JP2017003634A - 光モジュール及び光レセプタクル - Google Patents

Abstract

【課題】筐体側金属ホルダとコネクタ側金属ホルダとがなす間隙による破断の発生を、強度を増すことで防ぐモジュールを提供する。
【解決手段】光モジュールは、光電変換素子が内蔵された金属筐体及び光レセプタクル２３を備える光モジュールであって、光レセプタクル２３は、ファイバスタブ２７と、ファイバスタブ２７を保持し、金属筐体に取り付けられる筐体側金属ホルダ２４と、ファイバスタブ２７が挿入され、筐体側金属ホルダ２４と接触しない間隙を形成するようにファイバスタブ２７を保持するコネクタ側金属ホルダ２５と、間隙を絶縁性部材３０で塞ぐように形成された絶縁部と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、光コネクタに保持された光ファイバに光信号を送信し、あるいは光ファイバからの光信号を受信する光モジュール及び光レセプタクルに関する。

近年のデータトラフィックの増加に伴い、４０Ｇｂｉｔ／ｓあるいは１００Ｇｂｉｔ／ｓといった高速な信号伝送が可能な光伝送システムが実現されている。このような高速な光伝送システムの光インタフェースとして、「ＣＦＰ（Ｃｅｎｔｕｍｇｉｇａｂｉｔ Ｆｏｒｍ Ｆａｃｔｏｒ Ｐｌｕｇｇａｂｌｅ）」などの小型の光トランシーバが規格化されている。光送受信トランシーバには、ＴＯＳＡ（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｕｂ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ）やＲＯＳＡ（Ｒｅｃｅｉｖｅｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｕｂ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ）といった光モジュールが用いられている。

図１は、関連技術に係る光モジュールの構造を説明する図であり、光モジュールは、
金属筐体１１と、電気インタフェース１２と、光レセプタクル部１３とで構成される。光レセプタクル部１３は、筐体側金属ホルダ１４と、コネクタ側金属ホルダ１５と、ファイバスタブ１７と、フランジ１６とで構成される。図１は関連技術に係る光モジュールの斜視図であり、図２は側面図である。

図３は、関連技術に係る光モジュールにおける光レセプタクル部１３の断面図である。光モジュールは、図１に示すように半導体レーザ（ＴＯＳＡの場合）やフォトダイオード（ＲＯＳＡの場合）といった光デバイス、信号処理を行うＩＣなどが封入される金属筐体１１、半導体レーザやフォトダイオード、ＩＣと電気信号を送受信する電気インタフェース１２、および光コネクタが接続される光レセプタクル部１３とで構成される。

図３に示す光レセプタクルとして機能する光レセプタクル部１３は、筐体に接続されファイバスタブ１７を保持する筐体側金属ホルダ１４、スタブフェルール１７’の中心部に光導波路２１を有し、接続された光コネクタ（不図示）と金属筐体１１内の光デバイスとの光結合を行うファイバスタブ１７、筐体側金属ホルダ１４とは間隙を設けて離間され、ファイバスタブ１７を保持するコネクタ側金属ホルダ１５とで構成される。コネクタ側金属ホルダ１５は、ファイバスタブ１７を保持するスタブホルダ１８、スタブホルダ１８とファイバスタブ１７とがなす間隙に挿入され、光コネクタのフェルール（不図示）が嵌入されるセラミックスリーブ２２、セラミックスリーブ２２を内包しスタブホルダ１８と固定される金属製のスリーブシェル１９、スリーブシェル１９に設けられた突起部であるフランジ１６とで構成される。ファイバスタブ１７のスタブフェルール１７’は、例えばジルコニアやプラスチックなど、相応の強度を持つ絶縁性の材料で形成される。

コネクタ側金属ホルダ１５のスリーブシェル１９に設けられたフランジ１６部分を基準に光トランシーバのパッケージ１００に嵌合されることで、光モジュールは光トランシーバのパッケージに固定される。光コネクタに備わる光ファイバを把持したフェルール（不図示）がコネクタ側金属ホルダ１５のセラミックスリーブ２２内部に挿入され、該フェルールの先端がファイバスタブ１７の一端に光学的に接続されることで、光コネクタに保持された光ファイバ（不図示）と金属筐体１１内の光デバイスとが、光学的に結合され、光信号の送受信が可能となる。

耐電磁障害や静電気放電対策の観点から、光モジュールの筐体は金属またはメタライズが施されたセラミックであり、かつ電気的に安定とするため接地される。一方、光トランシーバのパッケージは、一般的に接地されることはなくフローティング電位となっている。

該パッケージに嵌合するフランジ１６ならびにコネクタ側金属ホルダ１５は、セラミックスリーブ２２を除くと金属性部材で構成されるため、光トランシーバのパッケージ１００と同じ電位（フローティング電位）となる。外部からの電磁波や静電気に起因するノイズが金属筐体１１内の半導体レーザやフォトダイオード、ＩＣに影響を及ぼさないよう、筐体側金属ホルダ１４とコネクタ側金属ホルダ１５とは離間され、それらは絶縁性のファイバスタブ１７を介して接続固定される。

特開２００９−１０３９８８号公報

光モジュールは前述のとおり、フランジ１６を介して光トランシーバに固定される。光トランシーバ内では、光モジュールの電気インタフェース１２が光トランシーバ内部の信号処理回路と接続されるが、実装形態によっては、光モジュールの金属筐体１１に片方向からの荷重がかかることがある。例えば、図２において、金属筐体１１には図中下方向あるいは上方向への荷重がかかることがありうる。

このような場合、図２及び３において、発明者らは、筐体側金属ホルダ１４と、コネクタ側金属ホルダ１５とがなす間隙に位置するファイバスタブ１７に、集中的に応力が発生することを見出した。そして、このファイバスタブ１７に集中的な応力が発生することで、ファイバスタブ１７が破断してしまう可能性がある、という課題があった。

前記課題を解決するために、本発明は、光モジュールにおける筐体側金属ホルダとコネクタ側金属ホルダとがなす間隙による破断の発生を、強度を増すことで防ぐことを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、光モジュールにおける筐体側金属ホルダとコネクタ側金属ホルダとがなす間隙を、絶縁性部材で塞ぐ。

具体的には、本発明に係る光モジュールは、
光電変換素子が内蔵された金属筐体及び光レセプタクルを備える光モジュールであって、
前記光レセプタクルは、
ファイバスタブと、
前記ファイバスタブを保持し、前記金属筐体に取り付けられる筐体側金属ホルダと、
前記ファイバスタブが挿入され、前記筐体側金属ホルダと接触しない間隙を形成するように前記ファイバスタブを保持するコネクタ側金属ホルダと、
前記間隙を絶縁性部材で塞ぐように形成された絶縁部と、を備える。

本発明に係る光モジュールでは、
前記絶縁部は、
前記間隙が熱硬化型樹脂又は紫外線硬化型樹脂で塞ぐように形成されていてもよい。

本発明に係る光モジュールでは、
前記絶縁部は、
前記間隙がセラミックで塞ぐように形成されていてもよい。

本発明に係る光モジュールでは、
前記ファイバスタブは、予め形成された突起形状の突起部分を有し、
前記間隙が前記ファイバスタブの前記突起部分で塞ぐように形成されてもよい。

本発明に係る光モジュールでは、
前記筐体側金属ホルダ及び前記コネクタ側金属ホルダとで形成された前記間隙を円筒状の絶縁性ホルダで覆うようにして封止してもよい。

具体的には、本発明に係る光レセプタクルは、
ファイバスタブと、
前記ファイバスタブを保持し、光電変換素子が内蔵された金属筐体に取り付けられる筐体側金属ホルダと、
前記ファイバスタブが挿入され、前記筐体側金属ホルダと接触しない間隙を形成するように前記ファイバスタブを保持するコネクタ側金属ホルダと、
前記間隙を絶縁性部材で塞ぐように形成された絶縁部と、を備える。

なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。

本発明によれば、光モジュールにおける筐体側金属ホルダとコネクタ側金属ホルダとがなす間隙における破断の発生を、強度を増すことで防止することができる。

関連技術に係る光モジュールの斜視方向の構成図の一例を示す。 関連技術に係る光モジュールの側面方向の構成図の一例を示す。 関連技術に係る光モジュールにおける光レセプタクル部の断面図の一例を示す。 第１の実施形態に係る光モジュールの構成図の一例を示す。 第２の実施形態に係る光モジュールの構成図の一例を示す。 第３の実施形態に係る光モジュールの構成図の一例を示す。 本実施形態に係る光モジュールにおける実験例の一例を示す。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（第１の実施形態）
図４は、本発明の第１の実施形態に係る光モジュールの構成を説明する図であり、光レセプタクルとして機能する光レセプタクル部２３の断面図を示す図である。光モジュールは、図１〜３に示した関連技術に係る光モジュールと同様に、半導体レーザやフォトダイオードといった光デバイス、信号処理を行うＩＣなどが封入される金属筐体、半導体レーザやフォトダイオード、ＩＣと電気信号を送受信する電気インタフェース、および光コネクタが接続される光レセプタクル部２３とで構成される。

光レセプタクル部２３は、金属筐体に接続されファイバスタブ２７を保持する筐体側金属ホルダ２４、スタブフェルール２７’の中心部に光導波路２１を有し、接続された光コネクタ（不図示）と金属筐体内の光デバイスとの光結合を行うファイバスタブ２７、筐体側金属ホルダ２４とは電気的に絶縁され、ファイバスタブ２７を保持するコネクタ側金属ホルダ２５と、さらに筐体側金属ホルダ２４とコネクタ側金属ホルダ２５とがなす間隙に充填される絶縁性部材３０とで構成される。コネクタ側金属ホルダ２５は、ファイバスタブ２７を保持するスタブホルダ２８、スタブホルダ２８とファイバスタブ２７とがなす間隙に挿入され、光コネクタのフェルール（不図示）が嵌入されるセラミックスリーブ２２、セラミックスリーブ２２を内包しスタブホルダ２８と固定される金属製のスリーブシェル２９、スリーブシェル２９に設けられた突起部であるフランジ２６とで構成される。

このように、第１の実施形態に係る光モジュールでは、筐体側金属ホルダ２４とコネクタ側金属ホルダ２５との間に絶縁性部材３０を充填されて接続するようにしたため、両金属ホルダの一体性が高められ、ファイバスタブ２７に応力が集中することを避けることができるようになる。また、筐体側金属ホルダ２４とコネクタ側金属ホルダ２５と間の絶縁性も依然として確保できる。

第１の実施形態で用いることができる絶縁性部材３０としては、種々の材料や構成のものが適用できる。例えば、絶縁性部材３０として、熱硬化型の絶縁性樹脂を用いることができる。以下、絶縁性部材３０として熱硬化型樹脂を用いる場合の、光モジュールの製造方法を説明する。

まず、図１及び図２に示したような、筐体側金属ホルダ２４とコネクタ側金属ホルダ２５と間に間隙を設けた光モジュールを製造する。次いで、熱硬化型樹脂をシリンジに入れ、ディスペンサを用いて熱硬化型樹脂を間隙近傍に吐出する。

熱硬化型樹脂は、毛細管現象により間隙に吸い込まれるようにして注入される。このようにして間隙を熱硬化型樹脂で充填した後、光モジュールを適当な温度と時間で加熱処理して硬化させることで、第１の実施形態に係る光モジュールが完成する。なお、絶縁性部材３０として、紫外線硬化型の絶縁性樹脂を用いてもよい。その場合は、紫外線硬化型の絶縁性樹脂を間隙に充填した後、該間隙に適当な時間だけ紫外線を照射して絶縁性樹脂を硬化させるようにすればよい。

または光レセプタクル部２３単体の状態で上記実装を行い、絶縁性部材３０が間隙に充填された光レセプタクル部２３を用いて光モジュールを完成させてもよい。絶縁性部材３０としては、これ以外にも、例えば予め適切なサイズに加工された、環状のセラミックリングを用いるようにしてもよい。

“適切なサイズ”とは、例えば、筐体側金属ホルダ２４とコネクタ側金属ホルダ２５との間に設けられた間隙とほぼ同程度の厚みであり、またその内径はファイバスタブ２７の外径とほぼ同程度、外径は筐体側金属ホルダ２４あるいはコネクタ側金属ホルダ２５の外径と同程度となる、外観ドーナツ形状のリングである。

このようなセラミックリングを絶縁性部材３０として用いた光モジュールは、以下のようにして製造することができる。まず、筐体側金属ホルダ２４の内部にファイバスタブ２７を挿入・固定する。筐体側金属ホルダ２４の開放端にセラミックリングを取り付けた後、突出したファイバスタブ２７にスタブホルダ２８を挿入する。スタブホルダ２８とファイバスタブ２７とがなす間隙にセラミックスリーブ２２を挿入し、最後にスリーブシェル２９を挿入し固定する。

このようにして、絶縁性部材３０としてセラミックリングを用いた第１の実施形態に係る光レセプタクル部２３が完成する。この光レセプタクル部２３と半導体レーザやフォトダイオード、ＩＣが内蔵された金属筐体とを光結合させ、光レセプタクル部２３と金属筐体をＹＡＧ溶接などのスポット溶接で接合させ、光モジュールが完成する。

図４からも分かるとおり、第１の実施形態に係る光モジュールは、関連技術に係る光モジュールと外観に大きな相違はなく、関連技術に係る光モジュールと比べて実装上の互換性を損なうことはない。また、わずかな部材あるいは工程の追加により、光モジュールを光トランシーバに実装した際に生じるファイバスタブ２７への応力集中を大幅に緩和し、これをもって、ファイバスタブ２７の破断を防ぐことができるようになる。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る光モジュールの構成を説明する図であり、光レセプタクル部３３の断面図を示す図である。本実施形態に係る光モジュールは、ファイバスタブ３７に設けられた突起部が、筐体側金属ホルダ３４とコネクタ側金属ホルダ３５とがなす間隙を充填している点で、第１の実施形態で開示した光モジュールと異なる。それ以外については第１の実施形態と同様であり、詳細な説明は省略する。

本実施形態に係る光モジュールでは、関連技術に係るファイバスタブ１７に代わり、外周に円盤状の突起部を設けたファイバスタブ３７を用いている。この円盤状の突起部は、例えば、筐体側金属ホルダ３４とコネクタ側金属ホルダ３５と間に設けられた間隙とほぼ同程度の厚みであり、かつ、筐体側金属ホルダ３４あるいはコネクタ側金属ホルダ３５の外径と同程度の外径であればよい。

また、この円盤状の突起部は、図４に示すファイバスタブ２７の外周であって、ファイバスタブ２７が筐体側金属ホルダ２４に挿入された際に、筐体側金属ホルダ２４の開放端に到達する位置に設けるようにすればよい。このように、第２の実施形態に係る光モジュールでは、筐体側金属ホルダ３４とコネクタ側金属ホルダ３５との間に、ファイバスタブ３７に設けた突起部が配置されて接続するようにした。

このため、両金属ホルダの一体性が高められ、ファイバスタブ３７に応力が集中することを避けることができるようになる。また、筐体側金属ホルダ３４とコネクタ側金属ホルダ３５と間の絶縁性も依然として確保できる。

本実施形態に係る光モジュールは、関連技術に係る光モジュールと同様の工程で製造することができる。また、ファイバスタブ３７の形状が異なるのみで、光モジュールを構成する部材点数は変わらない。そのため、部材点数及び製造工程数を増加させることなく、光モジュールを光トランシーバに実装した際に生じるファイバスタブ３７への応力集中を大幅に緩和し、もって、ファイバスタブ３７の破断を防ぐことができるようになる。

（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態に係る光モジュールの構成を説明する図であり、光レセプタクル部４３の断面図を示す図である。本実施形態に係る光モジュールは、筐体側金属ホルダ４４とコネクタ側金属ホルダ４５とがなす間隙を、円筒状の絶縁性ホルダ４１で封止している点で、第１及び第２の実施形態で開示した光モジュールと異なる。それ以外については他の実施形態と同様であり、詳細な説明は省略する。

本実施形態に係る光モジュールでは、関連技術に係る光モジュールに加えて、筐体側金属ホルダ４４とコネクタ側金属ホルダ４５とを間隙を設けたまま接続し、該間隙を円筒状の絶縁性ホルダ４１で封止するようにした。この円筒状の絶縁性ホルダ４１は、その材料はセラミックなどの絶縁性材料であり、そのサイズは、例えば、間隙よりも長く、筐体側金属ホルダ４４あるいはコネクタ側金属ホルダ４５の外径と同程度の内径であり、両金属ホルダと固定しうる程度の厚みであればよい。

このような円筒状の絶縁性ホルダ４１を用いた光モジュールは、以下のようにして製造することができる。まず、筐体側金属ホルダ４４の内部にファイバスタブ４７を挿入・固定する。突出したファイバスタブ４７にスタブホルダ４８を挿入した後、筐体側金属ホルダ４４とスタブホルダ４８とがなす間隙を、円筒状の絶縁性ホルダ４１で封止・固定する。

スタブホルダ４８とファイバスタブ４７とがなす間隙にセラミックスリーブ２２を挿入し、最後にスリーブシェル４９を挿入し固定して光レセプタクル部４３が完成する。この光レセプタクル部４３と半導体レーザやフォトダイオード、ＩＣが搭載された金属筐体を光学調芯により光結合させ、ＹＡＧ溶接などのスポット溶接により接続する。このようにして、第３の実施形態に係る光モジュールが完成する。

このように、第３の実施形態に係る光モジュールでは、筐体側金属ホルダ４４とコネクタ側金属ホルダ４５とがなす間隙を円筒状の絶縁性ホルダ４１で封止するようにしたため、両金属ホルダの一体性が高められ、ファイバスタブ４７に応力が集中することを避けることができるようになる。

また、筐体側金属ホルダ４４とコネクタ側金属ホルダ４５と間の絶縁性も依然として確保できる。このように、わずかな部材あるいは工程の追加により、光モジュールを光トランシーバに実装した際に生じるファイバスタブ４７への応力集中を大幅に緩和し、もって、ファイバスタブ４７の破断を防ぐことができるようになる。

上述した本実施の形態の効果を検証するために実証実験を行い、以下に実験結果を説明する。実証実験では、図１〜３に示した関連技術に係る光モジュールと、第１の実施形態で開示した光モジュールとを比較対象とした。両者とも、パッケージ１００を模した固定部材５０にフランジ１６、５６を固定した後、金属筐体に荷重を与えて、筐体側金属ホルダとコネクタ側金属ホルダと間隙で破断が生じる様子を観測した。

実証実験に用いた第１の実施形態に係る光モジュールは、絶縁性部材３０として熱硬化型樹脂２０を使用した。熱硬化型樹脂２０としては、エポキシテクノロジー社製のファイバオプティクス用２液性熱硬化型樹脂３５３ＮＤを用いた。熱硬化型樹脂２０は、ディスペンサを用いて金属ホルダ間に充填された後、温度約８５度で約６０分加熱して硬化させた。図７は、効果を検証するための実験系を説明する図である。

図７に示すように、光モジュールのフランジ５６を固定部材５０で固定し、金属筐体５１の一の面に対し、当該面に垂直な方向から荷重を与えた。関連技術に係る光モジュールでは、荷重３６．２Ｎ（ニュートン）を与えたとき、筐体側金属ホルダとコネクタ側金属ホルダとの間隙が破断した。一方、第１の実施形態に係る光モジュールでは、荷重２１４Ｎを与えても、筐体側金属ホルダ５４とコネクタ側金属ホルダ５５と間隙が破損することはなかった。

なお、この荷重を与えた時点で、光モジュールの他の箇所が破損したため、具体的にどの程度の荷重で間隙が破断するか見積もることができなかったが、本発明に係る光モジュールでは、関連技術に係る光モジュールに比べて少なくとも６倍以上の強度が確保できていることが検証された。

本発明は情報通信産業に適用することができる。

１１、５１：金属筐体
１２：電気インタフェース
１３、２３、３３、４３：光レセプタクル部
１４、２４、３４、４４、５４：筐体側金属ホルダ
１５、２５、３５、４５、５５：コネクタ側金属ホルダ
１６、２６、３６、４６、５６：フランジ
１７、２７、３７、４７：ファイバスタブ
１８、２８、３８、４８：スタブホルダ
１９、２９、３９、４９：スリーブシェル
２０：熱硬化型樹脂
２１：光導波路
２２：セラミックスリーブ
３０：絶縁性部材
４１：絶縁性ホルダ
５０：固定部材
１００：パッケージ

Claims (6)

1. 光電変換素子が内蔵された金属筐体及び光レセプタクルを備える光モジュールであって、
   前記光レセプタクルは、
   ファイバスタブと、
   前記ファイバスタブを保持し、前記金属筐体に取り付けられる筐体側金属ホルダと、
   前記ファイバスタブが挿入され、前記筐体側金属ホルダと接触しない間隙を形成するように前記ファイバスタブを保持するコネクタ側金属ホルダと、
   前記間隙を絶縁性部材で塞ぐように形成された絶縁部と、
   を備えることを特徴とする光モジュール。
2. 前記絶縁部は、
   前記間隙が熱硬化型樹脂又は紫外線硬化型樹脂で塞ぐように形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記絶縁部は、
   前記間隙がセラミックで塞ぐように形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
4. 前記ファイバスタブは、予め形成された突起形状の突起部分を有し、
   前記間隙が前記ファイバスタブの前記突起部分で塞ぐように形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
5. 前記筐体側金属ホルダ及び前記コネクタ側金属ホルダとで形成された前記間隙を円筒状の絶縁性ホルダで覆うようにして封止している
   ことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
6. ファイバスタブと、
   前記ファイバスタブを保持し、光電変換素子が内蔵された金属筐体に取り付けられる筐体側金属ホルダと、
   前記ファイバスタブが挿入され、前記筐体側金属ホルダと接触しない間隙を形成するように前記ファイバスタブを保持するコネクタ側金属ホルダと、
   前記間隙を絶縁性部材で塞ぐように形成された絶縁部と、
   を備えることを特徴とする光レセプタクル。

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