JP2001013358A - フェルール組立体及びそれを備えた光モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造バラツキや使用環境の変化の影響を受け
にくいレーザ共振器が得られるフェルール組立体及びそ
れを備えた光モジュールを提供する。 【解決手段】 このが発明に係るフェルール組立体は、
回折格子領域を有するシングルモード光ファイバ(107)
と、該光ファイバ(107)の先端部分(107b)に取り付けら
れたフェルール(106)とを備え、上記光ファイバ(107)の
うち回折格子領域を除く部分が、上記フェルール(106)
の固定部に固定される一方、該光ファイバ(107)のうち
該回折格子領域が、該フェルール(106)に固定されるこ
となく、該フェルール(106)における収納部の内壁から
所定距離離間した状態で該収納部に収納されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光源である発光
素子のひとつの端面と、光ファイバの端部近傍に形成さ
れたブラッグ回折格子とを組み合わせてレーザ共振器を
構成する光モジュール、及びそれに好適なフェルール組
立体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】外部共振器型光モジュールは、光源とし
ての発光素子と、該発光素子の出射光を相互に反射する
1対の反射器を含むレーザ共振器とから構成されてい
る。

【０００３】上記のような光モジュールでは、レーザ共
振器を構成する1対の反射器のうちの一方は、発光素子
自体の端面あるいは該端面に形成された高反射率膜であ
ることが多い。また、他方の反射器は、発光素子と対面
する光ファイバ端部付近に設けられたブラッグ回折格子
が利用される。なお、ブラッグ回折格子は、光ファイバ
端部付近に周期的な屈折率変化を与えることにより該光
ファイバ内に形成され、この屈折率変化の周期により決
定される回折波長の光が反射することとなる。このよう
なブラッグ回折格子が作り込まれた光ファイバは、グレ
ーティングファイバと呼ばれ、これを用いた外部共振器
型光モジュールではブラッグ回折格子の仕様によって所
望の回折波長を決定できることから、所望のレーザ発振
波長を容易に選択できるという利点がある。

【０００４】特に、発光素子の一方の端面とブラッグ回
折格子とで構成された、上述のようなレーザ共振器の場
合、グレーティングファイバの先端部分にはフェルール
が取り付けられ、該グレーティングファイバとフェルー
ルとで構成されるフェルール組立体を所定位置に固定す
ることにより、該発光素子とグレーティングファイバと
の間で光学的な結合状態が維持される。

【０００５】発光素子とグレーティングファイバとの光
学的な結合は、互いに対向する発光素子の端面とグレー
ティングファイバの端面との間に光学要素（レンズ）を
配置することにより実現可能である。また、該光学要素
に代え、グレーティングファイバの端面を先球加工して
レンズ機能を持たせることによっても実現可能である。

【０００６】フェルール組立体の代表的な構造として
は、発光素子の光軸とグレーティングファイバの光軸と
を一致させるのが一般的である。ただし、グレーティン
グファイバの端面で反射された光が再度発光素子に入射
されるのを防止するため、該グレーティングファイバ端
面及びフェルール端面は、該グレーティングファイバの
光軸に対して所定角度だけ傾けられている。

【０００７】一方、グレーティングファイバの端面が先
球加工されたフェルール組立体は、該グレーティングフ
ァイバの端面を含む先端部分の一部がフェルール端面か
ら突出した構造となっている。これは、発光素子から出
射されるレーザ光の広がり角を考慮して該発光素子の端
面とグレーティングファイバの端面を近接した状態で設
置しなければならない一方、グレーティングファイバの
先端部分に取り付けられたフェルール自体を発光素子に
近づけることは、構造上の困難が伴うため、該フェルー
ル端面から先球加工されたグレーティングファイバ端面
が突出している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】発明者らは、上記レー
ザ共振器を詳細に検討した結果、係る共振器特性がグレ
ーティングファイバとその先端部分に取り付けられたフ
ェルールとで構成されるフェルール組立体自体の構造に
左右されることを発見した。

【０００９】すなわち、共振器特性に影響する第１の原
因は、当該ファイバのうちフェルール内に収納された部
分全体を、接着剤を介してフェルール内壁に密着固定す
る点にある。この場合、フェルール自体の変形により直
接ファイバ、特にブラッグ回折格子が形成された回折格
子領域にストレスが加えられ、ブラッグ回折格子の反射
特性が変化してしまう。一方、第２の原因は、ファイバ
とフェルールとの固定の際に、これら部材がしっかりと
固定されていなければ、製品によっては該ファイバの設
置位置が使用環境の変化に伴って変動してしまい、発光
素子とファイバとの結合効率が低下する危険性がある。

【００１０】この発明は上述の課題を解決するためにな
されたものであり、製造バラツキや使用環境の変化の影
響を受けにくいレーザ共振器が得られるフェルール組立
体、及び該フェルール組立体を備えた外部共振器型半導
体光モジュールを提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明に係るフェルー
ル組立体は、グレーティングファイバと、その先端部分
に取り付けられたフェルールとを備え、発光素子と該グ
レーティングファイバとの間にレンズなどの光学要素を
用いないで実現される光モジュールに好適な構造を備え
る。すなわち、当該フェルール組立体は、グレーティン
グファイバの端面が先球加工されており、かつ、発光素
子とグレーティングファイバとの光学的な結合効率を向
上させるため（発光素子から出射される光は一定の広が
り角を持っている）、該端面を含むグレーティングファ
イバの先端部分がフェルール端面から突出した構造を備
える。これにより、該先球加工されたグレーティングフ
ァイバの先端部分を発光素子の出射端面に近づけるのが
好ましい。

【００１２】上記フェルールは、グレーティングファイ
バを固定する固定部と、該グレーティングファイバのう
ちブラッグ回折格子が設けられた回折格子領域を収納す
る収納部を有する。また、これら固定部と収納部は一体
化して貫通孔を形成する。

【００１３】特に、当該フェルール組立体は、上記グレ
ーティングファイバのうち回折格子領域を除く部分が、
上記フェルールの固定部に固定され、該グレーティング
ファイバのうち該回折格子領域が、該フェルールに固定
されることなく、該フェルールにおける収納部の内壁か
ら離間した状態で該収納部に収納されていることを特徴
としている。

【００１４】このような構成により、フェルール内に収
納された回折格子領域には、使用環境、製造誤差等に起
因してフェルールが変形した場合であっても、該フェル
ールからストレスを受けることがなくなり、ブラッグ回
折格子の安定した回折特性が得られる。

【００１５】さらに、この発明に係るフェルール組立体
は、上記フェルールの貫通孔の開口端にテーパー部を設
けた構造であってもよい。この場合、グレーティングフ
ァイバとフェルールとは、該フェルールのテーパー部に
おいてハンダにより固定されることになるが、ハンダ材
料を適切に所望の固定位置に導くことができるので、製
品間におけるグレーティングファイバとフェルール間の
固定強度のバラツキを押さえることができる。フェルー
ルに固定される部材は上述のようなグレーティングファ
イバである必要はなく、標準的なシングルモードファイ
バであってもよい。この構成は、フェルールと光ファイ
バとをハンダにより固定する技術に広く適用できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係るフェルール
組立体及びそれを備えた光モジュールの各実施形態を、
図１〜図１０を用いて説明する。なお、図中の同一部分
同一要素については同一符号を付し、重複する説明を省
略する。

【００１７】（第１実施形態）図１は、この発明に係る
光モジュールを説明するための図である。この図に示さ
れたように、光モジュールでは、パッケージ１００内に
設置された基台１０３上に、サブマウント１０４を介し
て発光素子１０５が実装されている。また、基台１０３
の少なくとも一端は垂直に立ち上がっており、ここに設
けられた貫通孔に、ブラッグ回折格子が作り込まれたシ
ングルモード光ファイバ（グレーティングファイバ）１
０７の先端部分に取り付けられたフェルール１０６が挿
通された状態で固定されている。グレーティングファイ
バ１０７の端面はフェルール１０６の端面から突出した
状態で発光素子１０５に対面しており、発光素子１０５
から出射された光が該グレーティングファイバ１０７に
効率よく結合されるように配置されている。なお、主に
結合効率を改善する目的で、グレーティングファイバ１
０７の端面は先球加工されている。また、発光素子１０
５の動作をモニタするために、発光素子１０５の後方に
はモニタ用の受光素子１１０も実装されている。

【００１８】上記のような構造を備えた光モジュールに
おいて、発光素子１０５の、グレーティングファイバ１
０７とは反対側の端面には、４０%以上の反射率を有す
る反射膜が形成されている。一方、グレーティングファ
イバ１０７の端面近傍には、周期的に屈折率が変化する
ブラッグ回折格子が形成されている。このブラッグ回折
格子は、周期に応じた特定波長の光を反射する性質があ
るので、発光素子１０５に形成された反射膜とともにレ
ーザ共振器を構成している。

【００１９】ところで、上記のような一連の機能部材
は、通常は、ペルチェ効果素子等の温度制御素子１０２
上に装荷された状態でパッケージ１００及びカバー１０
８によって封止され、発光素子１０５とともにサブマウ
ント１０４上に実装された温度検出素子１０９を用いた
帰還制御により一定の動作温度を維持するように構成さ
れている。

【００２０】この実施形態におけるグレーティングファ
イバは、その端部近傍に、フェルールと呼ばれる補強部
材が装着された状態で取り扱われるのが一般的である。
フェルールは、通常はセラミックスにより形成された円
筒状の部材である。光ファイバの操作や固定における物
理的な取り扱いを容易にし、機械的に脆弱な光ファイバ
を保護する目的で、光ファイバの端部近傍に予め固定さ
れた状態で使用される。

【００２１】図１（ｂ）は、フェルール組立体を部分的
に拡大した断面図である。この図に示されたように、フ
ェルール１０６の内径は、グレーティングファイバ１０
７の外径よりも僅かに大きくなっており、該グレーティ
ングファイバ１０７を挿通する際に接着材１２０を塗布
する等して両者は相互に固着されている。また、フェル
ール１０６の少なくとも一端は、グレーティングファイ
バ１０７を挿入し易いように、テーパ開口を有してい
る。なお、グレーティングファイバ１０７に形成されて
いるブラッグ回折格子１０７ａは、このフェルール１０
６の内部に収納されている。

【００２２】ところで、上述のように、グレーティング
ファイバ１０７の回折格子領域に設けられたブラッグ回
折格子１０７ａは、当該光モジュールにおけるレーザ共
振器の一方の反射器を構成している。ところが、グレー
ティングファイバ１０７とフェルール１０６を相互に固
定する際には、回折格子領域全体が接着剤１２０で覆わ
れるため、該回折格子領域に不可避に応力が生じる。こ
の応力は接着材が固着した後もグレーティングファイバ
１０７内に残留し、ブラッグ回折格子１０７ａの光学特
性にも影響を与えている。すなわち、ブラッグ回折格子
１０７ａにおける屈折率変化の周期は０．２〜０．６μ
ｍ程度であり、フェルール１０６との組立時に発生する
歪みがたとえ数％であったとしても、ブラッグ回折格子
１０７ａの特性に無視できない影響が生じる。このよう
な影響は組立前から予測することは難しく、最終的に得
られる光モジュールの特性のばらつきや劣化の原因とな
っていることが発明者の検討により見出された。これに
対し、この実施形態に係るフェルール組立体において、
グレーティングファイバ１０７は、ブラッグ回折格子１
０７ａが設けられた回折格子領域を避けてフェルール１
０６に固着される。したがって、接着材の固化に起因す
るブラッグ回折格子１０７ａの特性変化が効果的に抑制
される。

【００２３】この実施形態では、図１（ｃ）に示された
ように、グレーティングファイバ１０７と発光素子１０
５との間にレンズ等の光学要素は配置されていない。そ
こで、発光素子１０５との結合効率を向上させるため
に、グレーティングファイバ１０７の先端部分は５０゜
〜６０゜程度のテーパー角となるよう加工され、さらに
その端面は６〜２０μｍの曲率半径を持つよう先球加工
されている。発光素子１０５（導波路長は約１００μ
ｍ）から出射される光の広がり角を考慮して、発光素子
１０５の出射端とグレーティングファイバ１０７の先球
加工された端面との間隔は、５〜１０μｍ程度に維持さ
れている。さらに、グレーティングファイバ１０７は、
フェルール１０６のテーパー開口を有する端面からの該
グレーティングファイバ１０７の端面が１００〜６００
μｍ程度突出した状態で、該フェルール１０６に固定さ
れている。

【００２４】以下、図面を参照して第１実施形態に係る
フェルール組立体をより具体的に説明する。ただし、以
下の説明はこの発明の一実施形態に過ぎず、この発明の
技術的範囲を何ら限定するものではない。

【００２５】図２（ａ）〜図２（ｄ）は、第１実施形態
に係るフェルール組立体の種々の構造を示す断面図であ
る。また、以下の記載において、各図面において共通な
構成要素には全て同じ参照番号を付して、詳細な説明は
省略している。

【００２６】図２（ａ）に示された構造では、フェルー
ル１０６に挿通されたグレーティングファイバ１０７
は、フェルール１０６の先端部端面（固定部１０６ａ）
においてのみハンダ１１１で固定されている。このと
き、グレーティングファイバ１０７の先端部分は、フェ
ルール１０６の端面から、数百μmから数ｍｍ程度突出
しており、さらに、グレーティングファイバ１０７の端
面には先球加工及び低反射コーティングが施されてい
る。

【００２７】一方、フェルール１０６の端面は、貫通孔
を中心にテーパ状に加工されている（フェルール１０６
の固定部にはハンダ付け用のテーパー開口が設けられて
いる）。また、このテーパ開口のハンダが付着する箇所
には金メッキが施されており、ハンダがフェルール１０
６側へ良好に付着するよう構成されている。一方、フェ
ルール１０６の後端側（ブラッグ回折格子１０７ａの収
納部１０６ｂ）では、その内径は０．３ｍｍ〜１ｍｍ程
度と大きくなっており、グレーティングファイバ１０７
の挿入を容易にするとともに、収容されているグレーテ
ィングファイバ１０７、特にブラッグ回折格子１０７ａ
が設けられた回折格子領域にストレスがかからないよう
に構成されている。一方、フェルール１０６の内径が最
も小さい固定部１０６ａでは、その内径は１２６μｍ程
度となっている。用意されたグレーティングファイバ１
０７の直径は１２５μmであり、この部分ではフェルー
ル１０６とグレーティングファイバ１０７との間隙は僅
かなので、当該フェルール１０６の軸中心とグレーティ
ングファイバ１０７の軸中心とは実質的に一致してい
る。したがって、種々の光学的調芯も、従来と同様に行
うことができる。

【００２８】なお、この実施形態ではグレーティングフ
ァイバ１０７の固定にハンダを用いたが、その他の接着
材を用いても差し支えないことはいうまでもない。グレ
ーティングファイバ１０７を上述のように固定すること
により、フェルール１０６は、グレーティングファイバ
１０７とともに一体的に取り扱われ、かつグレーティン
グファイバ１０７を保護するというフェルール本来の機
能も何ら損なわれない。一方、図２（ａ）に示された構
造では、グレーティングファイバ１０７の回折格子領域
に作り込まれたブラッグ回折格子１０７ａには一切スト
レスがかからない。

【００２９】ところが、図２（ａ）に示された構造のフ
ェルール組立体が適用された光モジュールでは、グレー
ティングファイバ１０７をフェルール１０６に固定する
際に、フェルール１０６とグレーティングファイバ１０
７との間隙にハンダが流れ込んでしまう可能性がある。
このような場合、ブラッグ回折格子１０７ａに不要な応
力が加わってしまう。そこで、図２（ｂ）に示された構
造では、フェルール１０６とグレーティングファイバ１
０７の間隙に緩衝材１１２が充填されている。この緩衝
材１１２（充填材料）としては、エポキシ樹脂等がある
が、要は、グレーティングファイバ１０７よりもヤング
率が小さい材料であれば任意に選択することができる。
このような材料を選択することにより、たとえフェルー
ル１０６自体が変形したとしても収納された回折格子領
域に及ぼす応力が小さくなるので、ブラッグ回折格子１
０７ａの特性に及ぼす影響は殆ど無視することができ
る。

【００３０】さらに、図２（ｃ）に示された構成では、
フェルール１０６とグレーティングファイバ１０７との
固定位置が異なる点を除けば、図２（ｂ）に示された構
造と同じである。このような構成でも、図２（ｂ）に示
された構造と同様に機能する。

【００３１】図２（ｄ）に示された構造では、フェルー
ル１０６の前端と後端の両方に固定部１０６ａ（貫通孔
の内径が収納部１０６ｂの内径よりも狭められている）
を設け、それぞれの固定部１０６ａでグレーティングフ
ァイバ１０７をハンダ１１１により固定している。ただ
し、フェルール１０６の内部には、該フェルール１０６
収納部１０６ｂの長さよりも長いグレーティングファイ
バ１０６が収容されており、該グレーティングファイバ
１０７は弛んでいる。したがって、フェルール１０６の
変形や熱膨張(あるいは収縮)が生じた場合でも、ブラッ
グ回折格子１０７ａにストレスが加わることはない。な
お、各固定箇所の構造や固定方法は、他の構造と同様に
ハンダや接着材で行うことができる。また、フェルール
１０６の内部へのハンダ等の流れ込みを防止するため
に、フェルール１０６の収納空間を何らかの緩衝材で充
填しておいてもよい。この場合の充填材料の選択も、他
の構造と同様である。

【００３２】フェルール１０６の収納部１０６ｂ内に充
填される緩衝材としては、例えばエポキシ樹脂及びセラ
ミックス粉末が混合された樹脂のいずれかが好ましく、
フェルール１０６の材料としては、樹脂材料、セラミッ
ク材料、金属材料、金属と金属メッキされたセラミック
材料を組み合わせたもののうち、少なくともいずれかで
あることが好ましい。

【００３３】図３は、以上のような種々の構造のフェル
ール組立体が適用されたこの発明に係る光モジュールの
構造を示す断面図である。

【００３４】この図に示されたように、当該光モジュー
ルでは、基台１０３上に、サブマウント１０４を介して
発光素子１０５が実装されている。また、基台１０３の
一端１０３ｂは垂直に立ち上がっており、ここに設けら
れた貫通孔にグレーティングファイバ１０７を保持した
フェルール１０６が挿通された状態で固定されている。
また、発光素子１０５の動作をモニタするために、発光
素子１０５の後方にはモニタ用の受光素子１１０も実装
されている。さらに、上記のような一連の機能部材は、
ペルチェ効果素子等の温度制御素子１０２上に装荷され
た状態でパッケージ１００内に収容されており、発光素
子１０５とともにサブマウント１０４上に実装された温
度検出素子１０９を用いた帰還制御により、できるだけ
一定の動作温度を維持するように構成されている。

【００３５】なお、図３において、基台１０３はサブマ
ウント１０４が搭載される部分１０３ａと、該部分１０
３ａと直行する方向に伸びた部分１０３ｂ、１０３ｃを
備え、部分１０３ｃは部材１３３と、モニタ用の受光素
子１１０を保持する部材１３２を支持している。また、
フェルール組立体は複数種類の部材１４１、１４２、１
４３によって強固に固定されており、図中、１２１ａ、
１２１ｂ、１４１ａ、１４２ａ、１４３ａは各部材１４
１〜１４３の各ＹＡＧ溶接部を示している。

【００３６】以上のように、ここで示された光モジュー
ルにおいては、グレーティングファイバ１０７の先端か
ら所定距離離間した回折格子領域には、ブラッグ回折格
子１０７ａが設けられている。ブラッグ回折格子１０７
ａは、発光素子１０５に形成された反射膜とともにレー
ザ共振器を構成している。ブラッグ回折格子１０７ａを
グレーティングファイバ１０７の先端部分に作り込むと
ともに、先球加工された端面を発光素子１０５の直近に
配置して、共振器長をできるだけ短縮している。

【００３７】（第２実施形態）上述の第１実施形態のよ
うな、グレーティングファイバの回折格子領域に設けら
れたブラッグ回折格子を外部共振器の一部として利用す
る構成では、該グレーティングファイバの端面を発光素
子にできるだけ近づけることが好ましい。このため、グ
レーティングファイバと発光素子の間にレンズ等の光学
要素を挿入することも避けなければならず、これを補う
ためにグレーティングファイバにおける端部の先球加工
も必須となる。しかしながら、該グレーティングファイ
バにフェルールを装着した状態では、集光レンズとして
所期の性能を実現できるような形状に光ファイバの端部
を加工することは難しい。したがって、このような場合
は、まずグレーティングファイバの先端を球状に加工し
た後に、フェルールを装着するという手順でフェルール
組立体を製造する必要がある。

【００３８】図４（ａ）〜図４（ｃ）は、上記のような
グレーティングファイバヘのフェルールの装着工程を説
明するための図である。

【００３９】図４（ａ）に示されたように、グレーティ
ングファイバ１０７は、基本的にはコア１７３と、該コ
ア１７３の外周に設けられたクラッド１７２とを備えた
光ファイバであって、その端部近傍に位置する回折格子
領域内にブラッグ回折格子１０７ａが形成された光部品
である。特に、この製造工程では、当該グレーティング
ファイバ１０７は、被覆層１０１の一部が除去されその
先端部分が露出している。続いて、このようなグレーテ
ィングファイバ１０７は、図４（ｂ）に示されたよう
に、その端部１０７ｂが球形に加工されるとともに、そ
の側面がＡｕ、Ａｕ／Ｎｉ（Ｎｉ層と該Ｎｉ層の上に設
けられたＡｕ層の２層構造）、Ａｕ／Ｃｒ（Ｃｒ層と該
Ｃｒ層の上に設けられたＡｕ層の２層構造）等の金属層
１０３でメッキされる。このように側面を金属で覆われ
たグレーティングファイバ１０７は、図４（ｃ）に示さ
れたように、フェルール１０６の内部に挿通され、フェ
ルール１０６の一端とハンダにより固定される。なお、
この際にフェルール１０６の後端では、グレーティング
ファイバ１０７との間隙にエポキシ等の樹脂材料が充填
される。このようにグレーティングファイバ１０７とフ
ェルール１０６とを一体化することにより、脆弱なグレ
ーティングファイバ１０７の損傷する確率を低減し、か
つ精密に取り扱うことを可能になる。

【００４０】さらに、図５（ａ）及び図５（ｂ）は、図
４（ａ）〜図４（ｃ）に示されたような一連の工程にお
いて、ハンダによる固定処理の詳細を説明するための図
である。

【００４１】図５（ａ）に示されたように、フェルール
１０６の内部にグレーティングファイバ１０７を挿通さ
せた状態で、固定処理は行われる。なお、グレーティン
グファイバ１０７の側面には、予めＡｕ、Ａｕ／Ｎｉ、
Ａｕ／Ｃｒ等の金属メッキが施されている。次に、図５
（ｂ）に示されたように、ボール状のハンダ材料１１１
ａ、１１１ｂを突出したグレーティングファイバ１０７
の側に数個置き、高周波加熱により該ハンダボール１１
１ａ、１１１ｂを溶融させる。このような処理の後、図
５（ｂ）に示されたように、グレーティングファイバ１
０７はハンダ１１１によりフェルール１０６の先端に固
定される。

【００４２】しかしながら、外径が1ｍｍ程度のフェル
ール１０６の平坦な端面上で、直径０．２ｍｍ〜０．５
ｍｍ程度のハンダボール１１１ａ、１１ｂを適切な位置
に置くことは難しく、実際には、熟練を要する上に、効
率の悪い作業になってしまう。

【００４３】また、フェルール１０６が装着されたグレ
ーティングファイバ１０７を気密パッケージに実装して
使用する場合、有機物ガスが発生することも好ましくな
い。したがって、使用されるるハンダはフラックスの添
加されていないものを使用しなければならない。フラッ
クスの添加されていないハンダを使用するとハンダが下
地に馴染み難く、図６に示されたように、ハンダ１１１
が、グレーティングファイバ１０７とフェルール１０６
の間に流れ込んだり、フェルール１０６の外側の側面に
流れ落ちてしまう可能性もある。

【００４４】第２実施形態に係るフェルール組立体は、
上述のような課題を解決し、光ファイバとフェルールと
を作業性良く確実に固定することができ、光モジュール
として高い光学特性が得られる構造を備えたことを特徴
としている。なお、この第２実施形態において、フェル
ールとハンダ固定される光ファイバはグレーティングフ
ァイバ等の光部品には限られず、該第２実施形態に係る
フェルール組立体は図１（ａ）及び図３に示された光モ
ジュールにも適用可能である。

【００４５】具体的に第２実施形態に係るフェルール組
立体は、図７に示されたように、ハンダ１１が光ファイ
バ１０７とフェルール１０６の両方に付着するように、
フェルール１０６の端部の形状等を最適化した点にその
主要な特徴がある。

【００４６】この第２実施形態において、フェルール１
０６の先端部にはテーパー開口が成形されている。ま
た、テーパ開口の内面は、グレーティングファイバ１０
７の側面に対して５０度以上、６５度未満の角度をなし
ている。ここで、この角度が６５度以上になると溶融し
た液状ハンダが流れて広がってしまう。一方、この角度
が５０度未満の場合はグーレティングファイバ１０７を
固定するために必要な量のハンダをテーパ開口に収容す
ることができなくなる。また、ハンダがグレーティング
ファイバ１０７に付着する区間が長くなるので、該グレ
ーティングファイバ１０７の光学的な特性に影響を与え
易くなる。

【００４７】さらに、この第２実施形態の好ましい態様
によると、フェルール１０６の内径は、その中に挿通さ
れるグレーティングファイバ１０７の外周面とフェルー
ル１０６の内壁面の間隔が１μm以上１０μm以下に設計
されている。すなわち、フェルール１０６の内壁面とグ
レーティングファイバ１０７の間隔がこれよりも広くな
ると、溶融したハンダがフェルール１０６の内部に流れ
込んでしまい、該フェルール１０６の先端におけるグレ
ーティングファイバ１０７の固定が不十分になる。一
方、間隙がこれよりも狭くなると、グレーティングファ
イバ１０７を挿通すること自体が難しくなるので、当該
フェルール組立体の作製が困難になる。

【００４８】なお、グレーティングファイバ１０７の固
定のために使用されるハンダ材料は、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａ
ｕ、Ａｇ及びＩｎの少なくともいずれかであることが好
ましい。一方、フェルール１０６の表面でハンダが載る
領域はＡｕメッキ、Ａｕ／Ｎｉの２層メッキ、あるいは
Ａｕ／Ｃｒの２層メッキをしておくことが好ましい。

【００４９】以下、図面を参照して第２実施形態に係る
フェルール組立体の構造について説明するが、以下の開
示は一実施例に過ぎず、本発明の技術的範囲を何等限定
するものではない。

【００５０】図７は、この発明に係るフェルール組立体
の特徴部分を拡大して示す断面図である。なお、このフ
ェルール組立体は図１（ａ）及び図３に示された光モジ
ュールに適用可能である。

【００５１】図７に示されたように、フェルール１０６
には、その先端部に、貫通孔の内径が端部に近づくにつ
れて大きくなるようになテーパ状開口１０６ａが形成さ
れている。このようなフェルール１０６に対して、挿通
されたグレーティングファイバ１０７は、フェルール１
０６の下端側において樹脂で、上端側においてハンダ１
１１でそれぞれ固定されている。なお、フェルール１０
６の内部は、樹脂とハンダ１１１で封止されることにな
るので、実際には、該フェルール１０６の内部の空気を
逃がすための通気孔１０６ｂが該フェルール１０６に設
けられている。また、この通気孔１０６ｂは、ハンダ１
１１の付着を容易ならしめるためにも寄与する。

【００５２】ここで、上述のように、第２実施形態に係
るフェルール組立体は、テーパ開口の内面１０６ａとグ
レーティングファイバ１０７の側面がなす角度θと、グ
レーティングファイバ１０７の外径ｄ０に対するフェル
ール１０６の内径ｄ１の寸法が規定されている。そこ
で、比較のために、上記角度θと内径d１を種々に変化
させた複数のフェルールを用意し、各仕様について実際
に組み立てた試料を評価した。

【００５３】用意されたフェルールサンプルは、ステン
レス製で表面をＡｕメッキされたものである。したがっ
て、プラスチック製あるいはセラミックス製のフェルー
ルでも、Ａｕメッキすればこの第２実施形態と実質的に
同様に取り扱うことができる。フェルール１０６の外径
は１．６ｍｍ、長さは１０ｍｍであった。また、テーパ
開口の内径は０．９ｍｍとした。また、テーパ開口の形
状は、その内面１０６ａとグレーティングファイバ１０
７の表面との角度θが６０度のとき、２６０μm程度の
深さになるよう設計された。さらに、フェルール１０６
の貫通孔狭い一定の内径をなす部分（固定部）の長さは
約０．５ｍｍ、フェルールの残りの内径の大きい部分
（収納部）の内径は０．５ｍｍ程度とした。大径部分と
小径部分との段差は、加工した時に形成された形状のま
まとした。

【００５４】一方、用意されたグレーティングファイバ
１０７は、被覆層１０１の一部が除去された状態で外径
１２５μmである。先端は先球加工されており、最終的
なフェルール組立体において、その先端は、フェルール
の端面から１．０〜１．３ｍｍ程度突出している。さら
に、このグレーティングファイバ１０７の先端には、長
さ約５ｍｍに渡ってブラッグ回折格子１０７ａが形成さ
れている。

【００５５】図８（ａ）及び図８（ｂ）は、上述のよう
な構造を備えたフェルール１０６を利用した第２実施形
態に係るフェルール組立体の製造工程を説明するための
図である。

【００５６】まず、図８（ａ）に示されたように、フェ
ルール１０６の内部にグレーティングファイバ１０７を
挿通する。このとき、グレーティングファイバ１０７の
側面には、予めＡｕ、Ａｕ／Ｎｉ、Ａｕ／Ｃｒ等の金属
メッキ２２０が施されている。次に、テーパ開口にはグ
レーティングファイバ１０７を取り囲むようにハンダボ
ールが数個置かれ、高周波加熱により該ハンダボールを
溶融させる。このような処理の後、図８（ｂ）に示され
たように、グレーティングファイバ１０７はハンダ１１
１によりフェルール１０６に固定される。

【００５７】上述の一連の工程により、フェルール組立
体の複数のサンプルが作製された。ハンダ・ボールは、
直径０．２ｍｍのものを使用した。作製された各サンプ
ルに対する評価が図１０の表にまとめられている。

【００５８】なお、図１０の表において、成否欄に失敗
と記載されている場合は、図９に示されたように、ハン
ダ１１１がフェルールの外側あるいは内側に流れて、グ
レーティングファイバが十分に固定されなかった場合を
意味している。また、表中、記号※は、グレーティング
ファイバ１０７の外径ｄ０とフェルール１０６の内径ｄ
１の差の１／２であることを意味する。

【００５９】上記の結果から判るように、フェルール１
０６の貫通孔の内径を適切に選択するとともに（具体的
には、｜ｄ１−ｄ０｜が１５μｍ以下になるように選択
する）、その端部を適切な形状にすることにより、ハン
ダ１１１によるグレーティングファイバ１０７の固定を
良好に行うことが可能になる。

【００６０】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、この発明に
よれば、フェルール内にブラッグ回折格子を収納する空
間を設けることにより、該グレーティングファイバに機
械的なストレスがかからない。したがって、グレーティ
ングファイバは、当初設定された特性を発揮し、設計通
りの発振波長が再現性良く得られる。このような発明の
効果により、光モジュールの製造歩留り及びその製品の
安定性が向上される。

【００６１】さらに、この発明に係るフェルール組立体
は、フェルールの端部にハンダ接着用のテーパー開口を
設けたので、グレーティングファイバとフェルールとを
ハンダにより確実に固定することができ、最終的に得ら
れる半導体レーザモジュール（光モジュール）の製造効
率を向上させることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る光モジュールを説明するための
図であり、同図（ａ）は、この発明に係る光モジュール
の第１実施例の概略構成を示す図、同図（ｂ）は、フェ
ルール組立体の構造を説明するための図、同図（ｃ）
は、グレーティングファイバと発光素子との位置関係を
説明するための図である。

【図２】この発明に係るフェルール組立体の種々の構造
を示す図である。

【図３】この発明に係る光モジュールの第１実施例の断
面構造を示す図である。

【図４】フェルール組立体の製造工程を説明するための
図である。

【図５】グレーティングファイバをフェルールに固定す
る工程を説明するための図である。

【図６】図５に示された工程に起因する課題を説明する
ための図である。

【図７】この発明に係るフェルール組立体の断面構造を
示す図である。

【図８】図７に示されたフェルール組立体の製造工程、
特に、グレーティングファイバをフェルールに固定する
工程を説明するための図である。

【図９】この発明に係るフェルール組立体において、光
ファイバの固定が失敗した状態を示す図である。

【図１０】製造されたフェルール組立体の評価結果を示
す表である。

【符号の説明】

１００…パッケージ、１０２…ペルチェ効果素子、１０
３…基台、１０４…サブマウント、１０５…発光素子、
１０６…フェルール、１０７…シングルモード光ファイ
バ（グレーティングファイバ）、１０７ａ…ブラッグ回
折格子、１０８…カバー、１０９…温度検出素子、１１
０…モニタ用受光素子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H037 BA01 CA05 CA08 DA03 DA04 DA15 DA16 DA18 DA38 5F073 AB15 AB28 BA02 FA05 FA25 GA23

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ブラッグ回折格子が設けられた光ファイ
   バと、 前記光ファイバの一方の端面を含む先端部分に、該光フ
   ァイバの一部を収納した状態で取り付けられた部材であ
   って、該光ファイバを固定するための固定部と、該光フ
   ァイバのうち前記ブラッグ回折格子が位置する回折格子
   領域を収納する空間を規定する収納部を有するフェルー
   ルとを備え、 前記光ファイバの一方の端面を含む先端部分は、前記フ
   ェルールから所定の長さだけ突出しているとともに、該
   光ファイバの一方の端面は、所定の曲率半径を持って先
   球加工されており、 前記光ファイバのうち前記回折格子領域を除く部分は、
   前記フェルールの固定部に固定され、該光ファイバのう
   ち該回折格子領域は、該フェルールに固定されることな
   く、該フェルールにおける収納部の内壁から離間した状
   態で該収納部に収納されたことを特徴とするフェルール
   組立体。
2. 【請求項２】 前記フェルールの固定部は、前記光ファ
   イバの光軸と実質的に一致した状態で該光ファイバを支
   持可能な第１貫通孔を有し、 前記フェルールの収納部は、前記第１貫通孔よりも大き
   な内径の第２貫通孔を有することを特徴とする請求項１
   記載のフェルール組立体。
3. 【請求項３】 前記フェルールの収納部内壁と前記光フ
   ァイバの外周面との間隙には、該フェルールと該光ファ
   イバとを固定しない緩衝材が充填されていることを特徴
   とする請求項１又は２記載のフェルール組立体。
4. 【請求項４】 前記緩衝材は、エポキシ樹脂を含むこと
   を特徴とする請求項３記載のフェルール組立体。
5. 【請求項５】 前記フェルールは、金属、及び、金属と
   金属メッキされたセラミック材料との組み合わせのいず
   れかからなり、前記光ファイバは、該フェルールの固定
   部のうちメッキされた箇所においてハンダによって該フ
   ェルールに固定されていることを特徴とする請求項１〜
   ４のいずれか一項記載のフェルール組立体。
6. 【請求項６】 前記光ファイバは、前記回折格子領域と
   前記一方の端面との間の第１位置、及び該回折格子領域
   を挟んで第１位置と反対側の第２位置の少なくともいず
   れかの位置で、前記フェルールの固定部に固定されてい
   ることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の
   フェルール組立体。
7. 【請求項７】 光ファイバと、 前記光ファイバの先端部分に取り付けられた部材であっ
   て、該光ファイバを収納する貫通孔と、該貫通孔の開口
   端に位置するテーパー部とを有するフェルールとを備
   え、 前記光ファイバの一方の端面を含む先端部分は、前記フ
   ェルールのテーパー部から所定の長さだけ突出するとと
   もに、該光ファイバの一方の端面は、所定の曲率半径を
   持って先球加工されており、 前記光ファイバと前記フェルールとは、該フェルールの
   テーパー部においてハンダにより固定されていることを
   特徴とするフェルール組立体。
8. 【請求項８】 前記テーパ部分の内面と前記光ファイバ
   の側面とのなす角は、50度以上65度以下であることを特
   徴とする請求項７記載のフェルール組立体。
9. 【請求項９】 前記貫通孔のうち前記テーパ部を除く部
   分と前記光ファイバの側面との間隔は、15μm以下であ
   ることを特徴とする請求項７又は８記載のフェルール組
   立体。
10. 【請求項１０】 前記テーパ部において前記光ファイバ
    と前記フェルールとを固定するハンダは、Ｓｎ、Ｐｂ、
    Ａｕ、Ａｇ及びＩｎのうち少なくともいずれかを含むこ
    とを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項記載のフェ
    ルール組立体。
11. 【請求項１１】 前記光ファイバの側面は、Ａｕがメッ
    キされるか、あるいはＮｉ及びＣｒのいずれかとＡｕと
    がこの順番にメッキされていることを特徴とする請求項
    ７〜１０のいずれか一項記載のフェルール組立体。
12. 【請求項１２】 前記フェルールのうち少なくとも前記
    テーパ部は、Ａｕがメッキされるか、あるいはＮｉ及び
    ＣｒのいずれかとＡｕとがこの順番にメッキされている
    ことを特徴とする請求項７〜１１のいずれか一項記載の
    フェルール組立体。
13. 【請求項１３】 前記フェルールの貫通孔は、所定内径
    の第１部分と該第１部分よりも大きな内径の第２部分と
    を有し、該第２部分の内壁と前記光ファイバの外周面と
    の間隙には樹脂が充填されていることを特徴とする請求
    項７〜１２のいずれか一項記載のフェルール組立体。
14. 【請求項１４】 出射光路上の一方の端面が反射鏡とし
    て作用する発光素子と、 請求項１〜１３のいずれか一項記載のフェルール組立体
    と、 前記発光素子と前記フェルール組立体とを所定位置に保
    持する保持構造とを備えた光モジュール。