JP2010139872A - 光モジュール、及び光モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 安価に製造可能な光ファイバユニットを有する光モジュールを提供する。
【解決手段】 光モジュールでは、光ユニットの半導体光素子が、光ファイバと光学的に結合されている。フェルールは、筒状をなしている。フェルールは、第１の部分、第２の部分、及び第３の部分を含んでいる。第３の部分の内孔には、光ファイバの芯線と該芯線を覆う外皮が位置している。第１の部分及び第２の部分の内孔に、光ファイバの芯線が位置している。第３の部分の内孔を画成する面と外皮との間、及び、第２の部分の内孔を画成する面と芯線との間には、樹脂が設けられている。第１の部分の内孔を画成する面と芯線の側面との間の間隔は、第２の部分の内孔を画成する面と芯線の側面との間の間隔より小さい。芯線の先端面は、その光軸に対して傾斜しており、第１の部分の端面より突き出ている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、光モジュール、及び光モジュールの製造方法に関するものである。

光モジュールには、光ファイバと当該光ファイバを保持するフェルールとを有する光ファイバユニットを搭載したものがある。このような光ファイバユニットとしては、例えば、特許文献１〜３に開示されたものがある。

特許文献１及び２に開示の光ファイバユニットは、筒状のフェルールの内孔に光ファイバの芯線を通し、フェルールの端面に沿って芯線を切断し、フェルールと芯線とを同時に研磨することによって製造されている。この研磨によって、光ファイバユニットの端面は、その法線方向が芯線の光軸に対して４〜８度の角度で傾斜した面となる。これにより、光ファイバと光学的に結合される半導体光素子への光の反射が抑制されている。特許文献３に開示された光ファイバユニットにおいても、端面が同様に研磨されている。
特開２００１−１４１９５７号公報 特開２００５−３５２４４９号公報 特開平８−３３８９３０号公報

光ファイバユニット等の部品は、低価格であることが要求されている。上述した研磨工程は、低価格化の障害となっている。以下、従来の光ファイバユニットの製造方法をより具体的に説明する。

筒状のジルコニアキャピラリ、即ちフェルールが、筒状の金属スリーブの内孔に一方側の開口から挿入される。この金属スリーブには、フェルールが挿入される部分の奥の内孔に樹脂が充填されている。次いで、外皮を剥いたファイバが、その芯線がフェルールの内孔を通るように、金属スリーブの他方側の開口から挿入される。この段階で、ファイバ端面に樹脂が付着することがある。次いで、フェルール端面から芯線を突き出させた状態で、樹脂が固化される。固化後に、フェルール端面から所定長の部分が残るように芯線がカットされる。そして、フェルール端面とファイバとが、同時に、ファイバ光軸に対して斜めに研磨される。この際に、フェルール及び金属スリーブが、ファイバ端面の研磨治具の役割を果たす。

このように、上記製造方法は、フェルールへの樹脂の充填、ファイバカット、研磨といった複数の工程を含んでいる。また、これら工程中の作業は全て手作業の工程となっている。したがって、従来の光ファイバユニットの製造には、比較的高い加工費が必要となる。

本発明は、安価に製造可能な光ファイバユニットを有する光モジュール、及び、その製造方法を提供することを目的としている。

本発明の光モジュールは、光ユニットと、光ファイバと、フェルールと、を備えている。光ユニットは、半導体光素子を搭載している。光ファイバは、この半導体光素子と光学的に結合される。フェルールは、光ファイバを保持し、且つ、当該光ファイバを光ユニットに対して固定するものであり、筒状をなしている。フェルールは、その中心軸線方向において順に、第１の部分、第２の部分、及び第３の部分を含んでいる。第３の部分の内孔には、光ファイバの芯線と該芯線を覆う外皮が位置している。第１の部分及び第２の部分の内孔に、光ファイバの芯線が位置している。第３の部分の内孔を画成する面と外皮との間、及び、第２の部分の内孔を画成する面と芯線との間には、樹脂が設けられている。第１の部分の内孔を画成する面と芯線の側面との間の間隔は、第２の部分の内孔を画成する面と芯線の側面との間の間隔より小さい。芯線の先端面は、その光軸に対して傾斜しており、第１の部分の端面より突き出ている。

この光モジュールでは、第３の部分の内孔を画成する面と光ファイバの外皮との間、及び第２の部分の内孔を画成する面と光ファイバとの芯線との間のそれぞれには、樹脂が浸透する空間がある。第１の部分の内孔を画成する面と芯線の側面との間の間隔は、第２の部分の内孔を画成する面と芯線の側面との間の間隔より小さいので、第１の部分の内孔には、樹脂が浸透しないようにすることができる。したがって、先端面を予め傾斜させた芯線をフェルールの端面から突き出させた後、第３の部分から樹脂を浸透させて、光ファイバをフェルールに固定することができる。その結果、光ファイバをフェルールに挿入した後の芯線の端面の研磨が不要となる。

本発明は、別の側面においては、光モジュールを製造する方法に関するものである。この製造方法は、（ａ）芯線の先端面を含む部分の外皮が除去されており、且つ、該芯線の先端面が該芯線の光軸に対して傾斜している光ファイバを準備する工程と、（ｂ）光ファイバを筒状のフェルールの内孔に挿入する工程であって、該フェルールは、該フェルールの中心軸線方向に沿って順に、第１の部分、第２の部分、及び第３の部分を有しており、光ファイバは、先端面が第３の部分の内孔及び第２の部分の内孔を経て第１の部分の端面から突き出されるように、フェルールの内孔に挿入される、該工程と、（ｃ）第３の部分の開口から樹脂を流して、第３の内孔を画成する面と光ファイバの外皮との間、及び、第２の部分の内孔を画成する面と芯線との間に、樹脂を浸透させる工程と、（ｄ）半導体光素子を搭載した光ユニットの一端面においてフェルールの端面をスライドし、且つ、フェルールの端面からの芯線の先端面の突き出し量を調整することによって、半導体光素子と光ファイバとの光学的調芯を行う工程と、（ｅ）樹脂を固化させる工程と、を含む。

本製造方法によれば、予め先端面を傾斜させた光ファイバをフェルールに通した後、光ファイバをフェルールに固定することができる。したがって、フェルールへの挿入後の光ファイバの研磨工程が不要となる。

本発明によれば、芯線の端面の研磨が不要となるので、安価に製造可能な光ファイバユニットを有する光モジュール、及び、その製造方法が提供可能となる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

図１は、一実施形態に係る光モジュールの一部を破断して示す斜視図である。図２は、一実施形態に係る光モジュールの概略的に示す図であり、当該光モジュールを分解して示した図である。図１及び図２に示す光モジュール１０は、光ユニット１２、及び光ファイバユニット１４を備えている。

光ユニット１２は、第１の光サブアセンブリ１６、第２の光サブアセンブリ１８、及び、結合ユニット２０を有している。本例では、第１の光サブアセンブリ１６は、光ファイバユニット１４の光ファイバへと光を送出する光送信サブアセンブリであり、第２の光サブアセンブリ１８は、光ファイバユニット１４の光ファイバからの光を受ける光受信サブアセンブリとなっている。したがって、本例の光モジュール１０は、単一の光ファイバに対して光送信機能及び光受信機能を有する一心双方向光モジュールとなっている。

第１の光サブアセンブリ１６は、半導体レーザ１６ａ、及びパッケージ１６ｂを有している。半導体レーザ１６ａは、パッケージ１６ｂの内部に搭載されている。パッケージ１６ｂは、ステム１６ｃ、リードピン１６ｄ、キャップ１６ｅ、及び、レンズ１６ｆを含んでいる。

ステム１６ｃには、半導体レーザ１６ａが、サブマウント１６ｇを介して搭載されている。また、ステム１６ｃには、半導体レーザ１６ａの背面光をモニタするモニタ用フォトダイオード１６ｈが、サブマウント１６ｉを介して搭載されている。半導体レーザ１６ａ及びモニタ用フォトダイオード１６ｈは、ステム１６ｃに設けられたリードピン１６ｄに電気的に接続されている。半導体レーザ１６ａは、リードピン１６ｄから供給される電気信号に応じて、第１の波長の光を出射する。第１の波長は、例えば、１．３１μｍである。

キャップ１６ｅは、筒状の部材であり、半導体レーザ１６ａを覆うように設けられている。キャップ１６ｅの一端は、ステム１６ｃに固定されている。また、キャップ１６ｅの他端の開口にはレンズ１６ｆが設けられている。半導体レーザ１６ａから出射される光は、レンズ１６ｆによって集光されて、光ファイバユニット１４の光ファイバに結合する。

第２の光サブアセンブリ１８は、フォトダイオード１８ａ、及びパッケージ１８ｂを有している。フォトダイオード１８ａは、パッケージ１８ｂの内部に搭載されている。パッケージ１８ｂは、ステム１８ｃ、リードピン１８ｄ、キャップ１８ｅ、及び、レンズ１８ｆを含んでいる。

ステム１８ｃには、フォトダイオード１８ａが、サブマウント１８ｇを介して搭載されている。フォトダイオード１８ａは、ステム１８ｃに設けられたリードピン１８ｄに電気的に接続されている。キャップ１８ｅは、筒状の部材であり、フォトダイオード１８ａを覆うように設けられている。キャップ１８ｅの一端は、ステム１８ｃに固定されている。また、キャップ１８ｅの他端の開口にはレンズ１８ｆが設けられている。光ファイバユニット１４の光ファイバから出射される第２の波長の光、例えば、波長１．４８μｍ又は１．５５μｍの光は、レンズ１８ｆによって集光されて、フォトダイオード１８ａに結合する。フォトダイオード１８ａは、受光した光の強度に応じた電気信号をリードピン１８ｄに出力する。

結合ユニット２０は、第１の光サブアセンブリ１６及び第２の光サブアセンブリ１８を、光ファイバユニット１４の光ファイバに光学的に結合するための部品である。結合ユニット２０は、本体部２０ａ、波長分割フィルタ２０ｂ、及び、波長カットフィルタ２０ｃを有している。

本体部２０ａは、略筒状の部材であり、その中心軸線Ｚに沿って順に、第１の内孔２０ｄ、第２の内孔２０ｅを提供している。第１の内孔２０ｄの径は、第２の内孔２０ｅの径より小さい。本体部２０ａは、第２の内孔２０ｅに設けられた第１の光サブアセンブリ１６を保持している。

本体部２０ａは、第１の内孔２０ｄと第２の内孔２０ｅとの間にテーパー状の接続孔２０ｆを提供している。この接続孔２０ｆを画成する面２０ｇには、波長分割フィルタ２０ｂが固定されている。これによって、波長分割フィルタ２０ｂは、中心軸線Ｚに対して傾斜しつつ、第１の内孔２０ｄまで延在している。この波長分割フィルタ２０ｂは、第１の波長の光を透過し、且つ、第２の波長の光を反射する特性を有している。

本体部２０ａの側壁には、本体部２０ａの側面から第１の内孔２０ｄまで延びる孔２０ｈが形成されている。本体部２０ａは、孔２０ｈに配置された第２の光サブアセンブリ１８を保持している。また、本体部２０ａの孔２０ｈには、第２の光サブアセンブリ１８と第１の内孔２０ｄとの間に、波長カットフィルタ２０ｃが設けられている。この波長カットフィルタ２０ｃは、第１の波長の光を遮断し、第２の波長の光を透過する特性を有している。

以上の構成を有する光ユニット１２では、第１の光サブアセンブリ１６の半導体レーザ１６ａによって出射される光は、レンズ１６ｆで集光されて、波長分割フィルタ２０ｂを透過し、第１の内孔２０ｄを通って、光ファイバユニット１４の光ファイバに至る。一方、光ファイバユニット１４の光ファイバから出射された第２の波長の光は、第１の内孔２０ｄを通り、波長分割フィルタ２０ｂで反射され、波長カットフィルタ２０ｃを透過し、第２の光サブアセンブリ１８のレンズ１８ｆで集光されて、フォトダイオード１８ａに結合する。

以下、光ファイバユニット１４について説明する。図３は、一実施形態に係る光モジュールにおける光ファイバユニットを一部破断して示す図である。図４は、図３に示す光ファイバユニットを分解した状態を示す図である。図３及び図４に示すように、光ファイバユニット１４は、光ファイバ２２及びフェルール２４を有している。

光ファイバ２２は、芯線２２ａと、芯線２２ａの側面を覆う外皮２２ｂを含んでいる。この光ファイバ２２では、先端面２２ｃを含む部分において芯線２２ａから外皮２２ｂが除去されている。外皮２２ｂによって芯線２２ａが覆われている部分の光ファイバ２２の径は、例えば、０．９ｍｍであり、芯線２２ａの径は、例えば、０．１２５ｍｍである。

また、芯線２２ａの先端面２２ｃは、当該芯線２２ａの光軸Ｚに対して、その法線方向が傾斜するように、予め加工されている。芯線２２ａの光軸Ｚに対して、先端面２２ｃの法線方向が成す角度は、例えば、４〜８度である。

フェルール２４は、この光ファイバ２２を保持し、且つ、光ファイバ２２を光ユニット１２に対して固定する部材である。フェルール２４は、例えば、樹脂又は金属によって構成することが可能である。

このフェルール２４は、略筒状をなしている。フェルール２４は、その中心軸線Ｚに沿って順に第１の部分２４ａ、第２の部分２４ｂ、及び、第３の部分２４ｂを含んでいる。第１の部分２４ａの内孔の径は、第２の部分２４ｂの内孔の径より小さく、また、第２の部分２４ｂの内孔の径は、第３の部分２４ｃの内孔の径より小さくなっている。第１の部分２４ａの内孔と第２の部分２４ｂの内孔との間の孔、第２の部分２４ｂの内孔と第３の部分２４ｃの内孔との間の孔は、テーパー状となっている。

第３の部分２４ｃの内孔には、芯線２２ａと外皮２２ｂが通っており、第２の部分２４ｂの内孔には、芯線２２ａのみが通っている。芯線２２ａは、更に、第１の部分２４ａの内孔を通って、その先端面２２ｃが、第１の部分２４ａの端面２４ｄから突き出されている。

第３の部分２４ｃの内孔を画成する面２４ｅと外皮２２ｂの側面との間の空間、及び、第２の部分２４ｂの内孔を画成する面２４ｆと芯線２２ａの側面との間の空間には、樹脂２６が設けられている。この樹脂２６を介して、光ファイバ２２は、芯線２２ａが外皮２２ｂによって覆われている部分において、第３の部分２４ｃによって固定される。また、光ファイバ２２は、外皮２２ｂが除去された芯線２２ａの一部において、樹脂２６を介して、第２の部分２４ｂによって固定される。

なお、後述するように、樹脂２６は、光ファイバ２２をフェルール２４に挿入した後、第３の部分２４ｃの開口端から流し込まれて第２の部分２４ｂの内孔まで浸透するが、第１の部分２４ａの内孔を画成する面２４ｇと芯線２２ａの側面との間には、浸透しなくなっている。そのために、例えば、第３の部分２４ｃの内孔の長さは、５ｍｍであり、当該内孔の径は、１．０ｍｍである。第２の部分２４ｂの内孔の長さは、２ｍｍであり、当該内孔の径は、０．２ｍｍである。また、第１の部分２４ａの内孔の長さは、０．５ｍｍであり、当該内孔の径は、０．１２５−０／＋０．０００５ｍｍである。即ち、第１の部分２４ａの内孔の径は、芯線２２ａの径に略一致する径となっている。また、第１の部分２４ａの内孔がこのような径を有することによって、芯線２２ａの先端位置をサブミクロンの高精度で維持することが可能となっている。

光ファイバユニット１４は、フェルール２４の端面２４ｄが結合ユニット２０の本体部２０ａの一端面２０ｉに当接した状態で、光ユニット１２に固定されている。光ファイバユニット１４が光ユニット１２に固定された状態では、芯線２２ａの先端面２２ｃは、結合ユニット２０の第１の内孔２０ｄに位置しており、半導体レーザ１６ａ及びフォトダイオード１８ａに光学的に結合されている。

光ユニット１２の一端面２０ｉは、軸線Ｚに交差する略平坦な面であり、また、フェルール２４の端面２４ｄも、一端面２０ｉに対面する平坦な面になっている。したがって、この一端面２０ｉを利用することによって、光ファイバユニット１４を、光ユニット１２に対して軸線Ｚに交差する方向にスライドさせ、先端面２２ｃと半導体レーザ１６ａ及びフォトダイオード１８ａとの光学的調芯を行うことが可能である。

以下、この光モジュール１０の製造方法について説明する。図５は、一実施形態に係る光モジュールの製造方法のフローを示す図である。図５に示すように、本製造方法では、まず、光ファイバ２２の外皮の除去、及び、芯線の切断が行われる（工程Ｓ１）。

図６は、光ファイバ２２の加工工程を示す図である。図６の（ａ）に示すように、工程Ｓ１では、まず、芯線２２ａが外皮２２ｂで覆われた状態の光ファイバ２２が準備される。次いで、図６の（ｂ）に示すように、外皮２２ｂを除去することによって、先端から所定の長さだけ、芯線２２ａが露出される。

次に、図６の（ｃ）に示すように、光ファイバ２２がねじられつつ（ｔ）、当該光ファイバ２２に両側から張力（Ｔ）が与えられる。この状態で、超音波カッター４０を芯線２２ａの側面に接触させることによって、図６の（ｄ）に示すように、先端面２２ｃが所定の角度に傾斜された光ファイバ２２が得られる。

次に、本製造方法では、工程Ｓ１で得られた光ファイバ２２が、フェルール２４に挿入される（工程Ｓ２）。図７及び図８は、光ファイバをフェルールに挿入する工程を示す図であり、当該工程の前後の状態をそれぞれ示している。図７に示すように、工程Ｓ２では、光ファイバ２２が、その先端面２２ｃからフェルール２４に挿入される。このとき、フェルール２４の第３の部分２４ｃの開口から、光ファイバ２２が挿入される。この工程Ｓ２では、図８に示すように、光ファイバ２２の先端面２２ｃがフェルール２４の端面２４ｄから突き出るまで、光ファイバ２２がフェルール２４に挿入される。

図５に戻り、次いで、本製造方法では、フェルール２４の内孔に樹脂が流される（工程Ｓ３）。工程Ｓ３では、先述したように、フェルール２４の第３の部分２４ｃの開口から、樹脂２６が流し込まれる。この樹脂２６は、図３に示すように、第３の部分２４ｃの内孔を画成する面２４ｅと外皮２２ｂの間の空間、及び、第２の部分２４ｂの内孔を画成する面２４ｆと芯線２２ａとの間の空間に浸透する。なお、本光モジュール１０では、樹脂２６を浸透させるために、真空引き等のプロセスは不要である。

本製造方法では、工程Ｓ３において樹脂２６を浸透させた後、当該樹脂２６を硬化させずに、半導体レーザ１６ａ及びフォトダイオード１８ａといった半導体光素子と光ファイバユニット１４との光学的調芯が行われる（工程Ｓ４）。図９は、半導体光素子と光ファイバユニットとの光学的調芯を行う工程を示す図である。

図９に示すように、工程Ｓ４では、結合ユニット２０の本体部２０ａの一端面２０ｉに光ファイバユニット１４の端面２４ｄが当接され、当該一端面２０ｉに沿って、光ファイバユニット１４がスライドされる。これによって、光軸Ｚ方向に直交する方向における光ファイバユニット１４の光学的調芯が行われる。また、芯線２２ａのフェルール２４からの突き出し量を調整することにより、光軸Ｚ方向における調芯が行われる。なお、芯線２２ａのフェルール２４からの突き出し量は、例えば、０．５ｍｍ以内である。

図５に戻り、工程Ｓ４の調芯の後、樹脂２６を硬化させることによって樹脂２６が固化され（工程Ｓ５）、また、光ファイバユニット１４が、接着材等により結合ユニット２０の本体部２０ａに固定される（工程Ｓ６）。この接着材としては、例えば、紫外線硬化タイプ、熱硬化タイプ、又は、両タイプの特性を併せ持つタイプの接着材が使用される。

固化後に、光ファイバユニット１４の周囲が、例えば、樹脂製のブーツ（被服）で覆われることによって、接着部が保護される（工程Ｓ７）。

以上説明した実施形態によれば、従来のピグテール部品に置き換わる低価格な光ファイバユニット１４が提供される。したがって、低価格な光モジュールを提供することが可能となる。

なお、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。上述した実施形態は、一心双方向光モジュールに関するものであったが、光送信又は光受信の単機能のみを有する光モジュールにも本発明は適用可能である。

一実施形態に係る光モジュールの一部を破断して示す斜視図である。 一実施形態に係る光モジュールの概略的に示す図であり、当該光モジュールを分解して示した図である。 一実施形態に係る光モジュールにおける光ファイバユニットを一部破断して示す図である。 図３に示す光ファイバユニットを分解した状態を示す図である。 一実施形態に係る光モジュールの製造方法のフローを示す図である。 一実施形態に係る光ファイバの加工工程を示す図である。 光ファイバをフェルールに挿入する工程を示す図である。 光ファイバをフェルールに挿入する工程を示す図である。 半導体光素子と光ファイバユニットとの光学的調芯を行う工程を示す図である。

符号の説明

１０…光モジュール、１２…光ユニット、１４…光ファイバユニット、１６…第１の光サブアセンブリ、１６ａ…半導体レーザ、１８…第２の光サブアセンブリ、１８ａ…フォトダイオード、２０…結合ユニット、２０ａ…本体部、２０ｂ…波長分割フィルタ、２０ｃ…波長カットフィルタ、２０ｉ…一端面（本体部）、２２…光ファイバ、２２ａ…芯線、２２ｂ…外皮、２２ｃ…先端面、２４…フェルール、２４ａ…第１の部分、２４ｂ…第２の部分、２４ｃ…第３の部分、２４ｄ…端面、２４ｅ…面（第３の部分の内孔を画成する面）、２４ｆ…面（第２の部分の内孔を画成する面）、２４ｇ…面（第１の部分の内孔を画成する面）、２６…樹脂。

Claims (3)

1. 半導体光素子を搭載した光ユニットと、
   前記半導体光素子に光学的に結合される光ファイバと、
   前記光ファイバを保持し、且つ、該光ファイバを前記光ユニットに対して固定する筒状のフェルールと、
   を備え、
   前記フェルールは、該フェルールの中心軸線方向において順に、第１の部分、第２の部分、及び第３の部分を含んでおり、
   前記第３の部分の内孔に、前記光ファイバの芯線と該芯線を覆う外皮が位置しており、
   前記第１の部分及び第２の部分の内孔に、前記光ファイバの芯線が位置しており、
   前記第３の部分の内孔を画成する面と前記外皮との間、及び、前記第２の部分の内孔を画成する面と前記芯線との間には、樹脂が設けられており、
   前記第１の部分の内孔を画成する面と前記芯線の側面との間の間隔は、前記第２の部分の内孔を画成する前記面と前記芯線の側面との間の間隔より小さく、
   前記芯線の先端面は、該芯線の光軸に対して傾斜しており、前記第１の部分の端面より突き出ている、
   光モジュール。
2. 前記フェルールの内孔においては、前記第１の部分の内孔及び前記第２の部分の内孔にのみ、前記樹脂が設けられている、請求項１に記載の光モジュール。
3. 光モジュールを製造する方法であって、
   芯線の先端面を含む部分の外皮が除去されており、且つ、該芯線の先端面が該芯線の光軸に対して傾斜している光ファイバを準備する工程と、
   前記光ファイバを筒状のフェルールの内孔に挿入する工程であって、前記フェルールは、該フェルールの中心軸線方向に沿って順に、第１の部分、第２の部分、及び第３の部分を有しており、前記光ファイバは、前記先端面が前記第３の部分の内孔及び第２の部分の内孔を経て第１の部分の端面から突き出されるように、前記内孔に挿入される、該工程と、
   前記第３の部分の開口から樹脂を流して、前記第３の部分の内孔を画成する面と前記光ファイバの外皮との間、及び、前記第２の部分の内孔を画成する面と前記芯線との間に、樹脂を浸透させる工程と、
   半導体光素子を搭載した光ユニットの一端面において前記フェルールの前記端面をスライドし、且つ、前記フェルールの前記端面からの前記芯線の前記先端面の突き出し量を調整することによって、前記半導体光素子と前記光ファイバとの光学的調芯を行う工程と、
   前記樹脂を固化させる工程と、
   を含む、方法。

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