JP2005157108A - 光デバイス及びその組立方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 光ファイバ等の光学部品を保持したフェルール等の第１の保持部材に倒れが発生するのを防止することができる光デバイス及びその組立方法を提供する。
【解決手段】 単芯コリメータ２では、組立時において、光ファイバ５を保持したフェルール１１をスリーブ１２の挿入孔１３内に圧入して、所定の位置にフェルール１１を配置すると、フェルール１１は、弾性変形したスリーブ１２に締め付けられるようにして保持されることになる。従って、溶接や接着等、種々の方法でフェルール１１とスリーブ１２とを接合する際に、光ファイバ５を保持したフェルール１１に倒れが発生するのを防止することができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、主に光通信に使用される光デバイス及びその組立方法に関する。

従来におけるこの種の技術として、特許文献１に記載された光モジュール組立方法がある。この組立方法により組み立てられる光モジュールは、半導体レーザから出射されたレーザ光をレンズにより光ファイバの端面に集光させて、光ファイバ内に導光するものである。この組立方法においては、次のようにして、光ファイバを保持したフェルールをサポートの挿入孔内に固定する。すなわち、フェルールと挿入孔の内面との間に所定の隙間を設けておき、半導体レーザと光ファイバとの結合効率が最大となるように挿入孔内の所定の位置にフェルールを配置した後、レーザ溶接によりフェルールをサポートの挿入孔内に固定する。
特許第２５９０７１５号公報

しかしながら、上述した光モジュール組立方法にあっては、フェルールと挿入孔の内面との間に所定の隙間が設けられているため、レーザ溶接の際にフェルールに倒れが発生し、半導体レーザと光ファイバとの結合効率が低下するおそれがある。

そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、光ファイバ等の光学部品を保持するフェルール等の第１の保持部材に倒れが発生するのを防止することができる光デバイス及びその組立方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る光デバイスは、光学部品と、光学部品を保持する第１の保持部材と、第１の保持部材の少なくとも一部が圧入される挿入孔を有し、第１の保持部材と接合される第２の保持部材とを備えることを特徴とする。

この光デバイスでは、組立時において、光学部品を保持する第１の保持部材の少なくとも一部を第２の保持部材の挿入孔内に圧入して、所定の位置に第１の保持部材を配置すると、第１の保持部材は、弾性変形した第２の保持部材に締め付けられるようにして当該所定の位置で保持されることになる。従って、溶接や接着等、種々の方法で第１の保持部材と第２の保持部材とを接合する際に、光学部品を保持する第１の保持部材に倒れが発生するのを防止することができる。

また、第１の保持部材は円筒状であり、挿入孔は円柱状であることが好ましい。これにより、第２の保持部材の挿入孔内に圧入された第１の保持部材の少なくとも一部と挿入孔の内面とが面接触することになるため、第２の保持部材による第１の保持部材の保持力を高めることができる。

また、第２の保持部材には、挿入孔に沿ってスリットが形成されていることが好ましい。これにより、第２の保持部材が弾性変形し易くなるため、第２の保持部材の挿入孔内に第１の保持部材の少なくとも一部を容易に圧入することができると共に、挿入孔内で第１の保持部材をその軸線方向に容易に移動させることができる。

また、本発明に係る光デバイスの組立方法は、上述した光デバイスの組立方法であって、光学部品を保持した第１の保持部材の少なくとも一部を第２の保持部材の挿入孔に圧入して、所定の位置に第１の保持部材を配置する工程と、第１の保持部材と第２の保持部材とを接合する工程とを備えることを特徴とする。

この光デバイスの組立方法では、上述した光デバイスと同様の理由により、溶接や接着等、種々の方法で第１の保持部材と第２の保持部材とを接合する工程において、光学部品を保持した第１の保持部材に倒れが発生するのを防止することができる。

また、第１の保持部材と第２の保持部材とを接合する工程では、第１の保持部材と挿入孔の内面とが接触する部分を少なくとも一箇所接合することが好ましい。第１の保持部材は、弾性変形した第２の保持部材に締め付けられるようにして保持されている。そのため、第１の保持部材と挿入孔の内面とが接触する部分を溶接や接着等により少なくとも一箇所接合すれば、第１の保持部材と第２の保持部材とを確実に接合することができる。

また、第１の保持部材と第２の保持部材とを接合する工程では、挿入孔に沿って第２の保持部材にスリットが形成されている場合に、第２の保持部材のうちスリットに沿った部分と、第１の保持部材のうちスリットから露出した部分とを少なくとも一箇所接合することが好ましい。これにより、第１の保持部材のうちスリットから露出した部分、及び第２の保持部材においてスリットを挟んで対向する部分が一体化するが、このとき、スリットの間隔が狭くなり、第２の保持部材が収縮することになるため、第１の保持部材と第２の保持部材とを強固に接合することができる。

以上説明したように、本発明によれば、光ファイバ等の光学部品を保持するフェルール等の第１の保持部材に倒れが発生するのを防止することができる。

以下、本発明に係る光デバイス及びその組立方法の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係る光デバイスの一実施形態であるコリメータを適用した合分波モジュールを示す断面図である。同図に示すように、合分波モジュール１は、単芯コリメータ（光デバイス）２と二芯コリメータ（光デバイス）３とを有しており、各コリメータ２，３は筐体４内において光の送受信を行う。

単芯コリメータ２には、光ファイバ（光学部品）５と、この光ファイバ５から出射された光をコリメートするコリメータレンズ６が設けられている。また、二芯コリメータ３には、光ファイバ（光学部品）７ａ，７ｂと、各光ファイバ７ａ，７ｂから出射された光をコリメートするコリメータレンズ８が設けられている。このコリメータレンズ８は、その光軸側に、各光ファイバ７ａ，７ｂから出射された光を偏向する。更に、筐体４内においてコリメータレンズ８の直前には、特定波長域の光を透過させ、他の波長域の光を反射するフィルタ９が配置されている。

以上のように構成された合分波モジュール１においては、次のようにして光の合波が行われる。すなわち、単芯コリメータ２の光ファイバ５から第１波長の光Ｌ１が出射されると、この光Ｌ１は、コリメータレンズ６によりコリメートされた後、フィルタ９を透過する。また、二芯コリメータ３の光ファイバ７ｂから第２波長の光Ｌ２が出射されると、この光Ｌ２は、コリメータレンズ８によりコリメート及び偏向された後、フィルタ９により反射される。そして、フィルタ９を透過した第１波長の光Ｌ１、及びフィルタ９により反射された第２波長の光Ｌ２は合成され、光Ｌ３として二芯コリメータ３の光ファイバ７ａに入射する。

一方、合分波モジュール１においては、次のようにして光の分波が行われる。すなわち、二芯コリメータ３の光ファイバ７ａから、第１波長の光Ｌ１及び第２波長の光Ｌ２を含む光Ｌ３が出射されると、この光Ｌ３はコリメータレンズ８によりコリメート及び偏向される。そして、光Ｌ３のうち第１波長の光Ｌ１は、フィルタ９を透過し、単芯コリメータ２の光ファイバ５に入射する。また、光Ｌ３のうち第２波長の光Ｌ２は、フィルタ９により反射され、二芯コリメータ３の光ファイバ７ｂに入射する。

次に、本発明に係る光デバイスの一実施形態である単芯コリメータ２について、より詳細に説明する。なお、二芯コリメータ３は、光ファイバの本数を除いて単芯コリメータ２と同様の構成であるため、その説明を省略する。

図２及び図３に示すように、単芯コリメータ２は、光ファイバ５の端部を保持した円筒状のステンレス鋼製フェルール（第１の保持部材）１１を有している。このフェルール１１は、円筒状のステンレス鋼製スリーブ（第２の保持部材）１２に形成された円柱状の挿入孔１３内に圧入され、ＹＡＧレーザを用いたレーザ溶接によりスリーブ１２に接合されている。なお、フェルール１１が挿入孔１３内に圧入される前において挿入孔１３内に形成可能な円柱の最大外径（すなわち、挿入孔１３の内径）は、フェルール１１を内包可能な円柱の最小外径（すなわち、フェルール１１の外径）より小さくなっている。ここでは、フェルール１１の外径は、挿入孔１３の内径に対し５％以内の範囲で大きくなっている。

また、スリーブ１２には、挿入孔１３に沿ってスリット１４が形成されており、スリーブ１２のコリメータレンズ６側の端部にはフランジ１５が形成されている。このフランジ１５には、コリメータレンズ６の光軸が挿入孔１３の中心軸線に一致した状態で、コリメータレンズ６を保持するリング状のステンレス鋼製ホルダ１６がＹＡＧレーザを用いたレーザ溶接により接合されている。なお、フェルール１１とスリーブ１２との接合方法、及びスリーブ１２とホルダ１６との接合方法としては、ＹＡＧレーザを用いたレーザ溶接に限らず、材料に応じて接着を採用したり、半田付けを採用したりしてもよい。

以上のように構成された単芯コリメータ２の組立方法について説明する。まず、図４（ａ）に示すように、光ファイバ５を保持したフェルール１１の少なくとも一部をスリーブ１２の挿入孔１３内に圧入する。続いて、図４（ｂ）に示すように、フェルール１１をその中心軸線方向に移動させ、所定の位置に配置させる。この状態で、ＹＡＧレーザを用いたレーザ溶接によりフェルール１１とスリーブ１２とを接合して、単芯コリメータ２を完成させる。なお、所定の位置とは、光ファイバ５の端面５ａが挿入孔１３内におけるコリメータレンズ６の焦点Ｆと一致する位置であり、これにより、光ファイバ５から出射された光はコリメータレンズ６により平行光に整形させる。

以上のような単芯コリメータ２の組立方法においては、フェルール１１の圧入前において挿入孔１３の内径はフェルール１１の外径より小さいため、フェルール１１を挿入孔１３内に圧入すると、フェルール１１は、弾性変形したスリーブ１２に締め付けられるようにして保持されることになる。従って、フェルール１１をその中心軸線方向に移動させる調整のみ行えばよく、コリメータレンズ６の光軸との調芯が不要となる。

また、フェルール１１は、弾性変形したスリーブ１２に締め付けられるように保持されることから、レーザ溶接によりスリーブ１２にフェルール１１を接合する際に、光ファイバ５を保持したフェルール１１に倒れが発生するのを防止することができる。しかも、フェルール１１はスリーブ１２により独立して保持されるため、レーザ溶接時等、フェルール１１を所定の位置に配置した後は、フェルール１１のチャック等による把持も不要となる。

なお、フェルール１１は円筒状であり、挿入孔１３は円柱状であることから、挿入孔１３内に圧入されたフェルール１１の側面と挿入孔１３の内面とが面接触することになるため、スリーブ１２によるフェルール１１の保持力は極めて高いものとなる。

ところで、ＹＡＧレーザを用いたレーザ溶接によるフェルール１１とスリーブ１２との接合方法としては、次のようなものがある。例えば、図５（ａ）に示すように、フェルール１１とスリーブ１２とが重なり合った部分の中間位置において、スリーブ１１の周囲から１２０度間隔でレーザ光を照射してもよい。これにより、フェルール１１とスリーブ１２とを貫通した溶融部１７が形成されるため、各溶融部１７が再固化することでフェルール１１とスリーブ１２とを接合することができる。

また、図５（ｂ）に示すように、スリーブ１２のスリット１４からフェルール１１が露出している部分のうち少なくとも１つの所定の部分にレーザ光を照射してもよい。これにより、フェルール１１においてスリット１４から露出する部分、及びスリーブ１２においてスリット１４を挟んで対向する部分に渡った溶融部１７が形成されるため、この溶融部１７が再固化することでフェルール１１とスリーブ１２とを接合することができる。この場合、溶融部１７が再固化する際には、スリット１４の間隔が狭くなり、スリーブ１２が収縮することになるため、フェルール１１とスリーブ１２とを強固に接合することができる。しかも、スリット１４を介して、溶融部１７が再固化した部分の溶接状態を目視で確認することもできる。

更に、図５（ｃ）に示すように、スリーブ１７から突出しているフェルール１１の側面とスリーブ１７の端面とで形成される隅部にレーザ光を照射してもよい。これにより、レーザ光を照射した隅部においてフェルール１１とスリーブ１７とに渡った溶融部１７が形成されるため、この溶融部１７が再固化することでフェルール１１とスリーブ１２とを接合することができる。なお、上述した各接合方法を各々組み合わせて、レーザ溶接によるフェルール１１とスリーブ１２との接合を行ってもよい。

また、上述したように、フェルール１１はスリーブ１２により独立して保持されるため、レーザ溶接時等、フェルール１１を所定の位置に配置した後は、フェルール１１のチャック等による把持が不要となる。これにより、フェルール１１に把持代を設ける必要がなくなるため、図６に示すように、フェルール１１を短くして、その全てをスリーブ１２内に配置することが可能となり、単芯コリメータ２の小型化を図ることができる。このとき、フェルール１１に対してコリメータレンズ６と反対側の挿入孔１３内に樹脂１８を充填すれば、光ファイバ５がフェルール１１から突出する部分における光ファイバ５の断線を防止することができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態は、光学部品が光ファイバ５の場合であったが、光学部品として、ロッドレンズや平面導波路等を適用することもできる。

また、上記実施形態は、本発明に係る光デバイスの一実施形態である単芯コリメータ２を合分波モジュール１に適用した場合であったが、フォトダイオード等の受光素子、又はレーザダイオード等の発光素子と光学的に結合される半導体光モジュールに適用することもできる。

また、スリーブ１２は円筒状に限らず、その挿入孔１３も円柱状に限らない。図７（ａ）に示すように、三角柱状のスリーブ１２に三角柱状の挿入孔１３を形成したり、図７（ｂ）に示すように、四角柱状のスリーブ１２に四角柱状の挿入孔１３を形成したり、図７（ｃ）に示すように、六角柱状のスリーブ１２に六角柱状の挿入孔１３を形成したりしてもよい。それぞれの場合において、フェルール１１が挿入孔１３内に圧入される前において挿入孔１３内に形成可能な円柱の最大外径（すなわち、内接円。図７に二点鎖線で示す）をフェルール１１の外径より小さくすれば、上記実施形態と同様の作用効果が奏される。

また、図８（ａ），（ｂ）に示すように、スリーブ１２にスリット１４を形成せず、フェルール１１が挿入孔１３内に圧入される前において挿入孔１３内に形成可能な円柱の最大外径（図８に二点鎖線で示す）がフェルール１１の外径より小さくても、スリーブ１２の周壁の変形によりフェルール１１を圧入可能であり、この場合にも上記実施形態と同様の作用効果が奏される。ただし、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、スリーブ１２にスリット１４を形成した方が、スリーブ１２が弾性変形し易くなるため、スリーブ１２の挿入孔１３内にフェルール１１を容易に圧入することができると共に、挿入孔１３内でフェルール１１をその軸線方向に容易に移動させることができる。

なお、上述した図７（ａ）〜（ｃ）及び図８（ａ），（ｂ）に示すそれぞれの場合においては、次のようにフェルール１１とスリーブ１２とを接合してもよい。すなわち、フェルール１１の側面と挿入孔１３の内面とが接触する部分１９を少なくとも一箇所接合する。このとき、フェルール１１は、弾性変形したスリーブ１２に締め付けられるようにして保持されている。そのため、フェルール１１の側面と挿入孔１３の内面とが接触する部分１９を溶接や接着等により少なくとも一箇所接合すれば、フェルール１１とスリーブ１２とを確実に接合することができる。

本発明に係る光デバイスの一実施形態であるコリメータを適用した合分波モジュールを示す断面図である。 図１の単芯コリメータを示す斜視図である。 図２のIII−III線に沿っての縦断面図である。 図１の単芯コリメータの組立方法を説明するための縦断面図であり、（ａ）は、スリーブの挿入孔内にフェルールを圧入している状態、（ｂ）は、所定の位置にフェルールを配置した状態である。 フェルールとスリーブとの接合方法を説明するための断面図であり、（ａ）は、図４（ｂ）のV−V線に沿っての横断面図であって、フェルールとスリーブとを貫通した溶融部が形成されている状態、（ｂ）は、図４（ｂ）のV−V線に沿っての横断面図であって、スリット部分に溶融部が形成されている状態、（ｃ）は、フェルールの側面とスリーブの端面との隅部に溶融部が形成されている状態である。 スリーブの挿入孔内にフェルールが完全に配置された単芯コリメータを示す縦断面図である。 スリットが形成されたスリーブの変形例を示す横断面図であり、（ａ）は、三角柱状のスリーブに三角柱状の挿入孔を形成した場合、（ｂ）は、四角柱状のスリーブに四角柱状の挿入孔を形成した場合、（ｃ）は、六角柱状のスリーブに六角柱状の挿入孔を形成した場合である。 スリットが形成されていないスリーブの変形例を示す横断面図であり、（ａ）は、三角柱状のスリーブに三角柱状の挿入孔を形成した場合、（ｂ）は、曲面を含む形状のスリーブに曲面を含む形状の挿入孔を形成した場合である。

符号の説明

２…単芯コリメータ（光デバイス）、３…二芯コリメータ（光デバイス）、５，７ａ，７ｂ…光ファイバ（光学部品）、１１…フェルール（第１の保持部材）、１２…スリーブ（第２の保持部材）、１３…挿入孔、１４…スリット。

Claims (6)

1. 光学部品と、
   前記光学部品を保持する第１の保持部材と、
   前記第１の保持部材の少なくとも一部が圧入される挿入孔を有し、前記第１の保持部材と接合される第２の保持部材とを備えることを特徴とする光デバイス。
2. 前記第１の保持部材は円筒状であり、前記挿入孔は円柱状であることを特徴とする請求項１記載の光デバイス。
3. 前記第２の保持部材には、前記挿入孔に沿ってスリットが形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の光デバイス。
4. 請求項１記載の光デバイスの組立方法であって、
   前記光学部品を保持した前記第１の保持部材の少なくとも一部を前記第２の保持部材の前記挿入孔に圧入して、所定の位置に前記第１の保持部材を配置する工程と、
   前記第１の保持部材と前記第２の保持部材とを接合する工程とを備えることを特徴とする光デバイスの組立方法。
5. 前記第１の保持部材と前記第２の保持部材とを接合する工程では、前記第１の保持部材と前記挿入孔の内面とが接触する部分を少なくとも一箇所接合することを特徴とする請求項４記載の光デバイスの組立方法。
6. 前記第１の保持部材と前記第２の保持部材とを接合する工程では、前記挿入孔に沿って前記第２の保持部材にスリットが形成されている場合に、前記第２の保持部材のうち前記スリットに沿った部分と、前記第１の保持部材のうち前記スリットから露出した部分とを少なくとも一箇所接合することを特徴とする請求項４記載の光デバイスの組立方法。

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