JP2008065105A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】半導体レーザと光ファイバが直接光結合され半導体レーザと光ファイバの間を透明樹脂により埋めてある状態で、半導体レーザの出射光を光ファイバへ導くための光結合効率を高めることができる光モジュールを提供する。
【解決手段】半導体レーザ１０と光ファイバ３０を直接光結合している光モジュールであり、半導体レーザ１０と光ファイバ３０の間を透明樹脂２０により埋めて、室温よりも低温で半導体レーザ１０を駆動して半導体レーザ１０から出射光を発生することで、透明樹脂２０の半導体レーザ１０の光出射部近傍の屈折率を、透明樹脂２０の光出射部近傍以外の部分の屈折率よりも高めることで半導体レーザ１０の出射光を光ファイバ３０に導く光導波路２００が形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、光モジュールに関し、特に半導体レーザと光ファイバが直接光結合され半導体レーザと光ファイバの間を透明樹脂により埋めてあり、半導体レーザの出射光を光ファイバへ導くための光結合効率を高めることができる光モジュールに関する。

半導体レーザと光ファイバを用いた光モジュールが、例えば光信号伝送用に開発されている。

（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−３０８３５８号公報

特許文献１に記載されている光モジュールでは、半導体レーザの発生する光が光ファイバの端部に対して、例えばレンズを介して入射できるようになっている。

ところで、本発明者は、半導体レーザが発生する光を光ファイバの端部に対してレンズを介さずに、半導体レーザと光ファイバを直接光結合して、半導体レーザと光ファイバの間を透明樹脂で埋めることを提案している。しかし、半導体レーザと光ファイバの間を単に透明樹脂で埋める構成であると、次のような現象が生じることがある。

本発明者は、半導体レーザの出力端での出射光出力が一定になるように半導体レーザを動作させた場合に、動作環境温度が−２０℃では出射光出力が時間の経過とともに増大していくことを見いだした。このように出射光出力が時間の経過とともに増大するのは、半導体レーザに供給する入力電流値と出射光の波長は一定であり、半導体レーザ自体の劣化ではないことから、半導体レーザと光ファイバの間に配置された透明樹脂が、半導体レーザの出射光を光ファイバへ導くための光結合状態の変化による可能性が高い。

そこで、本発明は上記課題を解消するために、半導体レーザと光ファイバが直接光結合され半導体レーザと光ファイバの間を透明樹脂により埋めてある状態で、半導体レーザの出射光を光ファイバへ導くための光結合効率を高めることができる光モジュールを提供することを目的とする。

上記課題を解消するために、本発明の光モジュールは、半導体レーザと光ファイバが直接光結合する光モジュールであって、
前記半導体レーザと前記光ファイバの間を透明樹脂により埋めて、室温よりも低温の雰囲気で前記半導体レーザを駆動して前記半導体レーザから出射光を発生することで、前記透明樹脂の前記半導体レーザの光出射部近傍の第１部分の屈折率を、前記透明樹脂の前記光出射部近傍以外の第２部分の屈折率よりも高めることで前記半導体レーザの前記出射光を前記光ファイバに導く光導波路が形成されていることを特徴とする。本発明においては、室温は２５℃である。

本発明の光モジュールは、好ましくは前記透明樹脂は、シリコーン樹脂であることを特徴とする。

本発明によれば、半導体レーザと光ファイバが直接光結合され半導体レーザと光ファイバの間を透明樹脂により埋めてある状態で、半導体レーザの出射光を光ファイバへ導くための光結合効率を高めることができる。

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の光モジュールの好ましい実施形態を示す断面図である。図１に示す光モジュールは、一例として光送受信モジュールであり、図１の例では出力光信号Ｌ１を送信し、入力光信号Ｌ２を受信することができる。

図１に示す光モジュール１は、概略的には本体部２とフェルール部３を有している。まず、本体部２の構造について説明する。

図１に示す本体部２は、基板５と、半導体レーザ１０と、モニター用受光素子１１と、受光部１２と、透明樹脂２０と、光ファイバ３０などを有している。

基板５は、例えば金属リードフレーム材であり、基板５は絶縁性を有するベース部材６の上に配置されている。基板５の上には、発光部基板７と、受光した光信号処理部８が搭載されている。発光部基板７は例えばシリコン基板である。

発光部基板７の上には、半導体レーザ１０とモニター用受光素子１１が搭載されており、半導体レーザ１０とモニター用受光素子１１は、外部接続端子９を介して外部の回路に対して電気的に接続されている。

半導体レーザ１０は、例えばＦＰＬＤ（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）、端面発光レーザ（Ｅｄｇｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）などのレーザダイオード（ＬＤ）チップを用いることができ、例えば１３１０ｎｍの波長を有する出力光信号（上り信号）Ｌ１を出力する。モニター用受光素子１１は、半導体レーザ１０の発生する出力光信号Ｌ１の光出力をモニターしており、モニター用受光素子１１は例えばフォトダイオードである。

図１に示す受光部１２は、光ファイバ３０を通じて入力された入力光信号Ｌ２を受光し、受光部１２は例えばフォトダイオードである。光ファイバ３０の途中には、ＷＤＭ（波長分割多重）フィルタ２１が配置されており、光ファイバ３０を通じて入射されてきた入力光信号Ｌ２は、このフィルタ２１により反射されて受光部１２に入る。このフィルタ２１は、出力光信号Ｌ１を通過させて、入力光信号Ｌ２を選択的に反射する機能を有する。入力光信号（下り信号）Ｌ２は、例えば１５５０ｎｍあるいは１４９０ｎｍの波長を有する。

図１に示す光ファイバ３０は、光モジュール１内において光導波路を形成しており、例えば一心双方向通信用のシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）の端部３０Ｔに対して、別のハイデルタシングルモード光ファイバ３９を融着して接続した構成である。

光ファイバ３０のインデックス型マルチモード光ファイバ３９の光入射端部３１は、半導体レーザ１０の光出射出部に対応して配置されている。光ファイバ３０は、コア３２とこのコア３２の周囲を覆うクラッド３３を有している。光ファイバ３０は、樹脂成形体１９のΩ型断面を有する溝部３４内にはめ込まれており、光ファイバ３０の光入射端部３１は半導体レーザ１０の光出射出部に対して高精度に位置決めして保持されている。

図１に示す透明樹脂２０としては、例えばシリコーン樹脂を用いることができる。このシリコーン樹脂は、シロキサン結合を骨格とした高分子有機化合物（ポリマー）の総称であり、無色・無臭で撥水性がある。

図１に示すように、半導体レーザ１０とモニター用受光素子１１と光ファイバ３０の一部分と受光部１２は、透明樹脂２０により、封止して保護されている。透明樹脂２０にはさらに樹脂成形体１９が配置されている。本体部２のホルダ５０は、光ファイバ３０の途中の部分とフェルール部３を保持している。フェルール部３は、２つのフェルール４１，４２とスリーブ４３を有している。フェルール４１は光ファイバ３０の他端部３６と、別の接続用の光ファイバ５５の端部３７を直接光接続している。

図１に示すように、光モジュール１は、発光部６０と、光ファイバ保持部６１と、出力端部６２の各領域に分けることができる。発光部６０は、半導体レーザ１０とモニター用受光素子１１を含む領域であり、光ファイバ保持部６２は、光ファイバ３０を透明樹脂２０で保持している領域である。出力端部６２は、ホルダ５０とフェルール部３を含む領域である。

図２は、図１の光モジュール１の回路例を示している。

図２は、光ファイバ３０と、半導体レーザ１０とモニター用受光素子１１と、受光部１２と、入力光信号Ｌ２の処理部８と、レーザダイオードドライバ回路７０を示している。

レーザダイオードドライバ回路７０が半導体レーザ１０に駆動用の電流を供給して半導体レーザ１０を駆動すると、半導体レーザ１０は出力光信号Ｌ１を発生して、光ファイバ３０を通じて相手側に送られる。半導体レーザ１０も発生した出力光信号Ｌ１は、モニター用受光素子１１により受光されており、出力光信号Ｌ１の光信号出力をモニターすることで、レーザダイオードドライバ回路７０は一定の光信号出力を有する出力光信号Ｌ１を出力する。

一方、受光側の入力光信号Ｌ２は、相手側から光ファイバ３０を通じて送られてきて、フィルタ２１により反射されてバンドパスフィルタ７５を通った後に受光部１２に入る。受光された入力光信号Ｌ２は、光信号処理部８により所定の処理が行われる。このバンドパスフィルタ７５は、１４８０ｎｍ〜１５００ｎｍのみの波長を有する入力光信号を通す。

図３は、図１の部分Ｘを示す模式的な図である。部分Ｘは、半導体レーザ１０と光ファイバ３０のハイデルタシングルモード光ファイバ３９の光入射端部３１および透明樹脂２０の一部分を示している。半導体レーザ１０と光ファイバ３０の間は透明樹脂２０により埋めてあり、半導体レーザ１０と光ファイバ３０は透明樹脂２０により封止されている。

図１に示す光モジュール１では、室温よりも低温の環境雰囲気下において、半導体レーザ１０が駆動されて半導体レーザ１０から出射光である出力光信号Ｌ１を発生することで、透明樹脂２０の半導体レーザ１０の光出射部１００の近傍の第１部分１２０が変質して、Ｓｉの架橋密度が上がって硬くなる。

この第１部分１２０の樹脂密度の増加により、透明樹脂２０の光出射部近傍の第１部分１２０の屈折率を、透明樹脂２０の光出射部近傍１００以外の第２部分１３０の屈折率よりも高めて、半導体レーザ１０の出射光を光ファイバ３０のハイデルタシングルモード光ファイバ３９の光入射端部３１に導く光導波路２００が形成されている。本実施形態においては、室温は２５℃である。

これにより、半導体レーザ１０と光ファイバ３０の光入射端部３１のコア３２の端面が透明樹脂２０の光導波路２００を通じて直接光結合されて、半導体レーザ１０の出射光を光ファイバ３０のハイデルタシングルモード光ファイバ３９の光入射端部３１へ導くための光結合効率を高めることができる。

すなわち、透明樹脂２０の半導体レーザ１０の光出射部１００の近傍の第１部分１２０の樹脂密度を増加させることで、透明樹脂２０の光出射部近傍の第１部分１２０は、光信号Ｌ１により変質された透明樹脂２０の変質部と呼ぶことができるとともに、透明樹脂２０の光出射部近傍１００以外の第２部分１３０は透明樹脂２０の未変質部と呼ぶことができる。この変質部の光の屈折率は未変質部の光の屈折率に比べて高く、この変質部と未変質部との間には光の屈折率差があることから、透明樹脂２０は、この屈折率差を利用して半導体レーザ１０の光出射部１００と光ファイバ３０の光入射端部３１のコア３２の端面の間に光導波路２００を形成できる。

このように透明樹脂２０では、半導体レーザ１０の光出射部１００と光ファイバ３０の光入射端部３１のコア３２の端面の間の変質部の第１部分１２０が、それ以外の第２部分１３０に比べて高屈折率化が可能になるので、光モジュール１の置かれた雰囲気が室温よりも低温であれば、変質部（第１部分１２０）と未変質部（第２部分１３０）との屈折率差が大きくなり、透明樹脂２０における光導波路を形成できる効果がある。

室温よりも低温で半導体レーザ１０を駆動して、透明樹脂２０に対して半導体レーザ１０から出射光を発生することで、透明樹脂２０が変質して、Ｓｉの架橋密度が上がって硬くなり光導波路効果が得られる。

図３における、半導体レーザ１０と光ファイバ３０の光入射端部３１の距離Ｍは、例えば１５μｍである。半導体レーザ１０の出力光信号Ｌ１の光出力は、例えば１０ｍＷである。

図４は、半導体レーザ１０の光出射部１００から出力される光信号Ｌ１のパワーが、時間が経過するのに伴って上昇していく例を示している。図４では、雰囲気温度（環境温度ともいう）が０℃、―２０℃、−４０℃の場合を示している。

本発明の実施形態の光モジュールは、半導体レーザ１０と光ファイバ３０を直接光結合している光モジュールである。半導体レーザ１０と光ファイバ３０の間を透明樹脂２０により埋めて、室温よりも低温の雰囲気で半導体レーザ１０を駆動して半導体レーザ１０から出射光を発生することで、透明樹脂２０の半導体レーザ１０の光出射部近傍の樹脂密度を増加させて透明樹脂２０の光出射部近傍の屈折率を、透明樹脂２０の光出射部近傍以外の部分の屈折率よりも高めることで半導体レーザ１０の出射光を光ファイバ３０に導く光導波路が形成されている。室温よりも低温の雰囲気は、特に氷点下であると好ましい。

これにより、半導体レーザ１０と光ファイバ３０が直接光結合されて半導体レーザ１０の出射光（出力光信号Ｌ１）を、光ファイバ３０の光入射端部３１のコア３２の端面へ導くための光結合効率を高めることができる。

そして、本発明の光モジュールの透明樹脂は、シリコーン樹脂である。これにより透明樹脂は入手し易く、半導体レーザ１０と光ファイバ３０の間を容易に確実に埋めて封止できる。

ところで、本発明は、上記実施形態に限定されず種々の変形例を採用できる。

例えば、図１に示す光モジュールの例では、光信号の送信と受信が可能な光送受信モジュールであるが、これに限らず、光モジュールは光信号を送信できる光送信モジュールであってもよい。

図１に示すに示す光モジュール１は、出力光信号Ｌ１を発生して光ファイバ３０を通じて出力し、光ファイバ３０を通じて入力された入力光信号Ｌ２を受光できる。しかし、これに限らず、図５に示すように、半導体レーザ１０と光導波路としての光ファイバ３０Ａを備えており、半導体レーザ１０と光ファイバ３０を直接光結合していて、半導体レーザ１０と光ファイバ３０の間が透明樹脂２０により埋めてあれば、本発明は適用できる。

また、透明樹脂２０の種類は、シリコーンに限らず、他の種類を採用できる。

本発明の光モジュールの好ましい実施形態を示す断面図である。 図１の光モジュールの回路例を示す図である。 図１の部分Ｘを模式的に示す図である。 半導体レーザの光出射部から出力される光信号Ｌ１のパワーが、時間が経過するのに伴って上昇していく例を示す図である。 本発明の光モジュールの好ましい別の実施形態を示す断面図である。

符号の説明

１ 光モジュール
２ 本体部
３ フェルール部
１０ 半導体レーザ
２０ 透明樹脂
３０ 光ファイバ
１２０ 第１部分（透明樹脂の変質部）
１３０ 第２部分（透明樹脂の未変質部）
２００ 光導波路

Claims (2)

1. 半導体レーザと光ファイバが直接光結合する光モジュールであって、
   前記半導体レーザと前記光ファイバの間を透明樹脂により埋めて、室温よりも低温の雰囲気で前記半導体レーザを駆動して前記半導体レーザから出射光を発生することで、前記透明樹脂の前記半導体レーザの光出射部近傍の第１部分の屈折率を、前記透明樹脂の前記光出射部近傍以外の第２部分の屈折率よりも高めることで前記半導体レーザの前記出射光を前記光ファイバに導く光導波路が形成されていることを特徴とする光モジュール。
2. 前記透明樹脂は、シリコーン樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
   
   

Images