JPH1010373A - レセプタクル型光送受信装置およびその製造方法 - Google Patents

レセプタクル型光送受信装置およびその製造方法

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JPH1010373A
JPH1010373A JP8161780A JP16178096A JPH1010373A JP H1010373 A JPH1010373 A JP H1010373A JP 8161780 A JP8161780 A JP 8161780A JP 16178096 A JP16178096 A JP 16178096A JP H1010373 A JPH1010373 A JP H1010373A
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optical fiber
optical
laser device
glass rod
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Masahiro Ogusu
正大 小楠
Tazuko Tomioka
多寿子 富岡
Shigeru Oshima
茂 大島
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体レーザ素子の位置決めに要する時間を短
縮化できる光送受信モジュールを提供する。 【解決手段】半導体レーザ素子1と、その出射光を光フ
ァイバに導くために光ファイバフェルールとフィジカル
コンタクトするガラスロッド6とを有するレセプタクル
型光送受信モジュールにおいて、ガラスロッド6のフィ
ジカルコンタクト6a面上に半導体レーザ素子1の光軸
の位置決めのためのマーカを形成し、半導体レーザ素子
1を発光させると共に、フィジカルコンタクト面6a上
のマーカ像および半導体レーザ素子1からの出射光像を
赤外線カメラ3で撮像し、画像処理装置32で2次元画
像処理を施すことにより、半導体レーザ素子1の光軸の
位置ずれを検出し、この位置ずれの情報に基づいて微動
ステージ34を駆動して半導体レーザ素子1の光軸と直
角方向の位置決めを行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信に用いられ
る光信号の送/受信を行うためのレセプタクル型光送受
信装置およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】光信号の送/受信を行う光送受信装置
(以下、光モジュールという)は、光通信技術を支える
基本的なデバイスの一つである。将来の光加入者系など
の情報サービスシステムの普及に向けては、この光モジ
ュールの低コスト化が不可欠である。また、光モジュー
ル内で光ファイバと半導体レーザやフォトディテクタを
光結合させるための各部品の配置や構成は、μmオーダ
の固定精度を要するため、光モジュールの低コスト化、
高信頼化を決定する一つの大きなポイントであるといえ
る。
【0003】このような光モジュールの一形態として、
光ファイバを着脱可能に受け入れ可能な構成としたレセ
プタクル型光モジュールが知られている。レセプタクル
型光モジュールは、ピッグテールファイバ付きのデバイ
スに比較して、ピッグテールファイバを光コネクタに装
着するような手作業が不要であり、低コスト化に有利な
ことから、近年製品化されている。
【0004】レセプタクル型光モジュールは、例えば電
子情報通信学会論文誌’94,Vol.J77-C-I、No.11,p.695-7
02、特開平7-198999号公報などに記載されている。これ
らの例では、光ファイバコネクタのフェルール(光ファ
イバフェルール)とレセプタクル型光モジュールのコネ
クタ口に存在するガラス板をフィジカルコンタクトさせ
ることにより、光ファイバフェルールとガラス板の境界
面での反射を低減させるように考慮されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した従
来のレセプタクル型光モジュールでは、光ファイバフェ
ルールをレセプタクル型光モジュールのコネクタに装着
した後、半導体レーザ素子などの光学部品の固定を行う
が、光軸に対する半導体レーザ素子などの位置ずれの方
向と大きさを把握していない状態で、半導体レーザ素子
の位置決め、すなわち光軸方向と光軸に垂直な方向の二
方向の軸合わせを試行錯誤的に行うことから、部品固定
位置を決定するまでに時間と手間がかかり、これが低コ
スト化の妨げとなっていた。
【0006】また、ガラスロッドと光ファイバフェルー
ルとのフィジカルコンタクトが正しくなされていても、
光モジュール内の種々の光学部品による反射光は依然と
して存在し、これが半導体レーザ素子への反射戻り光と
なるため、半導体レーザ素子の動作が不安定となり、そ
の結果、雑音が増加するなど、送信特性に悪影響が出る
おそれがあった。
【0007】本発明は、このような問題を解決するため
になされたもので、その第1の目的は半導体レーザ素子
の位置決め固定に要する作業時間を少なくし、低コスト
化を図ることができるレセプタクル型光送受信装置を提
供することにある。本発明の第2の目的は、半導体レー
ザ素子への反射戻り光を低減させて良好な送信特性が得
られるレセプタクル型光送受信装置を提供することにあ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係るレセプタクル型光送受信装置は、半導
体レーザ素子と、この半導体レーザ素子からの出射光を
光ファイバに導くために光ファイバフェルールとフィジ
カルコンタクトするガラスロッドと、半導体レーザ素子
からの出射光をガラスロッドの光ファイバフェルールと
反対側の端面に集束させるための結合用レンズとを有
し、ガラスロッドの光ファイバフェルールとのフィジカ
ルコンタクト面上に、半導体レーザ素子の光軸の位置決
めのためのマーカを形成したことを特徴とする。
【0009】本発明に係るレセプタクル型光送受信装置
の製造方法は、上記のようにガラスロッドの光ファイバ
フェルールとのフィジカルコンタクト面上に半導体レー
ザ素子の光軸の位置決めのためのマーカを形成してお
き、半導体レーザ素子を発光させると共に、ガラスロッ
ドのフィジカルコンタクト面上のマーカ像および半導体
レーザ素子からの出射光像を例えば赤外線カメラにより
撮像する。そして、この撮像により得られた画像信号に
対して2次元画像処理を施すことにより、半導体レーザ
素子の光軸の位置ずれを検出し、この位置ずれの情報に
基づいて半導体レーザ素子の光軸と直角方向の位置決め
を行う。
【0010】本発明に係る他のレセプタクル型光送受信
装置は、半導体レーザ素子と、この半導体レーザ素子か
らの出射光を光ファイバに導くために光ファイバフェル
ールとフィジカルコンタクトするガラスロッドと、半導
体レーザ素子からの出射光をガラスロッドの光ファイバ
フェルールと反対側の端面に集束させるための結合用レ
ンズとを有し、ガラスロッドの光ファイバフェルールと
のフィジカルコンタクト面の前方に、半導体レーザ素子
の光軸の位置決めのためのピンホール板を配置したこと
を特徴とする。
【0011】本発明に係るレセプタクル型光送受信装置
の他の製造方法は、上記のようにガラスロッドの光ファ
イバフェルールとのフィジカルコンタクト面の前方に、
半導体レーザ素子の光軸の位置決めのためのピンホール
板を配置しておき、半導体レーザ素子を発光させると共
に、ガラスロッドのフィジカルコンタクト面上のピンホ
ール像および半導体レーザ素子からの出射光像を例えば
赤外線カメラにより撮像する。そして、この撮像により
得られた画像信号に対して2次元画像処理を施すことに
より、半導体レーザ素子の光軸の位置ずれを検出し、こ
の位置ずれの情報に基づいて半導体レーザ素子の光軸と
直角方向の位置決めを行う。
【0012】このようにガラスロッドのフィジカルコン
タクト面上のマーカ像またはピンホール像と、半導体レ
ーザ素子からの出射光像を撮像し、それにより得られた
画像信号に対して2次元画像処理を施すと、半導体レー
ザ素子の光軸の位置ずれ、すなわち軸合わせの方向と量
が直ちに検出される。
【0013】従って、この位置ずれの情報に基づいて半
導体レーザ素子の光軸と直角方向の位置決めを行うこと
により、μmオーダ精度の位置決めおよび固定を自動的
に行うことができる。半導体レーザ素子以外の光学部品
ついては、機械精度で自動的に位置決めおよび固定がな
される。この結果、半導体レーザ素子の位置決め固定に
要する作業時間が大幅に短縮され、結果的に光送受信装
置の低コストにつながる。
【0014】本発明に係る他のレセプタクル型光送受信
装置は、半導体レーザ素子と、この半導体レーザ素子か
らの出射光を光ファイバに導くために光ファイバフェル
ールとフィジカルコンタクトするガラスロッドと、半導
体レーザ素子からの出射光を前記ガラスロッドの光ファ
イバフェルールと反対側の端面に集束させるための結合
用レンズとを有するレセプタクル型光送受信装置におい
て、半導体レーザ素子への反射戻り光の偏光方向を半導
体レーザ素子からの出射光の偏光方向と直交させるため
の4分の1波長板を備えたことを特徴とする。
【0015】このように半導体レーザ素子への反射戻り
光の偏光方向を半導体レーザ素子からの出射光の偏光方
向と直交させるようにすると、反射戻り光が半導体レー
ザ素子に再結合しても、半導体レーザ素子の動作が不安
定となることはなく、良好な送信特性が得られる。
【0016】本発明に係る他のレセプタクル型光送受信
装置は、半導体レーザ素子と、この半導体レーザ素子か
らの出射光を光ファイバに導くために光ファイバフェル
ールとフィジカルコンタクトするガラスロッドと、半導
体レーザ素子からの出射光をガラスロッドの光ファイバ
フェルールと反対側の端面に集束させるための結合用レ
ンズとを有し、ガラスロッドの少なくともフィジカルコ
ンタクト面近傍の材料が石英系ガラスであることを特徴
とする。
【0017】このようにガラスロッドの少なくともフィ
ジカルコンタクト面近傍の材料を光ファイバの構成材料
である石英と同系統の石英系ガラスにすることにより、
両者の屈折率が近いため、フィジカルコンタクト面での
光の反射(フレネル反射)が少なく、光結合効率が向上
する。また、石英系ガラスは化学的安定性に優れ、光フ
ァイバフェルールと硬さが同等であることから、光ファ
イバコネクタの着脱を繰り返しても長期的に安定であ
り、光結合効率や反射減衰効果などの特性の劣化が少な
くなる。
【0018】本発明に係る双方向伝送用レセプタクル型
光送受信装置は、半導体レーザ素子と、この半導体レー
ザ素子からの出射光を光ファイバに導くために光ファイ
バフェルールとフィジカルコンタクトするガラスロッド
と、光ファイバからの入射光を検出するためのフォトデ
ィテクタと、半導体レーザ素子からの出射光をガラスロ
ッドに導き、光ファイバからの入射光を前記フォトディ
テクタに導く光分岐素子と、この光分岐素子より導かれ
る半導体レーザ素子からの出射光を光ファイバフェルー
ルの端面上に集束させるための第1の結合用レンズと、
光分岐素子より導かれる光ファイバからの入射光をフォ
トディテクタの受光面上に集束させるための第2の結合
用レンズとを有することを特徴とする。
【0019】ここで、光分岐素子は光フィルタのような
波長選択性を有するものでも、ハーフミラーのような波
長選択性を有しないものでもよく、前者によれば同時双
方向伝送が可能であり、後者によればピンポン伝送が可
能となる。
【0020】また、このような双方向伝送用レセプタク
ル型光送受信装置において、第2の結合用レンズをガラ
スロッドの光軸に対して光軸をオフセットさせて設ける
ことにより、フォトディテクタの端面での反射光がガラ
スロッドを通して光ファイバに結合しにくくなるため、
フォトディテクタからの反射戻り光による送信光信号の
雑音を低減することができる。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る
双方向光伝送用レセプタクル型光送受信装置(以下、光
モジュールという)の構成を示す断面図である。この光
モジュールは、半導体レーザ素子1、フォトディテクタ
2、光分岐素子3、第1の結合用レンズ4、第2の結合
用レンズ5およびガラスロッド6を主たる光学部品とし
て構成されている。
【0022】まず、送信時には送信光信号、つまり電気
信号である送信信号に従って駆動される半導体レーザ素
子1からの出射光が第1の結合用レンズ4を介して光分
岐素子3に入射し、この光分岐素子3で反射された光が
ガラスロッド6を通り、ガラスロッド6の球面状の端面
6a(以下、フィジカルコンタクト面という)とフィジ
カルコンタクトしている光ファイバフェルール7に接続
されている図示しない光ファイバに入射する。第1の結
合用レンズ4は、半導体レーザ素子1からの出射光をガ
ラスロッド6を介して光ファイバの端面上に集束させる
ためのものである。
【0023】一方、受信時には受信光信号、すなわち上
記光ファイバからの入射光がガラスロッド6に入射し、
さらに光分岐素子3を透過した後、第2の結合用レンズ
5を介してフォトディテクタ2に入射することによって
電気信号に変換され、受信信号となる。第2の結合用レ
ンズ5は、光ファイバからの入射光をフォトディテクタ
2の受光面上に集束させるためのものである。
【0024】この光モジュールの構成をさらに詳しく説
明すると、各光学部品はデバイスブロック8に固定され
ている。すなわち、半導体レーザ素子1はこれを送信信
号に従って駆動するドライバIC9と共に基板10上に
実装され、この基板10はカンパッケージ11に収めら
れている。カンパッケージ11は、デバイスブロック8
のレーザ収容部8Aに収容されている。半導体レーザ素
子1の前方には、透明ガラス板12が設けられている。
レーザ収容部8Aの開口部には、パッケージ蓋13がY
AG溶接により取り付けられている。
【0025】一方、フォトディテクタ2は受信信号を増
幅するプリアンプIC14と共に基板15上に実装さ
れ、この基板15はカンパッケージ16に収められてい
る。カンパッケージ16は、デバイスブロック8のディ
テクタ収容部8Bに収容されている。フォトディテクタ
2の前方には、透明ガラス板17が設けられている。デ
ィテクタ収容部8Bの開口部には、パッケージ蓋18が
YAG溶接により取り付けられている。
【0026】デバイスブロック8には中空部があり、こ
の中空部に光分岐素子3と結合用レンズ4,5およびガ
ラスロッド6が配設されている。さらに、デバイスブロ
ック8のガラスロッド6の周囲には、一部がデバイスブ
ロック8から突出するように割スリーブ19が嵌め込ま
れており、この割スリーブ19の突出部の内側に光ファ
イバフェルール7が挿入され、その先端がガラスロッド
6のフィジカルコンタクト面6aとフィジカルコンタク
トしている。
【0027】次に、図1の各部の具体的な構成や材質に
ついて説明する。まず、半導体レーザ素子1としては、
光通信用である赤外領域で発光する素子が用いられる。
フォトディテクタ2には、フォトダイオードが使用され
る。
【0028】光分岐素子3は、半導体レーザ素子1から
の出射光をガラスロッド6に導き、またガラスロッド6
を通して入射する光ファイバからの入射光をフォトディ
テクタ2に導くためのものであり、この例ではハーフミ
ラー、または波長選択性を有するハーフミラーであるダ
イクロイックミラー(光フィルタ)が使用される。
【0029】光分岐素子3に波長選択性を有しないハー
フミラーなどを用いた場合は、送信と受信のいずれかを
選択的に行うピンポン双方向伝送が可能であり、また波
長選択性を有するものを用いた場合には、送信と受信の
波長を異ならせることにより波長多重型の同時双方向伝
送が可能である。
【0030】また、光分岐素子3としては光フィルタを
用いる場合において、その光フィルタを誘電体多層膜フ
ィルタで実現すれば、光ローパスフィルタや光ハイパス
フィルタの作製が可能であるが、多層膜フィルタへの光
の入射角度によっては、クロストーク特性が十分でなく
なる場合も考えられる。クロストーク特性の改善のため
には、結合レンズ4,5の光分岐素子3側に光ローパス
フィルタや光ハイパスフィルタを挿入し、波長弁別特性
を向上させればよい。
【0031】結合用レンズ4,5については、球面収差
を低減するためと低コスト化のために、量産可能なモー
ルドガラスによる非球面レンズを使用してもよいが、軸
ずれに対しては必ずしも通常の球面レンズに比べて有利
でないので、光モジュールの低コスト化が要求される場
合には、収差による結合損失が多少あっても軸ずれ特性
の面で有利な球面レンズが好ましい。製作容易な球面レ
ンズとしては、球レンズがあり、これをドラム状に削っ
たものでも量産すれば安価になると共に、球面精度の極
めて高いものが得られる。
【0032】また、光学部品で起こる反射光の半導体レ
ーザ素子1への戻り光をなるべく低減させるため、結合
用レンズ4,5などの光学部品は反射防止膜を蒸着する
ことが望ましい。さらに、波長多重型の双方向伝送用光
モジュールの場合には、異なる波長の光信号間のクロス
トーク特性が重要である。
【0033】ガラスロッド6としては、フィジカルコン
タクト面6aでの光の反射を抑圧する観点から、光ファ
イバの構成材料である石英の屈折率に近い石英系ガラス
により作製することが望ましい。また、ガラスロッド6
をモールド可能なガラスで作製してもよい。モールド可
能なガラスとしては、例えばFCD1,FCD10、F
C5番(HOYA社製)などが石英の屈折率に近く、こ
れらを好適に使用することができる。
【0034】ガラスロッド6のもう一つの作製法とし
て、円筒状の石英ガラスプリフォームを用い、これを光
ファイバフェルール7と同等の外径になるように、適切
な温度と速度の条件下で引っ張って適切な長さに切断
し、フィジカルコンタクト面6aとなる端面を球面状に
形成してもよい。
【0035】また、上述したガラスロッド6のいずれの
作製法においても、フィジカルコンタクト面6aの形成
は、ガラスロッド6の作製時に一括して行ってもよい
し、後からフェルール用の球面研磨器を用いて行っても
よい。
【0036】特に、ガラスロッド6を光ファイバを石英
で作製した場合には、屈折率の違いが本質的に無いの
で、光ファイバフェルール7とのフィジカルコンタクト
時にフレネル反射が無くなり、光結合効率が向上すると
いう利点と、化学的安定性に優れ、光ファイバフェルー
ル7と硬さが同等であることから、光ファイバコネクタ
の着脱を繰り返しても長期的に安定であるという大きな
利点がある。
【0037】その他、光部品に関しては、デバイスブロ
ック8や光学部品の寸法精度で決まる取付精度で固定す
ればよく、その固定にはレーザ溶接やUV硬化接着剤を
用いる。フォトディテクタ2の受光径は光ファイバ径の
5〜10倍程度であるので、その固定精度も同様にデバ
イスブロック8の寸法精度に依存したものでよい。
【0038】デバイスブロック8は、ロストワックス法
やメタルインジェクションモールド法などによる比較的
安価な型形成によって作製され、結合用レンズ4,5を
取り付けるためのU型の溝、ガラスロッド6の取付部、
光分岐素子7の取付部などが形成されている。結合用レ
ンズ4,5は、デバイスブロック8の基準面に押し付け
られた形でUV硬化型の接着剤などを用いて固定され
る。
【0039】一方、ガラスロッド6は一部に割スリーブ
19が被せられた状態で、割スリーブ19の被さってい
ない領域がデバイスブロック8に接着されると共に、そ
の端面が光コネクタ接着時に光コネクタ内のバネの力に
よって均等に押し付けられるように、ガラスロッド6の
外形より小さい開口に押し付けられて固定される。光分
岐素子7は、無調整で取付位置に接着剤で取り付けられ
る。
【0040】割スリーブ19としては、一般の光コネク
タに用いられる例えばリン青銅、あるいはジルコニアか
らなるスリーブをそのまま用いてもよいし、図2に示す
ように2個以上の割20を有し、かつそれらの割20が
両端面側で異なる位置に形成されているものを用いても
よい。図2に示すような構成の割スリーブ19による
と、ガラスロッド6と光ファイバフェルール7の外径寸
法が若干異なる場合でも対応が可能である。
【0041】さらに、ガラスロッド6の光ファイバフェ
ルール7とのフィジカルコンタクト面6aには、図3〜
図5に示すように、半導体レーザ1の光軸方向と直角方
向の位置ずれ調整を行うために必要なマーカ21が形成
されている。このマーカ21は、ガラスロッド6のフィ
ジカルコンタクト面6aの光透過領域外、図の例では直
交する二つの直線上の各両端部に、線状の凹部または凸
部として、あるいは印刷によって形成される。ガラスロ
ッド6を前述のようにモールドガラスで作成する場合に
は、モールド用の金型にマーカ21を形成するための凹
凸を設けておくことにより、ガラスロッド6のモールド
成形時にマーカ21を凹凸の形で同時に形成することが
できる。
【0042】このモールド成形時には、金型よりはみ出
る余剰のモールドガラスを逃がす必要がある。そこで、
図3の例ではガラスロッド6の光線透過領域外に余剰モ
ールドガラス逃げ部22を設けて余剰のモールドガラス
を逃がすようにしている。また、図4の例ではガラスロ
ッド6のデバイスブロック8への取り付け個所と割スリ
ーブ6の嵌合面との間に割スリーブ6の割部分に余剰の
モールドガラスを逃がすための余剰モールドガラス逃げ
部23を設けている。
【0043】図5は、前述したようにガラスロッド6を
モールドガラスで作製し、フィジカルコンタクト面6a
の近傍のみ石英ガラス板24で作製して、この石英ガラ
ス板24上にマーカ21を形成した例である。ガラスロ
ッド6のモールドガラス部分と石英ガラス板24とは光
学接着材で接着される。この場合、二つの媒質の屈折率
差のために、接着面で光の反射が起こるが、接着面をフ
ィジカルコンタクト面6aから離しておくように石英ガ
ラス板24の厚みを設計すれば良い。
【0044】このような光モジュールを組み立てる上
で、最も精度が要求されるのが半導体レーザ素子1とガ
ラスロッド6の相対位置である。光ファイバの端面のサ
イズに比して半導体レーザ素子1の発光スポットサイズ
は小さいことから、半導体レーザ素子1からの光がガラ
スロッド6および光ファイバフェルール7を介して光フ
ァイバに入射する際の光結合損失を抑えるために、図1
中に示される結合用レンズ4のような光学素子を用いて
半導体レーザ素子1からの出射レーザ光の集束スポット
を広げることが望ましい。
【0045】一方、半導体レーザ素子1の位置ずれは、
ガラスロッド6の端面上での光スポットの結合点からの
位置ずれをもたらす。この場合、ガラスロッド6の端面
上では、半導体レーザ素子1の位置ずれを結合用レンズ
4の倍率倍した量だけ光スポットの位置がずれるため、
結合用レンズ4の倍率を上げてゆくと、半導体レーザ素
子1の固定精度を厳しくしてしまう。従って、半導体レ
ーザ素子1の位置ずれ許容量を高めるためには、発光ス
ポットサイズの大きい半導体レーザ素子の使用が好まし
く、また結合用レンズ4の倍率は2倍以下が好ましい。
【0046】図6および図7に、光ファイバの径を10
μmとし、半導体レーザ素子1の発光スポットサイズを
5μmとした場合の半導体レーザ素子1の位置ずれ(光
軸方向および光軸と直角方向)と光ファイバへの光結合
量の関係を示す。ただし、結合用レンズ4の焦点距離を
3mm、ガラスロッド6の焦点距離を5.12mm、光
の波長1.31μm、結合用レンズ4とガラスロッド6
間の光路長を7mmとしている。これらの図から、結合
損失を−4dB以下に抑えるものとすれば、半導体レー
ザ1の位置ずれを光軸方向については±42μm、光軸
と直角方向については±2.8μmの範囲までそれぞれ
許容できる。
【0047】半導体レーザ素子1の光軸方向の位置ずれ
に関しては、半導体レーザ素子1とこれを実装したカン
パッケージ11およびデバイスブロック8の寸法精度を
機械加工時に出しておくことにより、無調整化できる。
すなわち、半導体レーザ素子1の発光面とカンパッケー
ジ11の相対位置精度と、デバイスブロック8の各光学
部品の取付部の精度が合わせて±32μm以内であれ
ば、光軸方向への調整は不要であり、固定作業が非常に
容易となる(図14参照)。
【0048】これはフォトディテクタ2についても同様
であり、その受光面とフォトディテクタ2が実装されて
いるカンパッケージ16の相対位置精度と、デバイスブ
ロック8の各光学部品の取付部の精度が合わせて±32
μm以内であれば、光軸方向への調整は不要となる。
【0049】一方、半導体レーザ素子1の光軸と直角方
向の位置ずれについては、上記の許容範囲(±2.8μ
m)内に抑えるために、本実施形態では以下のようにし
て調整を行う。図8は、半導体レーザ素子1の光軸と直
角方向の位置ずれ調整を行う方法を示す図である。同図
に示すように、ガラスロッド6のフィジカルコンタクト
面6a上を赤外線カメラ31によって撮像する。この赤
外線カメラ31からの画像信号は、画像処理装置32に
入力される。画像処理装置32では、ガラスロッド6の
フィジカルコンタクト面6a上での半導体レーザ素子1
からの出射光スポットの強度分布と、図3〜図5に示し
たフィジカルコンタクト面6a上の光透過領域外に予め
付加されたマーカ21の像との関係から、半導体レーザ
素子1の光軸と直角方向の位置ずれを検出し、その検出
結果を微動ステージドライバ33に供給する。微動ステ
ージドライバ33は、半導体レーザ素子1のカンパッケ
ージ11をX,Y方向に移動させる微動ステージ34を
駆動して、半導体レーザ素子1の光軸と直角方向の位置
調整を行う。
【0050】次に、図9および図10を参照して画像処
理装置32の処理を説明する。図9は、赤外線カメラ3
1によって撮像されたガラスロッド6のフィジカルコン
タクト面6a上の画像を示している。41a〜41dは
マーカ21の像(マーカ像)であり、45は半導体レー
ザ素子1からの出射光スポットの像(光スポット像)で
ある。対向するマーカ像41aと41b、41cと41
dをそれぞれ結ぶ二つの直線42,43の交点44が半
導体レーザ素子1の光軸と直角方向の位置合わせを行う
べき基準点であり、光スポット像45の中心46とのx
方向およびy方向の位置ずれΔx,Δyが半導体レーザ
素子1の光軸と直角方向の位置ずれとなる。
【0051】図10は、赤外線カメラ31がラスタスキ
ャンを行ったときに得られる画像信号の概略的な波形図
であり、(a)はフィジカルコンタクト面6aの上部の
マーカ像41c、(c)は中央部のマーカ像41a,4
1b、(e)は下部のマーカ像41dにそれぞれ対応し
ている。また、図10(b)および(d)は、上部のマ
ーカ像41cと中央部のマーカ像41a,41bとの間
および中央部のマーカ像41a,41bと下部のマーカ
像41dとの間のマーカ像がない領域に対応している。
なお、図10ではマーカ像のある領域で画像信号が低レ
ベルとなっているが、高レベルとなっていても構わな
い。画像処理装置32は、赤外線カメラ31からの画像
信号に対して以下のように2次元画像処理を行うことに
より、この位置ずれ(Δx,Δy)を求める。
【0052】赤外線カメラ31が図9のx方向およびy
方向にラスタスキャンを行って撮像を行うものとすれ
ば、x方向のスキャンに伴いマーカ像41cに対応して
得られる図10(a)の波形の中央部のタイミングと、
マーカ像41dに対応して得られる図10(d)の波形
の中央部のタイミングとの間のタイミングが図9のx方
向の直線43に対応する。また、マーカ像41a,41
bに対応して図10(c)の波形がy方向のスキャンに
伴って出現し始めるタイミングと、消滅するタイミング
との間のタイミングが図9の横の直線42に対応する。
【0053】従って、これらのタイミングの情報から、
画像処理装置32で図9の交点44を認識でき、光スポ
ット像45の中心46についても、画像処理装置32で
容易に認識することができるので、これらから半導体レ
ーザ素子1の光軸と直角方向の位置ずれ(Δx,Δy)
を求めることが可能である。
【0054】さらに、画像処理装置32において図9の
マーカ像41a,41b,41c,41dのそれぞれの
重心を求め、これらの重心からマーカ像41aと41
b、マーカ像41cと41dをそれぞれ結ぶ二つの直線
42,43およびその交点44を求めて、光スポット像
45の中心46とのx方向およびy方向の位置ずれΔ
x,Δyを求めてもよい。
【0055】微動ステージドライバ33は、こうして画
像処理装置32で2次元画像処理により求められた位置
ずれ(Δx,Δy)の情報に基づいて、Δx=0,Δy
=0となるように微動ステージ34を駆動することによ
り、半導体レーザ素子1の光軸と直角方向の位置決めの
調整を行う。この調整後、パッケージ基板13をYAG
レーザ溶接で固定することによって、半導体レーザ素子
1の位置決めが完了する。YAGレーザ溶接によりパッ
ケージ基板13を固定すると、この位置決めによって光
軸と直角方向の位置ずれ量は±2μm以下となり、図7
で説明した許容範囲(±2.8μm)内に抑えることが
可能である。
【0056】次に、図11および図12を参照して、ガ
ラスロッド6にマーカを施すことなく、半導体レーザ素
子1の光軸と直角方向の位置決めを行う方法について説
明する。図11に示すように、ガラスロッド6のフィジ
カルコンタクト面6aの前面に微小なピンホールを有す
るピンホール板50を配設し、これを赤外線カメラ31
によって撮像する。ピンホール板50の材料としては、
ガラスなどの透過媒質を用いればよく、また例えばガラ
ス製フェルールなどを切断したものを用いてもよい。
【0057】赤外線カメラ31からの画像信号は、画像
処理装置32に入力される。画像処理装置32では、ピ
ンホール板50のピンホールの像と半導体レーザ素子1
からの出射光スポットの強度分布との関係から半導体レ
ーザ素子1の光軸と直角方向の位置ずれを検出し、その
検出結果を微動ステージドライバ33に供給する。ドラ
イバ33は、半導体レーザ素子1のカンパッケージ11
をX,Y方向に移動させる微動ステージ34を駆動して
半導体レーザ素子1の光軸と直角方向の位置調整を行
う。
【0058】このピンホール板50を用いた方法による
と、マーカ21を用いる先の例に比較して赤外線カメラ
31の観測範囲を狭くできるので、赤外線カメラ31の
ピント合わせなどに要する時間も短縮することが可能で
ある。
【0059】次に、図12を参照してピンホール板50
を用いて半導体レーザ素子1の位置決めを行う場合の画
像処理装置32の処理を説明する。図12は、赤外線カ
メラ31によって撮像されたピンホール板50上の画像
を示している。51はピンホール像、53は半導体レー
ザ素子1からの出射光スポットの像(光スポット像)で
ある。
【0060】ピンホール板50は、ピンホール像51の
中心52が半導体レーザ素子1の光軸を位置合わせすべ
き基準点となるように設置されているものとすると、こ
の中心52と光スポット像の中心54とのx方向および
y方向の位置ずれΔx,Δyが半導体レーザ素子1の光
軸と直角方向の位置ずれとなる。
【0061】半導体レーザ素子1の光軸と直角方向の位
置決めを行う場合には、まず赤外線カメラ31をピンホ
ールにピント合わせする。次に、半導体レーザ素子1を
発光させ、その光スポット像53の強度を分布を認識す
る。半導体レーザ素子1の光軸と直角方向の位置ずれが
大きい場合には、図12に示されるように光スポットが
ピンホールによって削られるが、その削られた状態での
光スポット像53の形状から、半導体レーザ素子1の光
軸と直角方向の位置ずれ(Δx,Δy)を認識すること
ができる。
【0062】なお、図12ではピンホール像51が光ス
ポット像53と同程度の場合について示しているが、ピ
ンホールの大きさが光スポットより大きい場合には、ピ
ンホール像の中心と光スポット像の中心を求め、これら
の関係から位置ずれ(Δx,Δy)を求めるようにすれ
ばよい。
【0063】こうして画像処理装置32で位置ずれ(Δ
x,Δy)が求められると、先の場合と同様、微動ステ
ージドライバ33がΔx=0,Δy=0となるように微
動ステージ34を駆動することにより、半導体レーザ素
子1の光軸と直角方向の位置調整を行い、この調整後、
パッケージ基板13をYAGレーザ溶接で固定すること
によって、半導体レーザ素子1の位置決め(光軸合わ
せ)が完了する。
【0064】なお、上述した半導体レーザ素子1の位置
決め方法は、半導体レーザ素子1がガラスロッド6と同
じ軸上、すなわち図1のフォトディテクタ2がある位置
に設けられている場合にも適用できる。
【0065】図1に示した光モジュールは、例えば図1
3に示すようにボード基板61上に実装される。この場
合、光モジュール60のデバイスブロック8の底部にワ
イヤー状のリード62を出しておき、ボード基板61へ
半田付け固定すればよい。
【0066】また、フォトダディテクタ2に受信光を集
束させたとき、受光面などからの反射戻り光が光ファイ
バへ結合しないように阻止する必要がある。反射戻り光
を阻止するためには、図15に示すように結合用レンズ
5の軸5aを受信光の光軸から所定量ずらせる、すなわ
ちオフセットを与えることにより、ガラスロッド6のフ
ィジカルコンタクト面6aへの反射光の入射角度を大き
くして、ファイバに結合できなくすればよい。結合用レ
ンズ5の軸5aのオフセット量は、結合用レンズ5への
入力光スポットサイズの1.5倍以上とれば良い。ま
た、フォトディテクタ2の受光面を結像点から光軸方向
にずらせても、同様に反射戻り光を阻止できる。
【0067】一方、ガラスロッド6を前述のようにガラ
スモールドで作製した場合には、ガラスロッド6と光フ
ァイバフェルール7をフィジカルコンタクトさせても、
屈折率差からフレネル反射が生じる。また、各光学部品
にARコート(反射防止膜)を施しても、ごく僅かな反
射が存在する。このような反射による光が戻り光として
半導体レーザ素子1に結合すると、送信特性が不安定に
なる。
【0068】この問題に対して、本実施形態では図16
に示すように、光モジュール内の半導体レーザ素子1側
の結合用レンズ5とガラスロッド6との間に4分の1波
長板63を挿入し、半導体レーザ素子1からの出射光と
半導体レーザ素子1への反射戻り光の偏光方向を直交さ
せることにより、反射戻り光の送信特性への影響を軽減
している。
【0069】すなわち、図16(a)に示すように、半
導体レーザ素子1からの出射光は光学軸(C軸)が45
°傾いた4分の1波長板63を透過して円偏光となり、
ガラスロッド6に入射して光ファイバフェルール7へ結
合する。一方、図16(b)に示すように、ガラスロッ
ド6のフィジカルコンタクト面6aで反射した反射戻り
光は、4分の1波長板63に入射して直線偏光となる
が、この直線偏光は半導体レーザ素子1からの出射光の
偏光方向と直交した偏光方向を有するため、半導体レー
ザ素子1に再結合しても、送信特性に影響を与えない。
【0070】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によればガ
ラスロッドの光ファイバフェルールとのフィジカルコン
タクト面上に半導体レーザ素子の光軸の位置決めのため
のマーカを形成するか、またはガラスロッドの光ファイ
バフェルールとのフィジカルコンタクト面の前方に、半
導体レーザ素子の光軸の位置決めのためのピンホール板
を配置しておき、半導体レーザ素子を発光させると共
に、ガラスロッドのフィジカルコンタクト面上のマーカ
像またはピンホール像と半導体レーザ素子からの出射光
像を例えば赤外線カメラにより撮像する。そして、得ら
れた画像信号に対して2次元画像処理を施すことによ
り、半導体レーザ素子の光軸の位置ずれを検出する。こ
の位置ずれの情報に基づいて半導体レーザ素子の光軸と
直角方向の位置決めを行うことによって、μmオーダ精
度の位置決めおよび固定を自動的に行うことができる。
従って、半導体レーザ素子の位置決め固定に要する作業
時間が大幅に短縮され、結果的に光送受信装置の低コス
トを図ることができる。
【0071】また、本発明では4分の1波長板を用いて
半導体レーザ素子への反射戻り光の偏光方向を半導体レ
ーザ素子からの出射光の偏光方向と直交させることによ
り、反射戻り光が半導体レーザ素子に再結合しても、半
導体レーザ素子の動作が不安定となることはなく、低雑
音の良好な送信特性を得ることができる。
【0072】また、本発明によればガラスロッドの少な
くともフィジカルコンタクト面近傍の材料を光ファイバ
の構成材料である石英と同系統の石英系ガラスとするこ
とによって、フィジカルコンタクト面での光の反射が少
なくなり、光結合効率が向上する。しかも、石英系ガラ
スは化学的安定性に優れ、光ファイバフェルールと硬さ
が同等であるため、光ファイバコネクタの着脱を繰り返
しても長期的に安定であり、光結合効率や反射減衰効果
などの特性劣化を少なくできる。
【0073】さらに、本発明によれば半導体レーザ素子
と、この半導体レーザ素子からの出射光を光ファイバに
導くために光ファイバフェルールとフィジカルコンタク
トするガラスロッドと、光ファイバからの入射光を検出
するためのフォトディテクタと、半導体レーザ素子から
の出射光をガラスロッドに導き、光ファイバからの入射
光を前記フォトディテクタに導く光分岐素子と、この光
分岐素子より導かれる半導体レーザ素子からの出射光を
光ファイバフェルールの端面上に集束させるための第1
の結合用レンズと、光分岐素子より導かれる光ファイバ
からの入射光をフォトディテクタの受光面上に集束させ
るための第2の結合用レンズとを有することにより、同
時双方向伝送やピンポン伝送が可能な双方伝送用レセプ
タクル型光送受信装置を実現できる。
【0074】また、第2の結合用レンズをガラスロッド
の光軸に対して光軸をオフセットさせて設けることによ
って、フォトディテクタの端面での反射光がガラスロッ
ドを通して光ファイバに結合しにくくなり、フォトディ
テクタからの反射戻り光による送信光信号の雑音を低減
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る双方向伝送用光モジ
ュールの構成を示す断面図
【図2】同実施形態における割スリーブの構成を示す図
【図3】同実施形態におけるガラスロッドおよびマーカ
の一構成例を示す図
【図4】同実施形態におけるガラスロッドおよびマーカ
の他の構成例を示す図
【図5】同実施形態におけるガラスロッドおよびマーカ
の別の構成例を示す図
【図6】同実施形態における半導体レーザ素子の光軸方
向の位置ずれ量と光ファイバへの光結合量との関係を示
す図
【図7】同実施形態における半導体レーザ素子の光軸と
直角方向の位置ずれ量と光ファイバへの光結合量との関
係を示す図
【図8】同実施形態における半導体レーザ素子の光軸と
直角方向の位置決め方法の一例を説明するための図
【図9】赤外線カメラでガラスロッドのフィジカルコン
タクト面上を撮像したときに得られる画像の例を示す図
【図10】赤外線カメラから出力される画像信号の概略
的な波形を示す図
【図11】同実施形態における半導体レーザ素子の光軸
と直角方向の位置決め方法の他の例を説明するための図
【図12】赤外線カメラでガラスロッドのフィジカルコ
ンタクト面上を撮像したときに得られる画像の例を示す
【図13】同実施形態に係る光モジュールの実装方法を
示す図
【図14】同実施形態における半導体レーザ素子の光軸
方向の位置ずれ量と光ファイバへの光結合量との関係を
示す図
【図15】本発明の他の実施形態に係る光モジュールの
要部の概略構成を示す図
【図16】本発明のさらに別の実施形態に係る光モジュ
ールの要部の概略構成を示す図
【符号の説明】
1…半導体レーザ素子 2…フォトディテクタ 3…光分岐素子 4…結合レンズ 5…結合レンズ 6…ガラスロッド 7…光ファイバフェルール 8…デバイスブロック 9…ドライバIC 10…基板 11…カンパッケージ 12…透明ガラス板 13…パッケージ蓋 14…プリアンプIC 15…基板 16…カンパッケージ 17…透明ガラス板 18…パッケージ蓋 19…割スリーブ 20…割 21…マーカ 22,23…余剰モールドガラス逃げ部 24…石英ガラス板 31…赤外線カメラ 32…画像処理装置 33…微動ステージドライバ 34…微動ステージ 41a〜41d…マーカ像 45…光スポット像 51…ピンホール像 53…光スポット像 60…光モジュール 61…ボード基板 62…リード 63…4分の1波長板

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体レーザ素子と、 この半導体レーザ素子からの出射光を光ファイバに導く
    ために光ファイバフェルールとフィジカルコンタクトす
    るガラスロッドと、 前記半導体レーザ素子からの出射光を前記ガラスロッド
    の前記光ファイバフェルールと反対側の端面に集束させ
    るための結合用レンズとを有するレセプタクル型光送受
    信装置において、 前記ガラスロッドの前記光ファイバフェルールとのフィ
    ジカルコンタクト面上に、前記半導体レーザ素子の光軸
    の位置決めのためのマーカを形成したことを特徴とする
    レセプタクル型光送受信装置。
  2. 【請求項2】半導体レーザ素子と、 この半導体レーザ素子からの出射光を光ファイバに導く
    ために光ファイバフェルールとフィジカルコンタクトす
    るガラスロッドと、 前記半導体レーザ素子からの出射光を前記ガラスロッド
    の前記光ファイバフェルールと反対側の端面に集束させ
    るための結合用レンズとを有するレセプタクル型光送受
    信装置において、 前記ガラスロッドの前記光ファイバフェルールとのフィ
    ジカルコンタクト面の前方に、前記半導体レーザ素子の
    光軸の位置決めのためのピンホール板を配置したことを
    特徴とするレセプタクル型光送受信装置。
  3. 【請求項3】半導体レーザ素子と、 この半導体レーザ素子からの出射光を光ファイバに導く
    ために光ファイバフェルールとフィジカルコンタクトす
    るガラスロッドと、 前記半導体レーザ素子からの出射光を前記ガラスロッド
    の前記光ファイバフェルールと反対側の端面に集束させ
    るための結合用レンズとを有するレセプタクル型光送受
    信装置の製造方法において、 前記ガラスロッドの前記光ファイバフェルールとのフィ
    ジカルコンタクト面上に前記半導体レーザ素子の光軸の
    位置決めのためのマーカを形成し、前記半導体レーザ素
    子を発光させると共に、前記フィジカルコンタクト面上
    のマーカ像および前記半導体レーザ素子からの出射光像
    を撮像して得られた画像信号に対して2次元画像処理を
    施すことにより、前記半導体レーザ素子の光軸の位置ず
    れを検出し、この位置ずれの情報に基づいて前記半導体
    レーザ素子の光軸と直角方向の位置決めを行うことを特
    徴とするレセプタクル型光送受信装置の製造方法。
  4. 【請求項4】半導体レーザ素子と、 この半導体レーザ素子からの出射光を光ファイバに導く
    ために光ファイバフェルールとフィジカルコンタクトす
    るガラスロッドと、 前記半導体レーザ素子からの出射光を前記ガラスロッド
    の前記光ファイバフェルールと反対側の端面に集束させ
    るための結合用レンズとを有するレセプタクル型光送受
    信装置の製造方法において、 前記ガラスロッドの前記光ファイバフェルールとのフィ
    ジカルコンタクト面の前方に前記半導体レーザ素子の光
    軸の位置決めのためのピンホール板を配置し、前記半導
    体レーザ素子を発光させると共に、前記フィジカルコン
    タクト面上のピンホール像および前記半導体レーザ素子
    からの出射光像を撮像して得られた画像信号に対して2
    次元画像処理を施すことにより、前記半導体レーザ素子
    の光軸の位置ずれを検出し、この位置ずれの情報に基づ
    いて前記半導体レーザ素子の光軸と直角方向の位置決め
    を行うことを特徴とするレセプタクル型光送受信装置の
    製造方法。
  5. 【請求項5】半導体レーザ素子と、 この半導体レーザ素子からの出射光を光ファイバに導く
    ために光ファイバフェルールとフィジカルコンタクトす
    るガラスロッドと、 前記半導体レーザ素子からの出射光を前記ガラスロッド
    の前記光ファイバフェルールと反対側の端面に集束させ
    るための結合用レンズとを有するレセプタクル型光送受
    信装置において、 前記半導体レーザ素子への反射戻り光の偏光方向を前記
    半導体レーザ素子からの出射光の偏光方向と直交させる
    ための4分の1波長板を備えたことを特徴とするレセプ
    タクル型光送受信装置。
  6. 【請求項6】半導体レーザ素子と、 この半導体レーザ素子からの出射光を光ファイバに導く
    ために光ファイバフェルールとフィジカルコンタクトす
    るガラスロッドと、 前記半導体レーザ素子からの出射光を前記ガラスロッド
    の前記光ファイバフェルールと反対側の端面に集束させ
    るための結合用レンズとを有するレセプタクル型光送受
    信装置において、 前記ガラスロッドは、少なくとも前記フィジカルコンタ
    クト面近傍の材料が石英系ガラスであることを特徴とす
    るレセプタクル型光送受信装置。
  7. 【請求項7】半導体レーザ素子と、 この半導体レーザ素子からの出射光を光ファイバに導く
    ために光ファイバフェルールとフィジカルコンタクトす
    るガラスロッドと、 前記光ファイバからの入射光を検出するためのフォトデ
    ィテクタと、 前記半導体レーザ素子からの出射光を前記ガラスロッド
    に導き、前記光ファイバからの入射光を前記フォトディ
    テクタに導く光分岐素子と、 この光分岐素子より導かれる前記半導体レーザ素子から
    の出射光を前記光ファイバの端面上に集束させるための
    第1の結合用レンズと、 前記光分岐素子より導かれる前記光ファイバからの入射
    光を前記フォトディテクタの受光面上に集束させるため
    の第2の結合用レンズとを有することを特徴とする双方
    向伝送用レセプタクル型光送受信装置。
  8. 【請求項8】前記第2の結合用レンズは、前記ロッドレ
    ンズの光軸に対して光軸をオフセットさせて設けられて
    いることを特徴とする請求項7に記載の双方伝送用レセ
    プタクル型光送受信装置。
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