(57)【要約】【課題】光レセプタクル等の光学部品を光軸調芯固定する構造においても充分な小型化が可能でギガビット帯での高速変調駆動も可能とした同軸型半導体レーザモジュールを提供することにある。【解決手段】半導体レーザ搭載部Ａと、円筒状のレンズホルダ７と、円筒状の光学部品ホルダとから構成された同軸型半導体レーザモジュールＢにおいて、レンズホルダ７の外径が金属ステム４の外径と略同一又は小さくなるよう形成するとともに、光学部品ホルダ１３の外径がレンズホルダ７の外径と略同一又は小さくなるよう形成したことを特徴とする。【選択図】図１
2004233586.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形状の金属ステムに固定され半導体レーザを搭載する支持台を有した半導体レーザ搭載部と、
端面が前記金属ステムに接合し、かつ、内壁面に前記半導体レーザの出射光を集光するレンズを固定した円筒状のレンズホルダと、
端面が前記レンズホルダに接合し、かつ、光学部品を前記レンズによる光の集光位置で光軸調芯して固定する円筒状の光学部品ホルダとから構成された同軸型半導体レーザモジュールにおいて、
前記レンズホルダの外径が前記金属ステムの外径と略同一又は小さくなるよう形成するとともに、前記光学部品ホルダの外径が前記レンズホルダの外径と略同一又は小さくなるよう形成したことを特徴とする同軸型半導体レーザモジュール。
【請求項２】
前記光学部品ホルダに、一方の開口を塞ぐ閉塞面を形成するとともに、該閉塞面に前記レンズからの光を通過できる貫通孔を形成してなり、前記光学部品ホルダの他方の開口から前記光学部品を挿入して固定するとともに、前記円筒体の閉塞面を前記レンズホルダの端面に接合してなることを特徴とする請求項１記載の同軸型半導体レーザモジュール。
【請求項３】
前記円筒体の閉塞面と光学部品との間の光軸上に光アイソレータが取り付けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の同軸型半導体レーザモジュール。
【請求項４】
前記支持台上の略全面に絶縁性のヒートシンクが搭載されるとともに、該ヒートシンクの表面全面に電子部品、線路又は回路を形成したことを特徴とする請求項１〜３記載の同軸型半導体レーザモジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に利用され、小型でギガビット帯の高周波を利用する光通信に用いられる同軸型半導体レーザモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の同軸型半導体レーザモジュールの構造を図３〜図５により説明する。
図３は、同軸型半導体レーザモジュールＢの構成部品である半導体レーザ搭載部Ａを説明する斜視図であり、説明を簡単にするためにモニタ用ＰＤや電気配線用ワイヤ、外部へ電気接続するリードなどは省略している。また、図４は光学部品（光レセプタクル１２）を取り付けた同軸型半導体レーザモジュールＢの中央縦断面図である。
【０００３】
半導体レーザ搭載部Ａは、半導体レーザ１が、絶縁性を有し、かつ放熱性の高い窒化アルミニウム材などから成るヒートシンク２上の主面２ａに半田等により搭載固定されている。この主面２ａは、半導体レーザ１の電極ワイヤ（図示せず）をボンディングできるようメタライズが施されており、表面積は２ｍｍ２程度の大きさを有している。そして、ヒートシンク２は円形の金属ステム４に予め銀ろう材などにより固定された支持台３上の一部に搭載して固定されている。
【０００４】
また、半導体レーザモジュールＢは、半導体レーザ搭載部Ａ、レンズホルダ７、光学部品ホルダ１３とから成り、光学部品ホルダ１３に光レセプタクル１２が取り付け可能に構成されている。
【０００５】
具体的には、図４に示すように円形の金属ステム４の外径とほぼ同等の外径から成る円筒状のレンズホルダ７内に半導体レーザ１の出射光を集光するレンズ５が搭載固定され、レンズホルダ７は、金属ステム４に抵抗溶接にて固定されている。
【０００６】
光学部品ホルダ１３は、底面にレンズ５からの光を通過できる貫通孔１３ｂが形成された有底状の円筒体からなり、開口部であるザグリ部１３ａを有した形状である。
【０００７】
さらに、光学部品は光ファイバを光軸調芯して固定するものとして用いられるが、従来から用いられる代表的な光レセプタクル１２を図４に示す。この光レセプタクル１２は、光ファイバ６を保持したフェルール８が金属ホルダ９に圧入固定され、セラミックフェルール８に同じくセラミックから成る官号用の割りスリーブ１０を挿通した後、ハウジング１１を金属ホルダ９に圧入固定してなる。
【０００８】
そして、光学部品ホルダ１３のザクリ部１３ａはレンズホルダ７の外周に挿通され、光レセプタクル１２は、レンズ５の集光位置に光軸調芯された後、光学部品ホルダ１３のザクリ部１３ａ側に向けてレンズホルダ７に、また、光レセプタクル１２は光学部品ホルダ１３の底面側で溶接固定される（特許文献１）。
【０００９】
一方、図５は、光アイソレータ１４が内蔵された同軸型半導体レーザモジュールの縦断面図である。円形の金属ステム４の外径とほぼ同等の外径から成る円筒状のレンズホルダ７の内壁に半導体レーザ１の出射光を集光するレンズ５及び半導体レーザ１への反射戻り光を抑止する光アイソレータ１４が共に固定され、レンズホルダ７は、金属ステム４に抵抗溶接にて固定されている。なお、光アイソレータ１４の光路上の有効径は一般にφ１ｍｍ程度のものが用いられる。
【００１０】
この場合、光ファイバ６を保持する部分は、図４で示した光レセプタクル１２よりも充分外径を小さくできるピグテイル型であり、セラミックから成るキャピラリ１５と金属フェルール１６によって保持された光学部品が用いられ、レンズ５の集光位置に光軸調芯された後、金属フェルール１６が同じく金属から成る光学部品のフェルールホルダ１７と共にレンズホルダ７にＹＡＧレーザにて溶接固定されている。
このとき、レンズホルダ７と接するフェルールホルダ１７の外径は、レンズホルダ７の外径より充分小さく、同軸型半導体レーザモジュールとしての外径は、金属ステム４の外径を上回ることがない（特許文献２）。
【００１１】
【特許文献１】
特開平９−３０４６６８号公報
【特許文献２】
特開平１０−３９１７４号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１の同軸型半導体レーザモジュールでは、光学部品ホルダ１３のザクリ部１３ａをレンズホルダ７の外周に挿通させるので、部品ホルダ１３の外径が金属ステム４やレンズホルダ７よりも大きくなるばかりか、そのような構造を取らなずに単に接合するには充分な接合強度を得ることができないという課題があった。
【００１３】
また、特許文献２の同軸型半導体レーザモジュールでは、１つのレンズホルダ７の内壁にレンズ５及び光アイソレータ１４が共に固定されているので、小型化をするためには光アイソレータ１４がレンズ５の光出射側近傍に配置する必要があり、光路上の有効径が大きい光アイソレータ１４を必要とし、高価となるという課題があった。
【００１４】
さらに、近年、通信技術の進歩により光通信の分野においてもギガビット帯域において通信される技術が可能となってきているが、同軸型半導体レーザモジュールの小型化に伴って図３に示す従来の同軸型半導体レーザモジュールを採用するには、ヒートシンク２は半導体レーザ１のＤＣ駆動用の配線パターン形成と放熱が主目的であるため従来は必要最小限の大きさに形成されているだけで、主面２ａの表面積が２ｍｍ２程度で、０．５ｍｍ２の半導体レーザ１を搭載した上、コプレーナ線路の形成やレーザバイアス回路を形成するのは不可能なため、ギガビット帯域での高速変調駆動が困難であるという課題もあった。
【００１５】
本発明は上述の課題に鑑みて案出されたものであり、本発明の目的は、光レセプタクル等の光学部品を光軸調芯固定する構造においても充分な小型化が可能でギガビット帯での高速変調駆動も可能とした同軸型半導体レーザモジュールを提供することにある。
【００１６】
また、本発明の他の目的は、小型化が可能であるとともに安価な光アイソレータを搭載できる同軸型半導体レーザモジュールを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題に鑑みて本発明は、円形状の金属ステムに固定され半導体レーザを搭載する支持台を有した半導体レーザ搭載部と、
端面が前記金属ステムに接合し、かつ、内壁面に前記半導体レーザの出射光を集光するレンズを固定した円筒状のレンズホルダと、
端面が前記レンズホルダに接合し、かつ、光学部品を前記レンズによる光の集光位置で光軸調芯して固定する円筒状の光学部品ホルダとから構成された同軸型半導体レーザモジュールにおいて、
前記レンズホルダの外径が前記金属ステムの外径と略同一又は小さくなるよう形成するとともに、前記光学部品ホルダの外径が前記レンズホルダの外径と略同一又は小さくなるよう形成したことを特徴とする同軸型半導体レーザモジュールを提供する。
【００１８】
また、前記光学部品ホルダに、一方開口を塞ぐ閉塞面を形成するとともに、該閉塞面に前記レンズからの光を通過できる貫通孔を形成してなり、前記光学部品ホルダの他方開口から前記光学部品を挿入して固定するとともに、前記円筒体の閉塞面を前記レンズホルダの端面に接合してなることを特徴とする。
【００１９】
さらに、前記円筒体の閉塞面と光学部品との間の光軸上に光アイソレータが取り付けられていることを特徴とする。
【００２０】
さらにまた、前記支持台上の略全面に絶縁性のヒートシンクが搭載されるとともに、該ヒートシンクの表面全面に所望の線路又は回路を形成したことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図によって説明する。なお、従来の技術で説明した構成の中で同一の機能を有する構成のものについては符号を同じとして説明する。
図１は、本発明の同軸型半導体レーザモジュールＢの中央縦断面図、図２は半導体レーザ１が搭載される半導体レーザ搭載部Ａの斜視図を示したものである。
【００２２】
本発明の同軸型半導体レーザモジュールＢは、半導体レーザ搭載部Ａ、レンズ５を固定するレンズホルダ７及び光レセプタクル１２等の光学部品を取り付ける光学部品ホルダ１３とから主に構成されている。
【００２３】
半導体レーザ搭載部Ａは、図２に示すように円形状の金属ステム４を有し、ここに予め銀ろう材等により支持台３が固定されている。この支持台３は、断面が半円形状となる半円筒状に形成されており、その平坦部３ａ上に、絶縁性を有し、かつ放熱性の高い窒化アルミニウム材などから成るヒートシンク２が半田等によい搭載固定され、半田等を介して半導体レーザ１が搭載固定されている。また、半導体レーザ１が搭載されるヒートシンク２の主面２ａの表面積は、支持台３の平坦部３ａの表面積とほぼ同等となるよう例えば、６ｍｍ２以上に設定されている。金属ステム４及び支持台３の材質は、ヒートシンク２の材質とほぼ同等の熱膨張係数を有するＦｅ／Ｎｉ／Ｃｏ材や高熱伝導な銅タングステン材などが好ましい。
【００２４】
ここで支持台３の形状を半円筒状としたのは、小型化でありながらも金属ステム４と支持台３との接合強度が充分とれ、かつ、ヒートシンク２が搭載される面の面積をより大きくできるためである。即ち、支持台３を四角柱状に形成しても金属ステム４との接合面積がとれるが、金属ステム４の面積と支持台３の接合面積が近づいた場合に、支持台３を大きくするのにも限界がありレイアウトも困難となるが、金属ステム４と同じ形状の円筒状とすることで、支持台３の断面を金属ステム４の面積と同じ大きさにまでレイアウト可能となり、より広く平面部３ａをとることが可能となる。
【００２５】
例えば、一般に使用される金属ステム４の外径はφ５．６ｍｍであり、半導体レーザ１が搭載されるヒートシンク２は、主面２ａの表面積が支持台３の表面積とほぼ同等になるよう幅２．５ｍｍ×長さ２．５ｍｍ×高さ０．２ｍｍに設定できる（主面２ａの表面積で６．２５ｍｍ２）。
【００２６】
従って、半導体レーザ１やインピーダンス整合用の薄膜抵抗１８、レーザバイアス回路１９を形成するためのチップインダクタ２０などの表面積は各々０．５ｍｍ２程度であるため、ヒートシンク２の主面２ａに半導体レーザ１以外の電子部品を充分搭載でき、例えばコプレーナ線路２１などの信号入力用パターンも充分形成させることができるものである。
【００２７】
このようにして半導体レーザ１が搭載されるヒートシンク２の主面２ａの表面積を極大化とすることができ、所望の線路、例えばコプレーナ線路２１やストリップライン線路（不図示）、又は回路、例えばレーザバイアス回路１９を形成することができ、ギガビット帯での高速変調駆動を可能にすることができる。
【００２８】
レンズホルダ７は材質としては、レンズ５とほぼ同等の熱膨張係数を有する５０アロイやステンレス材などが用いられる。また、レンズホルダ７は端面の径が金属ステム４と略同じ外径を有する円筒状に形成されており、レンズホルダ７の一方開口部５１は金属ステム４に取り付けられた支持台３を覆う構造により、その端面を溶接により金属ステム４に接合されている。なお、レンズホルダ７の端面の径は金属ステム４の外径よりも小さい径であっても良い。
【００２９】
また、レンズホルダ７の中央に内壁でレンズ５を固定する固定部５０が突出形成しており、この固定部５０に狭持しながら低融点ガラス等でレンズ５を接着させる。また、他方開口部５２はレンズ５による光を出射する開口としての機能を有する。
【００３０】
光学部品ホルダ１３は、円筒体であり、その端面とレンズホルダ７の端面とで接合可能に構成されている。従って、熱膨張係数の差がないステンレスが用いられる。また、本発明では、好ましくは光学部品ホルダ１３の一方の開口が閉塞した閉塞面１３ｃを有し、閉塞面１３ｃの中央にレンズ５からの光を通過できる貫通孔１３ｂが形成して容器状に形成してもよい。そして、光学部品ホルダ１３の端面がレンズホルダ７の端面と接合される。この際、閉塞面１３ｃを形成したときはレンズホルダ７の端面に接合させると充分な接合強度を得ることができる。
【００３１】
また、光学部品ホルダ１３の外径がレンズホルダの外径と略同一又は小さくなるよう形成している。これにより同軸型半導体レーザモジュールをコンパクトに形成する事が可能となる。また、光学部品ホルダ１３の他方の開口からは光学部品である光レセプタクル１２を挿入して内壁で固定するように構成されている。
【００３２】
また、本発明の特徴である半導体レーザ１への反射戻り光を抑止する光アイソレータ１４が光レセプタクル１２の入射側である金属スリーブ９にＹＡＧレーザ溶接又は接着剤等により固定されている。このように、レンズ５の出射端側ではなく、集光側の光レセプタクル１２に直接取り付けることで、光アイソレータ１４の光路上の有効径をφ０．５ｍｍ以下に小さくでき、小型で原材料が低減された安価な光アイソレータ１４を採用できる。なお、本発明では光レセプタクル１２とレンズホルダ７との間の光学部品ホルダ１３の間に配置しても同様の効果が得られる。
【００３３】
なお、光レセプタクル１２従来技術と同様のため説明は省略する。そして、光レセプタクル１２は光学部品ホルダ１３の他方開口であるザクリ部１３ａに挿通され、レンズ５の集光位置に光軸調芯された後、光学部品ホルダ１３の端面（閉塞面１３ｃがレンズホルダ７に、光レセプタクル１２の金属ホルダ９が光学部品ホルダ１３にＹＡＧレーザ溶接固定されている。
【００３４】
本発明によれば、光学部品ホルダ１３の他方開口から光レセプタクル１２を挿通固定して光学部品ホルダ１３をレンズホルダ７に固定する構造であって、いずれの外径も金属ステム４よりも小さくしたことで、外径を小型化でき、光アイソレータ１４を出射光が集光される光レセプタクル１２側に取り付けることで原材料費を安価にできる。なお、レンズホルダ７と光学部品ホルダ１３とを閉塞面１３ｃにより面合わせにより、小型化にしても充分な接合強度が得られ、信頼性を向上させた同軸型半導体レーザモジュールを提供することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、円形状の金属ステムに固定され半導体レーザを搭載する支持台を有した半導体レーザ搭載部と、端面が前記金属ステムに接合し、かつ、内壁面に前記半導体レーザの出射光を集光するレンズを固定した円筒状のレンズホルダと、端面が前記レンズホルダに接合し、かつ、光学部品を前記レンズによる光の集光位置で光軸調芯して固定する円筒状の光学部品ホルダとから構成された同軸型半導体レーザモジュールにおいて、前記レンズホルダの外径が前記金属ステムの外径と略同一又は小さくなるよう形成するとともに、前記光学部品ホルダの外径が前記レンズホルダの外径と略同一又は小さくなるよう形成したことにより、金属ステムの面積よりも大きくならないために、光レセプタクル等の光学部品を光軸調芯固定する構造においても充分な小型化が可能となる。
【００３６】
また、前記光学部品ホルダに、一方の開口を塞ぐ閉塞面を形成するとともに、該閉塞面に前記レンズからの光を通過できる貫通孔を形成してなり、前記光学部品ホルダの他方の開口から前記光学部品を挿入して固定するとともに、前記円筒体の閉塞面を前記レンズホルダの端面に接合したので、面接合が可能となり、小型化にしても接合強度を向上させることが可能となる。
【００３７】
さらに、前記円筒体の閉塞面と光学部品との間の光軸上に光アイソレータが取り付けられているので、光路長が充分とれ、安価な光アイソレータを採用することができる。
【００３８】
また、前記支持台上の略全面に絶縁性のヒートシンクが搭載されるとともに、該ヒートシンクの表面全面に電子部品、線路又は回路を形成したために、小型化にしても高機能の同軸型半導体レーザモジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の同軸型半導体レーザモジュールを示す縦断面図である。
【図２】本発明の同軸型半導体レーザモジュールを構成する半導体レーザ搭載部の斜視図である。
【図３】従来の同軸型半導体レーザモジュールを構成する半導体レーザ搭載部の斜視図である。
【図４】従来の同軸型半導体レーザモジュールを示す縦断面図である。
【図５】従来の同軸型半導体レーザモジュールを示す縦断面図である。
【符号の説明】
１…半導体レーザ
２…ヒートシンク
２ａ…主面
３…支持台
４…金属ステム
５…レンズ
６…光ファイバ
７…レンズホルダ
８…フェルール
９…金属ホルダ
１０…割りスリーブ
１１…ハウジング
１２…光レセプタクル
１３…光学部品ホルダ
１３ａ…ザグリ部
１４…光アイソレータ
１５…キャピラリ
１６…金属フェルール
１７…フェルールホルダ
１８…薄膜抵抗
１９…レーザバイアス回路
２０…チップインダクタ
２１…コプレーナ線路
【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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