JP2016100468A - 光モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】安定した光結合を得ることができる光モジュールを提供する。【解決手段】光モジュールは、熱電変換素子(TEC)にキャリアを介して搭載した波長可変レーザ41と、このTECと独立したTECにキャリアを介して搭載され、波長可変レーザ41が出力した光を変調する変調器と、を備える。波長可変レーザ41を搭載するキャリアは、ベース基板22,32との位置調整を行うためのマーク42a,42b,42cを有する。【選択図】図12
Description
本発明は、光モジュールに関する。
特許文献1には、波長可変半導体レーザ(波長可変LD)と半導体光変調器とを備えた光モジュールが記載されている。この光モジュールにおいて、半導体光変調器は、波長可変半導体LDから出力された光を変調する。この光モジュールは、半導体光変調器から出力された光を取り出す光取り出しポートを備えている。波長可変半導体LDからの光出力方向と、半導体光変調器への光入力方向とは互いに反対方向を向いている。また、光取り出しポートから見て、波長可変半導体LDと半導体光変調器とは並列となるように配置されている。
上述したような光モジュールの筐体内の領域は、波長可変光源部と、変調器部と、波長ロッカ部とに区分され、波長可変光源部、変調器部及び波長ロッカ部は、互いに異なる熱電変換素子(TEC)上に実装されている。また、光モジュールは、光出力モニタ部と、VOA部とを備えている。上述した各領域には、更に複数の光学部品が搭載される。この種の光モジュールでは、レンズ及びフィルタ等の光学部品によって、光源から光ファイバへの光結合、光源から変調器への光結合、及び変調器から光ファイバへの光結合がなされる。
ここで、上述した部品間の位置のばらつきが大きい場合には、光軸が光学部品の有効領域から外れることがあり、安定した光結合が得られないという問題が生じる。また、光モジュールで扱われる光はコリメート光である。従って、特に光軸に垂直な方向への部品のずれが生じた場合に、光結合ロスが生じる可能性がある。
本発明は、安定した光結合を得ることができる光モジュールを提供することを課題とする。
本発明の一形態による光モジュールは、第1TECに第1ベースを介して搭載された光源と、第1TECから独立した第2TECに第2ベースを介して搭載され、光源から出力された光を変調する変調器と、を備え、第1ベース及び第2ベースの少なくとも一方は、他方との位置調整を行うための第1マークを有する。
本発明の一形態では、安定した光結合を得ることができる。
以下、添付図面を参照しながら本発明に係る光モジュールの実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図1は、本実施形態に係る光モジュール1の外観を示す斜視図である。図2は、光モジュール1の内部構造を示す平面図である。光モジュール1は、コヒーレントの光通信に用いられる光トランシーバに搭載される光モジュールである。コヒーレント通信では、従来の光の有無で1ビットの情報を扱う方式に加え、光の位相について、その0°成分及び90°成分のそれぞれも1ビットの情報として扱う。すなわち、0°及び90°それぞれの位相において光信号の有無を1ビットの信号として扱うので、一本の光ファイバにおける同一波長の光において同時に2ビットの情報を伝送可能となる。
更に、光モジュール1では、位相情報に加えて、光の偏波方向についても独立の情報単位として扱う。すなわち、X方向偏波及びY方向偏波のそれぞれについて位相及び振幅を情報単位として扱うので、一本の光ファイバで同一波長の光について同時に4ビットの情報が伝送可能となる。このように、光モジュール1では位相情報と偏波情報とを情報単位として扱う。光モジュール1には、位相情報を再生するための局発光を出力する波長可変LD41と、位相情報及び偏波情報を光信号化するための変調器11が搭載される。また、光モジュール1一つのハウジング2に、上述した変調器11と、信号光及び局発光を出力する波長可変LD41を収容している。
光モジュール1は、上述した箱状のハウジング2と、ハウジング2に設けられた光結合部3とを備えている。ハウジング2は、ハウジング本体2aと、ハウジング本体2aを覆う蓋体2bを備えている。光結合部3は局発光(Local光:LO光)を出力する局発光出力部3a(第1ポート)と信号光(Signal光:SG光)を出力する信号光出力部3b(第2ポート)とを備えており、第1ポート3a及び第2ポート3bはハウジング2の幅方向に沿って一つの側壁に配置されている。第1ポート3aには偏波保持ファイバが接続されており、第1ポート3aから出力された局発光は偏波保持ファイバによって取り出される。
図1及び図2に示されるように、ハウジング2の前壁2cは上記の第1ポート3a及び第2ポート3bを備え、前壁2cから後壁2eに向かって伸び出す二つの側壁2d、2fはそれぞれリード端子4a、4bを有する。これらリード端子4a,4bは、DC信号用及び接地(GND)用のリード端子である。また、後壁2eには電極5が側壁2fに寄って設けられている。この電極5は、RF信号用のリード端子である。
また、光モジュール1は、変調器ユニット10と、光源ユニット40と、波長検知ユニット50とを備えている。変調器ユニット10は半導体を主構成材料とする変調器11を含み、光源ユニット40は波長可変LD41を含む。波長検知ユニット50は、波長可変LD41が出力する光の波長を特定する波長検知器51を搭載している。
変調器ユニット10は、側壁2f側に寄り、当該側壁2fに沿って設けられている。光源ユニット40は他方の側壁2d側に寄り、当該側壁2dに沿って設けられ、波長検知ユニット50は同様に側壁2d側に寄り、かつ、光源ユニット40に対して前壁2c側に設けられている。
光モジュール1は、変調器ユニット10に含まれるTEC70と、光源ユニット40に含まれるTEC80と、波長検知ユニット50に含まれるTEC90とを備えている。TEC70は変調器11を搭載し、TEC80は波長可変LD41を搭載している。波長可変LD41は、その発振波長が大きな温度依存性を有するデバイスである。よって、波長可変LD41は、その発振波長を安定させるため、TEC80によってその温度が一定に維持される。また、TEC90は、波長検知器51を搭載している。TEC90は、波長検知ユニット50に搭載された波長依存性フィルタの温度を一定に保つ。
ここで、仮に光源ユニット40に設けられたTEC80と波長検知ユニット50に設けられたTEC90とを一体とした場合、波長可変LD41の発振波長を調整すべく温度調整を行うと、波長可変LD41の温度調整によって波長検知器51の波長特性が変動してしまう。一方、波長可変LD41の内部構造によっては、波長可変LD41の温度を調整せずとも波長可変LD41に印加する電気信号のみでその発振波長を目的の波長に一致させることができる。この場合に二つのTEC80、90を一体とすることも可能である。本例では、光源ユニット40および波長検知ユニット50の動作自由度を拡大するために、二つのTEC80、90を個別に各ユニットに設けた。
また、変調器11は、電界を印加して半導体材料の屈折率を変化させて変調を行う。ここで、半導体材料の屈折率は大きな温度依存性を有する。特に、基礎吸収端近傍の波長領域における屈折率は温度によって大幅に変化する。従って、変調器11の動作温度を所定の温度で維持しない場合には、変調器11の変調特性が保証されないという問題を生ずる。従って、本実施形態に係る光モジュール1は、変調器ユニット10、光源ユニット40及び波長検知ユニット50のそれぞれに対して個別にTEC70,80,90を搭載している。
図2を参照すると、変調器ユニット10は変調器11を搭載するキャリア12を備え、光源ユニット40は波長可変LD41を搭載するキャリア42を備え、波長検知ユニット50はキャリア52を備えている。これらキャリア12,42,52は互いに独立している。すなわち、光学素子はそれぞれのキャリア12,42,52を介してTEC70,80,90上に搭載される。
ここで、例えば全ての光素子が一枚のベース基板を介してひとつのTECに搭載されている光モジュールでは、このベース基板上で各光素子の光学調心を行うことが可能である。しかし、本実施形態の光モジュール1では、各TEC70,80,90上に個別にキャリア12,42,52を搭載しているので、各光素子の調芯が複雑になる。キャリア12,42,52間のアライメントも必要となる。
図3は、変調器ユニット10の分解図である。図3に示されるように、変調器ユニット10は、上述したTEC70及びキャリア12と、ベース13と、2個のモニタフォトダイオード(monitor Photodiode:mPD)14と、終端ユニット15と、バイアスユニット16と、入力ユニット20と、結合ユニット30と、出力ユニット60とを備えている。変調器ユニット10は、TEC70上にベース13およびそれぞれのキャリアを介して種々の部品が搭載される。ベース13はAlN製である。TEC70の平面形状は長方形である。TEC70の後壁2eよりの角には電極ポスト71が設けられており、この電極ポスト71を介してTEC70に電流が供給される。
ベース13の平面形状はL字状であり、L字の角を含みL字の各辺に沿う部位13bがTEC70上に搭載される。この角部には切り欠き13aが形成されている。TEC70上にベース13を搭載すると、TEC70の電極ポスト71はこの切欠き13aからベース13上に露出し、電極ポスト71上へのワイヤリングを可能としている。
ベース13の二つの端部、13b、 13c、すなわち、L字における二つの辺の端に相当する部位は、TEC70上に搭載されていない。すなわち、二つの端部は、ベース13をTEC70上に搭載した状態ではTEC70からはみ出す。後者の部位13cには出力ユニット60が搭載され、他方の部位13bには入力ユニット20及び結合ユニット30が搭載される。結合ユニット30は、入力ユニット20の前方に位置する。
変調器11とキャリア12とは、ほぼ同様の長方形状を有する。キャリア12の幅は、変調器11の幅に略等しく、且つTEC70の幅より狭い。TEC70上にベース13が搭載され且つベース13上に出力ユニット60が搭載されると、TEC70の前端の位置は、出力ユニット60の第2レンズ64の位置にほぼ一致する。ここで第1レンズ63と第2レンズ64とでは、第1レンズ63が変調器11に近接して配置されるレンズである。2個のmPD14は、キャリア12の両側にそれぞれ配置される。各mPD14はサブマウントを介してベース13上に搭載される。
mPD14は変調器11に対向する受光面を有しており、変調器11のモニタポートから出力されるモニタ光を受光する。モニタポートは、変調器11の長手方向の中心線に対して対角位置に配置されており、このモニタポートの位置に対応してそれぞれのmPD14は変調器11の対向する辺に対して対角位置に配置される。
終端ユニット15は2個設けられている。各終端ユニット15は、mPD14の前壁2c側に配置され、2個の終端ユニット15が変調器11を挟んでいる。図5は、終端ユニット15の平面図である。図5に示されるように、終端ユニット15は、キャリア15aと、終端抵抗15bと、ビア15cと、ダイキャパシタ15dを備えている。終端抵抗15bは、セラミック(Al2O3)製のキャリア15a上に設けられた100Ωの薄膜抵抗である。変調器11に設けられた差動端子11vはその間にGND端子11wを挟んでおり、差動端子11vはキャリア15a上の信号パッド15eにワイヤリングされ、GND端子11wはキャリア15a上のGNDパッド15fにワイヤリングされる。
キャリア15aは、その表面(上面)に配線パターンを有し、その裏面(下面)にGNDパターンを有する。2個の信号パッド15eに挟まれたGNDパッド15fはビア15cを有しており、このビア15cを介してキャリア15a裏面のGNDパターンに接続されている。二つの薄膜抵抗15bの共通電極はダイキャパシタ15dおよびビア15cを介して裏面GNDに接続されている。この共通電極にオフセットバイアスが印加される。以上のように構成される終端ユニット15は、ベース13上に搭載される。
図4を参照すると、終端ユニット15に隣接して2個のバイアスユニット16が設けられる。図6は、2個のバイアスユニット16及び変調器11を示す平面図である。図6に示されるように、2個のバイアスユニット16は、変調器11を両側から挟んでいる。また、変調器11内には、X偏光且つ位相0°信号のための差動アーム、Y偏光且つ位相0°信号のための差動アーム、X偏光且つ位相90°信号のための差動アーム、及びY偏光且つ位相90°信号のための差動アームそれぞれについて計4個の位相調整用の電極と、各偏光について0°信号と90°信号との位相差を確定させるための2個の電極が設けられる。すなわち変調器11内には6個の電極が設けられており、バイアスユニット16はこれら6個の電極にバイアスを印加する。
上記のように、バイアスユニット16は、変調器11内にバイアスを印加するために設けられる。バイアスユニット16には6個のダイキャパシタ16aが搭載され、また複数の配線16bが形成されている。二つの側壁2d、2fに設けられたDC信号用のリード端子4a,4bから各配線16bの一端まで、及び各配線16bの他端からダイキャパシタ16aまで、はそれぞれボンディングワイヤにより接続される。なお、一方のバイアスユニット16には、キャリア12の温度を検知するためのサーミスタ16cが搭載されている。
図7は、入力ユニット20の平面図である。入力ユニット20は長方形のAlN製キャリア22を備えている。入力ユニット20はベース13上でTEC70の投影部から突出する部分13d、すなわちL字形状のベース13の一方の辺の端部に配置されている。
入力ユニット20は、このキャリア22と、キャリア22上に搭載された第1レンズ23と、第2レンズ24と、ビームスプリッタ(BS)26を備えている。波長可変LD41が出力した光はBS26によってその光軸を90°曲げられ、第2レンズ24及び第1レンズ23を透過して、変調器11の入力ポートに入力する。
キャリア22はさらに、サブマウントを介して前述した一方のmPD14を搭載している。また、mPD14と電気的に接続される6本の配線27と、ベース13に隣接して設けられたmPD28(図2参照)が出力する信号を取り出す2本の配線29が設けられている。
ベース13から外れ、直接ハウジング2の底面にサブマウントを介して搭載されているmPD28は、BS26によって分岐された分岐光の強度を検知する。この分岐光強度は変調器11に入力する入力光の強度に対応する。2本の配線29は、このmPD28用のサブマウントと側壁2dに設けられたDC信号用のリード端子4aとを電気的に接続する。
また、6本の配線27のうちの2本はキャリア22上に搭載されたmPD14の出力用として用いられ、他の2本は他方のmPD14(変調器11を挟んで反対側に搭載されているmPD14)の出力用として用いられる。他方のmPD14を搭載するサブマウントからキャリア22上のmPD14を搭載するサブマウントにワイヤリングがなされ、その後配線27の一端にワイヤリングがされる。そして、配線27の他端から側壁2dに設けられたDC信号用のリード端子4aに向けてワイヤリングされる。
このようなワイヤリングの構成により、2個のmPD14は、共に側壁2dに設けられたリード端子4aから信号を取り出すことが可能となる。ここでキャリア22上に設けられた配線27について、波長可変LD41からBS26に向けて出射された光の光軸と配線27とは所謂、ねじれの位置関係にあり、キャリア22上の配線27は上記光の光軸を妨げない。
キャリア22の辺22aは、結合ユニット30のキャリア32の辺32dに対向している。辺22aには3個の位置調整用のマーク22b〜22dが辺22aからキャリア22の内部に延びる線として形成されている。中央マーク22cの位置はBS26に向かう光の光軸とほぼ一致している。左右のマーク22b、22dは中央マーク22cから等距離にある。マーク22b〜22dを後述する結合ユニット30に形成されたマーク32a〜32cと対向させることによって、入力ユニット20と結合ユニット30とのラフアライメントを目視のみで行うことができる。
変調器11のキャリア22に対向する辺11aにも、アライメント用のマーク11b,11cが形成されている。マーク11bは変調器11の入力ポートの位置を示しており、マーク11cの位置は変調器11のモニタポートの位置を示している。マーク11b,11cは二等辺三角形を、その等辺により形成される角の二等分線で二分した形状である。なお、これらマーク22b,22c,22d,32a〜32c,11b,11cは上記形状に限定されず適宜変更可能である。
このようなアライメントマークを用いることにより、キャリア22と変調器11の入力ポートとのラフアライメント、及びmPD14と変調器11のモニタポートとのラフアライメントを目視のみで容易に行うことができる。mPD14と変調器11の間では、mPD14に比較的広い受光面を確保できるため、マークを用いたラフアライメントのみでも実用上問題となる場合は少ない。
図8は、結合ユニット30を示す平面図である。結合ユニット30は長方形状のキャリア32を備えている。既に触れた様に結合ユニット30はベース13のTEC70からははみ出した部分13dで、入力ユニット20と側壁2dに沿って連続的に配置されている。キャリア32にはビームシフタ33とアイソレータ34が搭載され、また配線35が形成されている。ビームシフタ33は光源ユニット40側に、アイソレータ34は入力ユニット20側に、配線35はビームシフタ33とアイソレータ34との間にそれぞれ配置されている。
ビームシフタ33は、光源ユニット40が出射した光の光軸と、ベース13に搭載されている光学部品の光軸との間の水平レベルを補完する。すなわち、光源ユニット40と変調器ユニット10はそれぞれ独立のTEC(70、80)に搭載されており両者に搭載されている光部品の光軸についてその水平レベルが部品公差の範囲内で一致しない場合がある。また、変調器ユニット10内についても、光源ユニット40から変調器11に向かう光の光軸上には、結合ユニット30上にアイソレータ34が、入力ユニット20上にはBS26、二つのレンズ24、23が挿入されており、結合ユニット30と入力ユニット20との間の水平レベルの不一致、あるいは、各部品をそれぞれのユニットのキャリア上に搭載し固定する際の樹脂厚等、光軸の水平レベルについて不一致を招く場合がある。BS26、二つのレンズ24、23を、これら水平レベルの不一致を吸収しつつキャリア22上に搭載、固定することになるが、不一致の量が大きい場合には吸収しきれない。二つのレンズ24、23をキャリア22の表面レベル以下に調芯することは物理的に不可能であり、一方、キャリア22から所定量以上に離すと、部品固定用の樹脂が厚くなって信頼性に劣る固定となってしまう。
ビームシフタ33を光源ユニット40と変調器11との間に介在させることにより、光源ユニット40から変調器11に向かう光の光軸の水平レベルを調整することができる。ビームシフタ33は対向する面が平行に設定された透明体ブロックであり、これを垂直方向について光軸に対して傾斜させてキャリア32上に搭載することにより、傾斜角度に依存してその入力光と出力光との間の光軸をオフセット(平行移動)することができる。また、水平方向については、光源ユニット40に反射光が戻らない様に、入力光の光軸に対して入力面を数度傾けてキャリア32上に搭載される。
ビームシフタ33を光源ユニット40と変調器11との間に介在させることにより、光源ユニット40から変調器11に向かう光の光軸の水平レベルを調整することができる。ビームシフタ33は対向する面が平行に設定された透明体ブロックであり、これを垂直方向について光軸に対して傾斜させてキャリア32上に搭載することにより、傾斜角度に依存してその入力光と出力光との間の光軸をオフセット(平行移動)することができる。また、水平方向については、光源ユニット40に反射光が戻らない様に、入力光の光軸に対して入力面を数度傾けてキャリア32上に搭載される。
配線35は、ビームシフタ33を迂回して、側壁2dに対向する辺からバイアスユニット16に対向する辺に向かって延びている。入力ユニット20の配線27と同様、配線35はビームシフタ33からアイソレータ34に向かう光の光軸の下方に位置している。配線35を介して側壁2dに設けられたDC信号端子4aとバイアスユニット16上の配線16bとの間の電気的接続が行われる。
なお、本実施形態では、上記のように配線35がビームシフタ33を迂回しているが、配線35の形状は上記に限定されない。例えば、配線35を通る信号はバイアス信号(DC信号)であるため、配線35をビームシフタ33と交差させてもよい。すなわち、ビームシフタ33を配線35上に搭載することも可能である。
キャリア32の入力ユニット20に対向する辺32dには既に説明したマーク32a〜32cが形成されている。マーク32a〜32cの相対位置関係は、入力ユニット20のマーク22b〜22dの相対位置関係と一致している。従って、マーク32a〜32cとマーク22b〜22dとの位置合わせを行うことにより、結合ユニット30と入力ユニット20とのラフアライメントを目視のみで容易に行うことができる。
また、光源ユニット40に対向する辺32eには他のマーク32f〜32hが形成されている。これらマーク32f〜32hは辺32eからキャリア32の内方に向かう線であり、マーク32f〜32hの相対位置関係はマーク32a〜32cの相対位置関係と一致している。すなわち、中央マーク32b、32gと両側マーク、32aと32c、32fと32h、との間隔は一致している。また、マーク32f〜32hの相対位置関係と、後述する光源ユニット40に設けられたマーク43b〜43dの相対位置関係も一致している。マーク32f〜32hをマーク43b〜43dを対向させることによって、結合ユニット30と光源ユニット40とのラフアライメントを目視のみで容易に行うことができる。
図9は、光源ユニット40を示す平面図である。図9に示されるように、光源ユニット40は、波長可変LD41と、波長可変LD41を搭載するキャリア42と、レンズキャリア43と、レンズキャリア43に搭載された2個のレンズ44,45と、サーミスタ46と、ベース47と、上述したTEC80とを備えている。キャリア42及びレンズキャリア43の平面形状は長方形である。
ベース47は、そのレンズキャリア43を搭載する部位がTEC80の上基板からはみ出た状態でTEC80上に搭載されている。ベース47はAlN製である。ベース47上にはキャリア42及びこのキャリアを挟む2個のレンズキャリア43が搭載されている。キャリア42もAlN製である。レンズキャリア43の厚さをキャリア42の厚さよりも薄く設定し、波長可変LD41の光軸とレンズ44,45の光軸を一致させている。具体的には、レンズキャリア43上には固定樹脂を介してレンズ44,45が搭載されるので、この樹脂の厚みも考慮して、レンズキャリア43の厚さを決定し、レンズ44、45の光軸を波長可変LD41の光軸に一致させている。
レンズ44及びレンズ45はいずれもコリメートレンズである。二つのレンズ44、45の光軸はオフセットしている。すなわち、波長可変LD41はこのオフセットを吸収する様に両レンズの光軸に対して有意の角度を持ってキャリア42上に搭載されている。
波長可変LD41は、その出射光の波長を決定する5種類の電極と、光を生成するためのキャリアを注入する電極と、出力光の強度を制御する電極と、接地電極を備えている。すなわち波長可変LD41は計8種類の電極を備えており、これらの8種類の電極に対して互いに独立した8種類のバイアスが必要となる。この8種類のバイアス全てを、側壁2dが有するDC信号用リード端子4aから供給すると、側壁2d側のリード端子4a数が不足する場合がある。特に、光モジュール1では、波長可変LD41と波長検知器51とが側壁2dに沿って配置されているので、波長可変LD41と波長検知器51の近傍に位置するDC信号用のリード端子4aが不足する。
そこで、光モジュール1では、波長可変LD41へ供給するバイアスを、波長可変LD41が寄っている側壁2dとは反対の側壁2fのDC信号用リード端子4bから供給している。すなわち、光モジュール1は、側壁2fの近傍から出力ユニット60の下方を通って光源ユニット40の近傍まで延びる配線基板48と、同様に側壁2fの近傍から出力ユニット60の下方を通って光源ユニット40と波長検知ユニットの間にまで延びる配線基板49とを備えており、これらの配線基板48,49を介してリード端子4bから波長可変LD41にバイアスを供給する。
上述したように出力ユニット60はTEC70からはみ出したベース13の部位13cに搭載されており、ベース13の部位13cの下方には大きな空間が形成されている。配線基板48,49はハウジング2の底面に直接搭載されている。従って、出力ユニット60と配線基板48,49とが立体的に交差した状態が実現される。なお、配線基板48,49が伝える信号はバイアス信号(DC信号)であるため、配線基板48,49の配線長が多少長くなっても信号品質の上では問題とならない。
図9に示されるように、一方のレンズキャリア43に対向するキャリア42の辺42dにはマーク42a,42b,42cが形成されている。これらマーク42a〜42cは、結合ユニット30のマーク32a〜32c,32f〜32h及び入力ユニット20のマーク22b〜22dに対応するマークである。すなわち、中央マーク42bと両側マーク42a、42cの間隔は、結合ユニット30マーク、32a〜32c、32f〜h、及び入力ユニット20のマーク22b〜22dの中央マークと両側マークとの間隔に一致している。
また、レンズキャリア43の他方の辺43aにもマーク43b〜43dが形成されている。これらのマーク43b〜43dも、上述したマーク42a〜42cと同様のマークであり、中央マーク43cと両側マーク43b、43dの間隔はマーク42a〜42cのそれと一致している。
レンズキャリア43に対向する辺42eには3個のマーク42f〜42hが形成されている。これらマーク42f〜42hの相対位置は、既に説明した、他方の辺42dに形成されたマーク42a〜42cの位置とは一致していない。具体的には、一方の側マーク42fの位置は側マーク42aの位置と一致しているが、中央マーク42gは辺42dの他の側マーク42cの位置に一致している。そして側マーク42hが、コリメートレンズ44の光軸の位置と一致している。
また、レンズキャリア43のキャリア42に対向する辺43eにもマーク43f〜43hが形成されており、これらマーク43f〜43hはキャリア42上のマーク42f〜42hの位置と一致している。従って、マーク43f〜43hをマーク42f〜42hに目視アライメントすることによって、レンズキャリア43とキャリア42とのラフアライメントを行うことができる。
図10は、波長検知ユニット50を示す平面図である。図10に示されるように、波長検知ユニット50はTEC90上に搭載されたAlN製で矩形のキャリア52を有する。キャリア52の光源ユニット40に対向する辺52aには3個のマーク52b〜52dが形成されている。これらマーク52b〜52dの相対位置関係は、レンズキャリア43上のマーク43f〜43hと一致している。従って、キャリア52上のマーク52b〜52dをレンズキャリア43上のマーク43f〜43hに目視アライメントすることによって、キャリア52とレンズキャリア43とのラフアライメントを行うことができる。
波長検知ユニット50は、キャリア52上に2個のBS53,54、2個のmPD55,56、エタロンフィルタ57、サーミスタ58を搭載している。キャリア52の光源ユニット40に対向する側の一部52eはTEC90からはみ出している。すなわち、当該部位52eは庇を形成し、庇で覆われた下方に配線基板49が配置される。
波長可変LD41の端面を出射した光は、光源ユニット40内のレンズ44によりコリメート光に変換されて波長検知ユニット50に入力する。波長検知ユニット50では、まずBS53が入力した光を二分し、その一方はBS53、エタロンフィルタ57を通過した後一方のmPD56に入力する。他方は、BS53により光軸を90°変換された後、他方のBS54に向かい、このBS54によりさらに二分され、その一方はBS54を通過しmPD55に入力する。BS54により二分された他方は、BS54によりその光軸を90°変換された後第1出力ポート3aに向かう。
ここで、二つのBS53、54の分岐比はそれぞれほぼ5:95に設定されている。すなわちBS53、54を直進する光の強度が5、BS53、54により光軸を90°変換される分岐光の強度が入力光の強度に対して大凡95%程度に設定される。従って、第1出力ポート3aに到達する光の強度は、波長検知ユニット50に入力する時点での強度に比較し一割程度減少する。
第2のmPD56で検知する光はエタロンフィルタ57を透過した光である。エタロンフィルタ57は周期的な透過スペクトルを示す。一方、第1のmPD55で検知する光は特異な透過スペクトルを有する光学素子を通過していない。すなわち、mPD55の出力は波長可変LD41の光出力を直接的に反映していると見做せる。そして、第2のmPDの出力を第1のmPDの出力で除した値は、まさにエタロンフィルタ57の透過率を示している。エタロンフィルタ57の透過率は波長に依存しているため、二つのmPD55,56の出力により、波長可変LD41が今現在出力している光の波長を特定することが可能となる。そして、この二つのmPD55、56の出力を(正確にはその比)波長可変LD41の波長を決定するバイアス信号に帰還することで、波長可変LD41の出力する光の波長を目標の波長に設定し、これを維持することが可能となる。
また、第1のmPD55の出力は波長可変LD41の出力に比例している。この第1のmPD55の出力を波長可変LD41の一方のSOA領域41Dへ印加するバイアス信号に帰還することで、第1出力ポート3aから出力される光の強度を一定に維持することができる。
波長可変LD41の端面を出射した光は、光源ユニット40内のレンズ44によりコリメート光に変換されて波長検知ユニット50に入力する。波長検知ユニット50では、まずBS53が入力した光を二分し、その一方はBS53、エタロンフィルタ57を通過した後一方のmPD56に入力する。他方は、BS53により光軸を90°変換された後、他方のBS54に向かい、このBS54によりさらに二分され、その一方はBS54を通過しmPD55に入力する。BS54により二分された他方は、BS54によりその光軸を90°変換された後第1出力ポート3aに向かう。
ここで、二つのBS53、54の分岐比はそれぞれほぼ5:95に設定されている。すなわちBS53、54を直進する光の強度が5、BS53、54により光軸を90°変換される分岐光の強度が入力光の強度に対して大凡95%程度に設定される。従って、第1出力ポート3aに到達する光の強度は、波長検知ユニット50に入力する時点での強度に比較し一割程度減少する。
第2のmPD56で検知する光はエタロンフィルタ57を透過した光である。エタロンフィルタ57は周期的な透過スペクトルを示す。一方、第1のmPD55で検知する光は特異な透過スペクトルを有する光学素子を通過していない。すなわち、mPD55の出力は波長可変LD41の光出力を直接的に反映していると見做せる。そして、第2のmPDの出力を第1のmPDの出力で除した値は、まさにエタロンフィルタ57の透過率を示している。エタロンフィルタ57の透過率は波長に依存しているため、二つのmPD55,56の出力により、波長可変LD41が今現在出力している光の波長を特定することが可能となる。そして、この二つのmPD55、56の出力を(正確にはその比)波長可変LD41の波長を決定するバイアス信号に帰還することで、波長可変LD41の出力する光の波長を目標の波長に設定し、これを維持することが可能となる。
また、第1のmPD55の出力は波長可変LD41の出力に比例している。この第1のmPD55の出力を波長可変LD41の一方のSOA領域41Dへ印加するバイアス信号に帰還することで、第1出力ポート3aから出力される光の強度を一定に維持することができる。
図11は、出力ユニット60を示す平面図である。出力ユニット60は、変調器ベース13上に搭載されたAlN製で矩形のキャリア62と、当該キャリア62上に搭載された2個の第1レンズ63、2個の第2レンズ64、Siブロック66、アイソレータ67、およびPBC(Polarization Beam Combiner)ユニット68、さらに、キャリア62とは独立してハウジング2の底面上に直接搭載された光減衰器(ATT)69、BS72、およびmPD73とを備えている。
変調器11は、ハウジング2の前壁4cに対向する辺に光信号を出力する2個の出力ポート11zを備えている。これら出力ポート11zから出力された光信号は、それぞれ第1レンズ63、第2レンズ64、Siブロック66、アイソレータ67、PBCユニット68、ATT69、BS72及び第2の出力ポート3bを介して光モジュール1外に出力される。ここで、キャリア62の大部分はTEC70上にはなくその下方に空間が残されており、当該下方空間に前述した配線基板48,49が搭載されている。
キャリア62の変調器11に対向する辺62aは2個のマーク62b,62cを有する。また、変調器11のキャリア62に対向する辺にも2個のマーク11x,11yがそれぞれ出力ポート11zに対応して形成されている。マーク11x,11y,62b,62cは、出力ポート11z及び第1レンズ63の光軸に対応している。
キャリア62のATT69に対向する辺62dにも2個のマーク62e,62fが形成されている。また、mPD73とBS72を搭載するサブマウント74のATT69に対向する辺74aにも2個のマーク74b,74cが形成されている。前者のマーク62e,62fの相対位置関係は後者のマーク74b,74cの相対位置関係と一致している。
変調器11の出力ポート11zから出力された2つの光信号は、BS72を通過する際には一本の光信号に多重化されており、サブマウント74上の2個のマーク74b,74cは上記一本の光信号の光軸を挟む位置に設けられる。以上のようなマークをそれぞれのユニットに配置することによって、サブマウント74とキャリア62とのアライメントを容易に行うことができる。
本実施の形態においては、サブマウント74上のBS72及びmPD73については精密アライメントを行っていない。すなわち、各ユニット間のアライメント、並びにサブマウント74上に搭載された部品の光学アライメントは、上述した各マークを目視することによってのみ行われる。上記のような複数のマークを用いて各アライメントを行うことによって、各部品の配置の精密度を容易に高めることができる。
次に、光モジュール1のアセンブリ、特に、各ユニット間のアライメントついて説明する。まず、ハウジングの底面に各部品を搭載する第1工程を実行する。第1工程では、ハウジング2の底面に、変調器ユニット10のTEC70、光源ユニット40のTEC80、波長検知ユニットのTEC90を搭載する。TEC70〜90の下基板上には予め電極ポストを搭載しておく。さらに、2枚の配線基板48,49、ATT69、サブマウント74をハウジング底面上に搭載する。それぞれの部品の搭載位置は部品寸法のみで決定する。
次に、ハウジング外において各ユニットを組み立てる第2工程を実行する。第2工程では、ハウジング2外において、キャリア42上に波長可変LD41及びサーミスタ46をダイマウントし、さらに、キャリア42上の配線との間でワイヤボンディングまでも施す。この段階で波長可変LD41に対しIL特性等のDCテストを行うことができる。また、波長検知ユニット50のキャリア52上にサーミスタ58を搭載する。さらに、キャリア12上に変調器11をマウントし、バイアスユニット16上にダイキャパシタ16aをマウントし、キャリア15a上にキャパシタ15dを搭載して終端ユニット15を形成する。以上の第2工程は、第1工程の前に予め行っておいてもよく、第1工程及び後述する各工程とは独立して行うことができる。
次に、ハウジング外で組立てた各ユニットをベース13上に搭載する第3工程を実行する。第3工程では、変調器11を搭載したキャリア12をベース13上にマウントする。このとき、ベース13の角部に設けられた切り欠き13aを参照してキャリア12をベース13上に搭載する。そして、終端ユニット15及びバイアスユニット16をベース13上に搭載する。この工程は、変調器11上の電極パッドを目視で確認しつつ、終端ユニット15及びバイアスユニット16の位置を決定する。
終端ユニット15と変調器11、及びバイアスユニット16と変調器11は、ボンディングワイヤによって結線されるので、両ユニット15、16のアライメントは不要である。その後、側壁2fに対向する一方のバイアスユニット16にTEC70用のサーミスタ16cを搭載する。こうして第3工程が完了する。なお、第2工程及び第3工程における各部品の搭載は順不同で行うことが可能である。
その後、各キャリアキャリアをそれぞれ対応するTEC上に搭載する第4工程を行う。第4工程では、バイアスユニット16、終端ユニット15及びキャリア12が搭載されたベース13をTEC70上にマウントする。そして、ベース13上にmPD14を搭載した2個のサブマウントを変調器11のモニタポートの位置に形成されたマーク11cを目視で参照しつつ配置する。
また、ベース13上に、入力ユニット20のキャリア22、出力ユニット60のキャリア62、及び結合ユニット30のキャリア32を搭載する。このとき、キャリア22においては、変調器11の辺11aに形成されたマーク11bを参照して、変調器11の入力ポートとキャリア22とのアライメントを行う。また、キャリア32においては、キャリア32上のマーク32a〜32cをキャリア22上のマーク22b〜22dに合わせることによって、キャリア32をキャリア22にアライメントする。以上のようなアライメントを経て第4工程が完了する。
次に、光源ユニット40を組み立てる第5工程を行う。第5工程では、ベース47上に、既に波長可変LD41及びサーミスタ46が搭載されているキャリア42を配置する。そして、二つのレンズキャリア43を、キャリア42を挟んでベース47上に搭載する。各レンズキャリア43をベース47上に搭載する際には、レンズキャリア43上のマーク43b〜43dをキャリア42上のマーク42a〜42cに目視で位置合わせし、また、他方のレンズキャリア43上のマーク43f〜43hをキャリア上のマーク42f〜42hに目視で位置合わせする。こうして第5工程が完了する。なお、第5工程は、第6工程の前であればいつ行ってもよい。
次に、この様にして組立てたベース47をTEC80上に搭載する第6工程を行う。第6工程では、レンズキャリア43上のマーク43b〜43dを結合ユニット30上のマーク32f〜32hに目視で位置合わせする。
次に、波長検知ユニット50を組み立てる第7工程を行う。第7工程では、キャリア52上に既にmPD55,56が搭載されているPDサブマウントを実装する。ここで、キャリア52上にはPDサブマウントが搭載されている位置にインデックスマークが形成されており、このマークを参照してPDサブマウント実装する。またサーミスタ58の搭載も当該工程で行う。そして、mPD55,56及びサーミスタ58が搭載されたキャリア52をTEC90上に搭載する。このとき、キャリア52上のマーク52b〜52dをレンズキャリア43上のマーク43f〜43hに目視で位置合わせする。こうして第7工程が完了する。
その後、出力ベースユニットを組み立てる第8工程を実行する。第8工程では、キャリア62をベース13上に搭載する。このとき、キャリア62上の2個のマーク62b,62cと変調器11のマーク11x,11yを目視で確認し、出力ポート11zとキャリア62のアライメントを行う。そして、キャリア62上のマーク62e,62fとサブマウント74上のマーク74b,74cを目視で確認し、サブマウント74とキャリア62のアライメントを行う。こうして第8工程が完了する。
以上の第1〜第8工程により各キャリアユニット間、厳密には各キャリア間のアライメントを目視のみによって実行する。ここで、図12に示されるように、一方のレンズキャリア43、キャリア32、及びキャリア22のそれぞれに設けられた各3個のマークのうち、その中央マークは光源ユニット40から入力ユニット20に向かう光の光軸に対応している。なお、図12〜図14は説明の簡略化のため一部の部品を省略している。更に、mPD28を搭載するサブマウント28aにも上記各キャリアに形成された一方の側マーク、43b、32f、32a、22b;および中央マーク、42b、43c、32g、22cに対応するマーク28b、28cが形成されている。PDサブマウント28aの二つのマーク28b、28cを上記それぞれのキャリアに形成された中央マークと一方の側マークに目視でアライメントすることにより、PDサブマウント28aを入力ユニット20に位置合わせすることができる。
図13に示されるように、キャリア42上のマーク42f〜42h、レンズキャリア43のマーク43f〜43h、及びキャリア52のマーク52b〜52dは、それぞれ直線で結ぶことができる。また、図14に示されるように、キャリア62上のマーク62b,62eとサブマウント74上のマーク74bは直線で結びことができ、キャリア62上の一群のマーク62e〜62gはPDサブマウント74上の一群のマーク74b〜74dに対応している。両者を目視で確認しつつ、PDサブマウント74をハウジング2の底面に搭載することで、PDサブマウント74をキャリア62に対して位置合わせすることができる。
ここで、各キャリア(AlN等のセラミック)に形成されたマークは、キャリア上に形成された配線パターン又は配線パターンの切り欠きとして形成されている。マークの幅は20μm、その長さは50μm又は100μmである。一般的にセラミック上に形成された配線パターンの公差は、配線間については±10μm程度であり、またキャリアの実装公差は±30μm程度である。各キャリアには後段の工程で実装される光学部品の搭載位置を示すマークが形成されている。各キャリア間を上述の様に、その各辺に設けたマーク群により位置合わせし、かつ、キャリア上の部品搭載位置に対応してマークを形成することで、目視によって十分な精度を有する光学部品の実装位置を確保することが可能となる。
光モジュール1に搭載される各光学部品について、一例として、レンズの有効径は0.6mm、アイソレータの有効径は0.7mm、BSの有効径は1.2mm、PBCの有効径は0.8mm、ビームスプリッタの有効径は0.8mmである。このような有効径を有する光学部品のそれぞれがコリメート光の設計径(約0.5mm)を包含していることが必要であり、包含していない場合には大きな結合ロスが生じる。
具体的には、光モジュール1では、波長可変LD41が出射した光は、波長検知ユニット50に対向するレンズ44及び結合ユニット30に対向するレンズ45のそれぞれにより、コリメート光に変換される。また、変調器11から出力される二つの位相変調光は、第1レンズ63および第2レンズ64のレンズ系よってコリメート光に変換される。これらのコリメート光が通過する各光学部品について、それらの有効径がこのコリメート光の径を包含すれば、当該光学部品について大きな結合ロスは生じない。
そこで、光モジュール1では、上述したように各キャリアに位置調整用のマークを形成し、当該マークを指標として目視でアライメントを行うことで、各光学部品の有効径内にコリメート光を包含させることが可能となる。また、各光学部品の有効径は、コリメート光の径よりも大きな値とされているので、上記目視によるアライメントで大きな結合ロスを抑制することが可能となる。
また、上記のようにアイソレータ34、67、アテネータ69、Siブロック66等調芯工程を必要としない光学部品を搭載する段階において、各光学部品と配線基板、キャリア上の配線、あるいは配線基板、キャリア上の配線とリード端子4a,4bとの間のワイヤリングを行う。すなわち、すでに搭載されているmPD14、26、74についてそれらの出力信号をモジュール1の外部で検出をする、いわゆるアクティブ調芯を可能とする。そして、まず、波長可変LD41から変調器11の入力ポートまでに位置する各光学部品のアライメントを行う。ここで、変調器11の入力ポートに波長可変LD41からの光を結合させるときには、実際に波長可変LD41を発光させ、波長可変LD41からの光を最大効率で入力ポートに結合させることが必要である。
次いで各キャリア上に光学部品を搭載する。
まず、光アイソレータ34をキャリア32上に、他の光アイソレータ67、Siブロック66をキャリア62上に搭載する。また、それぞれのPDサブマウント上にmPD14を実装し、mPD14からの信号を取り出すべくmPDと配線パターン、配線パターンと両側壁のDCリード端子との間のワイヤリングを実施する。さらに、変調器11とバイアスユニット15の間、バイアスユニット15とリード端子との間もワイヤリングを行い、変調器11のDCテストが実施可能な環境を作る。その後、各レンズ部品、BS部品、PBCユニットの光学調芯を行う。
次いでビームシフタ33を調心する。本モジュール1においては、変調器11と波長可変LD41は個別のTEC70、80上にそれぞれのキャリア12、42を介して搭載されている。変調器11についてはTEC70とキャリア12との間にさらにベース13が挿入されている。また、結合ユニット30、入力ユニット20もそれぞれのキャリア32、22を介してベース13上に搭載されている。従って、たとえレンズ43により波長可変LD41の出力光がコリメート光に変換されたとしても、入力ユニット20に搭載されているBS26、第1、第2レンズ23、24の光軸の水平レベルがコリメート光の光軸に一致しているわけではない。パッケージの底面からTEC70、80の部品公差によりそれらの最表面までの高さの相違、ベース13の厚み公差、キャリア12、22の厚み公差により、キャリア22に搭載される光学部品の光軸、変調器11の入力ポートの光軸の高さは異なる。
本モジュールではこの光軸高さの相違(狂い)を吸収すべくビームシフタ33を備えている。ビームシフタ33は光入射面と光出射面とが実質平行に作製された透明光学部材(ブロック)であり、当該光入射面/出射面をコリメート光の光軸に対して傾けることにより、入射光の光軸と出射光の光軸を、平行状態を維持しつつオフセットさせることができる。本実施の形態に係る光モジュールでは、変調器11の入力ポートの水平レベル、レンズ45が出射するコリメート光の水平レベルを測定しておき、両者の差を補償するビームシフタ33の傾き角を予め算出し、当該角度だけビームシフタ33を傾けてキャリア32上に搭載する。
次いでBS26を搭載する。BS26については、その搭載角度をハウジングの側壁に対して45°に設定した上で、入力コリメート光に対してX、Z方向の調芯を行う。すなわち、その光軸に対する角度を固定した状態で、かつ、変調器11の入力ポートの延長線とコリメタ光の光軸の交点の設計位置にBSを搭載する。そして、当該設計位置を中心に入射光の光軸に平行な方向にBS26をスライドさせ変調器11に対して最大の光結合が得られる位置を探索する。レンズ15から変調器11のモニタポートまでの入力光学系において、光軸をシフトする光学部品、すなわち、光軸を調芯できる光学部品は、ビームシフタ33、BS26、および第1、第2レンズ23、24が存在する。本発明に係る調芯工程では、実際にX,Y,Z方向全てについて微調芯を行い最大結合効率が得られる位置を探索するのは第1、2レンズ(23、24)に対する調芯である。他の部品は、第1、2レンズ(23、24)による微調芯が可能な範囲にコリメート光の光軸を設定する機能を果たす。
最後に第1レンズ23、第2レンズ24を調芯する。すなわち、まず第1レンズ23を設計標準位置に搭載し、実際に波長可変LD41を発光させ、第1レンズ23により変調器11内に集光、導入され、変調器11のモニタポートから出力される光をmPD14により観測する。mPD14の出力が最大値を与える位置をまず探索し、当該位置から所定の値だけ変調器11にオフセットさせた位置に第1レンズを固定する。所定の値は本実施の形態では0.88μm程度である。固定には紫外線硬化樹脂を用い、上記最大値を与える位置で紫外線を樹脂に照射し固定する。ただし、一般の紫外線硬化樹脂は、硬化に際し数μm収縮することが知られている。この収縮に合わせて調芯状態が崩れ、光結合効率が低下する場合がある。そのため、第2レンズ24を調芯することでこの結合効率の低下を補償する。
第2レンズ24は、第1レンズ23と同様に、mPD14の出力を観測しつつ、まず設計中心位置に搭載した上で、光軸に対してX、Y、Zの三方向について調芯を行い、mPD14の出力が最大値を与える位置を探索し、その位置で紫外線硬化樹脂を硬化させて固定する。第1レンズ23の場合と同様に、硬化に際して樹脂の収縮が観測されるが、第2レンズ24の結合トレランス(所定の結合効率の劣化を与えるレンズ位置の範囲)は第1レンズがサブミクロンレベルで非常に厳しいトレランスであるのに対し、第2レンズのそれは、一桁以上、特に光軸に沿った方向については数十ミクロンものトレランスを有している。第2レンズ24の固定の際の樹脂の効果に伴う位置ずれは実質問題とはならない。以上により入力光学系の部品搭載が終了する。
入力ユニット20に搭載される光学部品を調芯した後、出力ユニット60に搭載される光学部品の調芯を行う。
実際に波長可変LD41が出力する光を変調器11に入力し、変調器11の出力ポート62b、62cから当該入力光を出力する。この光を利用して出力ユニット60に搭載される光学部品についてのアクティブ調芯を行う。具体的には、変調器11から出力される光は発散光であるので、二つの第1レンズそれぞれについてこれら発散光をコリメート光に変換する位置を探索する。そして、この位置から所定量変調器11側にシフトさせて第1レンズ63を固定する。従って、第1レンズ63が出力する光は依然として発散光の状態を維持している。
次いで第2の出力ポート3bに接続される光結合ユニットに含まれる集光レンズおよびこのレンズにより集光された光を伝播する光ファイバ、それぞれを模した光学を有するダミーポートを第2の出力ポート3bに一時的に接続する。このダミーポートから引き出された光ファイバが出力する光を観測して第2レンズ64の調芯を行う。具体的には、変調器11にバイアスを供給して、二つの出力ポート(62b、62c)の一方のみから変調器11に導入された光を出力する。この一方の出力ポートに対応する第2レンズについて、上記光を観測してその強度が最大になる位置を探索し、当該位置にて第2レンズ64を固定する。変調器11に供給するバイアスを変更して他方の出力ポートのみから光を出力させ、この出力ポートに対応する第2レンズについて上記と同様の調芯を行いその位置を決定する。そして、最後にダミーポートを実際の光結合ユニットに変更し、この光結合ユニットを介して得られる光信号の強度が最大になる位置に光結合ユニットを第2の出力ポート3bに対して固定する。以上の調芯工程を行うことにより、波長可変LD41が出力し、変調器11を介して第2の出力ポート3bに提供される光の光軸上に配置される光学部品を、第2の出力ポート3bにおいて最大の光強度が得られるそれぞれの位置に配置することができる。
次いで各キャリア上に光学部品を搭載する。
まず、光アイソレータ34をキャリア32上に、他の光アイソレータ67、Siブロック66をキャリア62上に搭載する。また、それぞれのPDサブマウント上にmPD14を実装し、mPD14からの信号を取り出すべくmPDと配線パターン、配線パターンと両側壁のDCリード端子との間のワイヤリングを実施する。さらに、変調器11とバイアスユニット15の間、バイアスユニット15とリード端子との間もワイヤリングを行い、変調器11のDCテストが実施可能な環境を作る。その後、各レンズ部品、BS部品、PBCユニットの光学調芯を行う。
次いでビームシフタ33を調心する。本モジュール1においては、変調器11と波長可変LD41は個別のTEC70、80上にそれぞれのキャリア12、42を介して搭載されている。変調器11についてはTEC70とキャリア12との間にさらにベース13が挿入されている。また、結合ユニット30、入力ユニット20もそれぞれのキャリア32、22を介してベース13上に搭載されている。従って、たとえレンズ43により波長可変LD41の出力光がコリメート光に変換されたとしても、入力ユニット20に搭載されているBS26、第1、第2レンズ23、24の光軸の水平レベルがコリメート光の光軸に一致しているわけではない。パッケージの底面からTEC70、80の部品公差によりそれらの最表面までの高さの相違、ベース13の厚み公差、キャリア12、22の厚み公差により、キャリア22に搭載される光学部品の光軸、変調器11の入力ポートの光軸の高さは異なる。
本モジュールではこの光軸高さの相違(狂い)を吸収すべくビームシフタ33を備えている。ビームシフタ33は光入射面と光出射面とが実質平行に作製された透明光学部材(ブロック)であり、当該光入射面/出射面をコリメート光の光軸に対して傾けることにより、入射光の光軸と出射光の光軸を、平行状態を維持しつつオフセットさせることができる。本実施の形態に係る光モジュールでは、変調器11の入力ポートの水平レベル、レンズ45が出射するコリメート光の水平レベルを測定しておき、両者の差を補償するビームシフタ33の傾き角を予め算出し、当該角度だけビームシフタ33を傾けてキャリア32上に搭載する。
次いでBS26を搭載する。BS26については、その搭載角度をハウジングの側壁に対して45°に設定した上で、入力コリメート光に対してX、Z方向の調芯を行う。すなわち、その光軸に対する角度を固定した状態で、かつ、変調器11の入力ポートの延長線とコリメタ光の光軸の交点の設計位置にBSを搭載する。そして、当該設計位置を中心に入射光の光軸に平行な方向にBS26をスライドさせ変調器11に対して最大の光結合が得られる位置を探索する。レンズ15から変調器11のモニタポートまでの入力光学系において、光軸をシフトする光学部品、すなわち、光軸を調芯できる光学部品は、ビームシフタ33、BS26、および第1、第2レンズ23、24が存在する。本発明に係る調芯工程では、実際にX,Y,Z方向全てについて微調芯を行い最大結合効率が得られる位置を探索するのは第1、2レンズ(23、24)に対する調芯である。他の部品は、第1、2レンズ(23、24)による微調芯が可能な範囲にコリメート光の光軸を設定する機能を果たす。
最後に第1レンズ23、第2レンズ24を調芯する。すなわち、まず第1レンズ23を設計標準位置に搭載し、実際に波長可変LD41を発光させ、第1レンズ23により変調器11内に集光、導入され、変調器11のモニタポートから出力される光をmPD14により観測する。mPD14の出力が最大値を与える位置をまず探索し、当該位置から所定の値だけ変調器11にオフセットさせた位置に第1レンズを固定する。所定の値は本実施の形態では0.88μm程度である。固定には紫外線硬化樹脂を用い、上記最大値を与える位置で紫外線を樹脂に照射し固定する。ただし、一般の紫外線硬化樹脂は、硬化に際し数μm収縮することが知られている。この収縮に合わせて調芯状態が崩れ、光結合効率が低下する場合がある。そのため、第2レンズ24を調芯することでこの結合効率の低下を補償する。
第2レンズ24は、第1レンズ23と同様に、mPD14の出力を観測しつつ、まず設計中心位置に搭載した上で、光軸に対してX、Y、Zの三方向について調芯を行い、mPD14の出力が最大値を与える位置を探索し、その位置で紫外線硬化樹脂を硬化させて固定する。第1レンズ23の場合と同様に、硬化に際して樹脂の収縮が観測されるが、第2レンズ24の結合トレランス(所定の結合効率の劣化を与えるレンズ位置の範囲)は第1レンズがサブミクロンレベルで非常に厳しいトレランスであるのに対し、第2レンズのそれは、一桁以上、特に光軸に沿った方向については数十ミクロンものトレランスを有している。第2レンズ24の固定の際の樹脂の効果に伴う位置ずれは実質問題とはならない。以上により入力光学系の部品搭載が終了する。
入力ユニット20に搭載される光学部品を調芯した後、出力ユニット60に搭載される光学部品の調芯を行う。
実際に波長可変LD41が出力する光を変調器11に入力し、変調器11の出力ポート62b、62cから当該入力光を出力する。この光を利用して出力ユニット60に搭載される光学部品についてのアクティブ調芯を行う。具体的には、変調器11から出力される光は発散光であるので、二つの第1レンズそれぞれについてこれら発散光をコリメート光に変換する位置を探索する。そして、この位置から所定量変調器11側にシフトさせて第1レンズ63を固定する。従って、第1レンズ63が出力する光は依然として発散光の状態を維持している。
次いで第2の出力ポート3bに接続される光結合ユニットに含まれる集光レンズおよびこのレンズにより集光された光を伝播する光ファイバ、それぞれを模した光学を有するダミーポートを第2の出力ポート3bに一時的に接続する。このダミーポートから引き出された光ファイバが出力する光を観測して第2レンズ64の調芯を行う。具体的には、変調器11にバイアスを供給して、二つの出力ポート(62b、62c)の一方のみから変調器11に導入された光を出力する。この一方の出力ポートに対応する第2レンズについて、上記光を観測してその強度が最大になる位置を探索し、当該位置にて第2レンズ64を固定する。変調器11に供給するバイアスを変更して他方の出力ポートのみから光を出力させ、この出力ポートに対応する第2レンズについて上記と同様の調芯を行いその位置を決定する。そして、最後にダミーポートを実際の光結合ユニットに変更し、この光結合ユニットを介して得られる光信号の強度が最大になる位置に光結合ユニットを第2の出力ポート3bに対して固定する。以上の調芯工程を行うことにより、波長可変LD41が出力し、変調器11を介して第2の出力ポート3bに提供される光の光軸上に配置される光学部品を、第2の出力ポート3bにおいて最大の光強度が得られるそれぞれの位置に配置することができる。
以上、本発明に係る好適な実施形態について説明してきたが、本発明は上述した実施形態に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形及び変更が可能であることは、当業者によって容易に認識される。
1…光モジュール、2…ハウジング、2a…ハウジング本体、2b…蓋体、2c…前壁、2d、2e…側壁、2f…後壁、3…光結合部、3a…局発光出力部(第1ポート)、3b…信号光出力部(第2ポート)、4a、4b…リード端子、10…変調器ユニット、11…変調器、11b,11c,11x,11y…マーク、12,42,52…キャリア、13…ベース、14…モニタフォトダイオード、15…終端ユニット、16…バイアスユニット、20…入力ユニット、22…キャリア、22b〜22d…マーク、23…第1レンズ、24…第2レンズ、26…ビームスプリッタ、27…配線、28…モニタフォトダイオード、28a…サブマウント、28b…マーク、29…配線、30…結合ユニット、32…キャリア、32a〜32c,32f〜32h…マーク、33…ビームシフタ、34,67…アイソレータ、35…配線、40…光源ユニット、41…波長可変レーザ、42a〜42c,42f〜42h…マーク、43…レンズキャリア、43b〜43d,43f〜43h…マーク、44,45…レンズ、46…サーミスタ、47…ベース、48,49…配線基板、50…波長検知ユニット、51…波長検知器、52b〜52d…マーク、53,54…ビームスプリッタ、55,56…モニタフォトダイオード、57…エタロンフィルタ、58…サーミスタ、60…出力ユニット、62…キャリア、62b,62c,62e〜62g…マーク、63…第1レンズ、64…第2レンズ、66…Siブロック、68…偏波合成器PBC、69…減衰器、70,80,90…TEC、71…電極ポスト、72…ビームスプリッタ、73…モニタフォトダイオード、74…サブマウント、74b〜74d…マーク。
Claims (8)
- 第1の熱電変換素子(TEC)にキャリアを介して搭載された光源と、
前記第1のTECから独立した第2のTECにベースを介して搭載され、前記光源が出力した光を変調する変調器と、
前記ベース上に別のキャリアを介して搭載され、前記光を前記変調器に結合する光学系と、を備え、
前記キャリアと前記別のキャリアは、前記キャリア及び前記別のキャリアの表面にそれぞれ形成されたマークを介して相対位置が整合されている、
光モジュール。 - 前記キャリア上のマーク及び前記別のキャリア上のマークは、前記キャリアと前記別のキャリアの対向する辺にそれぞれ形成されている、請求項1に記載の光モジュール。
- 前記キャリア上のマーク及び前記別のキャリア上のマークは、前記光源と前記変調器とを結ぶ光軸に整合した中央マークと、前記中央マークを挟む2個の側マーク、を含む請求項1又は2に記載の光モジュール。
- 前記キャリアと前記別のキャリアとの間に位置する第3のキャリアを更に備え、
前記第3のキャリアは、前記キャリアと対向する辺に形成された第3のマークと、前記別のキャリアと対向する辺に設けられた第4のマーク、を有し、
前記キャリア上のマークは前記第3のマークと整合し、前記別のキャリア上のマークは前記第4のマークと整合している、
請求項1又は2に記載の光モジュール。 - 前記第3のキャリアは、前記第1のTECもしくは前記第2のTECのいずれかに搭載されている、
請求項4に記載の光モジュール。 - 前記キャリア上のマーク、前記別のキャリア上のマーク及び前記第3のキャリア上のマークそれぞれは、中央マーク、及び当該中央マークを挟む二つの側マークを含み、前記中央マークは、前記光源と前記変調器を結ぶ光軸に整合している、
請求項4又は5に記載の光モジュール。 - 前記第2のTECは、前記変調器が出力する光を処理する光学系を配置した第4のキャリアを搭載しており、
前記第4のキャリア及び前記変調器は、前記第4のキャリアに形成された第4のマーク及び前記変調器に形成されたマークを介して相対位置が整合している、
請求項1〜6のいずれか一項に記載の光モジュール。 - 前記変調器は、2つの出力ポートを有し、
前記変調器に形成されたマークは、前記出力ポートに対応している、
請求項7に記載の光モジュール。
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