(57)【要約】      （修正有）【課題】窓材内部の光の伝搬方向と窓材のＣ軸方向との一致作業が容易に行えるようにする。【解決手段】半導体レーザ素子４を収容する気密封止容器５の窓材がサファイアであり、その窓材１を気密封止容器に固定する際、半導体レーザ素子からの出射光の光路方向に垂直な方向に対する窓材の傾斜角がθ、出射光の波長λに対する窓材の屈折率がｎ(λ)であるとき、窓材のＣ軸方向が窓材光学面の法線に対して、2005136119.tif 000009の角度で斜めに設定され、光路方向における窓材の裏面と表面とで異なる外観となるように窓材にマーキングを形成する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザ素子を収容している気密封止容器の窓材において、
前記窓材がサファイアで形成されると共に、前記窓材が前記気密封止容器に固定される際、前記半導体レーザ素子から出射される光の光路方向に垂直な方向に対する窓材の傾斜角をθとし、前記光の波長λに対する前記窓材の屈折率がｎ(λ)であるとき、前記窓材のＣ軸方向が前記窓材の光学面の法線に対して、
【数１】
2005136119.tif 000008
の角度で斜めに設定されると共に、前記光の光路方向における前記窓材の裏面と表面とで異なる外観となるようにマーキングが形成されることを特徴とする窓材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体レーザ素子を収容する気密封止容器に使用される窓材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年発達の著しい光通信の分野では、半導体レーザ素子から励起された光を確実に伝搬するために、前記半導体レーザ素子を収容する気密封止容器の気密性が重要視されている。それは、前記気密封止容器の内部が高温高湿状態となると、その内部に収容された半導体レーザ素子の電極部が劣化することと、内部に侵入した水分が結露して半導体レーザ素子の光学特性が劣化し、半導体レーザ素子の寿命を保証できなくなるためである。
【０００３】
ところで前記気密封止容器は、内部の半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子から出射された光の伝搬経路部品である光ファイバとを、レンズを使用して光結合させる役割がある。前記気密封止容器の気密性を確保したままで、このような光学系を実現するために、前記気密封止容器には光透過型の窓材が使用されている。
【０００４】
このような窓材には、光透過性に優れ、且つ強度も高いことからサファイアが適しており、既に窓材にサファイアを使用した気密封止容器の筐体の基本構造とその製造方法が開示されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【特許文献１】特開平０８−１４８５９４号（第３−４頁、第１図）
【０００５】
図９に上記の筐体構造の側断面図を示す。枠体100はFe-Ni-Co合金、Fe-Ni合金等の金属材料から成り、基体101の上面に半導体レーザ素子４が載置される載置部101aを囲繞するようにして銀ロウ等のロウ材を介して接合される。
【０００６】
更に、枠体100はその側部に貫通孔100aが設けられており、貫通孔100aには筒状の固定部材102が取り着けられている。固定部材102はその内側空所に光ファイバ103が半導体レーザ素子４と対向するようにして挿着され、光ファイバ103と半導体レーザ素子４との間で光結合を行い得るようになっている。
【０００７】
又、枠体100の内側に位置する固定部材102の端部は所定の角度をもって斜めに形成されており、その傾斜面に図１０に示すように、傾斜角θ（半導体レーザ素子４からの出射光の光路方向Ｘに垂直な方向に対する傾斜角度）を以て、サファイアから成る窓材１が固定されている。これによって窓材１の表面で反射した反射光が半導体レーザ素子４に戻ることを防止でき、半導体レーザ素子４の光の励起が不安定になることを防止して発振動作を安定に保つことが出来る。
【０００８】
また、このようなサファイアの単結晶は従来周知のチョクラルスキー法やベルヌイ法等の単結晶引き上げ方法によって形成されると共に、引き上げられたサファイアは引き上げ方向(Ｃ軸方向) に対し、結晶面方位が[0001]となるように垂直な方向に切断・研磨されて、所定の板状に作製される。
【０００９】
しかしながら、サファイアは半導体レーザ素子４からの出射光に対し所定の屈折率を有している。更に、結晶面方位を[0001]としたサファイアが固定部材102の端面に斜めに固定されるため、出射光が窓材１を透過して光ファイバ103に光結合する場合、前記出射光が窓材１内部で複屈折を起こして、光の一部のみが光ファイバ103に光結合されることとなる。その結果、光ファイバ103への光結合効率が悪化すると共に、前記出射光の伝送効率も悪化するという欠点を有していた。又、複屈折によって分離した光の間で位相差が生じ、この位相差に起因して、窓材１に本来設定されている消光比を低下させることにもなっていた。
【００１０】
このような欠点を解決するため、光の光路方向Ｘに垂直な方向に対する窓材１の傾斜角をθ、光路方向ＸとサファイアのＣ軸方向とが成す角度をθ１、半導体レーザ素子４の出射光の波長λに対する窓材１の屈折率をｎ(λ)とするとき、窓材１を
【数２】
2005136119.tif 000003
を満足するように固定することによって、スネルの法則に従って屈折する出射光の窓材１内部における伝搬方向と、窓材１のＣ軸方向とを一致させて、光の複屈折を生じさせない、即ち光の偏光面が回転しないようにする窓材固定構造が提案されている。サファイアのように一軸性の単結晶では、光の伝搬方向とＣ軸方向とを一致させると複屈折は起きなくなり、光の偏光面が回転することなく維持される。
【００１１】
このように複屈折が防止されると、全ての光がそのまま光ファイバ103に光結合されるようになり、その結果、光ファイバ103への光結合効率が良好になると共に伝送効率を優れたものとすることが出来る。又、前記伝搬方向とＣ軸方向とが一致されるため、複屈折による位相差が発生しなくなり、窓材１の消光比の低下を防止することも可能となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら窓材を取り付ける際に、窓材内部の光の伝搬方向と窓材のＣ軸方向とを一致させようとしても、目視ではＣ軸方向を確認することが出来ないので、十分な取付精度を以て窓材を固定することは困難であった。従って、窓材を固定箇所にあてがいながら光を透過させ、複屈折に起因した位相差の変化を確認しながら最適位置を出さなければならず、作業が煩雑になって時間も要していた。更に、最適位置が導き出されたとしても、その位置で一旦仮止めを行わねばならず作業工程が冗長になっていた。
【００１３】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、窓材内部の光の伝搬方向と窓材のＣ軸方向との一致作業が容易に行える気密封止容器用の窓材を提供する事である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の請求項１記載の発明は、半導体レーザ素子を収容している気密封止容器の窓材において、前記窓材がサファイアで形成されると共に、前記窓材が前記気密封止容器に固定される際、前記半導体レーザ素子から出射される光の光路方向に垂直な方向に対する窓材の傾斜角をθとし、前記光の波長λに対する前記窓材の屈折率がｎ(λ)であるとき、前記窓材のＣ軸方向が前記窓材の光学面の法線に対して、
【数３】
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の角度で斜めに設定されると共に、前記光の光路方向における前記窓材の裏面と表面とで異なる外観となるようにマーキングが形成されることを特徴とする窓材である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の窓材に依れば、光の光路方向における窓材の裏面と表面とで異なる外観となるようにマーキングを形成したので、Ｃ軸方向を窓材の光学面の法線に対し斜めに設定した窓材を、裏表間違うこと無く気密封止容器に固定することが可能となる。マーキングで裏面と表面で外観を異ならせることにより、目視によって前記法線に対するＣ軸の傾斜方向を判別することが可能となる。更に、窓材内部における光の伝搬方向とＣ軸方向とが一致するように、予め光学面とＣ軸との傾斜角度を設定することにより、光の複屈折が発生しない窓材の最適位置出しが容易になる。この結果、窓材の取付精度を容易に高めることが可能になると共に、作業の簡略化と作業時間の短縮を図ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図１〜図４を参照しながら、本発明に係る気密封止容器用の窓材について説明する。図１は半導体レーザ素子収容用の気密封止容器に使用される窓材の平面図であり、図２は図１の窓材の左側面図であり、図３は図１及び図２の窓材を気密封止容器に固定した状態を模式的に示す部分側断面図である。なお、図９及び図１０で示した従来の気密封止容器と同一箇所には同一番号を付し、重複する説明は省略若しくは簡略化して記述する。
【００１７】
本発明に係る窓材１はサファイアの単結晶で形成されると共に、そのＣ軸方向は図２中の矢印Ｃで示すように、窓材１の光学面1a、1bの法線Ｈに対して角度αだけ傾斜するように斜めに設定されている。図４に窓材１のサファイア単結晶の面方位を示すユニットセル図を示す。サファイアは正確には菱面体構造を有しているが、この図に示すように六方晶系で近似できる。
【００１８】
サファイアは従来周知のチョクラルスキー法やベルヌイ法等の単結晶引き上げ方法によって形成される。更に、Ｃ軸方向（矢印Ｃ）に垂直なＣ面（[0001]面）に対して角度αだけ傾けて、サファイア単結晶を切断（その切断面６を図４に斜線で示す）して板状に切り出し、切断面６を研磨することによって光学面1a、1bにして窓材１を形成する。切断面６をＣ軸方向に対して角度αだけ傾けることによって、切断面６の法線も角度αだけＣ軸方向に対して傾く。なお、Ｃ軸方向（矢印Ｃ）に対して角度αだけ傾斜する切断面６を形成する方向は任意に設定可能であり、図４は一例に過ぎない。このとき切断面６の法線に対するＣ軸方向の傾斜角度αは、図３より窓材１が気密封止容器５の端面に固定される際、半導体レーザ素子４から出射される光の光路方向（矢印Ｘ方向）に垂直な方向に対する窓材１の傾斜角をθ、前記光の波長λに対する窓材１の屈折率をｎ(λ)とすると、
【数４】
2005136119.tif 000005
に設定される。法線Ｈに対しＣ軸方向を角度αを以て斜めに設定して窓材１を形成し、更に、傾斜角θで斜めに気密封止容器５の一端にこの窓材１を固定したとき、光学面1aで屈折して窓材１内部を伝搬する光の伝搬方向とＣ軸方向とを一致させることが出来る（図３参照）。つまり、
【数５】
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を満足するように、気密封止容器５の斜めに傾斜している一端に窓材１が取り付けられる。但し、θ１は光の光路方向（矢印Ｘ）とサファイアのＣ軸方向（矢印Ｃ）とが成す角度である。窓材１は、Au-Snロウ材によって気密封止容器５に接合される。
【００１９】
以上のような構成とすることにより、半導体レーザ素子４から出射した光は窓材１を透過中に複屈折を起こすこと無く、全ての光が図示しない光ファイバへと光結合される。この結果、光ファイバへの光結合効率が良好になると、共に光の伝送効率が優れたものとなる。更に、複屈折が防止されるため複屈折位相差が発生せず、窓材１の消光比の低下を防止できる。
【００２０】
この設定角度αからのずれ角度をγとした場合、その影響はsinγで現れる。γ：３度以下で前記影響を５％程度に納めることが可能であり、γ：0.5度以下で前記影響を１％以下にすることが出来る。このずれ角度γは窓材１の消光比に直接影響するのでγ：0.2度以下に抑えることが好ましい。
【００２１】
窓材１には２つのオリフラ２及び３を形成する。第１のオリフラ２は切断面６に対し垂直方向に形成される。オリフラ２の形成面は特に規定しない。そして、第２のオリフラ３がオリフラ２に対し垂直方向に形成される。図１に示すように、オリフラ３はオリフラ２と判別がつくように大きさが異なるように設定され、第２のオリフラ３を第１のオリフラ２より小さくした一例を示す。
【００２２】
このように大きさが異なるオリフラ２、３を２箇所形成することにより、図１に示すように前記光の光路方向から窓材１を見たときにオリフラ２に対してオリフラ３が左右どちらに形成されているかと云うように、光の光路方向における窓材１の外観を裏面・表面とでそれぞれ異なるように形成することが出来る。従って、オリフラ２、３をマーキングにして窓材１の裏表の判別を目視で確認することが可能になるため、引き上げ単結晶の切り出しの段階で窓材１内部の光の伝搬方向と一致するようにＣ軸方向を前記法線Ｈに対し角度αを以て斜めに設定した窓材１を、裏表間違えること無く気密封止容器５に固定することが可能となる。従って、気密封止容器５への窓材１の取付精度を容易に高めることが可能になると共に作業の簡略化と作業時間の短縮を図ることが出来る。
【００２３】
又、窓材１の法線Ｈを中心軸とした回転方向の取付精度に関しては、前記の通り法線Ｈに対してＣ軸方向を傾斜させて設定しているので、法線Ｈを中心軸とした回転は影響を及ぼす。従って、図１に示すようにＣ軸投影方向（矢印Ｔ）と、窓材１の傾斜方向の投影線ｔとのずれ角度βは小さい方が望ましい。ずれ角度βの消光比に与える影響ｅは、
【数６】
2005136119.tif 000007
となる。角度βの目安として、α×βが90以下で影響ｅを５％程度に納めることが可能となり、α×βが16以下で前記影響ｅを１％以下にすることが出来る。例えば、角度α：４度の場合、影響ｅを１％以下にするためには、数５よりβを４度以下とすることが必要になる。通常、傾斜角度αは８度程度なので、前記回転による影響ｅを１％程度に軽減するには角度βは約３度程度と導出される。
【００２４】
なお、本形態では２箇所のオリフラを窓材の裏表判別用のマーキングとして形成した例を説明したが、本発明はその技術的思想に基づき種々変更可能であり、例えば図５に示すように、大きさの異なる２つのノッチ７、８をマーキングにしても良い。
【００２５】
又は、図６と図７に示すように窓材１に形成するオリフラ２を一つとし、そのオリフラ２における光学面1a側のみに面取り2aを施すことにより窓材１の裏表判別用のマーキングとしても良いし、図８に示すように光学面1aのみにレーザマーキング９を施しても良い。更にマーキングの別形態として、２つの光学面1a、1bのうち、どちらかの面上のみにARコートを施してこれを窓材の裏表判別用のマーキングとしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明の窓材を、光通信で使用されている光モジュールの半導体レーザ素子気密封止容器に適用することにより、複屈折を防止して容易に窓材の消光比を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】半導体レーザ素子収容用の気密封止容器に使用される窓材の平面図。
【図２】図１の窓材の左側面図。
【図３】図１及び図２の窓材を気密封止容器に固定した状態を模式的に示す部分側断面図。
【図４】窓材のサファイア単結晶の面方位を示すユニットセル図。
【図５】別形態の裏表判別用のマーキングを形成された窓材を示す平面図。
【図６】(a)  更に別形態の裏表判別用のマーキングを形成された窓材を示す平面図。      (b)  同図(a)の窓材を別の光学面からみた平面図。
【図７】図６(a)の窓材の左側面図。
【図８】(a)  更に別形態の裏表判別用のマーキングを形成された窓材を示す平面図。      (b)  同図(a)の窓材を別の光学面からみた平面図。
【図９】従来の気密封止容器の筐体構造を示す側断面図。
【図１０】図９に示す気密封止容器に固定されている筒状固定部材と窓材を形成するサファイアのＣ軸方向との関係を説明するための図。
【符号の説明】
【００２８】
１        窓材
２、３    オリフラ
４        半導体レーザ素子
５        気密封止容器
６        切断面
７、８    ノッチ
９        レーザマーキング
【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】
2005136119.tif 000018
【図１０】
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