JP2005049588A - レセプタクル型光モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明のレセプタクル型光モジュールは、小型、高信頼で量産性に優れかつ装置組込み用途に適した光ファイバ挿脱可能で、実用的で低コストなレセプタクル光モジュールを提供することである。
【解決手段】
本発明のレセプタクル型光モジュール１００は、内部に少なくとも半導体光素子１０１が実装されたパッケージ部１０２と、内部に少なくとも光ファイバフェルール１０７と光ファイバフェルール１０７に結合する第１のレンズとしてのファイバ結合レンズ１１０と割スリーブ１０５が組込まれた、光ファイバピグテール１０３を挿脱可能なレセプタクル部１０４とからなり、パッケージ部１０２は、外側に突出する信号光入出射窓１１５を備えており、信号光入出射窓１１５の端面に当接してレセプタクル部１０４が接合されている。
【選択図】 図１（ａ）

Description

本発明は、光ファイバを挿脱可能な構成のレセプタクル型光モジュールに関する。

インターネット等の広帯域マルチメディア通信サービスの爆発的な需要増加に伴って、より大容量かつ高機能な光ファイバ通信システムの開発が求められている。こうした大規模な通信システムに用いられる光モジュールの数もシステムの巨大化にともなって増加の一途をたどっており、これら光モジュールの大きさはもちろん、システム全体に占めるコスト・実装負荷も無視できないことから、光モジュール自体の小型化・高機能集積化・低コスト化とともにより使い易い電気／光信号入出力インターフェースの実現は極めて重要な課題である。

従来、こうした通信用の光モジュールの形態としては、レンズ等を介してパッケージ内の半導体光素子と結合されたピグテール光ファイバがパッケージに強固に固定された、いわゆるピグテール型光モジュールが広く用いられてきた。

しかし、ピグテール光ファイバは自動実装機で扱いにくくその余長処理も煩雑なこと、また光ファイバの保護皮膜が耐熱性に乏しくプリント基板上への光モジュール搭載にあたってハンダリフロー実装法が採れないこと、さらにピグテール光ファイバがひとたび破損してしまった場合に光モジュールの再生が容易ではないこと等の理由から、こうしたピグテール光ファイバ付の光モジュールを装置に組込む際は経験を積んだ人手に頼らざるを得ず、装置製造コストを押し上げる大きな要因となってきた。こうした観点から、装置開発メーカにとってより使い易い信号光入出力インターフェースを持つ光モジュールの形態として、ピグテール光ファイバ部のみを容易に挿脱可能な構成（以降、レセプタクル型と呼ぶ）とした光モジュールの開発が期待されてきた。

近年、こうした要求にこたえる形でレンズ１枚で光ファイバと光半導体素子とを光学結合可能な実用レベルのレセプタクル型光モジュールの開発が精力的に進められ、既に低コスト化への要求が高いアクセス系光通信ネットワーク機器への組込み用途を中心に採用されはじめている。

一方、光学性能や高い信頼性がより重視される幹線系光ネットワークシステム向けの光モジュールにレセプタクル型を適用するにあたっては、レンズが余計にもう１枚必要となるものの実装位置合わせ精度のトレランスは緩和される、レンズ２枚を用いたいわゆるコリメート結合系がより好ましいと考えられる（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２０６３７５号公報（第３−５頁、図１）

特許文献１に記載のレセプタクル型光半導体モジュールでは、小型化を図るために信号光を入出力させるパッケージ部の側面に部分的に穴を開け、ここに凹型に窪んだ透光性の気密封止キャップをパッケージ部の外部へはみ出さないように固定し、そこへレセプタクル部を形成する部材をパッケージ部の壁面から固定する構造が提案されている。

しかし、気密封止に耐える実用的な固定方法として広く用いられているロウ付けを特許文献１のモジュール組立に適用すると、ロウ材の一部が溶け広がってパッケージ部のレセプタクル部を取付ける壁面に付着して必然的にここがやや盛り上がってしまいレセプタクル部を固定するうえで重要な取付面の平坦性が失われてしまう。

その結果、光軸に対して垂直な方向にはレセプタクル部をスムーズに調芯できなくなったり光軸に対して傾いた状態で固定してしまう恐れがあること、また、傾くことで生じるパッケージ部とレセプタクル部の間の空隙がＹＡＧレーザ溶接部の機械的強度を劣化させてしまうなど、光学特性のみならず作業性や信頼性をも損ないかねず、光モジュールを実用化する上で極めて都合が悪い。

この問題の簡易的な対策として、パッケージ部とその内部に窪んだ気密封止キャップとをロウ付けした後、壁面に付着したロウ材を切削加工などで取除くことにより平坦面を出すこと自体は基本的に可能である。しかし、ロウ付けされた合金内部に何らかの微小な空洞（ボイド）等が形成され、かつ外観検査でこの空洞（ボイド）を検出できない場合、上記の切削加工によって穴が開いてパッケージ部の気密が破れ、信頼性を損なう恐れがある。また、ロウ付け部を切削加工により平坦化する工程では、ロウ付け部周辺に相当の力がかかるため、気密封止キャップの傾きやパッケージ部の変形、また上記の微小な空洞（ボイド）を起点とする亀裂の発生などのおそれがあることに加え、光学特性を損なう光軸ずれ、さらには、切削くずが透光性窓の表面を傷付けてしまうといった深刻な問題にも発展しかねない。またさらに、切削加工後に切削くずを取除く洗浄工程も必須であり、コスト上昇も避けられないと言った問題もある。

また、光モジュールは、電気的特性や信頼性の改善などを目的としてパッケージや電極端子の表面に金メッキ処理が施されることが一般的である。しかし、ＹＡＧレーザ照射部に施された金メッキは、溶けた合金中に同時に溶け込んで溶接部を脆くし、光ファイバ挿脱時の機械的ストレスでレセプタクル部が丸ごとパッケージ部から外れるトラブルを招く恐れがあることから、これを避けるために予めＹＡＧレーザ照射部周辺の金メッキを取除き、下地を露出させておかなければならない。

金メッキの部分的な除去方法としては、切削加工や機械研磨加工、化学エッチング等が適用可能である。その場合、特許文献１の光モジュールの構造では、気密封止キャップをパッケージ部にロウ付けした後でしか金メッキ除去を行うことができず、それ故いずれの除去方法を適用するにしても複雑な工程を経て行う必要があり、形状や工程への制約を伴ったりして、コスト増加を招くことは避けられない。

以上述べたとおり、レンズを内蔵したレセプタクル部をパッケージ部に取付けた構成の光モジュールとして特許文献１に記載の光通信用レセプタクル型光半導体モジュールは数多くの問題を抱えており、実用化する上で非常に課題が多い。

本発明は、これらの問題点を克服し、小型、高信頼で量産性に優れかつ装置組込み用途に適した実用的で低コストなレセプタクル型光モジュールを提供することである。

本発明のレセプタクル型光モジュールは、
内部に少なくとも半導体光素子が実装されたパッケージ部と、
内部に少なくとも光ファイバフェルールと、光ファイバフェルールに結合する第１のレンズと、スリーブとが組込まれた、光ファイバを挿脱可能なレセプタクル部とからなるレセプタクル型光モジュールにおいて、
パッケージ部は、外側に突出する信号光入出射窓を備えており、信号光入出射窓の端面に当接してレセプタクル部が接合されていることを特徴とするレセプタクル型光モジュールである。

本発明のレセプタクル型光モジュールの製造方法は、
光ファイバを挿脱可能なレセプタクル型光モジュールの製造方法であって、
内部に少なくとも半導体光素子が実装され、外側に突出する信号光入出射窓を備えたパッケージ部を準備する工程と、
内部に少なくとも光ファイバフェルールと、光ファイバフェルールに結合する第１のレンズと、スリーブとが組込まれたレセプタクル部を準備する工程と、
信号光入出射窓の端面に当接してレセプタクル部を接合する工程とを含むことを特徴とするレセプタクル型光モジュールの製造方法である。

［作用］
本発明のレセプタクル型光モジュールと特許文献１に記載された構造との最も大きな違いは、前者がパッケージ部の外側へ突出する信号光入出射窓を備えていることである。

これにより、パッケージ部の気密封止を実現するにあたって、特許文献１に記載された構造では困難であったパッケージ部とレセプタクル部との間のスムーズな調芯及びパッケージ部内部の気密封止とを同時にかつ容易に実現できるようになる。

その第一の理由は、信号光入出射窓が外側に向かって突出する構造をとることにより、この信号光入出射窓をレセプタクル部の取付面にロウ材を付着させることなくパッケージにロウ付けできるため、スムーズな調芯に必須なレセプタクル部の取付面の平坦加工をこのロウ付け前に予め済ませられるからである。

また、第二の理由は、信号光入出射窓のレセプタクル部を取付ける面に施されている金メッキ等の表面処理膜が、光入出射窓が外部に突出している構造のため切削加工や機械研磨加工や化学エッチング等の方法により、この信号光入出射窓をパッケージ部に取付ける前に予め取除けるからである。

また本発明は、上述の作用効果に加えて以下に述べる利点もある。

レセプタクル部にコリメート光を集光し結合する第１のレンズを実装し、パッケージ部の内部に実装された光半導体素子にコリメート光を集光し結合する第２のレンズを実装することにより、レセプタクル部とパッケージ部との間の調芯作業はコリメート光同士の結合となるため光軸方向の調芯を不要にすることができる。また、コリメート光はビーム径が大きいため結合トレランスを大きくとることでき、高い結合効率を得やすい。

また、光軸に対して垂直方向、あるいは、レセプタクル部側寄りの斜め方向から、レセプタクル部とパッケージ部との当接面の外周部に向けたＹＡＧレーザ溶接を可能とするために、光信号入出射窓の外径は、レセプタクル部側の端面の外径に対して等しいか、望ましくは大きくするとよい。

また、反射戻り光による信号光透過特性や半導体光素子の動作への悪影響などを抑えるため光ファイバフェルールの第１のレンズ側端面は光軸に垂直な方向に対し３°〜１０°の傾きを持つように斜め研磨する。斜め研磨は、ここを透過する信号光の偏向依存性ももたらす。同様に、光半導体素子も何らかの偏光依存性を示すことが一般的であり、調芯作業においてはこうした光モジュールを構成する部材の構造に起因した偏光依存性も考慮し、単に３次元の自由度に対する位置合わせだけではなく信号光伝搬軸を対称軸とした回転方向自由度に対する角度合わせも必要になる。それゆえ調芯作業中に外部からこの斜め研磨方向を何らかの形で容易に視認可能な目印や構造上の工夫をレセプタクル部の外周に予め設けておけば、作業効率改善に大きく寄与させることができる。こうした目印としては、例えば、レセプタクル部のスリーブ保持部材や光ファイバフェルール保持部材の外周の特定方向に光モジュール組立て作業全般を通じて支障が出ない程度に切削し、切欠きを設けたりするか、あるいは、インクなどでマーキングを施せば良い。

また、本発明のレセプタクル型光モジュールでは、特定の波長の信号光のみを選択的にパッケージ部の内部の光半導体素子と光モジュールの外部との間で入出射させるようにするために帯域通過型の光フィルタを光ファイバフェルールと第１のレンズの間に実装することができる。さらには、光モジュールの外部からの反射戻り光を防ぐことにより半導体光素子の動作への悪影響を抑えるため、光アイソレータを同様に実装することもできる。
また、動作中に光ファイバピグテールが緩んだり、抜けたりすることを防ぐためには、例えば、レセプタクル部の外周部に凸部（または凹部）などを設け、光ファイバピグテール側に、この凸部（または凹部）に対応した先端がフック状のバネ等を利用した係止用レバーを取付けるなどの工夫を施せばよい。

本発明のレセプタクル型光モジュールは、内部に少なくとも半導体光素子が実装されたパッケージ部と、内部に少なくとも光ファイバフェルールと光ファイバフェルールに結合するファイバ結合レンズと割スリーブが組込まれた、光ファイバピグテールを挿脱可能なレセプタクル部とからなり、パッケージ部は、外側に突出する信号光入出射窓を備えており、信号光入出射窓の端面に当接してレセプタクル部が接合されている。

これにより信号光入出射窓を、そのレセプタクル部の取付面にロウ材を付着させることなくパッケージ部にロウ付けできるため、スムーズな調芯に必須なレセプタクル部の取付面の平坦性を確保できる。また、信号光入出射窓のレセプタクル部を取付ける面に施されている金メッキ等の表面処理膜を切削加工や機械研磨加工や化学エッチング等の方法で容易に除去しやすくなる。その結果、パッケージ部とレセプタクル部との間のスムーズな調芯と、パッケージ部の内部の気密封止とを容易に実現できるようになるため、小型、高信頼で量産性に優れかつ装置組込み用途に適した、実用的で低コストなレセプタクル型光モジュールが提供できる。

以下に、本発明における発明を実施するための最良の形態を、図を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態であるレセプタクル型光モジュールの構造を示した図であり、図１（ａ）はその上面図、図１（ｂ）は側面図、図１（ｃ）はレセプタクル部と信号光入出射窓との接合方法の説明図、図１（ｄ）はレセプタクル部の構成要素の詳細の説明図である。但し、図１（ａ）はパッケージ部の蓋を外した状態の図である。

図１（ａ）に示すように、本発明の実施形態であるレセプタクル型光モジュール１００は、光半導体素子１０１が内部に実装されたパッケージ部１０２と、光ファイバピグテール１０３が挿脱可能なレセプタクル部１０４とで構成されている。

まず、レセプタクル部１０４の構造について説明する。レセプタクル部１０４は、割スリーブ１０５、スリーブ保持部材１０６、光ファイバフェルール１０７、光ファイバフェルール保持部材１０８、調芯用ホルダ１０９、第１のレンズとしてのファイバ結合レンズ１１０、ファイバ結合レンズホルダ１１１の各部品から成る。反射戻り光による信号光透過特性や光半導体素子１０１の動作への悪影響などを抑えるため、光ファイバフェルール１０７のファイバ結合レンズ１１０側の端面は斜め研磨されている。この斜め研磨面における信号光の実効反射率および光ファイバフェルール１０７とファイバ結合レンズ１１０との間の結合効率とはこの研磨角度に対して互いにトレードオフの関係にあり、信号光伝搬軸に垂直な方向に対して３°〜１０°、望ましくは６°〜８°傾ければ実用上十分である。また、第１のレンズとしてのファイバ結合レンズ１１０は、レセプタクル部１０４側の接合面より外側に突出しないように組込まれており、後でパッケージ部１０２とＹＡＧレーザ溶接などする際に、邪魔になったり、溶接の悪影響を受けたりすることがないようになっている。

尚、斜め研磨は、ここを透過する信号光の偏向依存性ももたらす。同様に、光半導体素子１０１も何らかの偏光依存性を示すことが一般的であり、調芯作業においてはこうした光モジュール１００を構成する部材の構造に起因した偏光依存性も考慮し、単に３次元の自由度に対する位置合わせだけではなく信号光伝搬軸を対称軸とした回転方向自由度に対する角度合わせも必要になる。しかし、レセプタクル部１０４を構成する各部品１０５，１０６，１０７，１０８，１０９，１１０，１１１は、主に加工上の都合から回転対称な構造をとることが一般的であり、一見しただけでは斜め研磨方向を特定するのが難しい。それゆえ調芯作業中に外部からこの斜め研磨方向を何らかの形で容易に視認可能な目印をレセプタクル部１０４の外周に予め設けておけば、作業効率改善に大きく寄与すると考えられる。こうした目印としては、例えば，レセプタクル部１０４のスリーブ保持部材１０６や光ファイバフェルール保持部材１０８の外周の特定方向に光モジュール１００の組立て作業全般を通じて支障が出ない程度に切削した切欠き（図示せず）を設けるか、あるいは、インクによるマーキング等を施すのが実用的と考えられる。

ここで、レセプタクル部１０４の構成要素の詳細を説明する。レセプタクル部１０４は、図１（ｄ）に示すように、第一ホルダ部１１２と第二ホルダ部１１３と、それらを接続する調芯用ホルダ１０９とで構成されている。第一ホルダ部１１２は、割スリーブ１０５、スリーブ保持部材１０６、光ファイバフェルール１０７、光ファイバフェルール保持部材１０８が一体に組込まれたものである。第二ホルダ部１１３は、筒状中空の形状をしたファイバ結合レンズホルダ１１１の内に、ファイバ結合レンズ１１０を固定したものである。尚、このファイバ結合レンズホルダ１１１の鏡筒内には、ファイバ結合レンズ１１０を信号光伝搬軸に沿ったある特定位置に固定できるように、信号光を遮らない程度のストッパとしての段差が設けられている。また、このファイバ結合レンズ１１０は、光ファイバフェルール１０７に対する結合効率及び結合位置トレランスの点から、開口数（ＮＡ）が０．３以下でかつ焦点距離が１ｍｍ以上のものが適している。

そして、第一ホルダ部１１２と第二ホルダ部１１３とは、互いの信号光伝搬軸が一致する状態で中空の調芯用ホルダ１０９で接続されている。この調芯用ホルダ１０９の一方の内壁面は、ここに光ファイバフェルール保持部材１０８をはめ込んだ状態で信号光伝搬軸に沿って滑らかに挿入量を変化させて位置合わせできるように光ファイバフェルール保持部材１０８の外径に合わせて高精度に加工されている。

また、この調芯用ホルダ１０９の他方の面であるファイバ結合レンズホルダ１１１と当接する端面は、レセプタクル部１０４の組立時に信号光伝搬軸に垂直な方向に沿った滑らかな調芯が可能なように平坦に加工されている。

また、光ファイバピグテールの緩みや脱落による障害の防止、さらに光モジュールを外部筐体（図示せず）に正確に固定するための基準として、レセプタクル部１０４には、図１（ｃ）に示すような、外径の異なる部分１１４が設けられている。

次に、パッケージ部１０２の構造について説明する。

図１（ａ）に示すように、パッケージ部１０２はレセプタクル部１０４が取付けられるように、パッケージ１０２ａの側面の所定位置に信号光入出射窓１１５が例えば、ロウ付け等により固定されている。

この信号光入出射窓１１５は内部に信号光の入出射を可能とする光透過窓１１６が取付けられており、それを利用することにより、パッケージ部１０２内部を気密に保つ。

この光透過窓１１６は、反射戻り光による信号光透過特性や光半導体素子１０１の動作への悪影響などを抑えるため、その表裏両面に信号光波長に対する低反射膜を施してあるとともに、光軸に垂直な方向に対して、６°〜８°の傾きを持つように傾けて取付けられている。

また、この信号光入出射窓１１５は、一般に電気的特性や信頼性の改善のために表面に例えば、金メッキ処理が施されている。しかし、レセプタクル部１０４の取付面やその周辺の金メッキは、ＹＡＧレーザ溶接する際に、溶解した合金中に金（Ａｕ）が溶け込むことによる取付強度不足を防止するため、予め、取除かれることが望ましい。この金メッキの除去方法は、切削加工や機械研磨加工、化学エッチング等、いずれでも良い。ここで、信号光入出射窓１１５は、円筒状であるため、その端面及びその周辺の金メッキ除去は容易である。

また、パッケージ部１０２の内部の素子搭載台１１７上には、光半導体素子１０１、集積回路１１８、キャパシタ１１９、高周波信号線路１２０などの素子がはんだ等を用いて実装され、各々の素子１０１，１１８，１１９，１２０は金ワイヤ１２１によって電気的に配線されている。尚、この光半導体素子１０１を温度一定のもとで動作させる必要がある場合には、温度センサ（図示せず）や電子冷却器（図示せず）などが配置されることもある。また、パッケージ部１０２には、これらの素子１０１，１１８，１１９，１２０への電源供給や電気信号の入出力のために、電気端子１２２が取付けられている。尚、この入出力電気信号が高速な場合には、リード状の電気端子１２２の代わりに高周波特性に優れる同軸コネクタ等（図示せず）を用いても良い。

また、パッケージ部１０２の外部からの入出力信号光を光半導体素子１０１に結合させるための第２のレンズとしての光半導体素子結合レンズ１２３は、レンズ保持台１２４上に設置されている。この光半導体素子結合レンズ１２３は、結合効率や結合トレランスの観点から、開口数（ＮＡ）が０．５以上で、かつ焦点距離が０．５ｍｍ以下のものが適している。

上述のパッケージ部１０２とレセプタクル部１０４とは、最適な結合位置で互いに接合されることによって、光モジュール１００として機能する。

次に、パッケージ部１０２とレセプタクル部１０４との接合方法について図１（ｃ）を用いて説明する。その接合にあたっては、レセプタクル部１０４のファイバ結合レンズホルダ１１１とパッケージ部１０２の信号光入出射窓１１５とを互いにほぼ接した状態で調芯する必要がある。そのため、まずパッケージ部１０２とレセプタクル部１０４を６つの自由度（３軸及び回転方向）を持ち、かつ滑らかに移動可能な微動ステージ（図示せず）上に、それぞれ固定する。そして、仮に、光半導体素子１０１が発光素子の場合は、その信号光がレセプタクル部１０４に接続された光ファイバピグテールへと出力される光電力を、また、仮に、光半導体素子１０１が受光素子の場合は、光ファイバピグテールに入力した信号光が、この受光素子に結合して流れる光電流を、微動ステージ（図示せず）を動かしながらモニタする。そして、その値が最大となる位置において、レセプタクル部１０４側の接合面と信号光入出射窓１１５側の接合面とが互いに当接していることを確認したのち、当接部の外周に向けてＹＡＧレーザ光（図中の破線矢印）を照射して溶接する。ここで、信号光入出射窓１１５側の接合面の外径は、レセプタクル部１０４側の接合面の外径に対して等しいか、あるいは、大きいことが望ましい。なぜならば、ＹＡＧレーザ光は、光軸に対して垂直方向、あるいは、レセプタクル部１０４側寄りの斜め方向から照射するため、調芯のため両者１０４，１１５の相対位置を若干、ずらすことがあっても、信号光入出射窓１１５側の接合面を大きくしておくと、信号光入出射窓１１５側の接合面が、レセプタクル部１０４側の接合面の影になる心配がない。また、そのコーナ部に溶解した合金が溜まりやすく溶接の作業性や接合部の機械的強度の信頼性などの観点からも好適である。

尚、パッケージ部１０２の気密封止は、図１（ｂ）に示すように、乾燥窒素を主体とする雰囲気中にて１００℃以上に加熱した状態で蓋１２５をシーム溶接することにより実現される。尚、この気密封止作業は、レセプタクル部１０４を取付けた後、あるいは、レセプタクル部１０４を取付ける前のいずれに行っても良い。

このような製造方法を採用することにより、小型、高信頼で量産性に優れかつ装置組込み用途に適した、実用的で低コストなレセプタクル型光モジュールを提供することができる。

（実施例１）
実施の形態に基づき、実施例１では光半導体素子として、導波路型のフォトダイオードを用いた光通信用の１０Ｇｂ／ｓレセプタクル型光受信モジュールについて、図２（ａ）を用いて詳細に説明する。

図２（ａ）に示すように、レセプタクル型光受信モジュール２００は、フォトダイオード２０１が内部に実装されたパッケージ部２０２と、光ファイバピグテール２０３が挿脱可能なレセプタクル部２０４とで構成されている。

まず、レセプタクル部２０４の構造について説明する。レセプタクル部２０４は、割スリーブ２０５、スリーブ保持部材２０６、直径１．２５ｍｍＬＣ互換サイズの光ファイバフェルール２０７、光ファイバフェルール保持部材２０８、調芯用ホルダ２０９、第１のレンズとしてのファイバ結合レンズ２１０、ファイバ結合レンズホルダ２１１の各部品から成る。レセプタクル部２０４の大きさは、ＬＣ互換を採用した場合には、直径は３．５ｍｍ、長さは１２ｍｍとなる。反射戻り光による信号光透過特性やフォトダイオード２０１の動作への悪影響などを抑えるため、光ファイバフェルール２０７のファイバ結合レンズ２１０側の端面は、光軸に垂直な方向に対し、７°斜め研磨されている。また、レセプタクル部２０４の光ファイバフェルール保持部材２０８の外周には、斜め研磨の方向を示す目印として、ここでは、斜め研磨の先端が向いている方向にインクによるマーキングを施す。

ここで、レセプタクル部２０４の構成要素の詳細を説明する。レセプタクル部２０４は、図２（ｄ）に示すように、第一ホルダ部２１２と第二ホルダ部２１３とで構成されている。第一ホルダ部２１２は、割スリーブ２０５、スリーブ保持部材２０６、光ファイバフェルール２０７、光ファイバフェルール保持部材２０８が一体に組込まれたものである。第二ホルダ部２１３は、筒状中空の形状をしたファイバ結合レンズホルダ２１１の内に、ファイバ結合レンズ２１０を固定したものである。

尚、このファイバ結合レンズホルダ２１１の鏡筒内には、ファイバ結合レンズ２１０を信号光伝搬軸に沿ったある特定位置に固定できるように、０．３ｍｍのストッパとしての段差が設けられている。また、このファイバ結合レンズ２１０は、光ファイバフェルール２０７に対する結合効率及び結合位置トレランスの点から、開口数（ＮＡ）が０．１７でかつ焦点距離が１．８４ｍｍのものを用いる。

そして、第一ホルダ部２１２と第二ホルダ部２１３とは、互いの信号光伝搬軸が一致する状態で中空の調芯用ホルダ２０９で接続されている。この調芯用ホルダ２０９の一方の内壁面は、ここに光ファイバフェルール保持部材２０８をはめ込んだ状態で信号光伝搬軸に沿って滑らかに挿入量を変化させて位置合わせできるように光ファイバフェルール保持部材２０８の外径（２．４ｍｍ）に合わせて高精度に加工されている。

また、この調芯用ホルダ２０９の他方の面であるファイバ結合レンズホルダ２１１と当接する端面は、レセプタクル部２０４の組立時に信号光伝搬軸に垂直な方向に沿った滑らかな調芯が可能なように平坦に加工されている。

また、光ファイバピグテールの緩みや脱落による障害の防止、さらに光モジュールを外部筐体（図示せず）に正確に固定するための基準として、レセプタクル部２０４には、図２（ｃ）に示すような、長さが０．８ｍｍで、外径が０．５ｍｍだけ異なる部分２１４が設けられている。

次に、パッケージ部２０２の構造について説明する。図２（ａ）に示すように、パッケージ部２０２はレセプタクル部２０４が取付けられるように、パッケージ２０２ａの側面の所定位置に信号光入出射窓２１５が例えば、ロウ付け等により固定されている。

この信号光入出射窓２１５は内部に波長１５５０ｎｍまたは１３１０ｎｍの信号光の入出射を可能とするサファイア製の光透過窓２１６が取付けられており、それを利用することにより、パッケージ部２０２の内部を気密に保つ。

この光透過窓２１６は、反射戻り光による信号光透過特性やフォトダイオード２０１の動作への悪影響などを抑えるため、その表裏両面に信号光波長に対する低反射膜を施してあるとともに、光軸に垂直な方向に対して、６°傾けて取付けられている。

また、この信号光入出射窓２１５は、電気的特性や信頼性の改善のために表面に、金メッキ処理が施されているが、レセプタクル部２０４の取付面やその周辺の金メッキは、ＹＡＧレーザ溶接する際に、溶解した合金中に金（Ａｕ）が溶け込むことによる取付強度不足を防止するため、予め、除去して下地を露出させてある。この金メッキの除去方法は、切削加工や機械研磨加工、化学エッチング等、いずれでも良い。ここで、信号光入出射窓２１５は、円筒状であるため、その端面及びその周辺の金メッキ除去は容易である。

また、パッケージ部２０２の内部の素子搭載台２１７上には、フォトダイオード２０１、トランスインピーダンスアンプ２１８、キャパシタ２１９、特性インピーダンスが５０Ωとなるように設計された裏面導体付のコプレーナ線路２２０が金スズを用いて実装され、また各々の素子２０１，２１８，２１９，２２０は金ワイヤ２２１によって電気的に配線されている。

また、パッケージ部２０２には、これらの素子２０１，２１８，２１９，２２０への電源供給や電気信号の入出力のために、電気端子２２２が取付けられている。

また、パッケージ部２０２の外部からの入出力信号光をフォトダイオード２０１に結合させるための第２のレンズとしての光半導体素子結合レンズ２２３は、レンズ保持台２２４上に設置されている。この光半導体素子結合レンズ２２３は、結合効率や結合トレランスの観点から、開口数（ＮＡ）が０．６で、かつ焦点距離が０．２２ｍｍのものを用いる。

上述のレセプタクル部２０４とパッケージ部２０２とは、最適な結合位置で互いに接合されることによって、レセプタクル型光受信モジュール２００として機能する。

次に、パッケージ部２０２とレセプタクル部２０４との接合方法について図２（ｃ）を用いて説明する。その接合にあたっては、レセプタクル部２０４のファイバ結合レンズホルダ２１１とパッケージ部２０２の信号光入出射窓２１５とを互いにほぼ接した状態で調芯する必要がある。そのため、まずパッケージ部２０２とレセプタクル部２０４を６つの自由度（３軸及び回転方向）を持ち、かつ滑らかに移動可能な微動ステージ（図示せず）上に、それぞれ固定する。

そして、光ファイバピグテールに入力した信号光がフォトダイオード２０１に結合して流れる光電流を、微動ステージ（図示せず）を動かしながらモニタする。そして、その値が最大となる位置において、レセプタクル部２０４側の接合面と、信号光入出射窓２１５側の接合面とが互いに当接していることを確認したのち、当接部の外周に向けてＹＡＧレーザ光（図中の破線矢印）を照射して溶接する。

ここで、信号光入出射窓２１５側の接合面の外径は、レセプタクル部２０４側の接合面の外径に対して大きくしてある。このため、ＹＡＧレーザ光は、光軸に対して垂直方向、あるいは、レセプタクル部２０４側寄りの斜め方向から照射するが、調芯のため両者２０４，２１５の相対位置を若干、ずらしても、信号光入出射窓２１５側の接合面が、レセプタクル部２０４側の接合面の影になる心配がない。また、そのコーナ部に溶解した合金が溜まりやすく溶接の作業性や接合部の機械的強度の信頼性などの観点からも好適である。この方法により、結合効率５０％以上が得られている。

尚、パッケージ部２０２の気密封止は、図２（ｂ）に示すように、乾燥窒素を主体とする雰囲気中にて１２０℃に加熱した状態で蓋２２５をシーム溶接することにより実現される。尚、この気密封止作業は、レセプタクル部２０４を取付けた後、あるいは、レセプタクル部２０４を取付ける前のいずれに行っても良い。

（実施例２）
実施の形態に基づき、実施例２では光半導体素子として、電界吸収型光変調器集積ＤＦＢレーザ（以降、ＥＡ−ＤＦＢレーザと略す）を用いた光通信用の１０Ｇｂ／ｓレセプタクル型光送信モジュールについて、図３（ａ）を用いて説明する。

図３（ａ）に示すように、レセプタクル型光送信モジュール３００は、ＥＡ−ＤＦＢレーザ３０１が内部に実装されたパッケージ部３０２と、光ファイバピグテール３０３が挿脱可能なレセプタクル部３０４とで構成されている。

まず、レセプタクル部３０４の構造について説明する。レセプタクル部３０４は、割スリーブ３０５、スリーブ保持部材３０６、直径１．２５ｍｍＬＣ互換サイズの光ファイバフェルール３０７、光ファイバフェルール保持部材３０８、調芯用ホルダ３０９、第１のレンズとしてのファイバ結合レンズ３１０、ファイバ結合レンズホルダ３１１の各部品から成る。レセプタクル部３０４の大きさは、小型化のためＬＣ互換を採用したことにより、直径は３．５ｍｍ、長さは１２ｍｍ程度以下となる。

反射戻り光による信号光透過特性やＥＡ−ＤＦＢレーザ３０１の動作への悪影響などを抑えるため、光ファイバフェルール３０７のファイバ結合レンズ３１０側端面は、光軸に垂直な方向に対し、７°斜め研磨されている。また、レセプタクル部３０４の光ファイバフェルール保持部材３０８の外周には、斜め研磨の方向を示す目印として、ここでは、斜め研磨の先端が向いている方向にインクによるマーキングを施す。

ここで、レセプタクル部３０４の構成要素の詳細を説明する。レセプタクル部３０４は、図２（ｄ）に示すように、第一ホルダ３１２と第二ホルダ３１３とで構成されている。第一ホルダ３１２は、割スリーブ３０５、スリーブ保持部材３０６、光ファイバフェルール３０７、光ファイバフェルール保持部材３０８が一体に組込まれたものである。第二ホルダ部３１３は、筒状中空の形状をしたファイバ結合レンズホルダ３１１の内に、ファイバ結合レンズ３１０を固定したものである。尚、このファイバ結合レンズホルダ３１１の鏡筒内には、ファイバ結合レンズ３１０を信号光伝搬軸に沿ったある特定位置に固定できるように、０．３ｍｍのストッパとしての段差が設けられている。また、このファイバ結合レンズ３１０は、光ファイバフェルール３０７に対する結合効率及び結合位置トレランスの点から、開口数（ＮＡ）が０．１７でかつ焦点距離が１．８４ｍｍのものを用いる。

そして、第一ホルダ部３１２と第二ホルダ部３１３とは、互いの信号光伝搬軸が一致する状態で中空の調芯用ホルダ３０９で接続されている。この調芯用ホルダ３０９の一方の内壁面は、ここに光ファイバフェルール保持部材３０８をはめ込んだ状態で信号光伝搬軸に沿って滑らかに挿入量を変化させて位置合わせできるように光ファイバフェルール保持部材３０８の外径（２．４ｍｍ）に合わせて高精度に加工されている。

また、この調芯用ホルダ３０９の他方の面であるファイバ結合レンズホルダ３１１と当接する端面は、レセプタクル部３０４の組立時に信号光伝搬軸に垂直な方向に沿った滑らかな調芯が可能なように平坦に加工されている。

また、光ファイバピグテールの緩みや脱落による障害の防止、さらに光モジュールを外部筐体（図示せず）に正確に固定するための基準として、レセプタクル部３０４には、図３（ｃ）に示すような、長さが０．８ｍｍで、外径が０．５ｍｍだけ異なる部分３１４が設けられている。

次に、パッケージ部３０２の構造について説明する。図３（ａ）に示すように、パッケージ部３０２はレセプタクル部３０４が取付けられるように、パッケージ３０３ａの側面の所定位置に信号光入出射窓３１５が例えば、ロウ付け等により固定されている。

この信号光入出射窓３１５は、内部に信号光の入出射を可能とする光透過窓３１６が取付けられており、それを利用することにより、パッケージ部３０２の内部を気密に保つ。

この光透過窓３１６は、反射戻り光による信号光透過特性やＥＡ−ＤＦＢレーザ３０１の動作への悪影響などを抑えるため、その表裏両面に信号光波長に対する低反射膜を施してあるとともに、光軸に垂直な方向に対して、６°傾けて取付けられている。

また、この信号光入出射窓３１５は、電気的特性や信頼性の改善のために表面に、金メッキ処理が施されているが、レセプタクル部３０４の取付面やその周辺の金メッキは、ＹＡＧレーザ溶接する際に、溶解した合金中に金（Ａｕ）が溶け込むことによる取付強度不足を防止するため、予め、除去して下地を露出させてある。この金メッキの除去方法は、切削加工や機械研磨加工、化学エッチング等、いずれでも良い。ここで、信号光入出射窓３１５は、円筒状であるため、その端面及びその周辺の金メッキ除去は容易である。

また、パッケージ部３０２の内部の素子搭載台３１７上には、ＥＡ―ＤＦＢレーザ３０１、変調器ドライバＩＣ３１８、キャパシタ３１９、特性インピーダンスが５０Ωとなるように設計された裏面導体付のコプレーナ線路３２０、５０Ωの終端抵抗３２１、光信号の出力光強度を一定にするために必要なモニタＰＤ３２２が金スズを用いて実装され、また各々の素子３０１，３１８，３１９，３２０，３２１，３２２は金ワイヤ３２３によって電気的に配線されている。また、パッケージ部３０２には、これらの素子３０１，３１８，３１９，３２０，３２１，３２２への電源供給や電気信号の入出力のために、電気端子３２４が取付けられている。

また、ＥＡ−ＤＦＢレーザ３０１は温度が変化することにより動作波長が変わるため、温度を一定に保つ必要がある。そのため、電子冷却素子と温度センサなどで構成されている温度制御装置３２５上に、ＥＡ−ＤＦＢレーザ３０１を実装する。

また、パッケージ部３０２の外部からの入出力信号光をＥＡ−ＤＦＢレーザ３０１に結合させるための第２のレンズとしての光半導体素子結合レンズ３２６は、レンズ保持台３２７上に設置されている。この光半導体素子結合レンズ３２６は、結合効率や結合トレランスの観点から開口数（ＮＡ）が０．６で、かつ焦点距離が０．２２ｍｍのものを用いる。

また、このレセプタクル型光送信モジュール３００の外部からの反射戻り光がＥＡ−ＤＦＢレーザ３０１に結合することによる伝送特性の劣化を抑えるために、ファイバ結合レンズ３１０と光ファイバフェルール３０７との間に光アイソレータ３２８を内蔵する。

上述したレセプタクル部３０４とパッケージ部３０２とは、最適な結合位置で互いに接合されることによって、レセプタクル型光送信モジュール３００として機能する。

次に、パッケージ部３０２とレセプタクル部３０４との接合方法について図３（ｃ）を用いて説明する。その接合にあたっては、レセプタクル部３０４のファイバ結合レンズホルダ３１１とパッケージ部３０２の信号光入出射窓３１５とを互いにほぼ接した状態で調芯する必要がある。

そのため、まずパッケージ部３０２とレセプタクル部３０４を６つの自由度（３軸及び回転方向）を持ち、かつ滑らかに移動可能な微動ステージ（図示せず）上に、それぞれ固定する。

そして、レセプタクル部３０４に接続された光ファイバピグテールへと出力される信号光の光電力を微動ステージ（図示せず）を動かしながらモニタする。そして、その値が最大となる位置において、レセプタクル部３０４側の接合面と、信号光入出射窓３１５側の接合面とが互いに当接していることを確認したのち、この当接部の外周に向けてＹＡＧレーザ光（図中の破線矢印）を照射して溶接する。ここで、信号光入出射窓３１５側の接合面の外径は、レセプタクル部３０４側の接合面の外径に対して大きくしてある。このため、ＹＡＧレーザ光は、光軸に対して垂直方向、あるいは、レセプタクル部３０４側寄りの斜め方向から照射するが、調芯のため両者３０４，３１５の相対位置を若干、ずらしても、信号光入出射窓３１５側の接合面が、レセプタクル部３０４側の接合面の影になる心配がない。また、そのコーナ部に溶解した合金が溜まりやすく溶接の作業性や接合部の機械的強度の信頼性などの観点からも好適である。この方法により、結合効率５０％以上が得られている。

尚、パッケージ部３０２の気密封止は、図３（ｂ）に示すように、乾燥窒素を主体とする雰囲気中にて１２０℃に加熱した状態で蓋３２９をシーム溶接することにより実現される。尚、この気密封止作業は、レセプタクル部３０４を取付けた後、あるいは、レセプタクル部３０４を取付ける前のいずれに行っても良い。

本発明の実施形態のレセプタクル型光モジュールの上面図 本発明の実施形態のレセプタクル型光モジュールの側面図 本発明の実施形態のレセプタクル型光モジュールのレセプタクル部と信号光入出射窓との接合方法の説明図 本発明の実施形態のレセプタクル型光モジュールのレセプタクル部の構成要素の説明図 本発明の実施例１のレセプタクル型光受信モジュールの上面図 本発明の実施例１のレセプタクル型光受信モジュールの側面図 本発明の実施例１のレセプタクル型光受信モジュールのレセプタクル部と信号光入出射窓との接合方法の説明図 本発明の実施例１のレセプタクル型光受信モジュールのレセプタクル部の構成要素の説明図 本発明の実施例２のレセプタクル型光送信モジュールの上面図 本発明の実施例２のレセプタクル型光送信モジュールの側面図 本発明の実施例２のレセプタクル型光送信モジュールのレセプタクル部と信号光入出射窓との接合方法の説明図 本発明の実施例２のレセプタクル型光送信モジュールのレセプタクル部の構成要素の説明図

符号の説明

１００ レセプタクル型光モジュール
１０１ 光半導体素子
１０２ パッケージ部
１０２ａ パッケージ
１０３ 光ファイバピグテール
１０４ レセプタクル部
１０５ 割スリーブ
１０６ スリーブ保持部材
１０７ 光ファイバフェルール
１０８ 光ファイバフェルール保持部材
１０９ 調芯用ホルダ
１１０ 第１のレンズとしてのファイバ結合レンズ
１１１ ファイバ結合レンズホルダ
１１２ 第一ホルダ部
１１３ 第二ホルダ部
１１４ 外径の異なる部分
１１５ 信号光入出射窓
１１６ 光透過窓
１１７ 素子搭載台
１１８ 集積回路
１１９ キャパシタ
１２０ 高周波信号線路
１２１ 金ワイヤ
１２２ 電気端子
１２３ 第２のレンズとしての光半導体素子結合レンズ
１２４ レンズ保持台
１２５ 蓋
２００ レセプタクル型光受信モジュール
２０１ フォトダイオード
２０２ パッケージ部
２０２ａ パッケージ
２０３ 光ファイバピグテール
２０４ レセプタクル部
２０５ 割スリーブ
２０６ スリーブ保持部材
２０７ 直径１．２５ｍｍＬＣ互換サイズの光ファイバフェルール
２０８ 光ファイバフェルール保持部材
２０９ 調芯用ホルダ
２１０ 第１のレンズとしてのファイバ結合レンズ
２１１ ファイバ結合レンズホルダ
２１２ 第一ホルダ部
２１３ 第二ホルダ部
２１４ 長さが０．８ｍｍで、外径が０．５ｍｍだけ異なる部分
２１５ 信号光入出射窓
２１６ 光透過窓
２１７ 素子搭載台
２１８ トランスインピーダンスアンプ
２１９ キャパシタ
２２０ ５０Ωとなるように設計された裏面導体付のコプレーナ線路
２２１ 金ワイヤ
２２２ 電気端子
２２３ 第２のレンズとしての光半導体素子結合レンズ
２２４ レンズ保持台
２２５ 蓋
３００ レセプタクル型光送信モジュール
３０１ 電界吸収型光変調器集積ＤＦＢレーザ（ＥＡ−ＤＦＢレーザ）
３０２ パッケージ部
３０２ａ パッケージ
３０３ 光ファイバピグテール
３０４ レセプタクル部
３０５ 割スリーブ
３０６ スリーブ保持部材
３０７ 直径１．２５ｍｍＬＣ互換サイズの光ファイバフェルール
３０８ 光ファイバフェルール保持部材
３０９ 調芯用ホルダ
３１０ 第１のレンズとしてのファイバ結合レンズ
３１１ ファイバ結合レンズホルダ
３１２ 第一ホルダ
３１３ 第二ホルダ
３１４ 長さが０．８ｍｍで、外径が０．５ｍｍだけ異なる部分
３１５ 信号光入出射窓
３１６ 光透過窓
３１７ 素子搭載台
３１８ 変調器ドライバＩＣ
３１９ キャパシタ
３２０ ５０Ωとなるように設計された裏面導体付のコプレーナ線路
３２１ ５０Ωの終端抵抗
３２２ 光信号の出力を一定にするモニタＰＤ
３２３ 金ワイヤ
３２４ 電気端子
３２５ 温度制御装置
３２６ 第２のレンズとしての光半導体素子結合レンズ
３２７ レンズ保持台
３２８ 光アイソレータ
３２９ 蓋

Claims (20)

1. 内部に少なくとも半導体光素子が実装されたパッケージ部と、
   内部に少なくとも光ファイバフェルールと、前記光ファイバフェルールに結合する第１のレンズと、スリーブとが組込まれた、光ファイバを挿脱可能なレセプタクル部とからなるレセプタクル型光モジュールにおいて、
   前記パッケージ部は、外側に突出する信号光入出射窓を備えており、前記信号光入出射窓の端面に当接して前記レセプタクル部が接合されていることを特徴とするレセプタクル型光モジュール。
2. 前記第１のレンズは、前記レセプタクル部側の接合面より外側に突出しないように組込まれていることを特徴とする請求項１に記載のレセプタクル型光モジュール。
3. 前記光半導体素子に結合する第２のレンズが、前記パッケージ部に、さらに組込まれていることを特徴とする請求項１、または、請求項２に記載のレセプタクル型光モジュール。
4. 前記レセプタクル部側の接合面の外形、および、前記信号光入出射窓側の接合面の外形は、ともに円形であることを特徴とする請求項１、乃至、請求項３に記載のレセプタクル型光モジュール。
5. 前記信号光入出射窓側の接合面の外径は、前記レセプタクル部側の接合面の外径に対して等しいか、望ましくは、大きいことを特徴とする請求項４に記載のレセプタクル型光モジュール。
6. 前記信号光入出射窓側の接合面及びその周辺と、前記レセプタクル部側の接合面及びその周辺とは、ともに、表面処理膜が除去されていることを特徴とする請求項１、乃至、請求項５に記載のレセプタクル型光モジュール。
7. 前記表面処理膜は、金（Ａｕ）でなることを特徴とする請求項６に記載のレセプタクル型光モジュール。
8. 前記接合部は、ＹＡＧレーザ溶接法によって接合された接合部であることを特徴とする請求項１、乃至、請求項７に記載のレセプタクル型光モジュール。
9. 前記信号光入出射窓の内部に、光透過窓が組込まれていることを特徴とする請求項１、乃至、請求項８に記載のレセプタクル型光モジュール。
10. 前記光透過窓は、光軸に垂直な方向に対し３°〜１０°、望ましくは、６°〜８°の傾きを持つように組込まれていることを特徴とする請求項９に記載のレセプタクル型光モジュール。
11. 光ファイバを挿脱可能なレセプタクル型光モジュールの製造方法であって、
    内部に少なくとも半導体光素子が実装され、外側に突出する信号光入出射窓を備えたパッケージ部を準備する工程と、
    内部に少なくとも光ファイバフェルールと、前記光ファイバフェルールに結合する第１のレンズと、スリーブとが組込まれたレセプタクル部を準備する工程と、
    前記信号光入出射窓の端面に当接して前記レセプタクル部を接合する工程とを含むことを特徴とするレセプタクル型光モジュールの製造方法。
12. 前記第１のレンズは、前記レセプタクル部側の接合面より外側に突出しないように組込まれていることを特徴とする請求項１１に記載のレセプタクル型光モジュールの製造方法。
13. 前記光半導体素子に結合する第２のレンズが、前記パッケージ部に、さらに組込まれていることを特徴とする請求項１１、または、請求項１２に記載のレセプタクル型光モジュールの製造方法。
14. 前記レセプタクル部側の接合面の外形、および、前記信号光入出射窓側の接合面の外形は、ともに円形であることを特徴とする請求項１１、乃至、請求項１３に記載のレセプタクル型光モジュールの製造方法。
15. 前記信号光入出射窓側の接合面の外径は、前記レセプタクル部側の接合面の外径に対して等しいか、望ましくは、大きいことを特徴とする請求項１４に記載のレセプタクル型光モジュールの製造方法。
16. 前記信号光入出射窓側の接合面及びその周辺と、前記レセプタクル部側の接合面及びその周辺とは、ともに、表面処理膜が除去されていることを特徴とする請求項１１、乃至、請求項１５に記載のレセプタクル型光モジュールの製造方法。
17. 前記表面処理膜は、金（Ａｕ）でなることを特徴とする請求項１６に記載のレセプタクル型光モジュールの製造方法。
18. 前記接合方法は、ＹＡＧレーザ溶接法であることを特徴とする請求項１１、乃至、請求項１７に記載のレセプタクル型光モジュールの製造方法。
19. 前記信号光入出射窓の内部に、光透過窓が組込まれていることを特徴とする請求項１、乃至、請求項１８に記載のレセプタクル型光モジュールの製造方法。
20. 前記光透過窓は、光軸に垂直な方向に対し３°〜１０°、望ましくは、６°〜８°の傾きを持つように組込まれていることを特徴とする請求項１９に記載のレセプタクル型光モジュールの製造方法。
    
    

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