JP4049026B2

JP4049026B2 - 光結合部材、光モジュール及びその製造方法

Info

Publication number: JP4049026B2
Application number: JP2003171014A
Authority: JP
Inventors: 和宣吉田; 裕美中西; 美樹工原
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2003-06-16
Filing date: 2003-06-16
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2023-06-16
Also published as: JP2005010211A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に用いる光結合部材、光モジュール及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光モジュールとしては、例えば特許文献１に記載されているものがある。この文献に記載の光モジュールは、半導体レーザと、この半導体レーザからの光を集光するための集光用レンズが密着固定された金属ベースと、この金属ベースに固定された光アイソレータと、この光アイソレータに固定され光ファイバを保護したフェルールとを備えている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−１１３９３１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術においては、集光用レンズが密着固定された金属ベースの先端面に光アイソレータを突き合わせて固定する構造であるため、光学系の光軸方向の位置調整が行えず、半導体レーザから出射されたレーザ光の焦点位置を最適な位置に合わせることができない。また、光アイソレータの光軸回り（回転方向）の位置調整が行いにくいため、光アイソレータに入るレーザ光の偏波方向を正確に合わせることも困難である。その結果、光ファイバと発光素子との光結合損失が増大する。
【０００５】
本発明の目的は、光ファイバと光素子との光結合効率を向上させることを可能にする光結合部材、光モジュール及びその製造方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、発光素子または受光素子と光ファイバとを光学的に結合させるための光結合部材であって、発光素子または受光素子を収容したパッケージの先端側部分が嵌入される第１筒状嵌合部を有するハウジングと、ハウジングの内部に配置され、発光素子から光ファイバに向かう光または光ファイバから受光素子に向かう光の反射戻りを除去するアイソレータとを備えることを特徴とするものである。
【０００７】
このような光結合部材を使って、例えば光送信モジュールを構成する場合は、発光素子を有する光送信部と光ファイバを保持したファイバ保持部材とを用意する。そして、光送信部における発光素子を収容したパッケージの先端側部分を第１筒状嵌合部に嵌入した状態で、パッケージと光結合部材のハウジングとを固定すると共に、光結合部材における第１筒状嵌合部の反対側において、ファイバ保持部材を光結合部材のハウジングに固定する。このように発光素子を収容したパッケージは、ハウジングの端面に突き当てるのではなく、第１筒状嵌合部に嵌入される構成であるので、パッケージを光結合部材に対して光軸方向に位置調整することが可能である。従って、発光素子からの光を集光させる集光レンズが光送信部に設けられている場合に、発光素子から出射された光の焦点位置を最適な位置に合わせることができる。また、光結合部材に対するパッケージの回転方向（光軸回り）の位置調整が容易に行えるため、アイソレータに入った光の偏波方向を正確に合わせることができる。従って、発光素子と光ファイバとの光結合効率を高くすることが可能となる。
【０００８】
好ましくは、ハウジングにおける第１筒状嵌合部の反対側には、光ファイバを保持するファイバ保持部材の一端側部分が嵌入される第２筒状嵌合部が設けられている。ファイバ保持部材に保持される光ファイバは、光の反射防止のために端面を斜めカットしていることがある。この場合、光素子と光ファイバとの光結合効率をより高めるには、ファイバ保持部材を光結合部材に対して回転方向（光軸回り）に位置調整する必要があるが、ファイバ保持部材の一端側部分が嵌入される第２筒状嵌合部をハウジングに設けることにより、ファイバ保持部材の回転方向の位置調整が行いやすくなる。
【０００９】
本発明に係わる光モジュールは、発光素子を有する光送信部と、光ファイバを保持するファイバ保持部材と、光送信部とファイバ保持部材との間に介在され、発光素子と光ファイバとを光学的に結合させるための光結合部材とを備え、光送信部は、発光素子から出射された光を集光させる集光レンズと、発光素子を収容すると共に集光レンズを保持したパッケージとを更に有し、光結合部材は、パッケージの先端側部分が嵌入された筒状嵌合部を有するハウジングと、ハウジングの内部に配置され、発光素子から光ファイバに向かう光の反射戻りを除去するアイソレータとを有することを特徴とするものである。
【００１０】
このように光結合部材のハウジングに、発光素子を収容したパッケージの先端側部分が嵌入される筒状嵌合部を設けることにより、パッケージを光結合部材に対して光軸方向に位置調整することが可能である。従って、発光素子から出射された光の焦点位置を最適な位置に合わせることができる。また、光結合部材に対するパッケージの回転方向（光軸回り）の位置調整が容易に行えるため、アイソレータに入った光の偏波方向を正確に合わせることができる。従って、発光素子と光ファイバとの光結合効率を高くすることが可能となる。
【００１１】
好ましくは、パッケージの先端部には、ファイバ保持部材側に延在し、筒状嵌合部の内径と同等の外径をもった筒状壁部が設けられている。これにより、光結合部材のハウジングを、例えばＹＡＧ溶接によってパッケージに固定する場合に、ＹＡＧ溶接しやすいように筒状嵌合部の肉厚を薄くしても、集光レンズに歪み等の機械的負荷がかかることが抑えられる。
【００１２】
本発明に係わる光モジュールの製造方法は、上述した光送信部、ファイバ保持部材及び光結合部材を用意する工程と、パッケージの先端側部分を筒状嵌合部に嵌入した状態で、光送信部と光結合部材との位置調整を行い、パッケージとハウジングとを固定する工程と、光結合部材と光ファイバとの位置調整を行い、ハウジングとファイバ保持部材とを固定する工程とを含むことを特徴とするものである。
【００１３】
この場合、発光素子から出射された光の焦点位置が所望位置となるように、パッケージを光結合部材に対して光軸方向に位置調整すると共に、アイソレータに入った光の偏波方向が所望方向となるように、パッケージを光結合部材に対して回転方向に位置調整することで、発光素子と光ファイバとの光結合効率を高くすることができる。
【００１４】
また、本発明に係わる光モジュールは、受光素子を有する光受信部と、光ファイバを保持するファイバ保持部材と、光受信部とファイバ保持部材との間に介在され、受光素子と光ファイバとを光学的に結合させるための光結合部材とを備え、光受信部は、光ファイバから出射された光を集光させる集光レンズと、受光素子を収容すると共に集光レンズを保持したパッケージとを更に有し、光結合部材は、パッケージの先端側部分が嵌入される筒状嵌合部を有するハウジングと、ハウジングの内部に配置され、光ファイバから受光素子に向かう光の反射戻りを除去するアイソレータとを有することを特徴とするものである。
【００１５】
このように光結合部材のハウジングに、受光素子を収容したパッケージの先端側部分が嵌入される筒状嵌合部を設けることにより、パッケージを光結合部材に対して光軸方向に位置調整することが可能である。従って、光ファイバから出射された光の焦点位置を最適な位置に合わせることができる。また、光結合部材に対するパッケージの回転方向（光軸回り）の位置調整が容易に行えるため、アイソレータに入った光の偏波方向を正確に合わせることができる。従って、光ファイバと受光素子との光結合効率を高くすることが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光結合部材、光モジュール及びその製造方法の好適な実施形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係る光モジュールの第１実施形態を示す断面図である。同図において、本実施形態の光モジュール１は光送信モジュールであり、光送信部２と、レセプタクル３と、これらの光送信部２とレセプタクル３との間に介在された光結合部材４とを有している。
【００１８】
光送信部２は、ステム５とキャップ６とからなる略円柱状のパッケージ７を有し、ステム５には、複数本のリードピン８が固定されている。パッケージ７内において、ステム５には支持台９が固定されている。支持台９上には、レーザ光を発生させる発光素子１０と、この発光素子１０で発生した光を受光するモニタ用受光素子１１とが載置されている。発光素子１０は、例えばInGaAsP系FP-LD（レーザダイオード）であり、モニタ用受光素子１１は、例えばInGaAs系のPIN-PD（フォトダイオード）である。
【００１９】
キャップ６は開口部６ａを有し、この開口部６ａには、発光素子１０からの光を集光させる集光レンズ１２が配置されている。集光レンズ１２は、図示の通り球レンズであっても良いし、非球面レンズであっても良い。
【００２０】
なお、パッケージ７は、発光素子１０を収容すると共に集光レンズ１２を保持するものであり、パッケージ７のキャップ６は、ステンレス等で形成されている。
【００２１】
レセプタクル３は、ステンレス等で形成された単心フェルール１３を有し、この単心フェルール１３に設けられたファイバ穴１３ａには、ダミーファイバであるファイバスタブ１４が挿入されている。ファイバスタブ１４の一端面は、単心フェルール１３の基端面１３ｂにほぼ一致していると共に、発光素子１０からの光の反射防止のために所定の角度（例えば６度）に斜めカットされている。このようなレセプタクル３のファイバ穴１３ａには、外部の光ファイバ１５がファイバスタブ１４に突き当たるように挿入される。
【００２２】
光結合部材４は、光送信部２の発光素子１０とレセプタクル３のファイバスタブ１４とを光学的に結合させるための部材である。光結合部材４は、ステンレス等で形成されたスリーブ型のハウジング１６を有している。ハウジング１６は、光送信部２のパッケージ７の外径と同等の内径を有する筒状嵌合部１７を一端側に有し、この筒状嵌合部１７には、パッケージ７の先端側部分が嵌入されている。筒状嵌合部１７は、パッケージ７に対してＹＡＧ溶接しやすいように、所望の強度を確保できる範囲で肉厚を薄く形成するのが望ましい。また、ハウジング１６の他端面は、レセプタクル３のフェルール１３の基端面１３ｂが接合される接触面１８を構成している。
【００２３】
このようにパッケージ７を嵌入させるための筒状嵌合部１７を設けることにより、パッケージ７をハウジング１６に対してパッケージ７（ハウジング１６）の軸方向（図示Ｚ軸方向）に位置調整することができる。また、パッケージ７のハウジング１６に対するＺ軸回り（図示θ回転方向）の位置調整を容易に行うことが可能となる。さらに、パッケージ７とハウジング１６との調芯（図示Ｚ軸方向に垂直なＸ軸，Ｙ軸方向の軸芯合わせ）が不要となる。
【００２４】
ハウジング１６内において、接触面１８側にはアイソレータ１９が配置されている。アイソレータ１９は、発光素子１０からファイバスタブ１４に向かう光の反射戻りを除去するものである。アイソレータ１９は、ハウジング１６の一端側から他端側に向けて順に偏光子、ファラデー回転子、偏光子を配置して形成されたアイソレータ素子２０と、このアイソレータ素子２０の周囲に配置された環状のマグネット２１とからなっている。
【００２５】
以上のような光送信部２、レセプタクル３及び光結合部材４により光モジュール１を組み立てる場合は、まず光送信部２のパッケージ７の先端側部分を光結合部材４の筒状嵌合部１７に差し込む。
【００２６】
そして、ハウジング１６の接触面１８にレセプタクル３のフェルール１３を突き合わせた（後述）際にファイバスタブ１４への光結合パワーが最大となるように、パッケージ７をハウジング１６に対してＺ軸方向及びθ回転方向に位置調整する。具体的には、発光素子１０から出射された光の焦点位置がファイバスタブ１４の傾斜面（光入射面）に合うように、パッケージ７をハウジング１６に対してＺ軸方向に位置合わせする。また、発光素子１０からの光がアイソレータ１９に入った時に偏波光が最も透過するように、パッケージ７をハウジング１６に対してθ回転方向に位置合わせする。そして、その状態で、ＹＡＧ溶接等によりハウジング１６をパッケージ７に固定する。
【００２７】
続いて、レセプタクル３を光結合部材４に対してＸ軸，Ｙ軸方向に調芯する。また、上述したようにファイバスタブ１４の光入射面は斜めカットされているので、ファイバスタブ１４の回転方向位置によっても、ファイバスタブ１４への光結合パワーが変わってくる。このため、レセプタクル３を光結合部材４に対して図示α回転方向にも位置調整する。そして、その状態で、ＹＡＧ溶接等によりレセプタクル３のフェルール１３を光結合部材４のハウジング１６に固定する。
【００２８】
なお、上記の組立方法とは逆に、レセプタクル３と光結合部材４とを位置調整して固定した後に、光送信部２と光結合部材４とを位置調整して固定するようにしても良い。
【００２９】
以上のように本実施形態にあっては、光結合部材４のハウジング１６に、光送信部２のパッケージ７が嵌入される筒状嵌合部１７を設け、ハウジング１６に対するパッケージ７のＺ軸方向及びθ回転方向の位置調整が確実に行えるようにしたので、発光素子１０とファイバスタブ１４との光結合効率を高くすることが可能となる。
【００３０】
また、そのような筒状嵌合部１７を設けることで、ハウジング１６に対するパッケージ７のθ回転方向の位置調整が容易に行えると共に、光送信部２と光結合部材４との調芯作業が不要となるため、光モジュール製作時の労力を軽減することができる。
【００３１】
さらに、光送信部２のキャップ６に取り付けられるレンズを集光レンズ１２としたので、コリメートレンズを使用した場合と異なり、アイソレータ１９とファイバスタブ１４との間に別に集光レンズを設けなくて済む。また、アイソレータ１９は、集光レンズ１２によって光が十分に絞られたハウジング１６の接触面１８側に配置されているので、小型で安価なアイソレータ１９を使用可能である。従って、光結合部材４を全体的に小型化できると共に、光モジュール１に要する部品点数を少なくし、製作コストを抑えることできる。
【００３２】
図２は、本発明に係る光モジュールの第２実施形態を示す断面図である。図中、第１実施形態と同一または同等の部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００３３】
同図において、本実施形態の光モジュール３０は、第１実施形態における光結合部材４の代わりに、光結合部材３１を有している。光結合部材３１はスリーブ型のハウジング３２を有し、このハウジング３２の一端側には、上記の筒状嵌合部１７が設けられている。ハウジング３２の他端側には、レセプタクル３の外径と同等の内径を有する筒状嵌合部３３が設けられ、この筒状嵌合部３３にはレセプタクル３の基端側部分が嵌入されている。そして、レセプタクル３の基端面１３ｂがハウジング３２の内壁面３２ａに突き当てられた状態で、ハウジング３２がＹＡＧ溶接等によりレセプタクル３のフェルール１３に固定されている。
【００３４】
このようにハウジング３２に筒状嵌合部３３を設けることにより、光結合部材３１に対するレセプタクル３のα回転方向の位置調整が行いやすくなると共に、光結合部材３１に対するレセプタクル３の調芯作業を行わずに済む。これにより、光モジュール製作時の労力をより軽減することができる。また、光結合部材３１とレセプタクル３とを安定して固定することが可能となる。
【００３５】
図３は、本発明に係る光モジュールの第３実施形態を示す断面図である。図中、第１実施形態と同一または同等の部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００３６】
同図において、本実施形態の光モジュール４０は、第１実施形態におけるキャップ６の代わりに、キャップ４１を有している。キャップ４１の先端部には、光結合部材４の筒状嵌合部１７の基部（レセプタクル３側）に向けて延在し、筒状嵌合部１７の内径と同等の外径をもった筒状壁部４２が設けられている。
【００３７】
このような筒状壁部４２を設けることにより、筒状嵌合部１７をキャップ４１にＹＡＧ溶接しやすいように筒状嵌合部１７の肉厚を十分に薄くした場合であっても、集光レンズ１２に歪み等の機械的負荷が加わることを防止できる。
【００３８】
図４は、本発明に係る光モジュールの第４実施形態を示す断面図である。図中、第１実施形態と同一または同等の部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００３９】
同図において、本実施形態の光モジュール５０は光受信モジュールであり、上面入射型の光受信部５１と、第１実施形態と同様のレセプタクル３及び光結合部材４とを有している。光受信部５１は、ステム５２とキャップ５３とからなるパッケージ５４を有し、ステム５２には、複数本のリードピン５５が固定されている。キャップ５３の開口部５３ａには、集光レンズ５６が配置されている。パッケージ５４内において、ステム５２上には支持台５７が配置され、この支持台５７上には受光素子５８が載置されている。受光素子５８は、例えばInGaAs系のPIN-PDである。
【００４０】
このような光モジュール５０において、外部の光ファイバ１５から送られてきた光は、レセプタクル３のファイバスタブ１４から出射される。そして、その光は、光結合部材４のアイソレータ１９、集光レンズ５６を通って受光素子５８に入射される。集光レンズ５６は、ファイバスタブ１４から出射された光を集光させるレンズである。アイソレータ１９は、ファイバスタブ１４から受光素子５８に向かう光の反射戻りを除去するものである。
【００４１】
本実施形態においては、光結合部材４のハウジング１６に対するパッケージ５４のＺ軸方向及びθ回転方向の位置調整が確実に行えるので、受光素子５８とファイバスタブ１４との光結合効率を高くすることが可能となる。
【００４２】
なお、光受信部５１は、上記のような上面入射型に限らず、導波路型であっても良い。また、第２実施形態のように、レセプタクル３が嵌入される筒状嵌合部を光結合部材４のハウジング１６に設けても良いし、第３実施形態のように、光受信部５１のパッケージ５４の先端部に筒状壁部を設けても良い。
【００４３】
以上、本発明に係わる光モジュールの好適な実施形態について幾つか説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、光結合部材のハウジングの一端側にレセプタクル３を固定する構成としたが、レセプタクル３の代わりに、光ファイバコードの片側に光コネクタが設けられたピグテールを使用し、このピグテールの光コネクタを光結合部材に固定しても良い。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、光結合部材のハウジングに、発光素子または受光素子を収容したパッケージの先端側部分が嵌入される第１筒状嵌合部を設けたので、パッケージをハウジングに対して光軸方向に位置調整することができる。これにより、光ファイバと発光素子または受光素子との光結合効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光モジュールの第１実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明に係る光モジュールの第２実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明に係る光モジュールの第３実施形態を示す断面図である。
【図４】本発明に係る光モジュールの第４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…光送信部、３…レセプタクル、４…光結合部材、７…パッケージ、１０…発光素子、１２…集光レンズ、１３…フェルール（ファイバ保持部材）、１４…ファイバスタブ（光ファイバ）、１６…ハウジング、１７…筒状嵌合部（第１筒状嵌合部）、１９…アイソレータ、３０…光モジュール、３１…光結合部材、３２…ハウジング、３３…筒状嵌合部（第２筒状嵌合部）、４０…光モジュール、４１…パッケージ、４２…筒状壁部、５０…光モジュール、５１…光受信部、５４…パッケージ、５６…集光レンズ、５８…受光素子。

Claims

発光素子または受光素子と光ファイバとを光学的に結合させるための光結合部材であって、
前記発光素子または前記受光素子を収容したパッケージの先端側部分が嵌入される第１筒状嵌合部を有するハウジングと、
前記ハウジングの内部に配置され、前記発光素子から前記光ファイバに向かう光または前記光ファイバから前記受光素子に向かう光の反射戻りを除去するアイソレータとを備えることを特徴とする光結合部材。
前記ハウジングにおける前記第１筒状嵌合部の反対側には、前記光ファイバを保持するファイバ保持部材の一端側部分が嵌入される第２筒状嵌合部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の光結合部材。
発光素子を有する光送信部と、
光ファイバを保持するファイバ保持部材と、
前記光送信部と前記ファイバ保持部材との間に介在され、前記発光素子と前記光ファイバとを光学的に結合させるための光結合部材とを備え、
前記光送信部は、前記発光素子から出射された光を集光させる集光レンズと、前記発光素子を収容すると共に前記集光レンズを保持したパッケージとを更に有し、
前記光結合部材は、前記パッケージの先端側部分が嵌入される筒状嵌合部を有するハウジングと、前記ハウジングの内部に配置され、前記発光素子から前記光ファイバに向かう光の反射戻りを除去するアイソレータとを有することを特徴とする光モジュール。
前記パッケージの先端部には、前記ファイバ保持部材側に延在し、前記筒状嵌合部の内径と同等の外径をもった筒状壁部が設けられていることを特徴とする請求項３記載の光モジュール。
請求項３または４記載の光送信部、ファイバ保持部材及び光結合部材を用意する工程と、
前記パッケージの先端側部分を前記筒状嵌合部に嵌入した状態で、前記光送信部と前記光結合部材との位置調整を行い、前記パッケージと前記ハウジングとを固定する工程と、
前記光結合部材と前記光ファイバとの位置調整を行い、前記ハウジングと前記ファイバ保持部材とを固定する工程とを含むことを特徴とする光モジュールの製造方法。
受光素子を有する光受信部と、
光ファイバを保持するファイバ保持部材と、
前記光受信部と前記ファイバ保持部材との間に介在され、前記受光素子と前記光ファイバとを光学的に結合させるための光結合部材とを備え、
前記光受信部は、前記光ファイバから出射された光を集光させる集光レンズと、前記受光素子を収容すると共に前記集光レンズを保持したパッケージとを更に有し、
前記光結合部材は、前記パッケージの先端側部分が嵌入される筒状嵌合部を有するハウジングと、前記ハウジングの内部に配置され、前記光ファイバから前記受光素子に向かう光の反射戻りを除去するアイソレータとを有することを特徴とする光モジュール。