JP2010164818A - 一芯双方向光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】ＷＤＭフィルタが反射したＬＤからの光が所定の方向に導かれ、集光レンズが所定の位置へ配されるよう行う、各種部品の位置や向きの調整にかかる時間を短縮した１パッケージ型一心双方向光モジュール（Ｂｉ−Ｄ）の提供。
【解決手段】Ｂｉ−Ｄ１は、ＬＤ２及びＰＤ３等の素子が実装されたステム６に、少なくとも集光レンズ７ａが固定されたレンズキャップ７を、上記素子の実装面を覆って取り付けて構成されるパッケージ内に、ＬＤ２が出射する送信光を反射し、ＰＤ３が受光する受信光を透過するＷＤＭフィルタ４を備える。ＷＤＭフィルタ４が、レンズキャップ７に集光レンズ７ａの光軸に対する角度を規定して固定され、レンズキャップ７が、集光レンズ７ａの光軸がＷＤＭフィルタ４が反射した送信光の方向及びＰＤ３の受光面と一致するようステム６との相対的な位置及び向きが調整されて、ステム６に取り付けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、１個のＣＡＮパッケージに半導体発光素子（ＬＤ：Laser Diode）と半導体受光素子（ＰＤ：Photo Diode）と波長合分波フィルタを収納した１パッケージ型の一芯双方向光モジュール及び当該モジュールの組み立て方法に関する。

近年、ＦＴＴＨ（Fiber to the Home）に代表される加入者系通信網（アクセス系）では、より高速で大容量の即時通信がリーズナブルな価格で可能となるＰＯＮ（Passive Optical Network）システムの導入が進んでいる。このＰＯＮシステムでは、一芯双方向通信方式の採用により、ファイバ本数を減らし、局側とファイバ伝送路を複数のユーザ宅側でシェアすることで、メタルケーブル並に低価格で、より高速なサービスを実現している。なお、ＰＯＮシステムでは、１本の光ファイバを用いて、１．３１μｍ帯並びに１．４９μ帯及び／または１．５５μｍの２または３波長で送受信を行う波長多重（ＷＤＭ）方式を採用している。

このようなＰＯＮシステムに使用される一芯双方向モジュール（Ｂｉ−Ｄ：Bi-Directional module）では、ＬＤから出射される送信光を光ファイバに光結合させて送信し、また、光ファイバから出射される受信光をＰＤへ光結合させて受信している。一芯Ｂｉ−Ｄの例としては、一つのＣＡＮパッケージにＬＤ及びＰＤを内蔵した所謂１パッケージ型一芯Ｂｉ−Ｄがある。なお、ＣＡＮパッケージとは、ＬＤ及びＰＤの実装面（素子実装面）を有するステムに、集光レンズ付きのキャップ（レンズキャップ）が上記素子実装面を覆うように取り付けられて構成される金属製の同軸型パッケージである。

１パッケージ型一芯Ｂｉ−Ｄ（以下、Ｂｉ−Ｄと略称する）では、ＣＡＮパッケージ内に、上記ＬＤ及びＰＤの他に、ＬＤからの光（送信光）を反射し当該光とは波長の異なるＰＤへの光（受信光）を透過する波長合分波フィルタ（以下、ＷＤＭフィルタという）を収納している。Ｂｉ−Ｄでは、ＣＡＮパッケージを構成するステムの素子実装面に対してＷＤＭフィルタの光分波面が所定の角度（一般的に４５°）となるようにＷＤＭフィルタをＣＡＮパッケージ内で固定することで、ＬＤからの送信光を反射させて外部の光ファイバへ入射させることができる。
このようなＣＡＮパッケージ内でのＷＤＭフィルタの固定方法について、種々のものが提案されている。

例えば、特許文献１に開示のＢｉ−Ｄは、図４（Ａ）に示すように、ＣＡＮパッケージ１１内で、ＬＤ１４がステム１３の素子実装面１３ａと平行に信号光を送出するように当該実装面１３ａ上にサブキャリア１５を介して実装される。このＢｉ−Ｄ１０においては、ＷＤＭフィルタ１６で反射されたＬＤ１４からの送信光が外部の光ファイバＦに入射されるように（すなわちＷＤＭフィルタ１６の光分波面１６ａがステム１３の素子実装面１３ａに対して所定の角度を有するように）、サブキャリア１５の所定の面１５ａにＷＤＭフィルタ１６を取り付けて固定している。

また、特許文献１には、図４（Ａ）の形態の他に、図４（Ｂ）に示すものも開示されている。すなわち、略直方体形状のサブキャリア１５’上のＬＤ１４からの送信光が光ファイバＦに入射されるようＷＤＭフィルタ１６を固定するために、素子実装面１３ａから垂直に延びる延長部１３ｂをステム１３’に形成し、当該延長部１３ｂに素子実装面１３ａと所定の角度を成す傾斜面１３ｃを設け、当該傾斜面１３ｃにＷＤＭフィルタ１６を取り付けることが開示されている。（なお、図４において、１２はレンズキャップ、１７はＰＤを指す。）

特開２００４−２７１９２１号公報

ただし、図４のいずれの形態においても、ＬＤ１４からの送信光をＷＤＭフィルタ１６で反射させて光ファイバＦに入射させるには、ＷＤＭフィルタ１６からの反射光が光ファイバＦ方向すなわちＢｉ−Ｄの光軸Ｏ方向を向くように、ＬＤ１４とＷＤＭフィルタ１６（の光分波面１６ａ）との相対的な角度を調整することも必要である。その他に、ＷＤＭフィルタ１６からの反射光がレンズキャップ１２の集光レンズ１２ａに適切に入射されるように、ＷＤＭフィルタ１６が固定されるステム１３（１３’）に対する集光レンズ１２ａの位置を調整することも必要である。

特許文献１に開示の技術では、ＬＤ１４が実装されるサブキャリア１５（１５’）の上面１５ｂが素子実装面１３ａと平行であるので、ＬＤ１４とＷＤＭフィルタ１６との相対的な角度の調整は、ＬＤ１４をサブキャリア１５の上面１５ｂ上で回転させて実行される。また、ステム１３（１３’）に対する集光レンズ１２ａの位置は、ステム１３の素子実装面１３ａ上でレンズキャップ１２を動かして実行される。これらの調整を全て完了させるには時間がかかるため、製造コストを鑑みれば、この調整時間を短縮することが望まれる。

本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、ＷＤＭフィルタが反射したＬＤからの光が所定の方向に導かれ、集光レンズが所定の位置へ配されるよう行う、各種部品の位置や向きの調整にかかる時間を短縮したＢｉ−Ｄを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一心双方向光モジュールは、ＬＤ及びＰＤを含む素子が実装されたステムに、少なくとも集光レンズが固定されたレンズキャップを、上記素子の実装面を覆って取り付けて構成されるパッケージ内に、ＬＤが出射する第１の光を反射し、ＰＤが受光する第２の光を透過するＷＤＭフィルタを備えたものである。ＷＤＭフィルタが、レンズキャップに集光レンズの光軸に対する角度を規定して固定され、レンズキャップが、集光レンズの光軸がＷＤＭフィルタが反射した第１の光の方向及びＰＤの受光面と一致するようステムとの相対的な位置及び向きが調整されて、当該ステムに取り付けられることを特徴とする。
なお、ＷＤＭフィルタが、レンズキャップにおいてステムの上記素子の実装面と対向する部分に設けられた凹部の傾斜面に固定されることが好ましい。

本発明によれば、レンズキャップにＷＤＭフィルタを集光レンズの光軸に対する角度を規定して固定したので、当該レンズキャップをステムに取り付けるときのステム上での位置合わせ（光軸周りの調整も含む）のみで、すなわち、一回の調整動作のみで、ＷＤＭフィルタが反射したＬＤからの光を所定方向に導くと共に集光レンズを所定位置へ配する調整を完了することができる。

本発明のＢｉ−Ｄの一例を説明する断面図である。 本発明のＢｉ−Ｄの一例を説明する部分断面図である。 図１及び図２のＢｉ−Ｄのレンズキャップを説明する図である。 従来例のＢｉ−Ｄを説明する断面図である。

図１及び図２は、本発明の一実施形態に係るＢｉ−Ｄの一例の概略を説明する図で、図１はＢｉ−Ｄの断面図、図２はＢｉ−Ｄの部分断面図である。図３は、図１及び図２のＢｉ−Ｄのレンズキャップを説明する図であり、図３（Ａ）は、ＷＤＭフィルタが取り付けられた状態のレンズキャップの断面図、図３（Ｂ）はレンズキャップの下方斜視図である。
図１及び図２の例のＢｉ−Ｄ１は、ＬＤ２、ＰＤ３及びＷＤＭフィルタ４をＣＡＮパッケージ５内に有する。

ＬＤ２は、Ｂｉ−Ｄ１の外部の光ファイバへの送信光（例えば、波長１３１０ｎｍ）を出力するものであり、例えば、その活性層に平行な方向に偏波方向を有する光を出射する分布帰還型ＬＤである。このＬＤ２は、ヒートシンク２ａを介して、後述のステム６の実装面６ａに実装され、その出射光軸が当該実装面６ａと平行になっている。
ＰＤ３は、送信光とは異なる波長（例えば、波長１４９０ｎｍ）の受信光を受光するためものであり、絶縁体で形成されたサブマウント３ａを介してステム６の実装面６ａに実装される。

ＷＤＭフィルタ４は、ＬＤ２からの送信光を光ファイバに入射させ光ファイバからの受信光をＰＤ３へ入射させるためのもので、送信光を反射させると共に受信光を透過させる。
このＷＤＭフィルタ４は、ステム６の実装面６ａに対して所定の角度を有するようＣＡＮパッケージ５内で固定される。このようなＣＡＮパッケージ５内でのＷＤＭフィルタ４の固定は、従来のＢｉ−Ｄでは、前述の図４のように、ステム１３（１３’）から光軸Ｏ方向に突出する部分の所定の面に固定することで行われていたが、本Ｂｉ−Ｄ１では、後述のように、ステム６に取り付けられるレンズキャップ７の所定の面に固定することで行われる。このことに、本Ｂｉ−Ｄ１の特徴がある。

ＣＡＮパッケージ５は、ＬＤ２及びＰＤ３等の素子の実装面（以下、素子実装面）６ａを有するステム６に、集光レンズ７ａ付きのキャップ（以下、レンズキャップ）７が素子実装面６ａを覆うように取り付けられて構成される同軸型のパッケージである。
ステム６は、金属製の略円板状部材であるステムベース６ｂを有する。ステムベース６ｂには、素子実装面６ａである上面から突出する台座部６ｃが形成されており、当該台座部６ｃにＬＤ２がヒートシンク２ａを介して実装される。ステムベース６ｂの上面（素子実装面６ａ）には、ＬＤ２の他、上述のようにＰＤ３が実装され、さらに、ＰＤ３用のプリアンプＩＣやバイパスコンデンサ（図示せず）等も実装される。

また、ステム６には、外部電気回路との電気接続のためのリードピン８が取り付けられる。リードピン８は、例えば、ステムベース６ｂの挿通孔６ｄ等に挿通された状態でガラス封止により取り付けられる。なお、複数のリードピン８のうち１本のリードピン８の端部には、モニタＰＤ９が実装される平坦面８ａが形成されている。モニタＰＤ９がＬＤ２からの背面光を受光でき且つモニタＰＤ９での反射光がＬＤ２に戻らないように、モニタＰＤ９が実装されるリードピン８はステムベース６ｂに固定されると共に平坦面８ａが形成されている。

レンズキャップ７は、本発明の特徴部に関わるものであり、図３に示すように、例えばボールレンズで構成される集光レンズ７ａと、集光レンズ７ａを保持するキャップシェル７ｂとを有する。キャップシェル７ｂは、プレス加工で成型されるもので、その上部中央の開口７ｃに集光レンズ７ａが封止ガラス等により固定され、その下部のフランジ部でステム６と抵抗溶接される。

キャップシェル７ｂのステム６の実装面６ａと対向する部分には、本発明のＷＤＭフィルタ固定部として機能する凹部７ｄが設けられ、凹部７ｄには、ＷＤＭフィルタ４が接して固定される傾斜面７ｅが形成されている。傾斜面７ｅは、レンズキャップ７がステム６に取り付けられた状態で、実装面６ａ（図２参照）に対して例えば４５°となるように形成される。また、ＷＤＭフィルタ４は、この凹部７ｄの傾斜面７ｅに固定されることで、その光分波面４ａがレンズキャップ７に対して所定の角度を有する、すなわち、集光レンズ７ａの光軸Ｘに対する光分波面４ａの角度が規定される。
なお、レンズキャップ７へのＷＤＭフィルタ４の固定は、例えば、集光レンズ７ａを低融点ガラスで固定した後に、低融点ガラスやＵＶ接着剤を用いて行われる。

Ｂｉ−Ｄでは、一般的に、各種部品の位置や向きの調整を行うことで、ＣＡＮパッケージ内で所定の角度で固定されたＷＤＭフィルタが反射したＬＤからの送信光を、光ファイバ方向（Ｂｉ−Ｄの光軸方向）に導き、所定の位置へ配された集光レンズで集光するようにしている。従来は、この調整の際、ＷＤＭフィルタに対するＬＤの向きを変更するために当該ＬＤを動かす工程と、集光レンズの位置を動かすためにレンズキャップを動かす工程の２つの工程が必要であった。

それに対し、本発明によるＢｉ−Ｄ１では、上述のように、集光レンズ７ａの光軸Ｘに対する光分波面４ａの角度が規定された状態でＷＤＭフィルタ４をレンズキャップ７に固定しているので、上述の調整の際、必要となる工程は、ＷＤＭフィルタが固定されたレンズキャップ７をステム６上で動かす工程のみである。そのため、本Ｂｉ−Ｄ１の組み立てに掛かる時間は、従来のものより短い。
なお、本ＢＩ−Ｄ１における上述の調整のためにレンズキャップ７を動かす工程では、例えば、ＷＤＭフィルタ４に投影したＬＤ２の活性層と、ＷＤＭフィルタ４を透過して見えるＰＤ３の受光層とが一致する位置に、ＷＤＭフィルタ４を搭載したレンズキャップ７を動かすこと（調芯すること）が行われる。これにより、集光レンズ７ａの光軸ＸがＷＤＭフィルタ４が反射した送信光の方向及びＰＤ３の受光面と一致する。

以上のように、本Ｂｉ−Ｄ１は、組み立てに掛かる時間が従来のものより短いので、組み立てコストを削減することができる。また、調整工程が少ないため、高歩留まりが期待できる。
また、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）の従来のＢｉ−Ｄでは、切削で加工されるステムや、特殊形状にするためには研磨が必要なサブキャリアを、ＷＭＤフィルタを所定の角度で実装するために特殊形状にしているのに対し、本Ｂｉ−Ｄ１では、プレス加工で成形することができるキャップシェル７ｂをＷＤＭフィルタ４の実装用に特殊形状にしている。プレス加工は切削や研磨に比べて加工コストが小さいため、ＷＤＭフィルタを実装する部品を特殊形状とするときのコストを本Ｂｉ−Ｄでは抑えることができる。
また、従来は、ステム上に実装部材を介してＷＤＭフィルタを実装していたが、本Ｂｉ−Ｄ１は、この実装部材を省略し部品点数を削減できるので、低コストで作製することができる。

なお、以上の例では、ステム６に台座部６ｃを形成し、当該台座部６ｃ上にヒートシンク２ａを介してＬＤ２を実装していたが、ステムに台座部を形成せずに、ヒートシンク２ａより（台座部の分）厚いヒートシンクにＬＤを実装するようにしてもよい。

１…１パッケージ型一心双方向光モジュール（Ｂｉ−Ｄ）、２…ＬＤ、２ａ…ヒートシンク、３…ＰＤ、３ａ…サブマウント、４…ＷＤＭフィルタ、４ａ…光分波面、５…ＣＡＮパッケージ、６…ステム、６ａ…素子実装面、６ｂ…ステムベース、６ｃ…台座部、６ｃ…当該台座部、６ｄ…挿通孔、７…レンズキャップ、７ａ…集光レンズ、７ｂ…キャップシェル、７ｃ…開口、７ｄ…凹部、７ｅ…傾斜面、８…リードピン、８ａ…平坦面、９…モニタＰＤ。

Claims (2)

1. 半導体発光素子及び半導体受光素子を含む素子が実装されたステムに、少なくとも集光レンズが固定されたレンズキャップを、前記素子の実装面を覆って取り付けて構成されるパッケージ内に、前記半導体発光素子が出射する第１の光を反射し、前記半導体受光素子が受光する第２の光を透過する波長合分波フィルタを備えた一芯双方向光モジュールであって、
   前記波長合分波フィルタは、前記レンズキャップに前記集光レンズの光軸に対する角度を規定して固定され、
   前記レンズキャップは、前記ステムとの相対的な位置及び向きが調整され、前記集光レンズの光軸を前記波長合分波フィルタが反射した前記第１の光の方向及び前記半導体受光素子の受光面と一致させて当該ステムに取り付けられることを特徴とする一芯双方向光モジュール。
2. 前記波長合分波フィルタは、前記レンズキャップにおいて前記ステムの前記素子の実装面と対向する部分に設けられた凹部の傾斜面に固定されることを特徴とする請求項１に記載の一心双方向光モジュール。

Images