(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光素子と該光素子の光軸に一致するように調芯された光ファイバを保持する保持部材とが同一のステム上に固定された光素子モジュールであって、
前記保持部材は、塑性変形可能な金属板から成り、中央側に前記ステムから浮いた状態で前記光ファイバが固定される曲面部と、前記曲面部の両側に、前記ステムに固定されるフランジ部とを有し、
前記曲面部は、前記ステムとは反対方向に凸の円弧状であることを特徴とする光素子モジュール。
【請求項２】
前記光ファイバと保持部材とがはんだ又は低融点ガラスにより固定されたことを特徴とする請求項１記載の光素子モジュール。
【請求項３】
前記保持部材を吸着し、前記保持部材の弾性力を利用して前記光ファイバを光素子と光軸調芯し、前記フランジ部を前記ステムに固定することを特徴とする請求項１又は２記載の光素子モジュールの製造方法。
【請求項４】
前記光ファイバを光素子と光軸調芯した後、前記フランジ部を前記ステム上にＹＡＧレーザにより溶接固定することを特徴とする請求項３記載の光素子モジュールの製造方法。
【請求項５】
前記保持部材と前記ステムの溶接部分の収縮により、前記光素子と前記光ファイバの光軸を一致させるようにしたことを特徴とする請求項３又は４記載の光素子モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信用半導体レーザモジュールやフォトダイオードモジュール等の光素子モジュール及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光素子モジュールの光ファイバ固定構造の例を図５及び図６を用いて説明する。
【０００３】
図５は、光素子１が半導体レーザの場合の光ファイバ固定構造を示す要部斜視図である。簡単のため、パッケージ及びパッケージ内に配置される電子部品や配線などは省略した。
【０００４】
光素子１は放熱のためのヒートシンク２上にはんだ等の接合手段により搭載固定され、ヒートシンク２は金属から成るステム３上に同じくはんだ等の接合手段により搭載固定されている。
【０００５】
光素子１との光結合を高めるため、先端にテーパ先球や楔形状などのレンズ加工が施された光ファイバ４は、金属から成るフェルール５により保持されている。光ファイバ４及びフェルール５には、Ａｕメッキ等によるメタライズが施されており、光ファイバ４とフェルール５の接合固定は、Ａｕ／Ｓｎはんだにより成されている。
【０００６】
フェルール５をチャックし、移動することで光ファイバ４と光素子１との光軸が調芯される。光軸調芯した後、フェルール５はフェルールホルダ６にＹＡＧレーザにより溶接８され、フェルールホルダ６は同じくＹＡＧレーザにより台座７に溶接８されている。台座７はステム３上にＹＡＧレーザにより溶接８されている。
【０００７】
溶接８後、溶接部分の金属の収縮により、光ファイバ４の光軸は最大で１μｍ程度ずれてしまう。台座７を介し、ステム３上への溶接８のポイント数を増大したことで溶接部分の収縮を利用し、台座７がステム３上を自由に移動することができ、光ファイバ４の光軸ズレ補正が成されている（特開２００１−２７２５７７号公報参照）。
【０００８】
一方、図６は台座７を介さずに直接ステム３にフェルールホルダ６をＹＡＧレーザにより溶接８した光ファイバ固定構造を示す要部斜視図である。
【０００９】
光素子１に光ファイバ４を光軸調芯した後、フェルール５はフェルールホルダ６にＹＡＧレーザにより溶接８され、フェルールホルダ６はステム３上にＹＡＧレーザにより溶接８されている。この場合、一般に溶接後の光軸ズレ補正はせず、予め補正量を想定し、溶接前に光軸をずらしておくことでほぼ一致させる（米国特許第５６１９６０９号公報参照）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記図５に示す従来の光素子モジュールでは、光ファイバ４を光素子１と同一のステム３上へ固定する為にフェルール５、フェルールホルダ６及び台座７の３点にも及ぶ部品を介しているため、部品点数が多い上、作業が複雑となるという第１の課題があった。
【００１１】
また、前記図６に示す従来の光素子モジュールでは、予め想定した補正量は一定であるのに対し、ＹＡＧレーザによる溶接８後の光ファイバ４の光軸ズレはバラツキを生じるため、光結合の最大値を得ることが困難という第２の課題があった。
【００１２】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消することにあり、部品点数の削減と作業の簡略化により安価とし、かつ最大光結合を得ることを可能とした光素子モジュールを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題に鑑みて本発明は、光素子と該光素子の光軸に一致するように調芯された光ファイバを保持する保持部材とが同一のステム上に固定された光素子モジュールであって、前記保持部材は、塑性変形可能な金属板から成り、中央側に前記ステムから浮いた状態で前記光ファイバが固定される曲面部と、前記曲面部の両側に、前記ステムに固定されるフランジ部とを有し、  前記曲面部は、前記ステムとは反対方向に凸の円弧状であることを特徴とする。
【００１４】
更に、前記光ファイバと保持部材とがはんだ又は低融点ガラスにより固定されたことを特徴とする。
【００１５】
加えて、前記保持部材を吸着し、前記保持部材の弾性力を利用して前記光ファイバを光素子と光軸調芯し、前記フランジ部を前記ステムに固定することを特徴とする。
【００１６】
また、前記光ファイバを光素子と光軸調芯した後、前記保持部材を前記ステム上にＹＡＧレーザにより溶接固定することを特徴とする。
【００１７】
他に、前記保持部材と前記ステムの溶接部分の収縮により、前記光素子と前記光ファイバの光軸を一致させるようにしたことを特徴とする。
【００１８】
即ち、本発明は、光ファイバにフェルールを介さず直接保持部材を固定し、台座を介さず直接ステムに固定することで第１の課題が解決でき、保持部材を塑性変形可能な薄板金属により形成することで光軸ズレ補正を可能とし、第２の課題を解決できるようにしたものである。
【００１９】
【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。
【００２０】
図１は、本発明の光素子モジュールの光ファイバ固定構造を示す要部斜視図である。光素子１として例えば半導体レーザ等が高放熱材料である窒化アルミニウム等から成るヒートシンク２上にはんだ等の接合手段により搭載固定されている。ヒートシンク２は銅タングステン材やコバール材等の金属から成るステム３上にはんだ等により搭載固定されている。
【００２１】
光ファイバ４の先端には、光素子１との光結合を高めるため、テーパ先球や楔形状などのレンズ加工が施されている。光ファイバ４の保持部材９は、ＹＡＧレーザによる貫通溶接が可能で、かつ塑性変形が容易な厚さ０．１〜０．３ｍｍ程度を有し、ステム３上に搭載可能な大きさから成る金属薄板が弓状にプレス成形されている。保持部材９の材質はプレス成形が可能で溶接性も良く、かつステム３に近似した熱膨張係数を有するコバール材やステンレス材が好ましい。
【００２２】
図２は、弓状にプレス成形された保持部材９の形状を示す側面図であり、光ファイバ４を固定する曲面部９ａとその両側のフランジ部９ｂから成っている。曲面部９ａの曲率半径は上方からの真空吸着又は磁石によるチャックの際、左右のバランス維持が容易となる１ｍｍ以上が好ましい。ステム３に接するフランジ部９ｂは保持部材９の中央側に向けて浮いた形状とし、曲面部９ａの中心に光ファイバ４が固定される。フランジ部９ｂの浮き上がり量９ｃは、ＹＡＧレーザによる溶接８後のステム３側への収縮が可能で、断裂されない範囲である数μｍ〜０．２ｍｍ程度が好ましい。
【００２３】
図３は、光ファイバ４が固定された保持部材９を下方より観察した斜視図である。光ファイバ４の固定手段１０をはんだとする場合は、光ファイバ４及び保持部材９にＡｕメッキ等のメタライズが施される。また、固定手段１０を低融点ガラスとする場合は、メタライズは不要となる。図示しないパッケージ外部へ光ファイバ４を導出させた後の気密封止手段によりいずれか選択される。
【００２４】
図４は、光ファイバ４が固定された保持部材９をチャック１１により保持した斜視図である。保持部材９の中心部分を上方より真空吸着又は磁石から成るチャック１１により保持し、光素子１の光軸に合わせるよう移動する。このとき、保持部材９のフランジ部９ｂの弾性力を利用し、ステム３に押し付けながら光軸に対し上下方向の移動が可能である。光軸調芯した後、ＹＡＧレーザによる溶接８後の収縮分を予め考慮して１μｍ程度、保持部材９を上方へ引き上げる。保持部材９のフランジ部９ｂの弾性力により、フランジ部９ｂの両端は、ステム３に接触したままであるが、中心に向けた浮き上がり量９ｃは数μｍ以上となっている。
【００２５】
その後、図１に示すように保持部材９の両端フランジ部９ｂの各々２箇所にＹＡＧレーザによりステム３へ溶接８する。２箇所の溶接８位置は、フランジ９面積に対し、バランス良く均等に位置するよう溶接することで、光ファイバ４の光軸ズレを抑制する事ができる。溶接８後、補正量が適切でなく、光ファイバ４の光軸がずれて固定された場合は、４箇所の溶接８位置のいずれかの周辺を追加溶接する事で、溶接部分の収縮を利用して補正される。保持部材９のフランジ部９ｂが中心に向け僅かに浮いており、塑性変形可能な薄板であることから可能となる。
【００２６】
即ち、本発明では、フェルールを介さず、プレス成形した薄板金属から成る保持部材９に直接光ファイバ４を固定し、ステム３にＹＡＧレーザにより溶接８することで部品点数の削減と作業の簡略化ができるばかりでなく、ステム３より僅かに浮いた保持部材９のフランジ部９ｂの適正位置へ追加溶接することで光軸ズレ補正も可能となる。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明実施例として図１〜図４に示す光素子モジュールを作製した。
【００２８】
図１において、光素子１は半導体レーザであり、窒化アルミニウムから成るヒートシンク２上にＡｕ／Ｓｎはんだにより搭載固定した。ヒートシンク２はコバール材から成るステム３上に同じくＡｕ／Ｓｎはんだにより搭載固定した。
【００２９】
光ファイバ４の先端には、光素子１との光結合を高めるため、テーパ先球状にレンズ加工を施した。光ファイバ４の保持部材９は、幅３ｍｍ、長さ２ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍを有するコバール材から成る薄板を弓状にプレス成形した。
【００３０】
図２において、弓状にプレス成形した保持部材９の曲面部９ａの曲率半径は１ｍｍ、ステム３に接するフランジ部９ｂは保持部材９の中心に向けての浮き上がり量９ｃを０．１ｍｍとした。
【００３１】
図３において、光ファイバ４及び保持部材９にＡｕメッキ等のメタライズを施し、光ファイバ９を曲面部９ａの中心に配置し、固定手段１０はＡｕ／Ｓｎはんだとした。
【００３２】
図４において、光ファイバ４が固定された保持部材９を真空吸着によるチャック１１により保持し、保持部材９のフランジ部９ｂの弾性力を利用し、ステム３に押しつけながら光素子１の光軸に調芯した後、溶接８による収縮分を予め考慮して１μｍ、保持部材９を上方へ引き上げ、図１に示すような保持部材９の両端フランジ部９ｂの各々２箇所にＹＡＧレーザによりステム３へ溶接８した。２箇所の溶接８位置は、フランジ９面積に対し、ほぼ均等に位置するようにした。
【００３３】
保持部材９のフランジ部９ｂは、中心に向かい僅かに浮いて溶接８固定されている。溶接８後、光軸ズレ補正を必要とするものは以下の手順で行った。先ず、溶接８の４箇所の周辺を治具を用いて１箇所づつ上方よりステム３側へ押してみることで補正位置が判明する。次にその補正位置を追加溶接する。溶接部の収縮により、フランジ部９ｂがステム３側に０．５μｍ程度移動し、光ファイバ４の光軸ズレが補正された。１回の追加溶接で補正が不足している場合は、前記手順を繰り返し行えば良い。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、光素子と該光素子の光軸に一致するよう調芯される光ファイバが同一ステム上に固定された光素子モジュールにおいて、前記光ファイバを塑性変形可能な薄板金属から成る保持部材にはんだ又は低融点ガラスにより直接固定し、前記光ファイバを光素子と光軸調芯した後、前記保持部材を前記ステム上にＹＡＧレーザにより溶接固定することで、部品点数の削減と作業の効率化が可能となり、前記保持部材の溶接部分の収縮により、前記光ファイバと光素子の光軸ズレを補正することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光素子モジュールの光ファイバ固定構造を示す要部斜視図である。
【図２】本発明の光素子モジュールの弓状にプレス成形された保持部材の側面図である。
【図３】本発明の光素子モジュールの光ファイバが固定された保持部材を下方より観察した斜視図である。
【図４】本発明の光素子モジュールの光ファイバが固定された保持部材をチャックにより保持した斜視図である。
【図５】従来の光素子モジュールの光ファイバ固定構造を示す要部斜視図である。
【図６】従来の光素子モジュールの光ファイバ固定構造を示す要部斜視図である。
【符号の説明】
１：光素子
２：ヒートシンク
３：ステム
４：光ファイバ
５：フェルール
６：フェルールホルダ
７：台座
８：溶接
９：保持部材
９ａ：曲面部
９ｂ：フランジ部
９ｃ：浮き上がり量
１０：固定手段
１１：チャック
【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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