JP2007298643A - 光素子モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学レンズ固定部が外力や外気の影響を受けにくく、小型で安定な光素子モジュールを簡易に製造する。
【解決手段】光素子１と光ファイバ２との間に光学レンズ３を配置して光学結合をとり、かつ、光学レンズと光ファイバは光素子を封入したモジュールパッケージ４の外部にあって、それぞれ独立してモジュールパッケージに固定する。また、モジュールパッケージと光ファイバとの間に、光学レンズを内部に包含する形態のファイバ支持台１３を配置する。組み立ては、まず、光素子をモジュールパッケージ内に搭載して、該モジュールパッケージを気密封止し、その後、光ファイバと光学レンズとを位置合せして、先に、光学レンズをモジュールパッケージに固定した後、ファイバ支持台を、光学レンズとは接触しないようにモジュールパッケージに固定し、次に、光ファイバを位置合せして、ファイバ支持台に固定して組立てる。
【選択図】図１

Description

本発明は光通信や光信号計測用などとして用いられる光素子モジュール及びその製造方法に関する。

図４及び図５は従来の光素子モジュールの基本構成図であり、図４には正面視の断面図、図５には側面視の断面図を示している。（従来例としては、下記の非特許文献１に記載ものがある）

図４及び図５において、１はレーザダイオード（ＬＤ）やフォトダイオード（ＰＤ）といった光素子、２は光ファイバ、３は光学レンズ、４はモジュールパッケージ、５は光素子搭載用キャリヤ、６は外側が金属製のフェルール、７はレンズ固定用のレンズホルダ、８はフェルールカラー、９はレンズカラー、１０は気密封止用の蓋、１１は光信号を通すためのガラス窓である。

この光素子モジュールを組立てるには、まず光素子１をキャリヤ５にダイボンダ等で搭載し、そのキャリヤ５をモジュールパッケージ４の中にハンダ等で固定する。ワイヤボンダでモジュールパッケージ４とキャリヤ５間の電気配線を行なった後、蓋１０をシーム溶接機でモジュールパッケージ４に溶接し、気密封止する。

一方、光学レンズ３はハンドリングのしやすさとフェルール固定部を設けるためにあらかじめレンズホルダ７に溶接固定しておく。光ファイバ２もレーザ溶接できるようにあらかじめ金属製フェルール６に挿入して接着固定した上で、端面を研磨して無反射コートを施しておく。
そして、モジュールパッケージ４に対して、レンズホルダ７と金属製フェルール６をそれぞれ調心して最適な光学結合が取れる位置を探し出す。
その位置で、まずモジュールパッケージ４とレンズホルダ７とをレンズカラー９を介してＹＡＧレーザで溶接固定する。
溶接で多少光学レンズ３の位置がずれるので再度光ファイバ２を調心してから、フェルールカラー８を介して金属製フェルール６とレンズホルダ７とをＹＡＧレーザで溶接固定する。かくして、光素子モジュールが完成する。

1995 Proceedings 45th Electronic Components & Technology Conference,"Packaged High Gain Unidirectional 1300 nm MQW Laser amplifiers, "pp.751-758）。

上記従来の光素子モジュールのような構成になっていると、光ファイバ２に外力が加わった際、この外力が光学レンズ３にも力が伝わって光軸変動が生じる可能性がある。光学レンズ部で生じた位置ずれは光学系で増幅されて影響が大きくなるため、特に長期的な安定性に問題があった。
また、通常この様な光学系を固定する部材は、錆びない様にステンレスやメッキ処理を施した材料を用いるが、溶接したポイントでは組成が変動し、メッキも飛んでしまうのでどうしても錆びやすくなってしまう。ここが外気と直接接しているとやはり長期的には溶接部が錆びてレンズの軸ずれを招きやすいといった問題もあった。

従って、本発明の目的は、光学レンズ固定部が外力や外気の影響を受けにくく、小型で安定な光素子モジュールを簡易に製造することにある。

本発明ではかかる課題を解決するため、
光素子と光ファイバとを光学結合させてなる光素子モジュールであって、
前記光素子と前記光ファイバとの間に（少なくとも１枚の）光学レンズを配置して光学結合をとり、かつ、
前記光学レンズと前記光ファイバは前記光素子を封入したモジュールパッケージの外部にあって、それぞれ独立して前記モジュールパッケージに固定（溶接固定等）されている
ことを特徴とする。

あるいはそれらに加えて、
前記の光素子モジュールにおいて、
前記光学レンズ（の少なくとも１枚）を外部から保護しつつ前記光ファイバを固定するため、
前記モジュールパッケージと前記光ファイバとの間に、
前記光学レンズを内部に包含する形態の（例えば円筒形の）ファイバ支持台を配置した
ことを特徴とする。

そして、このような光素子モジュールを組み立てる方法として、
まず、前記光素子を前記モジュールパッケージ内に搭載して、該モジュールパッケージを気密封止し、
その後、前記光ファイバと前記光学レンズとを位置合せして、
先に、前記光学レンズを前記モジュールパッケージに固定（溶接固定等）した後、
前記ファイバ支持台を、前記光学レンズとは接触しないように前記モジュールパッケージに固定（溶接固定等）し、
次に、前記光ファイバを位置合せして、前記ファイバ支持台に固定（溶接固定等）して組立てる
ことを特徴とする光素子モジュールの製造方法を用いる。

本発明によれば、光学レンズと光ファイバはそれぞれ独立してモジュールパッケージに固定されており、光学レンズが光ファイバと直接接触していないので、光ファイバに外力が加わっても、光学結合の要となる光学レンズには前記外力が加わらなくなるため、前記外力が光学レンズに加わって光学結合が変動する危険性を減らすことができる。このため、光素子モジュールの光学結合の安定化が図れる。
また、光学レンズをファイバ支持台の内部に包含する形態であるため、光学レンズの固定部が直接外気にさらされないので長期的な信頼性も向上することが期待できる。
さらに、ファイバ支持台を従来例のレンズホルダと同径とした場合でも、レンズカラーの無い分だけモジュールパッケージの小形化が図れる優位性もある。

以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１及び図２は本発明の実施の形態例に係る光素子モジュールの基本構成図であり、図１には正面視の断面図、図２には側面視の断面図を示している。図３は前記光素子モジュールを組立てる手順を説明するための図である。

図１〜図３において、１はレーザダイオード（ＬＤ）やフォトダイオード（ＰＤ）といった光素子、２は光ファイバ、３は光学レンズ、４はモジュールパッケージ、５は光素子搭載用キャリヤ、６は外側が金属製のフェルール、８はフェルール固定用のフェルールカラー、９はレンズ固定用のレンズカラー、１０は気密封止用の蓋、１１は光信号を通すためのガラス窓、１２はレンズ保持用の円筒、１３はファイバ支持台、１４は調心用治具である。図３の黒矢印はＹＡＧレーザ溶接の方向、黒丸が溶接ポイントを表している。

図１及び図２に示す光素子モジュールは、光素子１と光ファイバ２とを光学結合させてなる光素子モジュールであって、光素子１と光ファイバ２との間に光学レンズ３を配置して光学結合をとり、かつ、１つの光学レンズ３と光ファイバ２は光素子１を封入したモジュールパッケージ４の外部にあって、それぞれ独立してモジュールパッケージ４に固定されている。
光素子１はキャリヤ５に搭載され、キャリヤ５はモジュールパッケージ４の中に固定されている。光学レンズ３はレンズ保持用円筒１２付きのものであり、レンズカラー９を介してモジュールパッケージ４の固定部４ａに固定されている。
また、光学レンズ１２を外部から保護しつつ光ファイバ２を固定するため、モジュールパッケージ４と光ファイバ３との間に、光学レンズ３を内部に包含する形態のファイバ支持台１３を配置した構成となっている。ファイバ支持台１３は円筒状であり、一端部１３ａが、モジュールパッケージ４の固定部４ａに形成された段差部４ｂに嵌合した状態で光学レンズ３（レンズカラー９）に接触しないように固定部４ａに固定されている。光ファイバ２は、金属製フェルール８を介してファイバ支持台１３の他端部１３ｂに固定されている。

この光素子モジュールの光素子１の搭載からモジュールパッケージ４の封止までの組立手順は従来例と同様である。即ち、まず光素子１をキャリヤ５にダイボンダ等で搭載し、そのキャリヤ５をモジュールパッケージ４の中にハンダ等で固定する。ワイヤボンダでモジュールパッケージ４とキャリヤ５間の電気配線を行なった後、蓋１０をシーム溶接機でモジュールパッケージ４に溶接し、気密封止する。

その後の手順は以下の様になる。
１．光学レンズの調心固定（図４（ａ）参照）
光学レンズ３をモジュールパッケージ４に対して調心固定する。この際光学レンズ３はそのままでは小さくて保持するのが難しいため保持用に円筒１２を溶接しておく。なお、光素子１がＬＤの場合は、これを光アイソレータで兼用することも可能である。その保持用円筒１２付の光学レンズ３を、調心用治具１４にはめ込んで、モジュールパッケージ４に対して光学レンズ３を調心して、レンズカラー９を介してモジュールパッケージ４に溶接固定する。なお、調心用治具１４はレンズ着脱部１４ａと光ファイバ２とを備え、光学レンズ３に対して光ファイバ２があらかじめ理想的な位置にくるように光ファイバ２を固定してある物である。
２．ファイバ支持台の固定（図４（ｂ）参照）
調心用治具１４を光学レンズ３から外し、ファイバ支持台１３をモジュールパッケージ４に溶接固定する。
３．光ファイバの調心固定（図４（ｃ）参照）
光ファイバ２を固定した金属製フェルール６をモジュールパッケージ４に対して調心して、フェルールカラー８を介してファイバ支持台１３に溶接固定する。

本実施の形態例の光素子モジュールによれば、光学レンズ３と光ファイバ２はそれぞれ独立してモジュールパッケージ４に固定されており、光学レンズ３が光ファイバ２と直接接触していないので、光ファイバ２に外力が加わっても、光学結合の要となる光学レンズ３には前記外力が加わらなくなるため、前記外力が光学レンズに加わって光学結合が変動する危険性を減らすことができる。このため、光素子モジュールの光学結合の安定化が図れる。
また、光学レンズ３をファイバ支持台１３の内部に包含する形態であるため、光学レンズ３の固定部が直接外気にさらされないので長期的な信頼性も向上することが期待できる。
さらに、ファイバ支持台１３を従来例のレンズホルダと同径とした場合でも、レンズカラーの無い分だけモジュールパッケージ４の小形化が図れる優位性もある。

また、上記の組立工程で、調心は全てモジュールパッケージ４と光ファイバ２の２体調心で済むので従来例のパッケージ／レンズ／ファイバの３体を調心する場合に比べ装置のコストは低くできる。
ファイバ支持台１３を固定する工程では、図に示した様にモジュールパッケージ４にあらかじめファイバ支持台１３がピッタリはまるような段差部ｂを形成しておけばそこにファイバ支持台１３を載せるだけで光学レンズ３と触らないように正確に位置決めできる上、平面に置くだけの状態より溶接面積も増やせるので安定度も向上する。

本発明は光通信や光信号計測用などとして用いられる光素子モジュール及びその製造方法に関するものであり、特に光素子モジュールの小形化、安定化に有用なものである。

本発明の実施の形態例に係る光素子モジュールの基本構成図（正面視の断面図）である。 本発明の実施の形態例に係る光素子モジュールの基本構成図（側面視の断面図）である。 前記光素子モジュールを組立てる手順を説明するための図である。 従来の光素子モジュールの基本構成図（正面視の断面図）である。 従来の光素子モジュールの基本構成図（側面視の断面図）である。

符号の説明

１ 光素子
２ 光ファイバ
３ 光学レンズ
４ モジュールパッケージ
４ａ モジュールパッケージの固定部
４ｂ モジュールパッケージの段差部
５ キャリヤ
６ 金属製フェルール
８ フェルールカラー
９ レンズカラー
１０ 蓋
１１ ガラス窓
１２ 円筒
１３ ファイバ支持台
１３ａ ファイバ支持台の一端部
１３ｂ ファイバ支持台の他端部
１４ 調心用治具
１４ａ レンズ着脱部

Claims (3)

1. 光素子と光ファイバとを光学結合させてなる光素子モジュールであって、
   前記光素子と前記光ファイバとの間に光学レンズを配置して光学結合をとり、かつ、
   前記光学レンズと前記光ファイバは前記光素子を封入したモジュールパッケージの外部にあって、それぞれ独立して前記モジュールパッケージに固定されている
   ことを特徴とする光素子モジュール。
2. 請求項１に記載の光素子モジュールにおいて、
   前記光学レンズを外部から保護しつつ前記光ファイバを固定するため、
   前記モジュールパッケージと前記光ファイバとの間に、
   前記光学レンズを内部に包含する形態のファイバ支持台を配置した
   ことを特徴とする光素子モジュール。
3. 請求項２に記載の光素子モジュールを組立てるに当たり、
   まず、前記光素子を前記モジュールパッケージ内に搭載して、該モジュールパッケージを気密封止し、
   その後、前記光ファイバと前記光学レンズとを位置合せして、
   先に、前記光学レンズを前記モジュールパッケージに固定した後、
   前記ファイバ支持台を、前記光学レンズとは接触しないように前記モジュールパッケージに固定し、
   次に、前記光ファイバを位置合せして、前記ファイバ支持台に固定して組立てる
   ことを特徴とする光素子モジュールの製造方法。

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