CN114089486A - 光模块及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了光模块及其制造方法，在将带透镜的插座安装到最佳位置的方法中，能够仅通过部件的尺寸公差和安装精度来组装而无需监视光功率。在由光元件(10)、搭载光元件的光元件基座(11)、TO‑CAN芯柱(12)、带玻璃窗的盖(13)以及带透镜的插座(15)构成的光模块中，TO‑CAN芯柱嵌合于带透镜的插座，该带透镜的插座具备能够获得光元件与安装于带透镜的插座的光纤之间的规定的耦合效率的透镜，由于TO‑CAN芯柱以无调心的方式嵌合并粘合固定于带透镜的插座，在不直接监视来自光元件的光功率的情况下，仅通过光元件的安装精度以及TO‑CAN芯柱和带透镜的插座的部件尺寸公差来实现带透镜的插座的最佳安装位置。

Description

光模块及其制造方法
技术领域
本发明涉及发送接收光信号的光模块及其制造方法。
背景技术
以往，在光通信中使用的光模块中，各种形态的光模块被产品化。这种光模块有光发送模块和光接收模块二者。其中，光发送模块包括发光半导体元件(Laser Diode，激光二极管)，具有将电信号转换为光信号，并向光纤传输的功能。另一方面，光接收模块包括受光半导体元件(PhotoDiode，光电二极管)，具有将来自光纤的光信号转换为电信号的功能。
而且，这种光模块用于各种领域，例如主要是支持公用网络的用户***、对工厂内的机器人进行控制的通信***。作为市场需求，所有的***都要求低价格化。因此，对于***中使用的光模块，同样要求低价格化。
作为传统型的光模块，图3示出了光发送模块的一例。
光发送模块由发光的光元件100(这里是作为激光二极管的一种的垂直腔面发射激光器：VCSEL)、搭载光元件100的光元件基座110、搭载光元件基座110的TO-CAN(Transistor Outline Can，晶体管外形罐)芯柱(stem)120、为了保护光元件100而将保护光元件100密封在氮气(N2)环境中的带玻璃窗的盖130、以及透镜150b和套筒部150a为一体的带透镜的插座150构成。
另外，上述带透镜的插座150的透镜150b采用具有特殊加工的透镜曲率的非球面透镜等，并且构成为从光元件100发射的光经由***套筒部150a中的光连接器160而耦合到光纤170(参见图4)。
接下来，利用图4详细说明上述光发送模块的组装方法的一例。
为了组装光发送模块，将光元件基座110通过银糊等固定在TO-CAN芯柱120的光元件安装面120a的中心附近，并且将光元件100通过银糊等固定在该光元件基座110上。此后，为了保护光元件100，在氮气(N2)环境中，将具有透光玻璃窗130a的带玻璃窗的盖130固定在光元件安装面120a上。
最后，将带透镜的插座150固定在带玻璃窗的盖130上。然而，在这种情况下，仅通过将带透镜的插座150安装在带玻璃窗的盖130上，不能使来自光元件100的光输出进入芯径为50μm至200μm的小光纤中。因此，将具有光纤170的光连接器160预先***到带透镜的插座150的套筒部150a中。
此后，通过向光元件100施加规定的电流，使该光元件100发光。这样，由于穿过带玻璃窗的盖130的玻璃窗130a而发射的光有效地进入光纤170，因此一边监视从光纤170提取的光输出，一边将带透镜的插座150在X、Y、Z三个方向上移动来调心至光输出最大的位置。然后，使预先涂布的紫外线固化型树脂或热固化型树脂等粘合剂140固化，以将带透镜的插座150固定在带玻璃窗的盖130上。
另一方面，在光模块是光接收模块的情况下，将带透镜的插座150在X、Y、Z三个方向上移动来调心至最佳位置，使得经由光纤的光连接器而接收的光由受光半导体元件转换而成的受光电流成为最大。然后，与光发送模块相同，通过粘合剂140等将带透镜的插座150固定在带玻璃窗的盖130上。
如上所述，对于上述现有例的光发送模块、光接收模块，在使发光半导体元件或受光半导体元件动作的状态下，与光轴中心对准的调心作业及***是必不可少的。
下面具体说明这种光模块的公知的例子。
例如，如专利文献1所公开的那样，作为现有技术，存在带透镜的光插座，其包括：棒状透镜；圆筒状的套筒，供该棒状透镜的前端部从一端部***而被固定，且从另一端部***在轴中心固定有光纤的插塞套圈的前端部，并使该插塞套圈的前端面与上述棒状透镜的前端面抵接；以及筒状的透镜支架，具有贯通孔，且在该贯通孔的内周面把持棒状透镜后端部，将上述棒状透镜的后端面进行曲面加工，使得在从上述插塞套圈的前端部的光纤前端面向光轴方向偏离的位置处具有聚光点，且所述光纤端面处的光斑尺寸大于所述光纤芯的光斑尺寸。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4883927号公报
发明内容
本发明要解决的问题
然而，如上所述，在现有的光模块及其制造方法中，在安装现有的带透镜的插座时，使光元件发光，一边监视来自光纤的光输出，一边将带透镜的插座调心至最佳位置的作业和***是必不可少的，并且由于该工序需要好几分钟的时间，因此成为生产成本和产品成本增加的主要原因。
另外，在上述专利文献1的情况下，将棒状透镜的后端面进行曲面加工，使得在从插塞套圈的前端部的光纤前端面向光轴方向偏离的位置处具有聚光点，且光纤的端面处的光斑尺寸大于光纤芯的光斑尺寸，因此棒状透镜的加工变得复杂。另外，对于光元件的外壳、透镜支架、套筒外壳等的光插座的具体构成，还存在未公开的问题。
本发明的目的在于提出以下方案，即，为了降低光模块的价格，去除作为成本增加的主要原因的调心工序，仅根据组合部件的尺寸和安装精度来管理带透镜的插座，无需调心工序和***即可组装光模块。
解决问题的方法
在本发明中，由光元件、搭载光元件的光元件基座、TO-CAN芯柱、带玻璃窗的盖以及带透镜的插座构成的光模块的特征在于，通过以规定的位置精度将光元件安装在TO-CAN芯柱的中心，使得带透镜的插座嵌合于TO-CAN芯柱。
带透镜的插座的特征在于，具备能够获得光元件与安装于带透镜的插座的光纤之间的规定的耦合效率的透镜，带透镜的插座以无调心的方式嵌合并粘合固定于TO-CAN芯柱。
所述透镜的特征在于，与光纤的耦合效率为30％以上。
光元件的特征在于，以TO-CAN芯柱的侧壁尺寸为基准，将该光元件安装在TO-CAN芯柱的光元件安装面上的相对于光轴中心为±30μm以下的位置，另外，将带透镜的插座的内壁与TO-CAN芯柱的芯柱侧壁的尺寸公差总和设为±50μm以下。
位于安装在带透镜的插座上的光连接器的中心的光纤的特征在于，是具有Φ200μm芯径的硬塑料包层光纤或具有Φ980μm芯径的塑料光纤。
一种光模块的制造方法，所述光模块由光元件、搭载光元件的光元件基座、TO-CAN芯柱、带玻璃窗的盖以及带透镜的插座构成，所述光模块的制造方法的特征在于，具有如下步骤：将光元件基座安装在TO-CAN芯柱的光元件安装面的中心附近；通过图像照相机识别安装有光元件的TO-CAN芯柱的芯柱侧壁，求出光元件安装面的中心，将光元件安装在光元件安装面上的距离中心为规定位置以下的位置；将带玻璃窗的盖安装在TO-CAN芯柱的光元件安装面上；以及使预先以规定的尺寸公差精度制造的带透镜的插座的内壁与TO-CAN芯柱的侧壁嵌合，并通过紫外线固化型树脂或热固化型树脂的粘合剂固化而固定。
将所述光元件的安装精度设为距离TO-CAN芯柱的中心为±30μm以下。
所述带透镜的插座内壁与TO-CAN芯柱的侧壁的尺寸公差为±50μm以下。
根据本发明的光模块及其制造方法，使用预先以规定的尺寸公差制造的TO-CAN芯柱和带透镜的插座，通过以规定的位置精度将光元件安装在TO-CAN芯柱的中心，仅通过将带透镜的插座嵌入TO-CAN芯柱，即可实现具有规定光输出的光模块。
因此，通过应用本发明，不需要以往必不可少的调心工序和***，并且能够提供低价格的光发送模块。
附图说明
图1是示出本发明的一实施方式的光模块的图。
图2是说明本发明的光模块的组装顺序(制造方法)的图。
图3是示出现有光模块的图。
图4是示出现有光模块的组装顺序(制造方法)的图。
图5是示出基于光元件与光纤的偏离的耦合效率的图。
附图标记说明
10…光元件(VCSEL)；11…光元件基座；12…TO-CAN芯柱；12a…光元件安装面；12b…芯柱侧壁；13…带玻璃窗的盖；13a…玻璃窗；14…粘合剂；15…带透镜的插座；15a…套筒部；15b…透镜部；15c…带透镜的插座内壁；16…光连接器；17…光纤；100…光元件(VCSEL)；110…光元件基座；120…TO-CAN芯柱；120a…光元件安装面；130…带玻璃窗的盖；130a…玻璃窗；140…粘合剂；150…带透镜的插座；150a…套筒部；150b…透镜部；160…光连接器；170…光纤。
具体实施方式
以光发送模块为例，在图1和图2中示出了本发明所涉及的光模块的构成。
即，如图1和图2所示，本发明由光元件(垂直腔面发射激光器：VCSEL)10、安装光元件10的基座11、安装光元件基座11的TO-CAN芯柱12、用于保护光元件10的带玻璃窗的盖13、以及非球面透镜部15b与在中心部***具备光纤17的光连接器16的套筒部15a为一体的带透镜的插座15构成。在这种情况下，带透镜的插座15的内壁15c嵌合于TO-CAN芯柱12的侧壁12b，并且通过粘合剂14固定在带玻璃窗的盖13上。
为了通过上述带透镜的插座15与TO-CAN芯柱12的嵌合来实现发射规定光输出的光发送模块，搭载于TO-CAN芯柱12上的光元件10的搭载精度和带透镜的插座15的尺寸精度较为重要。
因此，作为上述光元件的安装精度和带透镜的插座15的尺寸精度，在图5中示出了为了获得必要的精度而进行的对光元件10与光连接器16的光纤17间的轴偏离和耦合效率进行了评价的一例。
在本例中，使用光元件10和光连接器16进行测量，该光连接器16被***到带透镜的插座15的套筒部15a中，且在中心具有芯径为Φ200μm的光纤17。
如图5所示，横轴表示光元件10与位于光连接器16中心的芯径为Φ200μm的光纤17之间在X、Y方向上的位置偏离量(μm)，纵轴表示从光元件10发射的光中有多大比例进入上述芯径为Φ200μm的光纤17。这一般被称为耦合效率。
这里可知，光元件10与上述光纤17之间的位置偏离越大，耦合到该光纤17的光功率越小。例如，当光元件10的光输出的30％以上被取入芯径为Φ200μm的光纤17中时，需要将光元件10与光纤17之间的位置偏离量抑制在±80μm以下。因此，基于该结果对构成部件实施尺寸管理，若能够将光元件10与光纤17之间的安装偏离抑制在±80μm以下，则能够去除以往所必需的调心工序和***，并且能够容易且快速地组装光模块。
此外，在本实施例中，为了将上述光元件10与光纤17之间的安装偏离抑制在±80μm以下，将光元件10距离TO-CAN芯柱12的光元件安装面的中心的偏离量设为±30μm以下。此外，将带透镜的插座15的内壁15c与TO-CAN芯柱12的芯柱侧壁12b的尺寸公差总和设为±50μm以下。
接下来，基于图2详细说明本实施方式的光模块的组装顺序(制造方法)。
将光元件基座11通过银糊等安装在TO-CAN芯柱12的光元件安装面12a的中心附近。接下来，对于光元件(垂直腔面发射激光器：VCSEL)10，通过图像照相机等识别TO-CAN芯柱12的芯柱侧壁12b，求出光元件安装面12a的中心，将光元件10安装在光元件安装面12a上的距离该中心±30μm以下的位置。
然后，在TO-CAN芯柱12的光元件安装面12a上安装带玻璃窗的盖13，以保护光元件10。最后，使预先以总和在±50μm以下的尺寸公差精度制造的带透镜的插座15的内壁15c与TO-CAN芯柱12的侧壁12b嵌合，通过紫外线固化型树脂或热固化型树脂等粘合剂14固化而固定。
在本实施方式中，以应用的光纤17具有Φ200μm芯径的硬塑料包层光纤的情况为例，将距离其容许安装公差的偏离量的最大值设为±80μm，但并不限于此，可以使用例如具有Φ980μm芯径的塑料光纤等。由于必要的公差根据应用的光纤17的芯径、使用的光功率等而不同，因此，与其相应地，确定光元件10的安装精度以及TO-CAN芯柱12和带透镜的插座15的尺寸精度。
另一方面，在光接收模块的情况下也是同样的，事先把握光纤与受光半导体元件的公差，以使得该公差在容许公差以下的方式来决定受光半导体元件的安装精度和部件的尺寸公差精度即可。

Claims (8)

1.一种光模块，由光元件、搭载光元件的光元件基座、TO-CAN芯柱、带玻璃窗的盖以及带透镜的插座构成，所述光模块的特征在于，
通过以规定的位置精度将光元件安装在TO-CAN芯柱的中心，使得带透镜的插座嵌合于TO-CAN芯柱。
2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，
带透镜的插座具备能够获得光元件与安装于带透镜的插座的光纤之间的规定的耦合效率的透镜，带透镜的插座以无调心的方式嵌合并粘合固定于TO-CAN芯柱。
3.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，
上述透镜与光纤的耦合效率为30％以上。
4.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，
对于光元件，以TO-CAN芯柱的侧壁尺寸为基准，将该光元件安装在TO-CAN芯柱的光元件安装面上的相对于光轴中心为±30μm以下的位置，另外，将带透镜的插座的内壁与TO-CAN芯柱的芯柱侧壁的尺寸公差总和设为±50μm以下。
5.根据权利要求1或2所述的光模块，其特征在于，
位于安装在带透镜的插座上的光连接器的中心的光纤是具有Φ200μm芯径的硬塑料包层光纤或具有Φ980μm芯径的塑料光纤。
6.一种光模块的制造方法，所述光模块由光元件、搭载光元件的光元件基座、TO-CAN芯柱、带玻璃窗的盖以及带透镜的插座构成，所述光模块的制造方法的特征在于，具有如下步骤：
将光元件基座安装在TO-CAN芯柱的光元件安装面的中心附近；
通过图像照相机识别安装有光元件的TO-CAN芯柱的芯柱侧壁，求出光元件安装面的中心，将光元件安装在光元件安装面上的距离中心为规定位置以下的位置；
将带玻璃窗的盖安装在TO-CAN芯柱的光元件安装面上；以及
使预先以规定的尺寸公差精度制造的带透镜的插座的内壁与TO-CAN芯柱的侧壁嵌合，并通过紫外线固化型树脂或热固化型树脂的粘合剂固化而固定。
7.根据权利要求6所述的光模块的制造方法，其特征在于，
将所述光元件的安装精度设为距离TO-CAN芯柱的中心为±30μm以下。
8.根据权利要求6所述的光模块的制造方法，其特征在于，
所述带透镜的插座内壁与TO-CAN芯柱的侧壁的尺寸公差为±50μm以下。
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