JPH06174967A

JPH06174967A - 光モジュール

Info

Publication number: JPH06174967A
Application number: JP32797892A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Kurosawa; 芳宣黒沢; Tatsuo Teraoka; 達夫寺岡; Takayuki Kadoi; 孝之門井
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1992-12-08
Filing date: 1992-12-08
Publication date: 1994-06-24

Abstract

(57)【要約】【目的】ホルダ溶接時における光軸ずれを抑え、接続
損失を低くすると共に長期信頼性を確保できる光モジュ
ールを提供する。【構成】光部品を搭載した金属製ホルダ（１１ａと１
１ｂ）、（１１ａと１１ｃ）同士を突き合わせ、その接
合部をレーザ溶接する光モジュールにおいて、両金属製
ホルダ（１１ａと１１ｂ）、（１１ａと１１ｃ）が突き
合う端面に、レーザ溶接部分１９に沿って平行な溝１７
ａ〜１７ｈを形成したことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバや光導波路
等の光部品を搭載した金属製ホルダ同士を突き合わせ、
その接合部をレーザ溶接する光モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】光導波路や光ファイバ等の光部品を用い
て光モジュールを形成する場合、特に光ファイバがシン
グルモードのときこれらの光軸を合わせるためには高精
度の実装技術が必要となる。例えばシングルモード光フ
ァイバとシングルモード光導波路とを接続する時に生じ
る光軸ずれによる損失は０．１ｄＢ以下が好ましいが、
損失をこの値以下に抑えるためには、光軸ずれを１μｍ
以下にしなければならない。

【０００３】このような高精度を要する接続には、有機
系接着剤を用いる方法がとられていたが、有機系接着剤
が経時的な温度変化により変質して光結合系に光軸ずれ
が生じて結合損失が増大する問題点があった。

【０００４】このため経時的な温度変化に対して安定性
に優れたはんだ接合による固定方法が用いられた。しか
し、一般に、はんだ材料の融点は１８３℃前後と低く、
クリープ現象が生じやすく、このクリープ現象により凝
固時の残留応力が経時的に徐々に開放されて無視できな
い程度の光軸ずれが生じるため、光伝送システムの長期
安定性を確保することが難しかった。

【０００５】そこで、最近、温度変化に対して安定であ
り、しかもクリープ現象の生じにくい溶接技術を用いる
固定方法が開発されてきた。

【０００６】ところが、金属材料を溶接する場合、溶融
凝固時および室温までの冷却時に起こる金属材料の収縮
により接合部に収縮応力が発生して溶接変形が生じる。
これを防止するために溶接部の面積を最小限にして溶接
材料に熱の影響を与えにくくするため、溶接熱源にエネ
ルギー密度が高く溶接部面積の小さいＹＡＧレーザを用
いたレーザ溶接を採用するなどが行われている。

【０００７】図５は従来の光モジュールの外観斜視図で
ある。

【０００８】同図に示すように、光モジュールは光ファ
イバや光導波路等の光部品が固定接着された３個のブロ
ック１ａ、１ｂ、１ｃをレーザ溶接によって接合して形
成したものであり、中央のブロック１ａは、石英製１×
４スター型カプラ素子２を、断面がコの字形状のステン
レス製のホルダ３ａに接着固定した後両端面を研磨した
ものである。左側のブロック１ｂは、単心精密Ｖ字溝ブ
ロック４上にシングルモード光ファイバ５を固定し、そ
の単心精密Ｖ字溝ブロック４を中央のブロック１ａと断
面が同一形状のステンレス製のホルダ３ｂに接着固定し
た後左側端面を研磨したものである。右側のブロック１
ｃは、４芯精密Ｖ字溝ブロック７上にシングルモード光
ファイバ８を４本固定し、その４芯Ｖ字溝ブロック７上
を中央のブロック１ｂと断面が同一形状のステンレス製
のホルダ３ｃに接着固定した後右側端面を研磨したもの
である。

【０００９】これら各ホルダ３ａ、３ｂ、３ｃを、端面
を突き合わせながら位置調整し光損失の最も小さい位置
を見出だし、突き合わせ面の両側面から同時にレーザ光
を照射して瞬時に溶接固定する。溶接箇所９は接続強度
向上のため通常２箇所以上となっている。この溶接作業
は単心ファイバ５側、４芯ファイバ８側の２箇所の接合
面で行われる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ホルダ
同士をレーザにより溶接固定する際に光軸ずれによる損
失が増加する問題点がある。光軸ずれの原因は１）レー
ザ光照射の衝撃、２）溶接部固化後の冷却過程での両ホ
ルダ間の光軸に直交する方向の熱収縮量の不均等性が考
えられる。

【００１１】１）に対してはホルダ同士を光軸方向に加
圧して、レーザ出射方向に関して突き合わせ端面でレー
ザ衝撃に抗する静止摩擦力を生じさせるか、または、各
ホルダを強固にクランプする等の方法がある。また特開
平２−２９８９０４号公報ではレーザ光の出力を抑える
べく、突き合わせ端部近傍に切欠部を設けることが開示
されている。

【００１２】２）に対してはレーザ光を接合部の中央に
照射し両ホルダへの熱伝導量を均等にすることが考えら
れる。

【００１３】しかしながら、いずれの場合も実際上かな
り難しい技術である。

【００１４】また、一般的にＹＡＧレーザ溶接を行う金
属部品には金メッキが施されているため、溶接部にクラ
ックが生じやすく溶接変形に起因する光軸ずれによる光
結合損失が増大する。クラック発生により、光結合部の
長期信頼性を確保することが難しい。被溶接部の金メッ
キ層でのＹＡＧレーザ光の反射率が高いため溶接に要す
るエネルギーが大きくなり、このレーザ光の衝撃力によ
り光軸ずれが生じる等の問題点がある。

【００１５】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、ホルダ溶接時における光軸ずれを抑え、接続損失を
低くすると共に長期信頼性を確保できる光モジュールを
提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、光部品を搭載した金属製ホルダ同士を突き
合わせ、その接合部をレーザ溶接する光モジュールにお
いて、両金属製ホルダ同士が突き合う端面に、レーザ溶
接部分に沿って平行な溝を形成したものである。

【００１７】また、本発明は側面に金メッキを施すと共
に光部品を搭載した金属製ホルダ同士を突き合わせ、そ
の接合部をレーザ溶接する光モジュールにおいて、レー
ザ溶接部分の金メッキをあらかじめ除去してレーザ溶接
したものである。

【００１８】

【作用】上記構成によれば、金属製ホルダ同士が突き合
う端面に、レーザ溶接部分に沿って平行な溝を形成した
ので、両金属製ホルダを接合する際にこれらの溝により
貫通口が形成され、レーザ溶接部から光部品への熱伝導
路が延長されると共に、この貫通口を介して放熱される
ことになり、光部品への熱の伝導量が低減し、溶接固化
後の光軸ずれが低減される。

【００１９】また、ホルダに施された金メッキの内のレ
ーザ溶接部分の金メッキをあらかじめ除去した後、ホル
ダをレーザ溶接したので、ホルダからのレーザ光の反射
量が減少する。このため低エネルギーでのレーザ溶接が
可能となり、レーザ衝撃力が減少して光軸ずれが低減さ
れる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て詳述する。

【００２１】図１は本発明の光モジュールの一実施例の
外観斜視図である。

【００２２】同図に示すように光モジュールは、光ファ
イバや光導波路等の光部品を搭載した３個のブロック１
０ａ、１０ｂ、１０ｃを突き合わせ、その接合部（左右
両側面）をレーザ溶接により接合して形成したものであ
る。

【００２３】光モジュールの中央のブロック１０ａは、
断面が略コの字形状の金属（例えばステンレス）製のホ
ルダ１１ａと、このホルダ１１ａの内側に接着固定され
た石英製１×４スター型カプラ素子１２とで構成されて
いる。

【００２４】左側のブロック１０ｂは、中央のブロック
１０ａと断面が同一形状のステンレス製のホルダ１１ｂ
と、このホルダ１１ｂ内に固定された単心精密Ｖ字溝ブ
ロック１３と、この単心精密Ｖ字溝ブロック１３上に固
定されたシングルモード光ファイバ１４とで構成されて
おり、このシングルモード光ファイバ１４の光軸と石英
製１×４スター型カプラ素子１２の光軸とが一致するよ
うに接合されている。

【００２５】右側のブロック１０ｃも中央のブロック１
０ａと断面が同一形状のステンレス製のホルダ１１ｃ
と、このホルダ１１ｃ内に固定された４芯精密Ｖ字溝ブ
ロック１５と、４芯精密Ｖ字溝ブロック１５上にそれぞ
れ固定された４本のシングルモード光ファイバ１６とで
構成されており、これらの４本のシングルモード光ファ
イバ１６の光軸と石英製１×４スター型カプラ素子１２
の光軸とがそれぞれ一致するように接合されている。

【００２６】図に示すようにこの光モジュールの各ホル
ダ１１ａ、１１ｂ、１１ｃの接合部には断面が長穴形状
の４個の貫通口１８ａ〜１８ｄがそれぞれ形成されてい
る。

【００２７】ここで、図２は図１に示した光モジュール
の中央のブロックの一部拡大図である。

【００２８】同図において、ブロック１０ａのホルダ１
１ａの左側の端面には、そのホルダ１１ａの側面に沿っ
た平行な２本の溝１７ｂ、１７ｄが形成されている。両
溝１７ｂ、１７ｄは例えば外側から約１ｍｍ隔てて内側
に、長さ約５ｍｍ、幅約１ｍｍ、深さ約２ｍｍの大きさ
に形成されており、断面が略Ｕ字形状となっている。こ
のホルダ１１ａの右側の端面（図１参照）にも同様の形
状を有する溝１７ｅ、１７ｇが形成されている。

【００２９】光モジュールの左側のブロック１０ｂに用
いられるホルダ１１ｂの、中央のブロック１０ａと突き
合う側の端面には、溝１７ｂ、１７ｄに対向する位置
に、同図に示すような形状の溝１７ａ、１７ｃが形成さ
れている。光モジュールの右側のブロック１０ｃに用い
られるホルダ１１ｃの、中央のブロック１０ａと突き合
う側の端面にも，溝１７ｅ、１７ｇに対向する位置に、
同図に示すような形状の溝１７ｆ、１７ｈが形成されて
いる。

【００３０】従ってブロック１０ａとブロック１０ｂと
が突き合わされて接合すると、溝１７ａと溝１７ｂとで
断面が長穴形状の貫通口１８ａが形成され、溝１７ｃと
１７ｄで同様の貫通口１８ｂが形成される。同様にブロ
ック１０ａとブロック１０ｃとが突き合わされて接合す
ると、溝１７ｅと溝１７ｆとで貫通口１８ｃが形成さ
れ、溝１７ｇと１７ｈで貫通口１８ｄが形成される。
尚、図では各溝１７ａ〜１７ｈの断面はＵ字形状となっ
ているが、これに限定されるものではなく、接合部に沿
った平行な貫通口が形成されるならばＶ字形状やコの字
形状等他の形状であってもよい。尚、各ブロック１０ａ
〜１０ｃの端面は鏡面加工されているのはいうまでもな
い。

【００３１】ここで、この光モジュールの製造方法につ
いて述べる。

【００３２】ホルダ１１ａの、他のホルダ１１ｂ、１１
ｃと突き合う端面に、各ホルダ１１ａ〜１１ｃの側面に
平行な溝１７ａ〜１７ｈを形成し、光部品を接着固定し
た後鏡面加工する。これら各ホルダ１１ａ〜１１ｃを、
端面を突き合わせながら位置調整し光損失の最も小さい
位置を見出だし、突き合わせ面の両側面から矢印Ｓ方向
から同時にＹＡＧレーザ光を照射して瞬時に溶接部分１
９を固定することにより光モジュールが形成される。尚
溶接箇所は接続強度向上のため通常２箇所以上となって
いる。この作業は単心ファイバ１４側、４芯ファイバ１
６側の２箇所の接合面で行われる。

【００３３】次に実施例の作用を述べる。

【００３４】各ブロック１０ａ〜１０ｃに用いるホルダ
１１ａ〜１１ｃ同士が突き合う端面に、レーザ溶接部分
１９に沿って平行な溝１７ａ〜１７ｈを形成したので、
ホルダ１１ａの両側にホルダ１１ｂ、１１ｃを接合して
光モジュールを形成する際にこれらの溝１７ａ〜１７ｈ
により貫通口１８ａ〜１８ｄが形成される。このためレ
ーザ光が溶接部分１９から各ホルダ１１ａ〜１１ｃ内部
の光部品への熱伝導路が延長されると共に、各貫通口１
８ａ〜１８ｄを介して外部に放熱され、光部品への熱の
伝導量が減少して溶接固化後の光部品の光軸ずれが低減
される。

【００３５】図３は図１に示した光モジュールを形成す
るときのレーザ光出射回数と光軸ずれによる累積損失増
加量との関係を示すグラフであり、横軸がレーザ光出射
回数、縦軸が光軸ずれによる累積損失増加量を示す。黒
丸は従来例を示し、白丸は実施例を示す（サンプル数は
１０個である）。

【００３６】同図より光部品の光軸ずれによる損失増加
量の平均値は従来例と比較して半分以下に低減してバラ
ツキも減少した。この結果、ＹＡＧレーザによる溶接・
固定時の光軸ずれが大幅に減少し、接続損失が低く、し
かも安定性の高い光モジュールを得ることができた。

【００３７】図４は本発明の光モジュールの他の実施例
の外観斜視図である。ただし、金属ホルダは光部品を遮
蔽する箱型形状となっている。

【００３８】図１に示した実施例との相違点は、レーザ
溶接部分の金メッキをあらかじめ除去してレーザ溶接し
た点である。

【００３９】同図に示すように光モジュールは光部品を
内蔵した３個のブロック２０ａ〜２０ｃが接合されて形
成され両端に光ファイバが接続されている。中央のブロ
ック２０ａに用いられるホルダ２１ａおよび左右両ブロ
ック２０ｂ、２０ｃに用いられるホルダ２１ｂ、２１ｃ
にはレーザ溶接部分２２の近傍、すなわち接合部２３を
除いて金メッキが施されている。

【００４０】この接合部２３にＹＡＧレーザ光を照射し
て溶接すると、各ホルダ２１ａ〜２１ｃからのレーザ光
の反射量が、金メッキを施した場合と比較して減少する
ため、低エネルギーのレーザ光で溶接することが可能と
なり、レーザ衝撃力も減少し、光軸ずれが低減される。
従ってＹＡＧレーザによる溶接・固定時の光軸ずれが大
幅に減少し、接続損失の低い光モジュールを得ることが
できる。

【００４１】尚、本実施例では金属ホルダの接合部２３
のみ金メッキを除去したが、これに限定されず金属ホル
ダ全体の金メッキを除去してもよい。また、金属ホルダ
には４２Ｎｉやコバール、インバー等が用いられる。

【００４２】さらに、金メッキを施さない部分（被溶接
部分）にあらかじめ共晶はんだ等の低融点はんだをメッ
キしてもよい。この場合ＹＡＧレーザの溶接に要するエ
ネルギーを低減できるので溶接時の衝撃力が低減でき光
結合系の低損失化を図ることができる。

【００４３】さらにまた、金メッキを施さない部分の材
質の錆等を防止するためにＮｉメッキを施してもよい
（ＮｉメッキであればＹＡＧレーザ溶接時に被溶接部に
クラックが生じないため）。

【００４４】以上において本実施例によれば、両金属製
ホルダが突き合う端面に、レーザ溶接部分に沿って平行
な溝を形成するか、または、側面に金メッキを施すと共
に光部品を搭載した金属製ホルダ同士を突き合わせ、そ
の接合部をレーザ溶接する光モジュールにおいて、レー
ザ溶接部分の金メッキをあらかじめ除去してレーザ溶接
したので、ホルダ溶接時における光軸ずれを抑え、接続
損失を低くすると共に長期信頼性を確保できる光モジュ
ールを実現することができる。

【００４５】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。

【００４６】(1) 光モジュールのホルダをＹＡＧレーザ
によって溶接・固定する時に発生する熱の光部品への伝
導量が減少するので光軸ずれが大幅に減少する。

【００４７】(2) 被溶接部の金メッキが除去されている
ので、低エネルギーでのレーザ溶接が可能となり、クラ
ックや溶接変形が生じにくく光軸ずれが大幅に減少す
る。

【００４８】(3) 被溶接部に共晶はんだ等の低融点はん
だをメッキすることにより、ＹＡＧレーザの溶接に要す
るエネルギーを低減することができ、光軸ずれを減少す
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の一実施例の外観斜視図
である。

【図２】図１に示した光モジュールの中央のブロックの
一部拡大図である。

【図３】図１に示した光モジュールを形成するときのレ
ーザ光出射回数と光軸ずれによる累積損失増加量との関
係を示すグラフである。

【図４】本発明の光モジュールの他の実施例の外観斜視
図である。

【図５】従来の光モジュールの外観斜視図である。

【符号の説明】

１１ａ〜１１ｃ（金属製）ホルダ１７ａ〜１７ｈ溝１９レーザ溶接部分

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光部品を搭載した金属製ホルダ同士を突
き合わせ、その接合部をレーザ溶接する光モジュールに
おいて、前記両金属製ホルダ同士が突き合う端面に、レ
ーザ溶接部分に沿って平行な溝を形成したことを特徴と
する光モジュール。
【請求項２】側面に金メッキを施すと共に光部品を搭
載した金属製ホルダ同士を突き合わせ、その接合部をレ
ーザ溶接する光モジュールにおいて、レーザ溶接部分の
金メッキをあらかじめ除去してレーザ溶接したことを特
徴とする光モジュール。