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JPH04333808A - 光半導体モジュール - Google Patents

光半導体モジュール

Info

Publication number
JPH04333808A
JPH04333808A JP3105838A JP10583891A JPH04333808A JP H04333808 A JPH04333808 A JP H04333808A JP 3105838 A JP3105838 A JP 3105838A JP 10583891 A JP10583891 A JP 10583891A JP H04333808 A JPH04333808 A JP H04333808A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical fiber
optical
module
core
diameter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP3105838A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasuhisa Tanizawa
谷澤　靖久
Tetsuji Ueda
哲司 植田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP3105838A priority Critical patent/JPH04333808A/ja
Priority to US07/881,187 priority patent/US5278929A/en
Publication of JPH04333808A publication Critical patent/JPH04333808A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光半導体モジュールに関
し、特に内部光半導体素子の光を光ファイバに結合しに
送出する形式の光半導体モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】ＬＤ（レーザダイオード）モジュールや
ＡＰＤ（アバランシェ・フォトダイオード）モジュール
は光通信システムを構成する基本光デバイスであり、こ
れらは発光素子であるＬＤあるいは受光素子であるＡＰ
Ｄと、光ファイバと、これらを光学的に結合させるレン
ズと、これらを固定、実装する筐体とから成る。
【０００３】これまで光通信システムは幹線系を中心に
高速化・大容量化が進められ、機能及び性能とも大幅に
向上してきた。今後、光通信システムは幹線系のみなら
ず、その広帯域な信号伝送が可能な特質を活かし、ビル
内のローカルエリア・ネットワーク（ＬＡＮ）や、一般
家庭を対象とした加入者にまでの適用の検討が開始され
ている。
【０００４】こうした広いユーザを対象とした光通信シ
ステムでは幹線系大容量システムのような機能、性能だ
けでなく、システムの経済性が最も重要な導入の条件の
一つとなり、システムを構築するデバイスの低価格化が
強く望まれている。とりわけこの光通信システム用デバ
イスのなかで大きなコストの割合を占めるのは光デバイ
スすなわちＬＤモジュールやＡＰＤモジュールであり、
これらの光デバイスの低価格化は光加入者系システムの
導入、実用化には不可欠であると考えられている。また
、光加入者系システムでは上述の光デバイスの低価格化
に加え、装置が各加入者に配置されることから装置の小
型化も重要な課題となっている。
【０００５】一方、この光加入者系システムに要求され
る機能としては、従来の電話線の光ケーブルへの置き換
えのみならず、ＣＡＴＶなどの放送機能を一体化しよう
という動きから通信、放送の両機能を備えたシステムが
検討されている。こうした通信、放送システムを構築す
る方式としては単純に局から加入者用、加入者から局用
と２本の光ファイバを用いる方法が考えられるが、先に
述べたシステムの経済性を考え、単一の光ファイバで光
カプラを用いた同一波長双方向伝送を行う方式、あるい
は異なった波長の光を上り、下りに使い分ける波長多重
伝送方式が有力視されている。
【０００６】図４は従来の光半導体モジュールの構成を
示す図で、光半導体素子１を実装した光素子パッケージ
７と、コア拡大光ファイバ１７を収容し先端端面を研磨
した光ファイバ端末１８と、光素子１と光ファイバ１７
を光学的に結合する非球面レンズ２から構成され、あら
かじめモジュ−ル本体６にレンズ２を固定しておき光素
子パッケージ７を位置調整した後、光ファイバ端末１８
を光軸調整し本体６にＹＡＧ溶接などの工法を用いて固
定する構造を有している。コア拡大光ファイバ１７とは
、光半導体素子の出射光のシングルモード光ファイバへ
の結合のトレランスが±０．５μｍ　程度と非常にきび
しいためにそのきびしさを解決するために端面に向かっ
て徐々にコア径が拡大された構成を有するファイバであ
る。（１９９０年電子情報通信学会秋季全国大会Ｃ−１
９３「コア拡大光ファイバとＬＤとの結合特性」加療邦
治ほか）。これは通常のシングルモード光ファイバ端部
の周囲にカーボンを塗布し、端部を局所的に約１０００
℃の高温下で熱しコアを端面に向かって徐々に拡大させ
たもので、光半導体ビジュールのピグテールとして用い
られるものである。
【０００７】一方、結合トレランスを緩くするために光
ファイバとしてコア径が大きいものを用いれば、光ファ
イバピグテ−ルコ−ドも太くなり、少なくとも公共施設
として使用する事は不可能となる。
【０００８】一方、上述の双方向通信用光デバイスを構
成する方法として従来は、図５に示すように、幹線系で
用いられているピグテール型あるいはレセプタクル型の
ＬＤモジュール１９（あるいは上述のコア拡大光ファイ
バを用いた光半導体モジュール）と、ＡＰＤモジュール
２０と、光ファイバ融着型カプラ１１とを個別に組み合
わせ、中間に光コネクタ２１を２個配置することにより
所望の光デバイス構成を得るものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ように個別にＬＤモジュール、ＡＰＤモジュール、光カ
プラを組み合わせる構成では、各光デバイスに光コネク
タを取り付けておく必要があり、全体を構成する光デバ
イスの大きさの点でも価格の点でも不利になる欠点があ
った。
【００１０】また、ＬＤモジュールを組み立てる場合、
モジュール本体からピグテールコードが付いたピグテー
ル形では、本体と光素子パッケージの光軸調整固定時に
コードの取扱いが実厄介な問題となり、これも自動化に
よる量産性に支障をきたしてしまう。さらに、ピグテー
ルコード先端もセラミックなどの端末に固定し研磨する
工程を要しコスト面でも低価格化のネックとなる。また
、モジュール本体にレセプタクルを設けるレセプタクル
形ではフェノールに嵌合するスリーブを本体に固定する
必要があり、ピグテール形と同様低価格化の支障になる
。
【００１１】これらとは別に、光半導体モジュールの量
産対応として前記のコア拡大光ファイバの適用を考える
とき、ピグテールとなる光ファイバは、端末処理とコネ
クタ付けを考えると短くても１０〜数十ｃｍ必要であり
、コア拡大光ファイバ自体の量産性に欠ける。これはコ
ア拡大光ファイバを１０００℃程度の高温下におくため
に電気炉など温度制御された狭い空間に配置しなければ
ならないので、長寸法のものの処理は量産には不向なた
めである。
【００１２】本発明は光カプラを用いて複数の光デバイ
スを構成する場合にもデバイス間の接続が容易で小型化
が可能であり、しかも光半導体素子からの出射光の光フ
ァイバへの結合トレランスが緩く、しかも量産性が優れ
た光半導体モジュールを提供しようとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、光半導
体素子と、光ファイバと、該光半導体素子の出力光を該
光ファイバに光学的に結合するレンズとを一体に構成し
たモジュールであり、しかして前記光ファイバの前記レ
ンズに対向する端面におけるコアの径を、前記一体構成
の反対側に延びる光ファイバのコアの径より大きくして
位置ずれによる光結合損を少なくした光半導体モジュー
ルにおいて、前記光ファイバが前記光半導体モジュール
内において２分されて突き合わされ、該突き合わされた
部分に光学的整合剤が施されていることを特徴とする光
半導体モジュールが得られる。
【００１４】また上記の発明において、前記２分された
光ファイバのうち、前記レンズ側の光ファイバがコア拡
大光ファイバであることを特徴とする光半導体モジュー
ルが得られる。更に上記のレンズ側の光ファイバが前記
反対側に延びる光ファイバより大きいコア径を有するグ
レーデッド・インデックス型光ファイバであることを特
徴とする光半導体モジュールが得られる。
【００１５】
【実施例】次に図面を用いて本発明の実施例を説明する
。
【００１６】図１は本発明の光モジュールの一実施例の
断面図である。
【００１７】光モジュールの本体６はステンレス製の円
筒状をした細管であり、その中にガラスキャピラリ５、
非球面レンズ２が収容される。ガラスキャピラリの内径
を光ファイバ素線の外径１２５μｍ　よりわずかに大き
い１２６μｍ　の内径を有する。このガラスキャピラリ
にはあらかじめキャピラリの約半分の長さの短尺のコア
拡大光ファイバ３が挿入され端面が研磨されている。こ
こに短尺とは特に限定される寸法ではないが、実用的に
は３，４ミリメ−トルからセンチメ−トル程度まで、一
口に言えば数ｍｍ程度と表現できるものが使用される。
【００１８】このガラスキャピラリ５は内蔵された短尺
のコア拡大光ファイバのコア拡大部が光半導体からの出
射光を集光する非球面レンズ２に向くように実装されて
おり、光素子１が実装された光素子パッケージ７のフラ
ンジ面が突き合わされる。この状態で短尺のコア拡大光
ファイバ３の研磨面のコア部分に光学的に結合するよう
に位置調整されレ−ザ溶接箇所１６でＹＡＧレーザ溶接
により固定される。
【００１９】この光素子パッケージ７の光軸調整は、本
体６のガラスキャピラリ５のある側にセットされたＣＣ
Ｄカメラで短尺のコア拡大光ファイバ３の端面にニアフ
ィールドパタンを観察し、この光量と分布を最適化する
ことにより行った。
【００２０】こうして光モジュール本体６にガラスキャ
ピラリ５に内蔵された短尺のコア拡大光ファイバ３と光
素子パッケージ７を非球面レンズ２を介して光学的に結
合させた状態で固定しユニット化しておく。このユニッ
ト化された光モジュール本体のガラスキャピラリに外部
へのピグテールコードとなる光ファイバ４を先端を素線
状態にし挿入する。
【００２１】そこであらかじめガラスキャピラリ内の突
き合せ部８に固着作用を兼ねた光学的整合剤としてＵＶ
硬化接着剤を充填しておき、短尺のコア拡大光ファイバ
３にピグテール光ファイバ４を突き当てた後、紫外線を
照射して両光ファイバ３，４を固着する。
【００２２】光素子としてＬＤを用いたとき、ピグテー
ル光ファイバ４から出力される光パワーは約−２ｄＢｍ
　であり、もとのＬＤ素子出力が＋２．５ｄＢｍ　であ
ることからすると結合損は約２．５ｄＢであり、直接光
ファイバに結合させながら光軸固定する通常の組立方法
と比較しても結合損という点では遜色はない。
【００２３】一方、光素子パッケージの光軸調整・固定
時に光ファイバコードがないことから作業性、量産性は
極めて優れているといえる。光ファイバも端末処理が不
要であり、コスト面でも大きなメリットがある。また、
光ファイバどうしの接続に用いる円筒状細管は本例のよ
うにガラスキャピラリを用いてもよいが、セラミック細
管など他の材料のものを用いてもよい。また、レンズも
非球面レンズのほかに集束ロッドレンズや球レンズを用
いることも可能である。
【００２４】図２は上記の短尺の拡大光ファイバ３の代
りに、径が光ファイバ素線４より大きい短尺のグレーデ
ッド・インデックス型のマルチモードの光ファイバ３Ａ
を用いたものである。この場合突き合せ部８のところが
急激に断面が狭くなっているので光のロスがあるが、コ
ア径大光ファイバ３Ａのコア中の付き合せ部８に近い部
分の光ビ−ムは相当部分が中心に集まっているので、ロ
スは後述するように少なくて済む。
【００２５】図６において、測定点を四角で示した曲線
は前述の拡大光ファイバ３を用いた場合のＬＤ−光ファ
イバの結合効率を示したもの、三角で示した曲線は直径
が約３倍のときのコア径大光ファイバ３Ａを用いた場合
の結合効率を示したものであり、中心からあまりは離れ
ていない場合は効率の低下は比較的小さい。これはコア
径大光ファイバ内の光ビ−ムが、突き合せ部８の辺りで
は中心に纏まりコア周辺では弱くなっているからである
。なお丸印は拡大コアでない場合、図１でいえば光ファ
イバ素線４の径と同じ場合を参考までに示したものであ
る。
【００２６】次に、図３は本発明の構造を用いたＬＤモ
ジュ−ルとＡＰＤモジュ−ルを光ファイバ融着型カプラ
により接続し、光送受信デバイスを構成した例である。 モジュ−ル本体６には図１と同様に２本のガラスキャピ
ラリ５が内部に第１の光ファイバ３を内蔵した状態で収
容されており、非球面レンズ２も各ガラスキャピラリに
対応して実装されている。ＬＤ、ＡＰＤ各パッケ−ジ９
，１０は各光ファイバ３に非球面レンズ２を介して光学
的にＹＡＧ固定されている。
【００２７】こうして本体６にＬＤ、ＡＰＤパッケージ
を取り付けた後、光ファイバ融着型カプラ１１の第２、
第３の光ファイバ１３，１４の先端をそれぞれ素線状態
にし各ガラスキャピラリに挿入し、上述と同じ方法で固
着する。光ファイバ融着型カプラ１１の第１の光ファイ
バ１２の先端には外部との接続用に光コネクタが取り付
けられる。このようにすることにより光ファイバ融着型
カプラを用いて光送受信モジュールが構築される。
【００２８】以上説明したように、本体に光素子パッケ
ージを光軸調整固定する時に本体にピグテールコードが
不要であり、また、外部の光ファイバとの接続はモジュ
ール本体に内蔵された細管に光ファイバ素線を挿入し、
樹脂により固着することによってなされるため無調整で
かつ低損失で固着する事がで、さらに、光ファイバ融着
型カプラを用いてＬＤモジュール、ＡＰＤモジュールを
接続し双方向用光デバイスを構築する場合にも、カプラ
の各光ファイバ素線をＬＤモジュール、ＡＰＤモジュー
ル組立後、本体の細管に挿入固着するだけで済む。なお
以上のことは光モジュールに内蔵される短尺光ファイバ
としてグレーディッド・インデックス型のマルチモード
光ファイバを用いた場合についても言える。
【００２９】
【発明の効果】本発明はあらかじめ光素子と光学的に結
合する光ファイバにコア拡大光ファイバあるいはコア径
大光ファイバを適用し、さらにこれを短尺にして素線外
径より僅かに大きい内径を有する細管に収容し、この短
尺のコア拡大光ファイバと光素子を結合させて光モジュ
ール本体を組み立てておき、最後に外部に取り出される
光ファイバに細管を介して接続するという構成にするこ
とにより、光軸ずれトレランスを大幅に緩和し光軸調整
が容易になり固定時の歩留まりが向上出来るという本来
の特性を保持したまま、■コア拡大光ファイバは数ｍｍ
の短尺のため一括生産でき、それ自体量産性に富み、■
光モジュール本体の光軸調整固定、組立時にはピグテー
ルコードがないので自動化、量産化に適しており、■複
数の光モジュールを光ファイバ融着型カプラ等ファイバ
型デバイスで接続、結合させるのに光コネクタが不要で
あり小型化できる、などの多くの効果を得ることができ
る。この結果、光加入者用光伝送システムに適した低価
格、小形な光デバイスを実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光半導体モジュールの一実施例の断面
図である。
【図２】本発明によるコア径大のシングルモード光ファ
イバを用いたＬＤモジュールの一部の断面図である。
【図３】本発明の光半導体モジュールの構成をもつＬＤ
モジュールとＡＰＤモジュールと光ファイバカプラのよ
る光送受信モジュールの一例の断面図である。
【図４】コア拡大光ファイバを光ファイバ端末に用いた
従来のＬＤモジュールの一例の断面図を示す。
【図５】従来のＬＤ／ＡＰＤモジュールと光ファイバカ
プラを組み合わせた構成による光送受信モジュールの構
成を示す図である。
【図６】ＬＤモジュールからの出射光を従来と同じレン
ズを用いて、従来の通常のシングルモード光ファイバへ
結合させた場合と、コア拡大光ファイバおよびコア径大
のグレーデッド・インデックス光ファイバ（ＧＩファイ
バ）へそれぞれ結合させたときの結合効率と光軸ずれト
レランスを示す。
【符号の説明】
１　　　　光半導体素子 ２　　　　非球面レンズ ３　　　　短尺のコア拡大光ファイバ ３Ａ　　コア径大光ファイバ ４　　　　光ファイバ素線 ５　　　　ガラスキャピラリ ６　　　　モジュ−ル本体 ７　　　　光半導体素子パッケージ ８　　　　突き合せ部 ９　　　　ＬＤ素子パッケージ １０　　　　ＡＰＤ素子パッケージ １１　　　　光ファイバ融着型カプラ １２　　　　カプラの第１の光ファイバ１３　　　　カ
プラの第２の光ファイバ１４　　　　カプラの第３の光
ファイバ１６　　　　レ−ザ溶接箇所 １７　　　　光ファイバピグテ−ルコ−ド１８　　　　
光ファイバ端末 １９　　　　ＬＤモジュール ２０　　　　ＡＰＤモジュール ２１　　　　光コネクタ ２３　　　　コア拡大部

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　光半導体素子と、光ファイバと、該光
    半導体素子の出力光を該光ファイバに光学的に結合する
    レンズとを一体に構成したモジュールであり、しかして
    前記光ファイバの前記レンズに対向する端面におけるコ
    アの径を、前記一体構成の反対側に延びる光ファイバの
    コアの径より大きくして位置ずれによる光結合損を少な
    くした光半導体モジュールにおいて、前記光ファイバが
    前記光半導体モジュール内において２分されて突き合わ
    され、該突き合わされた部分に光学的整合剤が施されて
    いることを特徴とする光半導体モジュール。
  2. 【請求項２】　　前記２分された光ファイバのうち、前
    記レンズ側の光ファイバがコア拡大光ファイバであるこ
    とを特徴とする、請求項１の光半導体モジュール。
  3. 【請求項３】　　前記２分された光ファイバのうち、前
    記レンズ側の光ファイバが前記反対側に延びる光ファイ
    バより大きいコア径を有するグレーデッド・インデック
    ス型光ファイバであることを特徴とする、請求項１の光
    半導体モジュール。
JP3105838A 1991-05-10 1991-05-10 光半導体モジュール Pending JPH04333808A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3105838A JPH04333808A (ja) 1991-05-10 1991-05-10 光半導体モジュール
US07/881,187 US5278929A (en) 1991-05-10 1992-05-11 Optical module, method for fabricating the same and optical module unit with the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3105838A JPH04333808A (ja) 1991-05-10 1991-05-10 光半導体モジュール

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH04333808A true JPH04333808A (ja) 1992-11-20

Family

ID=14418174

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3105838A Pending JPH04333808A (ja) 1991-05-10 1991-05-10 光半導体モジュール

Country Status (2)

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US (1) US5278929A (ja)
JP (1) JPH04333808A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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