JP4413448B2 - 光モジュールへのフェルール固定方法及びフェルールの把持部材 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光モジュールへのフェルール固定方法及びフェルールの把持部材に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
光ファイバを有する光モジュール、例えば、半導体レーザモジュールにおいては、前記光ファイバがパッケージから外部へ延出する部分を半田で封止することで、パッケージを気密に封止している。
ところで、上述のように光モジュールの製造に際して半田でパッケージを封止する場合、半田付け等の熱がフェルールと光ファイバを固定する半田等を溶かし、光ファイバの固定が外れる可能性があった。
【0003】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、フェルールに対する光ファイバの固定が外れることを防止できる光モジュールへのフェルール固定方法並びに封止作業において用い、熱的影響を低減できるフェルールの把持部材を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項1に記載の発明の光モジュールへのフェルール固定方法においては、光ファイバが挿通され、前記光ファイバが半田で固定されたフェルールをパッケージに固定する光モジュールへのフェルール固定方法であって、前記フェルールを把持する把持部に連続し、かつ熱伝導性に優れた素材からなるアーム部に設けられた水冷式の冷却手段、あるいは低温の不活性ガスを吹き付ける冷却手段を備え、前記光ファイバを前記フェルールに固定した部分の半田の溶融温度より低い温度まで前記フェルールを前記冷却手段によって冷却しながら前記パッケージに直接もしくは間接にレーザ溶接もしくは半田付け固定する構成としたのである。
また、上記目的を達成するため請求項2に記載の発明の光モジュールへのフェルール固定方法においては、光ファイバが挿通され、前記光ファイバが半田で固定されたフェルールをパッケージに固定する光モジュールへのフェルール固定方法であって、前記フェルールを把持する把持部に連続し、かつ熱伝導性に優れた素材からなるアーム部に設けられたペルチェモジュールからなる冷却手段を備え、前記光ファイバを前記フェルールに固定した部分の半田の溶融温度より低い温度まで前記フェルールを前記冷却手段によって冷却しながら前記パッケージに直接もしくは間接にレーザ溶接もしくは半田付け固定する構成としたのである。
上記請求項1又は請求項2に記載の発明の光モジュールへのフェルール固定方法において、前記レーザ溶接はYAGレーザであることが好ましく、前記半田付け固定はPbフリー半田によるものであることが好ましい。また、上記発明の光モジュールへのフェルール固定方法において、前記冷却は冷却手段を具備した把持部材によって、前記光ファイバを前記フェルールに固定した部分を冷却することにより行われることが好ましい。さらに、上記発明の光モジュールへのフェルール固定方法において、前記フェルールの温度を検出し、前記冷却手段の作動を制御することが好ましい。
上記目的を達成するため本発明の半導体レーザモジュールの製造方法においては、半導体レーザと、前記半導体レーザに結合された光ファイバと、前記半導体レーザが設置されるパッケージと、を含む半導体レーザモジュールの製造方法であって、前記光ファイバは請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載のフェルール固定方法によって前記パッケージに固定されている構成としたのである。
上記目的を達成するため本発明の光モジュールの製造方法においては、請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載のフェルール固定方法を用いた構成としたのである。
【0005】
更に、上記目的を達成するため請求項9に記載の発明のフェルールの把持部材においては、光ファイバが挿通され、前記光ファイバが半田で固定されたフェルールを把持する把持部と、前記フェルールをパッケージに直接もしくは間接にレーザ溶接もしくは半田付け固定する際に前記把持部を介して前記フェルールを、前記光ファイバを前記フェルールに固定した部分の半田の溶融温度より低い温度まで冷却する冷却手段と、を有し、前記冷却手段が前記把持部に連続し、かつ熱伝導性に優れた素材からなるアーム部に設けられた水冷式の冷却手段、あるいは低温の不活性ガスを吹き付ける冷却手段である構成としたのである。
また、上記目的を達成するため請求項10に記載の発明のフェルールの把持部材においては、光ファイバが挿通され、前記光ファイバが半田で固定されたフェルールを把持する把持部と、前記フェルールをパッケージに直接もしくは間接にレーザ溶接もしくは半田付け固定する際に前記把持部を介して前記フェルールを、前記光ファイバを前記フェルールに固定した部分の半田の溶融温度より低い温度まで冷却する冷却手段と、を有し、前記冷却手段が前記把持部に連続し、かつ熱伝導性に優れた素材からなるアーム部に設けられたペルチェモジュールである構成としたのである。
上記請求項9又は請求項10に記載の発明のフェルールの把持部材において、前記把持部の前記フェルールを把持するための把持溝が、前記フェルールの外周形状に合わせて湾曲面に形成されていることが好ましい。
上記請求項10に記載の発明のフェルールの把持部材において、前記ペルチェモジュールにはさらに放熱フィンが設けられていることが好ましく、さらに、前記把持部に熱電対あるいはサーミスタを設け、前記フェルールに近い位置で温度を検出し、前記ペルチェモジュールの作動を制御することが好ましい。
上記請求項9又は請求項10に記載の発明のフェルールの把持部材において、前記把持部は前記光ファイバを前記フェルールに固定した部分を覆うように構成されていることが好ましい。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光モジュール、その封止方法及びフェルールの把持部材に係る一実施形態を図1乃至図4に基づいて詳細に説明する。
半導体レーザモジュール1は、図1に示すように、金属製のパッケージ2内にペルチェモジュール3が配置され、ペルチェモジュール3の上にベース4が設置されている。
【0007】
パッケージ2は、本体2aと蓋2bを有し、本体2aにはネック部2cが形成されている。
ベース4上には、略中央上面にヒートシンク5を介して半導体レーザ素子6が設けられ、ヒートシンク5を挟んで一方にキャリア付けされたモニタフォトダイオード7が、他方にフェルール保持具8,9を介して第1フェルール11が、それぞれ設けられている。
【0008】
第1フェルール11は、先端を突出させたレンズドファイバ12が挿通固定されている。レンズドファイバ12は、先端にレンズ部12aが形成され、先端側表面にAu等からなる金属メッキ12bが施されている。レンズドファイバ12は、先端のレンズ部12aが半導体レーザ素子6と調心して対向配置され、パッケージ2に形成されたネック部2cから外部へ導出されている。レンズドファイバ12は、ネック部2cに対応する部分に金属製の第2フェルール13が取り付けられている。レンズドファイバ12と第1フェルール11,第2フェルール13とは、第2フェルール13の先端部においてAu−Snからなる半田15で固定されている。
【0009】
そして、パッケージ2は、ネック部2cの端部に金属、例えば、Fe−Ni−Co系の合金からなるリング状の封止板14をYAGレーザで溶接すると共に、第2フェルール13と封止板14との間を全周に亘ってYAGレーザで溶接し、第2フェルール13が図1に示すようにパッケージ2に封止板14を介して間接的に封止固定されている。このとき、パッケージ2は、ネック部2cの端部を封止板14で封止することができれば、YAGレーザに限定されるものでないことは言うまでもなく、例えば、CO2(炭酸ガス)レーザー等のレーザ溶接で封止することができる。
【0010】
上記のように構成される半導体レーザモジュール1を製造するには、パッケージ2の本体2a内にペルチェモジュール3を配置し、予めヒートシンク5乃至フェルール保持具8,9を設けたベース4を設置すると共に、第2フェルール13を取り付けたレンズドファイバ12をネック部2cからパッケージ2内へ導入し、先端のレンズ部12aを半導体レーザ素子6と調心して第1フェルール11をフェルール保持具8,9に固定する。そして、ネック部2cを前記のように封止板14で封止すると共に、本体2aに蓋2bを抵抗シーム溶接で取り付けることにより、パッケージ2が気密に封止された半導体レーザモジュール1が組み立てられる。
【0011】
ここで、ネック部2cを封止板14で封止するときに、図2に示すように、第2フェルール13を把持部材20で把持してYAGレーザ溶接を行う。
把持部材20は、図3及び図4に示すように、2本のアーム21とペルチェモジュール22とを有している。
アーム21は、銅等の熱伝導性に優れた素材から成形され、一端に第2フェルール13を把持する把持部21aが、他端に取付部21bが、それぞれ設けられている。把持部21aは、内側に第2フェルール13の外周形状に合わせて湾曲面に形成した把持溝21cが設けられている。取付部21bは、外側にペルチェモジュール22が取り付けられ、把持部材20を駆動させる駆動機構(図示せず)に取り付けるねじ孔21dが形成されている。
【0012】
ペルチェモジュール22は、アーム21の把持部21aを介して第2フェルール13を冷却する冷却手段で、取付部21bの外側に取り付けられ、本体22aに複数の放熱フィン22bが設けられている。ペルチェモジュール22は、第2フェルール13がレンズドファイバ12と第2フェルール13とを固定するAu−Snの半田15の融点(183℃)よりも低い温度(例えば、150℃以下)となるように制御される。
【0013】
従って、第2フェルール13の半田15形成部分の近傍を把持部材20で把持してYAGレーザ溶接した場合、溶接に伴う熱が第2フェルール13を伝わってきても、この熱がペルチェモジュール22によって冷却されているアーム21に伝わって第2フェルール13の半田15形成部分が温度上昇することが抑制される。従って、レンズドファイバ12と第2フェルール13とを固定するAu−Snの半田15が溶けることが防止される。このように、半導体レーザモジュール1は、パッケージ2の封止に際して第2フェルール13が過剰な熱的影響を受けることが防止され、製造上の歩留まりが向上する。
【0014】
特に、アーム21は、把持溝21cが第2フェルール13の外周形状に合わせて湾曲面に形成されているため、V溝とした場合には線接触であるのに対し、第2フェルール13と面接触となって接触面積が多くなる。このため、アーム21は、把持溝21cをV溝とした場合に比べると第2フェルール13から多量の熱を奪い、高い冷却効果を発揮することができる。
【0015】
しかも、半導体レーザモジュール1は、ネック部2cを封止するときに、YAGレーザで溶接し、半田を使用しないので、溶接作業を機械を用いて自動化することができるうえ、機械化することにより封止性能が一定で、高い信頼性を有するものとなる。
ここで、把持部材20は、ファン(図示せず)を設けて複数の放熱フィン22bに冷却風を送ると、ペルチェモジュール22によるアーム21の冷却効果が更に向上する。また、把持部材20は、ペルチェモジュール22に代えて冷却水を循環させる水冷式の冷却手段を用いてもよいし、第2フェルール13や把持部21aに向けて低温の不活性ガス、例えばアルゴン,ヘリウム或いはチッ素等を吹き付ける冷却手段を用いてもよい。
【0016】
また、各アーム21は、把持部21aに熱電対やサーミスタを設けると、第2フェルール13に近い位置で温度を検出し、これによりアーム21を冷却するペルチェモジュール22の作動を制御することができるようになる。
尚、上記実施形態は、光モジュールとして半導体レーザモジュールの場合について説明したが、光ファイバが挿通固定されたフェルールがパッケージに固定される光モジュールであれば半導体レーザモジュールに限定されるものでないことは言うまでもない。
【0017】
また、本発明は、パッケージとフェルールを半田付けする場合も有効である。特に、近年Pbフリー半田(Au−Sn等)の使用可能性が高まっており、その場合、融点が高いため、本発明により光ファイバ固定外れを防止することが好ましい。
更に、第2フェルール13は、パッケージ2に直接レーザ溶接固定してもよい。一方、把持部材20は、把持部21aにペルチェモジュール等の冷却手段が直接取り付けられていてもよい。
【0018】
【発明の効果】
請求項1及び2に記載の発明によれば、フェルールに対する光ファイバの固定が外れることを防止できる光モジュールへのフェルール固定方法並びに封止作業において用い、熱的影響を低減できるフェルールの把持部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光モジュールへのフェルール固定方法に係る一実施形態を示す光モジュールの断面図である。
【図2】図1の光モジュールの要部を拡大して示す断面図である。
【図3】本発明のフェルールの把持部材の一実施形態を示す斜視図である。
【図4】図3の把持部材の一方を示す側面図である。
【符号の説明】
1 半導体レーザモジュール
2 パッケージ
3 ペルチェモジュール
4 ベース
5 ヒートシンク
6 半導体レーザ素子
7 モニタフォトダイオード
8,9 フェルール保持具
11 第1フェルール
12 レンズドファイバ
13 第2フェルール
14 封止板
20 把持部材
21 アーム
22 ペルチェモジュール(冷却手段)
Claims (14)
- 光ファイバが挿通され、前記光ファイバが半田で固定されたフェルールをパッケージに固定する光モジュールへのフェルール固定方法であって、
前記フェルールを把持する把持部に連続し、かつ熱伝導性に優れた素材からなるアーム部に設けられた水冷式の冷却手段、あるいは低温の不活性ガスを吹き付ける冷却手段を備え、
前記光ファイバを前記フェルールに固定した部分の半田の溶融温度より低い温度まで前記フェルールを前記冷却手段によって冷却しながら前記パッケージに直接もしくは間接にレーザ溶接もしくは半田付け固定することを特徴とする光モジュールへのフェルール固定方法。 - 光ファイバが挿通され、前記光ファイバが半田で固定されたフェルールをパッケージに固定する光モジュールへのフェルール固定方法であって、
前記フェルールを把持する把持部に連続し、かつ熱伝導性に優れた素材からなるアーム部に設けられたペルチェモジュールからなる冷却手段を備え、
前記光ファイバを前記フェルールに固定した部分の半田の溶融温度より低い温度まで前記フェルールを前記冷却手段によって冷却しながら前記パッケージに直接もしくは間接にレーザ溶接もしくは半田付け固定することを特徴とする光モジュールへのフェルール固定方法。 - 前記レーザ溶接はYAGレーザであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のフェルール固定方法。
- 前記半田付け固定はPbフリー半田によるものであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のフェルール固定方法。
- 前記冷却は冷却手段を具備した把持部材によって、前記光ファイバを前記フェルールに固定した部分を冷却することにより行われることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のフェルール固定方法。
- 前記フェルールの温度を検出し、前記冷却手段の作動を制御することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のフェルール固定方法。
- 半導体レーザと、前記半導体レーザに結合された光ファイバと、前記半導体レーザが設置されるパッケージと、を含む半導体レーザモジュールの製造方法であって、
前記光ファイバは請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載のフェルール固定方法によって前記パッケージに固定されていることを特徴とする半導体レーザモジュールの製造方法。 - 請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載のフェルール固定方法を用いた光モジュールの製造方法。
- 光ファイバが挿通され、前記光ファイバが半田で固定されたフェルールを把持する把持部と、
前記フェルールをパッケージに直接もしくは間接にレーザ溶接もしくは半田付け固定する際に前記把持部を介して前記フェルールを、前記光ファイバを前記フェルールに固定した部分の半田の溶融温度より低い温度まで冷却する冷却手段と、を有し、
前記冷却手段が前記把持部に連続し、かつ熱伝導性に優れた素材からなるアーム部に設けられた水冷式の冷却手段、あるいは低温の不活性ガスを吹き付ける冷却手段であることを特徴とするフェルールの把持部材。 - 光ファイバが挿通され、前記光ファイバが半田で固定されたフェルールを把持する把持部と、
前記フェルールをパッケージに直接もしくは間接にレーザ溶接もしくは半田付け固定する際に前記把持部を介して前記フェルールを、前記光ファイバを前記フェルールに固定した部分の半田の溶融温度より低い温度まで冷却する冷却手段と、を有し、
前記冷却手段が前記把持部に連続し、かつ熱伝導性に優れた素材からなるアーム部に設けられたペルチェモジュールであることを特徴とするフェルールの把持部材。 - 前記把持部の前記フェルールを把持するための把持溝が、前記フェルールの外周形状に合わせて湾曲面に形成されていることを特徴とする請求項9又は請求項10に記載のフェルールの把持部材。
- 前記ペルチェモジュールにはさらに放熱フィンが設けられていることを特徴とする請求項10に記載のフェルールの把持部材。
- 前記把持部に熱電対あるいはサーミスタを設け、前記フェルールに近い位置で温度を検出し、前記ペルチェモジュールの作動を制御することを特徴とする請求項10又は請求項12に記載のフェルールの把持部材。
- 前記把持部は前記光ファイバを前記フェルールに固定した部分を覆うように構成されていることを特徴とする請求項9から請求項13までのいずれか1項に記載のフェルールの把持部材。
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