JP2002258111A - 光素子モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】パッケージと光ファイバとの気密封止手段がは
んだの場合、光ファイバに金メッキ等のメタライズが必
要であり、メタライズ剥離による気密不良や光ファイバ
湾曲時の折損が発生する上、高価であった。 【解決手段】光ファイバ４は、被覆を除去した素線のま
まとし、フェルール５との接合部及び挿通管３との気密
封止部を低融点ガラス１２などの無機材料により固定
し、フェルール５と挿通管３の間で湾曲させて固定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信用半導体レ
ーザモジュールやフォトダイオードモジュール等の光素
子モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光素子モジュールのパッケージに
おける光ファイバ挿通管部の気密封止方法の例を図２及
び図３を用いて説明する。

【０００３】図２は、光素子１が半導体レーザの場合の
光素子モジュール要部縦断面図である。光素子１を収納
する金属又はセラミック等から成るパッケージ２に挿通
管３が銀ろう等の接合手段により取り付けられている。
光ファイバ４の先端には、光ファイバ４を保持する第1
のフェルール５が固定され、パッケージ２外部より挿通
管３の内径を通ってパッケージ２の内部へ導入されてい
る。一例として、光ファイバ4と第1のフェルール５に
は、金メッキ等によるメタライズ１１が施されている
（米国特許第５６１９６０９号公報参照）。

【０００４】また、他の例として光ファイバ４のメタラ
イズ１１がはんだコーティングされており、光ファイバ
4と第1のフェルール５とは、はんだ６により固定されて
いる（特許第２６１４０１８号公報参照）。

【０００５】第1のフェルール５は、光素子１の光軸に
光ファイバ４が一致するよう調芯した後、フェルールホ
ルダ７と共にステム８上に固定されている。

【０００６】ステム８は光素子１の動作温度を制御する
ため、熱電子冷却素子９上に搭載されている。光ファイ
バ４の後端側の取り出し口である挿通管３から導出さ
れ、この挿通管３のはんだ流込口１０よりはんだ６を供
給する事で、気密封止固定されている。

【０００７】一方、図３は、パッケージ内で光ファイバ
を湾曲させた状態で固定した従来例の要部縦断面図であ
る。光ファイバ４は、先端側の第１のフェルール５とパ
ッケージ２の挿通管３側の第２のフェルール１３により
保持されており、第1のフェルール5と光ファイバ4及
び、第２のフェルール１３と光ファイバ４は、それぞれ
はんだ６により固定され、特に第２のフェルール１３と
光ファイバ４間は、気密封止を達成している。第1のフ
ェルール5と光ファイバ４及び第2のフェルール１３に
は、はんだ付けの為の金メッキ等によるメタライズ１１
が施されている。

【０００８】第１のフェルール５をフェルールホルダ７
と共にステム８上に固定した後、第２のフェルール１３
を挿通管３のパッケージ２外部よりパッケージ２内部へ
押し込み、第１のフェルール５と第２のフェルール１３
間の光ファイバ４を湾曲させた状態のまま保持し、第２
のフェルール１３が挿通管３にはんだ６により気密封止
固定されている。第２のフェルール１３は、パッケージ
２内部で光ファイバ４を湾曲させる際の掴みしろとして
必要とされている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記図
２に示す従来の光素子モジュールでは、パッケージ２内
で光ファイバ４が光軸に対し、ほぼ水平で直線上に固定
されているため、周囲温度の変化によりパッケージ２が
膨張収縮した際、第１のフェルール５固定部を軸にパッ
ケージ２内の光ファイバ４が引っ張り、圧縮などの繰り
返し応力を受け、挿通管３内部のはんだ６と光ファイバ
４間で光ファイバ４のメタライズ１１が剥離し、気密不
良を引き起こすという第１の課題があった。

【００１０】また、前記図３に示す従来の光素子モジュ
ールでは、パッケージ２内で光ファイバ４を湾曲させる
ことにより、上記第１の課題を解決できるものの、金属
によるメタライズ１１が施された光ファイバ４は硬度が
増すために曲げ応力に弱くなり、湾曲部で光ファイバ４
が破断し易いという第２の課題が発生した。

【００１１】更に、光ファイバ４やフェルール５にはん
だ付けの為の金メッキなどのメタライズ１１を施す必要
があった為、高価であった。

【００１２】本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
解消することにあり、動作環境温度の変化により発生す
るパッケージの膨張収縮時においても光ファイバに施さ
れたメタライズ剥離による気密不良が発生せず、かつ湾
曲部での光ファイバ破断を起こり難くし、かつ安価とし
た光素子モジュールを提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題に鑑みて本発明
は、光素子を収納し、光ファイバを挿通するための挿通
管を具備したパッケージに、前記光素子と光結合する光
ファイバの先端部を第１のフェルールに挿通して固定
し、前記光ファイバは前記挿通管より導出され、該挿通
管と前記光ファイバとを気密封止固定した光素子モジュ
ールであって、前記光ファイバは、被覆を除去した素線
のままであり、前記第１のフェルールとの接合部及び前
記挿通管との気密封止部が、無機材料により固定され、
前記第１のフェルールと前記挿通管の間で湾曲している
ことを特徴とするまた、前記第１のフェルールと該第１
のフェルールに挿通された前記光ファイバとが低融点ガ
ラスにより固定されたことを特徴とする。

【００１４】更に、前記挿通管と光ファイバ又は前記第
２のフェルールと光ファイバとが低融点ガラスにより気
密封止固定されていることを特徴とする。

【００１５】即ち、本発明は、光ファイバの湾曲化によ
って、周囲温度の変化によるパッケージの膨張収縮時に
発生する光ファイバへの引っ張り、圧縮応力を緩和した
上、光ファイバにはメタライズが施されていない為、メ
タライズ剥離による気密不良が防止され、第１の課題が
解決でき、メタライズによる光ファイバの硬化が防止さ
れ、パッケージ内で光ファイバを湾曲させた際の光ファ
イバ折損を抑制し、第２の課題を解決できるようにした
ものである。

【００１６】更に本発明は、光ファイバやフェルールに
金メッキなどのメタライズを施すことが不要となるた
め、安価な光素子モジュールとしたことを特徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
よって説明する。

【００１８】図１は、本発明の光素子モジュールの要部
縦断面図である。パッケージ２内には、光素子１として
例えば半導体レーザ等が収納固定されている。光ファイ
バ４の先端には、光ファイバ４を保持するためのフェル
ール５が低融点ガラス１２により接合されており、光フ
ァイバ４と共に挿通管３の内径を通ってパッケージ２内
に導かれ、ステム８上に固定された光素子１と光ファイ
バ４が光結合する位置に調芯後、フェルールホルダ７を
介してステム８上にＹＡＧ溶接固定されている。

【００１９】フェルール５はＹＡＧレーザ溶接が可能
で、かつ低融点ガラス１２に近似した５〜１０×１０^-6
／℃の熱膨張係数を有するコバール材などの金属材料か
ら成り、光ファイバ４及びフェルール５には、メタライ
ズは施されていない。

【００２０】ステム８は、光素子１を温度制御するため
の熱電子冷却素子９上に搭載固定されている。

【００２１】パッケージ２には光ファイバ４を挿通する
ための挿通管３が、銀ろう材等の接合手段により固定さ
れている。一般に光通信用に使用され、気密封止を必要
とする光素子モジュール用のパッケージ２は、セラミッ
ク材またはコバール材により形成されている。パッケー
ジ２と挿通管３の接合部が、環境温度変化等による膨張
収縮により、クラック等の劣化を引き起こさぬよう、挿
通管３の材質は、パッケージ２と同一とするか、または
同等の熱膨張係数を有する材質が選択される。

【００２２】挿通管３の内径は、フェルール５を挿通す
るのに十分な径から成る小径孔１４と、小径孔１４より
大きい径から成る大径孔１５を有している。大径孔１５
には、外径が大径孔１５より僅かに小さく小径孔１４よ
り大きい径から成り、光ファイバ４径より僅かに大きい
光ファイバ挿通孔１６を外径のほぼ中心に有するリング
状部材１７が挿入され、この光ファイバ挿通孔１６に光
ファイバ４が挿通されて、低融点ガラス１２によって気
密封止してある。リング状部材１７は、挿通管３及び低
融点ガラス１２と同程度の熱膨張係数を有する材料から
成り、金メッキ等のメタライズは施されていない。リン
グ状部材１７を備えることによって、、小径孔１４への
低融点ガラス１２の流れ込みを防ぎ、気密封止のための
ガラス溜まりを作ることができる。

【００２３】パッケージ２に固定されている挿通管３
は、光ファイバ４が導出されるリング状部材１７の中心
軸が、光素子１の光軸よりもパッケージ２の下方に位置
するよう配置されている。挿通管３、リング状部材１
７、及び光ファイバ４を共に低融点ガラス１２により気
密封止固定すると、光ファイバ４の先端部とリング状部
材１７の中心の気密封止部との段差により、光ファイバ
４は、パッケージ２内で自然に上下方向に湾曲すること
になる。

【００２４】このようにして湾曲部４ａを備えることに
よって、動作環境温度の変化によるパッケージ２の膨張
収縮時に、パッケージ２内の光ファイバ４先端固定部に
かかる光ファイバ４の引っ張り、圧縮応力が緩和され、
光ファイバ出力の変動や劣化を抑制することができる。

【００２５】パッケージ２の光軸に対する膨脹又は収縮
量は、２μｍ程度であるが、光ファイバ４への引っ張
り、圧縮応力を緩和し、光ファイバ出力劣化を防止する
ためには、十分な曲げ半径を必要とし、湾曲部４ａの曲
げ半径は、１０ｍｍ以下とすることが望ましい。

【００２６】光ファイバ４は、被覆を除去した素線のま
までありメタライズが施されず、金属硬化していないた
め、光ファイバ４の許容曲げ応力劣化はなく、湾曲部４
ａでの破断を防止することができる。

【００２７】光ファイバ４とフェルール５を接合するた
めの低融点ガラス１２及び挿通管３を光ファイバ４を介
して気密封止する低融点ガラス１２は、転移点が２８０
〜３２０℃の非結晶ガラスから成り、高周波誘導加熱等
の手段により溶融、固定する。低融点ガラス１２の代わ
りに、同じく無機材料であるアルミナ等のセラミック材
料から成る接合手段を用いても良い。

【００２８】また、他の実施形態として、図３の従来例
で示したような第２のフェルール１３を用いる場合は、
第２のフェルール１３と光ファイバ４を低融点ガラス１
２で接合すれば良く、メタライズ１１を不要とできる。

【００２９】即ち、本発明では、光ファイバ４にメタラ
イズを施さず、被覆を除去した素線のままとして湾曲部
４ａを設け、接合又は気密封止手段として低融点ガラス
１２のような無機材料を用いたことで、気密封止部のメ
タライズ剥離による気密不良を防止した上、湾曲部４ａ
の光ファイバ折損を抑制できる。光ファイバ４ばかりで
なく、フェルール５及びリング状部材１７又は第２のフ
ェルール１３にも金メッキなどのメタライズが不要とな
るため、製造工程を簡略化し、低コスト化できる。

【００３０】

【実施例】以下、本発明実施例として図１に示す光素子
モジュールを作製した。

【００３１】図１において、光ファイバ４を挿通するた
めのコバール材から成る挿通管３を同じくコバール材か
ら成るパッケージ２に銀ろう材により、固定した。パッ
ケージ２内には、半導体レーザ１の温度制御をするため
の熱電子冷却素子９をはんだにより固定し、熱電子冷却
素子９上には、コバール材から成るステム８、ステム８
上には半導体レーザから成る光素子１を同じくはんだに
より搭載固定した。光ファイバ４の先端には、光ファイ
バ４を保持するための外径寸法１ｍｍを有するフェルー
ル５が、低融点ガラス１２により高周波誘導加熱手段を
もって予め接合されており、光ファイバ４と共に挿通管
３の内径を通ってパッケージ２内に導き、半導体レーザ
１の発光と光ファイバ４が光結合する位置に調芯した
後、フェルールホルダ７をステム８上にＹＡＧレーザに
より溶接し、フェルール５をフェルールホルダ７に溶接
した。低融点ガラス１２は、熱膨張係数が６．９×１０
^-6／℃、転移点２９８℃を有する非結晶ガラスを採用
し、フェルール５は、低融点ガラス１２の熱膨張係数に
近い金属材料として、コバール材を採用した。

【００３２】挿通管３の内径は、外径１ｍｍのフェルー
ル５を挿通するのに十分な１．４ｍｍの径から成る小径
孔１４と、更に大きい１．８ｍｍの径から成る大径孔１
５を有している。大径孔１５には、外径が大径孔１５よ
り僅かに小さい１．７６ｍｍから成り、光ファイバ４径
より僅かに大きい０．１６ｍｍの光ファイバ挿通孔１６
を中心に有し、挿通管３と同じ材料のコバール材から成
る厚さ０．７ｍｍのリング状部材１７を挿入した。挿通
管３、リング状部材１７、及び光ファイバ４の接合に
は、低融点ガラス１２を採用し、高周波誘導加熱手段を
もって溶融、凝固することで１回の工程で気密封止固定
した。

【００３３】上記の通り、フェルール５、リング状部材
１７及び光ファイバ４は、接合又は気密封止固定する手
段として、低融点ガラス１２を用いているため、金メッ
キ等のメタライズを施す必要がない。また、フェルール
５及びリング状部材１７は、コバール材のような酸化に
より腐食しやすい金属であっても、パッケージ２内に気
密封止されるため、メタライズを施す必要がない。

【００３４】パッケージ２に固定されている挿通管３
は、光ファイバ４が導出され、気密封止されるリング状
部材１７の中心軸が、半導体レーザ１の光軸よりも約
０．４ｍｍ下方に配置されており、このため、光ファイ
バ４は、パッケージ２内で上下方向に自然に湾曲し、湾
曲部４ａの曲げ半径は、約９ｍｍとなっている。

【００３５】ここで、以下に示す方法で湾曲部４ａの許
容曲げ半径の実験を行った。本発明実施例として長さ２
０ｍｍのメタライズが施されていない光ファイバ素線を
１０本、比較例として、同じく長さ２０ｍｍの従来のメ
タライズが施された光ファイバを１０本用意した。初め
にそれぞれ、曲げ半径が１０ｍｍとなるように湾曲さ
せ、次に曲げ半径が５ｍｍとなるように湾曲させ、折損
数を調査した。

【００３６】その結果を表１に示す。

【００３７】上記結果より、本発明実施例のメタライズ
のない光ファイバでは、曲げ半径５ｍｍでも折損したも
のは１本もないのに対し、従来のメタライズのある光フ
ァイバの比較例では、曲げ半径１０ｍｍにて２本、折損
率２０％、続けて曲げ半径５ｍｍでは、残りの８本全数
が折損し、折損率は１００％となり、本発明実施例の光
ファイバ４は比較例に比べて曲げ応力に強く、湾曲部４
ａの折損率がゼロとなることが分かる。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、光
素子を収納し、光ファイバを挿通するための挿通管を具
備したパッケージに、前記光素子と光結合する光ファイ
バの先端部を第1のフェルールに挿通して固定し、前記
光ファイバは前記挿通管より導出され、該挿通管と前記
光ファイバとを気密封止固定した光素子モジュールにお
いて、前記光ファイバは、前記第１のフェルールとの接
合部及び前記挿通管との気密封止部が、被服を除去した
素線のままであり、低融点ガラスなどの無機材料により
固定され、前記第１のフェルールと挿通管との間で湾曲
していることで、周囲温度変化におけるパッケージの膨
張収縮時に発生する光ファイバの引っ張り、圧縮応力が
緩和され、メタライズ剥離による気密不良を防止し、か
つ光ファイバのメタライズによる金属硬化がないため、
パッケージ内の光ファイバ湾曲時の折損を防止すること
が可能となった。

【００４０】また、金メッキなどのメタライズを不要と
したため、安価な光素子モジュールを提供することが可
能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光素子モジュールを示す要部縦断面図
である。

【図２】従来の光素子モジュールを示す要部縦断面図で
ある。

【図３】従来の光素子モジュールを示す要部縦断面図で
ある。

【符号の説明】

１：光素子 ２：パッケージ ３：挿通管 ４：光ファイバ ４ａ：湾曲部 ５：第１のフェルール ６：はんだ ７：フェルールホルダ ８：ステム ９：熱電子冷却素子 １０：はんだ流し込み口 １１：メタライズ １２：低融点ガラス １３：第２のフェルール １４：小径孔 １５：大径孔 １６：光ファイバ挿通孔 １７：リング状部材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光素子を収納し、光ファイバを挿通するた
   めの挿通管を具備したパッケージに、前記光素子と光結
   合する光ファイバの先端部を第1のフェルールに挿通し
   て固定し、前記光ファイバは前記挿通管より導出され、
   該挿通管と前記光ファイバとを気密封止固定した光素子
   モジュールであって、前記光ファイバは、被覆を除去し
   た素線のままであり、前記第１のフェルールとの接合部
   及び前記挿通管との気密封止部が無機材料により固定さ
   れ、前記第１のフェルールと前記挿通管の間で湾曲して
   いることを特徴とする光素子モジュール。
2. 【請求項２】前記第１のフェルールと光ファイバとが低
   融点ガラスにより固定されたことを特徴とする請求項１
   記載の光素子モジュール。
3. 【請求項３】前記挿通管と光ファイバとが低融点ガラス
   により気密封止固定されていることを特徴とする請求項
   １記載の光素子モジュール。