JP2015001662A - 光モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズの位置を決める調芯作業の短時間化を図ることができる光モジュールの製造方法を提供する。【解決手段】ＬＤ１０およびレンズ９を備える光アセンブリ２に、レンズに対向する入射端面がその光軸に対して傾斜したファイバを光結合させた光モジュールの製造方法である。ＬＤに対するレンズの位置を決める際に、レンズが出射する光をマルチモードファイバ（ＭＭＦ）２２により受光し、ＭＭＦとレンズとの相対位置について、受光強度が極大となる二つの点（Ｍ１、Ｍ２）を、両者の間隔を異ならせて決定する。これらの点（Ｍ１，Ｍ２）により決定されるレンズからの出射光の角度、方向が設計値と一致する様に、レンズとＬＤとの相対位置を微調整する。【選択図】図４

Description

本発明は、半導体レーザおよび半導体レーザの出射光を集光するレンズを備える光アセンブリに、レンズに対向する入射端面が光アセンブリからの出射方向に対して傾斜した光ファイバを光学的に結合させる光モジュールの製造方法に関する。

光通信用の光モジュール、例えば、光レセプタクル付きの送信用光サブアセンブリ（ＴＯＳＡ：Transmitter Optical Sub-Assembly）は、半導体レーザ（ＬＤ：Laser Diode）および集光レンズを有した光アセンブリに、光レセプタクルを連結している。ＬＤは電気信号を光信号に変換して光信号を送信し、集光レンズはＬＤの出射光を光レセプタクルに向けて集める。

光レセプタクルは光ファイバを内蔵したスタブを有し、光ファイバやスタブは集光レンズに対向する入射端面を有している。光レセプタクルは、この入射端面の反対側にて、光コネクタを着脱可能に形成されている。光アセンブリからの出射光が入射端面で反射し、この反射光が集光レンズに戻るのを防止するために、この入射端面は、光アセンブリからの出射方向に対して斜めに研磨されているのが一般的である。

例えば、特許文献１、２には、光アセンブリからの出射光を光ファイバに斜めに入射させ、入射端面で屈折した光ファイバ内への入射光の進行方向を光ファイバの軸線方向に一致させる構造が開示されている。

特開２００９−９８６０１号公報 特開２００１−２８１５０１号公報

端面が斜めに研磨された光ファイバに対して、最適な角度をもって光を入射させるためには、光源たるＬＤと集光レンズ、および光ファイバの三体の相対位置を微細に決定しなければならない。特に、集光レンズのみならず、ＬＤと集光レンズとの間にコリメートレンズを備える二レンズ系モジュールにおいては、ＬＤとコリメートレンズとを調芯してそれぞれを固定する際に、調芯トレランス（ずれ）を伴うことは必須である。両者の光軸が同一線上で完全に一致しない限り、コリメートレンズから出射された光はその光軸に対して有意な角度を伴うことになる。この出射光を集光レンズで集光し、かつ、光ファイバに対して所定の角度で入射させるには、集光レンズと光ファイバとの相対位置をさらに微細に調整しなければならず、従来は非常に時間を要する作業となっていた。

本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、レンズの位置を決める調芯作業の短時間化を図ることにある。

本発明の一実施の形態に係る光モジュールの製造方法は、半導体レーザからの出射光を、レンズと、端面がその光軸に対して斜めに研磨された単一モードファイバとを介して外部に出力する光モジュールの製造方法であって、該レンズの光軸に対し垂直であって、該レンズに対する距離を互いに異とする第１の仮想面、第２の仮想面それぞれの面内において、該レンズと該レンズを介して該半導体レーザの出射光を受光するマルチモードファイバとの相対位置を調整し、該マルチモードファイバが受光する該半導体レーザの出射光の受光強度の極大値を与える、当該第１の仮想面内における第１の位置、および該第２の仮想面内における第２の位置をそれぞれ決定する工程と、決定した該第１の位置、第２の位置を元に算出される該レンズから出射される光の出射角度と、該単一モードファイバに対する光の設計入射角度とを比較する工程と、該光の出射角度と該光の設計入射角度との差が所定の設定範囲より大きい場合、該光の出射角度と該光の設計入射角度との差が該所定の設定範囲内に収斂するように、該レンズと該半導体レーザとの相対位置を調整する工程と、を含む。

本発明の光モジュールの製造方法は、レンズの位置を決める調芯作業を短時間で済ませることができる。

本発明の一形態による光モジュールの概略を説明する一部破断断面図である。 本発明の一形態による光アセンブリおよび受光装置の概略を説明する図である。 光アセンブリおよび受光装置による調芯作業を説明する図である。 図３の調芯作業を説明する図である。 図３の調芯作業を説明する図である。 光アセンブリと受光装置の別の調芯作業を説明する図である。 光アセンブリとレンズが固定された中間組立体と、連結部と光アセンブリを組み立てる工程を説明する図である。 光アセンブリおよび受光装置による調芯作業の他の実施例を説明する図である。 本発明のさらに別の形態に係る光モジュールの一部破断断面図である。

［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。
本願の光モジュールの製造方法は、（１）半導体レーザからの出射光を、レンズと、端面がその光軸に対して斜めに研磨された単一モードファイバとを介して外部に出力する光モジュールの製造方法であって、該レンズの光軸に対し垂直であって、該レンズに対する距離を互いに異とする第１の仮想面、第２の仮想面それぞれの面内において、該レンズと該レンズを介して該半導体レーザの出射光を受光するマルチモードファイバとの相対位置を調整し、該マルチモードファイバが受光する該半導体レーザの出射光の受光強度の極大値を与える、当該第１の仮想面内における第１の位置、および該第２の仮想面内における第２の位置をそれぞれ決定する工程と、決定した該第１の位置、第２の位置を元に算出される該レンズから出射される光の出射角度と、該単一モードファイバに対する光の設計入射角度とを比較する工程と、該光の出射角度と該光の設計入射角度との差が所定の設定範囲より大きい場合、該光の出射角度と該光の設計入射角度との差が該所定の設定範囲内に収斂するように、該レンズと該半導体レーザとの相対位置を調整する工程と、を含む。レンズの位置を決める際、マルチモードファイバとレンズとの相対位置について、レンズの光軸に対して垂直方向のうち第１の仮想面内と第２の仮想面内だけで調整すればよく、例えば光ファイバをレンズの光軸方向に沿って結合効率の最大値が得られるように細かく移動させずに済む。このため、レンズの位置を決める調芯作業を短時間で済ませることができる。

（２）該レンズは該半導体レーザの出射光をコリメートするコリメートレンズと、該コリメートレンズのコリメート光を集光する集光レンズを含み、該半導体レーザの出射光は該コリメートレンズの出射光であり、該レンズと該半導体レーザとの相対位置の調整は、該コリメートレンズと該集光レンズとの相対位置の調整である。上記の調芯手法を用いれば、調芯トレランス（ずれ）を伴いやすい二レンズ系モジュールの場合にも、調芯作業を短時間で済ませることができる。

（３）該第１の仮想面内における第１の位置、および該第２の仮想面内における第２の位置は、（１）該マルチモードファイバと該レンズとの相対位置を第１の方向に移動させつつ該マルチモードファイバによる該半導体レーザの出射光の受光強度の極大値を与える第１の仮位置を求め、（２）求めた該第１の仮位置を中心に該第１の方向と直交する第２の方向に沿って、該マルチモードファイバと該レンズとの相対位置を移動させつつ該マルチモードファイバによる該半導体レーザの出射光の受光強度の極大値を与える第２の仮位置を求め、求めた該第２の仮位置で決定される。第１の方向に移動させて第１の仮位置を求め、求めた第１の仮位置から第１の方向に直交する第２の方向に移動させて第２の仮位置を求めており（十字調芯）、高精度の位置決めが可能になる。

（４）該（２）の第２の仮位置を求める操作の後さらに、該（１）の第１の仮位置を求める操作および該（２）の第２の仮位置を求める操作を該第２の仮位置が収斂するまで繰り返す。上記の十字調芯に次いで、直前に決めた位置から十字状の位置合わせを繰り返し、収束した位置を決める手法によれば、十字調芯の場合に比べてより一層高精度の位置を得ることができる。

（５）該マルチモードファイバと該レンズとの相対位置は、該レンズを固定し該マルチモードファイバを移動させて求め、該レンズから出射される光の出射角度は、さらに、該レンズの位置を原点とし、該第１の位置、および該第２の位置を合わせた三点で決定する。マルチモードファイバをレンズに対して相対移動させるので、マルチモードファイバを移動させる構造を用いて容易に実現可能である。

（６）該マルチモードファイバと該レンズとの相対位置は、該マルチモードファイバを固定し該レンズと該半導体レーザを一体に移動させて求め、該レンズから出射される光の出射角度は、さらに、該マルチモードファイバの位置を原点とし、該第１の位置、および該第２の位置を合わせた三点で決定する。レンズと半導体レーザをマルチモードファイバに対して相対移動させるので、レンズと半導体レーザを一体に移動させる構造を用いて容易に実現可能である。

（７）該レンズと該単一モードファイバとの間にさらに別のレンズを有し、該別のレンズの一方の焦点を該単一モードファイバの端面に一致させ、該レンズと該半導体レーザとの相対位置は、該レンズの焦点を該別のレンズの他方の焦点に一致させて調整する。上記の手法によれば、レンズと単一モードファイバとの間にさらに別のレンズを有していても、調芯作業を短時間で済ませることができる。
［本願発明の実施形態の詳細］

図面を参照しながら本発明の一形態に係る光モジュールの製造方法を説明する。図１は、本発明が適用される光モジュールの一例を示しており、光モジュール１は、例えば、光レセプタクル付きの送信用光サブアセンブリ（ＴＯＳＡ）である。光モジュール１は、光信号を送信する光アセンブリ２、外部機器に光接続する光レセプタクル４、光アセンブリ２と光レセプタクル４とを連結する連結部３を備える。

光アセンブリ２は角型のパッケージ２ａを備え、同パッケージ２ａ内に温度制御素子６、同素子上にＬＤ１０を搭載している。温度制御素子６はパッケージ２ａの底板２ｂ上に搭載されており、さらに同素子６上には第１レンズ７も第１レンズホルダ７ａに保持された状態で搭載している。ＬＤ１０への信号はパッケージの後部（光アセンブリ２に対し連結部３が組立てられている方向を仮に前部とする）に設けられた電極２ｃから供給される。さらに、角型パッケージ２ａの前壁には角型パッケージ２ａのＬＤ１０搭載空間を気密に封止するために光透過窓２ｄがホルダ２ｅにより保持されている。

連結部３は、第２レンズホルダ９ａ、９ｂに保持された第２レンズ９とジョイントスリーブ３ａを有する。第２レンズホルダはパッケージ２ａの前壁に固定される外ホルダ９ｂと、この外ホルダ９ｂの内孔に挿入される内ホルダ９ａに分割されている。そして、この第２レンズホルダ９ａ、９ｂがジョイントスリーブの内孔に挿入されている。第２レンズホルダ９ａ、９ｂとジョイントスリーブ３ａとの重なり度で第２レンズ９と結合ファイバ１４との距離を調整する。内ホルダ９ａは第２レンズ９を信頼性よく保持するために、一方、外ホルダ９ｂは下記ジョイントスリーブ３ａとの溶接固定のために別部材とされている。重なり度の調整は、後述するＺ軸方向の光軸調芯に相当する。この調芯後、第２レンズホルダ９ａ、９ｂとジョイントスリーブ３ａとは、ジョイントスリーブ３ａの薄肉部について貫通溶接により固定される。

光レセプタクル４は円筒形状の部材であり、その中心に結合ファイバ１４を有する。結合ファイバ１４は単一モードファイバ（ＳＭＦ）である。スタブ１５の連結部３に面する入射端面１６は、結合ファイバ１４の端面と一緒に、結合ファイバ１４の光軸に対して有意な角度に研磨されている。ＬＤ１０の出射光が二つのレンズ７、９により結合ファイバ１４の同端面に集光されるが、同端面で反射した光が再びＬＤ１０に入射するのを防止するためである。反射光はＬＤ１０に対しては雑音源となりＬＤ１０の光学特性を著しく悪化させる。

スタブ１５はスタブホルダ１７内に圧入される。スタブホルダ１７の連結部３側の端面２０と、ジョイントスリーブ３ａの光レセプタクル４側の端面１３は平坦に形成されており、光レセプタクル４をこの端面２０上で光軸に対して垂直方向（後述のＸＹ方向）にスライドさせてＸＹ調芯を実行する。調芯後にスタブホルダ１７の端部において隅肉溶接により、光レセプタクル４は接合部３に対して組立られる。スタブ１５の前方側にはスリーブ１８が挿入されている。図１の例では、スリーブ１８は、いわゆる、割れスリーブを想定しているが、光モジュール１は精密スリーブを採用することも可能である。スタブホルダ１７は、スタブ１５の前方側においてスリーブ１８を保護しており、さらに、スリーブカバー１９がスリーブ１８の前方側を保護している。

所定の電気信号が電極２ｃを介してＬＤ１０に供給されると、ＬＤ１０は光信号を送出する。この光信号は、第１レンズ７で実質的に平行光線に変換され、第２レンズ９により結合ファイバ１４の端面に集光される。このため、第１レンズ７をコリメートレンズ、第２レンズ９を集光レンズと呼ぶこともある。図１に記載した光モジュール１は、外部光コネクタと係合する光レセプタクル４の構成を採用している。しかし、光レセプタクル４ではなく、いわゆる、ピグテールファイバによりＬＤ１０の出射光を取り出すことも可能である。

ＬＤ１０、第２レンズ９、結合ファイバ１４には、高精度の位置決め、すなわち、光学アラインメントが要求されている。ＬＤ１０と第２レンズ９との結合効率や、第２レンズ９と結合ファイバ１４との光結合効率は、各部品の加工精度だけでは、この要求に応えることができない。そのため、実際の光モジュール１の組立においては、ＬＤ１０に対する第２レンズ９の位置を決める工程（レンズ固定とも言う）や、ＬＤ１０（実施例で言えばＬＤ１０および第２レンズ９を備えた中間組立体）に対する結合ファイバ１４の位置を決める工程（ファイバ固定とも言う）、等の相対位置の調整作業（調芯作業）を実行している。

まず、レンズ固定について説明する。図２にはレンズ固定工程を模式的に示したものである。レンズ固定の場合には、図１で説明した光レセプタクル４に替えて、受光装置２１を用いる。受光装置２１は例えばマルチモード光ファイバ（ＭＭＦ）２２を有する。ＭＭＦ２２は、コア径が０.０５０ｍｍ程度で形成され、第２レンズ９に対向する入射端面２２ａを有している。受光素子２３は、入射端面２２ａの反対側に設けられ、ＭＭＦ２２で受光した光強度を測定する。この測定結果は演算部２４に出力される。なお、受光装置２１は、ＭＭＦに替えて、このＭＭＦのコア径と同程度の大きさの受光面を有した受光素子であって、ＬＤ１０の発する光の波長帯に感度を有する素子を用いてもよい。

演算部２４は、測定した光強度（結合効率）が最大となる、例えば、後述の測定平面上の位置を決定する。演算部２４は、第２レンズ９とＭＭＦ２２の入射端面２２ａとの距離を、少なくとも２条件（２つの仮想面）設定し、それぞれの条件下、すなわち、光軸に垂直な仮想面内において受光装置２１、厳密にはＭＭＦの光入射端面２２ａをＸ、およびＹ方向にスライドさせて最大光強度を与える位置を求め、それぞれの最大強度位置から第２レンズ９を介して出射される光アセンブリ２からの光の出射方向を求め、メモリ２５に格納する。なお、メモリ２５には、例えば第２レンズ９の焦点距離などの光学パラメータや、第２レンズ９の中心と結合ファイバ１４の端面１６を結ぶ光軸の設計値等も格納されている。この設計値とは、光アセンブリ２からの出射方向の理想値（後述の目標方向Ｌｔａｒ）であり、結合ファイバ１４の入射端面１６の結合ファイバ１４の光軸に対する傾斜角度と結合ファイバ１４のコアの屈折率の関係で決定される。具体的には、光軸に対して傾斜している入射端面に対して設計値の角度をもって光を入射させると、その入射光の進行方向が結合ファイバの光軸と実質的に平行となる。すなわち、Ｚ方向と光アセンブリ２からの出射方向とのなす角（後述のα）で示すと、この設計値は、いわゆる入射端面が光軸に対して傾斜していない場合には０°であり、入射端面１６を光軸に対して６°（光軸に垂直な面に対して６°に形成した端面）に設定したカットファイバの場合には、この設計値は２.７°になる。

演算部２４は、結合ファイバ１４の端面１６の角度、および上記計測により求めた光アセンブリ２が発する出射光の実際の角度に基づいて第２レンズ９の設計値からのずれを求めることが可能であり、このずれ情報をメモリ２５に格納し、また制御部２６に出力する。制御部２６が、このずれを補償する移動量を第２レンズ９に与えた後、再度上記光アセンブリ２の出射方向の測定を反復することで、光アセンブリ２からの出射方向の理想値を満たす、ＬＤ１０に対する第２レンズ９の位置を決めることができる。

図３〜図５はレンズ固定をさらに具体的に説明する模式図である。図３に示すように、第２レンズ９を有したホルダ９ａ、９ｂ、光アセンブリ２、受光装置２１は、調芯装置３０にセットされる。調芯装置３０には、例えば、ＬＤ用ポジショナ３２、レンズ用ポジショナ３３、受光装置用ポジショナ３４が作業台３１上に設けられている。ＬＤ用ポジショナ３２は、光アセンブリ２を保持している。

レンズ用ポジショナ３３は、Ｘ方向ステージ３３ｘ、Ｙ方向ステージ３３ｙを有し、第２レンズ９の外ホルダ９ｂを保持している。受光装置用ポジショナ３４は、Ｘ方向ステージ３４ｘ、Ｙ方向ステージ３４ｙおよびＺ方向ステージ３４ｚを有し、受光装置２１を保持している。そして、図４に示すように、演算部２４は、第２レンズ９と受光装置２１とを結んだ方向（例えばＺ方向）に垂直な第１の測定平面（第１の仮想面）Ｐ１および第２の測定平面（第２の仮想面）Ｐ２それぞれおいて、ＬＤ１０と受光装置２１との結合効率が最大になる、測定平面上の受光装置２１の位置Ｍ_１（ｘ_１、ｙ_１、ｚ_１）、Ｍ_２（ｘ_２、ｙ_２、ｚ_２）を決定し、当該２点を結ぶ直線の傾きから、光アセンブリ２が出射するＬＤ光の出射方向を求めている。

具体的には、受光装置用ポジショナ３４は、Ｚ方向ステージ３４ｚを調整して受光装置２１のＺ位置を測定平面Ｐ１（ｚ＝ｚ_１）に設定する。レンズ用ポジショナ３３は、外ホルダ９ｂを光アセンブリ２上にセットする。その状態で、ＬＤ１０に実際に電流を供給しつつ、受光装置用ポジショナ３４のＸ方向ステージ３４ｘを、例えばＸ方向に平行にスライドさせてＭＭＦ２２で受光するＬＤ光の強度を検知する。演算部２４は受光強度が極大となる受光装置のＸ位置ｘ_１を決定する。ついで、受光装置用ポジショナ３４のＹ方向ステージ３４ｙをこのＸ位置ｘ_１を中心にスライドさせて、受光強度が極大となる位置ｙ_１を決定する。この様にして、測定平面Ｐ１における最大受光強度を与える位置（ｘ_１、ｙ_１）を決定し、演算部２４に伝える。

次いで、受光装置用ポジショナ３４のＺ位置を第２の測定平面Ｐ２（ｚ＝ｚ_２）にセットする。測定平面Ｐ１における操作と同様に、Ｘ方向、Ｙ方向に受光装置用ポジショナ３４のそれぞれのステージ３４ｘ、３４ｙを移動させて最大光強度を与える位置（ｘ_２、ｙ_２）を特定し、当該座標を演算部２４に伝える。
ここで、一実施の形態に係る調芯装置３０の特徴は、当該装置が光検知機構としてＭＭＦ２２を備えている点である。ＭＭＦ２２はその等価的な受光面積を広くすることができるので、Ｘ、Ｙ方向ステージの微小移動に合わせて受光素子２３による光強度は連続的に、かつ、ゆるやかに変化する。さらに、ＭＭＦ２２の端面２２ａがレンズ９の焦点位置にない場合であっても、入射光強度が極端に低下することはない。したがって、それぞれレンズ９の焦点距離とは異なる距離の仮想面内であっても、当該面内での最大受光強度を与える位置の特定が容易になる。ＭＭＦ２２に替えて単一モードファイバ（ＳＭＦ）を採用した場合には、その等価的な受光面積が限られるため、有意な受光強度を与える受光装置２１の位置的範囲が限られてしまう。また、受光装置２１の微小な移動に対して受光強度が急激に変化するため、最大受光強度を与える位置の決定が困難になる。

上記光出射方向の決定においては、第１、第２の測定平面それぞれにおいて、受光装置２１のＸＹ方向の移動を各一回で終了させている。すなわち、まずＸ方向（第１の方向）に受光装置２１をスライドさせて受光強度の極大値を与える位置（第１の仮位置）を決定し、当該Ｘ位置（ｘ_１）について受光装置２１をＹ方向（第２の方向）にスライドさせて、受光強度の極大値を与える位置（ｙ_１：第２の仮位置）を決定した。この十字調芯により、高精度の位置決めが可能になる。
なお、Ｙ位置（ｙ_１）決定後、再度当該Ｙ位置（ｙ_１）についてＸ方向に受光装置２１をスライドさせて最大受光強度を与える修正Ｘ位置（例えばｘ_１’）を探索し、さらにこの修正Ｘ位置（ｘ_１’）についての修正Ｙ位置（例えばｙ_１’）、という様に、修正位置（ｘ_１’、ｙ_１’）での光強度と前回位置での光強度との差が実質的に無視できるまでこの操作を繰り返して、最大受光強度を与える位置を決定してもよい。このように、上記の十字調芯に次いで、直前に決めた位置から十字状の位置合わせを繰り返し、収束した位置を決める手法によれば、十字調芯の場合に比べてより一層高精度の位置を得ることができる。

演算部２４は、この様にして得られた二つの点、Ｍ_１（ｘ_１、ｙ_１、ｚ_１）、Ｍ_２（ｘ_２、ｙ_２、ｚ_２）の座標をもとに、光アセンブリ２から出射されるＬＤ光の出射方向、およびその角度を算出する。ここで、現在の出射角度を求める際に、測定の結果得られた二つの点を直線で単純に結ぶことにより当該角度を決定することも可能であるし、光アセンブリ２の光出射位置を原点（０、０、０、）とし、測定点２点を合わせたて３点の近似直線により方向、傾きを決定することもできる。さらに、ここで求める近似直線が必ず原点（０、０、０）を通る仮定を置き、残る２点Ｍ_１（ｘ_１、ｙ_１、ｚ_１）、Ｍ_２（ｘ_２、ｙ_２、ｚ_２）について近似直線とすることもできる。

次いで、演算部２４は光レセプタクル４、連結部３の各部品について、その設計値から決定される第２レンズ９からの光Ｌｔａｒの出射角度、方向と、上記操作により求めた実際の光出射角度α、方向とを比較する（図５）。実際に求めた値が設計値と所定の範囲内で一致していない場合には、その差から、第２レンズ９に対する位置補正量を算出し、この情報を、制御部２６を介してレンズ用ポジショナ３３に伝える。第２レンズ９の焦点距離をｆ、光出射方向の設計角度Ｌｔａｒを（θｔｘ, θｔｙ）、上記測定により決定された測定角度 を（θｘ, θｙ）とすると、光アセンブリ２に対する第２レンズ９の位置変更量Δｘ、Δｙは次式で与えられる：
Δｘ＝ｆ×（ｔａｎ（θｘ）−ｔａｎ（θｔｘ））
Δｙ＝ｆ×（ｔａｎ（θｙ）−ｔａｎ（θｔｙ））
そしてレンズ用ポジショナ３３は、光アセンブリ２に対する第２レンズ９の位置を、制御部２６から指示された値だけ外ホルダ９ｂを介してＸ方向、Ｙ方向についてスライドさせる。ここで、第２レンズ９のＺ方向の位置は、あくまで光アセンブリ２の端面を基準として移動させない。その後再び、受光装置用ポジショナ３４を調整し、第２レンズ９に対するＺ方向の位置二箇所において、最大受光強度を与える位置を探索し、第２レンズ９からの出射光についてその角度、方向を求める。以上の操作を、第２レンズ９の当該位置について、その出射光の角度、方向が設計値と所定の範囲で一致するまで繰り返す。

上記のように、レンズの位置を決める際、マルチモードファイバとレンズとの相対位置について、レンズの光軸に対して垂直方向のうち第１の仮想面内と第２の仮想面内だけで調整すればよく、例えば光ファイバをレンズの光軸方向に沿って結合効率の最大値が得られるように細かく移動させずに済む。このため、レンズの位置を決める調芯作業を短時間で済ませることができる。
また、上記の調芯手法を用いれば、調芯トレランス（ずれ）を伴いやすい二レンズ系モジュールの場合にも、調芯作業を短時間で済ませることができる。

以上の操作では、光アセンブリ２および第２レンズ９を固定し、受光装置２１を３軸方向にスライドさせて最大受光強度を与える位置を見出していた。この場合、受光装置２１を移動させる構造を用いて容易に実現可能であるが、受光装置用ポジショナ３４について、三軸のステージ３４ｘ〜３４ｚが必要となり、機構が複雑となるばかりでなく、ＸＹ操作時にＺ軸方向の設定距離が移動する可能性も無視できない。
図６は別の調芯装置３０Ａを模式的に示した図である。調芯装置３０Ａは、受光装置用ポジショナ３４ＡとＬＤ用ポジショナ３２Ａの構成において、先に説明した調芯装置３０と異なる。すなわち、受光装置用ポジショナ３４ＡはＺ軸ステージ３４ｚのみを備えており、一方、ＬＤ用ポジショナ３２Ａは、Ｘ方向ステージ３２ｘおよびＹ方向ステージ３２ｙを備えている。

この調芯装置３０Ａにおいて、第２レンズ９の光出射方向を決定する作業は、等価的に第１の実施の形態と同様である。すなわち、第２レンズ９と受光装置２１との相対位置を、そのＺ軸方向の間隔を異とする二箇所（Ｐ_１、Ｐ_２）においてＸＹ調芯を行い、それぞれ、最大受光強度を与える位置を決定し、この二つの位置(第２レンズ９の出射位置を含めると三つの位置)から、第２レンズ９からの光出射方向、角度を見積もる。第一の調芯装置と異なるのは、この第二の調芯装置においては、ＸＹ調芯を受光装置ポジショナ３４ではなく、ＬＤ用ポジショナ３２ＡのＸ方向ステージ３２ｘおよびＹ方向ステージ３２ｙで行っている点にある。

この場合、光アセンブリを移動させる構造を用いて容易に実現可能であり、ＬＤ用ポジショナ３２ＡをＸ、Ｙ方向にスライドさせて、受光装置２１において最大受光強度を与えるＬＤ用ポジショナ３２Ａの位置を決定することができる。そして、Ｚ軸方向についてその距離を異とする二箇所において、ＬＤ用ポジショナ３２Ａをスライドさせることで、第２レンズ９から出射される光の方向、角度を上記ＬＤ用ポジショナ３２Ａのスライドにより決定された二つの点、例えばＭ_１’（ｘ_１、ｙ_１、ｚ_１）、Ｍ_２’（ｘ_２、ｙ_２、ｚ_２）から決定することが可能となる。さらに、この調芯装置３０Ａにおいては、原点（０，０，０）を受光装置２１の光入射点に仮定することで、第一の形態において説明した三点による、第２レンズ９の光出射方向を決定することができる。

以上の操作によりその光出射方向が設計値と所定範囲で一致する様に調整された第２レンズ９について、その外ホルダ９ａと内ホルダ９ｂ、および光アセンブリ２ａとを、例えばＹＡＧ溶接により固定する。

図７は、ファイバ固定を説明する図である。ファイバの固定では、受光装置２１に替えて、光レセプタクル４を受光装置ポジショナ３４Ａにセットする。光レセプタクル４にはダミーファイバ４ａを係合し、ダミーファイバ４ａの一端から出射される光の強度を検知することにより、光レセプタクル４と光アセンブリ２を調芯する。第２レンズホルダ９ａ、９ｂにジョイントスリーブ３ａを被せた後、Ｚ方向ポジショナ３４ｚを調整して光レセプタクル４をジョイントスリーブ３ａの端面１３に接触させる。そして、光レセプタクル４に対する光アセンブリ２とジョイントスリーブ３ａの集合体との相対位置を、例えば第２の調芯装置３０Ｃに係る実施の形態ではＬＤ用ポジショナ３２ＡのＸ、Ｙ方向ステージ３２ｘ、３２ｙをスライドさせることにより調整する。すなわち、光レセプタクル４内の結合ファイバ１４の端面位置をジョイントスリーブ３ａの端面１３上でスライドさせることで、第２レンズ９の光出射方向に整合させる。

さらに、光レセプタクル４と、光アセンブリ２およびジョイントスリーブ３ａの集合体とのＺ軸方向の距離を調整するために、ジョイントスリーブ３ａと第２レンズ９用のホルダ９ｂとの重ね代を調整する。第２レンズ９用の外ホルダ９ｂのジョイントスリーブ３ａの内孔への挿入深さを調整することで、Ｚ軸方向の間隔を調整することができる。具体的には、ジョイントスリーブ３ａは外ホルダ９ａに被せてあるので、ＬＤ用ポジショナ３２Ａをスライドさせるとジョイントスリーブ３ａも光アセンブリ２ａに連動してスライドする。ジョイントスリーブ３ａの内孔と外ホルダ９ａの外周との隙間分だけ両者はあそびがあるが調芯作業には問題とならない。他方、光レセプタクルはポジショナ３４Ａに保持されている。ポジショナ３４Ａの先端チャック３４ａは磁力を備える部材を含んでおり、磁気力によりステンレス製のジョイントスリーブ３ａ引き付ける機能を有している。

ポジショナ３４ＡのＺ方向ステージ３４ｚを上下方向にスライドすると、光レセプタクル４も上下方向にスライドする。この時、磁気力によりジョイントスリーブ３ａが光レセプタクル４を介して先端チャック３４ａに引き寄せられているので、ポジショナ３４Ａの上下スライドに合わせてジョイントスリーブ３ａも、外ホルダ９ａとの重なり度を変更しつつ上下方向にスライドする。ジョイントスリーブ３ａと外ホルダ９ｂの重なり度を調整するために、ポジショナ３４Ａがジョイントスリーブ３ａを保持していたとすると、光レセプタクル４と光アセンブリ２と第２レンズ９の中間組立体の間のＸＹ調芯の際に、ポジショナ３４ＡもＸＹ方向にスライドさせる複雑な機構が必要となる。例えば、ポジショナ３４ＡもＬＤ用ポジショナ３２Ａ上に搭載する等の機構が必要となってしまう。図７に示す磁気力によるジョイントスリーブ３ａの間接保持機構を採用することにより、一般的なポジショナ３４Ａを用いることができる。

これらＸＹ方向の調芯と、Ｚ方向の調芯を繰り返して、光アセンブリ２、ジョイントスリーブ３ａ、および光レセプタクル４の光学的位置を決定する。３部材の調芯後、光アセンブリ２とジョイントスリーブ３ａとは、ジョイントスリーブ３ａの外周からの貫通溶接により外ホルダ９ｂが固定され、一方、ジョイントスリーブ３ａと光レセプタクル４とは、スタブホルダ１７の端面に形成されたフランジ部をジョイントスリーブ３ａの端面１３に隅溶接することで固定される。

ところで、上述の一連の操作において、レンズ用ポジショナを不要することが可能である。図８の受光装置用ポジショナ３４Ｂの先端には、キャップ４０が取り付けられている。キャップ４０は、レンズホルダ９ｂを囲むことができ、Ｘ、Ｙ方向ステージ３４ｘ、３４ｙで受光装置用ポジショナ３４ＢをＸＹ方向に移動させることで、キャップ４０の内面で外ホルダ９ｂの外周を押し付け、その結果、外ホルダ９ｂを光アセンブリ２に対して微小移動させることができる。第２レンズ９を、外ホルダ９ｂを介して微小移動させる工程は、既に演算部２４によりその移動方向、距離が見積もられている状態であり、受光装置用ポジショナ３４Ｂ、あるいは、受光装置２１の位置を所定位置に保持しておく必要のない工程となっている。

この調芯装置３０Ｂでは第２レンズ用ポジショナ３３を備える必要がなく、装置の構成を簡略化することが可能となる。さらに、図８に示す調芯装置では、受光装置用ポジショナ３４ＢにＸ、Ｙ方向ステージ３４ｘ、３４ｙを有する第１の形態をもとにした例を示しているが、第２の例を基にした構造も可能である。すなわち、受光装置用ポジショナ３４ＢはＺ方向ステージのみを備え、一方、ＬＤ用ポジショナ３２ＢにＸ、Ｙ方向ステージ３２ｘ、３２ｙを備える形態においても、まったく同様の効果を得ることができる。

また、上記光モジュール１は、光レセプタクル４に外部光コネクタが係合する、いわゆる光レセプタクル型光モジュールを中心に説明した。しかしながら、本実施の形態に係る光モジュールの製法は、光レセプタクル型に限定されることはなく、スリーブ１８を有していなく、スタブ１５内の結合ファイバ１４がそのまま外部に引き出されてピグテールファイバとなる、いわゆる、ピグテールファイバ型光モジュールに対してもなんらの変更を加えることなく適用可能である。

図９は更に別の形態に係る光モジュール１Ａの一部断面形状を示す図である。この光モジュール１Ａは、図１に示す光モジュール１が有する光アセンブリ２に加えて別の光アセンブリ５０、および図９には示していないが第３の光アセンブリを有する、所謂、トライプレクサ（Tri-Plexer）の構成を有する。さらに、光アセンブリ４と連結部３との間に光機能部５を有する。光アセンブリ５０および第３の光アセンブリは光機能部５に取り付けられている。光機能部５の本体１２中には第１波長選択フィルタ１２ａ、第３レンズ１１、第３レンズホルダ１１ａ、光アイソレータ１２ｃ、および第２の波長選択フィルタ１２ｂを有する。第３レンズ１１および光アイソレータ１２ｃは光機能部５の本体１２に固定されており、光機能部はその調芯機構を有していない。

光アセンブリ２、５０は発光アセンブリでありそれぞれ発光素子としてＬＤを含み、当該ＬＤは互いに異なる波長の信号光を出射する。光アセンブリ２に搭載されているＬＤ１０が出射する光は、第１、第２のレンズを通過して結合ファイバ１４に結合する。一方、他の光アセンブリ５０が発する信号光は、光アセンブリ５０の光出射端に備えられているレンズを通過して第１の波長選択フィルタ１２ａによりその光軸が９０°曲げられた後第３レンズ、光アイソレータ１２ｃを通過して結合ファイバ１４端面に結合する。第１の波長選択フィルタは、光アセンブリ２が出射する光を透過し、第２の光アセンブリ５０が出射する光を反射する。

一方、図示されていない第３の光アセンブリは内部に受光素子を含む受光アセンブリであり、結合ファイバ１４が提供する外部光信号を受信する。すなわち、外部光コネクタと光結合している結合ファイバ１４の端面から出射した光は第２の波長選択フィルタにより反射されて第３の光アセンブリに入射する。第２の波長選択フィルタは、二つの光アセンブリ２、５０の出射する光を透過し、結合ファイバ１４が提供する光を選択的に反射する。ここで、アイソレータ１２ｃは、前者の二つの光を光機能部５から結合ファイバ１４に向けて透過し、結合ファイバ１４から光機能部５に向かう光信号を遮断する機能を有する。

図９の光結合系について説明する。ＬＤ１０が出射する光は発散光である。第１レンズ７によりこの発散光を実質的に平行光（コリメート光に変換する）。このコリメート光を結合ファイバ１４の端面上に集光する場合、本モジュール１Ａでは光機能部５が結合部３と光レセプタクル４の間に挿入されているので、両者の距離が長くなってしまう。結合ファイバ１４端面に所定の角度で入射させようとすると、結合部３と光レセプタクル４の光軸のオフセット量（軸ずれ量）が大きくなってしまう。これを克服するために、光モジュールＡでは第３レンズ１１を導入した。

すなわち、第３レンズ１１の一方の焦点に対して結合ファイバ１４端面を位置させ、他方の焦点に対して第２レンズ９の焦点が一致する様に第２レンズ９を調芯する。そうすると、第３レンズの他方の焦点を実質的に結合ファイバ１４の端面とみなすことができることになり、第２レンズ９の位置を、上記説明に従って光アセンブリ２に対して位置決めすることで、光アセンブリ２、第２レンズ９、第３レンズ１１、結合ファイバ１４の調芯を行うことができる。

一方、第２の光アセンブリ５０については、その端面にレンズを有しており、当該レンズによりその出射光を実質的にコリメート光に変更する。このコリメート光は第１の波長選択フィルタ１２ａにより反射されて第３４レンズ１１に入射した後、第３レンズ１１により結合ファイバ１４端面に集光される。実質的なコリメート光がレンズに入射する場合、その出射光は当該レンズの焦点に集光されるからである。この様に、本光モジュール１Ａでは、第１の光アセンブリ２に対して３レンズ系でその出射光を光レセプタクル４に結合させ、第２の光アセンブリ５０に対しては２レンズ系で結合させている。その場合であっても、本発明に係る調芯方法、具体的には、光アセンブリ２の出射する光の進行方向を、ＭＭＦを用いて短時間で決定する方法を適用することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，１Ａ…光モジュール、２，５０…光アセンブリ、２ａ…角型パッケージ、２ｂ…底板、２ｃ…電極、２ｄ…光透過窓、２ｅ…ホルダ、３…連結部、３ａ…ジョイントスリーブ、４…光レセプタクル、４ａ…ダミーファイバ、５…光機能部、６…温度制御素子、７…第１レンズ、７ａ…第１レンズホルダ、９…第２レンズ、９ａ…内ホルダ、９ｂ…外ホルダ、１０…半導体レーザ、１１…第３レンズ、１１ａ…第３レンズホルダ、１２…光機能部本体、１２ａ，１２ｂ…波長選択フィルタ、１２ｃ…光アイソレータ、１３…端面、１４…結合ファイバ、１５…スタブ、１６…入射端面、１７…スタブホルダ、１８…スリーブ、１９…スリーブカバー、２０…ホルダ端面、２１…受光装置、２２…マルチモード光ファイバ、２２ａ…入射端面、２３…受光素子、２４…演算部、２５…メモリ、２６…制御部、３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ…調芯装置、３１…作業台、３２，３２Ａ，３２Ｂ…ＬＤ用ポジショナ、３２ｘ，３３ｘ，３４ｘ…Ｘ方向ステージ、３２ｙ，３３ｙ，３４ｙ…Ｙ方向ステージ、３３…レンズ用ポジショナ、３４，３４Ａ，３４Ｂ…受光装置用ポジショナ、３４ａ…先端チャック、３４ｚ…Ｚ方向ステージ、４０…キャップ。

Claims (7)

1. 半導体レーザからの出射光を、レンズと、端面がその光軸に対して斜めに研磨された単一モードファイバとを介して外部に出力する光モジュールの製造方法であって、
   該レンズの光軸に対し垂直であって、該レンズに対する距離を互いに異とする第１の仮想面、第２の仮想面それぞれの面内において、該レンズと該レンズを介して該半導体レーザの出射光を受光するマルチモードファイバとの相対位置を調整し、該マルチモードファイバが受光する該半導体レーザの出射光の受光強度の極大値を与える、当該第１の仮想面内における第１の位置、および該第２の仮想面内における第２の位置をそれぞれ決定する工程と、
   決定した該第１の位置、第２の位置を元に算出される該レンズから出射される光の出射角度と、該単一モードファイバに対する光の設計入射角度とを比較する工程と、
   該光の出射角度と該光の設計入射角度との差が所定の設定範囲より大きい場合、該光の出射角度と該光の設計入射角度との差が該所定の設定範囲内に収斂するように、該レンズと該半導体レーザとの相対位置を調整する工程と、
   を含む光モジュールの製造方法。
2. 該レンズは該半導体レーザの出射光をコリメートするコリメートレンズと、該コリメートレンズのコリメート光を集光する集光レンズを含み、
   該半導体レーザの出射光は該コリメートレンズの出射光であり、該レンズと該半導体レーザとの相対位置の調整は、該コリメートレンズと該集光レンズとの相対位置の調整である、請求項１に記載の光モジュールの製造方法。
3. 該第１の仮想面内における第１の位置、および該第２の仮想面内における第２の位置は、
   （１）該マルチモードファイバと該レンズとの相対位置を第１の方向に移動させつつ該マルチモードファイバによる該半導体レーザの出射光の受光強度の極大値を与える第１の仮位置を求め、
   （２）求めた該第１の仮位置を中心に該第１の方向と直交する第２の方向に沿って、該マルチモードファイバと該レンズとの相対位置を移動させつつ該マルチモードファイバによる該半導体レーザの出射光の受光強度の極大値を与える第２の仮位置を求め、
   求めた該第２の仮位置で決定される、請求項１に記載の光モジュールの製造方法。
4. 該（２）の第２の仮位置を求める操作の後さらに、該（１）の第１の仮位置を求める操作および該（２）の第２の仮位置を求める操作を該第２の仮位置が収斂するまで繰り返す、請求項３に記載の光モジュールの製造方法。
5. 該マルチモードファイバと該レンズとの相対位置は、該レンズを固定し該マルチモードファイバを移動させて求め、
   該レンズから出射される光の出射角度は、さらに、該レンズの位置を原点とし、該第１の位置、および該第２の位置を合わせた三点で決定する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光モジュールの製造方法。
6. 該マルチモードファイバと該レンズとの相対位置は、該マルチモードファイバを固定し該レンズと該半導体レーザを一体に移動させて求め、
   該レンズから出射される光の出射角度は、さらに、該マルチモードファイバの位置を原点とし、該第１の位置、および該第２の位置を合わせた三点で決定する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光モジュールの製造方法。
7. 該レンズと該単一モードファイバとの間にさらに別のレンズを有し、該別のレンズの一方の焦点を該単一モードファイバの端面に一致させ、該レンズと該半導体レーザとの相対位置は、該レンズの焦点を該別のレンズの他方の焦点に一致させて調整する、請求項１に記載の光モジュールの製造方法。

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