JP2002296461A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型で集約され、受発光素子とのアライメン
トが容易で、かつ、簡便に気密構造の可能な光モジュー
ルを提供すること。 【解決手段】 フェルール３内に、第１シングルモード
光ファイバ１Ａ、第1マルチモード光ファイバであるＧ
Ｉファイバ２Ａ、コアを持たないコアレス光ファイバ
５、第２マルチモード光ファイバであるＧＩファイバ２
Ｂ、第２シングルモード光ファイバ１Ｂを順次一列に接
続した光ファイバ体Ｆを収納してなる光デバイスＳ１
と、該光デバイスのフェルール３から突出した第1のシ
ングルモード光ファイバ１Ａの先端に結合されるＬＤ１
５とＬＤ１５の光出力をモニターするＰＤ１６、および
これらを収納するパッケージ１８からなる光モジュール
Ｍ１とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信機器、セン
サー等に好適に使用される発光素子や受光素子等の光半
導体素子を備えた光モジュールに関する。また、この光
モジュールに搭載され、その光モジュール外部からの反
射戻り光を遮断する光アイソレータや光センシング、測
定のための波長板等を備えた光デバイスに関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信の光源に用いられるレーザーダイ
オード（以下、ＬＤともいう）は、その出射光がある箇
所で反射して再びＬＤの活性層に戻ると発振状態が乱
れ、出射パワーの変動や波長ずれ等が生じ、これにより
信号が劣化する。特に、アナログ信号は上記の反射戻り
光によって劣化し易く、また、高密度な信号ほど反射戻
り光の影響を受け易いため、ＣＡＴＶ等のアナログ伝送
データの増加、大容量化、高速化に伴い、光アイソレー
タは不可欠な構成要素となってきている。

【０００３】このような反射戻り光の問題を防止するた
めに、通常、ＬＤは光を一方向のみに透過させる光アイ
ソレータと同じパッケージ内に搭載され、光モジュール
の一種であるＬＤモジュールを構成している。

【０００４】以下に、光アイソレータの一般的な動作に
ついて簡単に説明する。図６に示すように、光アイソレ
ータ４は二つの偏光子１９Ａ、１９Ｂでファラデー回転
子２０を挟むようにして構成されている。このような構
成において、順方向光２２はそのまま透過し、逆方向光
２３は遮断される。なお、ファラデー回転子２０は外部
から磁界を印加することでファラデー効果を得るもの
と、自発磁化により外部磁界なしでファラデー効果を持
つものがあるが、以下、簡単のため磁界を印加するため
の磁石は図示しない場合があるものとする。

【０００５】次に、従来のＬＤモジュールの一例につい
て説明する。図９に示すように、ＬＤモジュールＪ１
は、パッケージ１８内に少なくともＬＤ１５、レンズ６
Ａ、６Ｂ、光アイソレータ４、シングルモード光ファイ
バ１の一端部等が収納されている。なお、図中１６は受
光素子（以下、ＰＤともいう）、１７はペルティエクー
ラー、３２は光ファイバ余長部を保護するためのラバー
ブーツである。

【０００６】ＬＤ１５から出射された光は、レンズ６Ａ
でコリメートされ光アイソレータ４を通過し、レンズ６
Ｂで集光されシングルモード光ファイバ１に入射され
る。なお、各光部品は外部の環境から遮断するためパッ
ケージ１８及びラバーブーツ３２内に内蔵される。ま
た、レンズ６Ａ、６Ｂには、ボールレンズ、両凸レン
ズ、非球面レンズ、またはグレイデッドインデックスレ
ンズ（以下、ＧＲＩＮレンズという）等が用いられる。

【０００７】このような光モジュールＪ１では、光アイ
ソレータ４、レンズ６Ａ、６Ｂ等は独立した部品とし
て、それぞれが別々にホルダーに固定された後にアライ
メントされるので、部品点数が多く調整も煩雑で、大型
化するといった問題があった。

【０００８】また、光モジュール全体を小型化しアライ
メントを容易にするために、図１０に示すように、先球
９を備えたコア拡大光ファイバ１０を用いたファイバス
タブに光アイソレータ４を実装した光デバイスＪ２も提
案されている（特開平１０−６８９０９号公報等を参
照）。

【０００９】この光デバイスＪ２は、先球９を先端に形
成したコア拡大光ファイバ１０を中心に保持したフェル
ール３に光アイソレータ４が配設され、全体がスリーブ
１３内に固定されたファイバスタブ型光デバイスを構成
している。光デバイスＪ２では、光アイソレータ付きの
モジュールが光アイソレータの無いモジュールと同等の
工数で組み立てが可能になり非常に簡便に作製できる。

【００１０】また、コア拡大光ファイバを用いているの
で、焦点ずれ（光軸と平行方向でコア拡大光ファイバど
うしの距離に相当）のトレランスが大きいため、光ファ
イバどうしを離して、その間に光アイソレータ等の光学
素子を設置しても結合損失が少ないという利点がある。

【００１１】また、このようなコア拡大光ファイバは、
一般的なシングルモード光ファイバを局所的に加熱して
作られる。シングルモード光ファイバを加熱し、コアに
ドープされているＧｅ等のドーパントを拡散させ、ドー
パントの拡散領域を広くするとともに比屈折率差を小さ
くしている。

【００１２】光ファイバのコアとクラッドの比屈折率差
が変らないままコア径が大きくなると、シングルモード
条件が崩れマルチモードが励振されてしまう。コア拡大
光ファイバの場合は、熱によるドーパントの拡散のた
め、コアの拡大と比屈折率差の低下が同時に起こり、自
動的にｒ×（Ｄ）^1/2が一定に保たれる。ここで、ｒは
光ファイバのコアの半径、Ｄはコアとクラッドの比屈折
率差、ｒ×（Ｄ）^1/2は規格化周波数に比例する量であ
り、これが一定ならばシングルモード条件は保たれる。

【００１３】図７にコア拡大光ファイバを用いた光結合
の特性を示す。横軸に光ファイバ間の距離（対向間隔：
または後述するコア拡大部に形成する素子搭載用溝の
幅）、縦軸に光の結合損失を示す。ｗはそれぞれのモー
ドフィールド径（以下、ＭＦＤと略記する）を示し、各
曲線に対応する。なお、光の波長は光通信で一般に使わ
れる１．３１μｍとし、素子搭載用溝（光ファイバ間）
は空気（屈折率ｎ＝１）で満たされていることとした。

【００１４】ＭＦＤが１０μｍの場合は、光ファイバ間
が７０μｍで１ｄＢ以上の損失があるのに対し、ＭＦＤ
が４０μｍの場合は、光ファイバ間が８００μｍでも損
失が１ｄＢ以下であるので、ＭＦＤが大きくなると明ら
かに結合特性が改善されることがわかる。

【００１５】また、マルチモード光ファイバであるＧＩ
（グレイデッドインデックス）ファイバをレンズのよう
に用い、円筒部材の中に光アイソレータを設置した例が
知られている（米国特許５，３２５，４５６号を参
照）。この場合、光アイソレータの両端を挟むようにＧ
Ｉファイバを設置し、光学的な結合をとっている。

【００１６】ここで、ＧＩファイバとは、光ファイバの
中心軸から徐々に屈折率が下がるような軸対称の屈折率
分布を持つ光ファイバであり、一般にはマルチモード伝
送用に用いられている。ほとんどのＧＩファイバはほぼ
２乗の屈折率分布を持つ。この屈折率分布はＧＲＩＮレ
ンズと同様にレンズ効果をもつため、適当な屈折率分布
のＧＩファイバを適切な長さで用いれば結合光学系を構
成することができる。また、ＧＩファイバの特性を示す
パラメータとしては、クラッドとコア中心の屈折率差
△、コア径Ｄ、収束パラメータＡがある。

【００１７】さらに、ＧＩファイバ中の光線は図８に示
すようなサインカーブの挙動を示すため、その長さをそ
の光線挙動の周期に対応させてピッチ（Ｐ）で表す。図
８は横軸にピッチを表し、縦軸はＧＩファイバ内での光
線の位置を示し、光が最も広がった個所を１として相対
的に図示したものである。なおＰ＝１はサインカーブの
１周期（２π）に相当する。点光源から入射した光が平
行光になるのは最短のピッチでＰ＝０．２５であり、再
度、点に収束するのは最短のピッチでＰ＝０．５であ
る。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、コア拡大光フ
ァイバを使う場合は以下のような問題がある。

【００１９】コア拡大光ファイバは前述のように光ファ
イバを加熱して作製している。コアを４０μｍ以上に拡
大するためには、１０００℃以上の温度で数時間から数
十時間の加熱が必要であり、非常に手間を要する。ま
た、コア径が１０μｍから４０μｍになる部分は、コア
径を徐々に拡大していくテーパ部が必要となる。このテ
ーパ部を作製するためには光ファイバに大きな温度差を
与えて局所加熱しなければならない。単にテーパ状のコ
アを形成するだけでなく、テーパ部の長さ，角度はで光
学特性が大きく変化するため、急激な温度勾配と微妙な
制御が必要となる。

【００２０】またコア拡大部は数ｍｍであるにもかかわ
らずデバイス１個につき必ず１回はこの熱加工が必要に
なり効率が悪い。

【００２１】また、ＧＩファイバをレンズとして用いた
光学系では、以下のような問題点がある。

【００２２】シングルモード光ファイバの先端に、マル
チモード光ファイバであるＧＩファイバを接続し、細孔
の両端から挿入するが、細孔にはクリアランスが必要で
あり、光ファイバは細孔内でμｍ単位の位置ずれが必ず
生じる。即ち両端から光ファイバを挿入してつき当てる
が場合は必ず軸ずれが生じてしまう。しかも、細孔の中
なのでずれを修正することが不可能である。

【００２３】さらに、ＧＩファイバはレンズと同じ機能
を有するため、焦点距離の調節が不可欠である。適当な
幅を保持したまま固定しなければならず、固定作業中に
光ファイバが動くと損失が増大するといった問題が発生
する。また、両端から細孔に挿入した光ファイバを光学
素子に押し当てて位置決めする場合、光学素子の厚さが
ＧＩファイバの結合長に合わせてあることが前提にな
る。さらに、光学素子の厚み交差で損失が生じる。ま
た、素子と光ファイバ端面間が接触してしまうので屈折
率整合材等を充填するのが困難であるといった問題があ
った。

【００２４】さらに光モジュールを構成する場合はパッ
ケージ内に外部から湿気等が進入しないために気密性が
重視されるが光デバイスＪ２では気密や封止に関し、何
ら言及されておらず、また、米国特許５，３２５，４５
６では気密性を保つために、複雑で作製が困難な形状の
金属チューブのフィードスルーを必要とするばかりでな
く、部品点数も多く複雑化する。

【００２５】そこで本発明は、上述の諸問題を解消し、
小型で集約され、受発光素子とのアライメントが容易
で、かつ、簡便に気密構造の可能な光モジュールを提供
することを目的とする。

【００２６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の光モジュールは、一端に光半導体素子を光
接続させるための集光部を備えた第１シングルモード光
ファイバの他端に、第１マルチモード光ファイバ、コア
レス光ファイバ、第２マルチモード光ファイバ、及び第
２シングルモード光ファイバを順次一列に接続して成る
光ファイバ体をその一部を露出するようにフェルール内
に固定し、該フェルールに前記コアレス光ファイバを２
つに分断する溝を形成し、該溝内に光学素子を配設し
て、前記第１シングルモード光ファイバ側をパッケージ
内に収容して成る光モジュールであって、前記パッケー
ジの側面に設けた開口部に貫通孔を備えた筒状体を挿入
するとともに、該筒状体の貫通孔内に前記光ファイバ体
の一部または前記フェルールを気密に挿入固定したこと
を特徴とする。

【００２７】また特に、前記筒状体は透光性部材から成
るとともに、該筒状体と、前記光ファイバ体の一部また
は前記フェルールとの間に、光硬化接着材を介在させた
ことを特徴とする。

【００２８】より具体的には、本発明の光モジュール
は、一端に光半導体素子を光接続させるためのレンズ部
を備えた第１シングルモード光ファイバの他端に、第１
マルチモード光ファイバ、コアレス光ファイバ、第２マ
ルチモード光ファイバ、及び第２シングルモード光ファ
イバを順次一列に接続して基体に固定して成るととも
に、前記コアレス光ファイバに形成した素子搭載用溝に
光学素子を配設した光デバイスと該光デバイスの第１シ
ングルモード光ファイバのレンズ部に光接続する光半導
体素子とをそれぞれ配設して成る光モジュールであっ
て、該光モジュールのパッケージ開口部に封止用円筒を
設け、該封止用円筒と、前記光デバイスの基体より突出
した光ファイバ外周で例えば、低融点ガラス等で封止す
ることを特徴とする。

【００２９】また、本発明の光モジュールは、一端に光
半導体素子を光接続させるためのレンズ部を備えた第１
シングルモード光ファイバの他端に、第１マルチモード
光ファイバ、コアレス光ファイバ、第２マルチモード光
ファイバ、及び第２シングルモード光ファイバを順次一
列に接続して基体に固定して成るとともに、前記コアレ
ス光ファイバに形成した素子搭載用溝に光学素子を配設
し、且つ前記基体より突出した第１のシングルモード光
ファイバ、または第２のシングルモード光ファイバの外
周に金属膜を形成した光デバイスと、該光デバイスの第
１シングルモード光ファイバのレンズ部に光接続する光
半導体素子とをそれぞれ配設して成る光モジュールであ
って、該光モジュールのパッケージ開口部において、前
記光デバイスの基体より突出した光ファイバ外周に成膜
した金属膜との間で低融点金属を用いて封止したことを
特徴とする。

【００３０】例えば、光デバイス一端部に光半導体素子
を光接続させるためのレンズ部を有する第１シングルモ
ード光ファイバの他端部に、第１マルチモード光ファイ
バ及びコアレス光ファイバ第２マルチモード光ファイ
バ、及び第２シングルモード光ファイバを順次一列に接
続して基体に固定してなるとともに、前記コアレス光フ
ァイバの中途に素子搭載用溝を形成し、該素子搭載用溝
に光学素子を配設した光デバイスにおいて、前記基体か
ら突出した第1のシングルモード光ファイバ若しくは第
２のシングルモード光ファイバの外周にメタライズを施
し、この光デバイスと該光デバイスの第１シングルモー
ド光ファイバのレンズ部に光接続する光半導体素子とを
それぞれ配設して成る光モジュールであって、該光モジ
ュールのパッケージ開口部において、前記光デバイスの
光ファイバ外周に成膜した金属膜との間で低融点金属を
用いて封止したことを特徴とする。

【００３１】また、さらに本発明の光モジュールは、一
端に光半導体素子を光接続させるためのレンズ部を備え
た第１シングルモード光ファイバの他端に、第１マルチ
モード光ファイバ、コアレス光ファイバ、第２マルチモ
ード光ファイバ、及び第２シングルモード光ファイバを
順次一列に接続して基体に固定して成るとともに、前記
コアレス光ファイバに形成した素子搭載用溝に光学素子
を配設した光デバイスと該光デバイスの第１シングルモ
ード光ファイバのレンズ部に光接続する光半導体素子と
をそれぞれ配設して成る光モジュールであって、該光モ
ジュールのパッケージ開口部に前記光デバイスの基体と
ほぼ同じ長さの封止用円筒を設け、該封止用円筒と、前
記光デバイスの基体外周で封止することを特徴とするこ
とを特徴とする。封止性は封止剤本来の性能と、封止部
の内外を分離する境界の断面積、この断面に垂直方向
の、気体が通過する経路の長さで決まる。同一の封止剤
ならば前記断面積が小さく、前記経路が長い方が気密性
が高い。なお、信頼性の観点からの気密性は必要な年限
に亘って（例えば１０年間）外気の進入を防ぐことが出
来れば良いため、先に述べたように封止剤の性能だけで
なく、封止部の構造で向上させることが可能になる。

【００３２】また、本発明の光モジュールは前記光モジ
ュールにおいて、パッケージ開口部に設けた封止用円筒
を透光性の部材で構成し、光硬化樹脂にて、前記光デバ
イスを封止することを特徴とすることを特徴とする。

【００３３】また、前記光デバイスの第１のシングルモ
ード光ファイバの受発光素子側に位置する端面は該受発
光素子と光結合を得るために先球加工されていることを
特徴とする。

【００３４】さらに、前記光デバイスにおいて、コアレ
ス光ファイバの途中に設けられた素子搭載用溝に設置す
る光学素子が光アイソレータであることを特徴とする。
光アイソレータは、偏光面が互いに４５度傾いた一対の
偏光子の間に偏光面を４５度回転させるファラデー回転
子を配し一体化して構成されるが、ファラデー回転子が
自発磁化を有するものであれば、ファラデー回転子に磁
界を印加する磁石を省くことができる。

【００３５】マルチモード光ファイバとして用いられる
ＧＩファイバとこのＧＩファイバに挟まれるコアレス光
ファイバは、焦点距離調節と軸ずれ防止、組み立ての簡
易化のために極めて重要な役割をもつ。もともと一本の
光ファイバなので、これを分断したものは軸ずれが原理
的に発生しない。

【００３６】コアレス光ファイバの長さによって予め焦
点位置が精密に決定されており、保証されている。細孔
内で調整するというような煩雑な作業が不要である。前
述のような利点はコアレス光ファイバを分断する構造で
あるからこそ可能になっている。

【００３７】これにより、ファイバスタブ内に光アイソ
レータ等の光素子をほぼアライメントフリーで実装した
コンパクトな光デバイスを用いて作製の容易でコンパク
トな光モジュールを構成することができ。また、この光
デバイスは基体より突出した光ファイバ部でパッケージ
の封止を行うことで前記光デバイスの基体と光ファイバ
体の間の封止構造が簡便であっても、光モジュール全体
の気密性を確保することが可能になる。また、光デバイ
スの基体から突出した光ファイバの外周部をメタライズ
すれば、さらに容易に半田付けが可能になる。

【００３８】また、光モジュールパッケージ開口部に前
記光デバイスの基体とほぼ同じ長さの封止用円筒を備
え、封止用円筒と光ファイバ基体のほぼ全長に亘って接
合すれば、接着剤でも高い気密性が得られ、より簡便な
工程でパッケージ全体を気密封止した信頼性の高い光モ
ジュールを容易に構成できる。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下に本発明に係る実施形態につ
いて模式的に示した図面に基づき詳細に説明する。な
お、各図において同一部材については、同一符号を付し
説明を省略するものとする。

【００４０】図１に示すように、本発明の光モジュール
Ｍ１は、基体であるフェルール３内に、第１シングルモ
ード光ファイバ１Ａ、第1マルチモード光ファイバであ
るＧＩファイバ２Ａ、コアを持たないコアレス光ファイ
バ５、第２マルチモード光ファイバであるＧＩファイバ
２Ｂ、第２シングルモード光ファイバ１Ｂを順次一列に
接続した光ファイバ体Ｆを収納してなる光デバイスＳ１
と、該光デバイスのフェルール３から突出した第1のシ
ングルモード光ファイバ１Ａの先端に結合されるＬＤ１
５とＬＤ１５の光出力をモニターするＰＤ１６、および
これらを収納するパッケージ１８からなる。

【００４１】フェルール３から突出したシングルモード
光ファイバの１Ａの一端は、光半導体素子と結合するた
めに集光部である先球９が加工されており、他端はフェ
ルール３の端面にてシングルモード光ファイバを一定長
備えた形の所謂ピグテイル形状としている。フェルール
３内で分断されたコアレス光ファイバ５は素子搭載用溝
７内に配設した光学素子（例えば光イソレータ４）介し
て光接続させるようにしている。

【００４２】上記コアレス光ファイバ５の長さは、２つ
のＧＩファイバ２Ａ、２Ｂによるビームスポットが中央
で一致するように調整されている。シングルモード光フ
ァイバを伝播する光は単一のモードのみが可能で一定の
ＭＦＤを保っている。また、第１シングルモード光ファ
イバ１Ａの一端に光半導体素子を光接続させるためのレ
ンズ部である先球９を備えることにより、光半導体素子
と第１シングルモード光ファイバ１Ａは高効率に光結合
が可能になるが、この先球９と光半導体素子の相対位置
関係、即ち光入射条件が変化してもシングルモード光フ
ァイバを伝播し、出射される光はパワー以外は常に同一
の条件で、レンズ効果を持つＧＩファイバ２Ａに入射す
るので光結合特性が安定する。なお、この先球９はレン
ズ効果を有し光半導体素子に光接続できるものであれば
その形状は問わない。

【００４３】また、ＧＩファイバ２Ｂはマルチモードフ
ァイバであるため、光入射条件により出射条件が大きく
変化する。このため、光学素子挿入部での結合特性を保
証することができない。そこで、コアレス光ファイバを
接続することにより、予め焦点距離を厳密に調整すると
同時に、光ファイバ間の軸ズレを防止することができ
る。

【００４４】そして、パッケージ１８のパッケージ１８
の側面に設けた開口部１８ａに設けられた、貫通孔を有
する筒状体である封止用円筒２９において、この光デバ
イスＳ１はフェルール３の後端３ｃから突出した第２の
シングルモード光ファイバ１Ｂを封止することで気密性
の高い光モジュールＭ１としている。

【００４５】具体的には、光モジュールＭ１を構成する
光デバイスＳ１は例えばアルミナ、ジルコニア、ガラス
等からなる直径１．２５ｍｍ、長さ６．５ｍｍのフェル
ール３に、ＭＦＤが例えば１０μｍの第１シングルモー
ド光ファイバ１Ａ、Ｐ（ピッチ）＞０．２５の第１ＧＩ
ファイバ２Ａ、第１ＧＩファイバ２Ａから出射される光
のビームウエストと第２ＧＩファイバ２Ａの出射端面の
距離をｄとして、長さ２ｄのコアレス光ファイバ５、第
１ＧＩファイバ２Ａと同じ長さの第２ＧＩファイバ２
Ｂ、第２シングルモード光ファイバ１Ｂを縦列に接続
し、第１シングルモード光ファイバ１Ａの先端を先球９
に加工し光ファイバ体Ｆとした。さらに、前記フェルー
ル３の貫通孔３ａに光ファイバ体Ｆを挿入し、固定す
る。さらにコアレス光ファイバ５の部分で貫通孔３ａを
横切るように幅１ｍｍ程度の素子搭載用溝７を形成す
る。

【００４６】第２シングルモード光ファイバ１Ｂは、フ
ェルール３の後端面３ｃから光ファイバの余長をもった
ピグテイル形状にされる。そして、この素子搭載用溝７
内に、偏光子１９Ａ，１９Ｂとファラデー回転子２０を
一体成形後、切断して作製した光アイソレータ４を設置
するとともに、光アイソレータ４の偏光子１９Ａ，１９
Ｂの光入出射面とコアレス光ファイバ５の一端部との間
に、屈折率をコアレス光ファイバ５に整合させた透光性
の屈折率整合接着剤８を設ける。なお、前述のように、
ここでは磁界印加手段は省略する。また、光アイソレー
タ４の表面は反射量０．２％以下の図不示の反射防止膜
が形成されているものとする。

【００４７】また、ＧＩファイバ端面に点光源が存在し
た場合のコリメート条件は、Ｐ＝０．２５であるが、実
際に結合効率が最も高いのは、２つのＧＩファイバから
のビームウェストが一致する場合である。Ｐ＝０．２５
では、ビームウェストはちょうどＧＩファイバの出射端
面に位置することになり、ＧＩファイバ間に光学素子を
挟む場合はビームウェストは一致しない。従って、ＧＩ
ファイバの出射端面から離れた位置にビームウェストを
形成するためにはＰ＞０．２５の条件が必要になる。

【００４８】第１シングルモード光ファイバ１Ａの先球
９から入った光は、第１ＧＩファイバ２Ａによってビー
ム径を拡大され、コアレス光ファイバ５の中央でビーム
ウェストをもつビームとなって光アイソレータ４を通過
し、再びコアレス光ファイバ５内を通過し、第２ＧＩフ
ァイバ２Ｂによりビーム径を１０μｍに収束させられ、
第２シングルモード光ファイバ１Ｂに伝播する。この光
デバイスＳ１は、後端面３ｃにおいて第２シングルモー
ド光ファイバ１Ｂはその余長を１ｍほど有し図不示のコ
ネクタがその終端に取り付けられている。

【００４９】そして、第２のシングルモード光ファイバ
１Ｂはパッケージ開口部１８ａに設けられた封止用円筒
２９内で低融点ガラス等の封止剤２６にて気密封止する
ことで光モジュールＭ１とする。なお、リッド１８ｂは
パッケージ１８に対しシーム溶接され、また保護パイプ
２８は封止用円筒２９から出た第２のシングルモード光
ファイバ１Ｂが急角度で曲がったり、折れたりしない様
に保護している。光ファイバ素線は、ＵＶコート２４は
１次被覆と呼ばれるもので直径２５０μｍで覆われ保護
されており、またさらに２次被覆の樹脂製のファイバジ
ャケット２５で被覆されている。

【００５０】本発明によれば、光伝送路中に光アイソレ
ータ４等の光学素子を挿入する構成であっても、ほぼア
ライメントフリーとなる。また、ＧＩファイバを用いて
いるが、その焦点距離はコアレス光ファイバ５の長さで
調整済みで光ファイバ体組み立て時点で保証されてお
り、素子実装後に調整する必要がない。これは工程の簡
略化ばかりでなく、工程の初期段階で、即ち光学素子等
を固定する前に結合効率の不具合が確認できるため、工
程トータルの効率化と不良による損害を大幅に減らすこ
とが可能になる。

【００５１】また、ここではコアレス光ファイバ５を分
断する素子搭載用溝７内に特に光アイソレータ４を用い
る例を示したが、波長板や波長フィルターといった光学
素子でも適用可能である。

【００５２】さらに、フェルール３から突出した光ファ
イバとパッケージで封止を行うためフェルールと光ファ
イバ体の接合が簡便でも高度な気密性を実現できる。

【００５３】また、本発明の光モジュールは図３に示す
光モジュールＭ２の構成としてもよい。即ち前述した光
デバイスＳ１において、フェルール３から突出した第２
のシングルモード光ファイバ１Ｂの途中にメタライズ層
１１を形成し、パッケージ開口部１８ａに設けられた封
止用円筒２９で半田３０を用いて封止する。低融点ガラ
スより低温で簡便ながら確実な封止が可能になる。

【００５４】さらに図４に示すようにこの光デバイスＳ
１と、光デバイスＳ１と光結合させる光半導体素子とを
パッケージ１８に内蔵するモジュールＭ３において、光
デバイスＳ２のフェルール３から突出した第１のシング
ルモード光ファイバ１Ａにメタライズ層１１し、パッケ
ージ開口部１８ａに設けた封止用円筒２９で半田３０を
用いて封止する。気密性を高めるには、密閉される体積
が小さいほど有効であるが、この光モジュールＭ３の様
にすることによって光デバイスＳ１の大部分はパッケー
ジ１８の外に位置するため、パッケージの体積を大幅に
小さくできる。また、光アイソレータ４に用いられてい
る接着剤等からの長期間に亘るガスの発生がＬＤに与え
る影響も問題にならない。

【００５５】また、本発明の光デバイスは図５に示す構
成としてもよい。即ち光デバイスＳ１と光結合させる光
半導体素子とをパッケージ１８に内蔵するモジュールＭ
４において、パッケージ開口部１８ａに設ける封止用円
筒２９を光デバイスＳ１のフェルール３が完全に収納で
きる大きさのものとし、光デバイスＳ１のフェルール３
を封止剤２６で気密接合を施し光モジュールＭ４を構成
する。なお、フェルール３の外径は公差１μｍ以下で非
常に精密に形成されているため、封止用円筒２９とのク
リアランスもμｍ単位で作製可能である。したがって、
このクリアランスが封止用円筒２９の長さと比べて充分
小さくできるために、封止剤２６が樹脂等であっても外
気が進入するのに必要充分な時間が確保でき（例えば５
年）、実用上の気密封止が可能であるというメリットが
ある。さらに封止用円筒２９に透光性部材を用いれば、
光硬化接着材である光硬化性樹脂が使用できるため、よ
り簡便に組み立てることが出来る。

【００５６】

【実施例】以下に、本発明をより具体化した実施例につ
いて説明する。

【００５７】〔例１〕図２（ａ）〜（ｆ）を用いて説明
する。図２（ａ）に示すように、ＭＦＤが約１０μｍの
石英系シングルモード光ファイバ１Ａの先端に、△＝
０．８５％、コア径が１０５μｍ、収束パラメータＡ＝
３．３７×１０−６μｍ−２、ＧＩファイバ２Ａを放電
加工により融着し、ピッチＰ＝０．２５８（６５３μ
ｍ）になるようＧＩファイバ２Ａを切断した。

【００５８】周囲の媒質がｎ＝１．４６（コアレス光フ
ァイバ５の屈折率に相当）であれば、ＧＩファイバ２Ａ
の端面１５から、このＧＩファイバ２Ａで形成される出
射光のビームウェストまでの距離は５５０μｍとなる。

【００５９】次に、図２（ｂ）に示すように、ｎ＝１．
４６の屈折率をもつコアレス光ファイバ５をＧＩファイ
バ２Ａに放電加工により融着し、１１００μｍの長さで
切断した。そして、図２（ｃ）に示すように、ＧＩファ
イバ２Ａと同じ構成のＧＩファイバ２Ｂ、シングルモー
ド光ファイバ１Ｂをこの順に融着接続し、最後に図２
（ｄ）のようにシングルモード光ファイバ１Ａの一端に
研摩加工によりＲ＝５μｍの先球９を形成し光ファイバ
体Ｆとした。

【００６０】次に図２（ｅ）のように直径１．２５ｍ
ｍ，長さ６．５ｍｍのジルコニアフェルール３の貫通孔
３ａに挿入固定した。固定にはエポキシテクノロジー社
製熱硬化型エポキシ接着剤エポテック３５３ＮＤを用い
た。気密性を高めるため、低融点ガラスや半田を用いて
も良い。さらに、コアレス光ファイバ５の部分で貫通孔
３ａを横切るように幅１ｍｍの素子搭載用溝７を形成し
た。なお、この加工にはＤＩＳＣＯ製ダイサーブレード
ＳＤＣ３２０Ｒ１０ＭＢ０１を用いた。

【００６１】そして、図２（ｆ）に示すように、この素
子搭載用溝７内において、偏光子１９Ａ，１９Ｂ，ファ
ラデー回転子２０を一体成形後、切断して作製した光ア
イソレータ４を設置した。ここで、コアレス光ファイバ
５と屈折率を整合させた紫外線硬化型接着剤や熱硬化型
の接着材８（例えばＮＴＴアドバンストテクノロジー社
の紫外線硬化型エポキシ接着剤＃９５３９、ダイキン工
業社製の紫外線硬化型接着剤オプトダイン、またはエポ
キシテクノロジー社製熱硬化型接着剤エポテック３５３
ＮＤ等）を用いて光アイソレータ４とコアレス光ファイ
バ５の間に充填接着し光デバイスＳ１を構成した。

【００６２】光アイソレータ４は、偏光子１９Ａ，１９
Ｂ（厚さ２００μｍ、屈折率１．５）、ファラデー回転
子２０（磁性ガーネット、厚さ３５０μｍ、屈折率２．
２）から成り、各々の光透過面は反射防止膜を形成した
後に、エポキシ系の透光性の接着剤（例えば、エポキシ
テクノロジー社製熱硬化型接着剤エポテック３５３Ｎ
Ｄ）で接合されている。なお、光アイソレータ４は１０
ｍｍ角以上の大型の素子で一括アライメントを行い接着
した後に、４００μｍ角に切断されている。厚さは７５
０μｍとなる。また、ここでは自発磁化型のガーネット
を用いるため磁石は不要である。

【００６３】また、図１に示すようにパッケージ１８内
にＬＤ１５とＬＤ１５のパワーをモニターするためのＰ
Ｄ１６を設けるとともに、前記光デバイスＳ１の第１の
シングルモード光ファイバ１ＡのＬＤ側の端面に設けた
先球９とＬＤ１５を光結合し基板１４に固定している。
基板１４はシリコンの異方性エッチングにより、第１の
シンブルモード光ファイバ１Ａを位置決めするためのＶ
溝と光受発光素子を搭載するための電極パターンが設け
られている。一方、パッケージ開口部１８ａの封止用円
筒２９にて、光デバイスＳ１の第２のシングルモードフ
ァイバ１Ｂの外周を低融点ガラス等の封止剤２６で封止
し、ＬＤモジュールＭ１とした。

【００６４】なお、リッド１８ｂはパッケージ１８に対
しシーム溶接され、また保護パイプ２８は封止用円筒２
９から出た第２のシングルモード光ファイバ１Ｂが急角
度で曲がったり、折れたりしない様に保護している。光
ファイバ素線は、ＵＶコート２４は１次被覆と呼ばれる
もので直径２５０μｍで覆われ保護されており、またさ
らに２次被覆の樹脂製のファイバジャケット２５で被覆
されている。

【００６５】〔例２〕実施例１と同様に光デバイスＳ１
を作製し、図３に示すように、光デバイスＳ１のフェル
ール３から突出している第２のシングルモード光ファイ
バ１Ｂの外周にメタライズ層１１を形成した。メタライ
ズ層１１は、真空蒸着でまずクロム層０．５μｍ成膜し
た後に無電界メッキにて金の層を１μｍ形成している。
さらに光デバイスＳ１の先球９とＬＤ１５を光結合させ
るとともに基板１４に固定し、パッケージ開口部１８ａ
に設けた封止用円筒２９において光デバイスＳ１のメタ
ライズ層１１を半田３０で封止し光モジュールＭ２とし
た。半田は低融点ガラスの作業温度（通常３５０℃以
上）に比べ、２００℃以下の温度で可能で、確実に封止
が可能である。

【００６６】なお、実施例１と同様に、リッド１８ｂは
パッケージ１８に対しシーム溶接され、また保護パイプ
２８は封止用円筒２９から出た第２のシングルモード光
ファイバ１Ｂが急角度で曲がったり、折れたりしない様
に保護している。光ファイバ素線は、ＵＶコート２４は
１次被覆と呼ばれるもので直径２５０μｍで覆われ保護
されており、またさらに２次被覆の樹脂製のファイバジ
ャケット２５で被覆されている。

【００６７】〔例３〕図４に示すように、光デバイスＳ
１のフェルール３から突出した第１のシングルモード光
ファイバ１Ａに実施例２と同様のメタライズ層１１を形
成した。

【００６８】さらに光デバイスＳ１の先球９とＬＤ１５
を光結合させるとともに基板１４に固定し、パッケージ
開口部１８ａに設けた封止用円筒２９において光デバイ
スＳ１のメタライズ層１１を半田３０で封止し光モジュ
ールＭ３とした。

【００６９】光デバイスＳ１がパッケージ１８の外に位
置するため、パッケージの容積を最小化でき、気密性が
更に高まる。また、光アイソレータ４を構成する際に用
いる接着剤の中には、長期的には、僅かながらガスを発
生するものがあるが、本構成では、パッケージの内部に
は全く影響を与えない。

【００７０】〔例４〕図５に示すように、光デバイスＳ
１のフェルール３とほぼ同じ長さで、フェルール３を収
納できる封止用円筒２９をパッケージ開口部１８ａに設
けた。

【００７１】例１から３と同様に、光デバイスＳ１の先
球９とＬＤ１５を光結合させるとともに基板１４に固定
し、フェルール３の外周と封止用円筒２９の間隙に封止
剤２６を充填し封止している。フェルール３は直径１．
２５ｍｍ±０．００１ｍｍ、封止用円筒の内径は１．２
５８ｍｍ±０．０１ｍｍとした。封止剤２６は低融点ガ
ラスや超音波半田等でも良いが、フェルール３と封止用
円筒２９の間隙が０．１ｍｍに満たない狭さの上、長さ
が６．５ｍｍ以上あるため、樹脂をもちいれば封止が可
能であり、ここではエポキシテクノロジー社製熱硬化型
接着剤エポテック３５３ＮＤを用いた。これにより、気
密性の高いＬＤモジュールＭ４とすることができた。ま
た、さらに、封止用円筒２９を石英等の透光性部材をも
ちいれば、光硬化型接着剤でより簡便に作製することが
可能になる。

【００７２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の光モジュ
ールによれば、以下の顕著な効果を奏することができ
る。

【００７３】レンズを用いていないため簡略な構成で安
価に作製が可能である。

【００７４】基本となる複数の光ファイバを一列に接続
した光ファイバ体は、マルチモード光ファイバ（例えば
ＧＩファイバ）とコアレス光ファイバの接続部の調整の
みでよく、調整軸が少なく組み立てが容易である。２つ
のマルチモード光ファイバに挟まれるコアレス光ファイ
バは、焦点距離調節と軸ずれ防止、組み立ての簡易化の
役割をもっており、もともと一本の光ファイバなのでこ
れを分断したものは軸ずれは原理的に発生しない。

【００７５】また、例えばフェルールの細孔の両端から
光ファイバ体を挿入する場合の細孔内で調整するという
ような煩雑な作業が不要である。

【００７６】また、光ファイバ体に光学素子を挿入する
場合は、コアレス光ファイバ部に素子搭載用溝を形成す
れば良い。素子搭載用溝位置はコアレス光ファイバの範
囲でさえあればずれても全く問題が生じないため極めて
作製しやすい。また、光学素子である例えば光アイソレ
ータの挿入は、ほぼアライメントフリーで行うことがで
きる。

【００７７】また、光ファイバを用いた光学系である
が、作製に手間がかかり制御の難しいコア拡大光ファイ
バを用いている必要がない。

【００７８】以上のような光学系を構成しているため光
モジュールも結合効率が高く簡便に作製することが可能
である。

【００７９】さらに、光ファイバの部分でパッケージの
封止を行うため、光ファイバと基体（例えばフェルー
ル）の固定が簡便でも気密性の優れた光モジュールとす
ることができる。

【００８０】さらに、光ファイバに予めメタライズを施
しておけば、半田等の低融点金属で接合できるため工程
が容易になる。

【００８１】また、光モジュールのパッケージ開口部に
光デバイスの基体とほぼ同じ長さの封止用円筒を設け、
光デバイスを固定することにより封止経路が長くなるた
め、接着剤等の簡便な手段であっても光モジュールの封
止性向上が可能になる。

【００８２】さらに、パッケージに設けた封止用円筒を
透光性の材料で構成すれば、光硬化性樹脂を用いること
が可能で、熱硬化を不要とするために短時間で簡単に作
製できるばかりでなく、残留熱応力等の発生も防ぐこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光モジュールを模式的に説明する
断面図である。

【図２】（ａ）〜（ｆ）は本発明に係る光デバイスの作
製工程を模式的に説明する断面図である。

【図３】本発明に係る光モジュールを模式的に示す断面
図である。

【図４】本発明に係る光モジュールを模式的に示す断面
図である。

【図５】本発明に係る光モジュールを模式的に示す断面
図である。

【図６】光アイソレータの動作を模式的に示す斜視図で
ある。

【図７】コア拡大光ファイバの結合間隔と回折損失の関
係を示すグラフである。

【図８】ＧＩファイバ（マルチモード光ファイバ）内の
光の挙動を説明する模式図である。

【図９】従来の光モジュールを説明する一部断面図であ
る。

【図１０】従来のコア拡大光ファイバに光アイソレータ
を実装したデバイスを説明する断面図である。

【符号の説明】

１、１Ａ、１Ｂ：シングルモード光ファイバ ２Ａ、２Ｂ：ＧＩファイバ（マルチモード光ファイバ） ３：フェルール（基体） ３ａ：貫通孔 ４：光アイソレータ ５：コアレス光ファイバ ６Ａ，６Ｂ：レンズ ７：素子搭載用溝 ８：屈折率整合接着剤 ９：先球（レンズ部） １０：コア拡大光ファイバ １１：メタライズ層 １３：スリーブ １４：基板 １５：ＬＤ（発光素子：光半導体素子） １６：ＰＤ（受光素子：光半導体素子） １７：ペルティエクーラー １８：パッケージ １８ａ：パッケージ開口部 １８ｂ：リッド １９Ａ，１９Ｂ：偏光子 ２０：ファラデー回転子 ２２：順方向入射光 ２３：逆方向入射光 ２４：ＵＶコート ２５：ファイバジャケット ２６：封止剤 ２８：保護パイプ ２９：封止用円筒（筒状体） ３０：半田 ３２：ラバーブーツ Ｊ１：光モジュール Ｊ２：光デバイス Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４：光モジュール Ｓ１：光デバイス Ｆ：光ファイバ体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端に光半導体素子を光接続させるため
   の集光部を備えた第１シングルモード光ファイバの他端
   に、第１マルチモード光ファイバ、コアレス光ファイ
   バ、第２マルチモード光ファイバ、及び第２シングルモ
   ード光ファイバを順次一列に接続して成る光ファイバ体
   をその一部を露出するようにフェルール内に固定し、該
   フェルールに前記コアレス光ファイバを２つに分断する
   溝を形成し、該溝内に光学素子を配設して、前記第１シ
   ングルモード光ファイバ側をパッケージ内に収容して成
   る光モジュールであって、前記パッケージの側面に設け
   た開口部に貫通孔を備えた筒状体を挿入するとともに、
   該筒状体の貫通孔内に前記光ファイバ体の一部または前
   記フェルールを気密に挿入固定したことを特徴とする光
   モジュール。
2. 【請求項２】 前記筒状体は透光性部材から成るととも
   に、該筒状体と、前記光ファイバ体の一部または前記フ
   ェルールとの間に、光硬化接着材を介在させたことを特
   徴とする請求項１に記載の光モジュール。