JP2016170363A - 光受信モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】入力から出力に至るまでの光路長が分波した信号光毎に異なるような光分波器を使用した上で、光軸のズレを許容できる範囲に抑える光受信モジュールを提供する。
【解決手段】光受信モジュール１０は、波長多重光をコリメート光に変換して出力する光結合ユニット１１、コリメート光を異なる波長の複数の信号光に分波する光分波器（Ｏ−Ｄｅｍｕｘ）２６、複数のＰＤ２９、及びハウジングを備える。光分波器２６は、光路長が信号光毎に異なり、且つハウジングの底面に対して水平に搭載されている。また、光結合ユニット１１は、ハウンジングの底面及び一側壁の双方に対して９０°の角度をなす、ハウジングの一壁に固定されている。その角度は±０．５°内に収まる精度である。
【選択図】図３

Description

本発明は、光受信モジュール及びその製造方法に関し、より詳細には、異なる波長の信号光が多重化された波長多重光を受信する光受信モジュール及びその製造方法に関する。

近年、通信速度の高速化が進んでおり、光トランシーバ等に用いられる光受信モジュールには４０Ｇｂｐｓや１００Ｇｂｐｓの伝送速度に対応することが求められる。このような高速伝送には、単一波長の信号光ではなく波長多重化された信号光が用いられることが多い。そして、このような信号光、つまり波長多重光を受信するために、光受信モジュールにはＯＤＭ（Optical De-Multiplexer；Ｏ−Ｄｅｍｕｘとも略す）が設けられる。ＯＤＭは、光分波器、波長分割素子などと呼ばれる。ＯＤＭにより分波された信号光は複数のＰＤ（Photo Diode）により受光されるようになっている。

特許文献１には、互いに異なる透過帯域をもった複数の波長分割多重化フィルタ（Wavelength Division Multiplexing Filter：ＷＤＭフィルタ）を有するＯＤＭが開示されている。このＯＤＭは、複数のＷＤＭフィルタとして、複数の光透過ブロックを積層した積層体を有している。これらの光透過ブロックはそれぞれ例えばガラス等の光透過部材によって形成されており、隣接する光透過ブロックの側面同士はオプティカルコンタクト法によって互いに接合されている。

特開２０１１−２０９３６７号公報

しかしながら、特許文献１に記載のようなＯＤＭでは、各ＷＤＭフィルタについてその光分岐特性が光の入射角度に強く依存する。ＷＤＭフィルタの設計仕様を満足するためには、その入射光の角度はその偏差を０．５°以内に設定しなければならない。

ＷＤＭフィルタの光入射角度依存性については、ＷＤＭフィルタの主面に平行な面内における角度と主面と垂直な面内における角度の二つを考慮しなければならない。後者はいわゆる仰俯角であり、上向きの角度を仰角又はあおり角、下向きの角度を俯角という。前者については、光分岐特性が直接的に入射角の偏差に反映されるのに対し、後者については例えば、あおり角が４°設計値からズレた場合であっても、入射角には０．５°の偏差でしか反映されない。このように「入射角のズレ」という意味では前者が支配的となる。

ここで、光受信モジュールのハウジング内において光軸の角度ズレを誘起する箇所の一つとして、Ｏ−Ｄｅｍｕｘ等を収納したハウジングの前面に対して光結合ユニットを固定する位置が挙げられる。つまり、この固定位置における固定の角度が光軸の角度ズレに繋がる。そして、できあいのハウジングを採用しただけでは、最も光路長の長い場合の光軸の角度ズレとして許容できる±０．５°の角度精度を実現するのは難しい。

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、その目的は、波長多重光をコリメート光に変換して出力する光結合ユニットを、そのコリメート光を異なる波長の複数の信号光に分波する光分波器と複数のＰＤとを収納したハウジングを有する光受信モジュールにおいて、入力から出力に至るまでの光路長が分波した信号光毎に異なるような光分波器を使用した上で、光軸のズレを許容できる範囲に抑えることにある。

本発明に係わる光受信モジュールは、波長多重光を受信し、その波長多重光をコリメート光に変換して出力する光結合ユニットと、入力ポート及び複数の出力ポートを有し、その入力ポートからそのコリメート光を入力し、そのコリメート光をそれぞれ異なる波長を有する複数の信号光に分波し、当該分波された複数の信号光をそれぞれの上記出力ポートから出力する光分波器と、上記複数の信号光を受信し、上記複数の信号光のそれぞれに対応した電気信号を出力する複数のフォトダイオード（ＰＤ）と、上記光分波器及び上記複数のＰＤを収納し底面及び一側壁を有するハウジングと、を備えた光受信モジュールである。そして、上記光分波器は、上記入力ポートから上記複数の出力ポートに至るそれぞれの光路長が上記信号光毎に異なり、且つ上記ハウジングの上記底面に対して水平に搭載されている。また、上記光結合ユニットは、上記ハウンジングの上記底面及び上記一側壁の双方に対して９０°の角度をなす、上記ハウジングの一壁に固定されており、その角度は±０．５°内に収まる精度である。

上記入力ポートの光軸は、例えば上記コリメート光の光軸に対して所定の角度をなし、上記複数の信号光のそれぞれは、例えば上記光分波器中で複数回の反射を経て、上記それぞれの出力ポートから出力される。
また、上記一壁は上記角度が±０．５°内の精度で研磨されていることが好ましい。

本発明に係わる光受信モジュールの製造方法は、波長多重光を受信し、その波長多重光をコリメート光に変換して出力する光結合ユニットと、入力ポート及び複数の出力ポートを有し、その入力ポートにそのコリメート光を入力し、そのコリメート光をそれぞれ異なる波長を有する複数の信号光に分波し、当該分波された複数の信号光をそれぞれの上記出力ポートから出力する光分波器と、上記複数の信号光を受信し、上記複数の信号光のそれぞれに対応した電気信号を出力する複数のフォトダイオード（ＰＤ）と、上記光分波器及び上記複数のＰＤを収納し底面及び一側壁を有するハウジングと、を備え、上記入力ポートから上記複数の出力ポートに至るそれぞれの光路長が上記信号光毎に異なる上記光分波器を備える光受信モジュールの製造方法である。そして、上記製造方法は、上記ハウジングに上記光結合ユニットを接続する実装基準面を設け、上記ハウジングの上記底面及び上記一側壁の双方に対して９０°の角度をなし且つ上記角度が±０．５°内に収まる精度で上記実装基準面を研磨する工程と、上記実装基準面を基準に、上記複数のＰＤを上記底面に対して水平にハウジング実装する工程と、上記ハウジングの外において、上記実装基準面に対して垂直な光軸を有し上記異なる波長を有する試験光を出射する外部光源を準備する工程と、上記入力ポートを上記実装基準面に対して平行に調整した後、上記光分波器を上記底面に水平な面内で所定角度回転し、上記外部光源が出射した試験光を用いて上記光分波器を上記複数のＰＤに対して調芯する工程と、を含む。

上記複数のＰＤをハウジング実装する工程は、例えば、上記複数のＰＤをＰＤサブマウントに搭載して、そのＰＤサブマウントの一辺を上記実装基準面に突き当てた後、上記ＰＤサブマウントを平行移動して上記ハウジングに実装する工程を含む。

例えば、上記ハウジングは上記実装基準面を含む光入力ポートを有し、上記光分波器を上記複数のＰＤに対して調芯する工程は、上記試験光の光軸を、上記実装基準面に対して垂直に維持した状態で上記光入力ポートの中心軸に一致させる工程と、上記外部光源が出射した上記試験光を上記光分波器に入射して上記複数の信号光に分波し、上記複数の信号光のそれぞれを上記複数のＰＤで受光し、上記複数のＰＤのそれぞれの出力信号を所定値以上とする上記光分波器の上記複数のＰＤに対する位置を決定する工程と、を含む。

上記外部光源を準備する工程は、例えば、上記実装基準面に平行で且つ上記実装基準面に対向する反射面を準備する工程と、上記試験光を上記反射面で反射させて、上記外部光源の光軸を上記実装基準面に対して垂直にする工程と、を含む。

本発明によれば、波長多重光をコリメート光に変換して出力する光結合ユニットを、そのコリメート光を異なる波長の複数の信号光に分波する光分波器と複数のＰＤとを収納したハウジングを有する光受信モジュールにおいて、入力から出力に至るまでの光路長が分波した信号光毎に異なるような光分波器を使用した上で、光軸のズレを許容できる範囲に抑えることが可能となる。

本発明に係る光受信モジュールの一例を示す外観図である。 図１の光受信モジュールから光結合ユニットを取り外した状態の外観を示す斜視図である。 図１の光受信モジュールからハウジングの蓋体を外し、フレームの一部を破断した状態で示す斜視図である。 図１の光受信モジュールの光軸に沿った断面図である。 図１の光受信モジュールにおけるＯ−Ｄｅｍｕｘの一例を示す斜視図である。 図５ＡのＯ−Ｄｅｍｕｘによる波長多重光を分波する様子を主面側から見た図である。 図６Ａは図１の光受信モジュールにおける窓ホルダの研磨に用いる研磨治具の一例を示す図である。 図６Ａの研磨治具の長手方向に垂直な断面図である。 図６Ａの研磨治具と共に用いる押し付け治具の一例を示す図である。 図６Ａの研磨治具及び図６Ｃの押し付け治具を用いてハウジングを固定する様子を示す断面図である。 図６Ｄのようにハウジングを研磨治具に固定して研磨台に乗せて研磨を行う様子を示す断面図である。 図７Ａの研磨台を有する研磨ステージの外観を示す図である。 図１の光受信モジュールの製造方法における各工程を説明する図である。 図１の光受信モジュールの製造方法における各工程を説明する図である。 図１の光受信モジュールの製造方法における各工程を説明する図である。 図１の光受信モジュールの製造方法における各工程を説明する図である。 図１の光受信モジュールの製造方法における各工程を説明する図である。 図１の光受信モジュールの製造方法における各工程を説明する図である。 図１の光受信モジュールの製造方法における各工程を説明する図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の光受信モジュール及びその製造方法に係る好適な実施の形態について説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、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及び範囲内ですべての変更が含まれることを意図する。また、以下の説明において、異なる図面においても同じ符号を付した構成は同様のものであるとして、その説明を省略する場合がある。

まず、図１〜図４を参照しながら、本発明に係る光受信モジュールの一例について説明する。図１は本発明に係る光受信モジュールの一例を示す外観図、図２は図１の光受信モジュールから光結合ユニットを取り外した状態の外観を示す斜視図である。また、図３は、説明を容易にするために、図１の光受信モジュールからハウジングの蓋体を外し、フレームの一部を破断した状態で示す斜視図である。図４は図１の光受信モジュールの光軸に沿った断面図である。

図１で例示する光受信モジュール１０は、光ファイバが接続される光結合ユニット（レセプタクル部）１１と、受光素子や光学部品等の部品及びそれを収容（収納）するハウジング１２と、外部回路との電気接続のための端子部１３とを備えている。図２では、ハウジング１２及び端子部１３で構成されるハウジングのみ図示している。以下では、光受信モジュール１０の光結合ユニット１１側を前方側、反対側を後方側として説明する。

端子部１３は、ハウジング１２内に搭載された素子と外部回路とを電気的に接続する、高周波ライン、電源ラインを形成するものであり、図２で図示するように上段の端子群１３ａと下段の端子群１３ｂの二段の端子群を有する。端子群１３ａ，１３ｂはいずれも、多層セラミック基板により構成されており、この多層セラミック基板は前壁１２ａと対面する後壁に嵌め込まれている。上段の端子群１３ａはＤＣ端子群に相当する。ハウジング１２に内蔵するプリアンプの電源、ＰＤのバイアスがこのＤＣ端子群１３ａを介してハウジング１２内に供給される。下段の端子群１３ｂはＲＦ信号用の端子群であり、光受信モジュール１０が４波の光信号をそれぞれ電気信号に変換する光受信モジュールである場合、この端子群１３ｂはそれぞれのチャネルに対しＧ／Ｓｉｇ／Ｇ／ＮＳｉｇ／Ｇの配列のピンを有し、このうち両端のグランドピン（Ｇ）は、隣接チャネルと共有する。ここでＳｉｇは当該チャネルの正相信号を意味し、ＮＳｉｇはこの正相信号と対を為す逆相信号を意味する。

光受信モジュール１０では端子群は後壁のみに設けられ、両側壁には設けられていない。これは光受信モジュール１０を搭載する光トランシーバの物理的寸法による。光トランシーバ、特にプラガブル光トランシーバはその外寸が標準化されている。外寸がまちまちであると、光トランシーバを搭載するホストシステムが用意するケージに挿入できない、あるいは大きな隙間が形成され、この隙間から電磁波の漏洩が顕著になってしまう、等不都合が生ずる。従って、業界標準はトランシーバの外寸、及びホストとの間の電気通信規格を厳密に定め、ホストにとって多種（多くのメーカ）のトランシーバを適宜選択できる仕様になる。そのような標準に従うトランシーバではその横幅も含めて外寸が規定されているので、光受信モジュール１０と他のモジュール（光送信モジュール）を並置する際に側壁の外側の空間が非常に限られ、そこにリード端子を設ける余裕はない。

光結合ユニット１１は、互いに異なる波長の複数の信号光が多重化された波長多重光を受信し、その波長多重光をコリメート光に変換して出力するユニットであり、図３に示すようにハウジング１２側から順に、レンズホルダ１６、ジョイントスリーブ（Ｊ−スリーブ）１５、及びスリーブ１４を含む。スリーブ１４は、図４で例示するようにその一端にスタブ１７が配され、外部の光ファイバ（外部ファイバ）の先端に付属するフェルールをその他端に受納する。スリーブ１４内で外部のフェルールとスタブ１７の中央に配された結合ファイバが光結合する。レンズホルダ１６は、光結合ユニット１１をハウジング１２に接合させるレンズ１８を保持するホルダである。レンズホルダ１６内には、図４で例示するようにスタブ１７内の光ファイバから出射された信号光を集光し平行光にするコリメートレンズ１８が配される。Ｊ−スリーブ１５は、スリーブ１４とレンズホルダ１６との間で軸方向と径方向に対する調芯を行う部材であり、スタブ１７中央の結合ファイバの終端とコリメートレンズ１８との相対位置を調整する。この調整の結果、結合ファイバの端面から出力されコリメートレンズ１８を通過する光が実質的に平行光（コリメート光）に変換される。コリメートレンズ１８からの信号光は、後述する窓ホルダ２３内に設けられた光学窓１９を経て、ハウジング１２内に出射される。

ハウジング１２は、略直方体形状（所謂、箱型）であり、例えば図２で示すように、角状のフレーム２０と、底壁２１と、上部開口を塞ぐ蓋体２２とを有する。フレーム２０は、前壁１２ａ、２つの側壁１２ｂ、及び後壁を含む。底壁２１は、銅モリブデン（ＣｕＭｏ）や銅タングステン（ＣｕＷ）等の材料を用いることができ、また、熱伝導性のよい材料を用いることにより放熱性を高めることができる。蓋体２２は、素子や部品の収容と配線後にフレーム２０に固定され、素子や部品を収容する空間を密封する。

そして、前壁１２ａには、光結合ユニット１１のレンズホルダ１６をハウジング１２に固定する窓ホルダ（円筒状のブッシュ）２３が装着されている。後述するように、窓ホルダ（window holder）２３の前面は、コレットでの調芯作業での基準面として平坦に加工されており、光結合ユニット１１の光軸及びハウジング内に搭載されている光分波器（以下、Ｏ−Ｄｅｍｕｘ）の光軸に対して高い精度で垂直に研磨されている。光結合ユニット１１はこの研磨面に固定される。特に、光結合ユニット１１がハウンジングの底面及び一側壁の双方に対して９０°の角度をなす一壁（ハウジングの一壁）に固定され、その角度は±０．５°内に収まる精度とする。

ハウジング１２内には、Ｏ−Ｄｅｍｕｘ２６、反射器２７、レンズアレイ２８、及び複数のＰＤ２９が収容される。Ｏ−Ｄｅｍｕｘ２６は、コリメートレンズ１８から出射された波長多重光（波長多重化された信号光）を、それぞれ異なる波長を有する複数の信号光に分波する光分波器であり、その詳細については後述する。

反射器２７は、この分波された複数の信号光（以下、分波信号光という）を、それぞれ底壁２１側に（この例では９０°に）反射させるものであり、プリズムミラー等で形成されている。Ｏ−Ｄｅｍｕｘ２６と反射器２７は、支持部材（ベンチ）２４により底壁２１に平行で、且つ底壁２１から離間して配置されたキャリア（ベース）２５上に実装され、底壁２１に向き合って搭載される。すなわち、Ｏ−Ｄｅｍｕｘ２６と反射器２７はキャリア２５上に搭載され、このキャリア２５が支持部材２４に対してＯ−Ｄｅｍｕｘ２６を搭載する主面がハウジング底面（つまり底壁２１）に対向する。端的には、本光受信モジュール１０は、Ｏ−Ｄｅｍｕｘ２６及び反射器２７を搭載したキャリア２５を裏返にして支持部材２４上に搭載している。

レンズアレイ２８は、反射器２７で反射された分波信号光をそれぞれ集光する複数のレンズと、透明なガラス基板とを一体に形成したものである。複数のＰＤ２９は、このレンズアレイ２８を介して分波信号光をそれぞれ受光する。レンズアレイ２８と複数のＰＤ２９は、受光感度を高めるため、レンズのピッチと隣接ＰＤ間隔を一致させて固定される。これらレンズアレイ２８及びＰＤ２９は、第１の実装基板３０及び第２の実装基板３１を介して底壁２１上に実装される。

また、光受信モジュール１０では、図３に示すように、Ｏ−Ｄｅｍｕｘ２６と反射器２７が、底壁２１の平面から高さ方向に平行に離間したキャリア２５の実装面に実装される。そして、レンズアレイ２８とＰＤ２９は、底壁２１の平面から高さ方向に離間した空間を利用して、上下方向に配列して実装される。すなわち、反射器２７とレンズアレイ２８とＰＤ２９は、ハウジング１２内の上下方向に重ねて配列され、従ってハウジング１２内でのスペースファクタが向上する。残余のスペースに、ＰＤ２９の信号を増幅するプリアンプ回路であるＩＣ部品３２が実装される。

次に、Ｏ−Ｄｅｍｕｘ２６の一例について、図５Ａ，図５Ｂを参照しながら詳細に説明する。図５ＡはＯ−Ｄｅｍｕｘ２６の一例を示す斜視図、図５ＢはそのＯ−Ｄｅｍｕｘ２６による波長多重光を分波する様子を主面側から見た図である。

Ｏ−Ｄｅｍｕｘ２６は、一の入力ポートと複数の出力ポートを有し、その入力ポートに波長多重光のコリメート光が入力し、このコリメート光を異なる波長の複数の信号光に分波し、各信号光を異なる出力ポートから出力する。具体的に説明すると、Ｏ−Ｄｅｍｕｘ２６は、図５Ａで例示するように、対象とする波長に対して透明な部材（大概は石英）からなる母体（ｂｏｄｙ）２６ａに４つの（４波長分の）フィルタブロック２６ｂａ〜２６ｂｄが貼り付けられており、各フィルタブロック２６ｂａ〜２６ｂｄと母体２６ａとの間にそれぞれ光透過特性の異なる波長分岐フィルタ（ＷＤＭフィルタ等）が挟まれている。なお、フィルタブロックの数はこの例に限らず複数あればよい。厳密には、各フィルタブロック２６ｂａ〜２６ｂｄにそれぞれの波長分岐フィルタを貼り付けた後、このブロックを母体２６ａに貼り付ける。この波長分岐フィルタは通常誘電体多層膜で構成される。それぞれの誘電体膜の材料、及びその厚さにより光分波特性を調整する。フィルタブロック２６ｂａ〜２６ｂｄが装着されている面と対向する面の一部が光の入力ポート２６ｄとなる。当該一部以外（入力ポート２６ｄ以外）の面には高反射膜（Ｈｉｇｈ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｆｉｌｍ：ＨＲ Ｆｉｌｍ）２６ｃを装着する。

互いに異なる波長λ１〜λ４の信号光を含む多重化された受信光は、図５Ｂで示すように、光結合ユニット１１においてコリメート光に変換された後、このＯ−Ｄｅｍｕｘ２６の入力ポート２６ｄに入力し第１フィルタブロック２６ｂａに向かう。そして、第１波長分岐フィルタにより、入力光のうち波長λ１の成分を有する信号光のみが第１フィルタブロック２６ｂａを透過してＯ−Ｄｅｍｕｘ２６から出力し、その他の光は第１波長分岐フィルタにより反射されて高反射膜２６ｃに向かう。高反射膜２６ｃはその全て（λ２〜λ４）を、第２波長分岐フィルタに向けて反射する。第２波長分岐フィルタでは波長λ２の信号光のみを透過して出力し、残余（λ３、λ４）を高反射膜２６ｃに向けて反射する。以下、この作用を繰り返して第３フィルタブロック２６ｂｃ、第４フィルタブロック２６ｂｄからそれぞれ波長λ３、λ４の光を出力する。

Ｏ−Ｄｅｍｕｘ２６を出射した４本の信号光は、プリズムミラー等の構成を有する反射器２７の反射面により反射されレンズアレイ２８に向かい、このレンズアレイ２８で集光され、さらに、各ＰＤ２９の入射面に形成されている一体レンズでＰＤ２９の受光層に集光され、それぞれ電気信号（光電流）に変換される。複数のＰＤ２９は、Ｏ−Ｄｅｍｕｘ２６から複数の信号光を受信し、それらの信号光のそれぞれに対応した電気信号を出力する。

このように、光結合ユニット１１から提供された受信光（波長λ１〜λ４の信号光を含み、レンズ１８により実質コリメート光に変換されている）はＯ−Ｄｅｍｕｘ２６に入射する。Ｏ−Ｄｅｍｕｘ２６は、入力ポート２６ｄの光軸がコリメート光の光軸に対して所定の角度をなしてキャリア２５上に搭載されている。また、Ｏ−Ｄｅｍｕｘ２６は、入射した波長多重光を４つの受信光に分岐し、それぞれ物理的に異なる位置からそれらの光軸について互いに平行な関係を維持して反射器２７に出力する。つまり、Ｏ−Ｄｅｍｕｘ２６では、複数の信号光のそれぞれがＯ−Ｄｅｍｕｘ２６中で複数回の反射を経て、対応する出力ポート（フィルタブロック２６ｂａ〜２６ｂｄ）から出力される。Ｏ−Ｄｅｍｕｘ２６が出力する４本の光信号は、反射器２７でその光軸を９０°下方に変換された後、それぞれ集光レンズを透過してＰＤ２９に入射する。このように、Ｏ−Ｄｅｍｕｘ２６は、入力ポート（波長多重光のコリメート光の入射点）から出力ポートに至るまでの光路長が信号光毎に異なっており、また後述の複数のＰＤ２９と共にハウジングの底面に対して水平に搭載されている。

本例ではフィルタブロック２６ｂａ〜２６ｂｄに対応する４個のＰＤ２９を個別に搭載する系を採用するが、４個のＰＤ２９が一体化されているＰＤアレイを用いるのも良い。さらに、ＰＤ２９の表面に凸形状を形成し全面に搭載された４連のレンズとは別に、それぞれのＰＤ２９個別にレンズを備える系を採用することもできる。この場合、集光レンズが４連レンズ及び表面に形成されたレンズの２レンズ系となり、集光効率を向上させることができる。

各ＰＤ２９の電気的出力はＰＤ２９の後部に搭載されたプリアンプにより光電流／電圧信号の変換、及び、単相信号から差動信号への変換が為され、ハウジング後壁に設けられているＲＦ用の端子群１３ｂから光受信モジュール１０の外部に出力される。

ハウジングの底面となる底壁２１はＣｕＷ製であり放熱効果を高めている。側壁１２ｂは放熱効果を持たせる必要はなく（発熱部品が接触することはないので）、廉価なＫｏｖａｒ等を採用することができる。最も、そして唯一発熱する部品はプリアンプ（４連）であり、これはＣｕＷ製の基板を介してハウジング底面に搭載されている。基板上には、ＰＤサブマウント（ＡｌＮ、窒化アルミニウム等）を介してＰＤ２９も搭載される。ＰＤ２９の発熱は実質無視できる。むしろ、プリアンプの発熱の影響を避けるべく、ＰＤサブマウントは熱伝導率の比較的小さい材料が好ましく、Ａｌ₂Ｏ₃等がこれに該当する。

以上のように、本例の光受信モジュール１０、特に本例のＯ−Ｄｅｍｕｘ２６では、波長λ４の信号光とλ１の信号光を対比させた場合、Ｏ−Ｄｅｍｕｘ２６内での前者の光学パス（光経路）が後者のそれに比較し７倍となる。光結合ユニット１１においてそれぞれコリメート光に変換されているのでこの光学路長の差を吸収することができるが、コリメートレンズ１８の光軸と、Ｏ−Ｄｅｍｕｘ２６の光軸の角度偏差が大きくなると、λ１の信号光が適切に出力される場合であっても、λ４の信号光がそのフィルタブロック２６ｂｄから適切に出力されない事態が生ずる。両者の光軸の偏差は最大でも±０．５°以内、好ましくは±０．２°以内に抑える必要がある。故に、光受信モジュール１０では光結合ユニット１１のハウジングへの取付部に相当する窓ホルダ２３の前面を、ハウジング底面（底壁２１）に対して精密な位置関係に維持することを目的として、当該前面を研磨している。

次に、光受信モジュール１０におけるハウジング側の前面（つまり窓ホルダ２３の前面）を研磨する工程について、図６Ａ〜図７Ｂを参照しながら詳述する。図６Ａは図１の光受信モジュールにおける窓ホルダの研磨に用いる研磨治具の一例を示す図、図６Ｂは図６Ａの研磨治具の長手方向に垂直な断面図、図６Ｃは図６Ａの研磨治具と共に用いる押し付け治具の一例を示す図、図６Ｄは図６Ａの研磨治具及び図６Ｃの押し付け治具を用いてハウジングを固定する様子を示す断面図である。図７Ａは図６Ｄのようにハウジングを研磨治具に固定する際に、研磨治具を調整台に乗せて窓ホルダ２３の研磨量を管理する様子を示す断面図、図７Ｂは図７Ａの研磨台の外観を示す図である。

窓ホルダ２３の前面研磨においては、図６Ａで例示する研磨治具６０を採用する。研磨治具６０では、円筒状ブロック６１に光受信モジュール１０のハウジング側を挿入するポケット６２を確保する。ポケット６２の円筒軸に垂直な面の形状は、図６Ｂに示すように、四角形の一角を面取りした略五角形である。面取りした角に対向する角が基準角であり、この基準角から伸びる２辺にハウジングの底面となる底壁２１と側面となる側壁１２ｂを押し当てることで、ハウジング前面（窓ホルダ２３の前面）の角度を規定する。基準角の直角性を確保するために、この角は逃げ６２ａをその一辺に備える。逃げは当該基準角を挟む二辺に設けても良い。

ポケット６２に挿入されたハウジングはその底面と側面を上記二辺に接触させ、且つ、図６Ｃに示す押し付け治具６５により両面が二辺に密に押し付けられる。この治具６５はハウジングに接触するブロック（押し付けブロック）６５ｃ、及びブロック６５ｃの背面から伸び出す２本のガイドピン６５ａ，６５ｂを有しており、これらのガイドピン６５ａ，６５ｂは図６Ａの円筒状ブロック６１に設けられているガイド孔６３ａ，６３ｂにポケット６２内から外方に向けて挿入し、且つ、螺子孔６４に挿入された螺子によりブロック６５ｃの背面を押し付けることで、ハウジングを、上記基準角を挟む基準二辺に押し付ける。押し付けの強度は、螺子を回す際のトルクにより管理する。

ここで、ブロック６５ｃは図６Ｃに示すように、ハウジングの側面上辺にあてがうようにその断面がＶ字型である。図６Ｄに断面を示すように、このようなＶ溝の奥端にハウジングの側壁１２ｂの上端エッジが接触し、上記ハウジングの側面（図２の側壁１２ｂ）を均一に押し付けることができる。

ハウジングの前面となる窓ホルダ２３の研磨量は、図７Ａに示す方法により管理する。すなわち、窓ホルダ２３の外径より僅かに大きい外径Ｄをもつ開口６９を有する治具（調整台）６８を用意し、窓ホルダ２３を開口６９に嵌め、窓ホルダ２３の開口６９内への突出し量を調整し、所定の突出し量を与える箇所で上記螺子を締め付け、ハウジングを円筒状ブロック６１のポケット６２内に搭載する。

このようにハウジングを円筒状ブロックに固定し、そしてこの円筒状ブロックごと研磨装置にセットして研磨を行う。研磨台は、研磨工程を効率的に行うために複数のハウジングを同時に研磨できる構成であることが望ましく、図７Ｂの研磨台７３では４つの研磨治具６０がセットされる装置を記載するが、セット数は４つには限らない。研磨台７３の中心に対して同心円状に複数の研磨治具６０をセットすることが可能である。そして、研磨台７３を研磨布上で、その研磨台７３の中心を軸として窓ホルダ２３の前面を回転研磨する。研磨台７３がその中心を軸として回転するのに合わせ、各研磨治具６０もそれぞれの円筒軸を中心に回転させることで、窓ホルダ２３の前面の均一な研磨が可能となる。

以上のようにして準備したハウジングに、例えば以下の手順で各光部品を搭載する。図８Ａ〜図８Ｇは図１の光受信モジュールの製造方法における各工程を説明する図である。

（１）中間アセンブリの作製工程
まず、Ｏ−Ｄｅｍｕｘ２６、反射器２７、及びキャリア２５の一体物を作製する。この一体物を中間アセンブリＭと呼ぶ。この作製手順の詳細は省略するが、例えば外部光源を用いて、キャリア２５の後端辺を基準辺として上記外部光源の光軸をこの基準辺に対して９０°の角度で固定し、紫外線硬化樹脂により接着するなどすればよい。外部光源を用いる場合には後述する外部光源８３を利用すればよい。無論、外部光源を用いなくても中間アセンブリＭの位置決めは可能である。

（２）ＰＤ２９の実装工程
第１の実装基板３０の中央部分には共晶半田が塗布され、この塗布部分に図８Ａに示すようにＰＤ２９をダイボンディングする。ＰＤ２９は等間隔で複数取り付けられる。同様に、第１の実装基板３０のＰＤ２９が実装されていない両端部分に、裏面に金属メッキが施された支持ポスト３３を２個固定する。

（３）第２の実装基板３１の実装工程
図８Ｂに示すように、ハウジング内の予め決められた箇所に第２の実装基板３１を固定する。第２の実装基板３１としては例えばＡｌＮ製のサブマウントが利用できる。固定に際しては、共晶合金ペレットを使用する。この第２の実装基板３１は、ＩＣ部品（プリアンプ）３２やＰＤ２９を実装するため、第２の実装基板３１内のフィードスルー基板の近傍で且つハウジングの中心と第２の実装基板３１との中心が略一致するように実装される。

（４）第２の実装基板３１上への部品の実装工程
第２の実装基板３１には、図示は省略するがＩＣ部品の形状に沿ったパターンが形成されており、そのパターン内部に、Ａｇフィラー等の導電性材料を混入したエポキシ接着剤などを一定量塗布した後、パターン形状に沿って、図８Ｃに示すように第２の実装基板３１上にＩＣ部品３２を載置し、導電性接着剤を熱硬化してＩＣ部品３２を固定する。図示は省略するが、同様に、ダイキャパシタの外形に沿ったパターンが第２の実装基板３１に形成されているので、そのパターン内部に一定量の導電性接着剤を塗布した後、このパターンに沿ってダイキャパシタを載置し、導電性接着剤を熱硬化して固定する。

（５）ＰＤ２９のハウジングへの実装工程
上記（２）の工程で作製した、ＰＤ２９を実装した第１の実装基板（ＰＤサブマウントとも呼べる）３０を図８Ｄに示すように第２の実装基板３１上に載置する。より詳細には、まず、第２の実装基板３１上の予め決められた箇所すなわち第１の実装基板３０の実装箇所に導電性接着剤を一定量塗布する。次に、専用のコレット及び当該コレットの駆動装置を用いて、上記（２）の工程で作製した第１の実装基板３０を吸着する。そして、コレットに吸着された第１の実装基板３０とハウジングの中心とが略一致する形態で、前壁１２ａの窓ホルダ２３の外面であって研磨面である実装基準面（以下、基準面）２３ａに、第１の実装基板３０の後端を軽く突き当て、その基準面２３ａに対して第１の実装基板３０すなわちＰＤ２９を平行に保持する。そして、その角度を維持したまま、コレットを一旦上方に移動した上で、基準面２３ａより予め決められた量だけ後方に移動した後、コレットごと第１の実装基板３０を第２の実装基板３１に押え付ける。その状態で第１の実装基板３０の裏面の導電性接着剤を熱硬化する。熱硬化終了後、上記フィードスルー基板上の配線パターンとＩＣ部品３２との間、同配線パターンとダイキャパシタとの間、ＰＤ２９とＩＣ部品３２との間、ＰＤ２９とダイキャパシタとの間などをワイヤボンディングにより電気接続する。

（６）レンズアレイ２８の実装工程
まず、ハウジングを専用のステージ上に固定する（不図示）。次に、第１の実装基板３０上に実装された支持ポスト３３の頂部に紫外線硬化型接着剤を一定量塗布する。そして、レンズアレイ２８を把持する専用のコレットを用いてレンズアレイ２８を把持し、当該コレットの駆動装置を用いて、上記（５）の工程と同様に、レンズアレイ２８の中心とハウジングの中心を一致させ、図８Ｅに示すように、ハウジングの基準面２３ａにレンズアレイ２８を突き当てる。その後、図８Ｅに示すようにレンズアレイ２８を把持したコレットをＰＤ２９の直上に移動する。ここで、レンズアレイ２８の中心と複数のＰＤ２９の中心とが一致しているか否かを確認する。両者がずれている場合には、ハウジングの長軸に垂直方向にのみレンズアレイ２８をスライドし両者の中心を一致させる。上記確認は目視で行う。その上で、コレットを降下し、レンズアレイ２８の底面を支持ポスト３３に押え付けつつ、紫外線を照射してレンズアレイ２８を固定し、コレットによるレンズアレイ２８の把持を解消した後、熱硬化を行ってレンズアレイ２８をＰＤ２９の上方で固定する。この工程の特徴は、レンズアレイ２８と各ＰＤ２９との調芯を全て目視により行うことである。

（７）支持部材２４のハウジング内への実装工程
まず、ハウジング内部の支持部材２４が実装される箇所に紫外線硬化型接着剤を塗布する。次に、上記（６）の工程と同様に、専用のコレット及び当該コレットの駆動装置を用いて、支持部材２４の中心とハウジングの中心とを一致させ、図８Ｆに示すように、ハウジングの基準面２３ａに支持部材２４を突き当て、支持部材２４をこの基準面２３ａと平行に保持する。その後、支持部材２４をハウジング上の予め決められた箇所に移動し、一定荷重を付与しながらコレットごと底壁２１に当て付けた後、紫外線を照射して固定を行う。この段階では支持部材２４の上には何も搭載されていない。支持部材２４は上部に開いた断面Ｕ字形状の部品であり、当該工程では単に支持部材２４をハウジング内に実装したのみである。

（８）中間アセンブリの支持部材２４上への実装工程
まず、上記（７）の工程で仮固定した支持部材２４の２辺の頂部に紫外線硬化型接着剤を塗布する。次に、上記（７）の工程と同様に、専用のコレット及び当該コレットの駆動装置を用いて、中間アセンブリＭの調芯を行う。具体的には、まず初めに、上記（７）の工程まで行ったハウジングを図８Ｇに示すように実装ステージ８０に固定する。実装ステージ８０には、平坦面８０ａが設けられ、また、平坦面８０ａに対して垂直な衝立面８１ａを有する断面Ｌ字の実装冶具８１が平坦面８０ａ上に設けられている。ハウジングはその前端の基準面２３ａが衝立面８１ａに押し付けられて固定される。これにより、衝立面８１ａと基準面２３ａの平行度を確保する。なお、実装冶具８１は、例えば一様の厚みを有するＳＵＳ板を９０°折り曲げることで作製できる。また、実装冶具８１は、後の工程で実装冶具８１にハウジングを固定したままでハウジング外から光学窓１９を介してハウジング内へ光を入射できるように開口８１ｂが設けられている。

次いで、外部光源８３を衝立面８１ａの前方に準備する。外部光源８３は、例えば受光部を有するオートコリメータ（外部コリメート光源）であり、また、光受信モジュール１０が受信する波長多重光と同等の光、少なくとも波長多重光を含む波長の一つを出力するレーザ光が好ましく、当該光を試験光としてハウジング内へ入射する。そして、外部光源８３の光軸をハウジングの基準面２３ａに垂直に調整する。具体的には、まず、実装冶具８１の衝立面８１ａの反対側の面８１ｃに沿ってミラー８２を配し衝立面８１ａとミラー８２とを平行にセットする。そして、外部光源８３のレーザ光をこのミラー８２に照射し、外部光源８３の受光部で受光されるミラー８２からの反射光強度が最大になるように外部光源８３の角度を調整する。

この外部光源８３の調整後、キャリア２５のＯ−Ｄｅｍｕｘ２６及び反射器２７の実装面を底壁２１と対向させ、上記（１）の工程で作製した中間アセンブリＭの向きを変えてからコレットで把持して、その搭載予定箇所の上部（ハウジングの上部）に移動する。外部光源８３からの試験光を中間アセンブリＭのＯ−Ｄｅｍｕｘ２６の入射側面、すなわちＯ−Ｄｅｍｕｘ２６の反射部材（高反射膜２６ｃ）の前端面２６ｅに照射し、その前端面２６ｅからの反射光強度を外部光源８３に設けた受光部にて検知する。前端面２６ｅの少なくとも一部は反射面とされる。そして、前端面２６ｅからの反射光強度を最大とする中間アセンブリＭの角度を決定する。これにより外部光源８３の光軸とＯ−Ｄｅｍｕｘ２６の前端面２６ｅの角度が垂直になり、すなわち、ハウジングの基準面２３ａとＯ−Ｄｅｍｕｘ２６の前端面２６ｅや入力ポート２６ｄとが平行となる。その後、ステージ８０の平坦面８０ａ内（すなわち図８ＧのＸＹ平面内）で、中間アセンブリＭを所定角度（設計値）分だけ回転する。これにより、Ｏ−Ｄｅｍｕｘ２６を基準面２３ａに対して所定の角度だけ傾けることができる。

ここでは、ステージ８０の平坦面８０ａ内（すなわち図８ＧのＸＹ平面内）の角度と、そのＸＹ平面に対するあおり角φ（図８Ｇ参照）との２つの角度を調芯する場合を示すが、ＸＹ平面内の角度のみの調芯としてもよい。これは、あおり角φについてはそのトレランスが大きいためである。なお、上述の中間アセンブリＭをＸＹ平面内で設計値分だけ回転する際に、上記あおり角を維持したまま回転させることは可能である。

そして、外部光源８３をその角度を維持したまま設計上の方向及び距離だけ移動し、その光軸を窓ホルダ２３の中心軸に一致させる。また、角度を調整した中間アセンブリＭを下降し、支持部材２４上に裁置する。次いで、外部光源８３から中間アセンブリＭのＯ−Ｄｅｍｕｘ２６に波長多重光を入射し分光させ反射器２７により反射させ各ＰＤ２９に入射させる。そして、各ＰＤ２９の出力信号が最大となるように又は出力信号が所定値を超えるように中間アセンブリＭの図８ＧのＸＹ平面内の位置を微調整する。上記微調整終了後、紫外線を照射し、中間アセンブリＭの仮固定を行う。そして、ハウジングごと熱を付与し、仮固定状態の接着剤を熱硬化させる。

（９）その他の実装工程
上記（８）までの実装が終了した後は、周知技術に倣い、フレーム２０の上面に蓋体２２を載置し、真空下でシーム溶接を行う。そして、外部光源８３に替えて光結合ユニット１１を準備し、窓ホルダ２３の前面にその光結合ユニット１１を溶接により取り付け、ハウジングの高周波ライン及び電源ラインが形成されている部分にＦＰＣ（フレキシブルプリント回路基板）を取り付ける。また、光結合ユニット１１の溶接に際しては、光結合ユニット１１に外部ファイバをセットし、この外部ファイバを介して波長多重光を入力し、この多重光の各ＰＤ２９での出力が最大となる位置に光結合ユニット１１と窓ホルダ２３の前面（基準面）２３ａに固定する。

以上により波長多重光を受信する光受信モジュール１０、つまり集積ＲＯＳＡ（Receiving Optical Sub-Assembly）の組立が完了する。なお、上述の各工程における各部品の固定に際し、上述の例以外の接着剤を用いてもよい。

以上のように、光受信モジュール１０では、入力から出力に至るまでの光路長が分波した信号光毎に異なるようなＯ−Ｄｅｍｕｘ２６を使用しており、且つ、光結合ユニット１１がハウジングの一壁（窓ホルダ２３の基準面２３ａ）に±０．５°内に収まる精度で固定されるため、光軸のズレを許容できる範囲に抑えることが可能となる。

また、図６Ａ〜図８Ｇで例示したような光受信モジュール１０の製造方法では、次のような研磨工程、実装工程、準備工程、及び調芯工程を含む。上記研磨工程は、ハウジングに光結合ユニットを接続する実装基準面を設け、ハウジングの底面及び一側壁の双方に対して９０°の角度をなし且つその角度が±０．５°内に収まる精度で実装基準面を研磨する工程である。上記実装工程は、実装基準面を基準に、上記底面に対して複数のＰＤを、その受光面を水平にしてハウジングに実装する工程である。上記準備工程では、ハウジングの外において、実装基準面に対して垂直な光軸をもちコリメート光（互いに異なる波長の光）を含む光を出射するための外部光源を準備する工程である。上記調芯工程は、入力ポートにおける光入射面を実装基準面に対して平行に調整した後、Ｏ−Ｄｅｍｕｘを上記底面に水平な面内で所定角度回転し、外部光源から出射した光を用いてＯ−Ｄｅｍｕｘを複数のＰＤに対して調芯する工程である。この調芯により、Ｏ−Ｄｅｍｕｘはハウジングの底面に対して水平に搭載される。

上記実装工程は、例示したように、複数のＰＤをＰＤサブマウントに搭載して、当該ＰＤサブマウントの一辺を実装基準面に突き当てた後、当該ＰＤサブマウントを平行移動してハウジングに実装する工程を含むことが好ましいが、これに限ったものではない。
また、上記調芯工程は、例示したように、外部光源を、実装基準面に対する垂直な光軸を維持した状態で実装基準面に設けられた光入力ポートの中心軸に一致させる工程と、外部光源から出射したコリメート光をＯ−Ｄｅｍｕｘに入射して複数の信号光に分波し、上記複数の信号光のそれぞれを複数のＰＤで受光し、複数のＰＤのそれぞれの出力信号を所定値以上とするＯ−Ｄｅｍｕｘの位置を複数のＰＤに対して調芯する工程と、を含むことが好ましいが、これに限ったものではない。また、上記準備工程は、例示したように、実装基準面に対して平行で且つ実装基準面に対向する反射面を準備する工程と、外部光源から出射された光をその反射面で反射させて、外部光源の光軸を実装基準面に対して垂直にする工程と、を含むことが好ましいが、これに限ったものではない。

１０…光受信モジュール、１１…光結合ユニット、１２…ハウジング、１２ａ…前壁、１２ｂ…側壁、１３…端子部、１３ａ，１３ｂ…端子群、１４…スリーブ、１５…ジョイントスリーブ、１６…レンズホルダ、１７…スタブ、１８…コリメートレンズ、１９…光学窓、２０…フレーム、２１…底壁、２２…蓋体、２３…窓ホルダ、２３ａ…実装基準面（基準面）、２４…支持部材、２５…キャリア、２６…Ｏ−Ｄｅｍｕｘ、２６ｂａ，２６ｂｂ，２６ｂｃ，２６ｂｄ…フィルタブロック、２６ｃ…高反射膜、２６ｄ…入力ポート、２６ｅ…前端面、２７…反射器、２８…レンズアレイ、２９…ＰＤ、３０…第１の実装基板、３１…第２の実装基板、３２…ＩＣ部品、３３…支持ポスト、６０…研磨治具、６１…円筒状ブロック、６２…ポケット、６３ａ，６３ｂ…ガイド孔、６４…螺子孔、６５…押し付け治具、６５ａ，６５ｂ…ガイドピン、６５ｃ…押し付けブロック、６８…調整台、６９…調整台の開口、７３…研磨台８０…実装ステージ、８０ａ…平坦面、８１…実装冶具、８１ａ…衝立面、８１ｂ…実装治具の開口、８１ｃ…面、８２…ミラー、８３…外部光源。

Claims (7)

1. 波長多重光を受信し、該波長多重光をコリメート光に変換して出力する光結合ユニットと、入力ポート及び複数の出力ポートを有し、該入力ポートから前記コリメート光を入力し、前記コリメート光をそれぞれ異なる波長を有する複数の信号光に分波し、当該分波された複数の信号光をそれぞれの前記出力ポートから出力する光分波器と、前記複数の信号光を受信し、前記複数の信号光のそれぞれに対応した電気信号を出力する複数のフォトダイオード（ＰＤ）と、前記光分波器及び該複数のＰＤを収納し底面及び一側壁を有するハウジングと、を備えた光受信モジュールであって、
   前記光分波器は、前記入力ポートから前記複数の出力ポートに至るそれぞれの光路長が前記信号光毎に異なり、且つ前記ハウジングの前記底面に対して水平に搭載されており、
   前記光結合ユニットは、前記ハウンジングの前記底面及び前記一側壁の双方に対して９０°の角度をなす、前記ハウジングの一壁に固定されており、
   前記角度は±０．５°内に収まる精度である、光受信モジュール。
2. 前記入力ポートの光軸は、前記コリメート光の光軸に対して所定の角度をなし、
   前記複数の信号光のそれぞれは、前記光分波器中で複数回の反射を経て、前記それぞれの出力ポートから出力される、請求項１に記載の光受信モジュール。
3. 前記一壁は前記角度が±０．５°内の精度で研磨されている、請求項１又は２に記載の光受信モジュール。
4. 波長多重光を受信し、該波長多重光をコリメート光に変換して出力する光結合ユニットと、入力ポート及び複数の出力ポートを有し、該入力ポートに前記コリメート光を入力し、前記コリメート光をそれぞれ異なる波長を有する複数の信号光に分波し、当該分波された複数の信号光をそれぞれの前記出力ポートから出力する光分波器と、前記複数の信号光を受信し、前記複数の信号光のそれぞれに対応した電気信号を出力する複数のフォトダイオード（ＰＤ）と、前記光分波器及び該複数のＰＤを収納し底面及び一側壁を有するハウジングと、を備え、前記入力ポートから前記複数の出力ポートに至るそれぞれの光路長が前記信号光毎に異なる前記光分波器を備える光受信モジュールの製造方法であって、
   前記ハウジングに前記光結合ユニットを接続する実装基準面を設け、前記ハウジングの前記底面及び前記一側壁の双方に対して９０°の角度をなし且つ該角度が±０．５°内に収まる精度で前記実装基準面を研磨する工程と、
   前記実装基準面を基準に、前記複数のＰＤを前記底面に対して水平にハウジング実装する工程と、
   前記ハウジングの外において、前記実装基準面に対して垂直な光軸を有し前記異なる波長を有する試験光を出射する外部光源を準備する工程と、
   前記入力ポートを前記実装基準面に対して平行に調整した後、前記光分波器を前記底面に水平な面内で所定角度回転し、前記外部光源が出射した試験光を用いて前記光分波器を前記複数のＰＤに対して調芯する工程と、
   を含む光受信モジュールの製造方法。
5. 前記複数のＰＤをハウジング実装する工程は、前記複数のＰＤをＰＤサブマウントに搭載して、該ＰＤサブマウントの一辺を前記実装基準面に突き当てた後、前記ＰＤサブマウントを平行移動して前記ハウジングに実装する工程を含む、請求項４に記載の光受信モジュールの製造方法。
6. 前記ハウジングは前記実装基準面を含む光入力ポートを有し、
   前記光分波器を前記複数のＰＤに対して調芯する工程は、
   前記試験光の光軸を、前記実装基準面に対して垂直に維持した状態で前記光入力ポートの中心軸に一致させる工程と、
   前記外部光源が出射した前記試験光を前記光分波器に入射して前記複数の信号光に分波し、前記複数の信号光のそれぞれを前記複数のＰＤで受光し、前記複数のＰＤのそれぞれの出力信号を所定値以上とする前記光分波器の前記複数のＰＤに対する位置を決定する工程と、
   を含む、請求項４又は５に記載の光受信モジュールの製造方法。
7. 前記外部光源を準備する工程は、
   前記実装基準面に平行で且つ前記実装基準面に対向する反射面を準備する工程と、
   前記試験光を前記反射面で反射させて、前記外部光源の光軸を前記実装基準面に対して垂直にする工程と、
   を含む、請求項４〜６のいずれか１項に記載の光受信モジュールの製造方法。
   

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