JP2012163902A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】制振部材や緩衝部材を用いることなく、光コネクタ挿着時に生ずる衝撃により、電子冷却器が損傷を受け難いような耐性を備えた光モジュールを提供する。
【解決手段】光モジュール１は、半導体レーザ素子８が電子冷却器１０で温度調整可能に搭載されたセラミックパッケージ本体部２と、光コネクタのフェルールが挿入されるスリーブ部４と、を備える。光モジュールは、セラミックパッケージ本体部２のベース６上に電子冷却器１０の放熱板が接するように実装され、電子冷却器１０の吸熱板にキャリア部材９を介して半導体レーザ素子８が搭載され、スリーブ部４の光コネクタ挿抜の方向が、電子冷却器１０の放熱板および吸熱板の面と直交するように組み付けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体レーザ素子が搭載されたパッケージ本体部と光コネクタのフェルールが挿入されるスリーブ部とを備えた光モジュールに関する。

光通信に用いられる光モジュールで、送信用の光モジュールは、図４（Ａ）に一例として示すように、信号光を発する半導体レーザ素子（ＬＤ）１０３を搭載した箱型のパッケージ本体部１０１と、光ファイバケーブルの光コネクタと光結合するためのスリーブ部１０２とを備えている。
パッケージ本体部１０１には、ＬＤ１０３の他に、モニタ用のフォトダイオード（ＰＤ）や、キャリア部材、集光レンズ、ミラー等が搭載されている。また、発熱源となるＬＤ１０３の放熱とその出力特性を安定させるペルチェ素子等を用いた電子冷却器１０４が実装され、温度調節を行うことが知られている。

スリーブ部１０２には、光コネクタが着脱可能に接続されるが、光コネクタ１０５は、図４（Ｂ）に示されるように、フェルール１０６をコネクタ筐体１０７内にバネ部材１０８により軸方向に可動で弾性的に保持されている。そして、フェルール１０６が光モジュール１００のスリーブ部１０２内に挿入されたとき、フェルール１０６は、その端面がファイバスタブ１０２ａの端面に対してバネ部材１０８によって押圧されながら接触する。
しかし、フェルール１０６とスリーブ部１０２の軸ずれや挿入角度の変化等で挿入に引っ掛かりが生じることがあり、フェルール１０６がファイバスタブ１０２ａに接触する位置まで挿入される前に、バネ部材１０８が圧縮される。この引っ掛かり状態が解放されると、圧縮状態にあるバネ部材１０８により、フェルール１０６は勢い良く軸方向に飛び出し、スリーブ部１０２内のファイバスタブ１０２ａに衝突する。

フェルール１０６とファイバスタブ１０２ａの衝突により生じた衝撃波は、スリーブ部１０２を伝搬してパッケージ本体部１０１の筐体等を励振させ、内部の実装部品にダメージを与える場合がある。この対策として、例えば特許文献１には、スリーブ部１０２の外周に接して筒状の制振部材を配することが開示されている。また、特許文献２には、ファイバスタブ１０２ａのフェルールとの接合面に衝撃を緩和する緩衝部材を配することが開示されている。

特開２０１０−１２８０７７号公報 特開２０１０−１９１３１９号公報

特許文献１のように制振部材を用いることにより、衝撃波を抑制することは可能であるが、衝撃波の波長、光モジュールの構造に最適な制振部材の材料や大きさ、取付けの密着性等、制振のための種々の条件を満たす必要がある。また、特許文献２のように、衝撃を緩和する緩衝部材を用いることにより、フェルールの衝突を緩和し衝撃波の発生を抑制することは可能であるが、ファイバスタブとフェルールとが緩衝部材を介して接触させるため、光結合が十分得られない場合もあり、接続損失が増加する虞がある。

特に、図４（Ａ）に示したように、箱型のパッケージ本体部１０１を用いて電子冷却器１０４によるＬＤ１０３の温度調整を行う構成の光モジュール１００では、通常、電子冷却器１０４の吸熱板（上部絶縁板）および放熱板（下部絶縁板）の面が、スリーブ部１０２への光コネクタ１０５の挿抜の方向に沿った方向で配置される。吸熱板（上部放熱板）上に、電子部品や光学部品などが搭載されて慣性が大きい状態で、パッケージ本体部に固定された放熱板（下部絶縁板）に横方向からの衝撃が加わると、放熱板（上部絶縁板）と吸熱板（下部絶縁板）の間に柱状に立てて配置されている冷却素子の接合箇所に横方向からの力が加わり破壊されたり、実装ずれ等の損傷（ダメージ）を受けやすい。

本発明は、上述した実状に鑑みてなされたもので、制振部材や緩衝部材を用いることなく、光コネクタ挿着時に生ずる衝撃により、電子冷却器が損傷を受け難いような耐性を備えた光モジュールの提供を目的とする。

本発明による光モジュールは、半導体レーザ素子が電子冷却器で温度調整可能に搭載されたセラミックパッケージ本体部と、光コネクタのフェルールが挿入されるスリーブ部と、を備えた光モジュールである。光モジュールは、セラミックパッケージ本体部のベース上に電子冷却器の放熱板が接するように実装され、電子冷却器の吸熱板にキャリア部材を介して半導体レーザ素子が搭載され、スリーブ部の光コネクタ挿抜の方向が、電子冷却器の放熱板および吸熱板の面と直交するように組み付けられていることを特徴とする。
なお、半導体レーザ素子とスリーブ部との間に、集光レンズと反射ミラーが配され、また、集光レンズと反射ミラーは、単一体のレンズミラーキャリア部材を介して電子冷却器の吸熱板上に実装するようにしてもよい。

本発明によれば、光コネクタの挿着時に生じる衝撃波の伝搬方向が、電子冷却器の放熱板および吸熱板と直交する方向であるため、冷却素子の接合面に直交する方向からの衝撃となり、接合面と平行な横方向からの衝撃より、受けるダメージが軽減される。したがって、制振部材や緩衝部材を用いなくても、電子冷却器への損傷を抑制することができる。

本発明による光モジュールの一例を説明する図である。 本発明による光モジュールのパッケージ本体部の詳細を説明する図である。 本発明による光モジュールの衝撃波を受ける形態を示す図である。 従来技術と解決すべき課題を説明する図である。

図１により本発明の実施の形態を説明する。図において、１は光モジュール、２はパッケージ本体部、３はジョイントスリーブ（Ｊスリーブ）、４はスリーブ部、５はセラミック筐体、６はベース、７はリッド、８は半導体レーザ素子（ＬＤ）、９はキャリア部材、１０は電子冷却器、１１は集光レンズ、１２は反射ミラーを示す。

図１（Ａ）に示すように、光モジュール１は、パッケージ本体部２とスリーブ部４とをジョイントスリーブ（Ｊスリーブ）３により結合して構成される。パッケージ本体部２は、詳細については後述するが、矩形枠状のセラミック筐体５の底部に、放熱性のよい金属からなるベース６が接合され、頂部にリッド７が接合されて成る。パッケージ本体部２内には、キャリア部材９（サブマウントとも言う）を介して半導体レーザ素子（ＬＤ）８が搭載され、またＬＤ８の温度調節を行う電子冷却器１０の放熱板が、ベース６の面に平行に接するように搭載される。この他、集光レンズ１１および反射ミラー１２等の光学系路を形成する部品等が実装されている。

スリーブ部４は、光ファイバケーブルに取付けられた光コネクタ（図４参照）が着脱可能に嵌合される形状で、スリーブシェル４ａとスタブホルダ４ｂからなる筒体で形成される。スタブホルダ４ｂは、ファイバスタブ４ｃを保持固定し、該ファイバスタブ４ｃの外周に嵌合するようにフェルール位置決めためのスリーブ４ｄを配して構成される。

Ｊスリーブ３は、その嵌合部３ａをリッド７のホルダ部７ａに嵌合し、パッケージ本体部２内のＬＤ８とスリーブ部４内のファイバスタブ４ｃのファイバ端との光軸方向の調心が行われた後、ＹＡＧ溶接等により固定される。Ｊスリーブ３の接合部３ｂには、スリーブ部４のスタブホルダ４ｂの下端面が接合され、ＸＹ方向の調心が行われた後、ＹＡＧ溶接等により固定される。

なお、図１（Ａ）においては、集光レンズ１１をＬＤ８と反射ミラー１２との間に配置する構成のものである。このため、リッド７は光学窓をガラス板７ｂで塞ぐ形態となる。しかし、集光レンズ１１は、これに限らず、図１（Ｂ）に示すように、反射ミラー１２の後段に配置することもできる。この場合、集光レンズ１１は、リッド７の光学窓を塞ぐように設けることで、図１（Ａ）のガラス板７ｂに代えることができる。

上記のように構成された光モジュール１は、ＬＤ８から出射された信号光は、実装面と平行な方向に出射された後、反射ミラー１２により直交する方向に曲げられる。次いで、信号光は、リッド７の光学窓を通って、スリーブ部４内のファイバスタブ４ｃの端面に露出する光ファイバ端に入射され、光コネクタを経て外部に送信される。信号光の出射側と反対の背面側からはモニタ光が取り出され、モニタ用のフォトダイオード（図示省略）で受光される。

パッケージ本体部２は、図２に示すように、セラミック筐体５と、該セラミック筐体５の底部に接合したベース６と、該セラミック筐体５の頂部に光学窓を有するリッド７を接合してなる。セラミック筐体５は、例えば、セラミック製で矩形枠状の複数のパッケージフレームを順次積層してなり、積層されるフレームにより形成された段部を利用して、各種の実装部品が搭載される。

ベース６は、パッケージ本体部２の底壁を形成すると共に、パッケージ内に実装される電子部品の支持台および、電子冷却器１０の放熱面としての機能を有している。このため、ベース６は、例えば、放熱性のよいＣｕ−Ｍｏ（３５−６５）合金のような金属板が用いられる。

リッド７は、金属製とすることができ、パッケージ本体部２の頂部を塞いでパッケージ内を封止すると共に、Ｊスリーブ３を介してスリーブ部４との結合を行う機能を有している。このため、セラミック筐体５の上部に、セラミックと膨張係数が近いコバール（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）等の金属シールリング５ａを用いて半田や溶接により接合され、また、光学窓にはガラス板７ｂで封止される。

底部のベース６上は、電子冷却器１０が搭載される。電子冷却器１０は、ペルチェ素子等の電子冷却素子１０ａの上面側に吸熱板１０ｂを有し、下面側に放熱板１０ｃを有し、放熱板１０ｃの面がベース６に接するようにして配設される。電子冷却器１０の放熱板１０ｃがパッケージ本体部２のベース６に接する形となるので、電子冷却器１０の吸熱板１０ｂおよび放熱板１０ｃの面に対して、スリーブ部４の光コネクタ挿抜の方向（軸方向）が直交する形態となる。

電子冷却器１０は、電子冷却素子１０ａを挟む吸熱板１０ｂと放熱板１０ｃの板面に沿う横方向からの衝撃を受けると、損傷（冷却素子の接合剥がれ等）を受けやすくなるが、板面と直交する方向からの衝撃に対しては比較的に耐性を有している。したがって、光コネクタの挿抜される軸方向と、電子冷却器１０の吸熱板１０ｂおよび放熱板１０ｃの面とが直交する関係にあれば、光コネクタの挿着時に生じる衝撃で、電子冷却器１０が損傷され、ダメージを受けるのを抑制することが可能となる。

ＬＤ８は、外部変調型のものあるいは直接変調型のものを用いることができ、熱伝導性のよいキャリア部材９を介して電子冷却器１０の吸熱板１０ｂ上に実装される。なお、キャリア部材９上には、ＬＤ８の他に、ＬＤの温度をモニタするためのサーミスタ（図示省略）も実装され、電子冷却器１０の温度制御に用いられる。

また、集光レンズ１１と反射ミラー１２の順序は逆であってもよく、反射ミラーに代えてプリズムあるいはレンズ付きのプリズムを用いることもできる。なお、集光レンズ１１および反射ミラー１２は、図２に示すように、単一のレンズミラーキャリア部材１３上に組み付け、セラミック筐体５の内壁に形成された段部で支持させることもできるが、上述した電子冷却器１０の吸熱板１０ｂ上に載置するようにしてもよい。この場合、電子冷却器１０に搭載される重量が増加して、横方向からの衝撃に対してさらに損傷を受けやすくなるが、上記のように直交方向から衝撃を受ける形態とすることで耐性を改善することができる。

図３は、本発明による光モジュール１に対する衝撃波の伝搬状態を示す図である。図４で説明したのと同様に、スリーブ部４に光コネクタを挿着するとき、フェルールの引っ掛かり等により、スリーブ部４内のファイバスタブ４ｃで衝突が生じたとする。この衝突により生じた衝撃波は、スリーブ部４、Ｊスリーブ３を伝搬してパッケージ本体部２の筐体等を励振させ、電子冷却器１０にダメージを与えるように作用する。

しかしながら、上述したように、本発明においては、電子冷却器１０の電子冷却素子１０ａの電極が結合された吸熱板１０ｂと放熱板１０ｃの面の方向が、スリーブ部４の光コネクタが挿抜される軸方向と直交するように配置されている。このため、上述したように吸熱板１０ｂと放熱板１０ｃの面の方向から衝撃を受ける場合に比べて、衝撃に対する耐性を備えており、電子冷却器１０が損傷されるのを抑制することが可能となる。

１…光モジュール、２…パッケージ本体部、３…ジョイントスリーブ（Ｊスリーブ）、３ａ…嵌合部、３ｂ…接合部、４…スリーブ部、４ａ…スリーブシェル、４ｂ…スタブホルダ、４ｃ…ファイバスタブ、４ｄ…スリーブ、５…セラミック筐体、５ａ…金属シールリング、６…ベース、７…リッド、７ａ…ホルダ部、７ｂ…ガラス板、８…半導体レーザ素子、９…キャリア部材、１０…電子冷却器、１０ａ…電子冷却素子、１０ｂ…吸熱板、１０ｃ…放熱板、１１…集光レンズ、１２…反射ミラー、１３…レンズミラーキャリア部材。

Claims (3)

1. 半導体レーザ素子が電子冷却器で温度調整可能に搭載されたセラミックパッケージ本体部と、光コネクタのフェルールが挿入されるスリーブ部と、を備えた光モジュールであって、
   前記セラミックパッケージ本体部のベース上に前記電子冷却器の放熱板が接するように実装され、前記電子冷却器の吸熱板にキャリア部材を介して前記半導体レーザ素子が搭載され、前記スリーブ部の光コネクタ挿抜の方向が、前記電子冷却器の放熱板および吸熱板の面と直交するように組み付けられていることを特徴とする光モジュール。
2. 前記半導体レーザ素子と前記スリーブ部との間に、集光レンズと反射ミラーが配されていることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記集光レンズと反射ミラーは、単一体のレンズミラーキャリア部材を介して前記電子冷却器の吸熱板上に実装されていることを特徴とする請求項２に記載の光モジュール。

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