(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
細孔中に光ファイバが挿入されたフェルールの一端部に、前記光ファイバの一端が露出した第１の側面、前記光ファイバの前記一端と光学的に結合する半導体レーザ素子を配置した底面、および前記半導体レーザ素子の出射光をモニタするフォトダイオードを配置した第２の側面を有する切り欠きを形成して、前記光ファイバの前記一端と反対側の端部を前記フェルールの端面の位置で切断し研磨するとともに、前記切り欠きをスリーブで覆い、前記切り欠きを気密封止したことを特徴とする光素子アセンブリ。
【請求項２】
前記フェルールおよび前記スリーブの外周部をハウジングで包囲し、該ハウジングに光ファイバコネクタを着脱させるためのネジ部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光素子アセンブリ。
【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、光記録またはセンサ等に利用される光素子アセンブリに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば光通信等の光源に利用される半導体レーザ素子の光は、光ファイバに光学的に結合させて、種々の距離や経路を介して利用される。図７や図８に半導体レーザ素子と光ファイバとを光学的に結合させるための装置の一例を示す。
【０００３】
図７に示す装置は、パッケージ１８内にフォトダイオード８，半導体レーザ素子４，レンズ１９，光ファイバ３の端部等が収容され、パッケージ１８の外部に光ファイバ３の余長部２５を有した、いわゆるピッグテイル型（外部電極の配置からバタフライ型、デュアル型インライン型等の呼称もある）の半導体レーザアセンブリＪ１である。
【０００４】
このような装置では、半導体レーザ素子４から出射された光をレンズ１９にて、保護パイプ１５の孔１５ａに固定された光ファイバ３に光学的に結合させるようにしている。ここで、レンズ１９の光ファイバ３とは反対側の位置には、半導体レーザ素子４の出力を制御するために、半導体レーザ素子４から後方に出力された出射光をモニタするためのフォトダイオード８を配設している。なお、図中１４は光ファイバ４の余長部２５を保護するためのラバーブーツであり、２６は電極が形成された基板であってパッケージ１８の内面に固定された電子冷却素子２７上に固定されている。
【０００５】
図８に示す装置は、端部にフェルール（不図示）を着脱可能にした構造の、いわゆるレセプタクル型の半導体レーザアセンブリＪ２である。このような装置では、キャンパッケージ２８に内蔵された半導体レーザ素子４からの光をレンズ１９により不図示の光ファイバに光学的に結合するものである。なお、光ファイバ側には、外部からフェルールが挿入されてコネクタ接続され、このフェルールを着脱可能にしている。図中、１２は外部電極、１６はネジ部１６ａを有する第１のハウジング、１７は第２のハウジング、２０はファイバスタブ、２９はスリーブである。
【０００６】
最近では、上記半導体レーザアセンブリよりも光学調整を容易にし、アセンブリの小型化が可能なように、例えば図９に示す構造のものが提案されている。この構造は、シリコンから成る基板２１上にファイバ用溝２２とフェルール用溝３０を形成し、これら溝のそれぞれに光ファイバ３と光ファイバ３を固定したフェルール２とを配設し、光ファイバ３の近傍に半導体レーザ素子４を配置して、半導体レーザ素子４を動作させずに基板２１上の溝形状や電極パターンのみでアライメントし、キャップ２３で覆蓋して固定し、全体を樹脂でモールドした半導体レーザアセンブリＪ３である（例えば、１９９６年春季電子情報通信学会予稿集Ｃ−２０７を参照）。
【０００７】
さらに、図１０に示すように、半導体レーザアセンブリＪ４は、光ファイバ３と半導体レーザ素子４との結合部のみを簡略化したものが知られており、光ファイバ３を固定したフェルール２の端面に直接、面発光の半導体レーザ素子４を固定し、少ない部品で光学的結合を実現したものである（例えば、特公平８−３０７７６号公報を参照）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７に示すようなピッグテイル型、および図８に示すようなレセプタクル型の半導体レーザアセンブリでは、いずれも構成部品数が非常に多く、しかも、半導体レーザ素子に対してレンズ、ファイバを正確にアライメントさせる必要があり、そのための作業が非常に煩雑になり精度も要求される。さらに、光ファイバと光学的に結合させる半導体レーザ素子等の部材を気密封止しなければならない場合は、光結合経路のごく限られた領域であるにもかかわらず、気密部の容積が大きくなりすぎ、アセンブリ全体が大型化するだけでなく、気密が困難となる等問題が多い。
【０００９】
また、図９に示すような半導体レーザアセンブリでは、シリコン基板上での半導体レーザ素子，フェルールの設置が終了した後のキャップの固定の際、キャップは直接フェルールに接触するため、既に光学的に調整されているフェルールの位置がずれる場合がある。また、光ファイバはフェルールに、半導体レーザ素子はシリコン基板へと別個の剛体に固定された後に組み合わせられており、外部からのコネクタの着脱でスリーブ、フェルールに力が加わった場合、シリコン基板とフェルールのアライメントがずれる可能性がある。このずれは経時的に、すなわち着脱回数の増加とともに拡大する。また、このような装置では部品数が多く、接合面が入り組むためハーメチック構造を実現しにくい、といった問題を有している。
【００１０】
また、図１０に示すような半導体レーザアセンブリでは、半導体レーザ素子が面発光を行なうものに限定される構成であるので、面発光より一般的な端面発光を行なう半導体レーザ素子には適用が困難であり、このような半導体レーザ素子を用いた場合には、半導体レーザ素子からの光をモニタするフォトダイオードを設置するのが困難であった。また、光ファイバの光学調節や固定のためにフェルールの内部に段差を設けているが、そのための加工が困難であるという問題を有している。
【００１１】
そこで、本発明は上述の諸問題を解消するとともに、部品数が非常に少なく、しかも、半導体レーザ素子に対して光ファイバ等を正確にかつ容易にアライメントさせることができ、さらに小型化が可能な優れた光素子アセンブリを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する光素子アセンブリは、細孔中に光ファイバが挿入されたフェルールの一端部に、前記光ファイバの一端が露出した第１の側面、前記光ファイバの前記一端と光学的に結合する半導体レーザ素子を配置した底面、および前記半導体レーザ素子の出射光をモニタするフォトダイオードを配置した第２の側面を有する切り欠きを形成して、前記光ファイバの前記一端と反対側の端部を前記フェルールの端面の位置で切断し研磨するとともに、前記切り欠きをスリーブで覆い、前記切り欠きを気密封止したことを特徴とする。ここで、切り欠きは具体的にはフェルールの一端部で厚み方向に形成されており、この切り欠き部の側面で長さ方向にフェルールの細孔が形成されている。
【００１３】
また、上記構成において、前記フェルールおよび前記スリーブの外周部をハウジングで包囲し、該ハウジングに光ファイバコネクタを着脱させるためのネジ部が形成されていることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態について説明する。図１に本発明の光素子アセンブリを説明するために、まず基本構成の光素子アセンブリＡ１について図１を参照しつつ説明する。
【００１５】
フェルール２にはガラスやアルミナ，ジルコニア等のセラミックスなどが用いられるが、機械的強度，耐磨耗性，熱伝導性，寸法精度等の点からセラミックスが優れている。フェルール２には光ファイバ３を挿入し固定するための細孔である孔２ａが設けられており、このフェルール２の一端部には、フェルール２の孔２ａの中心軸（光ファイバ３のコア軸）と、後記する半導体レーザ素子を搭載した場合にその活性層の高さが一致するように、すなわち光ファイバ３の一端と半導体レーザ素子とを光学的に結合させるために、段差５が高精度に研削されて形成されている。この段差５上には半導体レーザ素子４、およびこれと電気的機械的に接続させる電極６が所定形状にパターニングされている。
【００１６】
光ファイバ３は端面より外側にビームウエストを形成し、半導体レーザ素子４と光ファイバ３からのビームウエストが位置、大きさとも略一致することで、従来のレンズを不要とすることができ、光ファイバ３と半導体レーザ素子４との間に高い効率の光学的結合が可能である。光ファイバ３の一端（先端部）３ａはレンズをなしており、熱や機械加工により曲率を設けた、いわゆる先球ファイバとなっている。なお、光ファイバ３は先球ファイバの他にコア拡大ファイバとしても同様な効果を期待することができる。また、上記のように光ファイバの一端にレンズが一体的に構成されていない場合でもよく、要はレンズが付設されていればよい。
【００１７】
半導体レーザ素子４は高精度な寸法に加工された段差５上に載置されるため、図中Ｙ方向は調整を不要とする。また、Ｘ方向は半導体レーザ素子４を動作させ、光ファイバ３に結合するパワーを測定しながら調整しても良いが、電極６のパターンを高精度に形成することで自動的にアライメントすることが可能である。Ｚ方向においても電極パターンにより自動的なアライメントが可能であるが、光ファイバ３をフェルール２の孔２ａ内で微小に動かすことで修正も可能である。
【００１８】
このようにして、半導体レーザ素子４は電極６上に半田等で固定される。また、光ファイバ３もフェルール２にＡｕＳｕ半田やＰｂＳｎ半田，低融点ガラス，エポキシ系樹脂等の接着剤などで固定される。なお、ハーメチック構造には半田や低融点ガラスが適している。
【００１９】
次に、より具体的について説明する。図１に示す光素子アセンブリＡ１は、直径2.5ｍｍ程度のフェルール２にはジルコニアセラミックスを用い、フェルール２の中心軸と半導体レーザ素子４の活性層の高さが一致するように、長さ４ｍｍ程度の段差５が設けられている。このため、半導体レーザ素子４は電極６のパターン上に半田づけされることで、図中のＸ，Ｙ，Ｚ方向の位置が自動的に調整される。
【００２０】
一方、フェルール２内の光ファイバ３はＺ方向に微調整の後に半田で固定される。光ファイバ３の半導体レーザ素子４側は先球加工されており、反対側の端部はピッグテイルとして利用するために余長部を残すか、フェルール２の端面の位置で切断し研磨する。この例では、切断研磨を行なっている。そして、研磨する場合は反射を防ぐためにＲ加工を施したり斜めに研磨される。
【００２１】
このように、光素子アセンブリＡ１によれば半導体レーザ素子４と光ファイバ３とが剛性の高いセラミックス製のフェルール２上で他の部材に別個に保持されることなく一体化している。これにより、光ファイバ３は外周から完全にフェルール２により保持されており、フェルール２に分割部が存在しないため、外からの力により光ファイバ３がずれることはない。
【００２２】
図２に示す本発明の基本部分である光素子アセンブリＡ２は、光素子アセンブリＡ１と同様に直径2.5ｍｍのフェルール２としてジルコニアを用い、フェルール２の孔２ａの中心軸と半導体レーザ素子４の活性層の高さが一致するように、光ファイバ３の一端が露出した第１の側面、光ファイバ３の一端と光学的に結合する半導体レーザ素子４を配置した底面、および半導体レーザ素子４の出射光をモニタするフォトダイオード８を配置した第２の側面を有する切り欠き７が形成されている。実施例２ではこの切り欠き７を利用し、フォトダイオード８を容易に設置したものである。ここで、フォトダイオード８は半導体レーザ素子４の出力を制御するための制御手段の一つであり、半導体レーザ素子４の後方（ただし、光ファイバ３側を前方とする）に出射された光をモニタするためのもので、この光をモニタすることによって、外部に設けられた不図示の制御回路でもって、半導体レーザ素子４へ流す電流を制御してその出力を制御し、半導体レーザ素子４の前方への出射量を制御するようにしている。
【００２３】
また、この光素子アセンブリＡ２においても、光素子アセンブリＡ１と同様に半導体レーザ素子４は電極６のパターン上に半田づけされることで、図中のＸ，Ｙ，Ｚ方向の位置が自動的に調整され、フェルール２内の光ファイバ３はＺ方向に微調整の後に半田で固定される。また同様に、光ファイバ３の半導体レーザ素子４側は先球加工されており、反対側の端部はフェルール２の端面の位置で切断し研磨する。この実施例では、切断研磨を行なっている。そして、研磨する場合は反射を防ぐためにＲ加工を施したり斜めに研磨される。
【００２４】
図３に示す光素子アセンブリＢ１は、実施例３は実施例１におけるフェルール２の段差５の周囲を気密封止したものである。すなわち、フェルール２と同様にジルコニア製で円筒のスリーブ１０でもってフェルール２の段差５の周囲を覆い、スリーブ１０の内側に外部電極１２を備えた尾栓１１で覆蓋し、スリーブ１０とフェルール２との間、およびスリーブ１０と尾栓１１との間を、半田１３でシールすることにより気密封止を実現している。この実施例によれば気密される容積が小さいため経時的にも非常に安定する。
【００２５】
図４に示す本発明の光素子アセンブリＢ２は、光素子アセンブリＡ２の構造に光素子アセンブリＢ１と同様に、フェルール２の一端部に形成した切り欠き７をジルコニア製のスリーブ１０で覆うように取り付け、さらに尾栓１１で覆蓋して気密封止を実現したものである。
【００２６】
図５に示す光素子アセンブリＣ１は、ピグテイル型と呼ばれるものであり、光素子アセンブリＢ２の構造に対して、光ファイバ３をフェルール２の端面で切断せず、ピッグテイル用に余長を残したものを用い、ラバーブーツ１４により光ファイバ３の余長部２５の根元での破断を極力防止したものである。
【００２７】
図６に示す本発明の光素子アセンブリＣ２は、レセプタクル型と呼ばれるものであり、光素子アセンブリＢ２の構造に対して、外周部をハウジング１６で包囲したものであり、このハウジング１６には不図示の光ファイバコネクタを着脱させるためのネジ部１６ａが形成されており、この光ファイバコネクタを容易に着脱可能としたものである。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光素子アセンブリによれば、部品点数を非常に少なくすることができるだけでなく、全体を小型化することができ、組み立ても簡便かつ迅速に行なうことができる。
【００２９】
また、光ファイバは外周から完全にフェルールによって保持されており、フェルールに分割部が存在しないために、外力により光ファイバがずれて光素子と光学的結合が外れることがない。なお、これは従来の平板の基板に各部材をアライメントし、キャップで覆蓋する方法では実現できない。
【００３０】
また、セラミックスはガラス等に比して、熱伝導性に優れているので、本発明のフェルールにセラミックスを用いることにより、半導体レーザ素子などの光素子の発熱を外部へ速やかに逃がすことができ、安定したレーザ発振を行なうことが可能となる。
【００３１】
同一面積を最小長さで囲むのは円であるため、フェルールの切り欠きを小径の円筒状のスリーブで覆うことにより、容積の非常に小さい気密封止構造を実現できる。
【００３２】
また、フェルールは本来、その外周や光ファイバ挿入用の孔が共にサブミクロンオーダの精度で加工されており、光ファイバの中心軸と半導体レーザ素子の活性層とのずれが最小になるように、高精度な段差の形成が可能なため、段差の形状のみで煩雑なアライメント作業が低減できる。
【００３３】
さらに、段差に設けた電極パターンにより、光素子の高さ方向以外に対しても正確な位置決めが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  基本構成の光素子アセンブリを説明する断面図である。
【図２】  本発明の光素子アセンブリの基本部分を説明する断面図である。
【図３】  図１に示す構成を用いた光素子アセンブリを説明する断面図である。
【図４】  本発明の光素子アセンブリの一例を説明する断面図である。
【図５】  本発明の光素子アセンブリの他の例を説明する断面図である。
【図６】  本発明の光素子アセンブリの他の例を説明する断面図である。
【図７】  従来のピッグテイル型の半導体レーザアセンブリを説明する断面図である。
【図８】  従来のレセプタクル型の半導体レーザアセンブリを説明する断面図である。
【図９】  従来の半導体レーザアセンブリを説明する断面図である。
【図１０】  従来の半導体レーザアセンブリを説明する断面図である。
【符号の説明】
２：フェルール
３：光ファイバ
４：半導体レーザ
５：段差
６：電極
７：切り欠き
８：フォトダイオード
Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２：光素子アセンブリ
【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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