JP2010191461A - 光学素子付きファイバスタブ、光レセプタクル及び光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】光アイソレータ付き半導体レーザモジュールにおいて、ファイバスタブを保持する金属ホルダ形状の多様化に対して光アイソレータ部品の小型化と統一化による品種管理の簡素化、短納期対応、低コスト化を可能とする。
【解決手段】中央部の貫通孔２７に光ファイバ１を挿入固定したフェルール２の先端面に、該先端面から突出した段差面２９を貫通孔を含むように形成するとともに、該段差面に偏光子６とファラデー回転子７からなる光アイソレータ素子９を接合する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光アイソレータ等の光学素子を搭載したファイバスタブ、光レセプタクル及び光モジュールに関する。

光通信に利用される光トランシーバに高密度に実装される小型の半導体レーザモジュールには、反射戻り光防止のために光アイソレータ等の光学素子が組み込まれることが多い。従来の光アイソレータ付きファイバスタブ及びそれを用いた光レセプタクル及び光モジュールは例えば特許文献１及び２に開示されている。その内部構造を図８、図９で説明する。図８は従来の光アイソレータ付きファイバスタブの要部縦断面図である。図９は、図８の光アイソレータ付きファイバスタブを用いた光モジュールの縦断面図である。

図９に示す光モジュールは、同軸型の半導体レーザモジュールであり、光ファイバ端部が光レセプタクル型の場合である。図９において、モニタ用ＰＤ（フォトダイオード）及びＰＤへの配線用リード線は省略している。この光モジュールは、半導体レーザ１２、ヒートシンク１３、金属ステム１４、レンズ１５及びレンズホルダ１６からなる光学ユニット１００と、光アイソレータ１１と、光レセプタクル１７とから構成されている。

光学ユニット１００において、半導体レーザ１２は、ヒートシンク１３上にはんだにより搭載されている。ヒートシンク１３は、金属ステム１４上に同じくはんだにより固定されている。金属ステム１４には、金属から成るレンズホルダ１６が抵抗溶接されている。レンズホルダ１６の内側には、低融点ガラスなどによりレンズ１５が固定されている。

光ファイバ１は、中央部に貫通孔２７を有し、セラミック又はガラス材からなるフェルール２に接着剤により保持されている。光ファイバ１とフェルール２によって、ファイバスタブ３が構成される。ファイバスタブ３の先端は、金属ホルダ５の貫通孔２８に圧入固定されている。また、ファイバスタブ３の先端面４は、半導体レーザなどの発光素子１２への近端反射による戻り光を抑制するため、８°に斜め研磨されている。

ファイバスタブ３の先端面には、発光素子１２への戻り光をさらに防止するための光アイソレータ素子９が固定されている。光アイソレータ素子９は、偏光子６、ファラデー回転子７、検光子８から成り、偏光子６と検光子８の透過偏波面の角度が互いに４５°となるように接着剤により張り合わされている。また、光アイソレータ素子９は、ファイバスタブ３の先端面４の外径内に収まるように裁断されており、ファイバスタブ３の先端面４に接着固定されている。このとき、偏光子６の透過偏波面は、ファイバスタブ３の先端面４（８°斜め研磨面）の最大傾斜方向に対し垂直又は水平となるよう搭載固定されている。

磁石１０は、円筒形であり、光アイソレータ素子９内のファラデー回転子７に磁界を印加する。磁石１０は、その内側にファイバスタブ３の先端が挿通されるように、金属ホルダ５に接着固定されている。光アイソレータ素子９と磁石１０によって、光アイソレータ１１が構成されている。

一方、ファイバスタブ３の後端面２４は、図示しない光コネクタのプラグフェルール先端と嵌合するために曲面研磨加工が施されている。ファイバスタブ３の後端側には、セラミック又は金属から成る中空円筒形のスリーブ１８が被せてあり、さらもスリーブ１８がシェル１９によって覆われている。シェル１９は、金属又はプラスチックなどからなり、金属ホルダ５に挿入固定されている。ファイバスタブ３、金属ホルダ５、スリーブ１８及びシェル１９は、光レセプタクル１７を構成している。

光モジュールの組み立ては、概略次のように行う。まず、光学ユニット１００と、光アイソレータ１１が付いた光レセプタクル１７とを準備する。次に、半導体レーザ１２から出射された光がレンズ１５によって光アイソレータ１１を介して光ファイバ１に集光するように、光学ユニット１００に対する光レセプタクル１７の位置を調整する。その後、光レセプタクル１７の金属ホルダ５がレンズホルダ１６にレーザ溶接等により固定される。尚、光学ユニット１００内のレンズホルダ１６の内側には、光レセプタクル１７を位置調整する際に光アイソレータ１１がレンズホルダ１６の内壁に接触しないだけの空間が形成されるように、ザグリ部２１が形成されている。

特開２０００−１６２４７５号公報 特開２００２−１５８３８９号公報

ファイバスタブ３の先端面４に光アイソレータ素子やファラデー・ローテータ・ミラーなどの光学素子９を接着固定する際には、光ファイバ１の端面に光学素子９の光学面が重なるように配置されなければならない。ところが、図８及び図９に示す従来の構造では、特に光学素子９を小型化した場合、光学素子９に比べて先端面４の面積が大きくなる。また、光学素子９の位置を規制する手段がない。そのため、ファイバスタブ３の先端面４に光学素子９を接着剤で固定する際に、光学素子９の位置がずれる場合があった。光学素子９の位置がずれると、貫通穴２７内に挿通固定された光ファイバ１の端面から光学素子９が外れてしまう場合がある。

このため、ファイバスタブ３の先端面４に固定する光学素子９の面積は、光学素子９の接着中の位置ズレを考慮して相対的に大きくする必要があった。例えば、光学素子９に入射されるビーム径が約φ０．３ｍｍである場合、光学素子９を縦０．４５ｍｍ×横０．４５ｍｍより小さくすることは困難であった。これは光モジュール全体の大型化につながる。

また、光学素子が、一般的な光アイソレータである場合、光アイソレータ素子に磁界を印可するための磁石が必要になる。従来の光モジュールでは、円筒状の磁石１０をファイバスタブ３に挿通固定して金属ホルダ５の端面に取り付ける構造であるため、磁石１０の外径が大きくなるという課題があった。磁石１０を小型化するために、ファイバスタブ３の先端がホルダ５の貫通孔２８内に収まるようにして、磁石１０の内径をファイバスタブ３の外径よりも小さくすることも考えられる。しかしながら、そのような構造では、磁石１０の接着固定力が低下したり、磁石１０と光アイソレータ素子９の位置がずれてしまうという課題があった。

さらに、レンズホルダ１６の内周部分に、磁石１０の外径よりも大きな径で、かつ、光軸調整時に光レセプタクル１７を前後に移動しても磁石１０があたらないだけの深さを持った専用のザグリ部２１を設ける必要がある。磁石１０がザグリ部２１の内側に接触すると、磁石１０の接合部の剥離などが発生してしまう。このため、ザグリ部２１は十分な大きさにつくる必要があり、その結果レンズホルダ１６の寸法も大型化する。すなわち、光モジュールが大型化する。

また、従来の構造であると、ファイバスタブ３を金属ホルダ５に組み込んでからでないと、ファイバスタブ３の先端に光アイソレータ１１を形成できなかった。このため、製品の多様化が容易でなく、組み立て手順も制限される。即ち、金属ホルダ５の形状が異なる製品を多種多様に揃えようとすると、その製品ごとに磁石１０や光アイソレータ素子９の形状・サイズも変更する必要がある。このため、品種ごとに異なる部品が多くなり、品種管理が極めて頻雑となる。また、金属ホルダ５の仕様が決まらなければ、磁石１０や光アイソレータ素子９の大きさも決まらず、光アイソレータ１１をファイバスタブ３に付けて行う特性検査も実施できない。このため、光アイソレータ付きのファイバスタブ３の作り置きができず、短納期対応が困難であるという課題があった。

そこで本発明の目的は、小型、低コストの光学素子付きファイバスタブ、光レセプタクル、及び光モジュールを提供することにある。
また、光アイソレータ付き光レセプタクルの組み立て手順に自由度を増すことも目的とする。
さらに、光アイソレータ部品の統一化による品種管理の簡略化、短納期化を可能にすることを目的とする。

上記課題に鑑みて、本発明の光学素子付きファイバスタブは、中央部に貫通孔を有するとともに先端面に前記貫通孔を含む突出部を有するフェルールと、前記貫通孔に挿着された光ファイバと、前記突出部の端面に前記光ファイバの端面を覆うように接合された光学素子とを備えたことを特徴とする。

また、本発明の光レセプタクルは、上記光学素子付きファイバスタブと、一方側の開口から光コネクタ用のプラグフェルールを保持するとともに、他方側の開口から上記ファイバスタブのフェルール後端側を挿入してなるスリーブと、貫通孔を有し、上記フェルールの先端側を上記貫通孔に挿入固定してなるホルダと、から構成される。

更に、本発明の光モジュールは、発光素子を有する光学ユニットと、上記光レセプタクルとを備え、上記発光素子の光が上記光レセプタクルの光学素子に入射可能に構成されたことを特徴とする。

本件発明によれば、ファイバスタブの先端に形成した突出部の先端面に光学素子を接合するため、光学素子を接着剤で接合する際に、接着剤の表面張力により光学素子が突出部の先端面からはみ出すことを防止できる。また、光学素子は、接着剤の表面張力によって突出部の先端面のほぼ中央にきやすくなる。このため、光学素子をファイバスタブに接着する際の位置合わせが容易になり、工程の歩留まり向上や簡略化が可能になる。

また、光学素子の面積を小さくしても、光学素子が光ファイバからずれることもなく接合ができる。従って、従来構造に比較して格段に光学素子を小型化できる。尚、光学素子の光軸に垂直な断面において、光学素子の面積が突出部の先端面の面積と同じかそれ以下であることが好ましい。

光学素子としては、磁石付き光アイソレータ素子、磁石レス光アイソレータ素子、ファラデー・ローテータ・ミラー、ＡＲコート付き透明板などが挙げられる。上記の光学素子の位置合わせの容易化や、小型化の効果は、光学素子の種類の依らずに得られるものである。但し、磁石付き光アイソレータ素子の場合、特に顕著な効果が得られる。

すなわち、光アイソレータ素子を小型化できる結果、光アイソレータ素子に磁界を印可するための磁石も小型化することができる。従って、光アイソレータ全体が小型化される。その結果、光アイソレータ付き光ファイバスタブや、これを組み込む光レセプタクルも小型になる。さらに、その光レセプタクルを半導体レーザ等の光モジュールに組み込む際に、光アイソレータを位置調整可能に収容するためザグリ部が小さくて済むか、または不要になり、光モジュール全体も小型化する。

さらに、光学素子が磁石付き光アイソレータ素子である場合、本件発明ではファイバスタブの先端に磁石を固定することが可能になる。すなわち、ファイバスタブの先端に直接光アイソレータ（光アイソレータ素子＋磁石）を形成することができる。例えば、磁石を円筒体に形成し、かつ、ファイバスタブ先端の突出部を円柱状に形成すれば、フェルールの突出部位を磁石に挿通して固定保持できる。

この場合、磁石の外径をフェルールの外径と同じか、それよりも小さくすれば、磁石の付いたファイバスタブを光レセプタクルの金属ホルダに挿通固定する際、磁石自身も金属ホルダに挿通するようにできる。従って、光レセプタクルの小型化及び低コスト化ができる。

また、ファイバスタブの先端に光アイソレータを取り付けることができるため、金属ホルダの形状に依らず、磁石と光アイソレータ素子の形状や寸法を一定にできる。従って、光アイソレータの部品が統一化でき、品種管理が容易となる。

その上、ファイバスタブを金属ホルダに取り付ける前に、光アイソレータを付けたファイバスタブの光学特性の検査ができる。このため光アイソレータ付きファイバスタブを共通部品としてつくり置きしておくことも可能である。これにより、金属ホルダの形状が異なる製品が新規に発注された場合などにも、短期で納品することが可能となる。

また、本件発明に係る光レセプタクルの製造方法は、ファイバスタブに光学素子を取り付けて光学素子付きファイバスタブを形成する工程と、
上記光学素子付きファイバスタブの先端をホルダに固定し、後端を光コネクタが挿入可能なスリーブに固定して光レセプタクルを形成する工程と、を備えたことを特徴とする。

ファイバスタブをホルダに取り付ける前に、ファイバスタブに光アイソレータ等の光学素子を取り付ければ、ホルダの成形加工工程と平行して、光学素子付きファイバスタブの光学特性を検査することが可能である。また、ホルダの仕様が種々ある場合、光学素子付きファイバスタブを事前に生産しておくことで、光レセプタクルの短期間納品が可能となる。

また、光学素子付きファイバスタブの形成工程後、光レセプタクルの形成工程前に、光学素子付きファイバスタブの光学特性を検査する検査工程を備えることが好ましい。例えば、光学素子が光アイソレータであれば、挿入損失やアイソレーションを測定することが好ましい。

挿入損失を測定する場合は、光アイソレータ付きファイバスタブの光アイソレータ側から光を入射し、光アイソレータ付きファイバスタブを光軸回りに回転させながらファイバスタブ後端から出射される光の最大出力Ｐ_１を測定し、この最大出力Ｐ_１に基づいて挿入損失を測定することができる。一方、アイソレーションを測定する場合は、光アイソレータ付きファイバスタブの後端側から光を入射し、光アイソレータ付きファイバスタブを光軸回りに回転させながら光アイソレータから出射される光の最大出力Ｐ_２を測定し、この最大出力Ｐ_２に基づいてアイソレーションを測定することができる。このような方法で挿入損失やアイソレーションの測定を行えば、光源の出力光をランダム偏波にするための偏光スクランブラが不要となる。また、磁石の極性を反転させる代わりに、ファイバスタブ自身の向きを反転させるだけで、挿入損失とアイソレーションが測定できる。従って、挿入損失とアイソレーションの検査装置、検査工程が簡略化できる。

以上のように、本件発明によれば、小型、低コストの光学素子付きファイバスタブ、光レセプタクル、及び光モジュールを提供することができる。

また、特に光学素子が光アイソレータの場合には、光アイソレータ付き光レセプタクルの組み立て手順に自由度を増すことが可能となる。さらに、光アイソレータ部品の統一化による品種管理の簡略化、短納期化も可能になる。

図１は、本発明の光アイソレータ付きファイバスタブの縦断面図である。 図２は、本発明の半導体レーザモジュールの縦断面図である。 図３は、本発明の光アイソレータ素子９の斜視図である。 図４（Ａ）〜（Ｃ）は、ファイバスタブの突出部に光アイソレータを接着する方法を示す模式図である。 図５は、突出部の端面（段差面）と光アイソレータの大きさの関係を示す模式平面図である。 図６（Ａ）及び６（Ｂ）は、光アイソレータ付き光レセプタクルの光学特性の測定方法を説明する模式図である。 図７（Ａ）〜（Ｃ）は、光アイソレータ付きファイバスタブの光学特性の測定方法を説明する模式図である。 図８は、従来の光アイソレータ付きファイバスタブの要部縦断面図である。 図９は、従来の半導体レーザモジュールの中央縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図によって説明する。なお、従来技術と同じものについては同じ符号を用いるものとする。
（光アイソレータ付ファイバスタブ）
図１は、本発明の光アイソレータ付きファイバスタブ３を示す縦断面図である。ジルコニアやアルミナなどのセラミック材又はガラス材からなるフェルール２の中央部の貫通孔２７に光ファイバ１が挿通され、接着剤により保持されている。フェルール２と光ファイバ１によって、ファイバスタブ３が構成される。

また、ファイバスタブ３の先端は段加工２２が施され、外径がφ０．５ｍｍ以下となる円筒状の突出部２３が設けられている。突出部２３は、その中心に光ファイバ１の光軸が位置するように形成することが好ましい。また、突出部２３の外径は、少なくとも後述する半導体レーザから入射されるビームのスポット径よりも大きくする必要がある。ビームのスポット径は、一般にΦ０．２〜０．２５ｍｍである。突出部２３の高さは、突出部の先端に塗布した液状の接着剤が表面張力によって形状を保持できるだけの高さにする必要がある。従って、突出部の段差面の中央における高さが少なくとも８０μｍ以上であることが好ましい。また、突出部２３を環状の磁石と嵌合させる場合には、磁石の固定強度が高くなるように、１５０μｍ以上の高さにすることが好ましい。一方、突出部２３があまり高すぎると、突出部２３が欠けやすくなる問題がある。従って、突出部２３の高さは３５０μｍ以下であることが好ましい。尚、突出部２３の断面形状は円形には限定されない。例えば、突出部２３は、断面が楕円形の略円筒型であっても良いし、断面が矩形の角柱型であっても良い。断面が矩形の突出部２３は、ファイバスタブ３の先端をダイシングすることによって作製することもできる。

また、突出部２３の先端面２９は半導体レーザなどの光素子１２への近端反射による戻り光を抑制するため、光軸に垂直な面に対して８°傾斜するように、研磨加工されている。この突出部２３の先端面２９（以下、「段差面２９」）に後述の光アイソレータ素子９が接合されている。なお、段差面２９を斜めに研磨加工せずに、段差面２９を光軸に対して垂直な平面にしても構わない。

光レセプタクルに使用する場合、ファイバスタブ３の後端面２４には、図示しない光コネクタのプラグフェルール先端と当接するために、曲面研磨加工が施されている。

本発明において、光アイソレータ素子９の光軸に垂直な面への投影面積が、上記段差面２９の光軸に垂直な面への投影面積と同じかそれ以下とするのが好ましい。即ち、光アイソレータ素子９が、段差面２９の外周に囲まれた領域内に設置できる大きさであることが好ましい。これは、段差面２９に接合する光アイソレータ素子９が、突出部２３から横にはみ出ることが無く外径内に収容できるようにするためである。また、光アイソレータ素子が磁石１０の内周面に衝突しないようにするためである。

図３に示すように、光アイソレータ素子９は、光入射面及び出射面が光軸に垂直な面２６に対して所定角度傾いている。従って、フェルールの段差面２９との当接面積に比べて、光軸に垂直な面２６の面積は狭くなる。本実施の形態では、この垂直断面２６の外径が、ファイバスタブ３の突出部２３の外径と同等又はそれ以下となるように、例えば縦０．３５ｍｍ×横０．３５ｍｍ以下に形成されている。

光アイソレータ素子９は、偏光子６、ファラデー回転子７、検光子８から成る。予め偏光子６と検光子８の透過偏波面の角度が４５°となるよう回転調芯された後、各々接着剤により張り合わせ固定されている。また、入出射面がファイバスタブ３の研磨角度と同じ８°に傾斜するように形成されている。この光アイソレータ素子９を、ファイバスタブ３の突出部２３の外径内に収容される大きさに裁断する。そして、裁断した光アイソレータ素子９を、ファイバスタブ３の先端にある段差面２９に接着固定する。このとき、偏光子６の透過偏波面が、８°に斜め研磨されたファイバスタブ３の段差面２９の最大傾斜方向に対し垂直又は水平となるようにする。

図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、ファイバスタブ３の先端にある突出部２３に光アイソレータ素子９を接着固定する方法を示す模式図である。まず、図４（Ａ）に示すように、ファイバスタブ３を、その先端に形成した段差面２９が水平となるように設置し、段差面２９の上に接着剤３２を適量塗布する。接着剤３２は、硬化前において表面張力の大きな液体であることが好ましい。

次に、ファイバスタブ３の突出部２３に塗布した液状接着剤３２の上に光アイソレータ素子９を静置する。このとき接着剤３２の表面張力があるため、光アイソレータ素子９が突出部２３の外側にはみ出ることはない。従って、光アイソレータ素子９の外径を適切に設定すれば、接着剤３２の表面張力を利用して、光アイソレータ素子９の中心が貫通孔２７の中心とほぼ一致するようにできる。

次に、図４（Ｃ）に示すように、光アイソレータ素子９を押圧することにより、ファイバスタブの段差面２９に押しつける。その後、オーブンで加熱するなどして接着剤３２を硬化させる。光アイソレータ素子９を段差面２９に押しつけてから接着剤３２を硬化することにより、光アイソレータ素子９が硬化中にすべり出して、位置ずれを起こすことを防止できる。

この方法によれば、光アイソレータ素子９を小型化としても、接着剤の表面張力により突出部２３の段差面２９よりはみ出すことがない上、光ファイバ１が挿通固定された貫通孔２７を略中心として設置することができる。尚、表面張力を有効に利用するには、光アイソレータ素子９を段差面２９に載置した状態において、光アイソレータ素子９の突出部２３との接触面（出射側端面）９ａの外径が、段差面２９の外径よりも小さくなるようにすることが好ましい。例えば、図５において、光アイソレータ素子の接触面９ａは、破線３４で示した最大寸法（矩形の接触面９ａの頂点が略楕円形の段差面２９の外周に一致する寸法）よりも小さなことが好ましい。一方、光アイソレータ素子９は、半導体レーザの入射ビーム径よりも大きくなければならない。半導体レーザの入射ビーム径は、一般に、０．２〜０．２５ｍｍφである。従って、光アイソレータ素子９の接触面９ａは、少なくともφ０．２ｍｍの円が内包される大きさとすることが好ましい。また、光アイソレータ素子の接触面９ａが段差面２９に比べて小さすぎると、光ファイバ１が光アイソレータ素子９から外れ易くなる。例えば、図５において、光アイソレータ素子の接触面９ａは、一点鎖線３６で示した最小寸法（矩形の接触面９ａの２つの頂点が段差面２９の外周に接したときに、光ファイバ１の外周が接触面９ａの外周に接する寸法）よりも大きなことが好ましい。

図１において、ファラデー回転子７に磁界を印加するための磁石１０は、円筒形であり、その外径を一般に使用されるファイバスタブ３の外径の最小径であるφ１．２５ｍｍと同じかそれ以下に設定することが好ましい。このように磁石１０の外径をファイバスタブ３の外径以下にすれば、フェルールの直径方向にフェルールよりも磁石が突出するのを防ぎ、光アイソレータを付けたファイバスタブ全体が略円柱状にできる。従って、後述する光モジュールを設計する際、図２のように、金属ホルダ５の貫通孔２８にファイバスタブ３とともに磁石１０の一部を挿通固定させることが可能となる。これによって、光レセプタクルや光モジュールとしても小型化できる。

また、磁石１０の内径は、ファイバスタブ３の突出部２３の外径と同じかそれ以上の大きさに設定されている。これにより、ファイバスタブ３の段加工部２２に磁石１０を圧入することもできる。磁石１０は接着剤によってファイバスタブに固定されるが、磁石１０を段加工部２２への圧入にすれば、磁石の固定強度を一層向上させることができる。このように、ファイバスタブ３の突出部２３に磁石１０を固定することにより、光アイソレータ付きファイバスタブ２５が形成される。

（光モジュール、光レセプタクル）
図２は、本発明の実施形態である同軸型の半導体レーザモジュールの縦断面図を示している。なお、図２において、モニタ用ＰＤ（フォトダイオード）及びＰＤ（フォトダイオード）への配線用リード線は省略している。図２の光モジュールは、光アイソレータ付き光レセプタクル３０と、その先端面に取り付けられた光学ユニット１００から構成される。

光学ユニット１００は、半導体レーザ１２、ヒートシンク１３、金属ステム１４、レンズ１５及びレンズホルダ１６とから構成される。半導体レーザ１２は、ヒートシンク１３上に半田により搭載されている。ヒートシンク１３は、円柱状の平面に支持部を垂直に突出させた金属ステム１４上に同じく半田により搭載固定されている。レンズホルダ１６は、金属ステム１４の円柱面周囲を覆うように円筒状に形成されており、抵抗溶接可能な材質から成る。レンズホルダ１６は、半導体レーザ１２やヒートシンク１３を収納するように固定されている。また、レンズホルダ１６には、レンズ１５が半導体レーザ１２のレーザ光路の下流側の内周２０に低融点ガラスなどにより固定される。

また、光アイソレータ付き光レセプタクル３０は、光アイソレータ付きファイバスタブ２５、金属ホルダ５、スリーブ１８及びシェル１９から構成される。光アイソレータ付きファイバスタブ２５の後端面は、図示しない光コネクタのプラグフェルール先端と嵌合するために曲面研磨加工が施されている。光アイソレータ付きファイバスタブ２５の後端側には、セラミック又は金属から成る中空円筒形のスリーブ１８が被せてあり、さらもスリーブ１８がシェル１９によって覆われている。シェル１９は、金属又はプラスチックなどからなり、金属ホルダ５に挿入固定されている。

金属ホルダ５は、一般に有底カップ状に形成されており、その底面中央から厚み方向に貫通する貫通孔２８を有する。この貫通孔２８に光アイソレータ付きファイバスタブ２５の先端側が圧入保持される。金属ホルダ５の材料としてはＳＵＳ３０４等の耐食性と溶接性に優れたステンレス材が用いられるが、鉄、ニッケルなどの溶接が可能な材料を用いても構わない。

スリーブ１８としては、りん青銅やセラミック材料等からなる円筒を縦全体にスリット加工した割りスリーブが用いることができる。スリーブ１８の一方側の開口に光コネクタ用のプラグフェルール（不図示）が保持されるともに、スリーブ１８の他方側の開口から光アイソレータ付きファイバスタブ２５のフェルール後端側が挿入される。

シェル１９は、円筒状に形成され、その内部にスリーブ１８全体が金属ホルダ５の側壁と離間した状態で収納される。シェル１９は、金属ホルダ５に圧入保持可能である。シェル１９の材質としては金属またはプラスチックが用いられる。そして、ファイバスタブ３が圧入されたスリーブ１８をシェル１９が覆い、そのシェル１９が金属ホルダ５内に挿通固定されて光レセプタクル１７を構成している。

本実施の形態では、光アイソレータ１１の磁石１０は、金属ホルダの貫通孔２８に一部が挿通固定されている。これによって、磁石１０とファイバスタブ３の接合部が保護されるとともに、光レセプタクルが小型化できる。すなわち、光レセプタクル１７の光軸調芯時に、磁石１０がレンズホルダ１６の内周面２０に軽く接触しても磁石１０が剥離しなくなり、信頼性が向上する。また、小型、低コストの光モジュールを提供できる。

また、本実施の形態によれば、光アイソレータ１１の磁石１０や光アイソレータ素子９の寸法は、金属ホルダ５の寸法に関係なく決めることができる。従来は金属ホルダの仕様ごとに光アイソレータ１１の設計も変える必要があったが、本実施の形態では金属ホルダの仕様に拘わらず光アイソレータの部品を統一できる。従って、光レセプタクルや光モジュールの品種管理が容易になる。

（光モジュールの製造手順）
次に、光モジュールの製造手順について説明する。
まず、光アイソレータ付き光レセプタクル３０を準備する。光アイソレータ付き光レセプタクル３０を製造するには、図９で示した従来例のように、光レセプタクル１７を形成した後に光アイソレータ１１を取り付けても良い。しかし、本発明によれば、ファイバスタブ３を金属ホルダ５に取り付ける前に、ファイバスタブ３に光アイソレータ１１を取り付けることができる。従って、金属ホルダの成形加工工程と平行して、光アイソレータ付きファイバスタブのアイソレーション特性等を検査することが可能である。また、光アイソレータ付きファイバスタブを事前に生産しておくこともできる。従って、光レセプタクルの短納期対応が可能となる。

次に、アイソレータ付き光レセプタクル３０と光学ユニット１００を組み立てる。光モジュールでは、半導体レーザ１２から出射された光がレンズ１５により集光され、光アイソレータ１１を介して光ファイバ１へ導入される。従って、レンズ１５によって集光された光が、光ファイバ１に正しく入射するように光レセプタクル１７の位置調整が必要である。アイソレータ付き光レセプタクル３０の先端を光学ユニット１００のレンズホルダ１６に挿入した後、光レセプタクル３０の位置を前後に動かすことによって位置調整を行う。このとき、本実施の形態の光レセプタクル３０では、光アイソレータ１１の外径がレンズホルダ１６の内周２０に対し充分小さいため、図９の従来例で示したようなザグリ部２１を設ける必要がない。しかも、仮にレンズホルダ１６の内壁に光アイソレータ１１が接触したとしても、光アイソレータ１１中の磁石１０がファイバスタブ３に強固に固定されているため、磁石１０が剥離するなどの不良が発生しにくい。光レセプタクル１７の位置調整が終了すると、光レセプタクル１７の金属ホルダ５をレンズホルダ１６にレーザ溶接等により固定する。

（光学特性の検査方法）
本実施の形態における光学特性（挿入損失やアイソレーション）の検査方法について説明する。上述の通り、本実施の形態では、光アイソレータ付きの光レセプタクルを組み立てた後に検査を行うこともできるし、光アイソレータ付きファイバスタブを先に組み立てて検査を行うこともできる。光アイソレータ付きファイバスタブを先に組み立てて検査をして在庫しておけば、光レセプタクルや光モジュールの短期に納品できる利点がある。

まず、光アイソレータ付きの光レセプタクルを組み立てた後に光学測定する場合について説明する。挿入損失及びアイソレーション測定を測定するためには、まず光源４０を準備する。光源４０は、図６（Ａ）に示すように、レーザ等の光発生装置４２、偏光スクランブラ４４、光コネクタ４６から成り、各々光ファイバによって接続されている。ここで偏光スクランブラ４４を用いるのは、光源４０の発光をランダム偏波にするためである。そして、光源４０の出力Ｐ_０を検出器４８によって測定する。

挿入損失及びアイソレーションを測定する場合、光源４０の光コネクタ４６を光アイソレータ付き光レセプタクル３０に挿入し、光レセプタクル３０の出力側から光を入射させる。そして、光アイソレータ９から出射した光の出力を検出器４８で測定する。このとき磁石１０を逆極性で測定したときの最大出力をＰ_１とすると、挿入損失は（Ｐ_０―Ｐ_１）となる。一方、磁石１０を正極性で測定したときの最大出力をＰ_２とすると、アイソレーションは（Ｐ_０―Ｐ_２）となる。このように光アイソレータ付き光レセプタクル３０の光学特性を測定する場合は、偏光スクランブラが必要であり、また測定ごとに磁石１０の極性を反転させる必要があるため、測定が煩雑であった。

次に、本実施の形態における光アイソレータ付きファイバスタブ２５の挿入損失及びアイソレーションの測定法について説明する。本実施の形態によれば、次のような簡易な方法で測定できる。

まず、図７（Ａ）に示すように、測定光源５０として、レンズ付きレーザユニット（ＬＤ−ＣＡＮ）５２を駆動用ドライバ５１と組み合わせたものを準備する。レンズ付きレーザユニット５２として、光学モジュールの光学ユニット１００そのものを用いても良い。その場合、最終的な光学モジュールにおける光アイソレータの特性をより正確に検査できる利点がある。測定光源５０の出力Ｐ_０を、検出器４８によって測定しておく。

次に、挿入損失を測定する。図７（Ｂ）に示すように、光アイソレータ付きファイバスタブ２５を測定系の光軸回りに回転可能なＸＹＺθステージに設置し、光アイソレータ１１側から光源５０の光を入射する。そして、ファイバスタブ２５の後端面（ＰＣ端面）から出射した光の出力を検出器４８によって測定する。ファイバスタブ２５を回転させながら出力を測定し、得られた光出力最大値をＰ_１とすれば、挿入損失は（Ｐ_０―Ｐ_１）となる。

次にアイソレーションは、挿入損失と同じ測定系において、光アイソレータ
付きファイバスタブ２５の向きを反転させて測定を行えば良い。すなわち、図７（Ｃ）に示すように、ファイバスタブの後端面（ＰＣ端面）から光を入射し、光アイソレータ１１側から出射した光の出力を検出器４８によって測定する。ファイバスタブ２５を回転させながら出力を測定し、得られた光出力最大値をＰ_２とすれば、アイソレーションは（Ｐ_０―Ｐ_２）となる。

このように本実施の形態の検査方法によれば、光アイソレータ付きファイバスタブ２５を回転させながら出力を測定するため、光源の出力光をランダム偏波にするための偏光スクランブラが不要となる。また、磁石の極性を反転させる代わりに、ファイバスタブ２５自身の向きを反転させるだけで、挿入損失とアイソレーションを測定できる。従って、挿入損失とアイソレーションの検査装置、検査工程が簡略化できる。

尚、このような検査方法は、ファイバスタブ２５の外径規格がほぼ決まっており、外径精度が高いことを利用して可能となったものである。すなわち、光レセプタクルの場合は、金属ホルダの形状が用途やユーザに応じて極めて多種に渡り、しかも金属ホルダにフランジが付いている場合も多い。このため、光レセプタクルを回転させるための回転ステージを多数種類用意する必要があり、測定装置の準備が極めて煩雑になる。しかも、金属ホルダの外径精度は±５０μｍ以上と悪く、回転による偏心が大きい。このため、光レセプタクルを回転させながら安定して光出力を測定することが困難である。これに対し、ファイバスタブ２５の外径規格はほぼ決まっているため、回転ステージは数種類用意すれば足りる。また、ジルコニア等から成るファイバスタブの外径精度は±１〜２μｍと高いため、回転時の偏心が殆どない。従って、光レセプタクルを回転させながらであっても、安定して光出力を測定することが可能である。

図１〜７に示した実施形態では、ファイバスタブの先端に固定する光学素子が磁石付光アイソレータである場合について説明したが、本件発明はこれに限られない。ファイバスタブの先端に固定する光学素子であって、ファイバスタブ中の光ファイバに対して位置合わせする必要のあるものであれば、どのようなものでも良い。

例えば、光学素子は、磁石の必要のない光アイソレータであっても良い。ラッチングガーネットは、それ自身が磁力をもっているため、ラッチングガーネットをファラデー回転子に用いることで、磁石レス光アイソレータが構成できる。磁石レス光アイソレータであれば、ファイバスタブの先端に設けた突出部に光アイソレータ素子を接着した後、磁石をその周りに固定する必要がない。従って、ファイバスタブ３の先端の外径は本体部分と全く変わらない。また、光アイソレータはファイバスタブ先端の突出部に接着固定されるため、ファイバスタブの外周からかなり内側にある。従って、半導体レーザモジュールのレンズホルダにファイバスタブを挿入して位置合わせをする場合にも、レンズホルダの内側に接触防止のためのザグリ穴を設ける必要がなくなる。従って、半導体レーザモジュールが小型化できる。

また、ファイバスタブの先端に固定する光学素子は、全反射ミラーコートを施したファラデー回転子と磁石から成るファラデー・ローテータ・ミラー（Faraday Rotator Mirror）であっても良い。この場合も、上記磁石付光アイソレータの場合と同様の効果を得ることができる。尚、ファラデー・ローテータ・ミラー付ファイバスタブは、光センサ用途に適している。さらに、光学素子は、単にＡＲコートを施したガラスであっても良い。このガラスをファイバスタブの先端に設けることにより、レーザ光の戻り光を抑制することができる。

以下、本発明の実施例として図１及び図２に示す光アイソレータ付きファイバスタブと光レセプタクルを備えた光モジュールを作製した。光モジュールは同軸型からなる光レセプタクル型半導体レーザモジュールとした。

図１において、光ファイバ１をジルコニア材からなる外径がφ１．２５ｍｍのフェルール２の中心部の貫通孔２７に接着固定して、ファイバスタブ３を形成した。ファイバスタブ３の先端側に段加工２２を施し、外径がφ０．５ｍｍの突出部２３を設けた。そして、この突出部２３の段差面２９を８°に斜め研磨加工した。また、ファイバスタブ３の後端面は、図示しない光コネクタのプラグフェルール先端と嵌合されるための曲面研磨加工を施した。

一方、光アイソレータ素子９は、図３に示すように、その入出射面がファイバスタブ３の研磨角度と同じ８°となるようにした。また、ファイバスタブ３の突出部２３の外径内に収容されるように、光軸に対する垂直断面２６を縦０．３ｍｍ×横０．３ｍｍに裁断して形成した。なお、光アイソレータ素子９の偏光子６、ファラデー回転子７及び検光子８は、予め偏光子６と検光子８の透過偏波面の角度が４５°となるよう回転調芯した後、接着剤により張り合わせ固定している。また、偏光子６の透過偏波面を、ファイバスタブ３の段差面２９の８°斜め研磨面に対し垂直となるように設置した。

ファラデー回転子７に磁界を印加するための円筒型磁石１０は、外径をφ１．２ｍｍ、内径をφ０．６ｍｍ、長さを１ｍｍとした。また、ファイバスタブ３の段加工２２に接着剤により挿通固定した。以上により、光アイソレータ付きファイバスタブ２５を形成した。

図２において、半導体レーザ１２をヒートシンク１３上に半田により搭載固定した。ヒートシンク１３は、金属ステム１４上に同じく半田により搭載固定した。レンズ１５はステンレス材から成るレンズホルダ１６に低融点ガラスにより固定し、レンズホルダ１６は金属ステム１４に抵抗溶接した。

光アイソレータ付きファイバスタブ２５の先端側を、ファイバスタブ３の段加工２２が金属ホルダ５の貫通孔２８より飛び出さない位置に圧入固定した。また、ファイバスタブ３の後端側をジルコニア材から成るスリーブ１８に挿入し、スリーブ１８をステンレス材からなるシェル１９に挿入した。そして、シェル１９を金属ホルダ５に圧入固定して光レセプタクル１７を形成した。そして、レンズ１５により集光された光が光ファイバ１に正しく入射するように、光レセプタクル１７を位置調整した後、光レセプタクル１７の金属ホルダ５をレンズホルダ１６にレーザ溶接固定した。

表１に従来の半導体レーザモジュールと本実施例による半導体レーザモジュールの比較を示す。ファイバスタブの光軸に対する光入射側端面垂直断面積と研磨時間、光アイソレータ素子の光軸に対する垂直断面積と磁石の外径、レンズホルダ内径の光アイソレータ専用ザグリ部有無について比較して示す。

本実施例の光モジュールでは、ファイバスタブ３の光入射側の先端側に突出部２３を設け、その段差面２９を斜め研磨したことで、研磨面の面積が従来例に比し、２０％以下となっている。このため、斜め研磨時の作業時間は、段加工２２の追加工程を含めても約５０％低減できた。また、突出部２３の段差面２９に接着固定する光アイソレータ素子９の光軸に対する垂直断面２６の面積は、従来例の約０．２ｍｍ^２に比し、本実施例では約０．１２ｍｍ^２にして約４０％低減したことで裁断個数を増やし、低コスト化できた。

更に、円筒型から成る磁石１０の外径を従来例に比し４０％低減したφ１．２ｍｍとし、ファイバスタブ３の段加工２２に挿通固定することで、光アイソレータ１１を小型化した。また、ファイバスタブ３を保持する金属ホルダ５の加工を待たずに光アイソレータ１１を形成できるため、光アイソレータ１１のサイズの統一化と品種管理の簡素化及び短納期対応が可能となった。

また、光アイソレータ１１の外径をファイバスタブ３の外径より小さくしたことで、光モジュールのレンズホルダ１６の内周２０に光アイソレータ１１を収容する専用のザグリ部２１を設ける必要がなく、レンズホルダ１６も低価格化することができ、内周に軽く接触する程度では磁石が剥離しない小型で低コストな光モジュールの提供が可能となった。

１ 光ファイバ、３ ファイバスタブ、５ 金属ホルダ、９ 光アイソレータ素子、１０ 磁石、１１ 光アイソレータ、１２ 半導体レーザ、１３ ヒートシンク、１４ 金属捨て無、１６ レンズホルダ、１５レンズ、１７ 光レセプタクル、１８ スリーブ、１９ シェル、２３ 突出部、２５ 光アイソレータ付ファイバスタブ、２７ 貫通孔、３０ 光アイソレータ付光レセプタクル、１００ 光学ユニット

Claims (15)

1. 中央部に貫通孔を有するとともに先端面に前記貫通孔を含む突出部を有するフェルールと、前記貫通孔に挿着された光ファイバと、前記突出部の端面に前記光ファイバの端面を覆うように接合された光学素子とを備えたことを特徴とする光学素子付きファイバスタブ。
2. 前記光学素子が、前記突出部の端面の面内に接合されていることを特徴とする請求項１に記載の光学素子付きファイバスタブ。
3. 前記光学素子が、ファラデー回転子と、前記ファラデー回転子に磁界を加える磁石とを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子付きファイバスタブ。
4. 前記光学素子が、光アイソレータ又はファラデー・ローテータ・ミラーであることを特徴とする請求項３に記載の光学素子付きファイバスタブ。
5. 前記磁石を筒状に形成し、かつ、前記突出部を柱状に形成し、前記磁石を前記突出部に嵌装したことを特徴とする請求項３又は４に記載の光学素子付きファイバスタブ。
6. 前記磁石の外径が、前記フェルールの外径以下であることを特徴とする請求項５に記載の光学素子付きファイバスタブ。
7. 前記突出部の端面が斜め加工されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光学素子付きファイバスタブ。
8. 請求項１に記載の光学素子付きファイバスタブと、両端の開口したスリーブであって、一方の開口に光コネクタ用のプラグフェルールを保持するとともに、他方の開口に上記ファイバスタブのフェルール後端側を挿入したスリーブと、貫通孔を有するホルダであって、上記フェルールの先端側を上記貫通孔に挿入固定してなるホルダと、を有する光学素子付き光レセプタクル。
9. 前記光学素子が、ファラデー回転子と、該ファラデー回転子に磁界を加える磁石とを備え、前記ホルダの貫通孔に前記磁石の一部が挿入されていることを特徴とする請求項７に記載の光学素子付き光レセプタクル。
10. 発光素子を有する光学ユニットと、請求項８に記載の光学素子付き光レセプタクルと、を備えた光モジュールであって、
    前記発光素子の光が、前記光学素子に入射されることを特徴とする光モジュール。
11. ファイバスタブに光学素子を取り付けて光学素子付きファイバスタブを形成する工程と、
    前記光学素子付きファイバスタブの先端をホルダに固定し、後端を光コネクタが挿入可能なスリーブに固定して光レセプタクルを形成する工程と、を備えた光レセプタクルの製造方法。
12. 前記光学素子が、ファラデー回転子と、前記ファラデー回転子に磁界を加える磁石とを備えたことを特徴とする請求項１１に記載の光レセプタクルの製造方法。
13. 前記光学素子付きファイバスタブの形成工程後、前記光レセプタクルの形成工程前に、前記光学素子付きファイバスタブの光学特性を検査する検査工程を備えたことを特徴とする請求項１２に記載の光レセプタクルの製造方法。
14. 前記光学素子が光アイソレータであり、前記検査工程において、前記光学素子付きファイバスタブの光学素子側から光を入射し、前記光学素子付きファイバスタブを光軸回りに回転させながらファイバスタブ後端から出射される光の最大出力Ｐ_１を測定し、前記最大出力Ｐ_１に基づいて挿入損失を測定することを特徴とする請求項１３記載の光レセプタクルの製造方法。
15. 前記光学素子が光アイソレータであり、前記検査工程において、前記光学素子付きファイバスタブの後端側から光を入射し、前記光学素子付きファイバスタブを光軸回りに回転させながら前記光学素子から出射される光の最大出力Ｐ_２を測定し、前記最大出力Ｐ_２に基づいてアイソレーションを測定することを特徴とする請求項１３記載の光レセプタクルの製造方法。

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