JP2004138864A - 光伝送モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】光モジュールのサイズが大きくなっても、熱膨張による光パワー変動を抑えた光モジュール及び光伝送モジュールを提供する。
【解決手段】光モジュールにおいて、サイズが大きくなって、熱膨張により光素子とレンズの間隔が変化しやすくなった場合にも、絞りを入れることにより、光パワーの変動を抑え、光結合効率の変動を防止できる。
【選択図】 図１
【解決手段】光モジュールにおいて、サイズが大きくなって、熱膨張により光素子とレンズの間隔が変化しやすくなった場合にも、絞りを入れることにより、光パワーの変動を抑え、光結合効率の変動を防止できる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光伝送モジュールの温度特性を向上させる技術に関するものであり、特に、キャン型の光モジュールに応用して好適である。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバを用いた光通信モジュールにおいて、発光素子であるレーザダイオード（以下ＬＤと略す）や受光素子であるフォトダイオード（以下ＰＤと略す）は、信頼性の観点から、各種パッケージに収納される。このパッケージの中で、光ファイバと同軸構造にしやすいキャン型パッケージがある。光ファイバを挿抜して使用するレセプタクル型の光伝送モジュールには、このキャンパッケージが使用されることが多い（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−６６４６８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、ＬＤを内蔵した送信モジュールとＰＤを内蔵した受信モジュールと電気信号制御ＩＣ等とを一体化した光伝送モジュール（又は、光トランシーバ）の小形化・高速化が進んでいる。小形の光伝送モジュールには、光コネクタを挿抜可能な構造とするため、レセプタクル型の光モジュールが多く使用され、２．５Ｇｂｉｔ／ｓ以下の通信速度では、前述したキャン型の光モジュールである場合が多い。
一方、１０Ｇｂｉｔ／ｓ以上の高速化のためは、光モジュールの内部に、送信モジュールであればＬＤのドライバＩＣを、受信モジュールであればＰＤのプリアンプＩＣを内蔵することが望ましい。このため、従来の２．５Ｇｂｉｔ／ｓ以下の通信速度用の光モジュールと同等のサイズのキャン内部に、ドライバＩＣやプリアンプＩＣを内蔵することは困難である。これらを内蔵するには、キャンの直径や長さを大きくする必要がある。
また、キャン型光モジュールは、光素子を搭載した基板の上に、レンズの付いた金属性ホルダを接合する構造のため、キャンの直径や長さが大きくなる。キャンの直径や長さが大きくなると、熱膨張により光素子とレンズの間隔が変化しやすくなり、これに伴い光パワーの変動が大きくなりやすい問題が発生する。
また、筐体の幾つかの辺に端子を設けたバタフライ型光モジュールにおいても、程度の違いはあるが、同様な問題が発生する。
【０００５】
本発明の目的は、送信モジュールや受信モジュールを有する光伝送モジュールにおいて、ドライバＩＣやプリアンプＩＣを内蔵してサイズが大きくなった場合でも、熱膨張による光パワー変動を抑えることができる技術を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明では、光伝送モジュールは、レーザ光を放射するレーザダイオードと、前記レーザ光を集光するためのレンズと、前記レンズから出射されたレーザ光を入射するファイバコアを有するファイバフェルールと、前記レンズ自身、前記レンズの前、又は前記レンズの後に設けられた絞りとを備え、前記レーザダイオードと前記レンズの間隔が温度によって変動し、ファイバフェルールとの結合効率が劣化するのを改善する。
【０００７】
第２の発明では、光伝送モジュールは、ベースと、ベースに固定された基板に搭載されたレーザダイオードと、前記レーザ光を集光するためのレンズが装着され、前記ベースに固定されたレンズホルダと、前記レンズから出射されたレーザ光を入射するファイバコアを有するファイバフェルールと、前記レンズ自身、前記レンズの前、又は前記レンズの後に設けられた絞りとを備え、前記レーザダイオードと前記レンズの間隔が温度によって変動し、ファイバフェルールとの結合効率が劣化するのを改善する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態を、幾つかの実施例を用い、図を参照して説明する。
光モジュールの内、特に、キャン型光モジュールは、光素子を搭載した金属基板の上に、レンズの付いた金属性ホルダを接合する構造のため、サイズが大きくなると、熱膨張により光素子とレンズの間隔が変化しやすくなる。また、これに伴って、光パワーの変動が大きくなりやすい問題がある。これを防止した構造の実施例について、図１、図２を用いて説明する。
なお、キャン型光モジュールとは広い意味で、同軸型構造と言い換えることができるものである。同軸型構造とは同軸状のキャンパッケージに搭載された光素子に、レンズ、光ファイバを光軸方向に順に積み重ねて固定していく構造をいう。
【０００９】
図１は本発明によるキャン型の光モジュールの第１の実施例を示す一部断面側面図である。図２は図１中に示したＬＤ基板を中心としたＣＡＮ内部の平面図である。
図１及び図２に示すように、ベース２１を貫通した配線基板２２と放熱基板２４の先端にメイン基板２５が接続され、このメイン基板２５の上に、半導体レーザダイオード（ＬＤ）１１、サブマウント式中継基板２７に搭載されたモニタフォトダイオード（モニタＰＤ）１２等が、はんだ付けされる。放熱基板２４上にはドライバＩＣ１４がはんだ付けされる。また、貫通した配線基板２２の後方にはフラットリード端子２３が接続されている。フラットリード端子２３としては、光軸に沿った後方には主に、高周波信号用リード端子２３ａが接続され、リード端子数が不足する場合には、配線基板２２の側面からも、高周波信号用リード端子２３ａと同様の光軸方向になるように曲げられた折れ曲がりリード端子２３ｂ、２３ｃが接続される。
【００１０】
ここで、メイン基板上２５上に搭載されたＬＤ１１とモニタＰＤ１２との関係を説明する。モニタＰＤ１２は、その受光面がほぼＺ軸方向に向くように、ＬＤ１１後方面に位置するサブマウント式中継基板２７に搭載される。ＬＤ１１の後方光は直接入力モニタＰＤ１２に入力されるため、入射光量は十分確保される。なお、モニタＰＤ１２が完全にＺ軸方向を向いているのでは無く、Ｘ軸方向にわずかに傾斜しているのは、モニタＰＤ１２表面での反射光がＬＤ１１に戻らないようにするためである。ここで、サブマウント式中継基板２７のＸ軸上面はインピーダンス整合された配線路を有した構造としているため、ＬＤ１１からドライバＩＣ１４まで、短い距離で高周波特性の良い接続が可能であり、搭載面積を少なくすることが可能となる。また、ドライバＩＣ１４は放熱基板２４上に直接接続される構造のため、放熱性も確保される。７４は本発明によって設けられた絞り部であり、これについては、詳細後述する。
【００１１】
また、レンズ１５が予め付けられたレンズホルダ１６はＬＤ１１に対して調芯した後、ベース２１に溶接等で固定される。レンズホルダ１６に対して、ファイバガイド５６に入れられたファイバフェルール５１をＸＹＺ方向に調芯し、ＹＡＧ溶接等で固定する。最後にレセプタクル部５５をファイバフェルール５１に取り付けて、レセプタクル型光モジュールが完成する。光出力の調整や実使用時には着脱用光ファイバフェルール５４がレセプタクル部５５に挿入され、光出力が得られる状態となる。
ところで、一般に、ドライバＩＣを内蔵して直接変調する方式の光モジュールは、高周波応答を良くするため、すなわち光波形のアイの開口をなるべく大きくするために、ＬＤに対する駆動電流を大きくする傾向が強い。この結果、光ファイバからの出力光量の規格に対して、ＬＤの発光パワーに余裕がある場合が多い。そのため、光ファイバに入力される光量を減衰調節する方法として、ファイバフェルール５１に入射される光量をアイソレータ５３を矢印６１のように左右に回転して調整したり、ファイバフェルール５１全体を矢印６２のように光軸方向の前後に移動させたりしてデフォーカスさせて調整する方法が適用できる。
【００１２】
次に、図１に示す１枚レンズ系での結像関係を、図３を用いて説明する。
図３は図１に示す１枚レンズの光結合系を説明するための模式図である。なお、以下の図において、同じ構成要素に対しては同一の符号を付けてその説明を省略する。
一般にＬＤ１１のスポット直径は２ミクロン弱で、シングルモードファイバの場合、ファイバコア５７のモードフィールド直径は８〜１０ミクロン程度のため、結合効率を最適化したレンズ系では、その像倍率は４〜６倍のことが多い。つまり、ＬＤ１１とレンズ１５を模式的に表現したレンズ４１間の距離をＬ１とし、レンズ４１とファイバフェルール５１の入射面との距離をＬ２とすると、レンズ４１とファイバフェルール５１との距離Ｌ２はＬ１の４〜６倍になる。一般にシングルモードファイバの開口数ＮＡは０．１程度であり、レンズ４１のファイバ側の開口数は０．１程度に一致するように設計されている。この結果、前述の像倍率より、レンズ４１のＬＤ側の開口数は０．４〜０．６と設計することが望ましい。球面レンズでは、レンズの収差のため、上記のような開口数の関係にならない場合もあるが、標準的に市販されており、レンズ収差の補正された非球面レンズでは、一般に上記のような開口数の関係になるように設計されている。ちなみに、図３に示すように、ＬＤ１１から出射されたレーザビームの出射角をθＬとし、レンズ４１から出射されたレーザビームがファイバフェルール５１の入射面に入射される角度をθｆとすると、ＬＤ側のレンズの開口数ＮＡ＝ｓｉｎθＬで、ファイバ側のレンズの開口数ＮＡ＝ｓｉｎθｆで規定される。ファイバ側のレンズの有効直径をＤとすると、ファイバ側のレンズの開口数ＮＡは０．１程度のため、近似して、ＮＡ＝ｓｉｎθｆ≒ｔａｎθｆ＝Ｄ／２／Ｌ２と表すことができる。
【００１３】
次に、光モジュール全体が室温より、高い温度で使用される状態について説明する。一般にレンズホルダ１６は、溶接等の接合性を考慮し、ステンレス等の金属で作られることが多く、その熱膨張係数は１０〜２０ｐｐｍ／℃程度である。一方、配線基板２２とメイン基板２５はセラミック系の材料で配線線路を形成しており、その熱膨張係数は４〜８ｐｐｍ／℃程度である。放熱基板２４は配線基板２２と熱膨張係数をほぼ一致させた放熱性の良い、例えばＣｕＷ等の金属で構成される。以上のように、レンズホルダ１６と基板を熱膨張係数の近い材質で構成することは困難である。この結果、室温より高い温度で使用される場合、熱膨張係数の比較的大きいレンズホルダ１６は図１のＢＬＥ部分が膨張し、熱膨張係数の比較的小さい配線基板２２とメイン基板２５は図１のＢＬＤ部分が膨張するため、その差のΔＬ１だけ、ＬＤ１１とレンズ１５との間隔は伸びることになる。この状態を模式的に図４に示す。
【００１４】
図４は図１に示す１枚レンズの光結合系における温度によるレンズの移動を説明するための模式図である。上記のように、温度が上昇した場合にレンズ４１が右側、即ちファイバフェルール５１側にΔＬ１だけ移動し、レンズ４２として配置されている状態が示されている。レンズ４１がΔＬ１だけ、ファイバフェルール５１側に移動した結果、ファイバフェルール５１側のビームウェスト４３はΔＬ２だけ、レンズ側に移動する。前述したように、レンズの光学系の像倍率は４〜６倍のことが多い。ΔＬ２はΔＬ１の（光学倍率）の２乗となるため、ΔＬ１が１〜２ミクロン弱でも、ΔＬ２は、１６〜５０ミクロン程度の範囲で変動することになるため、光結合効率の大きな変動が発生する。
【００１５】
図５はビームウェスト位置の変化に対する結合効率の変化を示す特性図であり、横軸はファイバフェルールの入射面からビームウェスト４３間の距離Ｌ３（μｍ）、すなわち、前述のデフォーカス量を示す。縦軸は結合効率（ｄＢ）を示す。温度が上昇すると、ビームウェスト４３は図４に向かって左側に移動する。逆に、温度が下がると、ビームウェスト４３は右側に移動する。
図において、曲線７１は、図１において絞り部７４がない場合の、ファイバフェルール５１の入射面からビームウェスト４３間の距離Ｌ３（μｍ）に対する結合効率（ｄＢ）を示しており、常温より高温になった場合、ΔＬ２の１６〜５０ミクロン程度の変動に対しての結合効率の変化が確認できる。例えば、前述のように、入射光量をアイソレータ５３の回転６１で調整する場合には、ビームウェスト４３がファイバフェルール５１の入射面にある場合、即ちＬ３が０ミクロンの場合、Ｌ３が最大＋５０ミクロン程度の変動すると、結合効率は約０．５ｄＢ弱ぐらい変動する。また、ファイバフェルール５１全体を矢印６２に示すように光軸方向に移動させてデフォーカスにより調整する場合には、組立時に仮に−２ｄＢのデフォーカスを与えると（つまり、Ｌ３が＋約１００μｍになるようにすると）、最大５０ミクロン程度の変動は１．５ｄＢ程度の変動に相当する。なお、曲線７２はレンズ４１の入射面に絞りが設けられた場合の結合効率を示しており、これについては、後述する。
以上のように、ΔＬ２変動に対して光量の変動が大きく発生する。即ち、温度上昇によってファイバフェルール５１の入射面に入射される入射光量が変動し、光結合効率の変動が発生する。
【００１６】
そこで、図６を用いて、レンズ４１の前方に絞り７３を付加することにより、光結合効率の変動を防止する方法を説明する。
図６はレンズの前に絞りを形成した場合の光学系について説明するための模式図である。図において、点線で示される絞り無い場合のビームプロファイル８１は、レンズ４１の開口数ＮＡに応じて決まる。実線で示される絞り７３が有る場合のビームプロファイル８２は、絞り７３の穴径で決まり、レンズ４１の開口数ＮＡが小さくなった分だけ、回折限界が悪くなり、ビームウェスト径が大きくなる。言い換えると、ビームプロファイル８２は寸胴気味になり、図１のＺ方向におけるビーム径の変化が小さくなる。
このため、レンズの入射面に絞りを設けると、図５の曲線７２のように、ビームウェスト４３のΔＬ２変動に対して光量の変動が小さくなり、光結合効率の変動を大きく低減できる。
【００１７】
次に、絞りの大きさとレンズに対する位置精度について説明する。
図７はレンズと絞りの一部断面側面図であり、レンズに対して絞りに位置ずれが生じた場合をしめしている。図７に示すように、レンズ１５のＬＤ側（絞り７３の有る側）のレンズ有効直径をＤとし、絞り７３の穴直径をｄとし、レンズ１５の中心に対する絞り７３の中心のずれをｄ１とする。
【００１８】
図８はレンズ開口数ＮＡに対する結合効率及びビーム径比を示す特性図であり、横軸にレンズ開口数ＮＡを示し、第１の縦軸は結合効率を示し、第２の縦軸はビーム径比を示す。ビーム径比とは、絞り７３がない場合のビームウェスト４３のビーム径を１とし、絞り７３を設けた場合のビームウェスト４３の径をｒとした場合のｒをいう。
図において、曲線４１はＬＤ側のレンズ１５の開口数を０．４と仮定し、絞りを付加して開口数を小さくした場合の結合効率を示し、曲線５１はビーム径比を示す。絞りの穴径を小さくして開口数を小さくした場合には、結合効率は低下するが、ビーム直径は絞りの無い場合に比べて大きくできる。しかし、絞りを付加したことによる結合効率の極端な低下は避けるべきであり、−５〜−７ｄＢ程度が限界と考えられる。この場合、ＬＤ側レンズの開口数は０．２以上であり、ビーム径の拡大率も２倍以内となる。絞りの無い場合のファイバフェルール５１側のレンズの開口数は０．１であり、絞りを付加した場合の開口数は０．０５以上となる。
【００１９】
実際には、結合効率の減衰量に依存するが、結合効率が極端に低下せず、ビーム径が拡大できるのは、レンズの開口数で０．２５〜０．３５程度が望ましいと考えられる。つまり、レンズ１５に絞り７３を接近させて配置した場合は、絞りの穴直径ｄをレンズ有効直径Ｄの０．２５／０．４〜０．３５／０．４、つまり６３〜８８％程度に設定すれば良い。この場合、ファイバ側のレンズの開口数は０．０６３〜０．０８８程度に設定すれば良い。
【００２０】
次に、レンズと絞りの中心ずれについて、図７、９を用いて説明する。
図９は絞りの中心がレンズ中心に対してずれた場合の結合効率を示す特性図である。絞り７３の中心とレンズ１５の中心のずれをｄ１とし、絞り７３の直径をｄとした場合、横軸はｄ１／ｄを示す。縦軸は結合効率（ｄＢ）を示す。図７に示すように、レンズ１５の中心に対する絞り穴の中心ずれを規定した場合、絞り直径ｄに対する中心ずれ量ｄ１、即ちｄ１／ｄに対して、結合効率は図９のようになる。結合効率の極端な低下は回避すべきであり、仮に結合効率が−１ｄＢ程度以内とした場合、ｄ１／ｄは絞り直径は略０．３５（即ち３５％）となるので、ｄ１／ｄは略０．３５に抑えることが望ましい。
レンズ１５の有効直径Ｄ＝１０００ミクロン、絞りの穴直径ｄ＝５００ミクロンとした場合、中心ずれの許容値は５００ｘ０．３５＝１７５ミクロンであり、通常の光モジュールの加工組立精度から考慮して、問題とならないことがわかる。
【００２１】
次に、実際の絞りの構造を図１０に示す。
図１０は図１に示した絞り部の第１の実施例を示す拡大断面図である。図に示すように、本実施例では、レンズ１５を付けるレンズホルダ１６に絞り穴を設けて絞り部７４としているため、絞り部７４は容易に実現できる。ここで、絞りを配置する位置は、レンズ１５の直前直後に限らず、ＬＤとファイバ間の任意の位置に配置できることは言うまでもない。但し、レンズ１５の直前直後に配置する場合以外は、絞りの穴径を小さくして、レンズ中心と絞り中心の合わせ精度を厳しくしなければならないので、レンズの直前、もしくは直後に絞りを配置する構造の方が望ましい。
【００２２】
図１１は本発明による光モジュールの絞り部の第２の実施例を示す断面図である。図１１に示すように、絞り部品７７を別部品として製作しておき、絞り部品７７を絞りの無いレンズホルダ７６のＬＤ側に溶接や接着等で接合する構造としている。
【００２３】
図１２は本発明による光モジュールの絞り部の第３の実施例を示す断面図である。図１２に示すように、絞り部品７８を別部品として製作しておき、絞りの無いレンズホルダ７６のファイバフェルール５１側に絞り部品７８を接合する構造としてもよい。
【００２４】
また、以上のようにレンズに絞りを付加する方法では無く、レンズそのものの有効径を小さくする方法について、図１３をもちいて説明する。
図１３は本発明による光モジュールの絞り効果を有するレンズの一実施例を示す側面図である。図に示すように、レンズ１５ａの入射面の外縁７９を削除したり、表面形状を荒らす等して変えたりする。また、レンズ１５ａの入射面の代わりに、レンズ１５ａの出射面の外縁７９を削除したり、表面形状を荒らしたりしてもよい。レンズ１５ａをこのように構成すると、レンズ１５ａの周辺部のレンズ効果が無くなるので、あたかも絞り部を設けたのと同じ効果を有する。よって、本発明では、これを絞り効果という。レンズ外縁７９を削除することは、元のレンズ有効径Ｄを小さくしてレンズ有効径Ｄｎとしたものと同等の効果を有する。前述のように、ファイバ側のレンズの開口数＝０．１程度の場合、ファイバ側のレンズの有効径Ｄは、ＮＡ＝０．１＝Ｄ／２／Ｌ２より、Ｄ＝０．２×Ｌ２である。これに対して、前述のように、ＮＡを０．０５以上、０．１未満にして、絞りの効果を有するには、ファイバ側のレンズの有効径Ｄｎを、０．１×Ｌ２≦Ｄｎ＜０．２×Ｌ２に設定すればよい。
本実施例では、レンズの金型を新規に製作する手間とコストは必要であるが、絞りを付加した場合と同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００２５】
次に、本発明の光モジュールを用いた光伝送モジュール（又は、光トランシーバ）の構成及び動作について説明する。
図１４は本発明による光伝送モジュールの一実施例を示す斜視図であり、レセプタクル型光伝送モジュールを示す。送信モジュール１は、前述の構造で、別途組み立てられ、フラットリード端子２とレセプタクル型光コネクタ３を有した構造となっている。また、受信モジュール４も、フラットリード端子５とレセプタクル型光コネクタ６を有した構造となっている。
【００２６】
まず、固定部９５にプリント基板９１を位置決めする。なお、プリント基板９１上には、電気信号制御ＩＣ９４等が面付け実装されており、外部との電気信号は、カードエッジ部９３の配線を介して送受信される。送信モジュール１のフラットリード端子２を、プリント基板９１上の電極パッド９２に重ね合わせて、リードピン２をはんだ固定する。同様に受信モジュール４も、プリント基板９１にリードピン５を介してはんだ固定する。ここで、それぞれのはんだ固定時に、プリント基板９１に対して、レセプタクル型光コネクタ３、６の位置が許容値以内になるようにするため、電極パッド９２とフラットリード２、５の位置関係を調整する必要がある。
【００２７】
光伝送モジュールにおいて、光軸方向の組立公差が最も緩いため、光モジュールとの電気接続部の光軸方向の位置ずれ量が大きくなる。キャン型光モジュールをプリント基板９１に対して、光軸方向のみにリードを伸ばした構造にしたため、電極パッド９２に対して光軸方向に前後して、光コネクタの位置は最大ミリメータオーダで位置調整が可能となる。以上により、レセプタクル部が付いている光モジュールと、プリント基板を別々に製作後、その位置関係を調整しながら接続することが可能となる。これにより、光送受信モジュールとプリント基板部の位置ずれを吸収し、光トランシーバの外形に対して、電気信号用コネクタのリードピンやカードエッジの位置と光コネクタの位置を規定した状態で組立可能となる。
【００２８】
次に、図１５を用いて、箱型の光モジュールを用いた場合について説明する。図１５は箱型の光モジュールの一実施例を示す斜視図である。図に示すように、箱型の光モジュールとは箱にフラットリード端子１０２が接続された構造をいい、通常バタフライ型の光モジュールと呼ぶこともある。バタフライ型の光モジュールとは、箱型のパッケージの内部に光素子やレンズを位置決めして搭載後、箱の側面にレンズや光ファイバを固定する構造をいう。箱型光モジュール１０１も、フラットリード端子１０２と、レセプタクル型光コネクタ１０３を有した構造をしており、前述のキャン型同様に、プリント基板９１に搭載可能であり、本発明によって、温度変化による結合効率を改善することができる。
【００２９】
以上述べたように、本実施例では、レンズの前後に絞り部を設けたり、レンズの外縁を光が通らないように加工したりすることによって、温度変化による結合効率の劣化を改善している。レンズの外縁を加工して、レンズの外縁を光が通過しないようにすることは、レンズ自身に絞り部を設けたのと同じことであるので、レンズ自身を加工して絞り効果を持たせた場合には、絞りを設けるという。
【００３０】
以上述べたように、本発明によれば、光モジュールの内部に、送信モジュールであればＬＤのドライバＩＣを内蔵することにより、サイズが大きくなって、熱膨張により光素子とレンズの間隔が変化しやすくなった場合にも、絞りを入れることにより、光パワーの変動を抑え、光結合効率の変動等を防止できる。以上より、低コストで製作できる光モジュール、光伝送モジュール（又は光トランシーバ）を提供することが可能になる。
【００３１】
【発明の効果】
以上述べたように、光パワーの変動を抑え、光結合効率の変動を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるキャン型の光モジュールの第１の実施例を示す一部断面側面図である。
【図２】図１中に示したＬＤ基板を中心としたＣＡＮ内部の平面図である。
【図３】図１に示す１枚レンズの光結合系を説明するための模式図である。
【図４】図１に示す１枚レンズの光結合系における温度によるレンズの移動を説明するための模式図である。
【図５】図５はビームウェスト位置の変化に対する結合効率の変化を示す特性図である。
【図６】レンズの前に絞りを形成した場合の光学系について説明するための模式図である。
【図７】レンズと絞りの一部断面側面図である。
【図８】レンズ開口数ＮＡに対する結合効率及びビーム径比を示す特性図である。
【図９】絞りの中心がレンズ中心に対してずれた場合の結合効率を示す特性図である。
【図１０】図１に示した絞り部の第１の実施例を示す拡大断面図である。
【図１１】本発明による光モジュールの絞り部の第２の実施例を示す断面図である。
【図１２】本発明による光モジュールの絞り部の第３の実施例を示す断面図である。
【図１３】本発明による光モジュールの絞り効果を有するレンズの一実施例を示す側面図である。
【図１４】本発明による光伝送モジュールの一実施例を示す斜視図である。
【図１５】箱型の光モジュールの一実施例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…送信モジュール、２…フラットリード端子、３…レセプタクル型光コネクタ、４…受信モジュール、５…フラットリード端子、６…レセプタクル型光コネクタ、１１…半導体レーザダイオード、１２…モニタフォトダイオード（モニタＰＤ）、１４…ドライバＩＣ、１５…レンズ、１６…レンズホルダ、２１…ベース、２２…配線基板、２３…リード端子、２４…放熱基板、２５…メイン基板、２７…サブマウント式中継基板、４１…レンズ、４２…レンズ、４３…ビームウェス、５１…ファイバフェルール、５３…アイソレータ、５４…着脱用光ファイバフェルール、５５…レセプタクル部、５６…ファイバガイド、５７…ファイバコア、６５…入射光、７３…絞り、７４…絞り部、７６…レンズホルダ、７７…絞り、７８…絞り、８１…絞り無い場合のビームプロファイル、８２…絞り有る場合のビームプロファイル、９１…プリント基板、９２…電極パッド、９３…カードエッジ部、９４…電気制御用ＩＣ、９５…固定部、１０１…箱型光モジュール、１０２…フラットリード端子、１０３…レセプタクル型光コネクタ。
【発明の属する技術分野】
本発明は光伝送モジュールの温度特性を向上させる技術に関するものであり、特に、キャン型の光モジュールに応用して好適である。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバを用いた光通信モジュールにおいて、発光素子であるレーザダイオード（以下ＬＤと略す）や受光素子であるフォトダイオード（以下ＰＤと略す）は、信頼性の観点から、各種パッケージに収納される。このパッケージの中で、光ファイバと同軸構造にしやすいキャン型パッケージがある。光ファイバを挿抜して使用するレセプタクル型の光伝送モジュールには、このキャンパッケージが使用されることが多い（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−６６４６８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、ＬＤを内蔵した送信モジュールとＰＤを内蔵した受信モジュールと電気信号制御ＩＣ等とを一体化した光伝送モジュール（又は、光トランシーバ）の小形化・高速化が進んでいる。小形の光伝送モジュールには、光コネクタを挿抜可能な構造とするため、レセプタクル型の光モジュールが多く使用され、２．５Ｇｂｉｔ／ｓ以下の通信速度では、前述したキャン型の光モジュールである場合が多い。
一方、１０Ｇｂｉｔ／ｓ以上の高速化のためは、光モジュールの内部に、送信モジュールであればＬＤのドライバＩＣを、受信モジュールであればＰＤのプリアンプＩＣを内蔵することが望ましい。このため、従来の２．５Ｇｂｉｔ／ｓ以下の通信速度用の光モジュールと同等のサイズのキャン内部に、ドライバＩＣやプリアンプＩＣを内蔵することは困難である。これらを内蔵するには、キャンの直径や長さを大きくする必要がある。
また、キャン型光モジュールは、光素子を搭載した基板の上に、レンズの付いた金属性ホルダを接合する構造のため、キャンの直径や長さが大きくなる。キャンの直径や長さが大きくなると、熱膨張により光素子とレンズの間隔が変化しやすくなり、これに伴い光パワーの変動が大きくなりやすい問題が発生する。
また、筐体の幾つかの辺に端子を設けたバタフライ型光モジュールにおいても、程度の違いはあるが、同様な問題が発生する。
【０００５】
本発明の目的は、送信モジュールや受信モジュールを有する光伝送モジュールにおいて、ドライバＩＣやプリアンプＩＣを内蔵してサイズが大きくなった場合でも、熱膨張による光パワー変動を抑えることができる技術を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明では、光伝送モジュールは、レーザ光を放射するレーザダイオードと、前記レーザ光を集光するためのレンズと、前記レンズから出射されたレーザ光を入射するファイバコアを有するファイバフェルールと、前記レンズ自身、前記レンズの前、又は前記レンズの後に設けられた絞りとを備え、前記レーザダイオードと前記レンズの間隔が温度によって変動し、ファイバフェルールとの結合効率が劣化するのを改善する。
【０００７】
第２の発明では、光伝送モジュールは、ベースと、ベースに固定された基板に搭載されたレーザダイオードと、前記レーザ光を集光するためのレンズが装着され、前記ベースに固定されたレンズホルダと、前記レンズから出射されたレーザ光を入射するファイバコアを有するファイバフェルールと、前記レンズ自身、前記レンズの前、又は前記レンズの後に設けられた絞りとを備え、前記レーザダイオードと前記レンズの間隔が温度によって変動し、ファイバフェルールとの結合効率が劣化するのを改善する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態を、幾つかの実施例を用い、図を参照して説明する。
光モジュールの内、特に、キャン型光モジュールは、光素子を搭載した金属基板の上に、レンズの付いた金属性ホルダを接合する構造のため、サイズが大きくなると、熱膨張により光素子とレンズの間隔が変化しやすくなる。また、これに伴って、光パワーの変動が大きくなりやすい問題がある。これを防止した構造の実施例について、図１、図２を用いて説明する。
なお、キャン型光モジュールとは広い意味で、同軸型構造と言い換えることができるものである。同軸型構造とは同軸状のキャンパッケージに搭載された光素子に、レンズ、光ファイバを光軸方向に順に積み重ねて固定していく構造をいう。
【０００９】
図１は本発明によるキャン型の光モジュールの第１の実施例を示す一部断面側面図である。図２は図１中に示したＬＤ基板を中心としたＣＡＮ内部の平面図である。
図１及び図２に示すように、ベース２１を貫通した配線基板２２と放熱基板２４の先端にメイン基板２５が接続され、このメイン基板２５の上に、半導体レーザダイオード（ＬＤ）１１、サブマウント式中継基板２７に搭載されたモニタフォトダイオード（モニタＰＤ）１２等が、はんだ付けされる。放熱基板２４上にはドライバＩＣ１４がはんだ付けされる。また、貫通した配線基板２２の後方にはフラットリード端子２３が接続されている。フラットリード端子２３としては、光軸に沿った後方には主に、高周波信号用リード端子２３ａが接続され、リード端子数が不足する場合には、配線基板２２の側面からも、高周波信号用リード端子２３ａと同様の光軸方向になるように曲げられた折れ曲がりリード端子２３ｂ、２３ｃが接続される。
【００１０】
ここで、メイン基板上２５上に搭載されたＬＤ１１とモニタＰＤ１２との関係を説明する。モニタＰＤ１２は、その受光面がほぼＺ軸方向に向くように、ＬＤ１１後方面に位置するサブマウント式中継基板２７に搭載される。ＬＤ１１の後方光は直接入力モニタＰＤ１２に入力されるため、入射光量は十分確保される。なお、モニタＰＤ１２が完全にＺ軸方向を向いているのでは無く、Ｘ軸方向にわずかに傾斜しているのは、モニタＰＤ１２表面での反射光がＬＤ１１に戻らないようにするためである。ここで、サブマウント式中継基板２７のＸ軸上面はインピーダンス整合された配線路を有した構造としているため、ＬＤ１１からドライバＩＣ１４まで、短い距離で高周波特性の良い接続が可能であり、搭載面積を少なくすることが可能となる。また、ドライバＩＣ１４は放熱基板２４上に直接接続される構造のため、放熱性も確保される。７４は本発明によって設けられた絞り部であり、これについては、詳細後述する。
【００１１】
また、レンズ１５が予め付けられたレンズホルダ１６はＬＤ１１に対して調芯した後、ベース２１に溶接等で固定される。レンズホルダ１６に対して、ファイバガイド５６に入れられたファイバフェルール５１をＸＹＺ方向に調芯し、ＹＡＧ溶接等で固定する。最後にレセプタクル部５５をファイバフェルール５１に取り付けて、レセプタクル型光モジュールが完成する。光出力の調整や実使用時には着脱用光ファイバフェルール５４がレセプタクル部５５に挿入され、光出力が得られる状態となる。
ところで、一般に、ドライバＩＣを内蔵して直接変調する方式の光モジュールは、高周波応答を良くするため、すなわち光波形のアイの開口をなるべく大きくするために、ＬＤに対する駆動電流を大きくする傾向が強い。この結果、光ファイバからの出力光量の規格に対して、ＬＤの発光パワーに余裕がある場合が多い。そのため、光ファイバに入力される光量を減衰調節する方法として、ファイバフェルール５１に入射される光量をアイソレータ５３を矢印６１のように左右に回転して調整したり、ファイバフェルール５１全体を矢印６２のように光軸方向の前後に移動させたりしてデフォーカスさせて調整する方法が適用できる。
【００１２】
次に、図１に示す１枚レンズ系での結像関係を、図３を用いて説明する。
図３は図１に示す１枚レンズの光結合系を説明するための模式図である。なお、以下の図において、同じ構成要素に対しては同一の符号を付けてその説明を省略する。
一般にＬＤ１１のスポット直径は２ミクロン弱で、シングルモードファイバの場合、ファイバコア５７のモードフィールド直径は８〜１０ミクロン程度のため、結合効率を最適化したレンズ系では、その像倍率は４〜６倍のことが多い。つまり、ＬＤ１１とレンズ１５を模式的に表現したレンズ４１間の距離をＬ１とし、レンズ４１とファイバフェルール５１の入射面との距離をＬ２とすると、レンズ４１とファイバフェルール５１との距離Ｌ２はＬ１の４〜６倍になる。一般にシングルモードファイバの開口数ＮＡは０．１程度であり、レンズ４１のファイバ側の開口数は０．１程度に一致するように設計されている。この結果、前述の像倍率より、レンズ４１のＬＤ側の開口数は０．４〜０．６と設計することが望ましい。球面レンズでは、レンズの収差のため、上記のような開口数の関係にならない場合もあるが、標準的に市販されており、レンズ収差の補正された非球面レンズでは、一般に上記のような開口数の関係になるように設計されている。ちなみに、図３に示すように、ＬＤ１１から出射されたレーザビームの出射角をθＬとし、レンズ４１から出射されたレーザビームがファイバフェルール５１の入射面に入射される角度をθｆとすると、ＬＤ側のレンズの開口数ＮＡ＝ｓｉｎθＬで、ファイバ側のレンズの開口数ＮＡ＝ｓｉｎθｆで規定される。ファイバ側のレンズの有効直径をＤとすると、ファイバ側のレンズの開口数ＮＡは０．１程度のため、近似して、ＮＡ＝ｓｉｎθｆ≒ｔａｎθｆ＝Ｄ／２／Ｌ２と表すことができる。
【００１３】
次に、光モジュール全体が室温より、高い温度で使用される状態について説明する。一般にレンズホルダ１６は、溶接等の接合性を考慮し、ステンレス等の金属で作られることが多く、その熱膨張係数は１０〜２０ｐｐｍ／℃程度である。一方、配線基板２２とメイン基板２５はセラミック系の材料で配線線路を形成しており、その熱膨張係数は４〜８ｐｐｍ／℃程度である。放熱基板２４は配線基板２２と熱膨張係数をほぼ一致させた放熱性の良い、例えばＣｕＷ等の金属で構成される。以上のように、レンズホルダ１６と基板を熱膨張係数の近い材質で構成することは困難である。この結果、室温より高い温度で使用される場合、熱膨張係数の比較的大きいレンズホルダ１６は図１のＢＬＥ部分が膨張し、熱膨張係数の比較的小さい配線基板２２とメイン基板２５は図１のＢＬＤ部分が膨張するため、その差のΔＬ１だけ、ＬＤ１１とレンズ１５との間隔は伸びることになる。この状態を模式的に図４に示す。
【００１４】
図４は図１に示す１枚レンズの光結合系における温度によるレンズの移動を説明するための模式図である。上記のように、温度が上昇した場合にレンズ４１が右側、即ちファイバフェルール５１側にΔＬ１だけ移動し、レンズ４２として配置されている状態が示されている。レンズ４１がΔＬ１だけ、ファイバフェルール５１側に移動した結果、ファイバフェルール５１側のビームウェスト４３はΔＬ２だけ、レンズ側に移動する。前述したように、レンズの光学系の像倍率は４〜６倍のことが多い。ΔＬ２はΔＬ１の（光学倍率）の２乗となるため、ΔＬ１が１〜２ミクロン弱でも、ΔＬ２は、１６〜５０ミクロン程度の範囲で変動することになるため、光結合効率の大きな変動が発生する。
【００１５】
図５はビームウェスト位置の変化に対する結合効率の変化を示す特性図であり、横軸はファイバフェルールの入射面からビームウェスト４３間の距離Ｌ３（μｍ）、すなわち、前述のデフォーカス量を示す。縦軸は結合効率（ｄＢ）を示す。温度が上昇すると、ビームウェスト４３は図４に向かって左側に移動する。逆に、温度が下がると、ビームウェスト４３は右側に移動する。
図において、曲線７１は、図１において絞り部７４がない場合の、ファイバフェルール５１の入射面からビームウェスト４３間の距離Ｌ３（μｍ）に対する結合効率（ｄＢ）を示しており、常温より高温になった場合、ΔＬ２の１６〜５０ミクロン程度の変動に対しての結合効率の変化が確認できる。例えば、前述のように、入射光量をアイソレータ５３の回転６１で調整する場合には、ビームウェスト４３がファイバフェルール５１の入射面にある場合、即ちＬ３が０ミクロンの場合、Ｌ３が最大＋５０ミクロン程度の変動すると、結合効率は約０．５ｄＢ弱ぐらい変動する。また、ファイバフェルール５１全体を矢印６２に示すように光軸方向に移動させてデフォーカスにより調整する場合には、組立時に仮に−２ｄＢのデフォーカスを与えると（つまり、Ｌ３が＋約１００μｍになるようにすると）、最大５０ミクロン程度の変動は１．５ｄＢ程度の変動に相当する。なお、曲線７２はレンズ４１の入射面に絞りが設けられた場合の結合効率を示しており、これについては、後述する。
以上のように、ΔＬ２変動に対して光量の変動が大きく発生する。即ち、温度上昇によってファイバフェルール５１の入射面に入射される入射光量が変動し、光結合効率の変動が発生する。
【００１６】
そこで、図６を用いて、レンズ４１の前方に絞り７３を付加することにより、光結合効率の変動を防止する方法を説明する。
図６はレンズの前に絞りを形成した場合の光学系について説明するための模式図である。図において、点線で示される絞り無い場合のビームプロファイル８１は、レンズ４１の開口数ＮＡに応じて決まる。実線で示される絞り７３が有る場合のビームプロファイル８２は、絞り７３の穴径で決まり、レンズ４１の開口数ＮＡが小さくなった分だけ、回折限界が悪くなり、ビームウェスト径が大きくなる。言い換えると、ビームプロファイル８２は寸胴気味になり、図１のＺ方向におけるビーム径の変化が小さくなる。
このため、レンズの入射面に絞りを設けると、図５の曲線７２のように、ビームウェスト４３のΔＬ２変動に対して光量の変動が小さくなり、光結合効率の変動を大きく低減できる。
【００１７】
次に、絞りの大きさとレンズに対する位置精度について説明する。
図７はレンズと絞りの一部断面側面図であり、レンズに対して絞りに位置ずれが生じた場合をしめしている。図７に示すように、レンズ１５のＬＤ側（絞り７３の有る側）のレンズ有効直径をＤとし、絞り７３の穴直径をｄとし、レンズ１５の中心に対する絞り７３の中心のずれをｄ１とする。
【００１８】
図８はレンズ開口数ＮＡに対する結合効率及びビーム径比を示す特性図であり、横軸にレンズ開口数ＮＡを示し、第１の縦軸は結合効率を示し、第２の縦軸はビーム径比を示す。ビーム径比とは、絞り７３がない場合のビームウェスト４３のビーム径を１とし、絞り７３を設けた場合のビームウェスト４３の径をｒとした場合のｒをいう。
図において、曲線４１はＬＤ側のレンズ１５の開口数を０．４と仮定し、絞りを付加して開口数を小さくした場合の結合効率を示し、曲線５１はビーム径比を示す。絞りの穴径を小さくして開口数を小さくした場合には、結合効率は低下するが、ビーム直径は絞りの無い場合に比べて大きくできる。しかし、絞りを付加したことによる結合効率の極端な低下は避けるべきであり、−５〜−７ｄＢ程度が限界と考えられる。この場合、ＬＤ側レンズの開口数は０．２以上であり、ビーム径の拡大率も２倍以内となる。絞りの無い場合のファイバフェルール５１側のレンズの開口数は０．１であり、絞りを付加した場合の開口数は０．０５以上となる。
【００１９】
実際には、結合効率の減衰量に依存するが、結合効率が極端に低下せず、ビーム径が拡大できるのは、レンズの開口数で０．２５〜０．３５程度が望ましいと考えられる。つまり、レンズ１５に絞り７３を接近させて配置した場合は、絞りの穴直径ｄをレンズ有効直径Ｄの０．２５／０．４〜０．３５／０．４、つまり６３〜８８％程度に設定すれば良い。この場合、ファイバ側のレンズの開口数は０．０６３〜０．０８８程度に設定すれば良い。
【００２０】
次に、レンズと絞りの中心ずれについて、図７、９を用いて説明する。
図９は絞りの中心がレンズ中心に対してずれた場合の結合効率を示す特性図である。絞り７３の中心とレンズ１５の中心のずれをｄ１とし、絞り７３の直径をｄとした場合、横軸はｄ１／ｄを示す。縦軸は結合効率（ｄＢ）を示す。図７に示すように、レンズ１５の中心に対する絞り穴の中心ずれを規定した場合、絞り直径ｄに対する中心ずれ量ｄ１、即ちｄ１／ｄに対して、結合効率は図９のようになる。結合効率の極端な低下は回避すべきであり、仮に結合効率が−１ｄＢ程度以内とした場合、ｄ１／ｄは絞り直径は略０．３５（即ち３５％）となるので、ｄ１／ｄは略０．３５に抑えることが望ましい。
レンズ１５の有効直径Ｄ＝１０００ミクロン、絞りの穴直径ｄ＝５００ミクロンとした場合、中心ずれの許容値は５００ｘ０．３５＝１７５ミクロンであり、通常の光モジュールの加工組立精度から考慮して、問題とならないことがわかる。
【００２１】
次に、実際の絞りの構造を図１０に示す。
図１０は図１に示した絞り部の第１の実施例を示す拡大断面図である。図に示すように、本実施例では、レンズ１５を付けるレンズホルダ１６に絞り穴を設けて絞り部７４としているため、絞り部７４は容易に実現できる。ここで、絞りを配置する位置は、レンズ１５の直前直後に限らず、ＬＤとファイバ間の任意の位置に配置できることは言うまでもない。但し、レンズ１５の直前直後に配置する場合以外は、絞りの穴径を小さくして、レンズ中心と絞り中心の合わせ精度を厳しくしなければならないので、レンズの直前、もしくは直後に絞りを配置する構造の方が望ましい。
【００２２】
図１１は本発明による光モジュールの絞り部の第２の実施例を示す断面図である。図１１に示すように、絞り部品７７を別部品として製作しておき、絞り部品７７を絞りの無いレンズホルダ７６のＬＤ側に溶接や接着等で接合する構造としている。
【００２３】
図１２は本発明による光モジュールの絞り部の第３の実施例を示す断面図である。図１２に示すように、絞り部品７８を別部品として製作しておき、絞りの無いレンズホルダ７６のファイバフェルール５１側に絞り部品７８を接合する構造としてもよい。
【００２４】
また、以上のようにレンズに絞りを付加する方法では無く、レンズそのものの有効径を小さくする方法について、図１３をもちいて説明する。
図１３は本発明による光モジュールの絞り効果を有するレンズの一実施例を示す側面図である。図に示すように、レンズ１５ａの入射面の外縁７９を削除したり、表面形状を荒らす等して変えたりする。また、レンズ１５ａの入射面の代わりに、レンズ１５ａの出射面の外縁７９を削除したり、表面形状を荒らしたりしてもよい。レンズ１５ａをこのように構成すると、レンズ１５ａの周辺部のレンズ効果が無くなるので、あたかも絞り部を設けたのと同じ効果を有する。よって、本発明では、これを絞り効果という。レンズ外縁７９を削除することは、元のレンズ有効径Ｄを小さくしてレンズ有効径Ｄｎとしたものと同等の効果を有する。前述のように、ファイバ側のレンズの開口数＝０．１程度の場合、ファイバ側のレンズの有効径Ｄは、ＮＡ＝０．１＝Ｄ／２／Ｌ２より、Ｄ＝０．２×Ｌ２である。これに対して、前述のように、ＮＡを０．０５以上、０．１未満にして、絞りの効果を有するには、ファイバ側のレンズの有効径Ｄｎを、０．１×Ｌ２≦Ｄｎ＜０．２×Ｌ２に設定すればよい。
本実施例では、レンズの金型を新規に製作する手間とコストは必要であるが、絞りを付加した場合と同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００２５】
次に、本発明の光モジュールを用いた光伝送モジュール（又は、光トランシーバ）の構成及び動作について説明する。
図１４は本発明による光伝送モジュールの一実施例を示す斜視図であり、レセプタクル型光伝送モジュールを示す。送信モジュール１は、前述の構造で、別途組み立てられ、フラットリード端子２とレセプタクル型光コネクタ３を有した構造となっている。また、受信モジュール４も、フラットリード端子５とレセプタクル型光コネクタ６を有した構造となっている。
【００２６】
まず、固定部９５にプリント基板９１を位置決めする。なお、プリント基板９１上には、電気信号制御ＩＣ９４等が面付け実装されており、外部との電気信号は、カードエッジ部９３の配線を介して送受信される。送信モジュール１のフラットリード端子２を、プリント基板９１上の電極パッド９２に重ね合わせて、リードピン２をはんだ固定する。同様に受信モジュール４も、プリント基板９１にリードピン５を介してはんだ固定する。ここで、それぞれのはんだ固定時に、プリント基板９１に対して、レセプタクル型光コネクタ３、６の位置が許容値以内になるようにするため、電極パッド９２とフラットリード２、５の位置関係を調整する必要がある。
【００２７】
光伝送モジュールにおいて、光軸方向の組立公差が最も緩いため、光モジュールとの電気接続部の光軸方向の位置ずれ量が大きくなる。キャン型光モジュールをプリント基板９１に対して、光軸方向のみにリードを伸ばした構造にしたため、電極パッド９２に対して光軸方向に前後して、光コネクタの位置は最大ミリメータオーダで位置調整が可能となる。以上により、レセプタクル部が付いている光モジュールと、プリント基板を別々に製作後、その位置関係を調整しながら接続することが可能となる。これにより、光送受信モジュールとプリント基板部の位置ずれを吸収し、光トランシーバの外形に対して、電気信号用コネクタのリードピンやカードエッジの位置と光コネクタの位置を規定した状態で組立可能となる。
【００２８】
次に、図１５を用いて、箱型の光モジュールを用いた場合について説明する。図１５は箱型の光モジュールの一実施例を示す斜視図である。図に示すように、箱型の光モジュールとは箱にフラットリード端子１０２が接続された構造をいい、通常バタフライ型の光モジュールと呼ぶこともある。バタフライ型の光モジュールとは、箱型のパッケージの内部に光素子やレンズを位置決めして搭載後、箱の側面にレンズや光ファイバを固定する構造をいう。箱型光モジュール１０１も、フラットリード端子１０２と、レセプタクル型光コネクタ１０３を有した構造をしており、前述のキャン型同様に、プリント基板９１に搭載可能であり、本発明によって、温度変化による結合効率を改善することができる。
【００２９】
以上述べたように、本実施例では、レンズの前後に絞り部を設けたり、レンズの外縁を光が通らないように加工したりすることによって、温度変化による結合効率の劣化を改善している。レンズの外縁を加工して、レンズの外縁を光が通過しないようにすることは、レンズ自身に絞り部を設けたのと同じことであるので、レンズ自身を加工して絞り効果を持たせた場合には、絞りを設けるという。
【００３０】
以上述べたように、本発明によれば、光モジュールの内部に、送信モジュールであればＬＤのドライバＩＣを内蔵することにより、サイズが大きくなって、熱膨張により光素子とレンズの間隔が変化しやすくなった場合にも、絞りを入れることにより、光パワーの変動を抑え、光結合効率の変動等を防止できる。以上より、低コストで製作できる光モジュール、光伝送モジュール（又は光トランシーバ）を提供することが可能になる。
【００３１】
【発明の効果】
以上述べたように、光パワーの変動を抑え、光結合効率の変動を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるキャン型の光モジュールの第１の実施例を示す一部断面側面図である。
【図２】図１中に示したＬＤ基板を中心としたＣＡＮ内部の平面図である。
【図３】図１に示す１枚レンズの光結合系を説明するための模式図である。
【図４】図１に示す１枚レンズの光結合系における温度によるレンズの移動を説明するための模式図である。
【図５】図５はビームウェスト位置の変化に対する結合効率の変化を示す特性図である。
【図６】レンズの前に絞りを形成した場合の光学系について説明するための模式図である。
【図７】レンズと絞りの一部断面側面図である。
【図８】レンズ開口数ＮＡに対する結合効率及びビーム径比を示す特性図である。
【図９】絞りの中心がレンズ中心に対してずれた場合の結合効率を示す特性図である。
【図１０】図１に示した絞り部の第１の実施例を示す拡大断面図である。
【図１１】本発明による光モジュールの絞り部の第２の実施例を示す断面図である。
【図１２】本発明による光モジュールの絞り部の第３の実施例を示す断面図である。
【図１３】本発明による光モジュールの絞り効果を有するレンズの一実施例を示す側面図である。
【図１４】本発明による光伝送モジュールの一実施例を示す斜視図である。
【図１５】箱型の光モジュールの一実施例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…送信モジュール、２…フラットリード端子、３…レセプタクル型光コネクタ、４…受信モジュール、５…フラットリード端子、６…レセプタクル型光コネクタ、１１…半導体レーザダイオード、１２…モニタフォトダイオード（モニタＰＤ）、１４…ドライバＩＣ、１５…レンズ、１６…レンズホルダ、２１…ベース、２２…配線基板、２３…リード端子、２４…放熱基板、２５…メイン基板、２７…サブマウント式中継基板、４１…レンズ、４２…レンズ、４３…ビームウェス、５１…ファイバフェルール、５３…アイソレータ、５４…着脱用光ファイバフェルール、５５…レセプタクル部、５６…ファイバガイド、５７…ファイバコア、６５…入射光、７３…絞り、７４…絞り部、７６…レンズホルダ、７７…絞り、７８…絞り、８１…絞り無い場合のビームプロファイル、８２…絞り有る場合のビームプロファイル、９１…プリント基板、９２…電極パッド、９３…カードエッジ部、９４…電気制御用ＩＣ、９５…固定部、１０１…箱型光モジュール、１０２…フラットリード端子、１０３…レセプタクル型光コネクタ。
Claims (9)
- レーザダイオードと、
前記レーザのレーザ光を集光するためのレンズと、
前記レンズで集光されたレーザ光がファイバコアに入射するように配置されたファイバフェルールとを有する光伝送モジュールにおいて、
前記レンズ自身、前記レンズの前又は前記レンズの後に設けられた絞りとを備えることを特徴とする光伝送モジュール。 - ベースと、
ベースに固定された基板に搭載されたレーザダイオードと、
前記レーザ光を集光するためのレンズが装着され、前記ベースに固定されたレンズホルダと、
前記レンズから出射されたレーザ光を入射するファイバコアを有するファイバフェルールと、を有する光伝送モジュールにおいて、
前記レンズ自身、前記レンズの前、又は前記レンズの後に設けられた絞りとを備えることを特徴とする光伝送モジュール。 - ベースと、
ベースに固定された基板に搭載されたレーザダイオードと、
前記レーザ光を集光するためのレンズが装着され、前記ベースに固定されたレンズホルダと、
前記レンズから出射されたレーザ光を入射するファイバコアを有するファイバフェルールと、を有する光伝送モジュールにおいて、
前記レンズの有効径をレンズとファイバ間の距離の０．１倍以上、０．２倍未満にしたことを特徴とする光伝送モジュール。 - 請求項１乃至３の何れかに記載の光伝送モジュールにおいて、
前記ファイバフェルール側のレンズの開口数が０．０５以上０．１未満であることを特徴とする光伝送モジュール。 - 請求項１乃至４のいずれかに記載の光伝送モジュールにおいて、前記レンズと前記ファイバフェルールの間に、前記レンズに入射される光量を回転することにより調整可能なアイソレータを配置することを特徴とする光伝送モジュール。
- 請求項１乃至４のいずれかに記載の光伝送モジュールにおいて、
前記ファイバフェルールに入射される光量が、前記ファイバフェルールを光軸方向に前後してデフォーカスされたことを特徴とする光伝送モジュール。 - 請求項１乃至６のいずれかに記載の光伝送モジュールにおいて、
光軸に平行な貫通基板上に前記レーザダイオードが実装されたキャン型光モジュールを備えることを特徴とする光伝送モジュール。 - レーザダイオードと、
前記レーザのレーザ光を集光する１枚のレンズと、
前記レンズで集光されたレーザ光がファイバコアに入射するファイバフェルールと、
前記レーザダイオード及び、前記レンズを搭載する四角い箱型のバタフライ型光モジュールとを備え、
前記ファイバフェルール側のレンズの開口数を０．０５以上０．１未満になるよう前記レンズ及びファイバーフェルール配置したことを特徴とする光伝送モジュール。 - 請求項１乃至８のいずれかに記載の光伝送モジュールにおいて、光モジュールにリードピンを設け、前記リードピンを全て光軸方向に伸ばした構造とすることを特徴とする光伝送モジュール。
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