JP2002267875A

JP2002267875A - 光モジュール及びその製造方法

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Publication number: JP2002267875A
Application number: JP2001070749A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Nakama; 健一仲間; Shigeki Nagasaka; 繁喜長坂
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 2001-03-13
Filing date: 2001-03-13
Publication date: 2002-09-18

Abstract

(57)【要約】【課題】小型で多数の光学部品を精度良く調整及び調
芯するとともに、外力や機械振動に対しても安定して動
作する小型の光モジュール及びその製造方法を提供す
る。【解決手段】コリメータレンズ２、偏波補償フィルタ
５の両側面を矩形枠４の互いに対向する側面に固定して
いるので、小型の光モジュールを作製できる。また、矩
形枠４には２つの開放面が設けてあるので、光学部品の
微動調整が容易に行え、小型で多数の光学部品を高精度
に調芯して組み立てることができる。矩形枠４の開放面
には補強材６が設けられ、外力に対して形状を保持でき
る。回折格子３は補強材６に固定された後、調整及び調
芯されて矩形枠４に固定される。

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、光モジュール及
びその製造方法に関するものであり、特に、レンズ、回
折格子、フィルタ等によって構成されたマイクロオプテ
ィクス型の光モジュール及びその製造方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来より、マイクロオプティクス型の光
モジュールは、例えば、特開平９−７３０２０号公報に
開示されているように、一面の開いた箱形のパッケージ
の底面にレンズ、平面ミラー、凹面ミラー、フィルタ、
回折格子、プリズム等のマイクロ光学素子が個別に調芯
固定されたもの及び、平面基台にマイクロ光学素子が調
芯固定されたものが代表的であった。

【０００３】一例として、回折格子をリトロー配置に設
けた光合分波器について、一面の開いた箱形のパッケー
ジに実装した例を図３に、平面基台に実装した例を図４
に示す。

【０００４】図３では、上面の開いた箱形パッケージ８
に、入出力光ファイバアレイ１、回折格子３、この回折
格子３の回折効率の偏光依存性を補償するための偏波補
償フィルタ５、入力光ファイバ１１からの発散光を平行
光に変換し、また、回折格子３からの回折平行光を出力
光ファイバアレイ１２の各光ファイバ１２ａに収束する
ためのコリメータレンズ２が設けられている。ここで、
回折格子３、偏波補償フィルタ５、コリメータレンズ２
は、それぞれ、箱形パッケージ８の底面に配置された回
折格子固定用ステージ３１、偏波補償フィルタ用ステー
ジ５１、コリメータレンズ固定台２１を介して調芯固定
されている。入出力光ファイバアレイ１には、入力光フ
ァイバ１１と出力光ファイバアレイ１２とが設けられて
いる。出力光ファイバアレイ１２には複数個の光ファイ
バ１２ａが設けられている。箱形パッケージ８は剛性が
強く外力に対して形状が保持されるので、光軸が安定で
機械的振動及び応力に対して動作が安定な光モジュール
を構成することができていた。

【０００５】また、図４では、平面基台７に図３と同様
に、入出力光ファイバアレイ１、回折格子３、偏波補償
フィルタ５、コリメータレンズ２が設けられている。こ
こで、回折格子３、偏波補償フィルタ５、コリメータレ
ンズ２は、それぞれ、平面基台７に配置された回折格子
固定用ステージ３１、偏波補償フィルタ用ステージ５
１、コリメータレンズ固定台２１を介して調芯固定され
ていた。この場合、図３の一面の開いた箱形パッケージ
８とは異なり、平面基台７は空間が開放されているた
め、小型の光学部品を用いる場合でも各光学部品を微動
するための手段、例えば微動ステージなどを容易に光モ
ジュールの周りに配置することができるので、部品数が
多い場合及び、光学部品が小型の場合でも調芯固定する
ことが可能であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
光モジュールでは、次のような問題点が生じる。

【０００７】即ち、図３に示した一面の開いた箱形パッ
ケージ８を用いる場合、光学部品は箱形パッケージ８の
底面に固定されており、光学部品と箱形パッケージの両
側面とは空間があるため、光学部品に較べてパッケージ
が大型になっていた。また、一面の開いた箱形パッケー
ジ８では、機械振動やヒートショックなどの外乱に対し
て安定した光学系を製作できるが、各光学部品はすべて
一面の開いた面の側からしか微動調整することができな
い。このため、多数の小型の光学部品を、高密度かつ高
精度に調芯しようとした場合、微動するための機構、例
えば微動ステージ同士が機械的に干渉し、複数の光学部
品を同時に微動調整することが難しいので、組立てが困
難であった。また、部品のセットアップ等にも長時間を
要していた。

【０００８】一方、図４に示した平面基台７を用いる場
合にも、光学部品は平面基台７に固定されおり、光学部
品と平面基台７の端面とは距離があるため、光学部品に
較べてパッケージが大型になっていた。また、平面基台
７では、光学系の周囲が空間であるため、図３の場合と
異なり複数の光学部品を同時に微動調整できるような機
構を光モジュールの周囲に配置できるが、平面基台７の
面で光路全体を保持する構造であるため、光モジュール
全体の剛性が低下する。また、光学部品が平面基台７の
底面だけに片側支持されているため、外部からの振動に
対して共振する振動が増幅し、機械的な振動及び外力に
対して光軸が変動しやすかった。特に、部品数が増えて
光路が長くなった場合は、光学的な安定性が低下しやす
かった。また、これを解決するためには、平面基台７の
厚さを非常に厚くしなければならず、光モジュールの小
型化が困難であった。

【０００９】本発明は、このような従来の問題点に着目
してなされたものである。その目的とするところは、小
型で多数の光学部品を精度良く調整及び調芯するととも
に、光通信で使われるような過酷な外力や機械振動及び
熱的な外乱に対しても安定して動作する小型の光モジュ
ールを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の発明は、光学部品としてレン
ズ、平面ミラー、凹面ミラー、フィルタ、回折格子、プ
リズム、ホログラフィック光学素子のうち少なくとも１
つを、剛性を有する枠の互いに対向する側面に備え、こ
の枠の少なくとも１つの面に設けられた透光性の面に光
入出力手段を備えたことを要旨とする。

【００１１】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の光モジュールにおいて、前記枠には、対向する２面に
開放面が設けられていることを要旨とする。

【００１２】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の光モジュールにおいて、前記枠の開放面には、外力に
対して形状を保持する補強手段が設けられたことを要旨
とする。

【００１３】請求項４に記載の発明は、請求項１から３
のいずれかに記載の光モジュールにおいて、前記光入出
力手段は、光ファイバ、光ファイバアレイ、受光素子ア
レイ及び発光素子アレイのうち少なくとも１つを備えた
ことを要旨とする。

【００１４】請求項５に記載の発明は、請求項１から４
のいずれかに記載の光モジュールにおいて、前記光学部
品は、前記枠及び前記補強手段の少なくとも一つに固定
されたことを要旨とする。

【００１５】請求項６に記載の発明は、請求項１から５
のいずれかに記載の光モジュールにおいて、前記光学部
品の両側面は、前記枠の互いに対向する側面に固定され
ていることを要旨とする。

【００１６】請求項７に記載の発明は、請求項１から６
のいずれかに記載の光モジュールにおいて、前記光学部
品の両側面の間隔は、前記枠の互いに対向する側面の幅
と同じであることを要旨とする。

【００１７】請求項８に記載の発明は、請求項１から７
のいずれかに記載の光モジュールにおいて、前記枠は、
矩形枠であることを要旨とする。

【００１８】請求項９に記載の発明は、対向する２つの
開放面を有する枠に、この開放面を介して前記光学部品
を挿入し、調整及び調芯を行った後、前記枠の互いに対
向する側面に光学部品の両側面を固定することを要旨と
する。

【００１９】従って、この発明によれば、剛性を有し線
膨張係数の低い枠の互いに対向する側面に光学部品を固
定しているので、小型の光モジュールを作製できる。か
つ、剛性が高く、線膨張係数の小さい枠を用いているの
で、外力や機械的な振動及び熱的な外乱に対しても安定
に動作する光モジュールを作製できる。また、補強手段
が枠に固定されているので、枠の剛性をさらに高めるこ
とができる。さらに、２つの開放面を設けた枠を用いる
と、小型で多数の光学部品を微動調整して組み立てるこ
とができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、この発明を具体化した実施
の形態を図面に基づいて説明する。

【００２１】図１（ａ）、（ｂ）は本実施形態に係わる
光モジュールの構成を示す図であり、（ａ）は平面図、
（ｂ）は側断面図である。この光モジュールは、枠とし
ての矩形枠４と、光入出力手段としての入出力光ファイ
バアレイ１と、レンズとしてのコリメータレンズ２と、
フィルタとしての偏波補償フィルタ５と、回折格子３
と、補強手段としての補強材６とを備えている。矩形枠
４には、対向する２面（本実施形態ではＹ軸方向に直交
する２つの面としての上面及び底面）に開放面が設けら
れている。また、矩形枠４は剛性を有する材料で構成さ
れている。

【００２２】入出力光ファイバアレイ１には、入力光フ
ァイバ１１と出力光ファイバアレイ１２とが設けられて
いる。出力光ファイバアレイ１２には複数個の光ファイ
バ１２ａが設けられている。コリメータレンズ２は、入
力光ファイバ１１からの発散光を平行光に変換し、ま
た、回折格子３からの回折平行光を出力光ファイバアレ
イ１２の各光ファイバ１２ａのコア端面上に収束させ
る。偏波補償フィルタ５は、回折格子３の回折効率の偏
光依存性を補償させる。補強材６は、矩形枠４が斜めに
働く外力で変形するのを防ぐために、矩形枠４の開放面
に１つ以上（本実施形態では上面に２個、底面に２個）
が接着固定されている。

【００２３】ここで、入出力光ファイバアレイ１は、矩
形枠４の１面に設けられた透光性の面４１に固定されて
いる。コリメータレンズ２と偏波補償フィルタ５とは、
矩形枠４の開放面を介して矩形枠４に挿入され、これら
の両側面は矩形枠４の側面に接着固定されている。ま
た、回折格子３はＹ軸周りに回転させて、あおり調整す
るため、先ずこの回折格子３の底面が補強材６に接着固
定され、回折格子３の調芯を行った後、補強材６が矩形
枠４の開放面に固定される。

【００２４】この光モジュールは光合分波を次のように
行う。波長λ₁、λ₂、・・・、λ_nが合波された入射光
は、入力光ファイバ１１が固定された透光性の面４１を
出射した後、発散光になる。この発散光がコリメータレ
ンズ２で集光され、回折格子３で所望の回折角を有する
波長ごとに分離された光線群（λ₁、λ₂、・・・、
λ _n）に分割される。偏波補償フィルタ５で回折格子の
ｓ偏光とｐ偏光の回折効率の差が補償され、再度コリメ
ータレンズ２で各波長の光束を出力光ファイバアレイ１
２の各光ファイバ１２ａのコア端面上に収束して結合さ
せて出力が得られる。ここで、入力光ファイバ１１から
回折格子３に至り、回折格子３から出力光ファイバアレ
イ１２の各光ファイバ１２ａに至る線は主光線を示して
いる。

【００２５】コリメータレンズ２と偏波補償フィルタ５
は、各々、両側面の間隔が矩形枠４の互いに対向する側
面の間隔と略同寸法であるが、この側面で移動可能な程
度の余裕があり、これらの光学部品を矩形枠４の対向す
る２つの開放面を介して挿入して、調整及び調芯を行っ
た後、矩形枠４の側面にこれらの光学部品の両側面を固
定する。

【００２６】このように、本実施形態の光モジュール
は、対向する２つの開放面を備えた矩形枠４を用いてい
るので、この開放面を介して光学部品を矩形枠４に容易
に挿入でき、微動調整可能な、高精度、高機能な光モジ
ュールを組立実装することができる。また、矩形枠４
は、補強材６で変形を防止されているので、機械振動な
どの外乱に対して光軸を安定することができる。

【００２７】また、本実施形態では、矩形枠４及び補強
材６には、低膨張ガラス（ショット社製のテンパック
ス）を使用し、Ｚ方向の光学系の構成が温度変化に対し
ても安定になるようにした。矩形枠４の外形寸法は、幅
２０ｍｍ（Ｘ軸方向）、高さ７ｍｍ（Ｙ軸方向）、全長
８０ｍｍ（Ｚ軸方向）である。また、矩形枠４は、厚さ
４ｍｍ、高さ７ｍｍ、長さ８０ｍｍの直方体４ａが２個
と、厚さ４ｍｍ、高さ７ｍｍ、長さ１２ｍｍの直方体４
ｂが２個とを接着して作製された。このように本実施形
態の矩形枠４は４個の直方体を組み合わせて作製された
が、各直方体にフックなどを設けて嵌合により固定して
もよい。また、枠の分割形態はこの限りではなく、形状
は台形などであってもよい。矩形枠４の全体を一体成形
で作製してもよい。

【００２８】本実施形態の光モジュールを冷却ファンの
ある架台に設置し、入力光ファイバ１１及び出力光ファ
イバアレイ１２を光モジュールから約１０ｍｍの長さで
架台にマウントし、光出力の変化を測定した。また、本
実施形態との比較のために、図４のように平面基台７上
に光学部品を固定した光モジュールについて同様に光出
力の変化を測定した。この場合、平面基台７の厚さは４
ｍｍとし、低膨張ガラス（テンパックス）を使用した。
光学系の全長は８０ｍｍとし、コリメータレンズ２と偏
波補償フィルタ５は自立して片側を接着固定した。また
回折格子３は図１の補強材６を平面基台７に接着し、図
１と同様の方法で保持した。

【００２９】このようにして安定性を比較した結果、本
実施形態による図１の構成では出力の変動は認められな
かった。これに対し、図４の構成では約０．２ｄＢの変
動が測定され、本実施形態による効果を確認することが
できた。

【００３０】なお、本実施形態の光モジュールは、矩形
枠の最も短い辺が７ｍｍと小さいので、多数の電気プリ
ント基板が１２．７ｍｍ（１／２インチ）ピッチと狭い
間隔で設けられた架台にも容易に実装できる。

【００３１】以上のように構成された本実施形態によれ
ば、以下の作用効果を奏する。

【００３２】（１）光学部品は両側面が矩形枠の互いに
対向する側面に固定されているので、光学部品の両側面
の間隔に矩形枠の両側面の厚さを加えた長さの矩形枠が
使用でき、光モジュールを小型化できる。

【００３３】（２）剛性が高く線膨張係数の小さい矩形
枠が用いられているので、外力に対する変形を抑制で
き、熱的な変化も抑制できる。

【００３４】（３）矩形枠には対向する２面に開放面が
設けられているので、この開放面を介して光学部品を矩
形枠に容易に挿入できる。また、矩形枠に挿入した光学
部品の調整及び調芯をこの開放面を介して容易に行うこ
とができる。即ち、小型で多数の光学部品からなる光モ
ジュールを容易にかつ精度良く作製することができる。

【００３５】（４）矩形枠には補強材が設けられている
ので、外力に対する矩形枠の変形をさらに抑制できる。

【００３６】（５）補強材は光学部品の固定用にも使用
できるので、光学部品が固定された補強材と矩形枠との
取付け位置を調整することで、この光学部品の調整及び
調芯を行うことができる。

【００３７】なお、前記実施形態は、以下のような各別
形態にして変更実施することも可能である。

【００３８】・前記実施形態では、矩形枠４を用いた
が、例えば、両側面が平行で端部が曲面状の枠なども使
用できる。即ち、互いに対向する側面を有する枠であれ
ば使用できる。

【００３９】・前記実施形態では、補強材６として図１
及び図２（ａ）に示すように四角形の板を矩形枠４の４
隅に固定したが、補強材の形状と取付け位置はこれに限
定されない。例えば、三角形の補強材を矩形枠の内側４
隅に設ける（図２（ｂ））、四角形の補強材を矩形枠４
の内側に設ける（図２（ｃ））、曲線形状を有する補強
材を矩形枠の隅に設ける（図２（ｄ））、矩形枠の開放
面全体を覆うように設ける（図２（ｅ））、三角形の補
強材を対向する２隅に設ける（図２（ｆ））、などであ
ってもよい。即ち、補強材は斜め方向からの応力によっ
て矩形枠４が変形されるのを防ぐ構造のものであり、か
つ、光が入出射する透光性の面の内、光の通過する領域
を除けば、設けることができる。

【００４０】・前記実施形態では、矩形枠４に低膨張ガ
ラスを用いたので透光性の面４１は全面が透光性であっ
たが、入力光ファイバ１１及び出力光ファイバアレイ１
２を設置する領域だけが透光性であってもよい。

【００４１】・前記実施形態では、矩形枠４及び補強材
６に低膨張ガラスを使用したが、セラミックス、金属、
プラスチックなども使用できる。即ち、外力に対して変
形量が光学特性を維持できる材料であれば使用できる。

【００４２】・前記実施形態では、光入出力手段として
入力光ファイバ１１と出力光ファイバアレイ１２とから
なる入出力光ファイバアレイ１を用いたが、出力光ファ
イバアレイ１２に代えてフォトダイオードアレイなどの
受光素子アレイを用いてもよい。この場合は、各波長の
光束が収束される位置に各波長の受光を行う受光素子を
配列させる。

【００４３】・前記実施形態では、合波された光を入力
光ファイバ１１から入射し、回折格子で分波した後、出
力光ファイバアレイ１２の各光ファイバ１２ａに出力す
るという分波器を例にして説明したが、分波器だけでは
なく合波器としても用いることができる。即ち、出力光
ファイバアレイ１２を入力光ファイバアレイとし、この
各光ファイバ１２ａに各波長の光を入射し、回折格子３
で合波し、入力光ファイバ１１に代えて設けた出力光フ
ァイバで出力してもよい。

【００４４】・また、合波器として、出力光ファイバア
レイ１２に代えてレーザダイオードアレイなどの発光素
子アレイを設け、この発光素子アレイからの各波長の光
を回折格子３で合波し、入力光ファイバ１１に代えて設
けた出力光ファイバで出力してもよい。

【００４５】・さらに、合波器としても分波器としても
用いることができるので、入力光ファイバ１１と出力光
ファイバアレイ１２とに代えて、発光素子と受光素子と
が混在する受発光素子アレイを設けても良い。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、枠の互いに対向する側面に光学部品を固定するの
で、余分な空間を抑制した小型のモジュールを提供する
ことができる。また、剛性が高く、線膨張係数の小さい
枠を用いているので、光通信で使用されるような過酷な
外力や機械的な振動及び熱的な外乱に対しても安定に動
作する光モジュールを提供することができる。

【００４７】また、２つの開放面を設けた枠を用いる
と、小型で複数の光学部品を微動調整して調芯固定する
ことができる。２つの開放面を設けた枠を用いる際に、
枠に補強体を備えることで、光モジュールの剛性を高め
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係わる光モジュールの構成を示す
平面図及び側断面図。

【図２】本実施形態による光モジュールの枠の補強材の
形状を示す平面図。

【図３】従来の光モジュールの構成を示す側断面図及び
平面図。

【図４】従来の光モジュールの構成を示す側断面図及び
平面図。

【符号の説明】

１入出力光ファイバアレイ２コリメータレンズ３回折格子４矩形枠５偏波補償フィルタ６補強材７平面基台８箱形パッケージ１１入力光ファイバ１２出力光ファイバアレイ２１コリメータレンズ固定台３１回折格子固定用ステージ４１透光性の面５１偏波補償フィルタ用ステージ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学部品としてレンズ、平面ミラー、凹
面ミラー、フィルタ、回折格子、プリズム、ホログラフ
ィック光学素子のうち少なくとも１つを、剛性を有する
枠の互いに対向する側面に備え、この枠の少なくとも１
つの面に設けられた透光性の面に光入出力手段を備えた
ことを特徴とする光モジュール。
【請求項２】前記枠には、対向する２面に開放面が設
けられていることを特徴とする請求項１に記載の光モジ
ュール。
【請求項３】前記枠の開放面には、外力に対して形状
を保持する補強手段が設けられたことを特徴とする請求
項２に記載の光モジュール。
【請求項４】前記光入出力手段は、光ファイバ、光フ
ァイバアレイ、受光素子アレイ及び発光素子アレイのう
ち少なくとも１つを備えたことを特徴とする請求項１か
ら３のいずれかに記載の光モジュール。
【請求項５】前記光学部品は、前記枠及び前記補強手
段の少なくとも一つに固定されたことを特徴とする請求
項１から４のいずれかに記載の光モジュール。
【請求項６】前記光学部品の両側面は、前記枠の互い
に対向する側面に固定されていることを特徴とする請求
項１から５のいずれかに記載の光モジュール。
【請求項７】前記光学部品の両側面の間隔は、前記枠
の互いに対向する側面の幅と同じであることを特徴とす
る請求項１から６のいずれかに記載の光モジュール。
【請求項８】前記枠は、矩形枠であることを特徴とす
る請求項１から７のいずれかに記載の光モジュール。
【請求項９】対向する２つの開放面を有する枠に、こ
の開放面を介して前記光学部品を挿入し、調整及び調芯
を行った後、前記枠の互いに対向する側面に光学部品の
両側面を固定することを特徴とする光モジュールの製造
方法。