JP2015069130A - 光学素子モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】小型で低コストな構造を備え、封止作業での作業効率が向上すると共に、ファイバ被覆への熱ダメージも少ない光学素子モジュールを提供する。
【解決手段】光学素子を収納する筐体を備え、該光学素子は、該筐体の側壁に設けられた貫通穴を通じて該筐体内に導入された光ファイバと光学的に結合しており、該筐体の外部では、該貫通穴から導出された光ファイバを保護する保護部材が該光ファイバの一部に配置されると共に、該筐体と一体化しているファイバ固定部により、該保護部材を介して該光ファイバを保持する光学素子モジュールにおいて、該貫通穴の内部では、光ファイバの被覆が除去されたベアファイバ部と該側壁との隙間が金属材料で封止固定されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学素子モジュールに関するものであり、特に、光学素子を筐体内に収容し、該筐体の内部に導入した光ファイバと該光学素子とを光学的に結合した光学素子モジュールに関する。
光通信分野や光計測分野において、光変調器などの光学素子が多用されている。これらの光学素子の多くは、金属の筐体内に光学素子を収容された光学素子モジュールとして使用される。光学素子モジュールでは、筐体の側壁に設けた貫通穴を通じて光ファイバを導入し、筐体内部ある光学素子と該光ファイバとを光学的に結合すると共に、該貫通穴を封止するよう構成されている。
特許文献１には、光ファイバの封止構造について、貫通パイプを利用して斜め入射で光ファイバに無理な力を加えることなく封止固定することが記載されている。
特許文献２には、光学素子モジュールを小型化するために、固定用パイプを用いた場合の光ファイバの固定方法が開示されている。
特許文献３には、スリットをもった挿通パイプを用いて作業性を向上させた光素子パッケージが開示されている。
特許文献１や特許文献２に開示された従来技術では、パイプ部が別体となっており、コストが高くなるという問題がある。また、特許文献３のような構造では、挿通パイプの径が大きいため、半田がパイプと光ファイバとの間に流れ難く、ケース壁部での封止は難しい。また、封止作業に必要な加熱時間が長くなるため、ファイバ被覆やその外側に配置される保護部材へのダメージが大きくなるという問題もある。
特開平７−１９９００３号公報 特開２００４−１４５２５３号公報 特開２００９−１２８６７７号公報
本発明が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、小型で低コストな構造を備え、封止作業での作業効率が向上すると共に、ファイバ被覆等への熱ダメージも少ない光学素子モジュールを提供することである。
上記課題を解決するため、本発明の光学素子モジュールは、以下のような技術的特徴を有する。
（１） 光学素子を収納する筐体を備え、該光学素子は、該筐体の側壁に設けられた貫通穴を通じて該筐体内に導入された光ファイバと光学的に結合しており、該筐体の外部では、該貫通穴から導出された光ファイバを保護する保護部材が該光ファイバの一部に配置されると共に、該筐体と一体化しているファイバ固定部により、該保護部材を介して該光ファイバを保持する光学素子モジュールにおいて、該貫通穴の内部では、光ファイバの被覆が除去されたベアファイバ部と該側壁との隙間が金属材料で封止固定されていることを特徴とする。
（２） 上記（１）に記載の光学素子モジュールにおいて、該貫通穴の内径は、０．３ｍｍ〜０．９ｍｍであることを特徴とする。
（３） 上記（１）又は（２）に記載の光学素子モジュールにおいて、該貫通穴の内径は、該ファイバ被覆が除去されたベアファイバ部の外径より大きく、該保護部材の外径以下に設定されていることを特徴とする。
（４） 上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の光学素子モジュールにおいて、該光学素子に該光ファイバが突き合わせ接続されており、当該接続部での光ファイバの光軸が、該貫通穴の内径の範囲内にあることを特徴とする。
（５） 上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の光学素子モジュールにおいて、該貫通穴は、該側壁に対して傾斜していることを特徴とする。
本発明により、光学素子を収納する筐体を備え、該光学素子は、該筐体の側壁に設けられた貫通穴を通じて該筐体内に導入された光ファイバと光学的に結合しており、該筐体の外部では、該貫通穴から導出された光ファイバを保護する保護部材が該光ファイバの一部に配置されると共に、該筐体と一体化しているファイバ固定部により、該保護部材を介して該光ファイバを保持する光学素子モジュールにおいて、該貫通穴の内部では、光ファイバの被覆が除去されたベアファイバ部と該側壁との隙間が金属材料で封止固定されているため、側壁に形成する貫通穴の大きさも小さく、ファイバ固定部もファイバ被覆された光ファイバを保持するだけの役目であるため構造も単純化することが可能となる。しかも、封止作業も容易であり、特に、光ファイバと側壁との間で確実な封止を行うことができる。封止に際しては、半田作業に必要な時間も短縮でき、ファイバ被覆への熱ダメージも少ない。
本発明の光学素子モジュールの一部を示す断面図である。 本発明の光学素子モジュールに使用されるファイバ固定部の一例を示す図である。
以下、本発明を好適例を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の光学素子モジュールの実施例を示す。
本発明は、光学素子を収納する筐体を備え、該光学素子は、該筐体の側壁に設けられた貫通穴を通じて該筐体内に導入された光ファイバと光学的に結合しており、該筐体の外部では、該貫通穴から導出された光ファイバを保護する保護部材が該光ファイバの一部に配置されると共に、該筐体と一体化しているファイバ固定部により、該保護部材を介して該光ファイバを保持する光学素子モジュールにおいて、該貫通穴の内部では、光ファイバの被覆が除去されたベアファイバ部と該側壁との隙間が金属材料で封止固定されていることを特徴とする。
本発明における「ベアファイバ部」とは、コアとクラッドのみからなる光ファイバを意味し、該ベアファイバ部にＵＶコーティング等の薄い保護膜（一次被覆）を施した「光ファイバ素線」、さらに該光ファイバを覆う被覆層（二次被覆）にナイロン等の樹脂製保護膜を使用した「光ファイバ芯線」とは区別される。筺体の封止部以外の光ファイバの被覆状態については、メタライズ処理や封止処理に大きな影響を及ぼさない限りにおいて被覆があってもよい。ただし、該筺体の内部に挿入される部分の光ファイバの被覆状態に関しては、該筺体側壁の貫通穴の大きさにも依存するが、少なくとも二次被覆が除かれていることが作業効率上好ましい。
また、本発明における「光ファイバの被覆（ファイバ被覆）」とは、主に上記「一次被覆」を意味する。さらに、本発明における「保護部材」には、上記「二次被覆」や後述するような「ルースチューブ」が該当する。
本発明の光学素子モジュールでは、筐体の側壁に貫通穴を設けると共に、該貫通穴に繋がるようにファイバ固定部が側壁に一体加工されている、あるいは溶接又は半田固定等で接合されている。後述するように、光ファイバ（ベアファイバ部）は側壁に設けられた貫通穴内で封止固定されるため、多くの部品が筐体と一体化され、特許文献１乃至３に示すように、側壁を貫通して配置するパイプなどの部品が不要となり、サイズを小型化できると共に、部品点数の削減も行うことが可能となる。
図２に、筐体側壁に接合されたファイバ固定部の形状を示す。図２（ａ）は上側から見た図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）における点線Ａ−Ａにおける断面図を示す。ファイバ固定部は円筒等の筒状体であり、外周の一部に光ファイバを挿入し易いようにスリットが形成されている。
ファイバ固定部の筐体に接合される側は、内部の内径が図１に示すようなテーパ形状となっており、側壁の貫通穴に繋がる開口が形成されている。テーパ形状の傾斜を設けることで、該ファイバ被覆が除去されたベアファイバ部（筐体内に挿入される部分には、封止を妨げない範囲で被覆が残っていても良い）を挿入する際に、ファイバ固定部から側壁の貫通穴、さらには筐体内部に、円滑に光ファイバを挿入でき、作業性が向上するばかりか、光ファイバの押し込み具合や撓み量を容易に調整することが可能となる。
スリットの幅ｗは、被覆あるいは保護された（一次被覆又は二次被覆、あるいはルースチューブを備えた）光ファイバの幅よりも広くなるよう設定されていてもよい。これは、ファイバ被覆が除去されたベアファイバ部を貫通穴に挿入し、光ファイバの位置決めを行い、続いて封止作業を行い、最後に光ファイバをファイバ固定部に固定するまでの一連の作業を行い易いように設定されている。
次に、光ファイバを固定する手順について説明する。ファイバ被覆が除去されたベアファイバ部をファイバ固定部から挿入し、光ファイバの先端を光学素子に突き合わせ接続（バットジョイント）等で接続する。図１では、光学素子として、光変調器などのような光導波路が形成された光学素子を例示しているが、本発明の光学素子はこれに限定されない。
筐体の側壁に設けられた貫通穴内で、光ファイバは封止固定される。封止固定部近辺ではファイバ被覆は除去され、封止性を保つため、光ファイバのガラス部分に蒸着やメッキで金属膜、例えばＡｕなどがＣｒ等の下地金属を介して成膜されている（メタライズ処理）。また、金属膜のほかにガラス用の特殊金属半田等で予半田しておいても良い。該筺体の封止部以外の光ファイバの被覆状態については、メタライズ処理や封止処理に大きな影響を及ぼさない限りにおいて被覆があってもよい。ただし、該筺体の内部に挿入される部分の光ファイバの被覆状態に関しては、該筺体側壁の貫通穴の大きさにも依存するが、少なくとも二次被覆が除かれていることが作業効率上好ましい。
封止部には、ファイバ固定部に設けた作業穴やスリットから半田ペースト等を注入し、ファイバ固定部の筐体側に形成された凹部に半田ごてなどを当接し局部加熱すること、あるいは誘導加熱手段などで半田ペースト等を溶融し、Ａｕなどの金属がメッキされた筐体（貫通穴内壁）と光ファイバ間で気密封止される。
該ファイバ被覆が除去されたベアファイバ部の直径はシングルモードファイバであれば、０．１２５ｍｍ程度のため、貫通穴の内径を０．３ｍｍ〜０．９ｍｍ程度とすることで、半田溶融時に毛細管現象で、均一に効率良く筐体側壁内部に半田固定することができる。
また、貫通穴の内径を、ファイバ被覆が除去されたベアファイバ部の外径より大きく、光ファイバを保護する保護部材（二次被覆やルースチューブ等）の外径以下に設定することで、最初の光ファイバを貫通穴に通す際に、保護部材まで筐体内に挿入することが抑制され、作業効率が高くなる。
また、貫通穴の位置や内径の大きさは、光ファイバを貫通穴に挿入し、光学素子に該光ファイバを突き合わせ接続する際に、当該接続部での光ファイバの光軸が、該貫通穴の内径の範囲内にあるように設定することで、より作業効率を高めることが可能となる。つまり、貫通穴に光ファイバが接触し、光学素子との調芯・固定作業時に光ファイバを破損させないように、光学素子と接続される光軸の延長線上に貫通穴を設ける。光軸の延長が、貫通穴の直径の範囲となるように位置を設定することで、作業性が良く、また封止固定後も光ファイバに異常な応力や曲げが発生することを防止することができる。
さらに、貫通穴は、側壁に対して傾斜させていることで、光学素子と光ファイバとがスネル角を保って接続するのを補助することができる。また、光学素子と光ファイバとが一直線上に無い場合には、このような構成により両者の接続部に余分な応力が加わるのを抑制することもできる。
封止を行った後は、ファイバ被覆や保護部材を備えた光ファイバをファイバ固定部の内部に収め、ファイバ固定補助部材でファイバ固定部の開口端部を塞ぐ。そして、スリットや作業穴から接着剤を流し込み、少なくともファイバ被覆された光ファイバとファイバ固定部とを固着させる。ファイバ固定部のスリットや作業穴に流し込まれる接着剤は、ファイバ被覆が除去されたベアファイバ部、ファイバ被覆された光ファイバ両方が固定される程度の量であるとよい。
ファイバ固定部の内部に収められるファイバ被覆された光ファイバに関しては、さらにルースチューブなどの保護部材があっても良い。ルースチューブなどの保護部材がある場合はこれらも接着剤によりファイバ固定部と固着されることが望ましい。
ファイバ固定部の内径は、ファイバ固定部の内部に収められるファイバ被覆された光ファイバの外径（あるいは保護部材の外径）より０．３〜２ｍｍ程度大きいことが望ましい。ファイバ固定部の内径が小さすぎると粘性が高い接着剤を使用した場合に接着剤の流入に支障をきたし、ファイバ被覆された光ファイバ（あるいは保護部材）とファイバ固定部の固着強度に影響を及ぼす。ファイバ固定部の内径が大き過ぎると固着に多量の接着剤を要する。
図１では、ファイバ固定部は、筐体の側壁に対して斜め方向（垂直でない）に接続されていたが、側壁に垂直に接続することも可能である。その場合は、貫通穴について側壁に垂直に形成し、光学素子とファイバ接続部の光軸の延長が貫通穴の直径内にすることで、光ファイバに無理な力が掛り、損失の増加や応力による破損を防ぐことができる。
ファイバ固定部の形状としては、円筒形状に限らず角型等の形状であっても良い。また、ファイバ固定部の筐体側の部分を肉薄構造とし、半田への熱伝導を良くし、加熱時間を短縮することもできる。これによりファイバ被覆へのダメージも抑制できる。
以上のように、本発明に係る光学素子モジュールによれば、小型で低コストな構造を備え、封止作業での作業効率が向上すると共に、ファイバ被覆への熱ダメージも少ない光学素子モジュールを提供することが可能となる。

Claims (5)

  1. 光学素子を収納する筐体を備え、
    該光学素子は、該筐体の側壁に設けられた貫通穴を通じて該筐体内に導入された光ファイバと光学的に結合しており、
    該筐体の外部では、該貫通穴から導出された光ファイバを保護する保護部材が該光ファイバの一部に配置されると共に、該筐体と一体化しているファイバ固定部により、該保護部材を介して該光ファイバを保持する光学素子モジュールにおいて、
    該貫通穴の内部では、光ファイバの被覆が除去されたベアファイバ部と該側壁との隙間が金属材料で封止固定されていることを特徴とする光学素子モジュール。
  2. 請求項１に記載の光学素子モジュールにおいて、該貫通穴の内径は、０．３ｍｍ〜０．９ｍｍであることを特徴とする光学素子モジュール。
  3. 請求項１又は２に記載の光学素子モジュールにおいて、該貫通穴の内径は、該ファイバ被覆が除去されたベアファイバ部の外径より大きく、該保護部材の外径以下に設定されていることを特徴とする光学素子モジュール。
  4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の光学素子モジュールにおいて、該光学素子に該光ファイバが突き合わせ接続されており、当該接続部での光ファイバの光軸が、該貫通穴の内径の範囲内にあることを特徴とする光学素子モジュール。
  5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の光学素子モジュールにおいて、該貫通穴は、該側壁に対して傾斜していることを特徴とする光学素子モジュール。
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