JP2007187774A - Method of manufacturing optical module for multimode - Google Patents

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Tsutomu Fukai
勉 深井
Masahiro Onishi
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture an optical module for multimode in which the deterioration in performance is suppressed, when used by connecting a long multimode optical fiber. <P>SOLUTION: When a can 1 incorporating a surface-emitting element and an optical module for multimode comprising a barrel 2 incorporating a lens are to be connected, a single-mode testing optical fiber 10 is connected to the barrel 2, the barrel 2 is directed to the can 1, and the vertical cavity surface-emitting element is turned on. The barrel 2 and the single-mode testing optical fiber 10 are moved in a three-dimensional manner with respect to the can 1, while the output of light is measured with an optical power meter 11 connected to the single mode testing optical fiber 10, and the barrel 2 is fixed to the can 1, at a position where the output reaches a maximum. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、マルチモード用光モジュールの製造方法に関し、具体的には、マルチモード光ファイバと接続された状態で使用される、面発光型半導体素子を内蔵した光モジュールの製造方法、特に、その光調芯方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a multi-mode optical module, and more specifically, a method for manufacturing an optical module incorporating a surface-emitting type semiconductor element that is used in a state of being connected to a multi-mode optical fiber. The present invention relates to a light alignment method.

従来、発光素子（レーザーダイオード）や受光素子（フォトダイオード）などの光半導体素子を内蔵した光モジュールが、光通信や、光信号による情報処理などに広く用いられている。これらの光モジュールは、発光素子や受光素子などの光半導体素子が内蔵された光半導体素子内蔵デバイスと、光ファイバが接続されるコネクタとを有する構成であり、レンズなどの光学素子が光半導体素子と光ファイバとの間に介在する場合もある。このような光モジュールは、光半導体素子と光ファイバの光軸が一致していないと、十分な光結合効率が得られず、所望の性能が達成できない。したがって、光モジュールの製造時には、光半導体素子と、光ファイバを保持するコネクタと、レンズなどの光学素子が存在する場合にはその光学素子との位置合わせ（光調芯）が非常に重要である。   2. Description of the Related Art Conventionally, optical modules incorporating optical semiconductor elements such as light emitting elements (laser diodes) and light receiving elements (photodiodes) have been widely used for optical communication, information processing using optical signals, and the like. These optical modules are configured to include an optical semiconductor element built-in device in which an optical semiconductor element such as a light emitting element or a light receiving element is incorporated, and a connector to which an optical fiber is connected. The optical element such as a lens is an optical semiconductor element. May be interposed between the optical fiber and the optical fiber. In such an optical module, if the optical axes of the optical semiconductor element and the optical fiber do not coincide with each other, sufficient optical coupling efficiency cannot be obtained and desired performance cannot be achieved. Therefore, when an optical module is manufactured, if there is an optical semiconductor element, a connector for holding an optical fiber, and an optical element such as a lens, alignment (optical alignment) with the optical element is very important. .

特許文献１には、発光素子からの出力光を受光素子でモニターしながら、発光素子と光ファイバの位置合わせを行う構成が開示されている。特許文献２には、光源から光ファイバを通って受光素子に光を入射させ、その光電流をモニターしながら、光コネクタの保持部品と受光素子の位置合わせを行う構成が開示されている。また、特許文献３には、２対の光ファイバの間に光導波路が配置された構成において、光導波路を介して光ファイバ間を伝わる光のパワーをモニターしながら、光ファイバの位置合わせを行う方法が開示されている。そして、特許文献４は、発光素子とレンズと光ファイバの位置合わせ作業が煩雑であることを課題として、それを解決するために、レーザーダイオードが形成されたのと同一の半導体ウエハ上にＶ字形状のガイド溝が形成された構成を提案している。   Patent Document 1 discloses a configuration in which the light emitting element and the optical fiber are aligned while the output light from the light emitting element is monitored by the light receiving element. Patent Document 2 discloses a configuration in which light is incident on a light receiving element from a light source through an optical fiber, and the optical connector holding part and the light receiving element are aligned while monitoring the photocurrent. In Patent Document 3, in a configuration in which an optical waveguide is disposed between two pairs of optical fibers, the optical fiber is aligned while monitoring the power of light transmitted between the optical fibers via the optical waveguide. A method is disclosed. Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228707 has a problem that the alignment work of the light emitting element, the lens, and the optical fiber is complicated, and in order to solve the problem, the V-shape is formed on the same semiconductor wafer on which the laser diode is formed. A configuration in which a guide groove having a shape is formed is proposed.

近年用いられている光モジュールの一例である、いわゆるＴＯＳＡ（Transmitter Optical Subassembly）は、発光素子（レーザーダイオード）が内蔵された光半導体素子内蔵デバイスであるキャン（ＣＡＮ）に、光ファイバとの接続用のコネクタであるバレル（barrel）が接合された構造である。通常、バレルにはレンズが取り付けられており、このレンズによって光を集光して光ファイバとの光接続を可能にしている。ＴＯＳＡの製造時には、キャンに内蔵された発光素子と、バレルに搭載されたレンズとを、光軸を一致させた状態で互いに固定する。例えば、図７に概略的に示すように、光ファイバ２２を接続したバレル２１をキャン２３に対向させた状態で発光素子（図示せず）を発光させる。光ファイバ２２に接続された光出力計２４を用いて光出力を測定しながら、バレル２１および光ファイバ２２をキャン２３に対して相対的に３次元的に移動させる。そして、光出力が最大になった位置でバレル２１をキャン２３に固定する。なお、キャン２３自体にレンズが内蔵されており、バレル２１にはレンズが取り付けられていない場合もある。この場合にも、やはり図７に示すのと同様な方法で、キャン２３とバレル２１の位置合わせが行われる。   A so-called TOSA (Transmitter Optical Subassembly), which is an example of an optical module used in recent years, is used to connect an optical fiber to a can (CAN), which is a device with a built-in optical semiconductor element in which a light emitting element (laser diode) is built. This is a structure in which a barrel, which is a connector, is joined. Normally, a lens is attached to the barrel, and the light is collected by this lens to enable optical connection with an optical fiber. At the time of manufacturing the TOSA, the light emitting element built in the can and the lens mounted on the barrel are fixed to each other with the optical axes aligned. For example, as schematically shown in FIG. 7, a light emitting element (not shown) emits light with the barrel 21 connected to the optical fiber 22 facing the can 23. While measuring the optical output using the optical output meter 24 connected to the optical fiber 22, the barrel 21 and the optical fiber 22 are moved relative to the can 23 in a three-dimensional manner. Then, the barrel 21 is fixed to the can 23 at the position where the light output is maximized. In some cases, a lens is built in the can 23 itself, and no lens is attached to the barrel 21. Also in this case, the can 23 and the barrel 21 are aligned by the same method as shown in FIG.

発光素子には、図８（ａ）に示すような面発光型発光素子２５（ＶＣＳＥＬ：Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser）と、図８（ｂ）に示すような端面発光型発光素子２６が存在する。通常、面発光型発光素子２５の発光径Ｄ1は３０〜４０μｍ程度であり、端面発光型発光素子２６の発光径Ｄ2（１０〜２０μｍ程度）よりも大きい。面発光型発光素子２５は、マルチモード光ファイバとの光結合効率が大きくなるように作られており、シングルモード光ファイバとの光結合効率は、マルチモード光ファイバとの光結合効率の１／３以下である。また、この面発光型発光素子２５は、光出力の絶対値が小さいが発光を開始するしきい値電流も小さいという特徴を有し、逆に、端面発光型半導体素子２６は、光出力の絶対値が大きいが発光を開始するしきい値電流も大きいという特徴を有している。したがって、光出力の絶対値が大きくなければならない、いわゆるＦＴＴＨ（Fiber To The Home）などの長距離通信には、端面発光型発光素子２６を内蔵した光モジュールと、シングルモード光ファイバが用いられている。一方、建物内の複数のコンピュータ間の接続など、あまり大きな光出力は必要ではないが、省電力化が望まれる通信には、面発光型発光素子２５を内蔵した光モジュールと、マルチモード光ファイバが用いられている。このように、用途に応じて光モジュールおよび光ファイバの使い分けが行われている。
特開昭６１−２７９１９０号公報 特開平８−１２２５８７号公報 特開平６−２４２３４３号公報 特開平６−６７０７０号公報 The light emitting elements include a surface emitting light emitting element 25 (VCSEL: Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser) as shown in FIG. 8A and an edge emitting light emitting element 26 as shown in FIG. 8B. To do. Usually, the emission diameter D 1 of the surface-emitting light-emitting element 25 is about 30 to 40 μm, which is larger than the emission diameter D 2 (about 10 to 20 μm) of the edge-emitting light-emitting element 26. The surface-emitting light emitting element 25 is made so that the optical coupling efficiency with the multimode optical fiber is increased, and the optical coupling efficiency with the single mode optical fiber is 1 / of the optical coupling efficiency with the multimode optical fiber. 3 or less. The surface-emitting light-emitting element 25 has a feature that the absolute value of light output is small but the threshold current for starting light emission is also small. Conversely, the edge-emitting semiconductor element 26 has an absolute light output. Although the value is large, the threshold current at which light emission starts is also large. Therefore, for long-distance communication such as so-called FTTH (Fiber To The Home) where the absolute value of the optical output must be large, an optical module incorporating the edge-emitting light emitting element 26 and a single mode optical fiber are used. Yes. On the other hand, an optical module incorporating a surface-emitting light-emitting element 25 and a multimode optical fiber are not suitable for communication where power saving is desired, such as connection between a plurality of computers in a building. Is used. Thus, the optical module and the optical fiber are properly used according to the application.
JP-A 61-279190 Japanese Patent Laid-Open No. 8-122587 JP-A-6-242343 JP-A-6-67070

前記したように、あまり大きな光出力は必要ではないが省電力化が望まれる通信には、面発光型発光素子２５を内蔵した光モジュールが用いられ、この光モジュールにはマルチモード光ファイバが接続される。この光モジュールの製造時には、図７に示すのと同様に、試験用マルチモード光ファイバ２２を接続したバレル２１をキャン２３に対向させた状態で、面発光型発光素子２５を発光させる。そして、試験用マルチモード光ファイバ２２に伝わる光出力を測定しながらキャン２３とバレル２１の位置合わせを行ってから、バレル２１とキャン２３を接合して光モジュールを完成させている。しかし、このようにして製造した光モジュールを用いて実使用条件下での通信を行った際に、出力および通信品質が低いという不具合が発生することがある。その不具合率は１０〜１５％にも達する場合がある。   As described above, an optical module incorporating the surface-emitting light emitting element 25 is used for communication that does not require a very large optical output but desires to save power, and a multimode optical fiber is connected to this optical module. Is done. At the time of manufacturing this optical module, the surface-emitting light-emitting element 25 emits light with the barrel 21 connected to the test multimode optical fiber 22 facing the can 23, as shown in FIG. The can 23 and the barrel 21 are aligned while measuring the light output transmitted to the test multimode optical fiber 22, and then the barrel 21 and the can 23 are joined to complete the optical module. However, when communication is performed under actual use conditions using the optical module manufactured in this way, there may be a problem that the output and communication quality are low. The failure rate may reach 10-15%.

そこで、本発明の目的は、実使用条件下での通信の際に十分な出力および通信品質が得られ、従来よりも不具合の発生率が小さい、面発光型の発光素子を内蔵したマルチモード用の光モジュールを製造する方法を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is for a multi-mode built-in surface-emitting light-emitting element that can obtain a sufficient output and communication quality during communication under actual use conditions and has a lower defect occurrence rate than conventional ones. It is to provide a method for manufacturing the optical module.

本発明は、面発光型発光素子を内蔵した光半導体素子内蔵デバイスと、光ファイバが接続されるコネクタとが互いに接合され、コネクタにマルチモード光ファイバが接続された状態で使用されるマルチモード用光モジュールの製造方法において、シングルモード光ファイバをコネクタに接続した状態で、コネクタを光半導体素子内蔵デバイスに対向させ、面発光型発光素子を作動させて面発光型発光素子からシングルモード光ファイバに入射した光を測定しながら、光半導体素子内蔵デバイスとコネクタの位置合わせを行うことを特徴とする。光半導体素子内蔵デバイスとコネクタの位置合わせを行う際に用いられるシングルモード光ファイバは、マルチモード用光モジュールの使用時にコネクタに接続されるマルチモード光ファイバよりも短い、試験用シングルモード光ファイバである。   The present invention relates to a multimode device that is used in a state in which an optical semiconductor element built-in device incorporating a surface-emitting light emitting element and a connector to which an optical fiber is connected are joined to each other and the multimode optical fiber is connected to the connector. In the optical module manufacturing method, with the single mode optical fiber connected to the connector, the connector is opposed to the device with a built-in optical semiconductor element, and the surface emitting light emitting element is operated to change the surface emitting light emitting element to the single mode optical fiber. While measuring the incident light, the optical semiconductor element built-in device and the connector are aligned. The single-mode optical fiber used when aligning the optical semiconductor element built-in device and the connector is a test single-mode optical fiber that is shorter than the multi-mode optical fiber connected to the connector when the multi-mode optical module is used. is there.

この方法によると、実使用時にはマルチモード光ファイバに接続されるマルチモード用光モジュールの製造時に、試験用シングルモード光ファイバを用いて、コネクタと光半導体素子内蔵デバイスの相対位置合わせを行う。通常、試験用光ファイバは実使用時に接続される光ファイバに比べて非常に短いため、実使用時に性能の低下が見られることがあった。しかし、本発明では、試験用マルチモード光ファイバではなく試験用シングルモード光ファイバを用いることにより、厳しい条件下で高精度の光調芯を行う。従って、実使用時に長いマルチモード光ファイバを接続して光通信を行っても、性能の低下が抑えられる。   According to this method, when the multimode optical module connected to the multimode optical fiber in actual use is manufactured, the relative position between the connector and the optical semiconductor element built-in device is performed using the test single mode optical fiber. Usually, the test optical fiber is much shorter than the optical fiber to be connected in actual use, so that the performance may be deteriorated in actual use. However, in the present invention, high-precision optical alignment is performed under severe conditions by using a test single mode optical fiber instead of a test multimode optical fiber. Therefore, even if long multimode optical fibers are connected in actual use and optical communication is performed, a decrease in performance can be suppressed.

本発明は、面発光型発光素子を内蔵した光半導体素子内蔵デバイスと、光ファイバが接続されるコネクタとが互いに接合され、コネクタにマルチモード光ファイバが接続された状態で使用されるマルチモード用光モジュールの製造方法において、モードスクランブラーが取り付けられたマルチモード光ファイバをコネクタに接続した状態で、コネクタを光半導体素子内蔵デバイスに対向させ、面発光型発光素子を作動させて面発光型発光素子からマルチモード光ファイバに入射した光を測定しながら、光半導体素子内蔵デバイスとコネクタの位置合わせを行うことをもう１つの特徴とする。光半導体素子内蔵デバイスとコネクタの位置合わせを行う際に用いられるマルチモード光ファイバは、マルチモード用光モジュールの使用時にコネクタに接続されるマルチモード光ファイバよりも短い、試験用マルチモード光ファイバである。この方法でも、モードスクランブラーが取り付けられた試験用マルチモード光ファイバが試験用シングルモード光ファイバと同様の働きをし、前記したのと同様な作用が得られる。   The present invention relates to a multimode device that is used in a state in which an optical semiconductor element built-in device incorporating a surface-emitting light emitting element and a connector to which an optical fiber is connected are joined to each other and the multimode optical fiber is connected to the connector. In an optical module manufacturing method, with a multi-mode optical fiber attached with a mode scrambler connected to the connector, the connector faces the device with a built-in optical semiconductor element, and the surface-emitting light-emitting element is operated to operate the surface-emitting light emission. Another feature is that the optical semiconductor element built-in device and the connector are aligned while measuring the light incident on the multimode optical fiber from the element. The multimode optical fiber used to align the optical semiconductor element built-in device and the connector is a test multimode optical fiber that is shorter than the multimode optical fiber connected to the connector when the multimode optical module is used. is there. Also in this method, the test multimode optical fiber to which the mode scrambler is attached functions in the same manner as the test single mode optical fiber, and the same operation as described above can be obtained.

なお、光半導体素子内蔵デバイスはキャンであり、コネクタはバレルであり、キャンまたはバレルにはレンズが取り付けられており、光半導体素子内蔵デバイスとコネクタの位置合わせ工程は、面発光型発光素子とレンズの光調芯を行う工程であってもよい。   The device with a built-in optical semiconductor element is a can, the connector is a barrel, and a lens is attached to the can or the barrel. The alignment process between the device with a built-in optical semiconductor element and the connector is a surface emitting light emitting element and a lens. It may be a step of performing the optical alignment.

本発明によると、実使用時に接続されるマルチモード光ファイバよりも短い試験用の光ファイバを用いる場合であっても、比較的厳しい条件で光調芯を行うことができるため、実使用時の性能の低下を抑えることができる。   According to the present invention, optical alignment can be performed under relatively severe conditions even when a test optical fiber shorter than a multimode optical fiber connected in actual use is used. A decrease in performance can be suppressed.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１に、本発明の製造方法によって製造された光モジュールが示されている。この光モジュールはキャン１とバレル２が接合されたいわゆるＴＯＳＡと呼ばれるものである。   FIG. 1 shows an optical module manufactured by the manufacturing method of the present invention. This optical module is a so-called TOSA in which a can 1 and a barrel 2 are joined.

キャン１は、ベース３上に、図８（ａ）に示されているのと同様な面発光型発光素子（レーザーダイオード）４が実装され、この面発光型発光素子４が、少なくとも一部が開口部または透明部になっているキャップ５で覆われた構成である。さらに、面発光型発光素子４に接続されている端子６が、ベース３の、面発光型発光素子４搭載面と反対側に突出している。バレル２は、キャン１のキャップ５を覆うことができる形状の円筒部７ａを有するハウジング７と、円筒部７ａ内に保持されているレンズ８とからなる。ハウジング７には、光ファイバの端部に位置するフェルールが収容される開口部７ｂと、レンズ８が取り付けられた部分と開口部７ｂとを連通させる光路孔７ｃが形成されている。このキャン１とバレル２が、レンズ８と面発光型発光素子４の光軸が一致するように位置合わせされた状態で、接着剤９によって接合されている。こうして製造された、面発光型発光素子４を内蔵した光モジュールはマルチモード光ファイバ（図示せず）に接続されて、例えば建物内の複数のコンピュータ間の光通信などのために使用される。   The can 1 has a surface-emitting light-emitting element (laser diode) 4 similar to that shown in FIG. 8A mounted on a base 3, and the surface-emitting light-emitting element 4 is at least partially included. It is the structure covered with the cap 5 which is an opening or a transparent part. Further, a terminal 6 connected to the surface light emitting element 4 protrudes on the side of the base 3 opposite to the surface on which the surface light emitting element 4 is mounted. The barrel 2 includes a housing 7 having a cylindrical portion 7a having a shape capable of covering the cap 5 of the can 1 and a lens 8 held in the cylindrical portion 7a. The housing 7 is formed with an opening 7b in which a ferrule located at the end of the optical fiber is accommodated, and an optical path hole 7c for communicating the portion to which the lens 8 is attached and the opening 7b. The can 1 and the barrel 2 are joined by an adhesive 9 in a state in which the can 8 and the surface light emitting element 4 are aligned so that the optical axes thereof coincide with each other. The thus manufactured optical module including the surface-emitting light emitting element 4 is connected to a multimode optical fiber (not shown) and used for optical communication between a plurality of computers in a building, for example.

このような光モジュールの製造時には、キャン１とバレル２をそれぞれ製造した後に、レンズ８と面発光型発光素子４の光軸が一致するように位置合わせ（光調芯）してから、接着剤９を用いてキャン１とバレル２を接合する。所望の性能を有する光モジュールを製造するためには、この光調芯作業が非常に重要である。そこで、本実施形態では、図２に示すように、試験用シングルモード光ファイバ１０（コア径は９μｍ程度）を接続したバレル２をキャン１に対向させた状態で面発光型発光素子４を発光させる。そして、試験用シングルモード光ファイバ１０に接続された光出力計１１を用いて光出力を測定しながら、バレル２および試験用シングルモード光ファイバ１０をキャン１に対して相対的に３次元的に移動させる。光出力が最大になった位置で、接着剤９を用いてバレル２をキャン１に固定する。   When manufacturing such an optical module, after the can 1 and the barrel 2 are manufactured, the lens 8 and the surface light emitting element 4 are aligned (optical alignment) so that the optical axes thereof coincide with each other, and then the adhesive. 9 is used to join the can 1 and the barrel 2 together. In order to manufacture an optical module having desired performance, this optical alignment work is very important. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, the surface-emitting light emitting element 4 emits light with the barrel 2 connected to the test single mode optical fiber 10 (core diameter is about 9 μm) facing the can 1. Let The barrel 2 and the test single-mode optical fiber 10 are three-dimensionally relative to the can 1 while measuring the optical output using the optical output meter 11 connected to the test single-mode optical fiber 10. Move. At the position where the light output is maximized, the barrel 2 is fixed to the can 1 using the adhesive 9.

前記した通り、この光モジュールは面発光型発光素子４を内蔵しており、発光径が大きく、十分な光結合効率を得るためにマルチモード光ファイバ（図示せず）が接続されて使用される。しかし、本実施形態では、試験用シングルモード光ファイバ１０を用いて、キャン１とバレル２の位置合わせを行っている。このような位置合わせ工程を行った後にキャン１とバレル２を接合して完成させた光モジュールは、マルチモード光ファイバと接続されて実使用条件下での光通信を行った際に、優れた性能を発揮した。その根拠について以下に説明する。   As described above, this optical module includes the surface-emitting light-emitting element 4 and has a large emission diameter and is used with a multimode optical fiber (not shown) connected to obtain sufficient optical coupling efficiency. . However, in this embodiment, the can 1 and the barrel 2 are aligned using the test single-mode optical fiber 10. The optical module completed by joining the can 1 and the barrel 2 after performing such an alignment process is excellent when optical communication is performed under actual use conditions connected to a multimode optical fiber. Demonstrated performance. The basis for this will be described below.

なお、本明細書中で言う「試験用光ファイバ」は、光モジュールの実使用時に接続される可能性のあるほとんどの光ファイバよりも短い光ファイバであり、一般的に１〜２ｍ程度の長さの光ファイバである。   The “test optical fiber” referred to in the present specification is an optical fiber shorter than most optical fibers that may be connected during actual use of the optical module, and is generally about 1 to 2 m long. This is an optical fiber.

特許文献１〜４に記載されているように、従来は、実使用時にマルチモード光ファイバと接続されて用いられる光モジュールの光調芯を行う際には、試験用マルチモード光ファイバが用いられ、実使用時にシングルモード光ファイバと接続されて用いられる光モジュールの光調芯を行う際には、試験用シングルモード光ファイバが用いられていた。すなわち、実使用時と異なる種類の光ファイバを用いて光調芯を行うことは、従来は行われていなかった。しかし、試験用マルチモード光ファイバを用いて光調芯を行って製造した、面発光型発光素子を内蔵した光モジュールにおいては、実使用条件下での通信時に所望の出力および通信品質が得られない不良品が１０〜１５％程度存在した。   As described in Patent Documents 1 to 4, conventionally, when performing optical alignment of an optical module that is connected to a multimode optical fiber during actual use, a test multimode optical fiber is used. When performing optical alignment of an optical module that is connected to a single mode optical fiber during actual use, a test single mode optical fiber has been used. That is, conventionally, optical alignment has not been performed using an optical fiber of a different type from that in actual use. However, an optical module with a surface-emitting light-emitting element manufactured by optical alignment using a test multimode optical fiber can achieve the desired output and communication quality during communication under actual usage conditions. There were about 10-15% defective products.

本出願人が検討したところ、光調芯時、すなわちキャンとバレルの位置合わせ時には、長さが１〜２ｍ程度の試験用マルチモード光ファイバ（コア径は５０μｍ程度）を用いて光出力をモニターしているが、実使用条件下では、試験用マルチモード光ファイバよりも長い、最低でも数ｍ、長い場合には数ｋｍにも及ぶほどのマルチモード光ファイバを用いて通信を行うことが、不具合率の高い原因ではないかと推察された。すなわち、１〜２ｍ程度の短い試験用マルチモード光ファイバを用いた光通信時には問題にならなくても、その試験用マルチモード光ファイバよりもはるかに長いマルチモード光ファイバを用いた光通信時には、特に、１次モード以外（２次モード以上）の光や、光ファイバのコアの外部の光の影響により、性能の低下が起こると考えられる。   When the present applicant examined, at the time of optical alignment, that is, when the can and the barrel are aligned, the optical output is monitored using a test multimode optical fiber (core diameter is about 50 μm) having a length of about 1 to 2 m. However, under actual use conditions, it is possible to perform communication using a multimode optical fiber that is longer than the test multimode optical fiber, at least several meters, and in the case of longer than several kilometers, It was inferred that it was the cause of the high failure rate. That is, even when optical communication using a short test multimode optical fiber of about 1 to 2 m is not a problem, at the time of optical communication using a multimode optical fiber much longer than the test multimode optical fiber, In particular, it is considered that the performance is lowered due to the influence of light other than the primary mode (secondary mode or higher) and light outside the core of the optical fiber.

そこで、本出願人は、光調芯の精度を従来よりも高めることによって、実使用条件下での通信時の性能の低下を抑えることを図ることにした。そして、光調芯の精度を容易に高めるために、試験用マルチモード光ファイバに代えて試験用シングルモード光ファイバを用いて光調芯を行う方法を発明した。シングルモード光ファイバは、マルチモード光ファイバに比べて口径が小さいため、口径が小さいシングルモード光ファイバを用いて光調芯を行うと、口径が大きいマルチモード光ファイバを用いて光調芯を行う場合に比べて、非常に精密な位置合わせが必要になる。したがって、より高精度の光調芯が行われることになる。さらに詳しく言うと、シングルモード光ファイバは１次モードの光のみを通し、２次以上の高次モードの光は通さない。そして、１次モードの光と高次モードの光は、光ファイバへの入射角が異なる。図３に示すように、１次モードの光の方が、高次モードの光に比べて、より平行であり、光ファイバ内での反射回数が少ないため伝播損失がより小さい。したがって、１次モードの光を用いるとより正確な光軸調整が行えるので、１次モードの光のみを伝播するシングルモード光ファイバを用いて光調芯を行うと実使用上での性能低下を改善できる。一方、マルチモード光ファイバを用いて光調芯を行うと、光ファイバ内での反射回数が多く伝播損失がより大きい高次モードの光が存在するため実使用上での性能低下の可能性が高い。   Therefore, the present applicant has decided to suppress the deterioration of the performance during communication under actual use conditions by increasing the accuracy of the optical alignment than before. In order to easily improve the accuracy of the optical alignment, a method of performing optical alignment using a test single mode optical fiber instead of the test multimode optical fiber was invented. A single mode optical fiber has a smaller aperture than a multimode optical fiber. Therefore, when optical alignment is performed using a single mode optical fiber having a small aperture, optical alignment is performed using a multimode optical fiber having a large aperture. Compared to the case, very precise alignment is required. Therefore, more precise optical alignment is performed. More specifically, the single-mode optical fiber passes only the first-order mode light and does not pass the second-order or higher-order mode light. The incident light to the optical fiber differs between the first-order mode light and the higher-order mode light. As shown in FIG. 3, the first-order mode light is more parallel than the higher-order mode light, and the propagation loss is smaller because the number of reflections in the optical fiber is smaller. Therefore, since the optical axis can be adjusted more accurately by using the first-order mode light, performing optical alignment using a single-mode optical fiber that propagates only the first-order mode light will degrade the performance in actual use. Can improve. On the other hand, when optical alignment is performed using a multimode optical fiber, there is a possibility that the performance in actual use may be degraded because there is light of a higher mode that has a large number of reflections in the optical fiber and a larger propagation loss. high.

以上説明した通り、本実施形態では、マルチモード用の光モジュールを製造するための光調芯工程において試験用シングルモード光ファイバ１０を用いることによって、高次モードの光やコアの外部の光の影響を低減し、試験用マルチモード光ファイバを用いるよりも厳しい条件での位置合わせが行える。したがって、実使用条件下で、試験用の光ファイバよりも長いマルチモード光ファイバに接続して光通信を行っても、性能低下が小さい。こうして、製造した光モジュールの歩留まりは９９％程度で不具合率は１％程度であり、従来よりも大きく改善された。   As described above, in the present embodiment, by using the test single-mode optical fiber 10 in the optical alignment process for manufacturing the multi-mode optical module, the light of the higher-order mode or the light outside the core is transmitted. The effect can be reduced and alignment can be performed under stricter conditions than using a test multimode optical fiber. Therefore, even when optical communication is performed by connecting to a multimode optical fiber that is longer than the test optical fiber under actual use conditions, the performance degradation is small. Thus, the yield of the manufactured optical module was about 99%, and the failure rate was about 1%, which is a significant improvement over the prior art.

図４（ａ），（ｂ）には、実際に本実施形態の方法で製造した多数のマルチモード用光モジュールと、試験用マルチモード光ファイバを用いて光調芯を行った従来の多数のマルチモード用光モジュールとの性能を比較した結果を示している。   4 (a) and 4 (b), a number of conventional multimode optical modules actually manufactured by the method of this embodiment and a number of conventional optical alignments using test multimode optical fibers are shown. The result of having compared the performance with the optical module for multi modes is shown.

図４（ａ）は、各光モジュールを実使用条件下かつ２５度の温度で作動させたときの光強度を横軸に取り、その光モジュールを２５度から７５度まで温度変化させた際の光強度の変化率を示している。このグラフを見ると、本実施形態の光モジュールは従来の光モジュールよりも、温度変化による光強度の変動が小さく（光強度の変化率が０％に近く）、光強度の変化率のばらつきも小さいことがわかる。   FIG. 4A shows the light intensity when each optical module is operated under actual use conditions and at a temperature of 25 degrees on the horizontal axis, and the temperature of the optical module is changed from 25 degrees to 75 degrees. It shows the rate of change of light intensity. As can be seen from the graph, the optical module of the present embodiment has a smaller variation in light intensity due to temperature change than the conventional optical module (the rate of change in light intensity is close to 0%), and the variation in the rate of change in light intensity is also large. I understand that it is small.

図４（ｂ）は、各光モジュールを実使用条件下かつ２５度の温度で作動させたときのスロープ効率を横軸に取り、その光モジュールを２５度から７５度まで温度変化させた際のスロープ効率の変化率を示している。このグラフを見ると、本実施形態の光モジュールは従来の光モジュールよりも、温度変化によるスロープ効率の変動が小さく（スロープ効率の変化率が０％に近く）、スロープ効率の変化率のばらつきも小さいことがわかる。   FIG. 4 (b) shows the slope efficiency when each optical module is operated under actual use conditions and at a temperature of 25 degrees on the horizontal axis, and the temperature of the optical module is changed from 25 degrees to 75 degrees. It shows the rate of change of slope efficiency. As can be seen from the graph, the optical module of this embodiment has a smaller fluctuation in slope efficiency due to temperature change than the conventional optical module (the rate of change in slope efficiency is close to 0%), and the variation in the rate of change in slope efficiency is also variable. I understand that it is small.

図５，６には、本発明の第２の実施形態が示されている。本実施形態では、試験用マルチモード光ファイバ１２を用いて光調芯を行っているが、試験用マルチモード光ファイバ１２にモードスクランブラー１３，１４が取り付けられている。図５に示されている構成では、試験用マルチモード光ファイバ１２を挟み込んで折り曲げる形態のモードスクランブラー１３が用いられている。また、図６に示されている構成では、試験用マルチモード光ファイバ１２をコイル状に巻き付ける形態のモードスクランブラー１４が用いられている。図５，６のいずれのモードスクランブラー１３，１４も、高次モードの光を減衰させ、主に１次モードの光のみを伝播させるため、第１の実施形態において試験用シングルモード光ファイバ１０を用いて光調芯を行ったのと実質的に同様の作用効果が得られる。なお、本実施形態は、試験用マルチモード光ファイバ１２とモードスクランブラー１３，１４を用いること以外は、全て第１の実施形態と同様であるので、これ以上の説明は省略する。   5 and 6 show a second embodiment of the present invention. In this embodiment, optical alignment is performed using the test multimode optical fiber 12, but mode scramblers 13 and 14 are attached to the test multimode optical fiber 12. In the configuration shown in FIG. 5, a mode scrambler 13 in which the test multi-mode optical fiber 12 is sandwiched and bent is used. In the configuration shown in FIG. 6, a mode scrambler 14 in which the test multimode optical fiber 12 is wound in a coil shape is used. Each of the mode scramblers 13 and 14 in FIGS. 5 and 6 attenuates the higher-order mode light and mainly propagates only the first-order mode light. Therefore, in the first embodiment, the test single-mode optical fiber 10 is used. Substantially the same effect as that obtained when the optical alignment is performed using the above. The present embodiment is the same as the first embodiment except that the test multi-mode optical fiber 12 and the mode scramblers 13 and 14 are used.

本発明の第１の実施形態では、実使用条件下で用いられる光ファイバと光調芯工程で用いられる光ファイバとが異なる。また、第２の実施形態でも、マルチモード光ファイバにモードスクランブラーを取り付けることによりシングルモード光ファイバと同等の働きをさせているため、実質的には、実使用条件下で用いられる光ファイバと光調芯工程で用いられる光ファイバとが異なると言える。これは、実使用条件よりも厳しい条件で光調芯工程を行うことにより、非常に長い光ファイバが接続される実使用時の性能低下を抑えるという本発明の技術的思想を実現するものである。これに対し、仮に、シングルモード用の光モジュールを製造するための光調芯工程において試験用マルチモード光ファイバを用いたとすると、実使用条件よりも緩やかな条件で光調芯工程が行われることになり、むしろ実使用時の性能低下が著しくなるおそれがある。これは、前記した本発明の技術的思想とは全く逆である。したがって、本発明は、マルチモード用光モジュールを製造するための光調芯工程において、試験用シングルモード光ファイバ、またはシングルモード光ファイバと同等の働きをする試験用光ファイバを用いることが必須の要件であると言える。   In the first embodiment of the present invention, the optical fiber used under actual use conditions is different from the optical fiber used in the optical alignment process. In the second embodiment, the mode scrambler is attached to the multi-mode optical fiber so that the same function as that of the single-mode optical fiber is achieved. It can be said that the optical fiber used in the optical alignment process is different. This realizes the technical idea of the present invention that suppresses performance degradation during actual use in which a very long optical fiber is connected by performing an optical alignment process under conditions that are severer than actual use conditions. . On the other hand, if the test multimode optical fiber is used in the optical alignment process for manufacturing an optical module for a single mode, the optical alignment process is performed under conditions that are gentler than the actual use conditions. Rather, there is a risk that performance degradation during actual use will be significant. This is completely opposite to the technical idea of the present invention described above. Therefore, in the present invention, it is essential to use a test single-mode optical fiber or a test optical fiber having the same function as the single-mode optical fiber in the optical alignment process for manufacturing the multi-mode optical module. It can be said that it is a requirement.

また、以上の説明では、マルチモード用光モジュールとして、面発光型発光素子４を内蔵した光モジュールを挙げている。これは、前記した通り、端面発光型発光素子は、通常はシングルモード光ファイバに接続されて使用されるので除外されるためである。さらに、受光素子（フォトダイオード）は、発光素子の発光径に比べて大きな受光径を有しているので、シングルモード光ファイバを用いると光調芯が適切に行えない可能性があるという理由で除外されるためである。   In the above description, an optical module including the surface-emitting light emitting element 4 is cited as the multimode optical module. This is because, as described above, the edge-emitting light-emitting elements are excluded because they are usually connected to a single mode optical fiber. Furthermore, since the light receiving element (photodiode) has a larger light receiving diameter than the light emitting diameter of the light emitting element, the use of a single mode optical fiber may prevent optical alignment properly. It is because it is excluded.

マルチモード用光モジュールの面発光型発光素子４以外の構成については、特に限定されるものではない。すなわち、図示されているようなキャン１とバレル２からなる構成に限られず、また、レンズ８等の光学素子の配置も図示されるものに限られず、面発光型発光素子４と光ファイバの間に光学素子が介在しない構成も考えられる。このように、様々な形態のマルチモード用光モジュールに関して、本発明を適用することができる。   The configuration other than the surface light emitting element 4 of the multimode optical module is not particularly limited. That is, the configuration is not limited to the configuration including the can 1 and the barrel 2 as illustrated, and the arrangement of the optical elements such as the lens 8 is not limited to the illustrated configuration, and the area between the surface light emitting element 4 and the optical fiber is not limited to the illustrated configuration. A configuration in which no optical element is interposed is also conceivable. Thus, the present invention can be applied to various types of multimode optical modules.

本発明に基づいて製造されるマルチモード用光モジュールを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the optical module for multimodes manufactured based on this invention. 本発明の第１の実施形態のマルチモード用光モジュールの光調芯工程を示す概略図である。It is the schematic which shows the optical alignment process of the optical module for multimodes of the 1st Embodiment of this invention. 光ファイバ内の１次モードの光と高次モードの光の伝播する状態を示す概略図である。It is the schematic which shows the state which the light of the 1st mode and the light of a higher mode in an optical fiber propagates. 本発明の第１の実施形態に基づいて製造されたマルチモード用光モジュールと、従来の方法で製造されたマルチモード用光モジュールの性能を比較したグラフであり、（ａ）は温度変化に伴う光強度の変化率を示すグラフ、（ｂ）は温度変化に伴うスロープ効率の変化率を示すグラフである。It is the graph which compared the performance of the optical module for multi modes manufactured based on the 1st Embodiment of this invention, and the optical module for multi modes manufactured by the conventional method, (a) is accompanied with a temperature change. The graph which shows the change rate of light intensity, (b) is a graph which shows the change rate of slope efficiency accompanying a temperature change. 本発明の第２の実施形態のマルチモード用光モジュールの光調芯工程を示す概略図である。It is the schematic which shows the optical alignment process of the optical module for multimodes of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態のマルチモード用光モジュールの光調芯工程の他の例を示す概略図である。It is the schematic which shows the other example of the optical alignment process of the optical module for multimodes of the 2nd Embodiment of this invention. 従来のマルチモード用光モジュールの光調芯工程を示す概略図である。It is the schematic which shows the optical alignment process of the conventional multimode optical module. （ａ）は面発光型発光素子を示す概略図、（ｂ）は端面発光型発光素子を示す概略図である。(A) is the schematic which shows a surface emitting light emitting element, (b) is the schematic which shows an edge emitting light emitting element.

符号の説明Explanation of symbols

１ キャン（光半導体素子内蔵デバイス）
２ バレル（コネクタ）
３ ベース
４ 面発光型発光素子（レーザーダイオード）
５ キャップ
６ 端子
７ ハウジング
７ａ 円筒部
７ｂ 開口部
７ｃ 光路孔
８ レンズ
９ 接着剤
１０ 試験用シングルモード光ファイバ
１１ 光出力計
１２ 試験用マルチモード光ファイバ
１３，１４ モードスクランブラー 1 Can (Device with built-in optical semiconductor element)
2 Barrel (connector)
3 Base 4 Surface-emitting light emitting device (laser diode)
5 Cap 6 Terminal 7 Housing 7a Cylindrical portion 7b Opening 7c Optical path hole 8 Lens 9 Adhesive 10 Test single mode optical fiber 11 Optical output meter 12 Test multimode optical fiber 13, 14 Mode scrambler

Claims (5)

面発光型発光素子を内蔵した光半導体素子内蔵デバイスと、光ファイバが接続されるコネクタとが互いに接合され、前記コネクタにマルチモード光ファイバが接続された状態で使用されるマルチモード用光モジュールの製造方法において、
シングルモード光ファイバを前記コネクタに接続した状態で、該コネクタを前記光半導体素子内蔵デバイスに対向させ、前記面発光型発光素子を作動させて前記面発光型発光素子から前記シングルモード光ファイバに入射した光を測定しながら、前記光半導体素子内蔵デバイスと前記コネクタの位置合わせを行うことを特徴とする、マルチモード用光モジュールの製造方法。 A multimode optical module for use in a state in which an optical semiconductor element built-in device incorporating a surface light emitting element and a connector to which an optical fiber is connected are joined to each other and the multimode optical fiber is connected to the connector. In the manufacturing method,
With the single mode optical fiber connected to the connector, the connector faces the device with a built-in optical semiconductor element, and the surface emitting light emitting element is operated to enter the single mode optical fiber from the surface emitting light emitting element. A method for manufacturing a multimode optical module, wherein the optical semiconductor element built-in device and the connector are aligned while measuring the measured light. 前記光半導体素子内蔵デバイスと前記コネクタの位置合わせを行う際に用いられる前記シングルモード光ファイバは、前記マルチモード用光モジュールの使用時に前記コネクタに接続される前記マルチモード光ファイバよりも短い、試験用シングルモード光ファイバである、請求項１に記載のマルチモード用光モジュールの製造方法。   The single mode optical fiber used when aligning the optical semiconductor element built-in device and the connector is shorter than the multimode optical fiber connected to the connector when the multimode optical module is used. The method for manufacturing a multimode optical module according to claim 1, wherein the multimode optical module is a single mode optical fiber. 面発光型発光素子を内蔵した光半導体素子内蔵デバイスと、光ファイバが接続されるコネクタとが互いに接合され、前記コネクタにマルチモード光ファイバが接続された状態で使用されるマルチモード用光モジュールの製造方法において、
モードスクランブラーが取り付けられたマルチモード光ファイバを前記コネクタに接続した状態で、該コネクタを前記光半導体素子内蔵デバイスに対向させ、前記面発光型発光素子を作動させて前記面発光型発光素子から前記マルチモード光ファイバに入射した光を測定しながら、前記光半導体素子内蔵デバイスと前記コネクタの位置合わせを行うことを特徴とする、マルチモード用光モジュールの製造方法。 A multimode optical module for use in a state in which an optical semiconductor element built-in device incorporating a surface light emitting element and a connector to which an optical fiber is connected are joined to each other and the multimode optical fiber is connected to the connector. In the manufacturing method,
With the multi-mode optical fiber attached with a mode scrambler connected to the connector, the connector is opposed to the device with a built-in optical semiconductor element, and the surface-emitting light-emitting element is operated to A method of manufacturing a multimode optical module, wherein the optical semiconductor element built-in device and the connector are aligned while measuring light incident on the multimode optical fiber. 前記光半導体素子内蔵デバイスと前記コネクタの位置合わせを行う際に用いられる、前記モードスクランブラーが取り付けられた前記マルチモード光ファイバは、前記マルチモード用光モジュールの使用時に前記コネクタに接続される前記マルチモード光ファイバよりも短い、試験用マルチモード光ファイバである、請求項３に記載のマルチモード用光モジュールの製造方法。   The multimode optical fiber to which the mode scrambler is attached is used when aligning the device with a built-in optical semiconductor element and the connector, and is connected to the connector when the multimode optical module is used. The manufacturing method of the optical module for multimodes of Claim 3 which is a test multimode optical fiber shorter than a multimode optical fiber. 前記光半導体素子内蔵デバイスはキャンであり、前記コネクタはバレルであり、前記キャンまたは前記バレルにはレンズが取り付けられており、
前記光半導体素子内蔵デバイスと前記コネクタの位置合わせ工程にて、前記面発光型発光素子と前記レンズの光調芯を行う、請求項１から４のいずれか１項に記載のマルチモード用光モジュールの製造方法。 The optical semiconductor element built-in device is a can, the connector is a barrel, and a lens is attached to the can or the barrel,
5. The multimode optical module according to claim 1, wherein optical alignment of the surface-emitting light emitting element and the lens is performed in an alignment step of the device with a built-in optical semiconductor element and the connector. 6. Manufacturing method.
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