(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の端面を反射器とする発光素子と、端部近傍に回折格子を備えた光ファイバとを備え、該反射器と該回折格子がレーザ共振器を形成するように構成された半導体光増幅器を備えるファイバグレーティング半導体レーザを製造する方法であって；該光ファイバにフェルールを一体に装着する工程と、該フェルールを装着された光ファイバを該発光素子と共に実装する工程とを含み、更に、該光ファイバの実装に先立って、該光ファイバにフェルールが装着された状態で、少なくとも該回折格子が形成された部分に対して加熱及び冷却を交互に繰り返す熱履歴工程を含むことを特徴とするファイバグレーティング半導体レーザの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載された方法において、前記熱履歴工程が、−40℃から70℃までの温度範囲内で、少なくとも80度以上の温度差が得られるように加熱および冷却する処理を20回以上繰り返す処理を含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載された方法において、前記熱履歴工程における最高温度および最低温度がそれぞれ15分以上保たれることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３までの何れか１項に記載された方法において、前記熱履歴工程において、加熱並びに冷却の速度が、10℃／分以上であることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４までの何れか１項に記載された方法において、前記熱履歴工程が、窒素ガス、乾燥空気または不活性液体中で行われることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体発光モジュールに関する。より詳細には、本発明は、光源である発光素子のひとつの端面そのものまたは端面に形成された反射膜と、光ファイバの端部近傍に形成された回折格子とを組み合わせて形成したレーザ共振器を備えた、ファイバグレーティング半導体レーザと呼ばれるレーザモジュールの新規な構成とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザモジュールは、半導体光増幅器と、半導体光増幅器が発生したレーザ光を利用目的に応じて効率良く伝播させるための光ファイバとを一体にして構成されている。更に、半導体光増幅器は、基本的には、光源としての発光素子と、発光素子の出射光を相互に反射する１対の反射器を含むレーザ共振器とから主に構成されている。
【０００３】
上記のような半導体光増幅器においてレーザ共振器を構成する１対の反射器のうちの一方は、発光素子そのものの端面あるいは端面に形成された誘電体反射膜であることが多いが、他方の反射器は、同様に発光素子の端面に形成する場合の他に、光ファイバの端部近傍に設けた回折格子を利用する場合がある。即ち、光ファイバの入射側端部近傍に周期的な屈折率分布を形成することにより、屈折率分布の周期により決定される回折波長の光を反射する反射器として使用することができる。このような光ファイバに形成した回折格子はファイバグレーティング（以下、「ＦＧ」と記載する）と呼ばれる。このような構造の半導体光増幅器ではＦＧの回折波長と縦モード波長とによって発振波長が決定されるので、干渉露光法等により極めて精度良く所望の発振波長を実現できるという利点があることが知られている。
【０００４】
図９は上記のようなＦＧ半導体レーザの典型的な構成を示す図である。
【０００５】
同図に示すように、一般的な半導体レーザでは、基台30上に、サブマウント31ａを介して発光素子35が実装されている。また、基台30の一端は垂直に立ち上がっており、ここに設けられた貫通孔に光ファイバ20を保持したフェルール21が挿通され且つ固定されている。光ファイバ20の端面は発光素子35に対面しており、発光素子35から出射された光が光ファイバ20に効率よく結合されるように配置されている。尚、主に結合効率を改善する目的で、光ファイバ35の先端には先球加工が施されている。また、発光素子35の動作をモニタするために、発光素子35後方にはモニタ用の受光素子32も実装されている。
【０００６】
上記のような半導体レーザにおいて、発光素子35の、光ファイバ20とは反対側の端面には、反射率40％以上の反射率を有する反射膜が形成されている。一方、光ファイバ20の入射端近傍には、周期的な屈折率分布を有するファイバグレーティングが形成されている。このＦＧは、その屈折率分布に応じた特定の波長の光を反射する性質があるので、発光素子35に形成された反射膜と併せてレーザ共振器を構成することができる。
【０００７】
更に、上記のような一連の機能部材は、通常は、ペルチェ効果素子34等の温度制御素子上に装荷された状態でパッケージ10内に収容されており、発光素子35と共にサブマウント上に実装された温度検出素子を用いた帰還制御により、できるだけ一定の動作温度を維持するように構成されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体レーザの主要な用途である光通信の分野では伝送密度の向上を目的として波長多重等の方法が一般的になりつつある。このような用途では、多くの種類の発振波長の半導体レーザを組み合わせて用いなければならない。しかしながら、実際に半導体レーザを製造すると、完成した半導体レーザの発振波長が当初計画した仕様とは異なるものになってしまう場合がままある。このため半導体レーザの実質的な歩留りが低下し、最終的に完成した通信設備のコストが著しく高くなる等の問題がある。
【０００９】
そこで、本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、所望の発振波長を有する半導体レーザを効率良く製造することができる新規な半導体レーザの製造方法を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記のような問題の発生要因を詳細に検討したところ、特に光ファイバを半導体レーザモジュールに実装する工程において加熱されることにより、光ファイバに形成されたＦＧの特性が著しく変化してしまうことが判った。このため、最終的に得られる半導体レーザの発振波長にも深刻な影響が現れる。
【００１１】
そこで、本発明に従うと、一方の端面を反射器とする発光素子と、端部近傍に回折格子を備えた光ファイバとを備え、該反射器と該回折格子がレーザ共振器を形成するように構成された半導体光増幅器を備える半導体発光モジュールの製造方法であって、該光ファイバの実装に先立って、該光ファイバの加熱及び冷却を交互に繰り返す熱履歴工程を含むことを特徴とするファイバグレーティング半導体レーザの製造方法が提供される。
【００１２】
また、上記のような方法により製造されたファイバグレーティング半導体レーザ自体も、本発明の範囲に含まれる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は、予め特定の条件で温度履歴を与えた光ファイバでは、製造時の温度変化による特性の変動が緩和されるという新規な知見を得て完成された。即ち、本発明に係る方法は、半導体レーザの実装に先立って光ファイバに熱履歴を与える工程を含むことにその主要な特徴がある。
【００１４】
ここでフェルールに挿通された光ファイバに与える熱履歴とは、−40℃から70℃までの温度範囲内で、少なくとも80度以上の温度差が得られるように加熱または冷却する過程を20回以上繰り返すことを意味している。尚、冷却温度が上記範囲よりも低くなると、光ファイバとフェルールを接着しているエポキシ系樹脂を用いた接着剤が劣化するので好ましくない。また、加熱温度が上記の範囲よりも高くなった場合も同様に、接着剤が劣化するので好ましくない。一方、加熱時と冷却時の温度差が上記範囲よりも狭いと、ＦＧの特性変動が緩和されるという本発明の効果が得られなくなる。
【００１５】
また、加熱時および冷却時には、最高温度および最低温度を15分以上保つことが望ましい。即ち、各温度をこの程度維持しないと、フェルール内部の光ファイバまで熱が伝わらず、光ファイバ自体が目標の温度に到達しない。従って、ＦＧの特性変動が緩和されるという本発明の効果が得られなくなる。
【００１６】
更に、加熱並びに冷却の速度は、10℃／分以上とすることが好ましい。その理由は、温度変化が極端に遅い場合は、光ファイバに十分な熱衝撃が加わらず、十分な効果をあげるために必要なヒートサイクル数が極端に増加してしまうからである。
【００１７】
尚、フェルール付き光ファイバに熱履歴を与える具体的な方法としては、温度管理をしたフロリナート(商品名)等の不活性液体浴に光ファイバを浸漬する方法を例示できる。即ち、高温槽と低温槽の２つの槽を用意し、それぞれにフロリナート等の不活性な液体を満たした上で、それぞれを冷却温度または加熱温度に維持する。ついで、処理すべき光ファイバを交互にこれらの槽に浸漬する。
【００１８】
尚、上記の作業は、全て不活性な雰囲気下、具体的には、窒素、乾燥空気あるいは不活性液体中で行うことが好ましい。
【００１９】
上記のような条件で熱履歴を経た光ファイバを備えた半導体レーザは、具体的に後述するように、実装工程において加熱しても特性が安定している。
【００２０】
以下、図面を参照して本発明をより具体的に説明するが、以下の記載は本発明の一実施例に過ぎず、本発明の技術的範囲を何ら限定するものではない。
【００２１】
【実施例】
実際の半導体レーザの製造工程と同様に、光ファイバを加工してフェルールを装着した後、光ファイバを温度履歴に曝して特性の変化を測定した。尚、図10を参照して、光ファイバへの加工工程を具体的に説明する。
【００２２】
即ち、図10は、前記のような半導体レーザにおける光ファイバの先端部を拡大して示すと共に、そのフェルールとの組立工程を示す図である。
【００２３】
同図(A)に示すように、まず、光ファイバ100の先端部では、被覆層101が除去されて素線102が露出される。続いて、同図(B)に示すように、光ファイバ素線102の先端102ａを球形に加工すると共に、その側面を金属層103で鍍金する。こうして、側面を金属化された光ファイバ素線を、同図(C)に示すように、フェルール110の内部に挿通し、フェルール110の先端でAgSnハンダにより固定する。さらに、フェルール110の後端側は、光ファイバ100との間隙にエポキシ等の樹脂材料が充填して光ファイバを固定する。このように光ファイバとフェルールを一体にすることにより、脆弱な光ファイバ素線を損傷することなく取り扱うことが可能になる。
【００２４】
尚、同図(D)に示すように、フェルールの内側のほぼ全長にわたって接着剤を充填する場合もある。この場合は、ＦＧの形成されている部分も含めて、フェルールの全長にわたって光ファイバが固定される。また、上記の一連の工程において、ハンダによる固定時には、光ファイバは290℃前後の温度に10秒程度曝されることになる。また、エポキシ樹脂を使用して光ファイバとフェルールの間を充填する際には、93℃で120分間加熱される。
【００２５】
［実施例１］
６本の光ファイバのサンプルについて、前記のような加工工程を経た後、それぞれ30分ずつ−40℃に冷却し次いで70℃に加熱する処理を繰り返し、その過程で何度か光学的な特性を測定した。なお、ここでサンプルとして用いた光ファイバは、図10(C)に示すように、フェルールの端部近傍においてのみ接着剤を使用しており、ＦＧ付近では、光ファイバに接着剤は接触していない。この実施例の測定結果を図１〜図４に示す。
【００２６】
各測定結果から判るように、熱履歴の回数が20回を越えると、光ファイバの特性は顕著に安定する。従って、この後、例えば実装時に温度変化に曝されたとしても、この半導体レーザの特性は実質的に変化しなくなる。
【００２７】
［実施例２］
６本のサンプル光ファイバについて、前記のような加工工程を経た後、それぞれ30分ずつ−40℃に冷却し次いで70℃に加熱する処理を繰り返し、その過程で何度か光学的な特性を測定した。この実施例の測定結果を図５〜図８に示す。尚、ここでサンプルとして用いた光ファイバは、図10(D)に示すように、フェルール内部のほぼ全長にわたって接着材により充填されており、ＦＧ付近でも光ファイバはフェルールに対して固定されている。
【００２８】
各測定結果から判るように、熱履歴の回数が20回を越えると、光ファイバの特性は顕著に安定する。従って、この後、例えば実装時に温度変化に曝されたとしても、この半導体レーザの特性は実質的に変化しなくなる。
【００２９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に従って製造されたＦＧ半導体レーザは、製造工程上で曝される温度変化に起因する特性変化が少ない。従って、互いに発振周波数の異なる半導体レーザを高い精度で製造することが可能になるので、多重光通信システム等を効率よく構築することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】光ファイバに熱履歴を加えた場合の光ファイバの特性を示すグラフである。
【図２】光ファイバに熱履歴を加えた場合の光ファイバの特性を示すグラフである。
【図３】光ファイバに熱履歴を加えた場合の光ファイバの特性を示すグラフである。
【図４】光ファイバに熱履歴を加えた場合の光ファイバの特性を示すグラフである。
【図５】光ファイバに熱履歴を加えた場合の光ファイバの特性を示すグラフである。
【図６】光ファイバに熱履歴を加えた場合の光ファイバの特性を示すグラフである。
【図７】光ファイバに熱履歴を加えた場合の光ファイバの特性を示すグラフである。
【図８】光ファイバに熱履歴を加えた場合の光ファイバの特性を示すグラフである。
【図９】本発明の対象となるＦＧ半導体レーザの典型的な構成を示す図である。
【図１０】ＦＧ半導体レーザで用いる光ファイバの加工工程を示す図である。
【符号の説明】
５ａ・・ファイバ・グレーティング（ＦＧ）、
10・・・パッケージ（一部）、
20・・・光ファイバ、
21・・・フェルール、
30・・・基台、
31ａ・・サブマウント、
32・・・モニタ用受光素子
34・・・ペルチェ効果素子、
35・・・発光素子、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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