイバにレーザ光を照射させるレンズ系
とを保持しており、かつ、先端部が結合部の凹曲面と衝
合する凸曲面を具えるスリーブ56を有する。結合部の凹
曲面と凸曲面は、実質的に同一曲率半径の球面の一部を
形成している。そして、支持部と結合部とスリーブは、
この順に互いに固定してある。このようにすれば、上述
の目的を達成でき、生産性の良い半導体レーザモジュー
ルを提供できる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、半導体レーザモジュールにおける構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来の半導体レーザモジュールの構造については、例えば、１９８７年ＮＥＣ 技報Ｖｏｌ．４０、Ｎｏ．５に開示されたものがある。この従来構造の半導体レ ーザモジュールを図５に断面図で示す。この構造によれば、ＬＤチップオンキャ リアがモニター用ＰＤやチップサーミスタとともに内部レンズ１２のついた同一 のベース上にハイブリット実装されている。ＬＤチップ１０の放射光は、内部レ ンズ１２により穏やかな収束ビームに変換され、パッケージ側壁の気密封止され たガラス窓１４を経由して、パッケージの外部に導かれる。この状態で、まず外 部レンズ１６がパッケージ側に固定され、次に、シングルモードファイバ２２の ピグテールがスライドリング１８を介して固定される。これらの固定作業にはＹ ＡＧ溶接が用いられる。また二つのレンズ、すなわち内部レンズ１２と外部レン ズ１６はいずれも側面にメタライズを施した後、高融点の半田を用いて固定して ある。

【０００３】 また、シングルモードファイバ２２の位置調整を行う場合、光軸に対して垂直 方向のずれに対しては、スライドリング１８を垂直方向に滑らせて調整を行い、 光軸方向に対しては、光ファイバをスライドリング中で左右に滑らせて調整する 構造になっている。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、光ファイバの光軸に垂直な方向に対する位置ずれの許容範囲（ トレランス）は、数μｍと小さく、従って、光ファイバを所要の箇所に固定する 時には、精密なＹＡＧ溶接技術加工を必要とした。１９８６年電子通信学会技術 報告光量子エレクトニクスＯＱＥ８６ー３８に開示された報告によれば、予め固 定された第１レンズと第２レンズに対する光ファイバの垂直方向の位置ずれのト レランスは、結合効率の許容劣化量を０．５ｄＢとしたとき±２．１μｍと極め て小さいことがわかる。従って、光ファイバを調整した後、ＹＡＧ溶接を行う際 に高精度の溶接技術を要求され、また、歩留りも悪くなる。

【０００５】 この考案の目的は、光ファイバの光軸に対して垂直方向の位置ずれのトレラン スが大きく、高精度のＹＡＧ溶接技術を必要としない構造の半導体レーザモジュ ールを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

この目的の達成を図るため、この考案の構成では、以下に述べるような特徴を 有している。

【０００７】 半導体レーザと、レーザ光の通路を画成している側壁とを具えており、この側 壁のレーザ光の通路の周辺の外側面が平坦面となっている半導体レーザ用の支持 部を有している。

【０００８】 次に、レーザ光用の貫通孔と、この貫通孔の周辺であって側壁の平坦面と衝合 する平坦状の衝合面と、前述の貫通孔の周辺であって衝合面とは反対側に設けら れた凹曲面とを具える結合部とを有している。

【０００９】 次に、光ファイバを固定したフェルールと光ファイバにレーザ光を照射させる レンズ系とを保持しており、かつ、先端部が結合部の凹曲面と衝合する凸曲面を 具えるスリーブを有しており、結合部の凹曲面とスリーブの凸曲面は、実質的に 同一曲率半径の球面の一部分をそれぞれ形成している。

【００１０】 そして、上述した支持部と結合部とスリーブは、この順に互いに固定してあり 、この結合部を介在して支持部とスリーブとが結合している。

【００１１】 また、半導体レーザモジュールにおいて、好ましくは、支持部の側壁とスリー ブとの間に、前述した結合部を外側から覆うようにして、固定した補強スリーブ を具えてもよい。

【００１２】

【作用】

この考案の半導体レーザモジュールによれば、半導体レーザ用の支持部の結合 部側の側壁面の一部は、この結合部と衝合させて滑らかにスライドできる平坦面 を有している。また、結合部は、平坦状の衝合面と凹曲面を具えており、平坦状 の衝合面は支持部の側壁面と衝合させることによってＸ軸方向およびＹ軸方向（ 図２参照）に滑らすことができる。また、スリーブの先端部は、結合部の凹曲面 と衝合するため凸曲面に加工されている。そして、両曲面は、実質的に同一曲率 半径の球面の一部分をそれぞれ形成している。このため、このスリーブの凸曲面 は、結合部の凹曲面に対してなめらかな回転ができる。従って、支持部と、結合 部と、スリーブとを固定するに先立ち半導体レーザから、この平行ビームの光軸 に対し、垂直方向の軸合わせと結合部とスリーブとの回転によって角度ずれの調 整を行う。スリーブのＸ軸方向およびＹ軸方向に対するトレランスは、図４に示 すように十数μｍと大きく、位置調整後のＹＡＧ溶接は容易である。

【００１３】

【実施例】

以下、図面を参照して、この考案の主要な構成について説明する。しかしなが ら、この説明に用いる各図は、これらの発明が理解できる程度に、各構成成分の 形状、大きさおよび配置関係を概略的に示してあるにすぎない。

【００１４】 また、この考案による半導体レーザモジュールの構成は、大きく分けて次の３ つに分類できる。第１に、半導体レーザを支持し、かつ、レーザ光の通路を画成 する側壁を具える支持部、第２に、光軸に対して直交したＸ軸とＹ軸にスライド できる平坦面をもち、かつ、反対側の面が凹曲面をもった結合部および第３に、 レーザ光を光ファイバに照射するレンズ系と光ファイバを固定したフェルールで 構成されたスリーブである。以下、この考案の構成について、詳細に説明する。

【００１５】 〈第１実施例〉 図１は、この考案の半導体レーザモジュールに使用される第１実施例の要部を 示した平面図である。図２は、図１のＡーＡ断面図である。以下、図１と図２を 参照しつつ、この考案の構成及び各々の光軸合わせについて説明する。半導体レ ーザ用の支持部２８は、半導体レーザ３０を具えている。半導体レーザ３０をヒ ートシンク３２、サブキャリヤ３４、等を介してスペーサ４８に固定し、このス ペーサ４８を支持体４４、この実施例ではケースの底部４４ａに固定している。 この場合、サブキャリヤ３４とベース３６とを半田などを用いて固定するのが好 適である。また、この支持部２８には、レンズ系として第１レンズ３８を設けて あり、この第１レンズ３８を半田付けまたは圧入などによってレンズホルダ４０ に固定し、レンズホルダ４０を用いて半導体レーザ３０の出力光が平行ビームに なるように位置合わせを行い、レンズホルダ台４２に固定している。また、半導 体レーザ３０とレンズホルダ４０とをベース３６に固定する。この時の固定方法 としては、半田付けまたはＹＡＧ溶接などを用いて行う。

【００１６】 次に、図２から理解できるように、支持部２８は、レーザ光の通路を画成する 側壁４４ｂを具えている。この実施例では、この側壁４４ｂは、支持体４４であ るケースのベース４４ａに直交する壁を構成していて、光軸の所要の周囲の領域 を断面形状がＬ字状の筒形の壁で囲んでレーザ光の通路４５を画成している。こ の側壁４４ｂの筒形の内側突出部の先端に窓ガラス４６を設けてある。そして、 半導体レーザからのレーザビームがケース４４の側面にある窓ガラス４６から光 ファイバ方向へ直進するようにレンズホルダ４０、ホルダ台４２、ベース３６及 びスペーサ４８等を所定の位置合わせを行って第１レンズ３８をケース４４に固 定する。ケース４４の側壁４４ｂの外側面、すなわち、結合部５０と衝合する面 は、平坦状になっており、結合部５０との衝合によって、図２に示すように光軸 方向をＺ軸にとれば、光軸Ｏに直交する二つの方向、すなわち、Ｘ軸方向とＹ軸 方向とに滑らせることができる。この結合部５０は、レーザ光の貫通孔５０ａを 具えていて、上述した支持部２８の側壁４４ｂの平坦面と衝合する平坦面を有し ている。また、結合部５０のスリーブ５２と衝合する部分は凹曲面であり、また 、スリーブ５２の衝合端面が凸曲面となっているので、両者はなめらかに回転で きるように衝合結合させることが可能である。そのため、両曲面を実質的に同一 の曲率半径の球面の一部分でそれぞれ形成する。また、スリーブ５２は、支持部 ２８から出射してきた平行レーザビームを光ファイバ５８に入射させるためのレ ンズ系として第２レンズを具えている。この実施例では、この第２レンズ５４を 球状とする。更にこのスリーブ５２には、光ファイバ５８を固定したフェルール ５６が内蔵されており、角度ずれ合わせは、第２レンズ５４の中心軸に合わせて 行うようになっている。

【００１７】 上述したこの実施例では、結合部５０をその中心部にレーザ光を通す貫通孔５ ０ａを具えたリング状に形成していて、中心部の貫通孔５０ａを画成している領 域の支持部２８側を円筒状に突出させる。この突出部の外径を支持部２８のレー ザ光の通路４５の内径よりも小さく形成しておき、上述したＸ軸およびＹ軸方向 に結合部５０を滑動させたときにこの結合部５０の貫通孔５０ａがレーザ光の通 路４５から外れないように規制する。勿論、この結合部５０をリング形状とする ことも可能であり、その場合にも、支持部２８の平坦面と衝合して滑動できる平 坦面としての衝合面を具えている必要がある。スリーブ５２は、第２レンズ５４ によって、第１レンズ３８からのレーザビームを光ファイバ５８の入射端面にス ポットを結ばせて、光ファイバ５８にこのレーザ光を入射させる機能を有する。

【００１８】 次に、スリーブ５２を治具を用いて固定した後、微動ステージ及び回転ステー ジに乗せ光軸の角度調整を行う。このとき、角度調整は、半導体レーザ３０を発 光させて光ファイバ５８の光出力を光パワメータを用いて測定しながら光出力パ ワが最大になるように調整する。次に、結合部５０とケース４４を固定するため ＹＡＧ溶接を行う。図２は、ＹＡＧ溶接部分６０を１か所示しているにすぎない が実際は周囲を数か所溶接するのが好適である。また、この固定には、接着剤ま たは半田付を用いてもよい。この時、ＹＡＧ溶接によってリング５０の位置がず れ、また、スリーブ５２の位置ずれが生じる。しかし、平行ビーム中では、光軸 Ｏに対する垂直方向であるＸ軸またはＹ軸のずれによる許容範囲は大きいため、 リング５０の位置ずれの影響が少ない。

【００１９】 図４は、スリーブ５２の光軸Ｏに対する垂直な方向の位置ずれと結合効率の劣 化量（ｄＢ）の関係を示している。同図において、横軸は位置ずれ量を示し、縦 軸は、結合効率の劣化量を示してある。これによれば、従来の結合効率の許容劣 化量が０．５ｄＢのときのトレランスは約±２．１μｍであったものが±２０μ ｍまで範囲が広がることがわかる。

【００２０】 次に、スリーブ５２の角度調整を行った後、ＹＡＧ溶接してスリーブ５２と結 合部５０とを固定する。図１は、ＹＡＧ溶接部分６２を一か所表わしているが実 際はこの周囲を数か所溶接するのが好ましい。また、この固定には、接着剤また は半田付を用いてもよい。尚、この考案においては、第１レンズ３８及び第２レ ンズ５４に球面レンズを用いたが非球面レンズまたはＧＲＩＮレンズを用いても 良い。

【００２１】 〈第２実施例〉 図３は、この考案の半導体レーザモジュールの第２実施例の構造の説明に供す る要部断面図である。特に、図３は、半導体レーザを発光させるケース４４と結 合する結合部を構成するリング５０およびスリーブ５２の部分を示している。図 ３からも理解できるように、光レーザの出力光は、第１レンズ３８（図示せず） および第２レンズ５４によってフェルール５６内に固定した光ファイバ５８に集 光させるまでは、第１実施例と全く同様な光軸調整を行う。その後、支持部２８ の側壁４４ｂとスリーブ５２との間に、結合部であるリング５０を外側から覆う ように、補強スリーブ６８を設け、この補強スリーブ６８とケースの側壁４４ｂ および補強スリーブ６８とスリーブ５２とをＹＡＧ溶接して固定する。図３には 、ＹＡＧ溶接個所７０および７２を示してある。ＹＡＧ溶接個所は、実際は数か 所とするのが好ましい。尚、この固定には、接着剤または半田付を用いても良い 。

【００２２】

【考案の効果】

上述した説明からも明らかなように、この考案の構成によれば、半導体レーザ モジュールの組み立ての際に、半導体レーザ用の支持部の側壁と結合部とが衝合 する面は、互いに平坦面となっているので、支持部に対し結合部をレーザ光の光 軸に対して垂直方向に滑らせ垂直方向の軸ずれの調整を行うことができる。また 、結合部とスリーブの凹曲面と凸曲面を同一曲率半径の球面の一部分としてそれ ぞれ形成してあるので両曲面を互いに衝合させた状態で相互的に回転させて角度 ずれの調整を行うことができる。また、スレーブには、光ファイバが挿入された フェルールと、レンズ系が設けられている。これらの支持部、結合部およびスリ ーブを用いて、光軸合わせ、垂直方向の軸あわせおよび角度合わせを平行ビーム 中で行い、その後支持部、結合部およびスリーブを順次固定していくため、従来 の垂直方向のファイバの位置ずれが、結合効率の許容劣化量を０．５ｄＢとした とき±２．１μｍであったトレランスに比べて約１０倍の±２０μｍにトレラン スを広げることができる。このため半導体レーザモジュール形成の際に高効率の 半導体レーザモジュールが容易に、かつ、歩留良く得られるため、生産性の向上 につながる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の半導体レーザモジュールの第１実施
例の説明に供する平面図である。

【図２】図１のＡーＡ線で切断したときの断面図であ
る。

【図３】この考案の半導体レーザモジュールの第２実施
例の説明に供する断面図である。

【図４】垂直方向の位置ずれ量と結合効率の劣化量との
関係を示す図である。

【図５】従来の半導体レーザモジュールの説明に供する
図である。

【符号の説明】

２８：半導体レーザ用支持部 ３０：半導体レーザ ３２：ヒートシンク ３４：サブキャリア ３６：ベース ３８：第１レンズ ４０：レンズホルダ ４２：レンズホルダ台 ４４：ケース（支持体） ４６：窓ガラス ４８：スペーサ ５０：リング ５２：スリーブ ５４：第２レンズ ５６：フェルール ５８：光ファイバ ６０、６２、７０、７２：ＹＡＧ溶接部 ６８：補強スリーブ

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）半導体レーザと、レーザ光の通路
   を画成している側壁とを具えていて、該側壁の前記通路
   の周辺の外側面が平坦面となっている半導体レーザ用の
   支持部と、 （ｂ）前記レーザ光用の貫通孔と、該貫通孔の周辺であ
   って前記側壁の平坦面と衝合する平坦状の衝合面と、該
   貫通孔の周辺であって該衝合面とは反対側に設けられた
   凹曲面とを具える結合部と、 （ｃ）光ファイバを固定したフェルールと該光ファイバ
   に前記レーザ光を照射させるレンズ系とを保持してお
   り、先端部が前記結合部の凹曲面と衝合する凸曲面を具
   えるスリーブとを有しており、 （ｄ）前記凹曲面と凸曲面は、実質的に同一曲率半径の
   球面の一部分をそれぞれ形成してあり、 （ｅ）前記支持部と前記結合部と前記スリーブはこの順
   に互いに固定してあることを特徴とする半導体レーザモ
   ジュール。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体レーザモジュー
   ルにおいて、前記支持部の側壁と前記スリーブとの間
   に、前記結合部を外側から覆うようにして、固定した補
   強スリーブを具えていることを特徴とする半導体レーザ
   モジュール。