JPH05323158A - レ−ザダイオ−ド結合装置及びその組立方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】光通信用レーザダイオードパッケージのファイ
バ出力の高出力化を図るため結合効率の向上とレーザダ
イオードからの放熱改善を図ったパッケージを得る。 【構成】レーザダイオード１と非球面レンズ７との光軸
調整をし易くするためにサブステム４に台座９を付け、
非球面レンズ７を金属リング８に固定する。また、サブ
ステム４、熱電冷却素子３、ケース２を半田接合するの
に、予め熱電冷却素子３の表面に金属板１９をＡｇロー
付けし、Ｉｎ−Ａｇ等の半田を使って接合する。また、
ケース２内に断熱材を接合するのもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レンズを介してレ−ザ
ダイオ−ドと光ファイバとの光結合を行うレーザダイオ
ード結合装置及びその組立方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバを伝送路として使用する光通
信方式では、長距離伝送を行うために高いファイバ出力
が要求される。すなわち、レ−ザダイオ−ド素子から発
振した光を出来るだけ効率よくしかも高い出力で光ファ
イバ内に取り込む光結合装置が必要である。

【０００３】結合効率を高めるには、光ファイバ先端に
レンズ効果を持たせた先球ファイバで光結合する方法、
或いは複数のレンズを介して光ファイバに結合する方法
等が使われている。

【０００４】先球ファイバを用いた方法では、レ−ザダ
イオ−ドと先球ファイバとの相対許容位置ずれ量（１ｄ
Ｂの光出力が変動する量）がわずか±２μｍ程度である
のに対し、レンズを使った方法では先球ファイバでの結
合より相対許容位置ずれ量を大きくとることができ、組
み立てを行なう上で容易である。

【０００５】ファイバ出力を高めるためには、レーザダ
イオード素子への動作電流を増大させたり高い出力特性
をもとレーザダイオード素子を実装するが、これに伴っ
てレーザダイオードからの発熱が大きくなる。

【０００６】レーザダイオード素子の温度が上昇する
と、発光出力が低下する性質があるため、結合装置内で
はレーザダイオードからの熱をすみやかに放熱する構造
であることが望ましい。

【０００７】この種の従来の技術は、特開昭６３ー１１
８７０６号公報に開示されているように、レ−ザダイオ
−ドはケ−スの側壁に熱電冷却素子及びサブステムを介
して接合固定されている。

【０００８】サブステムは、上方にレ−ダイオ−ドが出
射できるように、Ｔ字型形状となっている。従って、側
壁に低融点半田等を用いて接合固定された熱電冷却素子
の上にレ−ザダイオ−ドを実装することにより、レ−ザ
光は側壁と直角の方向に出射される。

【０００９】レ−ザ光は、前方と後方から同一出力で出
射し、後方の光はモニタダイオ−ドで受光して前方出力
の制御が行える構造となっている。光伝送に使用する前
方の光は、球レンズで集光される。球レンズはレ−ザダ
イオ−ドの出射部との位置合わせを行った後、Ｐｂ−Ｓ
ｎ半田、或いは低融点ガラスで接合固定されている。

【００１０】結合装置の組立は以下の様に行う。

【００１１】予めサブステム上にはレーザダイオード、
球レンズ、モニタ用フォトダイオード及び熱電冷却素子
を組み立てておく。レーザダイオードの光は、球レンズ
を透過し円柱形ロッドレンズで集光されファイバに入
る。そこで、ロッドレンズはケースの側壁に設けた穴に
Ｐｂ−Ｓｎ半田で固定し、次に、ロッドレンズの光軸と
球レンズの光軸が一致するように前記レーザダイオード
付サブステムを位置合わせ後熱電冷却素子の底面とケー
スの側壁とを接合固定する。

【００１２】ロッドレンズからの光は最終的にシングル
モ−ドファイバに結合される。ファイバはロッドレンズ
からの光をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向で調整出きるようにフェル
−ル付ファイバとフェル−ルガイドで構成されている。

【００１３】光軸は、まず、ロッドレンズからの光が最
大となるようにフェル−ル付ファイバを光軸合わせした
後、フェル−ルガイドの全周を固定する。

【００１４】次に、フェル−ルガイドとフェル−ル付フ
ァイバとをＺ軸方向で調整後、Ｐｂ−Ｓｎ等の半田で固
定されている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、シン
グルモードファイバとの結合効率を得るために球レンズ
とロッドレンズとを組み合わせたレンズ構成で光結合し
ているが、レーザダイオードと球レンズとが同一面上に
配置されるため、面上での合わせはできるが面外での調
整ができないため、高さ方向のずれに対し光軸が傾いて
ロッドレンズに入射し結合効率を低下させる問題があっ
た。

【００１６】また、ファイバ出力を増大させるために
は、レーザダイオードの動作電流を大きくしたりレーザ
ダイオードが高出力動作できる素子を実装する場合があ
るが、これに伴い素子発熱が増大し、これに対応したレ
ーザダイオード放熱構造とはなっていない問題があっ
た。

【００１７】更には、サブステム、熱電冷却素子、ケー
スを夫々Ｉｎ−Ａｇ（融点１４１℃）、Ｉｎ−Ｓｎ（融
点１１７℃）を使って接合固定するが十分な濡れが得ら
れず、熱抵抗を増大させる結果ファイバ出力低下或いは
レーザダイオード素子寿命を低下させる問題があった。

【００１８】本発明の目的は、例えレーザダイオードか
らの発熱が大きくなっても、レンズとレーザダイオード
との光軸合わせを精度よく行うとともに、構成部材間の
接合部ぬれ性を確保し、レーザダイオードで発生する熱
を速やかにケース外部に放熱するとともにケース外部の
熱が再びレーザダイオードに戻って来ない構造と組立法
を提供することにより、高いファイバ出力を得ることに
ある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のレ−ザダイオ−ド結合装置は、パッケ−ジ
ケ−スの一方の側壁に熱電冷却素子及びサブステムを介
して接合固定されたレ−ザダイオ−ド素子と、レ−ザダ
イオ−ド素子の前方出射端の近傍でサブステム上に接合
固定された第一のレンズと、パッケ−ジケ−スの他方の
対向した側壁にレンズホルダを介して接合固定された第
二のレンズと、レンズホルダの一端でフェルールホルダ
を介して固定されたフェルール付ファイバとを備えたも
のにおいて、予めサブステムに台座を設けておき、金属
リングに固定した第一のレンズとの光軸合わせ後台座と
金属リングとを接合固定されたことを特徴とする。ま
た、サブステムの台座と第一レンズ用金属リングの材質
はＦｅ−４５Ｎｉ或いはＦｅ−５０ＮｉでＹＡＧ溶接或
いは高周波加熱を用いた半田固定されたものがよい。

【００２０】また、他の本発明のレ−ザダイオ−ド結合
装置は、パッケ−ジケ−スの一方の側壁に熱電冷却素子
及びサブステムを介して接合固定されたレ−ザダイオ−
ド素子と、レ−ザダイオ−ド素子の前方出射端の近傍で
サブステム上に接合固定された第一のレンズと、パッケ
−ジケ−スの他方の対向した側壁にレンズホルダを介し
て接合固定された第二のレンズと、レンズホルダの一端
でフェルールホルダを介して固定されたフェルール付フ
ァイバとを備えたものであって、パッケージケース内の
上面及び下面にＡｌ₂Ｏ₃板或いはＳｉ₃Ｎ₄，ＭｇＯ−Ｓ
ｉＯ₂板を接合固定されたことを特徴とする。

【００２１】熱電冷却素子の表面にはパッケージケース
と同一又は同種の材質からなる金属材が夫々接合され、
この金属材の面を介して熱電冷却素子接合表面とサブス
テム或いはパッケージケースが接合固定されることが好
ましい。また、サブステム、パッケージケースの材質
が、Ｍｏ，Ｃｕ−（８０〜９０）Ｗ，Ｃｕ／３２Ｎｉ−
４Ｃｏ−Ｆｅ／Ｃｕのクラッド材であることが好まし
い。

【００２２】更に、熱電冷却素子表面に接合する金属材
料がＭｏ，Ｃｕ−（８０〜９０）Ｗ，或いはＣｕ／３２
Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ／Ｃｕのクラッド材であり、Ａｇロ
−、Ａｕ−Ｓｉ，Ａｕ−Ｇｅ，Ａｕ−Ｓｎ等の接合材で
前記熱電冷却素子表面にこの金属材が夫々接合固定さ
れ、続いてＩｎ−Ｓｎ，Ｉｎ−Ａｇ，Ｉｎ−Ｐｂ−Ａ
ｇ，Ｉｎ−Ｐｂ−Ｓｎ，Ｐｂ−Ｓｎ等の半田材或いは抵
抗溶接、ＹＡＧ溶接によりサブステム、金属材付き熱電
冷却素子、パッケージケースが夫々固定されたものがよ
い。

【００２３】また本発明のレ−ザダイオ−ド結合装置の
組立方法は、パッケ−ジケ−スの一方の側壁に熱電冷却
素子及びサブステムを介して接合固定されたレ−ザダイ
オ−ド素子と、レ−ザダイオ−ド素子の前方出射端の近
傍に固定された第一のレンズと、パッケ−ジケ−スの他
方の対向した側壁に固定された第二のレンズと、レンズ
ホルダの一端でフェルールホルダを介して固定されたフ
ェルール付ファイバとを備えたレ−ザダイオ−ド結合装
置において、予め熱電冷却素子の冷却面にサブステムと
同一又は同種の材質からなる金属材と熱電冷却素子の加
熱面にパッケージケースと同一又は同種の材質からなる
金属材を夫々接合固定しておき、次にレーザダイオード
と光軸合わせした第一レンズ付サブステムと、サブステ
ムの同一又は同種の金属材付熱電冷却素子表面とを半田
材或いは溶接で接合固定し、次にサブステム付き熱電冷
却素子と第二レンズとの光軸合わせを行った後パッケー
ジケースに半田材或いは溶接で接合固定し、最後にフェ
ルール付ファイバを光軸調整及び固定することを特徴と
するものである。

【００２４】

【作用】一般にレーザダイオードからの光は、３０〜４
０°の広がりを持って発振される。この光を効率よくフ
ァイバに入射させるために、レンズを使用する。第一レ
ンズで集光する時、レーザダイオードを固定するサブス
テムに台座をもうけ、予め第一レンズを金属リングに固
定しておき、台座とリング付レンズとをすり合わせなが
ら光軸調整して固定する。

【００２５】また、レーザダイオードでの熱をケース外
にすばやく放熱するために、熱電冷却素子の表面に予め
金属板をＡｇロー等で固定しておく。金属板は例えばサ
ブキャリアと同質の材料でＩｎ−Ｐｂ−Ａｇ等との濡れ
性が良い。そこで、サブキャリア、熱電冷却素子、パッ
ケージケース間をＩｎ−Ｐｂ−Ａｇで固定し接合性を高
めるとともに、パッケージケース内の上、下面にＡｌ２
Ｏ３を接合して、熱電冷却素子動作時パッケージケース
外からケース内気体を介してレーザダイオードに伝達さ
れる熱を遮断することにより放熱性を高める。

【００２６】こうして組み立てたレーザダイオード結合
装置は、結合効率を高くできるとともにレーザダイオー
ド素子の温度を低く保つことができ、安定した高いファ
イバ出力を得ることができる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１により説明す
る。

【００２８】レ−ザダイオ−ド１は、ケ−ス２の側壁に
熱電冷却素子３、サブステム４、ベ−ス５を介して接合
固定されている。サブステム４は、上方（図１のＺ方
向）にレ−ザダイオ−ド１が出射できるようにＴ字型形
状となっている。レ−ザダイオ−ド１は、温度変化に対
して光出力、波長が変動する性質がある。

【００２９】そこで、レーザダイオード１の温度を一定
に保つために、サブステム４は熱電冷却素子３で温度制
御している。熱電冷却素子３からの熱は、速やかにケー
ス２外に放出できるようにベース５の材料として熱伝導
率の良好なＭｏ、Ｃｕ−（８０〜９０）Ｗ，或いはＣｕ
／３２Ｎｉ−４Ｃｏ−Ｆｅ／Ｃｕ材が適している。ケー
ス２の材料もベース５と同様である。

【００３０】更には、ベ−ス５をケ−ス２内に取り付け
る方法としては、放熱性を高めるようにケ−ス２の側壁
と下面とをＡｇロ−材（例えば７２Ａｇ−Ｃｕ，８５Ａ
ｇ−Ｃｕ）で固定する方法或いはベース５とケース２と
を一体で切れ目のない同一材を圧延加工して形成する方
法がある。

【００３１】図２は、ケース２の組立工程を示す。図２
ーａは、ケース２を上から見た正面図である。ケース２
の一側面と下面が一体のＴ字型となっており、ベース５
は中央部に形成されている。この板を折り曲げると図２
−ｂとなる。更に、ケース２の四側面となる角型パイプ
２’（図２ーｄ）を予め形成しておき、図２ーｂと組み
合わせると、図２ーｃとなる。Ｔ字型板と角型パイプ
２’とはＡｇロー付が適している。

【００３２】レ−ザダイオ−ド１からの発振光はダイオ
−ドの前後から同時に出射される。伝送で使用する前方
光の出力制御を行うために、後方からの光をモニタする
フォトダイオ−ド６がサブステム４に設けられている。
レ−ザダイオ−ド１からの出射光は、ダイオ−ドに直角
方向に約４０゜、水平方向に約３０゜の広がりを持って
いる。この光を効率良くファイバ内に入射させるために
非球面レンズ７及びロッドレンズ１０を使用する。

【００３３】非球面レンズ７は、予めＦｅ−４５Ｎｉ或
いはＦｅ−５０Ｎｉからなる金属リング８上に低融点ガ
ラス、Ａｕ−Ｓｎ等で固定したり金属リング８に直接ガ
ラスモールドでレンズを造り込んでいる。一方、サブス
テム４の端面にはリング状の台座９をＡｇロー固定され
ている。

【００３４】台座９の材質は金属リング８と同質である
ことが好ましい。この台座９に非球面レンズ付金属リン
グ８を置き、レ−ザダイオ−ドから発振した光が直角平
行になるように光軸調整を行った後、台座９と金属リン
グ８とを固定する。固定の方法としては、ＹＡＧ溶接或
いは高周波加熱を用いてＡｕ−Ｓｎ等で固定する方法が
ある。

【００３５】ロッドレンズ１０は、予めケ−ス２の側壁
にレンズガイド１１を固定後この中に挿入して固定す
る。レンズガイド１１とケ−ス２との固定部１２は、ケ
−ス内の気密保持或いはレンズの固定を行う上で基にな
る部分で、Ａｇロ−、低融点ガラス、ＹＡＧ溶接、抵抗
溶接を用いてレンズガイド１１を固定する。レンズガイ
ド１１の材質としては、ＳＰＣＣ，ＳＳ４１等の鉄材が
適している。

【００３６】ケ−ス２内へレ−ザダイオ−ド１を組み込
む方法としては、２種類がある。すなわちレンズガイド
１１をＡｇロ−、低融点ガラスで固定する場合とＹＡＧ
溶接、抵抗溶接で固定する場合である。

【００３７】レンズガイド１１をＡｇロ−、低融点ガラ
ス付けする場合、ケース２を高い温度にするため、レン
ズガイド１１を予め固定しておく構造となるのに対し、
ＹＡＧ溶接、抵抗溶接では、レーザダイオード１をケー
ス２内に予め固定後レンズガイド１１を固定する。

【００３８】Ａｇロー固定の場合、ケ−ス２内にレンズ
ガイドを固定後ロッドレンズ１０をレンズガイド１１の
所定位置に置き，Ａｕ−Ｓｎ，Ａｕ−Ｇｅ等の接合材を
使って固定する。顕微鏡でロッドレンズ１０を透した内
部観察を行い、非球面レンズ７付サブステム４の光軸が
ロッドレンズ１０の光軸上に来るように位置合わせし、
サブステム４底面を固定する。サブステム４には、予め
熱電冷却素子３が固定されており、熱電冷却素子３底面
とベ−ス５を固定する。

【００３９】次に、ＹＡＧ溶接固定の場合、非球面レン
ズ付サブステム４をまずケ−ス２内に組み込む。すなわ
ちケ−ス２の側壁でロッドレンズ１０が位置する部分に
は、ダミ−のロッドレンズ付レンズガイドを準備してお
く。

【００４０】次に、顕微鏡下で非球面レンズ付サブステ
ム４とロッドレンズ付レンズガイドとの光軸合わせを行
い、サブステム４、熱電冷却素子３底面とベース５とを
夫々接合固定する。サブステム４の組込後レ−ザダイオ
−ド１が発振できるようにＡｕワイヤ配線を行う。ダミ
−のロッドレンズ付きレンズガイドを取り除き、予めレ
ンズガイド１１とロッドレンズ１０とを固定したものを
ケ−ス２側壁に配置する。

【００４１】レ−ザダイオ−ド１を発振させながら、非
球面レンズ７からの光がロッドレンズ１０の光軸と一致
するようにレンズガイド１１をＸ，Ｙ方向で調整し、接
合部１２の部分でＹＡＧ溶接或いは抵抗溶接固定する。
ＹＡＧ溶接する場合、レンズガイド１１の端部は、図２
に示すように、Ｕ字或いはＶ字型溝を全周にわたって付
けることが好ましい。

【００４２】溶接時は、レンズガイド周りで対角２ヵ所
或いは４ヵ所から同時に仮どめ固定し、その後レンズガ
イド全周にわたって溶接固定する。抵抗溶接する場合、
レンズガイド１１の端部は、予め図３に示すように、突
起１８を全周にわたり設けておく。

【００４３】ケ−ス２とレンズガイド１１との間に加圧
力を加えながら通電すると、突起部は溶融してケ−ス２
と接合するが、この時溶融突起が流入するわずかな溝を
レンズガイド１１側に設けておくと、ケ−ス２とレンズ
ガイド１１とはすき間なく接合させることができ、傾き
のないレンズ固定が得られる。

【００４４】レンズガイド１１がＡｇロー固定されたケ
−ス２内へレ−ザダイオ−ド１を組み込む場合、レンズ
ガイドに設けられたロッドレンズ１０との光軸合わせを
行いながら、レ−ザダイオ−ド１が固定されたサブステ
ム４をケ−ス２に固定する必要がある。

【００４５】ケ−ス２内のスペ−スが限られること、ケ
−ス２、例えばｂｕｔｔｅｒｆｌｙ型の場合は外形２
０．８×１２．７×７．６しかなく、非常に狭い空間で
の接合作業になること、半田接合を行うには接合面のこ
すり合わせにより半田に生じた酸化膜を除去することが
重要なこと、熱電冷却素子３は耐熱性が１５０℃程度し
かなく、これより低い融点の半田材使用となること、熱
電冷却素子３表面はアルミナを使っており、この表面に
例えばＣｕ，Ｎｉ，Ａｕ等のメタライズ処理を行って半
田接合するが濡れ性が十分でないこと、レーザダイオー
ド１の高出力化に伴いサブステム４からケース２外への
放熱が高いファイバ出力を得る上で必要なこと等の問題
があった。

【００４６】レーザダイオード１からの放熱を良くする
第一の方法は、サブステム４の形状を角錐形とすること
にある。レーザダイオード１からの熱は広がりを持って
伝導して行く。従って、角錐形の頂点にレーザダイオー
ド１が実装されていると、最も効率よく放熱が行われ
る。

【００４７】実際には、サブステム４上にはレンズ８、
フォトダイオード６等の部品を実装するため、階段状に
なる。また、熱電冷却素子３への熱伝導を考慮すると、
角錐形の底面は熱電冷却素子３と一致していることが望
ましい。

【００４８】レーザダイオード１からの放熱を良くする
第二の方法は、図４に示すように、サブステム４の接合
面に段差（溝）２１を設けて、熱電冷却素子３表面で金
属材層１９と半田接合層１７で固定する方法がある。半
田接合部が組立或いは使用時破壊する方向は、接合面の
外周部から内側にむかってであり、外周部の半田厚を厚
くすることにより半田接合層にかかる力を分散し、接合
部破壊を防止するとともに熱抵抗の劣化を防ぐ。

【００４９】更には図５に示すように、サブステム４と
同一或いは同種の材料からなる金属材１９を予め熱電冷
却素子３表面に接合しておき、この金属材１９の面とサ
ブステム４とを接合させる方法である。

【００５０】従来の接合品を温度サイクル試験（−４５
℃〜８０℃）すると熱電冷却素子３のセラミックス表面
から半田が剥離しており、サブステム４側の剥離はな
い。これはセラッミクスと半田との濡れ性が十分でない
ためである。そこで、熱電冷却素子３表面に前記金属板
１９を取り付けることにより接合の向上をはかる。

【００５１】更には、図５に示すようにサブステム４或
いは熱電冷却素子３冷却面、加熱面に溝２１、２２を設
けると更に接合向上を図ることができる。溝２１、２２
の幅は、接合面積の２０〜３０％が適している。

【００５２】冷却面に接合する金属板１９の厚さとして
は、セラミックス板の１／５〜１／２で、材質はＭｏ，
Ｃｕ−（８０〜９０）Ｗ、Ｃｕ／３２Ｎｉ−４Ｃｏ−Ｆ
ｅ／Ｃｕのクラッド材が良い。セラミックスへの接合に
は、予め７２Ａｇ−Ｃｕや８５Ａｇ−Ｃｕ等のＡｇロ−
或いはＡｕ−Ｓｉ，Ａｕ−Ｇｅ，Ａｕ−Ｓｎ等の接合材
で固定しておき、その後に熱電冷却素子３内部の組立を
行う。具体的に各部材の材質の組合わせ例を次に示す。

【００５３】（１）Ａｌ₂Ｏ₃のアルミナ板に、７２Ａｇ
−Ｃｕを使ってＭｏ板をロー付けする。

【００５４】（２）アルミナ板に、Ａｕ−Ｓｎを使って
Ｃｕ−（８０〜９０）Ｗ板を接合する。

【００５５】（３）アルミナ板に、Ａｕ−Ｇｅを使って
Ｃｕ／３２Ｎｉ−４Ｃｏ−Ｆｅ／Ｃｕ板を接合する。加
熱面に接合する金属板１９の厚さとしては、セラミック
ス板の１／５〜１／２で、材質はＭｏ，Ｃｕ−（８０〜
９０）Ｗ，Ｃｕ／３２Ｎｉ−４Ｃｏ−Ｆｅ／Ｃｕがよ
い。

【００５６】このようにして形成した熱電冷却素子加熱
面とサブステム４面とをＩｎ−Ｓｎ，Ｉｎ−Ａｇ，Ｉｎ
−Ｐｂ−Ａｇ，Ｐｂ−Ｓｎ等の半田を用いて固定する。

【００５７】次に、ロッドレンズ１０と非球面レンズ７
からの光軸とを調整しながら熱電冷却素子付サブステム
４をベ−ス５に接合固定する。接合材としてはＩｎ−Ｓ
ｎ，Ｉｎ−Ａｇ，Ｉｎ−Ｐｂ−Ａｇ，Ｐｂ−Ｓｎ等が適
している。この部分の接合では、組立後にレ−ザダイオ
−ド、フォトダイオ−ドが実装された状態で、ケ−ス２
内をフラックス洗浄することが難しい。

【００５８】そこで、金属表面にはＮｉ，Ａｕメタライ
ズを行い、接合時の雰囲気をＮ₂の不活性ガス或いはイ
ナ−トガス中でフラックス無し接合を行うことが好まし
い。

【００５９】レーザダイオード１からの放熱を良くする
第三の方法は、パッケージケース２内の上面及び下面に
断熱材２０を接合する。材料としては、Ａｌ₂Ｏ₃，Ｓｉ
₃Ｎ₄，ＭｇＯ−ＳｉＯ₂等が適している。

【００６０】パッケージケース２への接合材としてはＡ
ｕ−Ｓｎ，Ａｕ−Ｇｅ，Ａｕ−Ｓｉ等の半田がよい。断
熱材２０の幅はサブステム４と熱電冷却素子３とを覆う
程度がよい。また、断熱材２０はケース２の上下面だけ
でなく左右面に接合すると更によい。これら断熱材２０
は、パッケージへのレーザダイオード１実装前に接合し
ておくことが好ましい。

【００６１】ロッドレンズ１０からの光は、最終的にシ
ングルモ−ドファイバ１３に結合される。ファイバ１３
の外形はφ１２５μｍであるが、光が導波される部分は
コア部φ１０μｍである。従って、ロッドレンズ１０か
らの光をできるだけ集光させて、コアに入射させること
が必要である。

【００６２】すなわち、Ｘ，Ｙ，Ｚの三方向に対して軸
調整できる構造を得るために、まず、ファイバ１３はセ
ラミックス、ジルコニア等のフェル−ル１４内に接着固
定後、端面を研磨し、入射するコア部分を得る。

【００６３】端面研磨は、直角から４゜以上の傾斜をつ
ける。これは、レンズを通してファイバ端面に集光する
場合、端面反射する部分があるとレ−ザダイオ−ド１に
再入射されることになり、わずかな戻り光でもレ−ザダ
イオ−ド１ヘ再入射すると、これにともなって光が増幅
され、レ−ザダイオ−ドの発振が不安定になる。そこ
で、ファイバ端面に傾斜２３を付けることにより反射光
がレ−ザダイオ−ド１に戻らない構造にしている。

【００６４】フェル−ル１４をガイドするフェル−ルガ
イド１５を設けることにより、フェル−ル１４とガイド
１５間でＺ軸調整するとともにフェル−ルガイド１５と
レンズガイド１１間でＸ，Ｙ軸調整する。

【００６５】光結合実験によると、ロッドレンズ１０と
ファイバ１３との許容相対位置ずれ量は最大結合から１
ｄＢ低下する場合、Ｘ，Ｙ方向に対しては±３μｍであ
り、Ｚ方向に対しては±１５０μｍである。そこで、ま
ず、Ｘ，Ｙ，Ｚ三軸を光軸調整後レンズガイド１１とフ
ェル−ルガイド１５との間を全周固定する。固定部１６
は、フェル−ルガイド１５側に溝を取付け、この部分に
リング状Ａｕ−Ｓｎ，Ａｕ−Ｇｅ接合材を置き、高周波
加熱装置によりフェル−ルガイド１５外周部を加熱して
溶融．凝固させる。

【００６６】次に、フェル−ル１４とフェル−ルガイド
１５との間をＰｂ−Ｓｎ半田で固定する。尚、フェルー
ル１４材がＡｌ₂Ｏ₃或いはジルコニア材である時、フェ
ル−ル１４とフェル−ルガイド１５との接合は、熱電冷
却素子３とサブステム４との接合と同様な方法を用いる
と更に安定した接合が得られる。

【００６７】上記実施例によれば、サブステム４の形状
を角錐状としたこと、サブステム４、熱電冷却素子３、
ベース５との接合に接合界面にかかる力を低減する溝を
設けるとともに熱電冷却素子４表面に金属板接合して接
合性を高めたこと、ケース２内に断熱材を接合したこと
により、レーザダイオード１からケース外への放熱を確
実にできるとともにレーザダイオード１と第一レンズ７
との光軸合わせを金属リングで精度よくでき、パッケー
ジからのファイバ出力を高くすることができる。

【００６８】

【発明の効果】本発明によれば、レーザダイオードを固
定するサブステムを熱電冷却素子に、濡れ性よく、接合
界面にかかる力を少なくして固定することができ、しか
もケース内の断熱材を設けることにより、レーザダイオ
ードの放熱を確実に行うことが可能である。

【００６９】また、レーザダイオードとファイバとの結
合効率を高くできる効果がある。更には、ハッケージの
信頼性を大きくできるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のパッケージの縦断面図であ
る。

【図２】図１のパッケージケースの組立行程を示す正面
図である。

【図３】図１のレンズガイド部の断面図である。

【図４】図３の他の実施例の断面図である。

【図５】本発明に係るサブステムと熱電冷却素子の接合
部の実施例の断面図である。

【図６】本発明に係るサブステムと熱電冷却素子の接合
部の他実施例の断面図である。

【符号の説明】

１…レ−ザダイオ−ド、２…ケ−ス、３…熱電冷却素
子、４…サブステム、５…ベ−ス、６…フォトダイオ−
ド、７…非球面レンズ、１０…ロッドレンズ、１１…レ
ンズガイド、１３…シングルモ−ドファイバ、１４…フ
ェル−ル、１５…フェル−ルガイド、２０…断熱材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 熊沢 鉄雄 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】パッケ−ジケ−スの一方の側壁に熱電冷却
   素子及びサブステムを介して接合固定されたレ−ザダイ
   オ−ド素子と、前記レ−ザダイオ−ド素子の前方出射端
   の近傍でサブステム上に接合固定された第一のレンズ
   と、パッケ−ジケ−スの他方の対向した側壁にレンズホ
   ルダを介して接合固定された第二のレンズと、レンズホ
   ルダの一端でフェルールホルダを介して固定されたフェ
   ルール付ファイバとを備えたレ−ザダイオ−ド結合装置
   において、前記第一レンズを予めリング状金属に固定し
   ておき、前記サブステムに設けた台座にリング状金属付
   第一レンズとレーザダイオード素子との光軸が一致する
   ように調整した後、固定することを特徴とするレーザダ
   イオード結合装置。
2. 【請求項２】請求項１において、リング及び台座の材質
   はＦｅ−４５Ｎｉ或いはＦｅ−５０Ｎｉで、リング状金
   属付第一レンズと台座との固定をＹＡＧ溶接或いは高周
   波加熱を使って半田固定することを特徴とするレーザダ
   イオード結合装置。
3. 【請求項３】パッケ−ジケ−スの一方の側壁に熱電冷却
   素子及びサブステムを介して接合固定されたレ−ザダイ
   オ−ド素子と、前記レ−ザダイオ−ド素子の前方出射端
   の近傍でサブステム上に接合固定された第一のレンズ
   と、パッケ−ジケ−スの他方の対向した側壁にレンズホ
   ルダを介して接合固定された第二のレンズと、レンズホ
   ルダの一端でフェルールホルダを介して固定されたフェ
   ルール付ファイバとを備えたレ−ザダイオ−ド結合装置
   において、パッケージケース内の上面及び下面にＡｌ₂
   Ｏ₃板或いはＳｉ₃Ｎ₄，ＭｇＯ−ＳｉＯ₂板を接合固定し
   たことを特徴とするレーザダイオード結合装置。
4. 【請求項４】パッケ−ジケ−スの一方の側壁に熱電冷却
   素子及びサブステムを介して接合固定されたレ−ザダイ
   オ−ド素子と、前記レ−ザダイオ−ド素子の前方出射端
   の近傍でサブステム上に接合固定された第一のレンズ
   と、パッケ−ジケ−スの他方の対向した側壁にレンズホ
   ルダを介して接合固定された第二のレンズと、レンズホ
   ルダの一端でフェルールホルダを介して固定されたフェ
   ルール付ファイバとを備えたレ−ザダイオ−ド結合装置
   において、前記サブステムと同一または同種の材質から
   なる金属材が予め前記熱電冷却素子表面に接合され、こ
   の金属材の面を介して熱電冷却素子接合表面とサブステ
   ム接合表面とが接合固定されたことを特徴とするレーザ
   ダイオード結合装置。
5. 【請求項５】請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記
   サブステム、パッケージケースの材質がＭｏ，Ｃｕ−
   （８０〜９０）Ｗ、或いはＣｕ／３２Ｎｉ−４Ｃｏ−Ｆ
   ｅ／Ｃｕのクラッド材であることを特徴とするレーザダ
   イオード結合装置。
6. 【請求項６】請求項４において、前記熱電冷却素子表面
   に接合する金属材料が、Ｍｏ，Ｃｕ−（８０〜９０）
   Ｗ，Ｃｕ／３２Ｎｉ−４Ｃｏ−Ｆｅ／Ｃｕのクラッド材
   であり、Ａｇロ−、Ａｕ−Ｓｉ，Ａｕ−Ｇｅ，Ａｕ−Ｓ
   ｎ等の接合材で前記熱電冷却素子表面に該金属材がそれ
   ぞれ接合固定され、続いてＩｎ−Ｓｎ，Ｉｎ−Ａｇ，Ｉ
   ｎ−Ｐｂ−Ａｇ，Ｉｎ−Ｐｂ−Ｓｎ，Ｐｂ−Ｓｎ等の半
   田材或いは抵抗溶接、ＹＡＧ溶接により前記サブステ
   ム、金属材付き熱電冷却素子、前記パッケージケースが
   夫々固定されたことを特徴とするレ−ザダイオ−ド結合
   装置。
7. 【請求項７】パッケ−ジケ−スの一方の側壁に熱電冷却
   素子及びサブステムを介して接合固定されたレ−ザダイ
   オ−ド素子と、前記レ−ザダイオ−ド素子の前方出射端
   の近傍でサブステム上に接合固定された第一のレンズ
   と、パッケ−ジケ−スの他方の対向した側壁にレンズホ
   ルダを介して接合固定された第二のレンズと、レンズホ
   ルダの一端でフェルールホルダを介して固定されたフェ
   ルール付ファイバとを備えたレ−ザダイオ−ド結合装置
   の組立方法において、予め熱電冷却素子の冷却面にサブ
   ステムと同一又は同種の材質からなる金属材と熱電冷却
   素子の加熱面にパッケージケースと同一又は同種の材質
   からなる金属材を夫々接合固定しておき、次にレーザダ
   イオードと光軸合わせした第一レンズ付サブステムと、
   サブステムの同一又は同種の金属材付熱電冷却素子表面
   とを半田材或いは溶接で接合固定し、次にサブステム付
   熱電冷却素子と第二レンズとの光軸合わせを行った後パ
   ッケージケースに半田材或いは溶接で接合固定し、最後
   にフェルール付ファイバを光軸調整及び固定することを
   特徴とするレーザダイオード結合装置の組立方法。