JP2002148492A - 光モジュール - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 製造が容易で、信頼性が高く、偏光消光比が
小さく、伝送する光の偏光面の崩れのない窓構造を有す
る光モジュールを提供する。 【解決手段】 本発明の光モジュールは、筐体と、筐体
に固定された、サファイア板を用いた光透過型窓構造を
有する接合部とを有する。サファイアの窓は、サファイ
アのＣ軸と光の偏光面のなす角度ψと、サファイアのＣ
軸と光軸とのなす角度θとの間に、次の関係式（１）〜
（４）が成立するように形成される。下式において、ω
はサファイアの主屈折率、εは副屈折率、λは透過光の
波長、ｄは窓板の厚さである。 （１）ｎ＝ωε／√（ω２ｃｏｓ２θ＋ε２ｓｉｎ
２θ） （２）δ＝２πｄ（ω−ｎ）／λ 【数１】
小さく、伝送する光の偏光面の崩れのない窓構造を有す
る光モジュールを提供する。 【解決手段】 本発明の光モジュールは、筐体と、筐体
に固定された、サファイア板を用いた光透過型窓構造を
有する接合部とを有する。サファイアの窓は、サファイ
アのＣ軸と光の偏光面のなす角度ψと、サファイアのＣ
軸と光軸とのなす角度θとの間に、次の関係式（１）〜
（４）が成立するように形成される。下式において、ω
はサファイアの主屈折率、εは副屈折率、λは透過光の
波長、ｄは窓板の厚さである。 （１）ｎ＝ωε／√（ω２ｃｏｓ２θ＋ε２ｓｉｎ
２θ） （２）δ＝２πｄ（ω−ｎ）／λ 【数１】
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信に用いられ
る光モジュール、特に気密性が高く、伝送する光の偏光
面の崩れのない光モジュールに関する。
る光モジュール、特に気密性が高く、伝送する光の偏光
面の崩れのない光モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年発達の著しい光通信の分野では、光
信号を確実に伝達するために、光モジュールの気密性が
重要視されている。それは、光モジュール内部が高温高
湿状態となると、その内部に配置された光半導体素子の
電極部が劣化することと、内部に侵入した水分が結露し
て光半導体素子の光学特性が劣化し、１０年以上の光半
導体素子の寿命を保証できなくなることによる。
信号を確実に伝達するために、光モジュールの気密性が
重要視されている。それは、光モジュール内部が高温高
湿状態となると、その内部に配置された光半導体素子の
電極部が劣化することと、内部に侵入した水分が結露し
て光半導体素子の光学特性が劣化し、１０年以上の光半
導体素子の寿命を保証できなくなることによる。
【０００３】ところで、光モジュールは、内部の光半導
体素子と外部の光ファイバーを、レンズを使用して光学
的に結合する役割がある。光モジュールの気密性を確保
したままこの光学系を維持するために、光半導体気密封
止容器には、光透過型の窓構造を採用している。
体素子と外部の光ファイバーを、レンズを使用して光学
的に結合する役割がある。光モジュールの気密性を確保
したままこの光学系を維持するために、光半導体気密封
止容器には、光透過型の窓構造を採用している。
【０００４】光モジュール用の筐体（気密封止容器）の
窓材には、透光性に優れており、かつ、強度も高いこと
から、サファイアがよく使用されている。特開平８−１
４８５９４号では、光透過型の窓にサファイアを使用し
た光モジュール用の筐体の基本構造と製造方法について
開示されている。この筐体の窓構造について、特開平８
−１４８５９４号では、光軸とサファイアのＣ軸との関
係が述べられている。ここでは、スネルの法則に従って
屈折する光軸と窓板のＣ軸とを一致させて、光の複屈折
を生じさせない、即ち光の偏光面が回転しないような窓
構造が提案されている。
窓材には、透光性に優れており、かつ、強度も高いこと
から、サファイアがよく使用されている。特開平８−１
４８５９４号では、光透過型の窓にサファイアを使用し
た光モジュール用の筐体の基本構造と製造方法について
開示されている。この筐体の窓構造について、特開平８
−１４８５９４号では、光軸とサファイアのＣ軸との関
係が述べられている。ここでは、スネルの法則に従って
屈折する光軸と窓板のＣ軸とを一致させて、光の複屈折
を生じさせない、即ち光の偏光面が回転しないような窓
構造が提案されている。
【０００５】特開平１１−５４６４２号では、窓板に硼
珪酸ガラスを使用した光モジュールの窓構造が提案され
ている。硼珪酸ガラスは、安価であり、かつ、透光性に
ついてはサファイアよりも優れている。さらに、硼珪酸
ガラスは等方的材料であって光の複屈折を生じない材料
である。しかし、硼珪酸ガラスは熱等の応力によって弾
性歪みが生じるために透過する光の偏光面が崩れるとい
う問題点があった。しかし、特開平１１−５４６４２号
に開示されているように、ガラスに均一に応力をかける
ことで光の偏光面の崩れは小さくでき、その際は、光の
偏光面の崩れの指標となる、後述する偏光消光比が−４
０ｄＢ程度と小さくなって実使用上問題にならないこと
が分かった。
珪酸ガラスを使用した光モジュールの窓構造が提案され
ている。硼珪酸ガラスは、安価であり、かつ、透光性に
ついてはサファイアよりも優れている。さらに、硼珪酸
ガラスは等方的材料であって光の複屈折を生じない材料
である。しかし、硼珪酸ガラスは熱等の応力によって弾
性歪みが生じるために透過する光の偏光面が崩れるとい
う問題点があった。しかし、特開平１１−５４６４２号
に開示されているように、ガラスに均一に応力をかける
ことで光の偏光面の崩れは小さくでき、その際は、光の
偏光面の崩れの指標となる、後述する偏光消光比が−４
０ｄＢ程度と小さくなって実使用上問題にならないこと
が分かった。
【０００６】ここで、光の偏光面の崩れは、次のような
偏光消光比で表されるのが一般的である。クロスニコル
の実験系において、光射出側の偏光子を光入射側に対し
て９０度回転させたとき、最大となる光強度を
Ｉｍａｘ、最小の光強度をＩｍｉｎとすると、偏光消光
比は１０×ｌｏｇ１０（Ｉｍｉｎ／Ｉｍａｘ）で定義さ
れる。したがって、偏光消光比が小さいほど光の偏光面
の崩れが小さいことを示している。
偏光消光比で表されるのが一般的である。クロスニコル
の実験系において、光射出側の偏光子を光入射側に対し
て９０度回転させたとき、最大となる光強度を
Ｉｍａｘ、最小の光強度をＩｍｉｎとすると、偏光消光
比は１０×ｌｏｇ１０（Ｉｍｉｎ／Ｉｍａｘ）で定義さ
れる。したがって、偏光消光比が小さいほど光の偏光面
の崩れが小さいことを示している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】近年、光通信における
高密度波長多重技術と高速化技術の高度化に伴い、伝送
する光の偏光面を維持することと、その波長の均一性を
確保することが大きな課題となっている。このうち、後
者を解決するには、光ファイバーグレーティング等の、
気密封止容器の外に光ファイバーを介した外部共振器構
造を形成することが望ましいが、この場合にも光の偏光
面の維持が必要となる。このとき必要となる偏光面の維
持程度は、上述した偏光消光比で−３０ｄＢ、すなわち
ＩｍａｘがＩｍｉｎの１０００倍を上回る程度であり、
上記の従来技術では達成できない厳しい条件となってい
た。
高密度波長多重技術と高速化技術の高度化に伴い、伝送
する光の偏光面を維持することと、その波長の均一性を
確保することが大きな課題となっている。このうち、後
者を解決するには、光ファイバーグレーティング等の、
気密封止容器の外に光ファイバーを介した外部共振器構
造を形成することが望ましいが、この場合にも光の偏光
面の維持が必要となる。このとき必要となる偏光面の維
持程度は、上述した偏光消光比で−３０ｄＢ、すなわち
ＩｍａｘがＩｍｉｎの１０００倍を上回る程度であり、
上記の従来技術では達成できない厳しい条件となってい
た。
【０００８】さらに、窓板にサファイアを用いた上記の
従来技術では、光軸とサファイアのＣ軸との好ましい関
係を成立させるために次のような方法を用いなければな
らない。すなわち、Ｃ軸に対し垂直に切り出したサファ
イア板を用いて、光軸に対しそのサファイア板を垂直に
配置して光軸とＣ軸を一致させるか、そうでない場合に
は、わざわざＣ軸に対して特定の角度を有するサファイ
ア板を研磨して作製し、さらに光軸に対してそのサファ
イア板のＣ軸位置を厳密に位置合わせすることが必要で
あった。前者の場合には、入射側に反射戻り光が発生
し、光モジュールには適さない。後者の場合には、厳密
な位置合わせが難しく、角度を正確に固定して窓部分を
製造することは困難であった。
従来技術では、光軸とサファイアのＣ軸との好ましい関
係を成立させるために次のような方法を用いなければな
らない。すなわち、Ｃ軸に対し垂直に切り出したサファ
イア板を用いて、光軸に対しそのサファイア板を垂直に
配置して光軸とＣ軸を一致させるか、そうでない場合に
は、わざわざＣ軸に対して特定の角度を有するサファイ
ア板を研磨して作製し、さらに光軸に対してそのサファ
イア板のＣ軸位置を厳密に位置合わせすることが必要で
あった。前者の場合には、入射側に反射戻り光が発生
し、光モジュールには適さない。後者の場合には、厳密
な位置合わせが難しく、角度を正確に固定して窓部分を
製造することは困難であった。
【０００９】また、窓板に硼珪酸ガラスを用いた場合で
も、硼珪酸ガラスは強度が弱いという欠点がある。した
がって、硼珪酸ガラスの窓板は、より過酷な条件下で使
用するには適しておらず、実使用において不十分な材料
であった。実際、海底ケーブル用の超高信頼性が要求さ
れる分野での使用はいまだ避けられているのが現状であ
る。
も、硼珪酸ガラスは強度が弱いという欠点がある。した
がって、硼珪酸ガラスの窓板は、より過酷な条件下で使
用するには適しておらず、実使用において不十分な材料
であった。実際、海底ケーブル用の超高信頼性が要求さ
れる分野での使用はいまだ避けられているのが現状であ
る。
【００１０】そこで、本発明では、製造が容易で、機械
的強度があり、偏光消光比が小さくて偏光面の崩れのな
い窓構造を有する光モジュールを提供することを目的と
する。
的強度があり、偏光消光比が小さくて偏光面の崩れのな
い窓構造を有する光モジュールを提供することを目的と
する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、筐体
と、上記筐体に固定された、サファイア板を用いた光透
過型窓構造を有する接合部とを有し、光軸から見てサフ
ァイアのＣ軸と直線偏光である光の偏光面とのなす角度
ψと、サファイアのＣ軸と光軸とのなす角度θとの間
に、次の関係式（１）〜（４）が成立することを特徴と
する光モジュールが提供される。 （１）ｎ＝ωε／√（ω２ｃｏｓ２θ＋ε２ｓｉｎ
２θ） （２）δ＝２πｄ（ω−ｎ）／λ
と、上記筐体に固定された、サファイア板を用いた光透
過型窓構造を有する接合部とを有し、光軸から見てサフ
ァイアのＣ軸と直線偏光である光の偏光面とのなす角度
ψと、サファイアのＣ軸と光軸とのなす角度θとの間
に、次の関係式（１）〜（４）が成立することを特徴と
する光モジュールが提供される。 （１）ｎ＝ωε／√（ω２ｃｏｓ２θ＋ε２ｓｉｎ
２θ） （２）δ＝２πｄ（ω−ｎ）／λ
【数２】 （４）−３０≧＋２０ｌｏｇ（ｔａｎβ） ただし、 ω：サファイアの主屈折率 ε：サファイアの副屈折率 λ：透過光の波長 ｄ：サファイア板の厚さ
【００１２】さらに本発明によれば、上記の光モジュー
ルであって、サファイアの板厚が０．２８ｍｍのとき
に、Ｎを整数としたとき、上記の角度ψと上記の角度θ
との間に次の（５）〜（７）のいずれか一つの関係式が
成立していることを特徴とする光モジュールが提供され
る。 （５）６度≦θ≦１０度 かつ （９０Ｎ−９）度≦ψ
≦（９０Ｎ＋９）度 （６）２度≦θ＜６度 かつ （９０Ｎ−３２）度≦ψ
≦（９０Ｎ＋３２）度 （７）１０度＜θ≦１４度 かつ （９０Ｎ−５）度≦
ψ≦（９０Ｎ＋５）度
ルであって、サファイアの板厚が０．２８ｍｍのとき
に、Ｎを整数としたとき、上記の角度ψと上記の角度θ
との間に次の（５）〜（７）のいずれか一つの関係式が
成立していることを特徴とする光モジュールが提供され
る。 （５）６度≦θ≦１０度 かつ （９０Ｎ−９）度≦ψ
≦（９０Ｎ＋９）度 （６）２度≦θ＜６度 かつ （９０Ｎ−３２）度≦ψ
≦（９０Ｎ＋３２）度 （７）１０度＜θ≦１４度 かつ （９０Ｎ−５）度≦
ψ≦（９０Ｎ＋５）度
【００１３】まず、サファイアのＣ軸と光の偏光面との
なす角度ψ、及び、サファイアのＣ軸と光軸とのなす角
度θを図２を用いて説明する。図２（Ａ）において、実
線の矢印は光軸を表し、その矢印の方向は光の進行方向
である。図２（Ａ）の中央の長方形は、サファイア板の
断面であり、破線の矢印はサファイア結晶のＣ軸を表し
ている。サファイア板は、Ｃ軸に垂直になるよう切り出
され研磨されている。この図に示すように、光軸とサフ
ァイアのＣ軸とのなす角がθである。図２（Ｂ）は、
（Ａ）を入射光側から見た図であり、円形のサファイア
板が示され、光軸は紙面に垂直となっている。図２
（Ｂ）の実線の両矢印は、入射光の偏光方向を示してい
る。図２（Ｂ）の破線の矢印はサファイア結晶のＣ軸の
紙面（光軸に対して垂直な面）への投影を示しており、
実際のＣ軸はθ分だけ紙面から斜め上方に向かってい
る。図２（Ｂ）に示すように、このＣ軸の投影と光の偏
光方向とのなす角がψである。
なす角度ψ、及び、サファイアのＣ軸と光軸とのなす角
度θを図２を用いて説明する。図２（Ａ）において、実
線の矢印は光軸を表し、その矢印の方向は光の進行方向
である。図２（Ａ）の中央の長方形は、サファイア板の
断面であり、破線の矢印はサファイア結晶のＣ軸を表し
ている。サファイア板は、Ｃ軸に垂直になるよう切り出
され研磨されている。この図に示すように、光軸とサフ
ァイアのＣ軸とのなす角がθである。図２（Ｂ）は、
（Ａ）を入射光側から見た図であり、円形のサファイア
板が示され、光軸は紙面に垂直となっている。図２
（Ｂ）の実線の両矢印は、入射光の偏光方向を示してい
る。図２（Ｂ）の破線の矢印はサファイア結晶のＣ軸の
紙面（光軸に対して垂直な面）への投影を示しており、
実際のＣ軸はθ分だけ紙面から斜め上方に向かってい
る。図２（Ｂ）に示すように、このＣ軸の投影と光の偏
光方向とのなす角がψである。
【００１４】サファイアのように一軸性の結晶では、光
軸と結晶のＣ軸を一致させると複屈折は起きなくなり、
入射光の偏光面が回転することなく維持される。しか
し、前述のように反射戻り光の影響があったり、製造上
の困難があったりする。一方で、本発明者らは、実験に
より、入射光が直線偏光であれば、入射光の光軸とサフ
ァイアのＣ軸とを一致させずとも、入射光の偏光面とＣ
軸のなす角度を０とし、両者を同一面とすることで複屈
折は生じなくなることを確認した。加えて、光通信の分
野で必要な十分条件である偏光消光比−３０ｄＢを確保
するには、やはり光の偏光面とＣ軸を同一面とすればよ
いことが分かった。ところが、この光の偏光面とサファ
イアのＣ軸を厳密に同一面とすることは、筐体を製造す
る上で大変困難である。
軸と結晶のＣ軸を一致させると複屈折は起きなくなり、
入射光の偏光面が回転することなく維持される。しか
し、前述のように反射戻り光の影響があったり、製造上
の困難があったりする。一方で、本発明者らは、実験に
より、入射光が直線偏光であれば、入射光の光軸とサフ
ァイアのＣ軸とを一致させずとも、入射光の偏光面とＣ
軸のなす角度を０とし、両者を同一面とすることで複屈
折は生じなくなることを確認した。加えて、光通信の分
野で必要な十分条件である偏光消光比−３０ｄＢを確保
するには、やはり光の偏光面とＣ軸を同一面とすればよ
いことが分かった。ところが、この光の偏光面とサファ
イアのＣ軸を厳密に同一面とすることは、筐体を製造す
る上で大変困難である。
【００１５】そこで、本発明者らは研究の結果、入射光
の光軸とサファイアのＣ軸とのなす角度θ、入射光の偏
光面とサファイアのＣ軸とのなす角度ψ、サファイアの
主屈折率ω、サファイアの副屈折率ε、透過光の波長λ
及びサファイア板の厚さｄを用いて、直線偏光のみを扱
う場合に、透過光の偏光消光比を確度を高く記述できる
近似式を得ることに成功した。それが前述の（１）〜
（３）及び（４）の右辺の式である。図４〜６のグラフ
はそれぞれ、ｄを変えたときの偏光消光比の実測値及び
計算値のθ及びψに対する依存性を示している。これら
のグラフから、実測値と近似式を用いた計算値がよく一
致していることが分かる。
の光軸とサファイアのＣ軸とのなす角度θ、入射光の偏
光面とサファイアのＣ軸とのなす角度ψ、サファイアの
主屈折率ω、サファイアの副屈折率ε、透過光の波長λ
及びサファイア板の厚さｄを用いて、直線偏光のみを扱
う場合に、透過光の偏光消光比を確度を高く記述できる
近似式を得ることに成功した。それが前述の（１）〜
（３）及び（４）の右辺の式である。図４〜６のグラフ
はそれぞれ、ｄを変えたときの偏光消光比の実測値及び
計算値のθ及びψに対する依存性を示している。これら
のグラフから、実測値と近似式を用いた計算値がよく一
致していることが分かる。
【００１６】さらに、試作実験の結果、本発明者らは望
ましい偏光消光比を得られる最適な範囲を見出した。上
記（４）の不等式、及びｄが０．２８ｍｍのときの
（５）〜（７）の関係式がその最適範囲である。すなわ
ち、入射光の光軸とサファイアのＣ軸とが一致していな
くとも、その光の偏光面とＣ軸とのなす角度を小さく抑
えることにより、偏光消光比−３０ｄＢ以下の条件を満
足することができる。逆に、入射光の偏光面とサファイ
アのＣ軸の角度を大きくとって製造しやすくしても、入
射光の光軸とＣ軸との角度を小さく抑えることにより、
−３０ｄＢ以下の条件を満足することができる。（４）
が成立するとき、サファイア板の厚さｄは、０．３ｍｍ
以下が好ましい。後述する実施例では、厚さ０．２８ｍ
ｍのサファイア板を用いた。
ましい偏光消光比を得られる最適な範囲を見出した。上
記（４）の不等式、及びｄが０．２８ｍｍのときの
（５）〜（７）の関係式がその最適範囲である。すなわ
ち、入射光の光軸とサファイアのＣ軸とが一致していな
くとも、その光の偏光面とＣ軸とのなす角度を小さく抑
えることにより、偏光消光比−３０ｄＢ以下の条件を満
足することができる。逆に、入射光の偏光面とサファイ
アのＣ軸の角度を大きくとって製造しやすくしても、入
射光の光軸とＣ軸との角度を小さく抑えることにより、
−３０ｄＢ以下の条件を満足することができる。（４）
が成立するとき、サファイア板の厚さｄは、０．３ｍｍ
以下が好ましい。後述する実施例では、厚さ０．２８ｍ
ｍのサファイア板を用いた。
【００１７】また、半導体レーザを使用して、本発明の
光モジュールに偏光保持（ＰＡＮＤＡ）ファイバーを接
続することによって、直線偏光の偏光面をさらに正確
に、高度に保ったまま光を伝送することができる。この
場合には、光ファイバーアンプに必要な複数の励起光を
偏波合成して、効率よく光ファイバーアンプを使用する
ことができる。したがって、伝送する光信号の効率的な
増幅が可能である。また、本発明の光モジュールととも
に光通信に用いられるアイソレータの構造を簡略化する
ことが可能で、低コスト化も可能となる。
光モジュールに偏光保持（ＰＡＮＤＡ）ファイバーを接
続することによって、直線偏光の偏光面をさらに正確
に、高度に保ったまま光を伝送することができる。この
場合には、光ファイバーアンプに必要な複数の励起光を
偏波合成して、効率よく光ファイバーアンプを使用する
ことができる。したがって、伝送する光信号の効率的な
増幅が可能である。また、本発明の光モジュールととも
に光通信に用いられるアイソレータの構造を簡略化する
ことが可能で、低コスト化も可能となる。
【００１８】また、本発明の光モジュールを用い、異方
性光学材料であるＬＮで作製した変調器では、窓の偏光
消光比が小さいために、ＬＮ変調器内部で生じる複屈折
を抑制することが可能で、Ｓ／Ｎ比のよい光信号を得る
ことができる。
性光学材料であるＬＮで作製した変調器では、窓の偏光
消光比が小さいために、ＬＮ変調器内部で生じる複屈折
を抑制することが可能で、Ｓ／Ｎ比のよい光信号を得る
ことができる。
【００１９】また、本発明の光モジュール内部に半導体
レーザを装着して用いると、窓の外に接続するアイソレ
ータでの光損失を抑制することができる。
レーザを装着して用いると、窓の外に接続するアイソレ
ータでの光損失を抑制することができる。
【００２０】さらに、本発明の光モジュールは、四分の
一波長板（λ／４板）を備えていてもよい。従来、半導
体光増幅器では、増幅特性に偏波依存性が生じることが
問題であった。しかし、光モジュールへの入射光をλ／
４板によって直線偏光とした後で、本発明の光モジュー
ルを用いた半導体光増幅器を用いれば、偏波依存性がな
く増幅特性を向上させることができる。λ／４板の挿入
によって直線偏光を得た後、偏光面をサファイアのＣ軸
に対して位置合わせして、さらにλ／４板をＹＡＧ溶接
すると、半導体光増幅器の増幅特性はさらに向上させる
ことができる。したがって、その半導体光増幅器を利用
した波長変換素子や高速動作可能な光−光スイッチング
素子のインサーションロスを低減させ、Ｓ／Ｎ比のよい
光信号を得ることができる。
一波長板（λ／４板）を備えていてもよい。従来、半導
体光増幅器では、増幅特性に偏波依存性が生じることが
問題であった。しかし、光モジュールへの入射光をλ／
４板によって直線偏光とした後で、本発明の光モジュー
ルを用いた半導体光増幅器を用いれば、偏波依存性がな
く増幅特性を向上させることができる。λ／４板の挿入
によって直線偏光を得た後、偏光面をサファイアのＣ軸
に対して位置合わせして、さらにλ／４板をＹＡＧ溶接
すると、半導体光増幅器の増幅特性はさらに向上させる
ことができる。したがって、その半導体光増幅器を利用
した波長変換素子や高速動作可能な光−光スイッチング
素子のインサーションロスを低減させ、Ｓ／Ｎ比のよい
光信号を得ることができる。
【００２１】さらにまた、本発明の光モジュールの外側
に、選択的に特定の波長を反射する反射機構、例えば光
ファイバーグレーティングを設けることにより、光モジ
ュール内部の光素子と共振させることができる。このと
きに窓の複屈折によって生じる光信号の発振モードの乱
れを抑制することが可能となり、さらに光信号のロスも
小さくできるので、信号の光強度が増す。
に、選択的に特定の波長を反射する反射機構、例えば光
ファイバーグレーティングを設けることにより、光モジ
ュール内部の光素子と共振させることができる。このと
きに窓の複屈折によって生じる光信号の発振モードの乱
れを抑制することが可能となり、さらに光信号のロスも
小さくできるので、信号の光強度が増す。
【００２２】上記の関係式（５）〜（７）において、Ｎ
を０又は偶数にすると、光をサファイア板に入射した
際、サファイアの分極による吸収が生じなくなる。その
ため、サファイア板の透過率がよくなり、光信号を損失
することなく伝送できる。
を０又は偶数にすると、光をサファイア板に入射した
際、サファイアの分極による吸収が生じなくなる。その
ため、サファイア板の透過率がよくなり、光信号を損失
することなく伝送できる。
【００２３】
【実施例】１）光半導体気密封止容器の作製 本実施例では、サファイアのＣ軸と光の偏光面とのなす
角度ψと、光軸とＣ軸のなす角度θとの間に次の関係式
が成り立つように、本発明の光モジュールの一形態とし
て、光半導体気密封止容器を以下のように作製した。Ｎ
は、０とした。 ６度≦θ≦１０度 かつ （９０Ｎ−９）度≦ψ≦（９
０Ｎ＋９）度
角度ψと、光軸とＣ軸のなす角度θとの間に次の関係式
が成り立つように、本発明の光モジュールの一形態とし
て、光半導体気密封止容器を以下のように作製した。Ｎ
は、０とした。 ６度≦θ≦１０度 かつ （９０Ｎ−９）度≦ψ≦（９
０Ｎ＋９）度
【００２４】作製した光半導体気密封止容器の窓部の概
略構成を図１に示す。気密封止容器１は、底板５と、容
器側壁２とで全体が構成される。容器側壁２には筒状部
３が設けられ、その中に円形のサファイア板４がはめ込
まれている。サファイア板４に対応する容器側壁２部分
は、円形に切り取られており、筒状部３とサファイア板
４は光透過型の窓を構成している。
略構成を図１に示す。気密封止容器１は、底板５と、容
器側壁２とで全体が構成される。容器側壁２には筒状部
３が設けられ、その中に円形のサファイア板４がはめ込
まれている。サファイア板４に対応する容器側壁２部分
は、円形に切り取られており、筒状部３とサファイア板
４は光透過型の窓を構成している。
【００２５】光半導体気密封止容器１は、底板５をコバ
ール、容器側壁２をコバール、光透過型の窓の筒状部３
のパイプにもコバールを用いて、銀鑞付けにより作製し
た。これに、端子部はコバールのピンを低融点ガラスに
て封止した構造のものに、ニッケル金メッキを施して用
いた。容器側壁２には、サファイア板４をはめ込むため
に、筒状部３として側壁に対してθの角度面を有するパ
イプを、θの角度面が入射光の偏光面に対してψだけ傾
くように銀鑞付けした。実際には、容器側壁２に円筒形
の穴をあけて、円柱形のパイプをはめ込み、カーボン治
具で位置合わせした。用いたサファイア板の厚さは０．
２８ｍｍであり、そのサファイアの屈折率はＣ軸に沿っ
て１．７６７９、Ｃ軸に垂直な面では１．７５９６であ
った。サファイア板４の表面は、Ｃ軸に垂直であるもの
を使用した。実際にはＣ軸に角度ずれがあるために、カ
ーボン治具はθとψが小さく取れるように設計した。サ
ファイアには、ＭｇＦのＡＲコートを施した。ここで、
コーティングは、ＭｇＦ以外に、ＴｉＯとＳｉＯの多層
膜を用いてもよい。θがブリュースター角である場合に
は、ψを小さく、０度に近づければ、サファイア板にＡ
Ｒコートを施さなくてもよい。サファイア板上のメタラ
イズは、サファイア側からＴｉ／Ｐｔ／Ａｕであった。
サファイア板は、ＡｕＳｎ鑞材で、気密封止容器１に封
止接合した。
ール、容器側壁２をコバール、光透過型の窓の筒状部３
のパイプにもコバールを用いて、銀鑞付けにより作製し
た。これに、端子部はコバールのピンを低融点ガラスに
て封止した構造のものに、ニッケル金メッキを施して用
いた。容器側壁２には、サファイア板４をはめ込むため
に、筒状部３として側壁に対してθの角度面を有するパ
イプを、θの角度面が入射光の偏光面に対してψだけ傾
くように銀鑞付けした。実際には、容器側壁２に円筒形
の穴をあけて、円柱形のパイプをはめ込み、カーボン治
具で位置合わせした。用いたサファイア板の厚さは０．
２８ｍｍであり、そのサファイアの屈折率はＣ軸に沿っ
て１．７６７９、Ｃ軸に垂直な面では１．７５９６であ
った。サファイア板４の表面は、Ｃ軸に垂直であるもの
を使用した。実際にはＣ軸に角度ずれがあるために、カ
ーボン治具はθとψが小さく取れるように設計した。サ
ファイアには、ＭｇＦのＡＲコートを施した。ここで、
コーティングは、ＭｇＦ以外に、ＴｉＯとＳｉＯの多層
膜を用いてもよい。θがブリュースター角である場合に
は、ψを小さく、０度に近づければ、サファイア板にＡ
Ｒコートを施さなくてもよい。サファイア板上のメタラ
イズは、サファイア側からＴｉ／Ｐｔ／Ａｕであった。
サファイア板は、ＡｕＳｎ鑞材で、気密封止容器１に封
止接合した。
【００２６】２）偏光消光比の測定 上記のように作製した光半導体気密封止容器について、
θとψをパラメータとし、光信号がサファイア板の窓を
通過した後の偏光消光比を求めた。ここで、ＬＤ光はλ
が１．４８μm（０．００１４８ｍｍ）の光を使用し
た。その結果を図６のグラフに示す。このグラフから、
実測値と近似式を用いた計算値がよく一致していること
が分かる。さらに、ψとθの範囲を明確に示すために、
図３のグラフを示した。図３において、横軸はψ、縦軸
はθ、グレーの濃淡の領域は偏光消光比を示している。
偏光消光比は、ψに対して９０度の周期性があり、最大
点及び最小点は９０度ごとに繰り返されている。グレー
の濃淡で示した各領域のうち、ψが４５度のときは、偏
光消光比はどの角度のθにおいても最大値をとり、ψが
０度及び９０度のときは、偏光消光比はどの角度のθに
おいても最小値をとることが分かった。ψを、０度から
半周期である４５度ずつずらしてゆくと、偏光消光比の
最大と最小は入れ替わる。偏光消光比が最大となる、ψ
が０度及び９０度の付近では、θが大きくなっても偏光
消光比はあまり変動しない。しかし、偏光消光比が最小
となるψが４５度及び１３５度付近では、θの変動によ
って偏光消光比が大きく変動する。光通信に要求される
偏光消光比−３０ｄＢ以下となるθ及びψの範囲は、次
のとおりであった。 ６度≦θ≦１０度 かつ （９０Ｎ−９）度≦ψ≦（９
０Ｎ＋９）度 ２度≦θ＜６度 かつ （９０Ｎ−３２）度≦ψ≦（９
０Ｎ＋３２）度 １０度＜θ≦１４度 かつ （９０Ｎ−５）度≦ψ≦
（９０Ｎ＋５）度 （Ｎは整数）
θとψをパラメータとし、光信号がサファイア板の窓を
通過した後の偏光消光比を求めた。ここで、ＬＤ光はλ
が１．４８μm（０．００１４８ｍｍ）の光を使用し
た。その結果を図６のグラフに示す。このグラフから、
実測値と近似式を用いた計算値がよく一致していること
が分かる。さらに、ψとθの範囲を明確に示すために、
図３のグラフを示した。図３において、横軸はψ、縦軸
はθ、グレーの濃淡の領域は偏光消光比を示している。
偏光消光比は、ψに対して９０度の周期性があり、最大
点及び最小点は９０度ごとに繰り返されている。グレー
の濃淡で示した各領域のうち、ψが４５度のときは、偏
光消光比はどの角度のθにおいても最大値をとり、ψが
０度及び９０度のときは、偏光消光比はどの角度のθに
おいても最小値をとることが分かった。ψを、０度から
半周期である４５度ずつずらしてゆくと、偏光消光比の
最大と最小は入れ替わる。偏光消光比が最大となる、ψ
が０度及び９０度の付近では、θが大きくなっても偏光
消光比はあまり変動しない。しかし、偏光消光比が最小
となるψが４５度及び１３５度付近では、θの変動によ
って偏光消光比が大きく変動する。光通信に要求される
偏光消光比−３０ｄＢ以下となるθ及びψの範囲は、次
のとおりであった。 ６度≦θ≦１０度 かつ （９０Ｎ−９）度≦ψ≦（９
０Ｎ＋９）度 ２度≦θ＜６度 かつ （９０Ｎ−３２）度≦ψ≦（９
０Ｎ＋３２）度 １０度＜θ≦１４度 かつ （９０Ｎ−５）度≦ψ≦
（９０Ｎ＋５）度 （Ｎは整数）
【００２７】また、ψが０度と９０度のときの窓を透過
する光の強度を比較したところ、ψが０度のときの方が
０．２ｄＢ光強度が大きくなった。したがって、本実施
例で光半導体気密封止容器を作製する際、Ｎを０とした
ことによって、サファイア窓の透過率が向上したことが
分かった。
する光の強度を比較したところ、ψが０度のときの方が
０．２ｄＢ光強度が大きくなった。したがって、本実施
例で光半導体気密封止容器を作製する際、Ｎを０とした
ことによって、サファイア窓の透過率が向上したことが
分かった。
【００２８】３）ＰＡＮＤＡを接合した光モジュール 上述のように作製した光半導体封止容器の外部に、偏光
保持ファイバー（ＰＡＮＤＡ）を一本ＹＡＧ接合させ
て、光モジュールを作製した。本発明の光モジュールを
用いることにより、直線偏光を高度に保ったまま光信号
を伝送することができた。さらに、光ファイバーアンプ
に必要な複数の励起光を偏波合成して、効率よく光ファ
イバーアンプを使用することができた。同時に、アイソ
レータの構造を簡略化することができた。
保持ファイバー（ＰＡＮＤＡ）を一本ＹＡＧ接合させ
て、光モジュールを作製した。本発明の光モジュールを
用いることにより、直線偏光を高度に保ったまま光信号
を伝送することができた。さらに、光ファイバーアンプ
に必要な複数の励起光を偏波合成して、効率よく光ファ
イバーアンプを使用することができた。同時に、アイソ
レータの構造を簡略化することができた。
【００２９】 ４）半導体レーザ素子を装着した光モジュール 上述のように作製した光半導体封止容器に半導体レーザ
素子をハイブリッド集積した。本発明の光半導体封止容
器を使用したことにより、窓の外に接続したアイソレー
タでの光損失を抑制できた。
素子をハイブリッド集積した。本発明の光半導体封止容
器を使用したことにより、窓の外に接続したアイソレー
タでの光損失を抑制できた。
【００３０】５）異方性光学材料を用いた光導波路素子
を装着した光モジュール 上述のように作製した光半導体封止容器を用いて、マッ
ハテンダー型の素子を装着し、異方性光学材料であるＬ
Ｎを用いた変調器を作製した。本発明の光半導体封止容
器を用いたことにより、ＬＮ変調器内部で生じる複屈折
を抑制でき、Ｓ／Ｎ比のよい光信号を得ることができ
た。
を装着した光モジュール 上述のように作製した光半導体封止容器を用いて、マッ
ハテンダー型の素子を装着し、異方性光学材料であるＬ
Ｎを用いた変調器を作製した。本発明の光半導体封止容
器を用いたことにより、ＬＮ変調器内部で生じる複屈折
を抑制でき、Ｓ／Ｎ比のよい光信号を得ることができ
た。
【００３１】 ６）半導体光増幅素子を装着した光モジュール 上述のように作製した光半導体封止容器に半導体光増幅
素子をハイブリッド集積し、半導体光増幅器を作製し
た。この半導体光増幅器のサファイア板の窓の外側に
は、さらに、λ／４板を装着した。光ファイバーからの
入射光をλ／４板を通して直線偏光とし、この半導体光
増幅器を用いて光信号を増幅すると、偏波依存性を生じ
ることなく増幅特性を向上させることができた。この半
導体光増幅器を利用した波長変換素子及び高速動作可能
な光−光スイッチング素子では、インサーションロスが
低減でき、Ｓ／Ｎ比のよい信号光が得られた。また、λ
／４板を通して直線偏光を得た後、偏光面を位置合わせ
してＹＡＧ溶接し、半導体光増幅器を作製した。する
と、この場合にはさらに光増幅特性を向上させることが
できた。
素子をハイブリッド集積し、半導体光増幅器を作製し
た。この半導体光増幅器のサファイア板の窓の外側に
は、さらに、λ／４板を装着した。光ファイバーからの
入射光をλ／４板を通して直線偏光とし、この半導体光
増幅器を用いて光信号を増幅すると、偏波依存性を生じ
ることなく増幅特性を向上させることができた。この半
導体光増幅器を利用した波長変換素子及び高速動作可能
な光−光スイッチング素子では、インサーションロスが
低減でき、Ｓ／Ｎ比のよい信号光が得られた。また、λ
／４板を通して直線偏光を得た後、偏光面を位置合わせ
してＹＡＧ溶接し、半導体光増幅器を作製した。する
と、この場合にはさらに光増幅特性を向上させることが
できた。
【００３２】７）反射機構を備えた光モジュール 上述のように作製した光モジュールの外側に、選択的に
特定の波長を反射する反射機構である、光ファイバーグ
レーティングを設けた。このときに、入射光の発振モー
ドの乱れを抑制することができ、波長選択性に優れた光
モジュールが作製できた。さらに、光信号のロスも小さ
くなり、光強度が増した。
特定の波長を反射する反射機構である、光ファイバーグ
レーティングを設けた。このときに、入射光の発振モー
ドの乱れを抑制することができ、波長選択性に優れた光
モジュールが作製できた。さらに、光信号のロスも小さ
くなり、光強度が増した。
【００３３】
【発明の効果】本発明の光モジュールは、製造が容易
で、機械的強度があり、光信号の偏光面の崩れを生じな
い。さらに、本発明の光モジュールは、偏光消光比が−
３０ｄＢ以下と小さく、光通信に好適に用いられる。ま
た、本発明の光モジュールは、射出する光強度が大き
く、射出光のモード安定性に優れている。
で、機械的強度があり、光信号の偏光面の崩れを生じな
い。さらに、本発明の光モジュールは、偏光消光比が−
３０ｄＢ以下と小さく、光通信に好適に用いられる。ま
た、本発明の光モジュールは、射出する光強度が大き
く、射出光のモード安定性に優れている。
【図１】 気密封止容器窓部の概略構成図である。
【図２】 角度ψ及びθの説明図である。
【図３】 角度ψ、θ、及び偏光消光比の関係を示す図
である。
である。
【図４】 ｄが１．０ｍｍ、λが１．４８μｍ（０．０
０１４８ｍｍ）のときの、角度ψ、θ、及び偏光消光比
の関係を示すグラフである。
０１４８ｍｍ）のときの、角度ψ、θ、及び偏光消光比
の関係を示すグラフである。
【図５】 ｄが０．５ｍｍ、λが１．４８μｍ（０．０
０１４８ｍｍ）のときの、角度ψ、θ、及び偏光消光比
の関係を示すグラフである。
０１４８ｍｍ）のときの、角度ψ、θ、及び偏光消光比
の関係を示すグラフである。
【図６】 ｄが０．２８ｍｍ、λが１．４８μｍ（０．
００１４８ｍｍ）のときの、角度ψ、θ、及び偏光消光
比の関係を示すグラフである。
００１４８ｍｍ）のときの、角度ψ、θ、及び偏光消光
比の関係を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 広瀬 孝昭 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA02 BA11 CA03 DA02 DA36 2H049 BA02 BA07 BA42 BB06 BC12 BC25 5F073 AB25 AB28 BA01 FA06 FA30
Claims (7)
- 【請求項１】 光モジュールであって、 筐体と、 上記筐体に固定された、サファイア板を用いた光透過型
窓構造を有する接合部とを有し、光軸から見てサファイ
アのＣ軸と直線偏光である光の偏光面とのなす角度ψ
と、サファイアのＣ軸と光軸とのなす角度θとの間に、
次の関係式（１）〜（４）が成立することを特徴とする
光モジュール。 （１）ｎ＝ωε／√（ω２ｃｏｓ２θ＋ε２ｓｉｎ
２θ） （２）δ＝２πｄ（ω−ｎ）／λ 【数１】 （４）−３０≧＋２０ｌｏｇ（ｔａｎβ） ただし、 ω：サファイアの主屈折率 ε：サファイアの副屈折率 λ：透過光の波長 ｄ：サファイア板の厚さ - 【請求項２】 上記サファイア板の厚さｄが０．２８ｍ
ｍであり、Ｎを整数としたとき、上記角度ψと、上記角
度θとの間に、次の（５）〜（７）のいずれか一つの関
係式が成立することを特徴とする請求項１に記載の光モ
ジュール。 （５）６度≦θ≦１０度 かつ （９０Ｎ−９）度≦ψ
≦（９０Ｎ＋９）度 （６）２度≦θ＜６度 かつ （９０Ｎ−３２）度≦ψ
≦（９０Ｎ＋３２）度 （７）１０度＜θ≦１４度 かつ （９０Ｎ−５）度≦
ψ≦（９０Ｎ＋５）度 - 【請求項３】 さらに、偏光保持ファイバーを少なくと
も１本有することを特徴とする請求項１又は２に記載の
光モジュール。 - 【請求項４】 さらに、半導体レーザ素子、半導体光増
幅素子及び異方性光学材料を用いた光導波路素子のいず
れか一つを有することを特徴とする請求項１〜３のいず
れか一項に記載の光モジュール。 - 【請求項５】 さらに、四分の一波長板を有することを
特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光モジ
ュール。 - 【請求項６】 上記筐体の外側に、特定の波長の光を反
射する反射機構を有していることを特徴とする請求項１
〜５のいずれか一項に記載の光モジュール。 - 【請求項７】 上記Ｎが０又は偶数であることを特徴と
する請求項２〜６のいずれか一項に記載の光モジュー
ル。
Priority Applications (5)
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|---|---|---|---|
| JP2001146889A JP3613200B2 (ja) | 2000-09-01 | 2001-05-16 | 光モジュール |
| CA002355159A CA2355159A1 (en) | 2000-09-01 | 2001-08-15 | Optical module |
| EP01307121A EP1184688A3 (en) | 2000-09-01 | 2001-08-22 | Optical sapphire window |
| KR10-2001-0053109A KR100405289B1 (ko) | 2000-09-01 | 2001-08-31 | 광 모듈 |
| US09/943,008 US6588948B2 (en) | 2000-09-01 | 2001-08-31 | Optical communication module having a constant plane of polarization of transmitted light |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000-265418 | 2000-09-01 | ||
| JP2000265418 | 2000-09-01 | ||
| JP2001146889A JP3613200B2 (ja) | 2000-09-01 | 2001-05-16 | 光モジュール |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| JP3613200B2 JP3613200B2 (ja) | 2005-01-26 |
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ID=26599075
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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|---|---|
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| JP (1) | JP3613200B2 (ja) |
| KR (1) | KR100405289B1 (ja) |
| CA (1) | CA2355159A1 (ja) |
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| CN111585163A (zh) * | 2019-02-15 | 2020-08-25 | 日亚化学工业株式会社 | 发光装置以及光学装置 |
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|---|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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| US5590148A (en) * | 1994-08-24 | 1996-12-31 | Duke University | Birefringent beamsplitter for high power lasers and laser applications |
| JPH08148594A (ja) * | 1994-11-25 | 1996-06-07 | Kyocera Corp | 光半導体素子収納用パッケージ |
| JP2993472B2 (ja) | 1997-07-30 | 1999-12-20 | 住友電気工業株式会社 | 光半導体用気密封止容器及び光半導体モジュール |
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| US6396979B1 (en) * | 1999-07-09 | 2002-05-28 | Microtrac, Inc. | Optical waveguide probe having variable gap focusing |
| US6366389B1 (en) * | 1999-08-17 | 2002-04-02 | Michael Wraback | High contrast, ultrafast optically-addressed ultraviolet light modulator based upon optical anisotropy |
-
2001
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