JP2009258320A - 光サブアセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】ボールレンズが取付けられた光モジュールを用いたものであって、波面収差を抑えて良好な光学特性が得られる光サブアセンブリを提供する。
【解決手段】光サブアセンブリ（ＯＳＡ）１は、光コネクタのフェルールを受納する光レセプタクル部材４と、ボールレンズ６ａを介して、フェルールの光ファイバへ信号光を送信し、及び／または、光ファイバから信号光を受信する光電変換モジュール２と、を備える。ＯＳＡ１は、ボールレンズ６ａ−上記の光ファイバ間の光路上に、信号光の光軸に対して傾いて配置された戻り光対策用光学素子３と、ボールレンズ６ａ及び戻り光対策用光学素子３により生じる波面収差を補正する収差補正部材と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信に用いられる光電変換モジュールを備えた光サブアセンブリに関する。

光電変換モジュール（以下、光モジュールという）は、その光電変換機能を担う光電変換素子として、レーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）やフォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）等を有する。光サブアセンブリ（ＯＳＡ：Optical Sub-Assembly）は、通常、この光モジュールに、光コネクタが接続されるレセプタクル部材を取付けて構成される。

従来のＯＳＡは（例えば、送信用ＯＳＡの場合）、光モジュールのＬＤからの出射光を光ファイバに集光するために、光モジュールに取付けたボールレンズを用いている。ボールレンズは、収差を考慮していない球面レンズのため、光ファイバ入射端面での球面収差が発生してしまい、その光学特性に影響を与えることが知られている。

球面収差を補正する技術として、ボールレンズと光ファイバの間に、同心円状の回折格子を形成した透明なスペーサを配置することが知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、平板ガラスから構成される反射対策のための光学部品（例えば、アイソレータ）を光路上に光軸に対して斜めに配置したＯＳＡが提案されている。平板ガラスを光軸に対して斜めに配置することにより、反射戻り光を抑制し光学特性を向上させることはできるが、その一方で、非点収差が生じることが知られている。
特開平５−３４５４５号公報

より高効率で光を結合させるために、球面収差が生じるボールレンズの代わりに非球面レンズを取付けた光モジュールが提案されているが、コストが増大するという問題があり、一般的ではない。
また、より高効率で光結合させるには、非点収差を補正することが望ましい。しかし、特許文献１に開示の、同心円状の回折格子が形成された上記スペーサを用いた技術では、非点収差を補正することができない。

本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、ボールレンズが取付けられた光モジュールを用いたものであって、波面収差を抑えて良好な光学特性が得られる光サブアセンブリを提供することを目的とする。

本発明による光サブアセンブリは、光コネクタのフェルールを受納する光レセプタクル部材と、ボールレンズを介して、フェルールの光ファイバへ信号光を送信し、及び／または、光ファイバから信号光を受信する光電変換モジュールと、を備えるものであって、ボールレンズと光ファイバとの間の光路上に、信号光の光軸に対して傾いて配置された平板状の光学部材と、ボールレンズ及び光学部材により生じる波面収差を補正する収差補正部材と、を備えることを特徴とする。

収差補正部材が、光レセプタクル部材と一体に成型されていることが好ましく、光レセプタクル部材が、フェルールを所定の位置にガイドするスリーブ部材、及び、そのスリーブ部材と光電変換モジュールを連結する連結部材から構成される場合は、連結部材と一体に成型されていることが好ましい。
なお、収差補正部材が、波面収差を補正するために、非球面や回折格子を有することが好適である。

本発明の光サブアセンブリによれば、レセプタクル部材に一体に成型した位相差補正部により球面収差及び非点収差を抑制することができるので、良好な光学特性を得ることができる。

本発明の光サブアセンブリ（ＯＳＡ）は、光コネクタが接続されるレセプタクル部材と、光モジュールとを備える。本ＯＳＡは、例えば、レーザダイオード（ＬＤ）を有する送信用光サブアセンブリ（ＴＯＳＡ：Transmitting ＯＳＡ）やフォトダイオード（ＰＤ）を有する受信用光サブアセンブリ（ＲＯＳＡ：Receiving ＯＳＡ）等として構成されるが、以下の例は、ＴＯＳＡとして構成したものである。

図１は、本発明に係るＴＯＳＡの一例の概略を説明する断面図である。本例のＴＯＳＡは、図示のように、接続される光コネクタのフェルールを受納するレセプタクル部材４と、電気信号を光信号に変換しレセプタクル部材４に挿入されるフェルールの光ファイバへ送出するＬＤ７を有する光モジュール２と、を備える。また、ＴＯＳＡ１は、光モジュール２から送出された光信号がレセプタクル部材４に受納されたフェルールの端面で反射されてＬＤ７に戻ることを抑制する戻り光対策用光学素子３を備える。

光モジュール２は、ボールレンズを用いた同軸型の一般的な光モジュールであり、ステム５、レンズキャップ６、ＬＤ７、モニタＰＤ８等を有する。
ステム５は、レンズキャップ６と協働して、内部に素子搭載空間を有するＣＡＮパッケージを構成しており、ＬＤ７を搭載する台座部５ａと、外部に電気接続するためのリードピン５ｂと、これらリードピン５ｂを支持するベース部５ｃとを有する。
レンズキャップ６は、ステム５と協働してＬＤ７等を気密封止するキャップとして機能するものであり、ＬＤ７からの光を集光するレンズ６ａと、レンズ６ａを保持するレンズホルダ６ｂを有する。レンズ６ａは、ＴａＦ３等の光学ガラス製のボールレンズであり、レンズホルダ６ｂの上部中央の開口に封止ガラス等により固定される。

ＬＤ７は、電気信号を光信号に変換するものであり、ステム５の台座部５ａ上に搭載され、レンズ６ａを介してモジュール外部に光信号を送信する。モニタＰＤ８は、ＬＤ７からの光の強度を調整するため、ＬＤ７の後方光を受光できるようにステム５のベース部５ｃ上に実装される。ＬＤ７やモニタＰＤ８は、ベース部５ｃやリードピン５ｂ等と種々の接続手段により接続される。

戻り光対策用光学素子３は、ＬＤ７への反射戻り光を減衰させるための部材であり、例えば、平板ガラス上に光反射膜あるいは光吸収膜を蒸着して形成される。光反射膜は、例えば、平板ガラス部材に金属材料や金属酸化物材料を真空蒸着法やスパッタリング法等でコーティングしたものである。また、光吸収膜は、例えば、ＬＤ７の発光波長（例えば、１．３１μｍ）を吸収できる吸収係数を持つ材料、すなわち、ＬＤ７の発光波長以上の光吸収端を有する材料で形成される。また、戻り光対策用光学素子３のガラス部材の材料には、例えば、ＢＫ７を用いる。このような戻り光対策用光学素子３は、レセプタクル部材４の後述のジョイントスリーブ１０に接着固定される。また、戻り光対策用光学素子３は、レセプタクル部材４に受納されたフェルールの光ファイバとＬＤ７との間の光路上に、光軸に対して斜めに配置される。

レセプタクル部材４は、光コネクタが接続され、その接続の際に、光コネクタのフェルールを受納するものであり、スリーブ部材９とジョイントスリーブ（以下、Ｊスリーブ）１０とを有する。

スリーブ部材９は、フェルールを受納するものであり、例えば、円筒状のスリーブ部９ａの端部にフランジ部９ｂを設けた形状に形成され、所定の位置にフェルールをガイドする凹部９ｃを有する。所定の位置とは、調芯されたＴＯＳＡ１においてＬＤ７からの光がフェルールの光ファイバに結合する位置である。また、スリーブ部材９は、その中央部に、信号光を通すための光通し孔９ｄを有する。

Ｊスリーブ１０は、スリーブ部材９と光モジュール２とを連結するものであり、後述の位相差補正（収差補正）部１０ａが一体に設けられている。
Ｊスリーブ１０は、接着剤により、スリーブ部材９と固定することができる。スリーブ部材の下端面９ｅとＪスリーブ１０の上面１０ｂは共に平坦に形成されており、Ｊスリーブ１０とスリーブ部材９とを固定する前に、上記下端面９ｅを上記上面１０ｂ上でスライドさせることにより、光軸と垂直な面内での光学的調芯を行うことが可能となっている。

また、Ｊスリーブ１０は、光モジュール保持部１０ｃを有する。光モジュール保持部１０ｃは、光モジュール２のレンズホルダ６ｂの形状に対応して、円筒状に形成されている。光モジュール２を固定する前に、レンズキャップ６に対してＪスリーブ１０を光軸方向にスライドさせることによって、レンズ６ａ（すなわちＬＤ７）と、スリーブ部材９に受納されるフェルールの光ファイバとの距離を調整することができ、光軸方向の光学的調芯を行うことができる。Ｊスリーブ１０の光モジュール保持部１０ｃと光モジュール２との固定は、接着剤により行われる。

また、Ｊスリーブ１０は、戻り光対策用光学素子３を取付けるための取付け部１０ｄを有する。取付け部１０ｄは、例えば、切削加工により、取付けられた上記素子３が光軸と直交する面に対して所定の角度傾くように設けられる。これにより、取付け部１０ｄに取付けられた、平板ガラス部材から構成される戻り光対策用光学素子３によって、反射戻り光をより効果的に抑制できるようになっている。

さらに、Ｊスリーブ１０には、位相差補正部１０ａが一体に設けられていて、この位相差補正部１０ａにより、レンズ（ボールレンズ）６ａにより生じる球面収差、及び、光路上に光軸に対して斜めに配置される戻り光対策用光学素子３により生じる非点収差を補正することができる。位相差補正部１０ａを一体に形成するために、Ｊスリーブ１０は、光透過性の材料、例えばＰＥＩ（ポリエーテルイミド）から形成される。図１の例では、位相差補正部１０ａは、スリーブ部材９に受納されるフェルールの光ファイバと、ボールレンズ６ａとの間に設けられている。

位相差補正部１０ａは、レンズ６ａにより生じる球面収差を補正するため、光路上の一方の面が断面視で回転対称な曲線となるように形成され、また、戻り光対策用光学素子３により生じる非点収差を補正するため、光路上の他方の面が断面視で線対称な曲線となるように形成される。ただし、上記の光路上の両面は、非球面である。具体的には、位相差補正部１０ａには、図示のように、一方の面に、回転対称型の非球面形状の曲面１０ｅが形成され、例えば、他方の面に、シリンドリカル面１０ｆ（断面視で線対称な曲線となる面の一例）が形成される。

図２は、図１のＴＯＳＡ１における光線追跡図であり、レンズ６ａの材料にＴａＦ３、戻り光対策用光学素子３にＢＫ７を用い、Ｊスリーブ１０すなわち位相差補正部１０ａにＰＥＩを用いた場合の様子を示す。
上述のように、ＴＯＳＡ１では、位相差補正部１０ａの光路上の一の面に回転対称型の非球面形状の曲面１０ｅを形成し、反対側の面にシリンドリカル面１０ｆを形成しているので、球面収差及び非点収差を補正することができる。つまり、ＴＯＳＡ１では、図２に示すように、ボールレンズ６ａ及び戻り光対策用光学素子３を用い、光路上に光軸に対して斜めに当該素子３を配置しても、位相差補正部１０ａを設けることにより、光軸上の一点から出射した光線群を、同一光軸上の一点に集光することができる。

なお、位相差補正部１０ａの形状は、上述に限られず、例えば、光路上の一方の面もしくは両面に、シリンドリカル面成分（光軸と垂直な部分）をもつ非球面を形成する形状であってもよい。
また、図示のような非球面レンズ部材に代えて、位相差補正機能を実現するための位相差補正部として、回折格子を設けた部材をＪスリーブ１０に一体形成するようにしてもよい。この場合、位相差補正部１０ａの非球面レンズ部分を回折格子に置き換えればよい。回折格子の形状としては、バイナリ型を用いることができ、その場合、位相差補正部は、球面収差を補正するための断面視で回転対称な位相段差面と、非点収差を補正するための断面視で線対称な位相段差面とを併せ持つ形状となる。ただし、両位相段差面は、非球面である。この位相段差面の光路長差により、位相差（波面収差）を打ち消すことができる。

以上に説明した例のＴＯＳＡは、シングルモードファイバを用いた光コネクタやマルチモードファイバを用いた光コネクタを接続して用いることができ、特に、数ミクロンオーダでの調整及び接着固定が要されるシングルモードファイバを用いた光通信に好適である。

図３は、本発明に係るＴＯＳＡの他の例の概略を説明する断面図である。本例において、図１の例と同様の構成部分については、同じ符号を用いることにより、説明を省略する。本例のＴＯＳＡ１１は、例えば、図３に示すように、レセプタクル部材１２と、光モジュール２と、戻り光対策用光学素子３と、を備える。

レセプタクル部材１２は、光コネクタが接続され、その接続の際にフェルールを受納するものであり、２つの部材から構成される図１のレセプタクル部材４とは異なり、１つの部材から構成される。レセプタクル部材１２は、位相差補正部１０ａが一体に設けられており、そのため、例えば、ＰＥＩ材料等から形成される。また、レセプタクル部材１２は、所定の位置にフェルールをガイドする凹部９ｃを有する。また、レセプタクル部材１２は、戻り光対策用光学素子３を光軸に直交する面に対して傾斜するように取付けるための取付け部１０ｄを有する。

また、レセプタクル部材１２は、光モジュール保持部１２ａを有する。光モジュール保持部１２ａは、図１のＴＯＳＡ１における光モジュール保持部１０ｃと同様に、光モジュール２のレンズホルダ６ｂの形状に対応して、円筒状に形成される。また、図１のＴＯＳＡ１における光モジュール保持部１０ｃは、光軸と垂直方向に関して、光モジュール２との間にクリアランスがなく、光モジュール２と面接着する構成であったが、本例の光モジュール保持部１２ａは、光モジュール２との間にクリアランスが設けてある。

そのため、ＴＯＳＡ１１では、光モジュール保持部１２ａ内において、光モジュール２（のステム５）とレセプタクル部材の位置合わせを３次元的に行い（すなわち、光軸方向及び光軸と垂直な面内の位置合わせを行い）、その後、レンズホルダ６ｂとレセプタクル部材１２との間のクリアランス（隙間）に接着剤を充填したりすることで、光モジュール２は、調芯されてレセプタクル部材１２に固定される。

ＴＯＳＡ１１でも、上述のような構成により、位相差補正部１０ａにより、ボールレンズ６ａにより生ずる球面収差、及び、戻り光対策用光学素３により生ずる非点収差を補正することができる。つまり、ＴＯＳＡ１１でも、ボールレンズ６ａを用い、戻り光対策用光学素子３を光路上に光軸に対して斜めに当該素子３を配置しても、位相差補正部１０ａを設けることにより、光軸上の一点から出射した光線群を、同一光軸上の一点に集光することができる。

なお、本例のＴＯＳＡは、シングルモードファイバを用いた光コネクタやマルチモードファイバを用いた光コネクタを接続して用いることができ、特に、数ミクロンオーダでの調整及び接着固定が不要なマルチモードファイバを用いた光通信に好適である。
また、本例のＴＯＳＡが有する位相差補正部１０ａは、図示のような非球面レンズ型に限られず、前例のＴＯＳＡで説明したように、回折格子型のものであってもよい。

上述の図１の例及び図３の例のようにＴＯＳＡを構成すれば、球レンズを使用した場合の球面収差のみならず、光路中に板形状の光学部品を光路（光軸）に対して斜めに配置することにより発生する非点収差や、レンズを軸外もしくは傾けて配置することにより発生する非点収差・コマ収差などの補正が可能となり、光学特性を向上させることができる。
また、レセプタクル部材に位相差補正部を一体に形成することにより、レセプタクル部材に対する位相差補正部の位置精度を高くすることができるとともに、部品点数を変えず組付け作業を不要としてコスト増を抑えることができる。

なお、上述の例において、戻り光対策用光学素子３と、レセプタクル部材４（１２）に受納されるフェルールの光ファイバとの間に、位相差補正部１０ａを設けていたが、戻り光対策用光学素子３とボールレンズ６ａとの間に設けるようにしてもよい。

本発明に係るＴＯＳＡの一例の概略を説明する断面図である。 図１のＴＯＳＡにおける光線追跡図である。 本発明に係るＴＯＳＡの他の例の概略を説明する断面図である。

符号の説明

１，１１…ＴＯＳＡ、２…光モジュール、３…戻り光対策用光学素子、４，１２…レセプタクル部材、５…ステム、５ａ…台座部、５ｂ…リードピン、５ｃ…ベース部、６…レンズキャップ、６ａ…（ボール）レンズ、６ｂ…レンズホルダ、７…ＬＤ、８…モニタＰＤ、９…スリーブ部材、９ａ…スリーブ部、９ｂ…フランジ部、９ｃ…凹部、９ｄ…光通し孔１０…Ｊスリーブ、１０ａ…位相差補正部、１０ｃ，１２ａ…光モジュール保持部、１０ｄ…取付け部。

Claims (5)

1. 光コネクタのフェルールを受納する光レセプタクル部材と、ボールレンズを介して、前記フェルールの光ファイバへ信号光を送信し、及び／または、前記光ファイバから信号光を受信する光電変換モジュールと、を備える光サブアセンブリであって、
   前記ボールレンズと前記光ファイバとの間の光路上に、
   前記信号光の光軸に対して傾いて配置された平板状の光学部材と、
   前記ボールレンズ及び前記光学部材により生じる波面収差を補正する収差補正部材と、を備えることを特徴とする光サブアセンブリ。
2. 前記光レセプタクル部材は、前記フェルールを所定の位置にガイドするスリーブ部材、及び、該スリーブ部材と前記光電変換モジュールを連結する連結部材から構成され、
   前記収差補正部材は、前記連結部材と一体に成型されていることを特徴とする請求項１に記載の光サブアセンブリ。
3. 前記収差補正部材は、前記光レセプタクル部材と一体に成型されていることを特徴とする請求項１に記載の光サブアセンブリ。
4. 前記収差補正部材は、前記波面収差を補正する非球面を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光サブアセンブリ。
5. 前記収差補正部材は、前記波面収差を補正する回折格子を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光サブアセンブリ。

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