JP2007279507A

JP2007279507A - 光アセンブリ及びその製造方法

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Publication number: JP2007279507A
Application number: JP2006107659A
Authority: JP
Inventors: Shugen Ryu; 主鉉柳; Ryuta Takahashi; 龍太高橋
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2006-04-10
Filing date: 2006-04-10
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2026-04-10
Also published as: JP4613866B2

Abstract

【課題】組み立て作業性の向上と部品製作の簡素化、また寸法精度を高くしやすい光送信アセンブリを提供する。
【解決手段】電気信号を光信号に、または光信号を電気信号に変換する光素子を複数個並列に収納すると共に、その各光素子の光信号を波長多重、または波長分離する複数個のフィルタを有する光アセンブリ１０において、複数個の上記光素子と複数個の上記フィルタとを収納するベース１の上面に、各光素子を収納したＣａｎパッケージを接合するためのＣａｎ接合部３ａ〜３ｄを形成し、ベース１に、その長さ方向に沿って光路を形成し、さらに光路の両側の上記ベース１に、上記フィルタを接合するためのフィルタ接合部５ａ〜５ｄを形成したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、ギガビットクラスのイーサネット（登録商標）信号を伝送する光トランシーバに用いられる光アセンブリ及びその製造方法に関する。

近年、インターネットは、通信インフラとして定着し、データ通信・音声・映像など情報の種類を選ばず、様々な業種・サービスを取り込み、その適用範囲は拡大し続けている。それにあわせて回線容量も増加の一途をたどっている。この中においてイーサネット（登録商標）は、低価格さと簡便な運用性により家庭内ＬＡＮ、ＷＡＮにおいても広く利用されるコア技術として普及している。

この情勢の中、既に１０ギガイーサネット（登録商標）の標準化が完了し、各社から１０ギガ対応のネットワーク機器が開発されており、これに伴い、光トランシーバにおいても、中距離ネットワークを中心に１ギガから１０ギガへのアップグレードが始まっている。

このような光トランシーバとしては、４個の長波長の半導体レーザ（ＬＤ）を用いた４波ＷＷＤＭ（広帯域波長分割多重）のＬＸ４光トランシーバがある。このＬＸ４光トランシーバに、図６に示すような光アセンブリ用ベース６１を用いた光アセンブリが使用される。

光アセンブリとしての光送信アセンブリ（ＴＯＳＡ）は、回路基板からの電気信号を光信号に変換する４個のＬＤと、これらＬＤからの光信号を合波して波長多重する光合波器として４個の光フィルタとを備える。光アセンブリ用ベース６１は、これら４個のＬＤ、４個の光フィルタを所定の角度で位置決めして収納するものである。

光アセンブリ用ベース６１には、波長多重光信号を光ファイバに伝送するためのレセプタクル部も接続される。さらに、光アセンブリ用ベース６１には、ＬＤと光フィルタの間に、ＬＤからの光を集光するレンズが設けられる。

この光アセンブリ用ベース６１は、ベース本体６６の上面に、各ＬＤを収納したＣａｎパッケージを接合するための４個のＣａｎ接合部６７を形成し、ベース本体６６の側部に、各光フィルタを接合するためのフィルタ接合部６８を形成し、ベース本体６６の前面に、レセプタクル部を接合するための凸状のレセプタクル接合部６９を形成したものである。

光アセンブリ用ベース６１の製造方法は、まず、上金型７１ｕに光フィルタを接合するためのフィルタ接合部形成部材７２と、ベース本体６６の長さ方向に沿う光路を形成するための光路形成部材７３とを形成し、スライド金型７１ａにＣａｎパッケージが嵌合するための中実体７４を形成し、スライド金型７１ｂにレセプタクル接合部を形成するためのレセプタクル接合部形成部材を形成する。

上金型７１ｕと下金型７１ｄを重ね、これにスライド金型７１ａ，７１ｂを挿入して原料を注入した後、スライド金型７１ａ，７１ｂを横にスライドさせて引き抜き、上金型７１ｕを上方に取り外すと共に、下金型７１ｄを下方に取り外すことで、光アセンブリ用ベース６１を製造する。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。

特開２００５−１４０９６０号公報

しかしながら、光アセンブリ用ベース６１は、Ｃａｎパッケージと光フィルタがなす角度と、光フィルタとレセプタクル部がなす角度の位置決めを行うという役目を担うので、寸法公差が厳しい。したがって、金型による製造方法では、Ｃａｎパッケージとの接合面６１ｕの平面度を均一にするのが難しいという問題がある。

これは、光アセンブリ用ベース６１の上面のほぼ全てが広い接合面６１ｕとなっていることも原因である。つまり、１つの接合面６１ｕに全てのＣａｎパッケージを接合しているため、非常に厳しい平面度が要求される。

また、金型による製造方法では、フィルタ接合部６８の角度を精度よく安定させることができない。これは、上金型７１ｕを取り外したり、スライド金型７１ａを横に引き抜いたりする際、ズレが生じることや、上金型７１ｕやスライド金型７１ａに抜きテーパが設けられていることが原因である。抜きテーパとは、金型を真っ直ぐに取り外したり、引き抜いたりすることができないために、金型に余裕を持って設けたテーパ角のことをいう。

光アセンブリ用ベース６１では、レセプタクル接合部６９が凸状でベース本体６６から出っ張っているため、金型による作製時に熱収縮が不均一になるという問題もある。

光アセンブリ用ベース６１を切削加工で製造することも行われているが、コストが高くなるという問題がある。

さらに、光アセンブリ用ベース６１は、直方体の一部を凹状に穴を開けた構造（バスタブ構造）であるため、変形やねじれに弱いという問題もある。

そこで、本発明の目的は、組み立て作業性の向上と部品製作の簡素化、また寸法精度を高くしやすい光アセンブリ及びその製造方法を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、電気信号を光信号に、または光信号を電気信号に変換する光素子を複数個並列に収納すると共に、その各光素子の光信号を波長多重、または波長分離する複数個のフィルタを有する光アセンブリにおいて、複数個の上記光素子と複数個の上記フィルタとを収納するベースの上面に、各光素子を収納したＣａｎパッケージを接合するためのＣａｎ接合部を形成し、上記ベースに、その長さ方向に沿って光路を形成し、さらに光路の両側の上記ベースに、上記フィルタを接合するためのフィルタ接合部を形成した光アセンブリである。

請求項２の発明は、上記ベース本体の上面に、上記Ｃａｎパッケージごとに分けて上記Ｃａｎ接合部をそれぞれ形成した請求項１記載の光アセンブリである。

請求項３の発明は、上記ベース本体の前面に、波長多重光信号を光ファイバに伝送するためのレセプタクル部が接合される凹状のレセプタクル接合部を形成した請求項１または２記載の光アセンブリである。

請求項４の発明は、上記ベース本体は、縦断面および横断面が略Ｈ字構造を有し、縦断面および横断面に垂直な切断面が略ロの字構造を有する請求項１〜３いずれかに記載の光アセンブリである。

請求項５の発明は、電気信号を光信号に、または光信号を電気信号に変換する光素子を複数個並列に収納すると共に、その各光素子の光信号を波長多重、または波長分離する複数個のフィルタを有する光アセンブリの製造方法において、上金型に各光素子を収納したＣａｎパッケージが嵌合するための中実体を形成し、下金型に、複数個の上記光素子と複数個の上記フィルタとを収納するベースの長さ方向に沿う光路を形成するための光路形成部材と、その光路形成部材の両側に上記フィルタを接合するためのフィルタ接合部形成部材とを形成し、上記上金型と下金型を重ねて上記ベースの原料を注入した後、上記上金型を上方へ取り外すと共に、上記下金型を下方に取り外して上記ベースを製造する光アセンブリの製造方法である。

本発明によれば、Ｃａｎ接合部とフィルタ接合部の位置を上下の対称関係にすることで、寸法精度を上げやすい構造にすることができる。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面にしたがって説明する。

まず、光アセンブリ用ベースを用いた本実施形態に係る光アセンブリを使用した光トランシーバを図５で説明する。

図５に示すように、光トランシーバ５０は、複数個の長波長の半導体レーザ（ＬＤ）を用いた４波ＷＷＤＭ（広帯域波長分割多重）のＬＸ４光トランシーバである。

この光トランシーバ５０は、リジッド基板からなる回路基板（メイン基板）５１と、その回路基板５１にスペーサｓを介して搭載される光アセンブリとしての光送信アセンブリ（ＴＯＳＡ）５２と、光受信アセンブリ５３（ＲＯＳＡ）とを備える。

回路基板５１には、光トランシーバ５０が接続されるスイッチングハブやメディアコンバータなどのネットワーク機器からの電気信号を伝送する４つの送信用レーンが形成される。

光送信アセンブリ５２は、４つの送信用レーンからの電気信号を光信号に変換する４個の１．３μｍ帯のＤＦＢ（分布帰還型）−ＬＤと、各ＬＤの光信号を波長多重する光合波器として４個の光フィルタとを備え、これらをＳＵＳなどのＹＡＧ溶接性が良好で、かつ熱膨張係数が小さい金属からなる箱状の光アセンブリ用ベース１内に収納したものである。各ＬＤは、光素子としてのＬＤ素子をそれぞれＣａｎパッケージに収納したものである。

光フィルタは、所定の波長帯域の波長の光信号を反射し、それ以外の波長帯域の光信号を透過するものである。光送信アセンブリ５２には、光フィルタからの波長多重した光信号を伝送する送信用ピッグテイルファイバ５４ｔが光コネクタを介して接続される。

光受信アセンブリ５３には、ピッグテイルファイバ５４ｒが光コネクタを介して接続される。光受信アセンブリ５３は、受信用光ファイバからの波長多重光信号を分波する光分波器と、分波された光信号を電気信号に変換する４個のＰＤ（フォトダイオード）とを備える。光分波器としては、４層の誘電体多層フィルタを用いる。

回路基板５１には、光受信アセンブリ５３からの電気信号を伝送する受信用レーンも形成される。回路基板５１の他端（送受信路側）は、図示しない端子を形成したカードエッジ部であり、ネットワーク機器に備えたカードエッジコネクタに嵌合することで、光トランシーバ５０の活線挿抜が可能となっている。

送受信用ピッグテイルファイバは、それぞれ光コネクタを介してＳＣ光アダプタ５５の他端側に接続される。このＳＣ光アダプタ５５の一端側にそれぞれ光コネクタを介して送受信用光ファイバが接続される。

光トランシーバ５０の動作を簡単に説明すると、ネットワーク機器からの３．１２５Ｇｂｉｔ／ｓの４つの送信用電気信号は、各ＬＤで４つの光信号に変換され、これら光信号が光フィルタで合波されて波長多重光信号として送信用光ファイバに送信される。他方、受信用光ファイバからの波長多重光信号は、光分波器で４つの光信号に分波され、各ＰＤで４つの電気信号に変換され、４つの受信用電気信号ネットワーク機器に伝送される。

この光トランシーバ１０の寸法は、全長が約８０ｍｍ、幅が約４０ｍｍ、回路基板５１の長さが５０〜６０ｍｍである。

さて、図１は、本発明の好適な実施形態である光アセンブリとしての光送信アセンブリに用いる光アセンブリ用ベースの斜視図、図２はこれをＣａｎ接合部側から見た斜視図、図３（ａ）は図２の３Ａ−３Ａ線断面図（横断面）、図３（ｂ）は図２の３Ｂ−３Ｂ線断面図（縦断面図）、図３（ｃ）は図１の３Ｃ−３Ｃ線断面図である。

図１〜図３に示すように、光送信アセンブリ（ＴＯＳＡ）は、回路基板からの電気信号を光信号に変換する４個のＬＤと、これらＬＤからの光信号を合波して波長多重する光合波器として４個の光フィルタとを備える。光アセンブリ用ベース１は、これら４個のＬＤ、４個の光フィルタを所定の角度で長さ方向に沿って複数個並列に高精度に位置決めして収納するものである。

この光アセンブリ用ベース１は、ベース本体２の上面２ｕに、各光素子を収納したＣａｎパッケージを接合するための４個のＣａｎ接合部（Ｃａｎ収納部）３ａ〜３ｄがベース本体２の長さ方向に沿って形成される。各Ｃａｎ接合部３には、ＬＤの出射面が下向きになるようにＣａｎパッケージが収納されて接合される。これら各Ｃａｎ接合部３ａ〜３ｄは、Ｃａｎパッケージごとに分けて形成されたものである。各Ｃａｎ接合部３ａ〜３ｄの上端となるＣａｎ接合面３ｕは、円環状の突起部の上面である。

ベース本体２の各Ｃａｎ接合部３ａ〜３ｄの下側には、ＬＤからの光を集光するレンズを収納するためのレンズ収納部４（図３（ａ）および図３（ｂ）参照）が形成される。ベース本体２のレンズ収納部４の中央には、ＬＤからの光を上方から下方に伝搬する垂直光路ＶＬが下方に延出形成される。

ベース本体２の下部の内側で、垂直光路ＶＬの下方には、ベース本体２の長さ方向に沿って水平光路ＨＬを形成し、さらに水平光路ＨＬの両側のベース本体２には、光フィルタを接合するための４個のフィルタ接合部５ａ〜５ｄが形成される。

ベース本体２の下方は開放形成され、その開放部の一部が水平光路ＨＬで構成される。各フィルタ接合部５ａ〜５ｄは、ベース本体２の水平方向あるいは垂直方向に対して４５°傾斜して形成され、一方の面が垂直光路ＶＬおよび水平光路ＨＬに臨むように配置される。各フィルタ接合部５ａ〜５ｄの中央部には、その各フィルタ接合部５ａ〜５ｄに接合した光フィルタでＬＤからの光を反射させ、かつ上流側の光フィルタからの光を透過させるための光路用穴６が形成される。

ベース本体２の前面２ｆには、レセプタクル部を接合するための凹状のレセプタクル接合部７が形成される。レセプタクル接合部７は、ベース本体２の前面２ｆから後面側に若干凹んで浅く形成されていればよい。レセプタクル部は、波長多重光信号を送信用ピッグテイルファイバに伝送するためのものである。

図３（ａ）に示すように、ベース本体２は、垂直光路ＶＬを中心に中実部分の縦断面が略Ｈ字構造（図３（ａ）中の一点鎖線）を有する。さらに図３（ｂ）に示すように、ベース本体２は、垂直光路ＶＬを中心に中実部分の縦断面が各Ｃａｎ接合部３ごとに略Ｈ字構造が繰り返される構造（図３（ｂ）中の一点鎖線）を有する。

また、図３（ｃ）に示すように、ベース本体２は、縦断面および横断面に垂直な切断面（ベース本体２の上面２ｕに平行な平面でベース本体２を切断したときの切断面）が各Ｃａｎ接合部３ごとに略ロの字構造（図３（ｃ）中の一点鎖線）が繰り返される構造を有する。

以上の構成である光アセンブリ用ベース１は、ＳＵＳなどのＹＡＧレーザ溶接性が良好で、かつ熱膨張係数が小さい金属を用いて、例えば、ＭＩＭ（金属粉末射出成形）法で製造される。

次に、光送信アセンブリの製造方法を、これに用いる光アセンブリ用ベース１の製造方法と共に説明する。

まず、図４に示すように、上金型４１ｕ、下金型４１ｄ、スライド金型４１ａ，４１ｂを用意する。

上金型４１ｕは、垂直光路ＶＬを形成するための、かつＣａｎパッケージおよびレンズが嵌合するための中実体４２を形成したものである（図４ではＣａｎ接合部３ａ〜３ｄをまとめてＣａｎ接合部３とした）。下金型４１ｄは、水平光路ＨＬを形成するための水平光路形成部材４３と、フィルタ接合部５（図４ではフィルタ接合部５ａ〜５ｄをまとめてフィルタ接合部５とした）を形成するためのフィルタ接合部形成部材４４とを形成したものである。

スライド金型４１ａは、上金型４１ｕと下金型４１ｄの側面から挿入され、ベース本体２の側面に、ベース本体２に取り付けるフタを止めるための突起を形成するための金型である。スライド金型４１ｂは、上金型４１ｕと下金型４１ｄの前面から挿入され、レセプタクル接合部７を形成するための突起部４５を形成したものである。

各金型を用意した後、上金型４１ｕと下金型４１ｄを重ね、これにスライド金型４１ａ，４１ｂを挿入してベース１用の原料を注入し、原料が固まったことを確認した後、スライド金型４１ａ，４１ｂを引き抜き、上金型４１ｕを上方に取り外すと共に、下金型４１ｄを下方に取り外す（上金型４１ｕと下金型４１ｄを垂直に移動させる）ことで、光アセンブリ用ベース１を製造する。

そして、この光アセンブリ用ベース１を用いて、各レンズ収納部４にレンズを収納し、各Ｃａｎ接合部３ａ〜３ｄに、ＬＤ素子をそれぞれＣａｎパッケージに収納してなる４個のＬＤを収納して接合し、各フィルタ接合部５ａ〜５ｄに裏面から光フィルタを接合し、レセプタクル接合部７にレセプタクル部を接合すると、光送信アセンブリが得られる。光送信アセンブリは、回路基板にＬＤのリードが下向きとなるように搭載される。

この光送信アセンブリでは、各ＬＤから出射した光は垂直光路ＶＬを通って下方に伝搬し、各光フィルタで反射、合波されて水平光路ＨＬを通り、波長多重光信号としてレセプタクル部から送信用ピッグテイルファイバに伝送される。

本実施形態の作用を説明する。

光アセンブリ用ベース１を用いた光送信アセンブリは、ベース本体２の上面にＣａｎ接合部３ａ〜３ｄを形成し、ベース本体２の下部の内側にフィルタ接合部５ａ〜５ｄを形成している。すなわち、光アセンブリ用ベース１を用いた光送信アセンブリでは、Ｃａｎ接合部３ａ〜３ｄとフィルタ接合部５ａ〜５ｄの位置を上下の対称関係にすることで、寸法精度を上げやすい構造にすることができる。

また、Ｃａｎ接合部３ａ〜３ｄはＣａｎパッケージごとに分けて形成しているため、言い換えれば従来のＣａｎ接合面のような大きな１つの平面を、個々の小さい（狭い）円形の平面に分けることで、部分的なＣａｎ接合面３ｕの平面度を均一にしやすく、Ｃａｎパッケージごとの平面度の修正も容易にできる。

凹状のレセプタクル接合部７は、従来と異なり凸状でなく、しかも深さが浅いため、光アセンブリ用ベース１を用いた光送信アセンブリを全体的に対称に近い構造にすることができ、変形の影響を小さくする構造にできる。しかも、金型による作製時に光アセンブリ用ベース１の熱収縮が均一になる。

なお、各Ｃａｎ接合部３ａ〜３ｄのＣａｎ接合面３ｕはベース本体２から出っ張っているが、Ｃａｎパッケージごとに分けて形成されているため、金型による作製時に熱収縮が不均一になっても、個別に寸法修正することで対応できる。

さらに、ベース本体２では、従来のバスタブ構造とは異なり、縦断面および横断面は略Ｈ字構造を有し、縦断面および横断面に垂直な切断面は各Ｃａｎ接合部３ａ〜３ｄの周りをベース本体２の材料で覆った略ロの字構造を有する。このため、光アセンブリ用ベース１は、材料力学や構造力学でいう２次の断面モードが高くなり、光アセンブリ用ベース１を用いた光送信アセンブリを変形やねじれに強い構造にすることができる。

また、光送信アセンブリの製造方法によれば、Ｃａｎパッケージが嵌合するための中実体４２を形成した上金型４１ｕを上方へ取り外すと共に、光路形成部材４３、フィルタ接合部形成部材４４を形成した下金型４１ｄを下方に取り外すことで、光アセンブリ用ベース１を製造する。

つまり、上金型４１ｕ、下金型４１ｄを必要な面に対して垂直に抜くことで、金型の抜きテーパの影響を受けない構造にすることができ、金型による製造方法によっても、フィルタ接合部５の角度を精度よく安定させることができる。

これにより、光アセンブリ用ベース１、ひいては光送信アセンブリを金型で高精度に製造できるので、切削加工で作製する場合に比べてコストを大幅に下げることができる。

したがって、光送信アセンブリ１は、組み立て作業性が向上し、部品製作の簡素化が図れ、また寸法精度を高めることが容易となる。

上記実施形態では、４個のＬＤを収納した光アセンブリ用ベース１を用いた光送信アセンブリの例で説明したが、光送信アセンブリとしては、複数個のＬＤを収納した光アセンブリ用ベースを用いたものであればよい。

また、上記実施形態では、光アセンブリとして光送信アセンブリの例で説明したが、光アセンブリとしては光受信アセンブリであってもよい。この光受信アセンブリは、図５で説明した光受信アセンブリ５３とは異なるタイプのものである。

この光受信アセンブリは、４波の波長多重光信号を４つの光信号に分波（波長分離）する光分波器としての４個の光フィルタと、各光フィルタからの光信号をそれぞれ電気信号に変換する４個のＰＤとを備える点では光受信アセンブリ５３と同じである。

ここでいう光受信アセンブリは、図１および図２の光アセンブリ用ベース１を用いて、各レンズ収納部４にレンズを収納し、各Ｃａｎ接合部３ａ〜３ｄに、光素子としてのＰＤ素子をそれぞれＣａｎパッケージに収納してなる４個のＰＤを収納して接合し、各フィルタ接合部５ａ〜５ｄに裏面から光フィルタを接合し、レセプタクル接合部７にレセプタクル部を接合して得られる。

この光受信アセンブリによっても、上述した光送信アセンブリと同じ作用効果が得られる。もちろん、光受信アセンブリとしては、複数個のＰＤを収納した光アセンブリ用ベースを用いたものであればよい。

本発明の好適な実施形態である光アセンブリに用いる光アセンブリ用ベースの斜視図である。図１に示した光アセンブリ用ベースのＣａｎ接合部側からみた斜視図である。図３（ａ）は図２の３Ａ−３Ａ線断面図（横断面図）、図３（ｂ）は図２の３Ｂ−３Ｂ線断面図（縦断面図）、図３（ｃ）は図１の３Ｃ−３Ｃ線断面図である。図１に示した光アセンブリ用ベースの製造方法を示す斜視図である。図１に示した光アセンブリ用ベースを用いた光アセンブリを光トランシーバに使用した場合の内部構成を示す斜視図である。従来の光アセンブリに用いる光アセンブリ用ベースとその製造方法を説明する斜視図である。

符号の説明

１光アセンブリ用ベース
２ベース本体
３ａ〜３ｄＣａｎ接合部
５ａ〜５ｄフィルタ接合部

Claims

電気信号を光信号に、または光信号を電気信号に変換する光素子を複数個並列に収納すると共に、その各光素子の光信号を波長多重、または波長分離する複数個のフィルタを有する光アセンブリにおいて、複数個の上記光素子と複数個の上記フィルタとを収納するベースの上面に、各光素子を収納したＣａｎパッケージを接合するためのＣａｎ接合部を形成し、上記ベースに、その長さ方向に沿って光路を形成し、さらに光路の両側の上記ベースに、上記フィルタを接合するためのフィルタ接合部を形成したことを特徴とする光アセンブリ。
上記ベース本体の上面に、上記Ｃａｎパッケージごとに分けて上記Ｃａｎ接合部をそれぞれ形成した請求項１記載の光アセンブリ。
上記ベース本体の前面に、波長多重光信号を光ファイバに伝送するためのレセプタクル部が接合される凹状のレセプタクル接合部を形成した請求項１または２記載の光アセンブリ。
上記ベース本体は、縦断面および横断面が略Ｈ字構造を有し、縦断面および横断面に垂直な切断面が略ロの字構造を有する請求項１〜３いずれかに記載の光アセンブリ。
電気信号を光信号に、または光信号を電気信号に変換する光素子を複数個並列に収納すると共に、その各光素子の光信号を波長多重、または波長分離する複数個のフィルタを有する光アセンブリの製造方法において、上金型に各光素子を収納したＣａｎパッケージが嵌合するための中実体を形成し、下金型に、複数個の上記光素子と複数個の上記フィルタとを収納するベースの長さ方向に沿う光路を形成するための光路形成部材と、その光路形成部材の両側に上記フィルタを接合するためのフィルタ接合部形成部材とを形成し、上記上金型と下金型を重ねて上記ベースの原料を注入した後、上記上金型を上方へ取り外すと共に、上記下金型を下方に取り外して上記ベースを製造することを特徴とする光アセンブリの製造方法。