JP2009223263A

JP2009223263A - 光モジュール

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Publication number: JP2009223263A
Application number: JP2008070788A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Ozawa; 淳小沢
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 2008-03-19
Filing date: 2008-03-19
Publication date: 2009-10-01

Abstract

【課題】光ファイバと光素子との接着作業の作業性を向上させるとともに、光導波路に上方から応力が加わらない光モジュールを提供する。
【解決手段】開口部１１ａを有する筐体１１と、筐体１１内の基準平面１１ｂ上に固定され、電気光学効果を有する基板１３の表面に光導波路１４が形成された光素子１５と、光導波路１４の光導波路端面１４ａと光結合する端部を有する光ファイバ１６と、光ファイバ１６を挿通させる挿通孔を有し、光導波路端面１４ａに光ファイバ１６の端部を光結合させるビーズ１７とを含み、ビーズ１７は、光導波路１４の光導波路端面１４ａと接合される光導波路端面接合面を有する円柱状の本体部と、本体部から突出し、光素子１５の上面１５ａと接合される上面接合面を有し、光素子１５と接合時に光導波路１４の上方位置となる部位に切欠き部を有する突出部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、光モジュールに係り、特に、光素子と光ファイバの接着強度を高めるためのビーズを有する光モジュールに関する。

近年、高速かつ大容量の光通信システムが実用化されており、このような光通信システムに組み込むための発光素子、受光素子、変調素子などの高速かつ小型な光素子の開発が盛んに進められている。光通信システムにおいては、光素子は２０年を超える長期間に渡って安定に動作することが要求される。

これらの光素子の光導波路には、光の伝搬のための光ファイバが結合される。光素子と光ファイバとは結合損失が最小となるように結合されるが、上述の要求に応えるためには、その結合状態が長期間に渡って維持される必要がある。

そこで、図８の斜視図に示すように、光素子１０１の光導波路が形成された面（以下、光導波路面と記す）１０２上にやとい１０３を接着固定するとともに、光ファイバ１０５の先端にビーズ１０４を接着固定することにより、光素子と光ファイバの接着強度を高めることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

さらに、特許文献１には、光ファイバ１０５として偏波保持光ファイバの一種であるパンダファイバを用いた例が開示されている。光素子１０１とパンダファイバとの接着作業の際に偏波方向と光軸を同時に一致させるために、ビーズ１０４に平坦部１０６を設け、ビーズ１０４の平坦部１０６とパンダファイバの応力付与方向が平坦部１０６に対して平行、あるいは、垂直となるように、パンダファイバの先端にビーズ１０４を取り付けている。
特開２００３−２８７６５１号公報（［０００２］、［００２４］、図９、図１１）

しかしながら、特許文献１に開示された従来の光素子においては、光ファイバと光素子との接着作業に先立って、光素子の光導波路面上にやといを接着剤によって固定する必要があり、作業性が悪いという課題があった。

また、やといを光導波路面上に固定するための接着剤の熱膨張係数が光導波路面およびやといの熱膨張係数と異なるため、高温環境においては光素子の基板表面に形成された光導波路に応力が加わり、光ファイバからの入射光の偏波方向が所望の方向からずれるという課題があった。

本発明は、従来の課題を解決するためになされたものであって、光ファイバと光素子との接着作業の作業性を向上させるとともに、光導波路に上方から応力が加わらない光モジュールを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の光モジュールは、その表面に光導波路を有する光素子と、前記光素子の端に形成された光導波路端に光を入力、あるいは前記光導波路を通過した光を光導波路端から受ける光ファイバと、長さ方向に前記光ファイバを挿通させる挿通孔を有し、前記光ファイバを前記光導波路と光結合させて前記光素子と固定するビーズとを含む光モジュールであって、前記ビーズは、前記光素子の端に接するとともに、その一部が前記ビーズの長さ方向に突出して前記光素子の表面および裏面の少なくとも一方に接して構成されており、それら前記光素子と前記ビーズとが接している部位にて両者が接着固定されていることを特徴とする構成を有している。
この構成により、やといの使用を省略できるので、光ファイバと光素子との接着作業の作業性を向上させることができる。

また、本発明の光モジュールは、前記ビーズは、その一部が前記ビーズの長さ方向に突出して前記光導波路が形成された前記光素子の表面に接しており、前記光導波路の上方に位置する部位に前記ビーズの長さ方向に切欠き部を有することを特徴とする構成を有している。
この構成により、光素子の光導波路に上方から応力が加わらないようにすることができる。

また、本発明の光モジュールは、前記光ファイバが偏波保持光ファイバでなり、前記ビーズが前記光素子と接している面の方向と前記偏波保持光ファイバの偏波方向とが、所定の向き関係を有していることを特徴とする構成を有している。
この構成により、光ファイバと光素子との接着作業時に偏波保持光ファイバの偏波方向を容易に判別できる。

本発明は、光ファイバと光素子との接着作業の作業性を向上させるとともに、光導波路に上方から応力が加わらない光モジュールを提供することができるものである。

以下、本発明に係る光モジュールの実施形態について、図面を用いて説明する。
（第１の実施形態）
本発明に係る光モジュールの第１の実施形態を図１および図２に示す。図１（ａ）、（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ光モジュール１の要部の構造を示す上面図、側面図および斜視図である。図２は光モジュール１の構成を示す分解斜視図である。

即ち、図１および図２に示すように、第１の実施形態の光モジュール１は、開口部１１ａを有する筐体１１と、筐体１１の上部に固定される蓋部材１２と、筐体１１内の基準平面１１ｂ上に固定され、電気光学効果を有する基板１３の表面に光導波路１４が形成された光素子１５と、光導波路１４の光導波路端面１４ａと光結合する端部１６ａを有する光ファイバ１６と、光ファイバ１６を挿通させる挿通孔１７ａを有し、光導波路端面１４ａに光ファイバ１６の端部１６ａを光結合させるビーズ１７とを含む。

図１に示した光素子１５は、例えば導波路型ＬＮ光変調器チップである。ＬＮ光変調器チップは、光導波路１４を伝播する光波にマイクロ波による電界を作用させて、電気光学効果によって変調を行う光素子である。ＬＮ光変調器チップの基板１３は、電気光学効果を有する強誘電体であるＬｉＮｂＯ₃（ニオブ酸リチウム）からなる。光導波路１４は、基板１３にＴｉ等を熱拡散させることによって基板表面に数μｍの深さで形成され、基板１３に対して高屈折率を有する。さらに、ＬＮ光変調器チップは、図示しないバッファ層と、光波にマイクロ波による電界を作用させるための図示しないマイクロ波伝播導波路（例えばコプレーナ線路）とを基板１３の光導波路１４が形成された層上に有している。

図３にビーズ１７の形状の一例を示す。図３（ａ）はビーズ１７の斜視図、図３（ｂ）〜（ｅ）は４面図であり、同（ｂ）は上面図、同（ｃ）は正面図、同（ｄ）は側面図、同（ｅ）は背面図である。

ビーズ１７は、図３に示すように、光導波路１４の光導波路端面１４ａと接合される第１の平坦面（以下、光導波路端面接合面と記す）１７ｂを有する円柱状の本体部１７１と、本体部１７１から突出し、光素子１５の光導波路１４が形成された側の面（以下、上面と記す）１５ａと接合される第２の平坦面（以下、上面接合面と記す）１７ｃを有し、光素子１５と接合時に光導波路１４の上方位置となる部位に切欠き部１７ｄを有する突出部１７２とを備える。

ここで、光ファイバ１６の端部１６ａと光導波路端面１４ａとが十分に光結合するように、挿通孔１７ａの中心から上面接合面１７ｃまでの距離ｄ₁は、光素子１５の上面１５ａから光導波路１４の光導波路端面１４ａの中心までの距離ｄ（典型的には１０μｍ）と同程度であることが好ましい。このとき、挿通孔１７ａの中心から切欠き部１７ｄの上面までの距離ｄ₂は１００μｍ程度であることが好ましい。

ビーズ１７の材質としては、例えば、ガラスなどのシリコン材料、金属、セラミックス、プラスチックを用いるとよい。また、これらの複合体からなっていてもよい。

なお、図１においては、光素子１５の厚みｔとビーズ１７の上面接合面１７ｃの高さｄ₃が等しく、筐体１１の基準平面１１ｂ上に光素子１５の上面１５ａに対向する面（以下、下面と記す）１５ｂおよびビーズ１７が接して配置される例を示したが、必ずしも光素子１５の厚みｔとビーズ１７の上面接合面１７ｃの高さｄ₃が等しくなくてもよい。例えば、ｔ＞ｄ₃の場合にはビーズ１７と基準平面１１ｂとの間に隙間が生じるが、ビーズ１７は２つの平坦面（光導波路端面接合面１７ｂおよび上面接合面１７ｃ）で光素子１５と接着固定されているため、スペーサ部材等をビーズ１７と基準平面１１ｂとの間に介在させる必要はない。

また、ビーズ１７の形状は、図３に示した例に限定されるものではなく、光導波路１４の光導波路端面１４ａと接合される光導波路端面接合面１７ｂと、切欠き部１７ｄを有し、光素子１５の上面１５ａと接合される上面接合面１７ｃとを備えるものであればよい。例えば、図４に示すように、本体部１７１が下面に平坦面を有する円柱形状（図４（ａ））であっても、あるいは、角柱形状（図４（ｂ））であってもよい。また、光素子１５の光導波路端面１４ａを含む端面１５ｃが斜め端面である場合には、ビーズ１７の光導波路端面接合面１７ｂも斜め端面（図４（ｃ））とすればよい。

なお、光ファイバ１６としては、例えばシングルモード光ファイバや偏波保持光ファイバを用いることができる。例えば偏波保持光ファイバとしてパンダファイバを用いる場合には、図５に示すように、パンダファイバの偏波方向をビーズ１７の上面接合面１７ｃに対して平行（図５（ａ））あるいは垂直（図５（ｂ））とすれば、偏波方向の認識が容易となる。もちろん、角度はこれに限られるものではなく、所望の向き関係を有するように構成すればよい。

以下、本発明に係る光モジュールの製造方法について説明する。
本発明に係る光モジュールの製造方法は、（１）光素子１５を筐体１１の内部に接着固定する光素子接着工程と、（２）光ファイバ１６をビーズ１７の挿通孔１７ａに挿通し、接着固定するビーズ取り付け工程と、（３）ビーズ１７が取り付けられた光ファイバ１６を筐体１１の開口部１１ａに挿通させ、光ファイバ１６と筐体１１に固定された光素子１５とを図示しない接着剤によって接着する光ファイバ接着工程とを含む。

即ち、上記の光素子接着工程（１）においては、開口部１１ａが予め溶接等によって固定された筐体１１の内部に光素子１５を接着固定する。

ビーズ取り付け工程（２）においては、光素子１５の光導波路端面１４ａを含む端面１５ｃと光ファイバ１６との接続面積を増やすために、光ファイバ１６の先端にビーズ１７を取り付け、図示しない接着剤によって接着固定する。

なお、光ファイバ１６の端部１６ａがビーズ１７の光導波路端面接合面１７ｂとほぼ同一平面上となるように、予め光ファイバ１６の端部１６ａを形成しておくことが好ましい。または、ビーズ１７の挿通孔１７ａに予め光ファイバ１６を挿通してから光導波路端面接合面１７ｂおよび端部１６ａを同時に研磨することにより光導波路端面接合面１７ｂと端部１６ａとをほぼ同一平面上となるように形成してもよい。

また、光ファイバ１６として偏波保持光ファイバを用いる場合には、偏波方向がビーズ１７の平坦な上面接合面１７ｃに対して平行（図５（ａ））あるいは垂直（図５（ｂ））となるように偏波保持光ファイバの先端にビーズ１７を取り付けるとよい。

光ファイバ接着工程（３）においては、ビーズ１７の光導波路端面接合面１７ｂおよび上面接合面１７ｃと光ファイバ１６の端部１６ａに図示しない接着剤を塗布する。光素子１５が接着固定された筐体１１を光ファイバ調芯装置に固定し、ビーズ１７が取り付けられた光ファイバ１６を開口部１１ａに挿通させて筐体１１内に引き込んで光素子１５の光導波路端面１４ａに近接させる。光軸調芯を行い光ファイバ１６の端部１６ａと光導波路端面１４ａとを十分な光結合が得られる位置に調整する。この状態でビーズ１７が取り付けられた光ファイバ１６を光素子１５の端面１５ｃおよび上面１５ａに接着固定する。

この後、光ファイバ接着工程（３）を経た光モジュール１に対して、光ファイバ１６と開口部１１ａとの間で筐体１１を半田によって気密封止する。最後に、蓋部材１２をシーム溶接等により筐体１１に固定して、光モジュール１が完成する。

以上説明したように、第１の実施形態の光モジュールは、やといの使用を省略できるので、光ファイバと光素子との接着作業の作業性を向上させることができるとともに、生産コストを低減することができる。また、ビーズが切欠き部を有するため、光導波路に上方から応力が加わることがない。このため、光ファイバからの入射光の偏波方向が所望の方向からずれることを防止できる。また、光ファイバとして偏波保持光ファイバを用いる場合には、偏波方向がビーズの平坦な上面接合面に対して平行あるいは垂直となるように偏波保持光ファイバの先端にビーズを取り付けることにより、光ファイバと光素子との接着作業時に偏波方向を容易に判別できる。

（第２の実施形態）
本発明に係る光モジュールの第２の実施形態を図６を用いて説明する。図６（ａ）はビーズ２７の形状の一例を示す斜視図、図６（ｂ）はビーズ２７の正面図、図６（ｃ）は光素子モジュールの要部の構造を示す斜視図である。その他の構成に関しては、第１の実施形態と同様である。

ビーズ２７は、光ファイバ１６を挿通させる挿通孔２７ａを有する。さらに、ビーズ２７は、光導波路１４の光導波路端面１４ａと接合される第１の平坦面である光導波路端面接合面２７ｂを有する円柱状の本体部２７１と、本体部２７１から突出し、光素子１５の上面１５ａと接合される第２の平坦面である上面接合面２７ｃ、光素子１５の下面１５ｂと接合される第３の平坦面（以下、下面接合面と記す）２７ｄ、光素子１５と接合時に光導波路１４の上方位置となる部位に切欠き部２７ｅを有する突出部２７２とを備える。

ここで、第１の実施形態と同様に、光ファイバ１６の端部１６ａと光導波路端面１４ａとが十分に光結合するように、挿通孔２７ａの中心から上面接合面２７ｃまでの距離ｄ₁は、光素子１５の上面１５ａから光導波路１４の光導波路端面１４ａの中心までの距離ｄ（典型的には１０μｍ）と同程度であることが好ましい。このとき、挿通孔２７ａの中心から切欠き部２７ｅの上面までの距離ｄ₂は１００μｍ程度であることが好ましい。また、上面接合面２７ｃと下面接合面２７ｄとの距離は光素子１５の厚みｔと同程度であることが好ましい。

なお、図６（ｂ）、（ｃ）から明らかなように、筐体１１の基準平面１１ｂから見た光素子１５の下面１５ｂの高さとビーズ２７の下面接合面２７ｄの高さｄ₄が一致する必要があるため、例えば基準平面１１ｂに高さｄ₄のスペーサ部材等を配置した上に光素子１５を固定するとよい。

また、第１の実施形態と同様に、ビーズ２７の形状が図６に示した例に限定されるものではないことは言うまでもない。

本発明に係る光モジュールの製造方法は、光ファイバ接着工程において、ビーズ２７の光導波路端面接合面２７ｂ、上面接合面２７ｃおよび下面接合面２７ｄと光ファイバ１６の端部１６ａに図示しない接着剤を塗布する点を除いて、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。

以上説明したように、第２の実施形態の光モジュールは、第１の実施形態の効果に加えて、光ファイバと光素子との接着強度をさらに高めることができる。

（第３の実施形態）
本発明に係る光モジュールの第３の実施形態を図７を用いて説明する。図７（ａ）はビーズ３７の形状の一例を示す斜視図、図７（ｂ）はビーズ３７の正面図、図７（ｃ）は光素子モジュールの要部の構造を示す斜視図である。その他の構成に関しては、第１の実施形態と同様である。

ビーズ３７は、光ファイバ１６を挿通させる挿通孔３７ａを有する。さらに、ビーズ３７は、光導波路１４の光導波路端面１４ａと接合される第１の平坦面である光導波路端面接合面３７ｂを有する円柱状の本体部３７１と、本体部３７１から突出し、光素子１５の下面１５ｂと接合される第３の平坦面である下面接合面３７ｄを有する突出部３７２とを備える。

ここで、光ファイバ１６の端部１６ａと光導波路端面１４ａとが十分に光結合するように、挿通孔３７ａの中心から下面接合面３７ｄまでの距離ｄ₅は、光素子１５の下面１５ｂから光導波路１４の光導波路端面１４ａの中心までの距離と同程度であることが好ましい。

なお、図７（ｂ）、（ｃ）から明らかなように、筐体１１の基準平面１１ｂから見た光素子１５の下面１５ｂの高さとビーズ３７の下面接合面３７ｄの高さｄ₄が一致する必要があるため、例えば基準平面１１ｂに高さｄ₄のスペーサ部材等を配置した上に光素子１５を固定するとよい。

また、図７（ｃ）においては、下面接合面３７ｄから光導波路端面接合面３７ｂの頂部までの長さｄ₆が光素子１５の厚みｔよりも大きい場合を示したが、ｄ₆がｔと同程度であってもよい。

また、第１の実施形態と同様に、ビーズ３７の形状が図７に示した例に限定されるものではないことは言うまでもない。

以上説明したように、第３の実施形態の光モジュールは、第１の実施形態の効果に加えて、光導波路面全体に上方から応力が加わらないようにすることができる。

本発明の第１の実施形態の光モジュールの要部の構造を示す上面図、側面図および斜視図本発明の第１の実施形態の光素子モジュールの構成を示す分解斜視図本発明の第１の実施形態のビーズの形状の一例を示す斜視図および４面図ビーズの形状の他の例を示す斜視図挿通孔にパンダファイバが挿通されたビーズの正面図本発明の第２の実施形態のビーズの形状の一例を示す斜視図および正面図本発明の第３の実施形態のビーズの形状の一例を示す斜視図および正面図従来の光モジュールにおける光ファイバと光素子の接続の様子を示す斜視図

符号の説明

１光モジュール
１３基板
１４光導波路
１４ａ光導波路端面
１５光素子
１５ａ上面（光導波路が形成された側の面）
１５ｂ下面（前記光導波路が形成された側の面に対向する面）
１５ｃ端面
１６光ファイバ
１６ａ端部
１７、２７、３７ビーズ
１７ａ、２７ａ、３７ａ挿通孔
１７ｂ、２７ｂ、３７ｂ光導波路端面接合面（第１の平坦面）
１７ｃ、２７ｃ上面接合面（第２の平坦面）
１７ｄ、２７ｅ切欠き部
２７ｄ、３７ｄ下面接合面
１７１、２７１、３７１本体部
１７２、２７２、３７２突出部

Claims

その表面に光導波路を有する光素子と、
前記光素子の端に形成された光導波路端に光を入力、あるいは前記光導波路を通過した光を光導波路端から受ける光ファイバと、
長さ方向に前記光ファイバを挿通させる挿通孔を有し、前記光ファイバを前記光導波路と光結合させて前記光素子と固定するビーズとを含む光モジュールであって、
前記ビーズは、前記光素子の端に接するとともに、その一部が前記ビーズの長さ方向に突出して前記光素子の表面および裏面の少なくとも一方に接して構成されており、それら前記光素子と前記ビーズとが接している部位にて両者が接着固定されていることを特徴とする光モジュール。
前記ビーズは、その一部が前記ビーズの長さ方向に突出して前記光導波路が形成された前記光素子の表面に接しており、前記光導波路の上方に位置する部位に前記ビーズの長さ方向に切欠き部を有することを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
前記光ファイバが偏波保持光ファイバでなり、前記ビーズが前記光素子と接している面の方向と前記偏波保持光ファイバの偏波方向とが、所定の向き関係を有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光モジュール。