JP2010243859A - 光サブアセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】スリーブ部材と光モジュールとを接着固定するに際して、その接着強度が大きく、また、光路について気にすることなく接着固定を行える作業性の良い光サブアセンブリの提供。
【解決手段】光サブアセンブリ１は、ステム４上に搭載されたＬＤ７等の電子素子を光学窓付きのキャップ５で封止した光モジュール２と、光コネクタフェルールの挿入をガイドして位置決めするガイド部３１ａに光学的に連通し光モジュール２のキャップ３が挿入される凹所３３を有するスリーブ部材３と、を備えたものである。スリーブ部材３のガイド部３１と凹所３３との間は光透過可能に閉塞され、凹所３３と光モジュール２のキャップ５との間に光透過性接着材６が充填され、スリーブ部材３と光モジュール２が接着固定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光モジュールがスリーブ部材に取付けられて成る光サブアセンブリに関するものである。

光サブアセンブリ（ＯＳＡ：Optical Sub-Assembly）は、光電変換素子が搭載された光モジュールと、該光モジュールと光ファイバとの接続を形成するスリーブ部材とから成る（例えば、特許文献１参照）。図５は従来のＯＳＡ１００の一例を示し、光モジュール１０１とスリーブ部材１０２とを備える。光モジュール１０１は、フォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）１０３等の光電変換素子を搭載するステム１０４上にキャップ１０５を固定して成る。スリーブ部材１０２は、一端部にフェルールガイド部１０２ａ、他端部にモジュール固定部１０２ｂを有し、フェルールガイド部１０２ａにガイドされたフェルール（図示せず）は、モジュール固定部１０２ｂに固定された光モジュール１０１に対して、所定の向きで所定の位置に配置される。

スリーブ部材１０２と光モジュール１０１の固定は、例えば、スリーブ部材１０２が樹脂製である場合等は樹脂接着材を用いて行われる。より詳細には、光モジュール１０１のステム１０４と、スリーブ部材１０２のモジュール固定部１０２ｂの端部１０２ｃと、の間に接着剤Ｐを塗布し、これを硬化することにより行われる。

特開２００２−９０５８７号公報

しかしながら、図５のような光モジュール１０１のステム１０４とスリーブ部材１０２の端部１０２ｃとの間の接着剤Ｐのみでは、十分な接着強度を確保できないことがある。接着強度を大きくする方法として、光モジュール１０１のキャップ１０５の側面１０５ａと、スリーブ部材１０２のモジュール固定部１０２ｂの内周側面１０２ｄとの間に接着剤を塗布し接着面積を大きくする方法等が考えられる。しかし、この方法では、フェルールの光ファイバとＰＤ１０３との間の光路を接着剤で塞いでしまなわいよう、接着剤の塗布条件（塗布の仕方、塗布量や塗布位置等）を十分に管理しなければならず、接着剤での固定時の作業が簡単でない。

本発明は、上述のような実情を鑑みてなされたもので、スリーブ部材と光モジュールとを接着固定するに際して、その接着強度が大きく、また、光路について気にすることなく接着固定を行える作業性の良い光サブアセンブリ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、本発明の光サブアセンブリは、ステム上に搭載された光電変換素子を含む電子素子を光学窓付きのキャップで封止した光モジュールと、光コネクタフェルールの挿入をガイドして位置決めするガイド部に光学的に連通し光モジュールのキャップが挿入される凹所を有するスリーブ部材と、を備えたものであって、スリーブ部材のガイド部と凹所との間は光透過可能に閉塞され、凹所と光モジュールのキャップとの間に光透過性接着材が充填され、スリーブ部材と光モジュールが接着固定されていることを特徴とする。

ガイド部と凹所との間が、レンズ部材により光透過可能に閉塞されている構成が好ましく、また、スリーブ部材が光透過可能な材料により一体に形成されている構成であってもよい。

本発明の光サブアセンブリによれば、フェルールの光ファイバと光モジュールの光電変換素子との間の光路を光学的には遮らない形態でスリーブ部材に凹所を形成し、この凹所に光モジュールを挿入し、これらの間の隙間を光透過性接着材で充填し、この光透過性接着材により光モジュールをスリーブ部材に固定するようにしたため、接着固定に関わる面積を大きくすることができる。そのため、スリーブ部材と光モジュールとの接着強度を大きくすることができる。また、光透過性接着材を用いているため、その塗布条件の厳格な管理が必要なくなるので、接着剤での固定時の作業性が良くなる。

本発明のＯＳＡの構造の一例を説明する図である。 図１のＯＳＡの光線追跡図である。 本発明のＯＳＡの構造の他の例を説明する図である。 図２のＯＳＡの光線追跡図である。 従来のＯＳＡの一例を説明する図である。

本発明の光サブアセンブリ（ＯＳＡ）は、例えば、レーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）を有する送信用光サブアセンブリ（ＴＯＳＡ：Transmitting Optical Sub-Assembly）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 Optical Sub-Assembly）等として構成される。以下では、本発明のＯＳＡについて、ＴＯＳＡとして構成した例で説明する。

図１は、本発明のＴＯＳＡの構造の一例を説明する図であり、図１（Ａ）はＴＯＳＡの断面図、図１（Ｂ）はＴＯＳＡを構成するスリーブ部材の断面図である。本例のＴＯＳＡ１は、図１（Ａ）に示すように、光モジュール２とスリーブ部材３とを備える。なお、本明細書では、図における横方向を上下方向とし、光モジュール２が固定される側を下側として説明する。

光モジュール２は、ＬＤ７等の電子素子が搭載されるステム４と、ステム４上の電子素子を覆うキャップ５と、を有する。
ステム４は、キャップ５と協働して、内部に素子搭載空間を有するＣＡＮパッケージを構成するもので、ＬＤ７を搭載する台座部４ａと、ＬＤ７等の素子と外部回路とを電気接続するリードピン４ｂと、これらリードピン４ｂが低融点ガラス等により固定封止される金属製のベース部４ｃとを有する。ステム４の台座部４ａやベース部４ｃ上には、ＬＤ７に加えて、ＬＤ光をモニタするためのＰＤ等の素子が実装される場合もある。これら素子は、ベース部４ｃやリードピン４ｂ等と種々の接続手段により接続される。

キャップ５は、ステム４の素子の搭載部を覆うものであり、信号光を透過させる光学窓の一例としての平板ガラス５ａと、平板ガラス５ａが固定される金属製のシェル５ｂとを有する。平板ガラス５ａは、ＢＫ７等の光学ガラスから形成される。シェル５ｂの上端部中央には信号光が通過する開口５ｃが設けられており、当該開口５ｃを塞ぐように平板ガラス５ａが低融点ガラス等により固定されている。キャップ５の下端とステム４のベース部４ｃとを抵抗溶接にて固定してＣＡＮパッケージは構成される。
光モジュール２は、外部からリードピン４ｂを介してＣＡＮパッケージ内に入力された電気信号をＬＤ７で光電変換し、得られた信号光を平板ガラス５ａを介して開口５ｃから外部に出力する。

本発明におけるスリーブ部材３は、その一端部に光モジュール２が固定され、他端部でフェルールをガイドするものであり、図１（Ｂ）に示すように、ガイド部３１ａ、光モジュール挿入部３１ｂ、連結部３１ｃ及び光学部材３２を有する。スリーブ部材３の光学部材３２を除く部分は、例えば、樹脂（プラスティック）材料から形成され、これら各部３１ａ，３１ｂ，３１ｃの中心軸が一致するように形成されている。なお、以下では、この中心軸を軸Ｐとして説明する。また、光学部材（レンズ部材）３２は、レンズ部３２ａを有し、例えば、シクロオレフィン系樹脂（日本ゼオン株式会社ＺＥＯＮＥＸ３３０Ｒ等）から形成される。

ガイド部３１ａは、不図示の光コネクタのフェルールを軸Ｐ方向に挿入をガイドする部分であり、上記フェルールの軸Ｐ方向と垂直な面内の位置決めを行うために、上端のテーパ部３１ｄ以外の部分の内径Ｎ１が、上記フェルールの外径と略同一に形成されている。テーパ部３１ｄは、光コネクタのフェルールの挿入を容易にするため、上方にゆくにつれその内径が大きくなるよう形成されている。
光モジュール挿入部３１ｂは、光モジュール２がキャップ５側から挿入される部分であり、その内径Ｎ２が光モジュール２のキャップ５の外径Ｇ１より大きい円筒状に形成されている。

連結部３１ｃは、ガイド部３１ａと光モジュール挿入部３１ｂとを連結する部分である。連結部３１ｃのガイド部３１ａ側の端部３１ｅは、その内径Ｎ３が、光コネクタのフェルールの外径より小さく形成されており、ガイド部３１ａに挿入された光コネクタのフェルールが突き当たるようになっている。すなわち、端部３１ｅは、光コネクタのフェルールの軸Ｐ方向の位置決めを行うためのものである。

また、連結部３１ｃの光モジュール挿入部３１ｂ側の端部３１ｆは、その内径Ｎ４が、光学部材３２の外径Ｇ２と略同一に形成されている。また、連結部３１ｃの両方の端部３１ｅ，３１ｆの間の中間部３１ｇは、その内径Ｎ５が、ガイド部３１ａ側の端部の内径Ｎ２より大きく、光モジュール挿入部３１ｂ側の端部の内径Ｎ３より小さく形成されている。光学部材３２を連結部３１ｃのガイド部３１ａ側の端部３１ｆに挿入し、上記中間部３１ｇの下面に突き当てることで、光学部材３２の位置合わせが行われる。光学部材３２の固定は、例えば、接着剤を用いて行われる。

上述のような構成により、スリーブ部材３は、略筒状体となっており、すなわち、そのガイド部３１ａとモジュール挿入部３１ｂとの光学的な連通部が光学部材３２により閉塞される形状となっており、上記閉塞により、凹所３３が下端部に形成されている。この凹所３３には、光モジュール２が、キャップ５側から挿入され位置合わせ（調芯）された状態で光透過性接着材６（図１（Ａ））により固定される。光透過性接着材６は、ＬＤ７の出射光の波長を透過するものである。

また、凹所３３への光透過性接着材６の充填は、光モジュールのキャップ５の外周面と、凹所３３の内周面との隙間が一様に埋まるように行われる。すなわち、上記隙間は光透過性接着材６により充填され、スリーブ部材３の凹所３３内の全面で光モジュール２との接着固定が行われる。

ＴＯＳＡ１では、上述のように光透過性接着材６を充填するようにしたため、接着固定に関わる面積が大きいので、スリーブ部材３と光モジュール２との接着強度が大きい。また、光透過性接着材６を充填するようにしたため、光モジュール２と光ファイバとの間の光路を非透過性の接着材で遮る可能性を考慮する必要が無く、接着材付与の際の条件（付与量や付与位置等）を厳密に管理する必要がないので、作業性が良い。

また、ＴＯＳＡ１では、上述のように固定された光モジュール２と、スリーブ部材３に挿着されたフェルールの光ファイバとの間の光路は、光透過性接着材６及び光学部材３２により、物理的に塞がれてはいるが、これらは共にＬＤ７の出射光を透過する。したがって、図２の光線追跡図の集光点Ｆの位置と、スリーブ部材３にガイドされるフェルールの光ファイバの端面の位置とが一致するように、ＬＤ７すなわち光モジュール２を位置合わせして固定することで、ＬＤ７からの出射光をフェルールの光ファイバに光結合させることができる。
また、本例では、光学部材３２を別体としたため、スリーブ部材の作製の際に、非球面レンズ部３２ａをガイド部３１ａ側に設けることが容易となっている。

なお、本例のスリーブ部材３の光学部材３２を除いた部分は、透明性が高く光透過可能なポリエーテルイミド（ＰＥＩ）等の光透明性樹脂から作製できる。ＰＥＩは、紫外線（ＵＶ）を透過するので、本例において、光透過性接着材６として、ＵＶ硬化性のもの（例えば、電気化学工業ＵＶＸ３０３７）を用いることができる。また、熱硬化性の光透過性接着材を用いてもよく、この場合、スリーブ部材３の光学部材３２の除いた部分は、ＰＥＩに限られず、その一部や全体が、非透明な樹脂や金属で形成されていてもよい。

図３は、本発明のＴＯＳＡの構造の他の例を説明する図であり、図３（Ａ）はＴＯＳＡの断面図、図３（Ｂ）はＴＯＳＡを構成するスリーブ部材の断面図である。なお、本例のＴＯＳＡに関し、図１の例と同様の部分については、同じ参照符号を付すことによりその説明を省略する。

本例のＴＯＳＡ１’は、例えば、図３（Ａ）に示すように、光モジュール２’と光透過性の材料で形成されたスリーブ部材３’とを備える。
光モジュール２’は、図１の光モジュール２とキャップの構成が異なり、図１の平板ガラス５ａに代えて、集光レンズとしての球レンズ５ａ’がキャップ５’に備えられ、金属製のシェル５ｂの形状が図１のものと異なっている。

本発明の特徴部に関わるスリーブ部材３’は、その一端部に光モジュール２’が固定され、他端部でフェルールをガイドするものであり、例えば、図３（Ｂ）に示すように、ガイド部３１ａ、光モジュール挿入部３１ｂ及び連結部３１ｃ’を一体的に有する。この例のスリーブ部材３’は、少なくともＬＤ７の出射光の波長を透過するＰＥＩ等の光透明材料から形成できる。

連結部３１ｃ’は、図１のものと同様に、ガイド部３１ａと光モジュール挿入部３１ｂとを連結するものであるが、図１のものとは異なり、その光モジュール挿入部３１ｂ側の端部３１ｆ’は、中空部材となっておらず、光モジュール挿入部３１ｂの上方を物理的に塞ぐように形成されている。

上述のような構成により、スリーブ部材３’は、略筒状体となっており、すなわち、そのガイド部３１ａとモジュール挿入部３１ｂとの光学的な連通部が、スリーブ部材３’に一体的に形成されている端部３１ｆ’により閉塞される形状となっており、上記閉塞により、凹所３３’が下端部に形成されている。凹所３３’には、光モジュール２が、キャップ５側から挿入され位置合わせ（調芯）された状態で、光透過性接着材６（図３（Ａ））で固定される。

ＴＯＳＡ１’においても、図１のＴＯＳＡ１と同様、光モジュール２のキャップ５’の外周面と、凹所３３’の内周面との隙間は、スリーブ部材３’と光モジュール２との固定用の光透過性接着材６により充填される。したがって、ＴＯＳＡ１’では、図１の例と同様に、接着固定に関わる面積が大きいので、スリーブ部材３’と光モジュール２との接着強度が大きい。また、光透過性接着材６を充填するようにしたため、接着材付与の際の条件を厳密に管理する必要がないので、作業性が良い。

また、ＴＯＳＡ１’では、光モジュール２と、スリーブ部材３’にガイドされたフェルールの光ファイバとの間の光路は、光透過性接着材６及びスリーブ部材３’により、物理的に塞がれてはいるが、これらは共にＬＤ７の出射光を透過する。したがって、図４の光線追跡図の集光点Ｆ’の位置と、スリーブ部材３’にガイドされるフェルールの光ファイバの端面の位置とが一致するように、ＬＤ７すなわち光モジュール２’を位置合わせして固定することで、ＬＤ７からの出射光をフェルールの光ファイバに光結合させることができる。

上述のように、スリーブ部材３’は、ＰＥＩ等の光透過性材料で作製できるが、全体を光透過性材料で形成する必要は無く、光モジュール２’とフェルールの光ファイバとの間の光路に当たる部分が、光透過性材料で形成されていればよい。なお、本例における光透過性接着材６としては、図１の例と同様、スリーブ部材３’の構成材料等に応じて、ＵＶ硬化性接着材、熱硬化性接着材を使い分けることができる。

また、図１及び図３のいずれの例においても、ＴＯＳＡの作製の際の光透過性接着材の充填／硬化のタイミングは、種々考えられ、例えば、スリーブ部材の凹所に十分な量（隙間が充填される量）の光透過性接着材を付与した後、光モジュールを凹所に挿入し、位置調整をし、調整した位置で硬化させるようにしてもよい。また、先に光モジュールをスリーブ部材の凹所に挿入して位置調整をし、その後、位置合わせ用の光モジュールの保持具とスリーブ部材の保持具との相対的位置を維持したまま、上記凹所に光透過性接着材を充填し硬化させても良い。さらに、最初に少量の光透過性接着材を塗布し、光モジュールの位置調整後、その少量の光透過性接着材で光モジュールを仮固定し、そして、残った隙間を光透過性接着材で充填し再度硬化させるようにしてもよい。この場合、最初に塗布する光透過性接着材にＵＶ硬化性のものを用い、後から塗布する光透過性接着材に熱硬化性のものを用いるようにしてもよい。

なお、以上では、光透過性接着材の例として、ＵＶ硬化性のものと熱硬化性のものを挙げたが、いずれを用いる場合も、アクリルもしくはポリエン・ポリチオール、エポキシなどの当が性の高い物質を主成分とし、フィラー等の光透過性を阻害する物質を混合していない接着材が好ましい。

１…ＴＯＳＡ、２…光モジュール、３…スリーブ部材、３’…スリーブ部材、３１ａ…ガイド部、３１ｂ…光モジュール挿入部、３１ｃ，３１ｃ’…連結部、３２…光学部材、３２ａ…非球面レンズ部、３３…凹所、４…ステム、４ａ…台座部、４ｂ…リードピン、４ｃ…ベース部、５…キャップ、５ａ…平板ガラス、５ａ’…球レンズ、５ｂ…シェル、６…光透過性接着材、７…ＬＤ。

Claims (3)

1. ステム上に搭載された光電変換素子を含む電子素子を光学窓付きのキャップで封止した光モジュールと、光コネクタフェルールの挿入をガイドして位置決めするガイド部に光学的に連通し前記光モジュールのキャップが挿入される凹所を有するスリーブ部材と、を備えた光サブアセンブリであって、
   前記スリーブ部材の前記ガイド部と前記凹所との間は光透過可能に閉塞され、前記凹所と前記光モジュールのキャップとの間に前記光透過性接着材が充填され、前記スリーブ部材と前記光モジュールが接着固定されていることを特徴とする光サブアセンブリ。
2. 前記ガイド部と前記凹所との間は、レンズ部材により光透過可能に閉塞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. 前記スリーブ部材は、光透過可能な材料により一体に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光サブアセンブリ。

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