专利名称：光半导体模块、其调整方法以及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光半导体模块。特别地，本发明涉及用于调整光半导体模块的输出的技术。
背景技术：
在光通信领域中，已知用于传输光的“光半导体模块”(见，例如，日本未决公开专利申请JP-2004-205861，日本未决公开专利申请JP-2004-138864以及日本未决公开专利申请JP-H09-307144)。光半导体模块包括作为光发射器件的半导体激光器(激光二极管)；以及用于支撑其内的光纤的光连接器，其中半导体激光器与光纤互相光学地耦合。例如，在插接件(receptacle)用作光连接器的情况下，光半导体模块被称为“插接型光半导体模块”。插接件支撑从外部插入其内的光纤，此外，其作为连接器，用于相对于光纤来定位光发射器件与光接收器件。
图1是剖面图，示意性地示出了典型的插接型光半导体模块100的构造。光半导体模块100包括用于发射激光束的半导体激光器110；用于会聚发射的激光束的光学透镜120；以及插接件130。半导体激光器110安装在用焊料等接合在杆111上的下支座(sub-mount)112上。光学透镜120固定到透镜帽121上，透镜帽121稳固地焊接在杆111上。半导体激光器110与光学透镜120之间的距离设置为预定值。
插接件130具有外壳131和稳固地固定于外壳131的光纤套圈(ferrule)132。光纤套圈132由套圈133与光纤134构成。套圈133是用于在光连接器中稳固地支撑光纤的圆柱状部件。光纤134是SMF(简称为“单模光纤”)，光纤芯具有大约10微米的直径。通过光学透镜120会聚的激光束耦合到插接件130中的光纤134。入射到光纤134的入射面IP的激光束输出到外部的传输路径。
滑动支架140是用于将包括半导体激光器110与光学透镜120的单元连接到插接件130的组成部件。滑动支架140能够调整插接件130在光轴方向的位置。下文中，光轴被称为“Z轴”。垂直于Z轴的平面被称为XY平面。
首先以使光学透镜120的焦点与入射面IP一致的方式来执行对准。换言之，执行通过使用滑动支架140的Z轴对准以及插接件130的X和Y轴对准，从而调整插接件130的位置使得入射面IP与会聚大部分激光束的“峰值耦合位置”一致。然而，在这种情况下，从光纤134输出的激光束的输出强度经常会太高而超出期望的输出强度(输出指标)。因此需要衰减耦合到光纤134的激光束。
鉴于此，通常执行“散焦”，如在日本未决公开专利申请JP-2004-205861中的0044段中或者在日本未决公开专利申请JP-2004-138864中的0011段中公开的那样。更具体地，如图1箭头所示，通过沿Z轴方向纵向移动插接件130，使在Z轴方向的对准偏离。也就是说，故意地使入射面IP的位置偏离光学透镜120的焦点。
图2示出了散焦量与入射面IP上的束点直径之间的关系。此外，图3是图示了散焦量与归一化耦合效率之间的关系的图。在图2与图3中，散焦量为0的位置表示峰值耦合位置PC。在峰值耦合位置PC处束点直径是最小的，并且比SMF的光纤134的芯的直径Rsmf(约10微米)小。在这种情况下，被光学透镜120会聚的大部分激光束耦合到光纤134内，因此耦合效率变得最大。
如图2所示，作为散焦的结果，随着散焦量的增大，束点直径变得更大。当束点直径变得比光纤134的芯的直径Rsmf大时，耦合到光纤134的激光束减少了。结果，如图3所示，耦合效率降低了也就是，从光半导体模块100输出的激光束衰减了。例如，约0.5mm的散焦量将输出衰减6dB。
在这种方式下，利用散焦调整从光半导体模块100输出的激光束的输出强度。当获得期望的输出强度时，插接件130在位置上被固定在散焦量处。利用YAG激光焊接等固定插接件130。在实际使用中，光纤套圈200被插入到光半导体模块100的插接件130中，如图1所示。在插接件130中，包含在光纤套圈200中的光纤201光学耦合到上述光纤134。通过光纤201传送激光束。
发明内容
本发明已经认识到以下各点。插入到插接件130中的光纤201可以是单模光纤(简称为“SMF”)或者是多模光纤(简称为“MMF”)。SMF是用于传输只有一个模式的激光束的光纤，其芯的直径Rsmf约是10微米。相反，MMF是用于传输具有多个模式的激光束的光纤，其芯的直径Rmmf是约50微米或者约62.5微米(见图2)。
本申请的发明人已经发现，在散焦的光半导体模块100的情况下，通过光纤201传播的激光束的强度在SMF与MMF之间不同。在MMF被插入到插接件130中的情况下，与插入SMF的情况相比，激光束的强度变大。结果，在任意光纤被插入到插接件130内的系统中，特性根据光纤的类型而变化。期望得到一种技术，能够使通过光纤201传播的光的光输出在SMF的情况与在MMF的情况之间相等。
上述文献(日本未决公开专利申请JP-2004-138864)公开了利用旋转内置的光隔离器来调整光量的方法。光隔离器通常使用在相对易受反射回来的光的影响的分布反馈(简称为“DFB”)激光器中，此外非常昂贵。因此，在实际中不敢安装昂贵的光隔离器专门用于调整光半导体模块中的光量，其中光半导体模块通常不需要任何光隔离器。
本申请的发明人已经发现，不进行散焦以便不管插入到插接件中光纤的类型如何都保持输出恒定是重要的。至少设置激光束的束点直径比SMF的芯的直径Rsmf小，并且实现对准使得耦合效率变成最大。然而，在这种情况下，激光束的输出强度有可能超过期望的输出强度。鉴于此，根据本发明，提供与光隔离器不同的用于衰减激光束的光衰减器。
根据本发明的光半导体模块具有用于发射激光束的半导体激光器；用于会聚激光束的光学透镜；以及用于将从透镜接收到的会聚激光束输出到传输路径的光连接器。该光连接器具有光纤套圈，其包括具有激光束的入射面的光纤；以及覆盖该入射面的光衰减器。例如，光衰减器是偏振玻璃。通过光衰减器的激光束的透射率根据光衰减器在垂直于光轴的平面上的旋转而变化。能够通过旋转来衰减从光半导体模块输出的激光束。
半导体激光器、透镜以及光连接器对准，使得入射面上的激光束的束点直径比光纤的芯径小。也就是，散焦量落在保持耦合效率最大的范围内，因此，散焦不能引起激光束的衰减。在这种情况下，插入到光连接器的光纤的芯径变得无关。不管插入到光连接器的是SMF或者MMF，通过光纤传播的光的光输出变得几乎恒定。因此，在任意光纤被插入到光连接器的系统中，都能够抑制特性的变化。在这种方式下，根据本发明，不管插入的光纤的类型如何，都能够获得具有恒定输出的光半导体模块。
根据本发明，不管插入的光纤的类型如何，光半导体模块的输出能够保持不变。另外，由于没有使用光学隔离器调整光量，所以能够降低成本。
本发明的上述和其他目的、优点和特征通过结合附图的如下描述将变得更清楚，其中图1是剖面图，示意性地示出了传统光半导体模块的构造；图2是图示了散焦量与入射面上的束点直径之间的关系的图；图3是图示了散焦量与归一化耦合效率之间的关系的图；图4是剖面图，示意性地示出了根据本发明的实施例的光半导体模块的构造；图5是图示了透射率与偏振玻璃的旋转角度的依赖关系的图；以及图6是流程图，图示了根据本发明的实施例的光半导体模块的输出调整方法与制备方法。
具体实施例方式
现在，将参考示意性的实施例来在此描述本发明。本领域技术人员将认识到，使用本发明的讲解，能够完成多种可选择的实施例，并且本发明并不局限于以说明为目的而示出的实施例。
图4是剖面图，示意性地示出了根据本发明的实施例的光半导体模块1的构造。光半导体模块1具有半导体激光器10、光学透镜20以及插接件30。
半导体激光器10是用于发射激光束的激光二极管。特别地，优选半导体激光器10是法布里-珀罗(Fabry-Perot)激光二极管。半导体激光器10安装在用焊料等连结在杆11上的下支座12上。光学透镜20会聚从半导体激光器10发射的激光束。光学透镜20固定在透镜帽21上，并且透镜帽21稳固地焊接到杆11上。光学透镜20的放大倍率理想地是4×。半导体激光器10与光学透镜20之间的距离设置为预定值。
插接件30是光连接器，在其内部支撑从外部插入的光纤套圈200。此外，插接件30使半导体激光器10与光纤套圈200中的光纤201互相光学地耦合。插接件30具有外壳31以及稳固地固定于外壳31的光纤套圈32。光纤套圈32由套圈33与光纤34构成。光纤34是单模光纤(简称为“SMF”)，其芯具有约10微米的直径Rsmf。利用光学透镜20会聚的激光束耦合到插接件30的光纤34。入射到光纤34的入射面IP的激光束输出到外部的传输路径。
滑动支架40是用于将包括半导体激光器10与光学透镜20的单元连接到插接件30的组成部件。滑动支架40能够在光轴方向调整插接件30的位置。在下文中，光轴被称为“Z轴”。垂直于Z轴的平面被称为XY平面。利用通过滑动支架40的Z轴对准以及插接件30的X和Y轴对准来获得对准。
根据本实施例，以使通过不会散焦衰减激光束的方式来进行对准。换言之，半导体激光器10、光学透镜20以及插接件30被对准，使得在入射面IP上的激光束的束点直径比光纤34的芯的直径Rsmf(大约10微米)小。在这种情况下，利用光学透镜20会聚的大部分激光束耦合到光纤34，因此，耦合效率变得最大(见图3)。优选地，应该执行对准使得光学透镜20的焦点与入射面IP一致。也就是说，从位置上调整插接件30，使得入射面IP与激光束最大会聚处的峰值耦合位置PC一致。在这种情况下，入射面IP上的激光束的束点直径变得满意地小于光纤34的芯的直径。
如上所述，散焦量落在保持耦合效率最大的范围内，因此，散焦不能引起激光束的衰减。在这种情况下，被插入到插接件30的光纤201的芯径变得不相关。换言之，不管插入插接件30的是SMF或者MMF，通过光纤传播的光的光输出变得几乎恒定。因此，在任意的光纤201被插入到插接件30内的系统中，能够抑制特性的变化。在这种方式下，根据本实施例，不管插入的光纤201的类型如何，都能够获得具有恒定输出的光半导体模块1。
如上所述，根据本实施例，基本上不执行散焦。因此，从光纤34输出的激光束的输出强度可能超过其本身的期望的输出强度(期望的输出指标)。鉴于此，根据本实施例的插接件30具有覆盖入射面IP的光衰减器50，如图4所示。光衰减器50是与光隔离器不同的构件，并且是用于衰减耦合到光纤34的激光束的构件。通过光衰减器50的激光束的透射率根据光衰减器50在垂直于Z轴的XY平面上的旋转而变化。能够通过旋转来调整从光纤34输出的激光束的输出强度。
例如，光衰减器50由双向地透射光束的偏振玻璃形成。通过树脂，偏振玻璃50粘接地结合到光纤套圈32的入射面IP一侧，因此与光纤套圈32整体动作。通过在XY平面上旋转偏振玻璃50，也就是，插接件30(θ旋转)，能够改变通过偏振玻璃50透射的光量。图5示出了偏振玻璃50的旋转角度与透射率的依赖关系图。如图5所示，随着旋转角度变大，透射率变小。在这种方式下，能够通过调整旋转角度来优化光半导体模块1的输出。例如，为了将光输出衰减6dB，执行约60度的θ旋转。
与光隔离器相比，偏振玻璃50更便宜，因此从制作成本的观点，具有优势。经常用于相对易受反射回来的光的影响的DFB激光器中的光隔离器非常昂贵。具有很难受到反射回来的光的影响的法布里-珀罗激光二极管的光半导体模块1不需要光隔离器。因此，在光半导体模块1中安装专用于调整光量的光隔离器是不实际的。根据本实施例，没有光隔离器用于调整光量，因此以低成本实现了光半导体模块1。应该注意到光衰减器50不仅限于偏振玻璃。偏振塑料、滤光器、反射片等可以用作光衰减器50。任何构件都可以用作光衰减器50，只要该构件具有可变地衰减光的功能并且具有可变的衰减量。
接下来，将参照图4与图6中示出的流程图描述根据本实施例的光半导体模块1的输出调整方法与制作方法。
首先，将半导体激光器10安装在下支座12上，并且利用焊料等将下支座12固定在杆11(支架)上(步骤S10)。此后，将光学透镜20固定在透镜帽21上，并且将透镜帽21稳固地焊接在杆11上(步骤S20)。半导体激光器10与光学透镜20之间的距离设置为预定值。
接下来，提供上述插接件30(步骤S30)。插接件30包括光纤套圈32以及光衰减器50。将光纤套圈32稳固地固定在外壳31中，此外，通过树脂将光衰减器50粘接地结合在光纤套圈32上。因此，通过旋转插接件30(外壳31)能够旋转光衰减器50。
接下来，调整输出激光束(步骤S40)。首先，通过使用滑动支架40的对准来从位置上调整插接件30(步骤S41)。根据本实施例，执行对准使得散焦不衰减激光束。更具体地，调整插接件30的位置，使得入射面IP上的激光束的束点直径变得比上述光纤34的芯的直径Rsmf小。优选地，调整插接件30的位置使得光学透镜20的焦点与入射面IP一致。在这种情况下，入射面IP与峰值耦合位置PC一致。
接下来，在XY平面上旋转插接件30(步骤S42)。由于光衰减器50也与插接件30的旋转一致地旋转，所以透射率发生变化，并且透过光衰减器50的光量变化(见图5)。能够通过调整旋转角度将光半导体模块1的输出设置到期望值。如上所述，由于光衰减器50与插接件30整体地旋转，所以能够只通过操作插接件30容易地调整激光束输出。此外，优选的是，通过只操作插接件30，能够同时执行插接件30的位置确定(步骤S41)与激光束输出的调整(步骤S42)。
当获得期望的激光束输出之后，将插接件30固定在支架上(步骤S50)。利用YAG激光焊接等固定插接件30。在这种方式下，组成了根据本实施例的光半导体模块1，而且，调整了其输出。
如上所述，根据本发明，不执行利用散焦调整光量。代替地，利用旋转光衰减器50来调整光量。结果，光半导体模块1的输出能够与插入的光纤的类型无关地保持恒定。尽管在上述中用插接件30示例了光连接器，然而尾纤(pigtail)能够代替地用作光连接器。同样在这种情况下，执行类似的调整，并且因此得到类似的效果。
显然，本发明不局限于以上实施例，可以在不偏离本发明的范围和精神的情况下进行修改和变化。
权利要求
1.一种光半导体模块，包括用于发射激光束的半导体激光器；用于会聚所述激光束的透镜；以及用于将从所述透镜接收到的所述激光束输出到传输路径的光连接器；其中所述光连接器具有光纤套圈，其包括具有所述激光束的入射面的光纤；以及覆盖所述入射面并且用于衰减所述激光束的光衰减器，其中所述半导体激光器、所述透镜以及所述光连接器对准，使得所述入射面上的所述激光束的束点直径比所述光纤的芯的直径小，其中通过所述光衰减器的所述激光束的透射率根据所述光衰减器在垂直于光轴的平面上的旋转而变化。
2.根据权利要求1所述的光半导体模块，其中所述半导体激光器、所述透镜以及所述光连接器对准，使得所述透镜的焦点与所述入射面一致。
3.根据权利要求1所述的光半导体模块，其中所述光衰减器被设置为与所述光纤套圈整体动作，所述光纤套圈被固定于所述光连接器的外壳，并且所述透射率根据所述光连接器在垂直于光轴的平面上的旋转而变化。
4.根据权利要求1所述的光半导体模块，其中所述光衰减器是偏振玻璃。
5.根据权利要求1所述的光半导体模块，其中所述半导体激光器是法布里-珀罗激光二极管。
6.根据权利要求1到5中的任何一项所述的光半导体模块，其中所述光连接器是插接件。
7.根据权利要求1到5中的任何一项所述的光半导体模块，其中所述光连接器是尾纤。
8.一种光连接器，包括外壳；光纤套圈，其固定于所述外壳并且包括具有激光束的入射面的光纤；以及覆盖所述入射面并且用于衰减所述激光束的光衰减器，其中所述光衰减器被设置为与所述光纤套圈整体动作，其中通过所述光衰减器的所述激光束的透射率根据所述外壳在垂直于光轴的平面上的旋转而变化。
9.根据权利要求8所述的光连接器，其中所述光衰减器是偏振玻璃。
10.一种调整光半导体模块的输出的方法，所述光半导体模块包括用于发射激光束的半导体激光器；用于会聚所述激光束的透镜；以及用于将从所述透镜接收到的所述激光束输出到传输路径的光连接器，其中所述光连接器具有光纤套圈，其包括具有所述激光束的入射面的光纤；以及覆盖所述入射面并且用于衰减所述激光束的光衰减器，其中通过所述光衰减器的所述激光束的透射率根据所述光衰减器在垂直于光轴的平面上的旋转而变化，所述方法包括(A)调整所述光连接器的位置，使得所述入射面上的所述激光束的束点直径变得比所述光纤的芯的直径小；以及(B)在所述平面上旋转所述光衰减器，使得来自所述光半导体模块的输出变成期望值。
11.根据权利要求10所述的方法，其中在所述(A)步骤中，调整所述光连接器的所述位置，使得所述透镜的焦点与所述入射面一致。
12.根据权利要求10或者11所述的方法，其中所述光衰减器被设置为与所述光纤套圈整体动作，并且所述光纤套圈被固定于所述光连接器的外壳，其中在所述(B)步骤中，通过在所述平面上旋转所述外壳来调整所述输出。
13.一种制作光半导体模块的方法，包括(a)将半导体激光器固定到支架上，其中所述半导体激光器用于发射激光束；(b)将用于会聚所述激光束的透镜固定到所述支架上；(c)提供光连接器，其中所述光连接器具有光纤套圈，其包括具有所述激光束的入射面的光纤；以及结合在所述入射面上并且用于衰减所述激光束的光衰减器，其中通过所述光衰减器的所述激光束的透射率根据所述光衰减器在垂直于光轴的平面上的旋转而变化；(d)调整所述光连接器的位置使得所述入射面上的所述激光束的束点直径变得比所述光纤的芯的直径小；(e)在所述平面上旋转所述光连接器，使得来自所述光纤的输出变成期望值；以及(f)将所述光连接器固定到所述支架上。
全文摘要
一种光半导体模块(1)具有用于发射激光束的半导体激光器(10)；用于会聚激光束的光学透镜(20)；以及将从透镜(20)接收到的激光束输出到传输路径(201)的光连接器(30)。光连接器(30)具有光纤套圈(32)，其包括具有激光束的入射面(IP)的光纤(34)；以及覆盖入射面(IP)的光衰减器(50)。通过光衰减器(50)的激光束的透射率根据光衰减器(50)在垂直于光轴的平面上的旋转而变化。半导体激光器(10)、透镜(20)以及光连接器(30)对准，使得入射面(IP)上的激光束的束点直径比光纤(34)的芯的直径小。
文档编号G02B6/36GK101017231SQ200710008038
公开日2007年8月15日 申请日期2007年2月9日 优先权日2006年2月9日
发明者荒山达朗, 栗原佑介 申请人:恩益禧电子股份有限公司