JP2017097091A - 光通信モジュールおよび該光通信モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバをパッケージ内へ容易に挿通することができる構成を備えた光通信モジュールを提供する。【解決手段】光通信モジュールは、長尺の光部材２０、一つの側面に挿入孔３１が形成され、内部に光部材２０の先端部が配置される箱体３０、挿入孔３１を覆うようにして箱体３０の側面に接合されたパイプ４０、および、パイプ４０の内部空間内に配置され、パイプの内面と挿入孔３１の内面とを連結する所定の面５１を備えたガイド手段５０を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、光通信モジュールおよび該光通信モジュールの製造方法に関し、特に、光ファイバ等が内部に挿入されるパッケージを備える光通信モジュールおよび該光通信モジュールの製造方法に関する。

近年、光通信システムの高速・大容量化に伴い、高波長分割多重通信（Ｄ−ＷＤＭ：Ｄｅｎｓｅ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を始めとする幹線系から、ＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ Ｔｏ Ｔｈｅ Ｈｏｍｅ）を始めとする加入者系までの幅広い範囲で光通信システムが採用されている。光通信システムにおいては、光信号の送信や受信を行うモジュールがキーデバイスとなる。光通信モジュールには、システムの高速・大容量化に伴って、コンパクトで低価格であることが求められている。

光通信モジュールの一つに、受光モジュールがある。受光モジュールは、光信号を伝送する光ファイバ、光信号を光電気変換するＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）、電気信号をインピーダンス変換および増幅して電圧信号として出力するＴＩＡ（Ｔｒａｎｓ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）等が一つのパッケージ内に搭載される。

受光モジュールにおいては、モジュール化の際にこれらの部品をパッケージ内に気密を保って封止することが、受光モジュールの信頼性を確保するうえで重要となる。そして、受光モジュールの内外を光学的に結合する際、サファイヤ等の高価な気密窓を介して、パッケージ外の光ファイバからの光信号を、気密されたパッケージ内に導入することが一般的であった。

しかしながら、近年では、高価な気密窓を排し、光ファイバをパッケージ内に直接挿入した状態で光ファイバとパッケージ間を気密することで、光学結合と気密性能を確保しながら低コストを実現する例が増えている。例えば、特許文献１には、光ファイバアレイに被せられた封止用フランジと鏡筒部内との隙間に半田を充填させることによって光ファイバとパッケージを気密しつつ、光ファイバアレイをパッケージ内に直接挿入する光通信モジュールが開示されている。

国際公開第２０１５／０７２１３１号

ここで、光ファイバをパッケージ内に直接挿入し、光ファイバとパッケージ間を気密する光通信モジュールにおいては、気密性が低下することを抑制するために、光ファイバをパッケージ内に挿通させるための孔部はなるべく小さく形成されることが望ましい。しかしながら、孔部を小さく形成する場合、光ファイバをパッケージ内に挿通させることが困難となる。特許文献１の光通信モジュールにおいては、光ファイバアレイをパッケージ内へ挿通させる方法については開示されていない。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、光ファイバをパッケージ内へ容易に挿通することができる構成を備えた光通信モジュールおよび該光通信モジュールの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係る光通信モジュールは、長尺の光部材と、一つの側面に挿入孔が形成され、内部に前記光部材の先端部が配置される箱体と、前記挿入孔を覆うようにして前記箱体の側面に接合され、内部空間に前記光部材が挿通されるパイプと、前記パイプの内部空間内に配置され、前記パイプの内面と前記挿入孔の内面とを連結する所定の面を備えたガイド手段と、を備える。

上記目的を達成するために本発明に係る光通信モジュールの製造方法は、箱体の挿入孔が形成された側面に、前記挿入孔を覆うようにしてパイプを接合させ、前記パイプの内部空間内に、所定の面によって前記パイプの内面と前記挿入孔の内面とが連結されるようにして、前記所定の面を備えたガイド手段を配置し、長尺の光部材の先端部を、前記パイプ、前記ガイド手段および前記挿入孔を通過させて、前記箱体の内部に配置させる。

上述した本発明の態様によれば、光ファイバをパッケージ内へ容易に挿通することができる構成を備えた光通信モジュールおよび該光通信モジュールの製造方法を提供できる。

第１の実施形態に係る光通信モジュール１０の断面図である。 第１の実施形態に係る光通信モジュール１０の製造工程を示すフロー図である。 第２の実施形態に係る光通信モジュール１００の断面図である。 第２の実施形態に係る光通信モジュール１００の製造工程を示すフロー図である。 第２の実施形態の比較例に係る導入パイプ４００’およびパッケージ３００’の、（ａ）断面図、（ｂ）それらを導入パイプ４００’側から見た時の部分側面図である。 第２の実施形態の比較例に係るパッケージ３００’にファイバブロック２３０を挿通させる時の状態の一例を示した図である。 第２の実施形態に係る導入パイプ４００、パッケージ３００およびガイド部材５００の、（ａ）断面図、（ｂ）それらを導入パイプ４００側から見た時の部分側面図である。

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について説明する。本実施形態に係る光通信モジュールを、上面と平行であって後述する挿入孔を通過する平面で切断した時の断面図を図１に示す。図１の光通信モジュール１０は、光部材２０、箱体３０、パイプ４０およびガイド手段５０を備える。

光部材２０は長尺の部材であり、例えば、光ファイバや複数の光ファイバが並列に配置されたファイバアレイ等を適用することができる。

箱体３０は、一つの側面に挿入孔３１が形成され、内部に光部材２０の先端部が配置される。本実施形態においては、四角形型の挿入孔３１を箱体３０の一つの側面に形成した。ここで、箱体３０内の気密性を高めるために、挿入孔３１はなるべく小さく形成されることが望ましい。

パイプ４０は、箱体３０の挿入孔３１が形成された側面に、挿入孔３１を覆うように接合され、パイプ４０の内部空間内には光部材２０が挿通される。本実施形態においては、パイプ４０を、四角形型の挿入孔３１を内包できる大きさの内径を有する筒状型に形成した。この場合、パイプ４０内面と、箱体３０の挿入孔３１の内面との間には段差が生じる。

ガイド手段５０は、パイプ４０の内部空間内に配置され、パイプ４０の内面と箱体３０の挿入孔３１の内面とを連結する所定の面５１を備える。ここで、所定の面５１として、平面や曲面等を適用することが望ましい。面５１によってパイプ４０の内面と箱体３０の挿入孔３１の内面とが連結されるように、ガイド手段５０がパイプ４０の内部空間内に配置されることにより、パイプ４０内面と箱体３０の挿入孔３１の内面との間に形成されている段差が解消される。

上記のように構成された光通信モジュール１０の製造工程を図２に沿って説明する。図１の光通信モジュール１０を製造する場合、先ず、箱体３０の挿入孔３１が形成された側面に、挿入孔３１を覆うようにしてパイプ４０を接合させる（Ｓ１）。そして、パイプ４０を箱体３０に接合した後、パイプ４０の内部空間内にガイド手段５０を配置する（Ｓ２）。ここで、ガイド手段５０は、所定の面５１がパイプ４０の内面と箱体３０の挿入孔３１の内面とを連結するような向きで、パイプ４０の内部空間内に配置される。面５１によってパイプ４０の内面と箱体３０の挿入孔３１の内面とが連結されるように、ガイド手段５０がパイプ４０の内部空間内に配置されることにより、パイプ４０内面と箱体３０の挿入孔３１の内面との間に形成されている段差が解消される。そして、光部材２０の先端部を、パイプ４０およびガイド手段５０を介して挿入孔３１内に挿通し（Ｓ３）、光部材２０の先端部を箱体３０の内部に配置する（Ｓ４）。

ここで、Ｓ３において、光部材２０の先端部を、パイプ４０およびガイド手段５０を介して挿入孔３１内を挿通させる時、ガイド手段５０によってパイプ４０内面と箱体３０の挿入孔３１の内面との間に形成されている段差が解消されていることから、光部材２０の先端部は、段差に引っかかることなく、スムーズに挿入孔３１内へ挿通される。すなわち、光部材２０の先端部は、パイプ４０の内面と箱体３０の挿入孔３１の内面とを連結する面５１に沿って、スムーズに箱体３０の内部まで導かれる。

上記のように、本実施形態に係る光通信モジュール１０は、パイプ４０の内面と箱体３０の挿入孔３１の内面とを連結する所定の面５１を備えるガイド手段５０がパイプ４０の内部空間内に配置されていることから、光部材２０の先端部を箱体３０の内部に容易に配置することができる。

ここで、箱体３０内の気密性を高めるために、さらに、パイプ４０と光部材２０との隙間に半田等の充填部材を配置することが望ましい。なお、パイプ４０の内部空間の大きさと光部材２０の大きさとが大きく異なる場合、光部材２０に、パイプ２０の内部空間の大きさと同等の大きさを有する外形調整部を形成し、該外形調整部とパイプ４０との間に充填部材を配置することもできる。ここで、外形調整部として、光部材２０とは別部材のフランジ等を適用することもできる。

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態について説明する。本実施形態に係る光通信モジュールを、上面と平行であって後述する孔部３１０を通過する平面で切断した時の断面図を図３に示す。図３において、光通信モジュール１００は、ファイバアレイ２００、パッケージ３００、導入パイプ４００、ガイド部材５００およびフランジ６００によって構成される。本実施形態に係る光通信モジュール１００は、デジタルコヒーレントレシーバモジュールとして機能する。この場合、光通信モジュール１００はさらに、図３には図示されない、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ：Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）、ＰＬＣ（Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＰＤ、ＴＩＡ、複数の光学部品等を備える。

ファイバアレイ２００は、複数の光ファイバが所定の状態で配列されたものである。本実施形態に係るファイバアレイ２００は、第１光ファイバ２１０、第２光ファイバ２２０およびファイバブロック２３０によって構成される。

第１光ファイバ２１０は、信号光を伝送させる。第２光ファイバ２２０は、局部発振光を伝送させる。ファイバブロック２３０は、ファイバアレイ２００の先端部に固定された、高精度なピッチで複数のＶ溝が形成されたガラス部材である。第１光ファイバ２１０および第２光ファイバ２２０の端面がファイバブロック２３０のＶ溝内にそれぞれ配置されることによって、第１光ファイバ２１０および第２光ファイバ２２０の端面が所望の間隔で位置決めされる。本実施形態に係るファイバブロック２３０は、四角柱型に形成されている。

パッケージ３００は、内部に複数の部品が配置される箱体であり、箱体の一つの側面にはファイバアレイ２００を挿入させるための方形型の孔部３１０が形成されている。本実施形態に係るパッケージ３００は、低コスト化のため、セラミックの多層積層タイプが適用され、その内部には、ＰＢＳ、ＰＬＣ、ＰＤ、ＴＩＡ、複数の光学部品等が配置される。そして、パッケージ３００内において、パッケージ３００内に挿通された第１光ファイバ２１０から出射された信号光は、ＰＢＳを通過することによってＴＥ成分とＴＭ成分とに分岐される。このＴＥ成分およびＴＭ成分は、さらに、ＰＬＣを通過することによって、パッケージ３００内に挿通された第２光ファイバ２２０から出射された局部発振光とそれぞれ遅延干渉され、信号復調される。

導入パイプ４００は、ファイバアレイ２００をパッケージ３００の孔部３１０内へ導入させるための部材である。導入パイプ４００は、方形型の孔部３１０を内包できる大きさに形成され、パッケージ３００の孔部３１０が形成されている側面に、孔部３１０を覆うようにして接合される。この場合、導入パイプ４００の内面と、パッケージ３００の孔部３１０の内面との間には段差が生じる。本実施形態においては、局所的な応力集中が発生することを抑制するために、導入パイプ４００を、孔部３１０を内包できる大きさの内径を有する断面円形の筒型に形成し、導入パイプ４００をパッケージ３００の側面に銀ロウによって接合した。

ガイド部材５００は、導入パイプ４００の内部に配置され、導入パイプ４００の内面とパッケージ３００の孔部３１０の内面とを滑らかに連結する。ガイド部材５００は、例えば、導入パイプ４００をパッケージ３００の側面に接合する部材（例えば、銀ロウ）と同様の部材によって構成することができる。この場合、導入パイプ４００をパッケージ３００の側面に銀ロウ接合する際に導入パイプ４００の内部に銀ロウから成るガイド部材５００を流し込むことにより、導入パイプ４００の内面と、パッケージ３００の孔部３１０の内面とが滑らかに連結される。

フランジ６００は、ファイバアレイ２００に被せられた状態で、導入パイプ４００内に固定される。本実施形態においては、局所的な応力集中が発生することを抑制するため、フランジ６００を断面円形に形成した。そして、フランジ６００と導入パイプ４００との隙間に半田が充填されることによって、パッケージ３００内の気密性が確保される。

上記のように構成された光通信モジュール１００は、導入パイプ４００をパッケージ３００の側面に銀ロウ接合する際に銀ロウから成るガイド部材５００を導入パイプ４００の内部に配置することによって、導入パイプ４００の内面とパッケージ３００の孔部３１０の内面とが滑らかに連結される。導入パイプ４００の内面とパッケージ３００の孔部３１０の内面とが滑らかに連結されることのメリットについては後述する。

次に、本実施形態に係る光通信モジュール１００の製造工程について、図４を用いて説明する。図４に示すように、図３の光通信モジュール１００を製造する場合、先ず、導入パイプ４００をパッケージ３００に接合させる。具体的には、導入パイプ４００の端部に塗布された銀ロウによって、導入パイプ４００をパッケージ３００の側面に接合し（Ｓ１０１）、さらに、導入パイプ４００の内面に銀ロウを塗布することによってガイド部材５００を形成し、導入パイプ４００の内面とパッケージ３００の孔部３１０の内面とを滑らかに連結させる（Ｓ１０２）。

一方、第１光ファイバ２１０および第２光ファイバ２２０の端面をファイバブロック２３０のＶ溝に位置決めすることによってファイバアレイ２００を形成し（Ｓ１０３）、さらに、ファイバアレイ２００にフランジ６００を被せる（Ｓ１０４）。

そして、ファイバアレイ２００の端部をパッケージ３００の内部へ挿入する（Ｓ１０５）。具体的には、ファイバアレイ２００のファイバブロック２３０を、導入パイプ４００を挿通させ、孔部３１０を介してパッケージ３００の内部へ押し込む。この時、導入パイプ４００の内面とパッケージ３００の孔部３１０の内面とがガイド部材５００によって滑らかに連結されていることから、ファイバブロック２３０は、導入パイプ４００内からパッケージ３００の孔部３１０内へとスムーズに移動し、ファイバアレイ２００がパッケージ３００の内部へスムーズに導かれる。

そして、ファイバアレイ２００をパッケージ３００内へ挿入した後、ファイバアレイ２００に被せられているフランジ６００の表面と導入パイプ４００の内面との間に半田を充填する（Ｓ１０６）。これにより、気密性を確保しつつ、ファイバアレイ２００がパッケージ３００内に直接挿入された光通信モジュール１００が取得される。

次に、ガイド部材５００によって導入パイプ４００の内面とパッケージ３００の孔部３１０の内面とが滑らかに連結されることのメリットについて説明する。ここで、比較例として、ガイド部材５００を備えない導入パイプ４００’およびパッケージ３００’の断面図を図５（ａ）に、それらを導入パイプ４００’側から見た時の部分側面図を図５（ｂ）に示す。

図５（ａ）、（ｂ）に示した導入パイプ４００’およびパッケージ３００’においては、導入パイプ４００’の内部空間内に、パッケージ３００’の孔部３１０’の内面と滑らかに連結されない不連続領域５００’が形成され、導入パイプ４００’の内面と孔部３１０’の内面との間に段差が形成される。段差が形成されている状態でパッケージ３００’にファイバアレイ２００を挿入する場合、図６（ａ）に示すように、ファイバブロック２３０と孔部３１０’との角度が一致していないと、ファイバブロック２３０が孔部３１０’の段差に引っ掛かり、ファイバアレイ２００をパッケージ３００’にスムーズに挿入できない。また、ファイバブロック２３０と孔部３１０’との角度が一致している場合であっても、図６（ｂ）に示すように、ファイバブロック２３０が孔部３１０’の内面と滑らかに連結されない不連続領域５００’を通過した場合はファイバブロック２３０が孔部３１０’の段差に引っ掛かり、ファイバアレイ２００をパッケージ３００’にスムーズに挿入できない。

さらに、図６（ａ）、（ｂ）の状態でファイバブロック２３０を無理やり孔部３１０’内へ押し込んだ場合、ファイバブロック２３０の角が欠けてしまい、調整・固定が困難になったり、欠片によってパッケージ３００’内が汚染されたり、光学的な特性が劣化したりする。

一方、ガイド部材５００が配置された導入パイプ４００およびパッケージ３００の断面図を図７（ａ）に、それらを導入パイプ４００側から見た時の部分側面図を図７（ｂ）に示す。図７（ａ）、（ｂ）に示した、本実施形態で説明した、ガイド部材５００が配置された導入パイプ４００およびパッケージ３００にファイバアレイ２００を挿入する場合、ファイバブロック２３０が導入パイプ４００内を通過する過程において、ガイド部材５００に沿って、ファイバブロック２３０と孔部３１０との角度は自然に揃う。さらに、導入パイプ４００の内面とパッケージ３００の孔部３１０の内面とがガイド部材５００によって滑らかに連結されていることから、ファイバブロック２３０が導入パイプ４００内からパッケージ３００の孔部３１０内へスムーズに移動し、ファイバアレイ２００がパッケージ３００の内部へスムーズに導かれる。

以上のように、本実施形態に係る光通信モジュール１００は、ファイバアレイ２００の先端部に固定されたファイバブロック２３０を、パッケージ３００の内部に容易に配置することができる。ファイバアレイ２００をパッケージ３００内にスムーズに挿入できることから、ファイバブロック２３０が欠けて、調整・固定が困難になったり、パッケージ３００内が汚染されたりすることを抑制できると共に、組立工数を削減することができる。

ここで、本実施形態においては、ガイド部材５００として、導入パイプ４００をパッケージ３００へ接合する部材（銀ロウ）を適用したが、これに限定されない。例えば、ガイド部材５００として、半田部材を適用することもできる。半田部材は、金属表面または金属メッキ表面に選択的に濡れ広がる性質を有する。従って、セラミックの多層積層タイプのパッケージ３００において、孔部３１０の内面を金属メッキしないことによって、半田部材から成るガイド部材５００によって孔部３１０が塞がれることが抑制される。さらに、パッケージ３００内に高温に弱い部品を搭載させる場合には、ガイド部材５００として、加熱硬化させる必要がない接着剤等を用いることが望ましい。

ガイド部材５００として、半田部材や加熱硬化させる必要がない接着剤等が適用される場合であっても、ファイバアレイ２００の先端部に固定されたファイバブロック２３０を、パッケージ３００の内部にスムーズに挿入することができる。従って、ファイバブロック２３０が欠けて、調整・固定が困難になったり、パッケージ３００内が汚染されたりすることを抑制できると共に、組立工数を削減することができる。

＜第３の実施形態＞
第３の実施形態について説明する。第２の実施形態においては、ガイド部材５００として、銀ロウ、半田部材、接着材等の硬化型液状部材を適用したが、所定の形状に予め形成された加工部材から成るガイド部材５００Ｂを適用することもできる。

本実施形態に係るガイド部材５００Ｂは、導入パイプ４００の内面とパッケージ３００の孔部３１０の内面とを滑らかに連結する形状に予め形成される。ここで、ガイド部材５００Ｂは、精密性が要求される場合は金属によって形成されることが望ましく、一方、ファイバブロック２３０の保護が優先される場合は樹脂によって形成されることが望ましい。

そして、所定の形状に予め形成されたガイド部材５００Ｂは、導入パイプ４００をパッケージ３００に接合する前に導入パイプ４００の内部空間内に挿入することもできるし、導入パイプ４００をパッケージ３００に接合した後に導入パイプ４００の内部空間内に挿入することもできる。さらに、ガイド部材５００Ｂは、導入パイプ４００の内部空間内に挿入された後、接着剤等によって導入パイプ４００の内面に固定されることでもよいし、固定されなくても良い。

本実施形態に係るガイド部材５００Ｂは、導入パイプの内面とパッケージの孔部の内面とが滑らかに連結されていない既存のパッケージにも後付けで適用できる。

さらに、導入パイプ４００Ｂの内面をテーパ状に切削加工する等によって、導入パイプ４００Ｂの一端側に、導入パイプ４００Ｂの内面とパッケージ３００の孔部３１０の内面とを滑らかに連結させるガイド領域を形成することもできる。この場合、追加部品となるガイド部材５００Ｂや、第２の実施形態で説明したガイド部材５００を配置するための銀ロウ、半田部材、接着剤等を流し込む工程が不要になる。

本願発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。

１０ 光通信モジュール
２０ 光部材
３０ 箱体
３１ 挿入孔
４０ パイプ
５０ ガイド手段
５１ 面
１００ 光通信モジュール
２００ ファイバアレイ
２１０ 第１光ファイバ
２２０ 第２光ファイバ
２３０ ファイバブロック
３００、３００’ パッケージ
３１０、３１０’ 孔部
４００、４００’、４００Ｂ 導入パイプ
５００、５００Ｂ ガイド部材
６００ フランジ

Claims (10)

1. 長尺の光部材と、
   一つの側面に挿入孔が形成され、内部に前記光部材の先端部が配置される箱体と、
   前記挿入孔を覆うようにして前記箱体の側面に接合され、内部空間に前記光部材が挿通されるパイプと、
   前記パイプの内部空間内に配置され、前記パイプの内面と前記挿入孔の内面とを連結する所定の面を備えたガイド手段と、
   を備える光通信モジュール。
2. 前記光部材は、前記パイプの内部空間の大きさと同等の大きさを有する外形調整部を備え、
   前記外形調整部と前記パイプの内部空間との隙間に充填される充填部材をさらに備える、
   請求項１に記載の光通信モジュール。
3. 前記外形調整部は、前記光部材に挿通されたフランジであり、
   前記充填部材は、半田部材である、
   請求項２に記載の光通信モジュール。
4. 前記光部材は、
   複数の光ファイバと、
   前記複数の光ファイバの端面がそれぞれ配置される複数のＶ溝が形成されたファイバブロックと、
   を備える、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光通信モジュール。
5. 前記複数の光ファイバは、信号光が伝送される第１光ファイバおよび局部発振光が伝送される第２光ファイバを含む、請求項４に記載の光通信モジュール。
6. 前記挿入孔の形状は四角形であり、前記パイプの断面形状は円形である、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光通信モジュール。
7. 前記所定の面は、平面または曲面であり、
   前記ガイド手段は、前記パイプを前記側面に接合するための部材、半田部材、接着剤のいずれかによって形成される、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光通信モジュール。
8. 前記所定の面は、平面または曲面であり、
   前記ガイド手段は、成形部材である、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光通信モジュール。
9. 前記パイプの表面の少なくとも一部は、金属によって構成され、
   前記箱体は、セラミック積層構造を有する、
   請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光通信モジュール。
10. 箱体の挿入孔が形成された側面に、前記挿入孔を覆うようにしてパイプを接合させ、
    前記パイプの内部空間内に、所定の面によって前記パイプの内面と前記挿入孔の内面とが連結されるようにして、前記所定の面を備えたガイド手段を配置し、
    長尺の光部材の先端部を、前記パイプ、前記ガイド手段および前記挿入孔を通過させて、前記箱体の内部に配置させる、
    光通信モジュールの製造方法。

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