JP2004101997A

JP2004101997A - 多チャネル光通信モジュール

Info

Publication number: JP2004101997A
Application number: JP2002265150A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Sakamoto; 坂本　健; Naoya Kukutsu; 久々津　直哉; Nobuyuki Tanaka; 田中　伸幸; Tomoaki Kawamura; 川村　智明; Shinji Koike; 小池　真司
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2002-09-11
Filing date: 2002-09-11
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】複雑な光学アライメント工数が不要で、キャビティサイズが小さく、光半導体素子を安定動作可能な温度に保つことができ、各チャネルにそれぞれ独立した光半導体素子を搭載する多チャネル光通信モジュールを提供する。
【解決手段】各チャネルに、各々独立した半導体レーザ２２と光学部材とを備えた光学アセンブリ２０と、光学アセンブリの各チャネルヘの光の入出カを行う光ファイバ３０と、光学アセンブリを封止する封止部材とを有し、更に、光ファイバ３０を通す貫通穴４１を備えたコの字型部材４０が、封止部材として他の封止部材から独立して設けられ、光学アセンブリ２０の各チャネルに、光ファイバ３０が光軸を調整されて接合された後に、光ファイバ３０が、コの字型部材４０の貫通穴４１に通されて、光学アセンブリ２０が封止された多チャネル光通信モジュール。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信モジュールに関し、特に、複数チャネルのデータを同時に伝送するための多チャネルの光通信モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の通信トラフィックの増加に伴い、光通信モジュールの高速化、大容量化への要求は高まる一方である。
【０００３】
光通信モジュールの大容量化のための手法として、複数の伝送路を用いる多チャネル化が考えられる。これは、伝送路を２本、３本と複数本用いることにより、伝送容量を２倍、３倍と複数倍に増加させるという発想に基づく。この場合、光部品点数の増加を避けるために一つの半導体チップ上に複数の発光素子あるいは受光素子を作りこんだ「光半導体アレイ」を用いることが多い。
【０００４】
光半導体アレイを用いた多チャネル光通信モジュールでは、隣接チャネルとの配線の間隔が光半導体アレイの素子間隔により決まり、２５０μｍ程度の狭いピッチで高速信号線を配線する必要がある。隣接チャネルとの配線間隔の狭さは、高周波領域において大きなチャネル間クロストークを引き起こし、高速伝送特性を著しく悪化させる。さらに、光半導体素子を駆動するためのレーザドライバやアンプなどと言った半導体電子デバイスを並べる場合、これらを２５０μｍ程度といった狭い間隔で並べることは困難であり、数ｍｍの間隔が必要となる。このため、光半導体素子と半導体電子デバイスを接続する配線にはピッチ変換のための十分な長さが必要となる（非特許文献１参照）。又、この光半導体素子と半導体電子デバイス間の配線の長さも高周波特性を劣化させる大きな原因となる。
【０００５】
上記理由により、アレイ化された光半導体チップを用いた場合は、単チャネルの光半導体素子を用いた通信モジュールに比ベチャネル当たりの信号速度を低くせざるを得ず、チャネル数を増やしても伝送容量がそれほど大きくできない問題があった。
【０００６】
これらの問題を解決するため、アレイ化された光半導体チップを用いず、各チャネルにそれぞれ独立した光半導体チップ（素子）を搭載する多チャネル光通信モジュールが考えられる。この場合、チャネル間ピッチは任意に設定でき、ピッチを２ｍｍ程度まで広げれば、チャネル間クロストークの問題は起こりにくい。又、チャネル間ピッチを２ｍｍ程度まで広げれば、光半導体素子のチャネル間ピッチと光半導体素子を駆動する半導体電子デバイスのチャネル間ピッチも揃えられるため、この両者をつなぐ配線にピッチ変換が不要となり、配線の短縮化が可能である。このため、アレイ化された光半導体チップを用いた多チャネル光通信モジュールにくらべ、各チャネルにそれぞれ独立した光半導体チップ（素子）を搭載する多チャネル光通信モジュールでは、チャネルあたりの信号速度を高くできる。
【０００７】
【非特許文献１】
Ｋ．　Ｋａｔｓｕｒａ　ｅｔ　ａｌ．、Ｐａｃｋａｇｉｎｇ　ｆｏｒ　ａ　４０−ｃｈａｎｎｅｌ　Ｐａｒａｌｌｅｌ　ＯｐｔｉｃａｌＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　Ｍｏｄｕｌｅ　ｗｉｔｈ　ａｎ　ｏｖｅｒ　２５−Ｇｂｓ　ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ、第４８回ＥＣＴＣ（Ｐｒｏｃ　４８^ｔｈ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏｎｆ．）、１９９８年、ｐ．７５５−７６１
【非特許文献２】
河野健治著「光結合系の基礎と応用」現代工学社、１９９１年１月２５日、ｐ．８９
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、各チャネルにそれぞれ独立した光半導体チップ（素子）を搭載する多チャネル光通信モジュールでは、以下に述べるような問題がある。
【０００９】
（１）組みたて工数が複雑であり、高コスト化を招く。
光通信モジュールでは、湿度による光半導体素子の劣化を防止するため、外気を遮断する「封止」機能がパッケージに求められる。更に、封止されたパッケージ内の光半導体素子から出射された光を、パッケージの外部に取り出さなければならない。そのため、一般的な光ファイバを用いた光通信モジュールでは、封止されたパッケージ内の光半導体素子から出射された光を、レンズによって収束光線あるいは平行光線に変換し、この光線を封止されたパッケージの壁面に設けられた透明窓から封止空間の外部に取りだす。そして、外部に取り出した光線を、光ファイバ、あるいはレンズ付き光ファイバに導入する。この時、外部に取り出した光線を効率良く光ファイバに結合させるため、光ファイバをアライメントして光通信モジュールのパッケージに固定する必要がある。
【００１０】
この手法では、初めに光半導体素子とレンズを位置決めして固定したブロックを作製し、これをパッケージ内部に固定した後、さらにファイバをアライメントしてパッケージに固定するという組みたて手順が必要となり、組みたて工数が複雑になる。又、パッケージを基準としてファイバがアライメントされるため、パッケージに高い寸法精度が必要となり、モジュールの高コスト化を招く。
【００１１】
（２）封止空間の拡大により、高周波特性の悪化を引き起こす。
光ファイバをパッケージにアライメントして固定する手法としては、パッケージと光ファイバの両方にフランジ付きのスリーブを設ける方法が広く用いられる（非特許文献２参照）。両者のフランジ面を擦りあわせるように動かし、結合効率が最大になる点で両者を固定することによりアライメントが行われる。
【００１２】
この手法ではスリーブのフランジ径が３〜４ｍｍほど必要であり、更に、多チャネル光通信モジュールでは複数のフランジを並べなくてはならないため、チャネル間ピッチを狭める障害となる。又、組立の際に、隣接チャネルのフランジやファイバを避けて、ファイバ側のフランジを掴むチャックやフランジ固定用のＹＡＧ溶接のレーザ光を取りまわせるようにするため、さらに広いチャネル間ピッチが必要となる。広いチャネル間ピッチはチャネル間クロストークの観点からは望ましいが、２〜３ｍｍ以上のチャネル間ピッチはクロストーク低減の効果は少なく、むしろモジュールの大型化や封止空間の拡大による問題を招く。封止空間は電磁波にとって特定の共振周波数をもつキャビティ（空洞）を形成するため、大きな封止空間はキャビティ共振周波数の低下に繋がり、モジュールの高周波特性の悪化を引き起こす問題がある。
【００１３】
（３）キャビティサイズが大きくなってしまう。
多チャネル光通信モジュールでは、複数の光半導体素子や、複数の半導体電子デバイスにそれぞれ信号線や電源を配線する必要がある。そのため、配線の本数が多くなり、大きな配線板が必要となる。この配線板をパッケージ内部に封止することによっても、キャビティサイズが大きくなってしまう問題がある。
【００１４】
（４）安定して動作する温度に保つことが難しい。
多チャネル光通信モジュールには、光半導体素子を駆動するためのレーザドライバやアンプなどの半導体電子デバイスを内蔵することが望ましい。しかし、多チャネル光通信モジュールでは、発熱量の大きな半導体電子デバイスを複数チャネル分搭載する必要があり、その発熱の影響により、高温に弱い光半導体素子を安定して動作する温度に保つことは難しい。
【００１５】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、複雑な光学アライメント工数が不要で、キャビティサイズが小さく、光半導体素子を安定動作可能な温度に保つことができ、各チャネルにそれぞれ独立した光半導体素子を搭載する多チャネル光通信モジュールを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の請求項１に係る多チャネル光通信モジュールは、各チャネルに、各々独立した光半導体素子と光学部材とを備えた光学アセンブリと、前記光学アセンブリの各チャネルヘの光の入出カを行う光ファイバと、前記光学アセンブリを封止する封止部材とを有し、更に、前記光ファイバを通す貫通穴を備えた光ファイバ保持部材が、封止部材として他の封止部材から独立して設けられたことを特徴とする。
【００１７】
上記発明の多チャネル光通信モジュールでは、光学アセンブリに、アライメント（光軸調整）されて搭載された各チャネルの光半導体素子、光学部品（レンズ等）に対して、予め、光ファイバをアライメント（光軸調整）して取付けた後、光ファイバ保持部材の貫通穴に光ファイバを通して、光学アセンブリを封止しているため、封止時に光ファイバのアライメントが狂うことなく組み立てることができる。
【００１８】
上記課題を解決する本発明の請求項２に係る多チャネル光通信モジュールは、前記光ファイバ保持部材がコの字型の形状を有し、前記他の封止部材として、配線を有し、前記コの字型の光ファイバ保持部材と対をなすように、コの字状の突起部が上面に形成された配線部材と、前記光学アセンブリと、前記コの字型の光ファイバ保持部材と、前記配線部材とを上面に支持する支持部材と、前記コの字型の光ファイバ保持部材と、前記配線部材及びその前記突起部と、前記支持部材とよって形成される空間を、上部から封止する上部封止部材とを有することを特徴とする。
【００１９】
上記発明の多チャネル光通信モジュールでは、下部の封止部材となる支持部材と、上部の封止部材となる上部封止部材と、側面の封止部材となるコの字型の光ファイバ支持部材と、他方の側面の封止部材となる配線部材及び配線部材に設けたコの字型の突起部とに囲まれた空間を、光アセンブリを封止する封止空間とすることができる。
【００２０】
上記課題を解決する本発明の請求項３に係る多チャネル光通信モジュールは、前記配線部材がセラミックスからなり、前記支持部材の熱膨張率が、前記配線部材の熱膨張率より小さいことを特徴とする。
【００２１】
上記課題を解決する本発明の請求項４に係る多チャネル光通信モジュールは、前記光学アセンブリが、冷却手段を介して前記支持部材に取り付けられたことを特徴とする。
【００２２】
上記課題を解決する本発明の請求項５に係る多チャネル光通信モジュールは、前記光学アセンブリの前記光半導体素子を駆動する半導体制御手段が、前記光学アセンブリから独立した部材に設けられたことを特徴とする。
【００２３】
上記発明の多チャネル光通信モジュールでは、発熱量の多い半導体制御手段が、光半導体素子を有する光学アセンブリから独立した部材に設けられているため、半導体制御手段からの熱が光半導体素子へ直接伝わることがない。又、光半導体素子を有する光学アセンブリが、冷却手段を介して支持部材に取りつけられている場合、その熱の伝導を更に低減することができる。
【００２４】
上記課題を解決する本発明の請求項６に係る多チャネル光通信モジュールは、前記光学アセンブリから独立し、前記半導体制御手段が設けられた部材を、前記配線部材と前記光学アセンブリとの間に設けたことを特徴とする。
【００２５】
上記発明の多チャネル光通信モジュールでは、半導体制御手段が発生する熱は、半導体制御手段が設けられた部材を介して支持部材側へ逃げるため、直接光半導体素子には伝わらない。
【００２６】
上記課題を解決する本発明の請求項７に係る多チャネル光通信モジュールは、前記光学アセンブリから独立し、前記半導体制御手段が設けられた部材を、窒化アルミニウムからなる前記配線部材とし、前記配線部材の上面に段差部が形成され、前記段差部に前記半導体制御手段が設けられたことを特徴とする。
【００２７】
上記発明の多チャネル光通信モジュールでは、半導体制御手段を搭載するための部材を別に準備することなく、半導体制御手段内蔵の光通信モジュールを構成できる。この場合、半導体制御手段が発生した熱は、配線部材を通して支持部材へ伝わるため、直接光半導体素子には伝わらない。
【００２８】
上記課題を解決する本発明の請求項８に係る多チャネル光通信モジュールは、前記光半導体素子を半導体レーザとし、前記半導体レーザの光軸を、前記半導体制御手段の設置面より高い位置に設定し、前記半導体レーザと同数の受光素子を、前記半導体レーザの背面側の光軸上に設けたことを特徴とする。
【００２９】
上記発明の多チャネル光通信モジュールでは、各チャネルの半導体レーザの背面から放射される光を、半導体制御手段の設置面より高い位置の空間を飛ばして、各チャネルに対応する受光素子で受光することができるため、受光素子のための複雑な光学系が不要となる。
【００３０】
上記課題を解決する本発明の請求項９に係る多チャネル光通信モジュールは、前記受光素子と前記半導体レーザとの間に、迷光を防止する遮蔽手段を設けたことを特徴とする。
【００３１】
上記発明の多チャネル光通信モジュールでは、受光素子と半導体レーザとの間に、各チャネルに対応する受光素子の間を仕切る遮蔽手段（遮蔽板）を設けたため、各チャネルの半導体レーザの背面から放射される光を、他のチャネルの受光素子が迷光として受けることを防止することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図面をもとに本発明の実施形態を説明する。なお、全ての図面において共通する部分には共通の番号を割り当て、重複説明を避ける。又、多チャネル通信モジュールの一例として、４チャネルの通信モジュールを図示した。
【００３３】
（第１実施例）
図１は、本発明の実施形態の一例を示す多チャネル光通信モジュールの斜視図である。なお、内部構造が分かるように封止キャップを取り外した状態で図示した。又、図２は、図１にて示した多チャネル光通信モジュールの分解図である。
【００３４】
図１、図２に示すように、多チャネル光通信モジュール１０は、主な構成部材として、各構成部材の支持部材（以下、ベースプレート）６０と、ベースプレート６０の上面に設けられたセラミックス製の配線部材（以下、セラミックス配線板）５０と、同じくベースプレート６０の上面に設けられたコの字型の光ファイバ保持部材（以下、コの字型部材）４０とを有している。又、セラミックス配線板５０の上面に形成されたコの字状の突起部（以下、リブ）５１とコの字型部材４０とが囲む空間（封止空間）に配置され、複数の光半導体素子（以下、半導体レーザ）２２、光学部材（第１レンズ２３等）を搭載する光学アセンブリ２０と、光学アセンブリ２０の各チャネルへの光の入出力を行なう光ファイバ３０と、半導体制御手段（以下、半導体電子デバイス）８１を搭載する半導体電子デバイス搭載部材８０と、受光素子を搭載する受光素子搭載部材９０とを有しており、更に、リブ５１とコの字型部材４０等が囲む空間を、上部から封止する上部封止部材（以下、封止キャップ）７０とを有している。
【００３５】
多チャネル光通信モジュール１０では、下部の封止部材となるベースプレート６０と、上部の封止部材となる封止キャップ７０と、側面の封止部材となるコの字型部材４０と、他方の側面の封止部材となるセラミックス配線板５０及びコの字型部材４０と対をなすように形成されたリブ５１とに囲まれた空間を、光アセンブリ２０を封止する封止空間としている。セラミックス配線板５０は、銀ろう等のろう材や接着剤等によりベースプレート６０に接合されており、又、セラミックス配線板５０とコの字型部材４０の間も銀ろう等のろう材や接着剤等で接合されて、封止性を保っている。なお、熱応力（特に引張応力）によるセラミック配線板５０の破断を防ぐため、ベースプレート６０の熱膨張率は、セラミック配線板５０の熱膨張率より小さいものに設定されている。
【００３６】
セラミックス配線板５０の光学アセンブリ２０側には、半導体電子デバイス搭載部材８０と光学アセンブリ２０の一部を囲むように、切り欠き部５２が形成されている。この切り欠き部５２と、セラミックス配線板５０の上面のリブ５１と、コの字型部材４０とにより、光学アセンブリ２０等が封止される封止空間の側面が形成される。なお、詳細は後述するが（図３参照）、セラミックス配線板５０の表面や内層には、信号線や電源線が設けられており、これらの信号線や電源線に信号や電源を供給するリードピン５９が、セラミックス配線板５０の端部に複数設けられている。
【００３７】
コの字型部材４０は、他の封止部材であるセラミックス配線板５０等から独立して設けられた部材であり、ＣｕＷや鉄・ニッケル・コバルト系合金等の低膨張性の金属材からなる。図１、図２に示すように、光ファイバ３０を通す貫通穴として、コの字型部材４０の壁面にファイバスリーブ４２を貫通させるファイバスリーブ用穴４１が複数（図１、図２では４個）設けられており、このファイバスリーブ用穴４１にファイバスリーブ４２が固定され、更にその内部に光ファイバ３０を貫通させる構造となっている。光学アセンブリ２０に接続された光ファイバ３０は、このファイバスリーブ４２を通して封止空間から外部へ引き出される。ファイバスリーブ４２にファイバ３０を通した状態で、ファイバスリーブ４２内部に樹脂、あるいはハンダを流し込み、ファイバスリーブ４２の穴を塞ぐことで封止を行う。
【００３８】
セラミックス製の配線部材を単体でロの字状に成形して封止空間を構成するより、コの字型部材４０を光通信モジュールのパッケージ（封止部材）として組み合わせることで、パッケージを安価に製造することができる。又、光学アセンブリ２０の大きさが変化した場合でも、コの字型部材４０のコの字部分の深さを変えるだけで容易に封止空間の大きさを変化させられる。このため、大きさの異なる複数の光学アセンブリ２０を搭載する自由度が容易に確保できる。
【００３９】
例えば、本実施例の光学アセンブリ２０に４波長合波素子を追加することで、４波の波長が多重にされた光が１本のファイバから出力される４波長多重光アセンブリを構成することができる。この４波長多重光アセンブリを納められるように、コの字型部材４０のコの字部分を深くし、光ファイバ取りだし口を１個にすることで、その他の構成部材をほとんど変更すること無しに４波長多重光通信モジュールに変更できる。このように、コの字型部材４０を用いたことにより、光通信モジュール１０のバリエーション化が容易となる。
【００４０】
封止空間内に配置された光学アセンブリ２０は、光学アセンブリ２０を冷却する冷却手段（以下、ペルチェ素子）２９の上面に貼りつけられて、ベースプレート６０の上面に設けられている。なお、詳細は後述するが（図４参照）、光学アセンブリ２０には、半導体レーザ２２等の光半導体素子や光学部品が複数搭載されている。
【００４１】
同じく、封止空間内の、セラミックス配線板５０と光学アセンブリ２０との間に配置された半導体電子デバイス搭載部材８０には、その上面に半導体電子デバイス８１が複数（本実施例では４個）搭載されており、受光素子搭載部材９０とともに、光学アセンブリ２０に対して適切な位置に配置されている（詳細は図６参照）。半導体電子デバイス搭載部材８０は、放熱特性の良好な金属からなり、半導体電子デバイス８１の発生する熱を十分に放熱できるようになっている。又、半導体電子デバイス搭載部材８０は、光学アセンブリ２０とは独立して設けられており、このような構成とすることで、半導体電子デバイス８１の発生する熱が、光学アセンブリ２０上の半導体レーザ２２に直接伝わらないようにしている。
【００４２】
４個の半導体電子デバイス８１は、光学アセンブリ２０に設けられた４個の半導体レーザ２２と同じチャネル間ピッチで、半導体電子デバイス搭載部材８０の上面に搭載される。これら半導体電子デバイス８１は、セラミックス配線板５０の配線パターンと、光学アセンブリ２０の配線パターンあるいは半導体レーザ２２の電極とワイヤボンディングによって接続される。
【００４３】
封止キャップ７０の封止性を良くするため、封止キャップ７０と、リブ５１及びコの字型部材４０の上面との間にはシールリング７１が設けられている。シールリング７１の上から封止キャップ７０が固定されることで、封止空間が確実に封止されることとなる。なお、封止キャップ７０は、金属製のものを用いても良く、樹脂製のものを用いても良い。樹脂を封止キャップとして用いた場合には、セラミックス配線板５０のリブ５１とコの字型部材４０に囲まれた空間に樹脂を流し込み封止を行う。
【００４４】
図１、図２には図示していないが、セラミックス配線板５０の表面と内層には、配線パターンが形成されている。図３は、その配線パターンを示すセラミックス配線板５０の断面図であり、図２における、Ｂ−Ｂ線矢視断面図である。
【００４５】
高速の信号を伝送する高速信号線５３は、セラミックス配線板５０の表面に配線されており、リブ５１の下部を貫通することで、最短距離で封止空間に導入される。低速の信号を伝送する低速信号線や電源を供給する電源線などの低速信号線、電源線５４は、セラミックス配線板５０の内層に配置されており、セラミックス配線板５０の表面に設けたパッド（図示せず）から、セラミックス配線板５０の深さ方向に配置されるビア５５を介して接続される。
【００４６】
リードピン５９は、セラミックス配線板５０の表面の電極パッド（図示せず）にはんだ付けされる。高速信号線５３をセラミックス配線板５０の表面に配線し、又リードピン５９を高速信号線５３と同じ面に取りつけることによって、高速配線の特性劣化の要因となるビア５５などのインピーダンス不連続を最小限に抑えつつ、封止空間に高速信号線５３を導入することが可能となる。
【００４７】
図４は、光学アセンブリ２０の斜視図である。図４では、光学アセンブリを構成する光学部材の詳細な構成を図示した。
【００４８】
図４では、４チャネルを有する光学アセンブリ２０を示しており、１つのチャネルとして、同じ光軸上に、半導体レーザ２２と、第１レンズ２３と、コリメートレンズ２４と、光ファイバ３０とが順に配置され、それぞれの光学部材を４個ずつ光学ベンチ２１に設けることで、４チャネルを有する光学アセンブリ２０を構成している。つまり、各チャネルに、各々独立した半導体レーザ２２、第１レンズ２３、コリメートレンズ２４等を備えることで、適切なチャネルピッチを設定でき、チャネル間のクロストークを防止することができる。又、半導体レーザ２２の駆動制御を行なう半導体電子デバイス８１とのピッチも揃えることもできるため、ピッチ変更も不要となり、配線の短縮化が行なえる。
【００４９】
光学ベンチ２１は、半導体レーザ２２の発生する熱を効率良く逃がせるように、シリコン、窒化アルミニウム、ＣｕＷなどといった熱伝導率が良い材質からなる。光学ベンチ２１端部の半導体レーザ２２を搭載する部分には、レーザ光軸を第１レンズの光軸と合わせるため、光学ベンチ２１より突設されたテラス状構造部２１ａが設けられている。半導体レーザ２２は、半導体レーザ２２の活性層が上面になるように、テラス状構造部２１ａに搭載してもよいし、半導体レーザ２２の活性層が下面になるように、テラス状構造部２１ａに搭載し、フリップチップボンディングしてもよい。フリップチップボンディングの手法を用いる場合は、光学ベンチ２１の材質として、シリコンや窒化アルミニウムなど、表面に電極パターンが形成できるものを選択し、この電極パターン上に半導体レーザ２２を搭載する。
【００５０】
半導体レーザ２２から出射した光は、第１レンズ２３に入り、平行光線に変換され、その後コリメータレンズ２４によって光ファイバ３０に集光される。図４では、第１レンズ２３が直方体状に描かれているが、第１レンズ２３は円筒レンズでもよく、この場合光学ベンチ２１に加工されたＶ溝にレンズを嵌め込むだけでレンズの位置合わせが可能となる。コリメートレンズ２４も同様に、光学ベンチにＶ溝を加工しておけば、この溝に嵌め込むだけでレンズの位置合わせが可能となる。又、第１レンズ２３、コリメートレンズ２４のそれぞれについて、Ｖ溝を用いず、半導体レーザ２２の出力が最も効率良く光ファイバ３０に導入できるよう、最適の位置を探して固定する方法を取ってもよい。又、本実施例では２レンズ系を用いているが、１レンズ系を用い、第１レンズ２３により直接光をファイバ３０に集光する構成を取ってもよい。
【００５１】
光学アセンブリ２０を以上のような構成とすることで、レンズや半導体レーザの位置合せは全て光学アセンブリ２０上で完了する。この光学アセンブリ２０をパッケージに組みこむ際には光学アライメントの調整が一切不要であるため、モジュール組立の手間が著しく削減できる。
【００５２】
図５は、セラミックス配線板５０及び受光素子搭載部材９０、受光素子（以下、フォトダイオード）９９の位置関係を示す図面である。
【００５３】
セラミックス配線板５０上面のリブ５１と切り欠き部５２とにはさまれた部分に、受光素子搭載部材９０は配置されている。受光素子搭載部材９０の半導体レーザ２２側の側面上には、半導体レーザ２２の出力をモニタするためのフォトダイオード９９が搭載されている。本実施例では、４チャネルの多チャネル光通信モジュールであるため、フォトダイオード９９はチャネル数に対応するように４個取りつけられている。
【００５４】
受光素子搭載部材９０は、セラミックス又はシリコンなど、表面に配線パターンが形成できる材質からなる。この配線パターンによって、フォトダイオード９９の出力はセラミックス配線板５０上の配線パターン（図示せず）に接続される。
【００５５】
又、受光素子搭載部材９０の下部側（セラミックス配線板５０側）には、切り欠き９１が形成されており、この切り欠き９１が高速信号線５３を跨ぐようにして、セラミックス配線板５０上に固定される。これによって高速信号線５３と受光素子搭載部材９０の間に空間が確保でき、誘電率の高い受光素子搭載部材９０が、直接高速信号線５３に接触し、インピーダンスの不連続が発生することを防止できる。
【００５６】
又、隣接チャネルの半導体レーザ２２の出力（迷光）を受光しないように、隣り合うフォトダイオード９９の間を仕切るかたちで、遮蔽手段（以下、遮蔽板）９２が設けられている。遮蔽板９２は、フォトダイオード９９と半導体レーザ２２の間であれば、受光素子搭載部材９０側に固定してもよいし、セラミックス配線板５０側に固定してもよいし、半導体電子デバイス搭載部材８０側に固定してもよい。
【００５７】
図６は、本発明の実施形態の一例を示す多チャネル光通信モジュールの断面図であり、図１におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。なお、図６において、封止キャップ７０は図示していない。この断面図により、半導体レーザ２２、半導体電子デバイス８１、フォトダイオード９９の位置関係を説明する。
【００５８】
光学ベンチ２１が、ペルチェ素子２９を介してベースプレート６０に取りつけられており、この光学ベンチ２１上に半導体レーザ２２が搭載されている。図６において、半導体レーザ２２からの光の出射方向は右側方向であり、出射した光を受ける第１レンズ２３が半導体レーザ２２の出射側に搭載されている。この半導体レーザ２２は、図６の左側方向にも光（バックイルミネーション）を出射する。
【００５９】
レーザドライバやアンプ等を有し、半導体レーザ２２を駆動する半導体電子デバイス８１は、ワイヤ８３により半導体レーザ２２に接続され、又、ワイヤ８２によりセラミックス配線板５０上の配線パターンと接続されている。半導体電子デバイス搭載部材８０に搭載された半導体電子デバイス８１の表面の高さをセラミックス配線基板５１の高さとほぼ同じになるように設計することによって、セラミックス配線基板５０と半導体電子デバイス８１を接続するワイヤ８２の長さを最小限にとどめることができ、高周波特性の劣化を防ぐことができる。
【００６０】
又、半導体電子デバイス８１の設置面は半導体レーザ２２の光軸より１００μｍから２００μｍ程度低くなるよう配置されている。受光素子搭載部材９０はセラミックス配線板５０の上面に載っており、半導体レーザ２２のバックイルミネーションを受けられるように、半導体レーザ２２の背面側の光軸上にフォトダイオード９９が搭載されている。半導体電子デバイス８１とセラミックス配線板５０の上面が、半導体レーザ２２のバックイルミネーションの光軸より低く設定されているため、フォトダイオード９９はこれらに妨害されることなくバックイルミネーションを受光することができる。このような構成をとることにより、特殊な配線部材や光軸を曲げるミラーなどを用いることなく、半導体レーザ２２の出力をモニタすることが可能となる。
【００６１】
なお、封止空間の封止体積を小さくし、キャビティ共振周波数を高めるため、セラミックス配線板５０上のリブ５１は、なるべく受光素子搭載部材９０に近づけることが望ましい。
【００６２】
以上、本発明の多チャネル光通信モジュール１０の各構成部材を詳細に説明してきたが、本発明は、上記構成部材を工夫することで、光学アライメントを損なうことなく、その組立を行なえるようにしている。具体的には、予め、光学アセンブリ２０に各チャネルの半導体レーザ２２、第１レンズ２３等をアライメント（光軸調整）して搭載し、アライメントされた半導体レーザ２２、第１レンズ２３等に対して、光ファイバ３０をアライメント（光軸調整）して接合し、光学アライメントを完了する。次に、ベースプレート６０上のセラミックス配線板５０とコの字型部材４０に囲まれた封止空間の中に光学アセンブリ２０を組み込み、コの字型部材４０の貫通穴４１にアライメントが完了した光ファイバ３０を、ファイバスリーブ４２を通して封止空間から外部へ引き出す。最後に、この貫通穴４１、ファイバスリーブ４２を塞ぎ、封止キャップ７０で封止を行なう。このような工程で組立作業ができるため、光学アセンブリ２０を封止時に、光ファイバ３０等の光学アライメントが狂うことなく組み立てることができる。
【００６３】
図７及び図８において、本発明に係る実施形態の他の一例（第２実施例）を説明する。なお、第１実施例と同じ構成の部分の説明は省略し、異なる構成の部分のみ説明する。又、第１実施例と同じ部分は同じ番号を割り当て、重複説明を避ける。
【００６４】
（第２実施例）
図７は、本発明に係る実施形態の他の一例を示す多チャネル光通信モジュールの上面図である。なお、内部構造が見えるように、封止キャップは図示していない。
【００６５】
図７に示すように、ベースプレート６０、コの字型部材４０、光学アセンブリ２０、光ファイバ３０、受光素子搭載部材９０などの構成は第１実施例と同じである。本実施例では、第１実施例において示した半導体電子デバイス搭載部材８０がなく、セラミックス配線板５０上に半導体電子デバイス８１が直接載っている構成が、第１実施例と異なる。
【００６６】
セラミックス配線板５０は、半導体電子デバイス８１の熱を効率良くベースプレート６０に逃がせるよう、熱伝導率の良い窒化アルミニウムからなる。
【００６７】
図８は、本発明に係る実施形態の他の一例を示す多チャネル光通信モジュールの断面図であり、図７におけるＣ−Ｃ線矢視断面図である。図８では、各構成部材の位置関係を図示した。
【００６８】
セラミックス配線板５０には、半導体電子デバイス８１を搭載するための段差部５６が設けられている。このため、半導体電子デバイス８１とセラミックス配線板５０の表面高さが揃い、両者を接続するワイヤ８２の長さを最短にでき、高周波特性の劣化を防ぐことができる。
【００６９】
又、半導体電子デバイス８１の表面は半導体レーザ２２の光軸より１００μｍから２００μｍ低く設定されており、半導体レーザ２２のバックイルミネーションをフォトダイオード９９が受光する妨げにならないように設定されている。
【００７０】
このような構成をとることで、半導体電子デバイス搭載部材８０が不要となり、部品数の少ない多チャネル光通信モジュールを構成できる。
【００７１】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、各チャネルに、各々独立した光半導体素子と光学部材とを備えた光学アセンブリと、前記光学アセンブリの各チャネルヘの光の入出カを行う光ファイバと、前記光学アセンブリを封止する封止部材とを有し、更に、前記光ファイバを通す貫通穴を備えた光ファイバ保持部材が、封止部材として他の封止部材から独立して設けられた多チャネル光通信モジュールであるので、光ファイバを封止部材に対してアライメントして固定する必要がなくなるため、組立工数の削減をすることができる。又、封止部材の寸法精度が要求されないため、加工コストが削減できる。さらに、光ファイバ固定用のフランジが不要になり、チャネル間ピッチを狭くすることができる。
【００７２】
請求項２に係る発明によれば、前記光ファイバ保持部材がコの字型の形状を有し、前記他の封止部材として、配線を有し、前記コの字型の光ファイバ保持部材と対をなすように、コの字状の突起が上面に形成された配線部材と、前記光学アセンブリと、前記コの字型の光ファイバ保持部材と、前記配線部材とを上面に支持する支持部材と、前記コの字型の光ファイバ保持部材と、前記配線部材及びその前記突起部と、前記支持部材とよって形成される空間を、上部から封止する上部封止部材とを有するので、支持部材上の配線部材に設けたコの字状の突起部とコの字型の光ファイバ支持部材で囲まれた空間が、光学アセンブリを組み込む封止空間となるため、配線部材全体を封止部材で覆うよりも封止空間の体積を小さくでき、高周波特性を向上させることができる。又、配線部材が封止部材を兼ねるため、部品点数の削減ができ、低コスト化を図ることができる。
【００７３】
請求項３に係る発明によれば、配線部材がセラミックスからなり、ベースプレートの熱膨張率を配線部材の熱膨張率より小さいので、温度が上昇した場合に、支持部材の膨張がセラミックスの配線部材に比べて少ないため、両者の熱膨張量の差はセラミックスの配線部材に対する圧縮応力として働き、引っ張り応力に弱いセラミックスを破壊から防ぐことができる。
【００７４】
請求項４に係る発明によれば、前記光学アセンブリが、冷却手段を介して前記支持部材に取り付けられたので、外部温度にかかわらず光半導体素子を冷却して、その安定動作に適した温度に保持することができる。
【００７５】
請求項５に係る発明によれば、前記光学アセンブリの前記光半導体素子を駆動する半導体制御手段が、前記光学アセンブリから独立した部材に設けられたので、発熱量の大きい半導体制御手段を封止部材に内蔵しても、光半導体素子がその熱の影響を直接受けにくい構造とすることができ、半導体制御手段を内蔵する多チャネル光通信モジュールを実現できる。又、上記構造により、冷却手段が半導体制御手段の発生する熱量を直接冷却する必要がなくなるため、光半導体素子の発生する熱量だけを冷却できる小型のものを採用でき、冷却手段の消費電力や冷却熱量を削減することができる。
【００７６】
請求項６に係る発明によれば、前記光学アセンブリから独立し、前記半導体制御手段が設けられた部材を、前記配線部材と前記光学アセンブリとの間に設けたので、発熱量の大きい半導体制御手段を封止部材に内蔵しても、光半導体素子がその熱の影響を直接受けにくい構造とすることができるとともに、半導体制御手段と光半導体素子との配線距離を短くすることができ、制御信号の高周波特性の劣化を防止することができる。
【００７７】
請求項７に係る発明によれば、前記光学アセンブリから独立し、前記半導体制御手段が設けられた部材を、窒化アルミニウムからなる前記配線部材とし、前記配線部材の上面に段差部が形成され、前記段差部に前記半導体制御手段が設けられたので、半導体制御手段を搭載するための部材を別に準備することなく、光半導体素子が半導体制御手段の熱の影響を直接受けにくい構造とすることができるとともに、半導体制御手段と光半導体素子との配線距離を短くすることができ、制御信号の高周波特性の劣化を防止することができる。
【００７８】
請求項８に係る発明によれば、前記光半導体素子を半導体レーザとし、前記半導体レーザの光軸を、前記半導体制御手段の設置面より高い位置に設定し、前記半導体レーザと同数の受光素子を、前記半導体レーザの背面側の光軸上に設けたので、半導体制御手段の設置位置を半導体レーザの光軸より低くすることで、複雑な光学系を設けることなく、各チャネルの半導体レーザの背面から放射される光を、各チャネルに対応する受光素子で受光することができ、各チャネルの半導体レーザの出力を常時監視することができる。
【００７９】
請求項９に係る発明によれば、前記受光素子と前記半導体レーザとの間に、迷光を防止する遮蔽手段を設けたので、他のチャネルの半導体レーザが放射する光の影響を受けることなく、各チャネルの半導体レーザが放射する光の出力を正確に監視することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の一例を示す多チャネル光通信モジュールの斜視図である。
【図２】図１に示す多チャネル光通信モジュールの分解図である。
【図３】図１に示す多チャネル光通信モジュールのセラミックス配線板の断面図である。
【図４】図１に示す多チャネル光通信モジュールの光学アセンブリの斜視図である。
【図５】図１に示す多チャネル光通信モジュールのセラミックス配線板、受光素子搭載部材、遮蔽板の位置関係を示す図である。
【図６】図１に示す多チャネル光通信モジュールの断面図である。
【図７】本発明に係る実施形態の他の一例を示す多チャネル光通信モジュールの上面図である。
【図８】図７に示す多チャネル光通信モジュールの断面図である。
【符号の説明】
１０　光通信モジュール
２０　光アセンブリ
２１　光ベンチ
２１ａ　テラス状構造部
２２　半導体レーザ
２３　第１レンズ
２４　コリメートレンズ
２９　ペルチェ素子
３０　光ファイバ
４０　コの字型部材
４１　ファイバスリーブ用穴
４２　ファイバスリーブ
５０　セラミックス配線板
５１　リブ
５２　切り欠き部
５３　高速信号線
５４　低速信号線、電源線
５５　ビア
５６　段差部
５９　リードピン
６０　ベースプレート
７０　封止キャップ
７１　シールリング
８０　半導体電子デバイス搭載部材
８１　半導体電子デバイス
８２　ワイヤ
８３　ワイヤ
９０　受光素子搭載部材
９１　切り欠き
９９　フォトダイオード

Claims

各チャネルに、各々独立した光半導体素子と光学部材とを備えた光学アセンブリと、
前記光学アセンブリの各チャネルヘの光の入出カを行う光ファイバと、
前記光学アセンブリを封止する封止部材とを有する多チャネル光通信モジュールにおいて、
前記光ファイバを通す貫通穴を備えた光ファイバ保持部材が、封止部材として他の封止部材から独立して設けられたことを特徴とする多チャネル光通信モジュール。
請求項１記載の多チャネル光通信モジュールにおいて、
前記光ファイバ保持部材がコの字型の形状を有し、
前記他の封止部材として、
配線を有し、前記コの字型の光ファイバ保持部材と対をなすようにコの字状の突起部が上面に形成された配線部材と、
前記光学アセンブリと、前記コの字型の光ファイバ保持部材と、前記配線部材とを上面に支持する支持部材と、
前記コの字型の光ファイバ保持部材と、前記配線部材及びその前記突起部と、前記支持部材とよって形成される空間を、上部から封止する上部封止部材と
を有することを特徴とする多チャネル光通信モジュール。
請求項２記載の多チャネル光通信モジュールにおいて、
前記配線部材がセラミックスからなり、前記支持部材の熱膨張率が、前記配線部材の熱膨張率より小さいことを特徴とする多チャネル光通信モジュール。
請求項２又は請求項３記載の多チャネル光通信モジュールにおいて、
前記光学アセンブリが、冷却手段を介して前記支持部材に取り付けられたことを特徴とする多チャネル光通信モジュール。
請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の多チャネル光通信モジュールにおいて、
前記光学アセンブリの前記光半導体素子を駆動する半導体制御手段が、前記光学アセンブリから独立した部材に設けられたことを特徴とする多チャネル光通信モジュール。
請求項５記載の多チャネル光通信モジュールにおいて、
前記光学アセンブリから独立し、前記半導体制御手段が設けられた部材を、前記配線部材と前記光学アセンブリとの間に設けたことを特徴とする多チャネル光通信モジュール。
請求項５記載の多チャネル光通信モジュールにおいて、
前記光学アセンブリから独立し、前記半導体制御手段が設けられた部材を、窒化アルミニウムからなる前記配線部材とし、
前記配線部材の上面に段差部が形成され、前記段差部に前記半導体制御手段が設けられたことを特徴とする多チャネル光通信モジュール。
請求項２乃至請求項７のいずれかに記載の多チャネル光通信モジュールにおいて、
前記光半導体素子を半導体レーザとし、前記半導体レーザの光軸を、前記半導体制御手段の設置面より高い位置に設定し、
前記半導体レーザと同数の受光素子を、前記半導体レーザの背面側の光軸上に設けたことを特徴とする多チャネル光通信モジュール。
請求項８記載の多チャネル光通信モジュールにおいて、
前記受光素子と前記半導体レーザとの間に、迷光を防止する遮蔽手段を設けたことを特徴とする多チャネル光通信モジュール。