JP2019207353A - アイソレータ付レセプタクルおよび光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アイソレータの光軸調整を容易にすることができる。【解決手段】本発明の実施形態に係るアイソレータ付レセプタクル１は、フェルールと、基板と、アイソレータチップとマグネットとを備えている。フェルールは、第１貫通孔２１と、第１貫通孔２１と連続して位置した開口部２３と、開口部２３と連続して位置した第２貫通孔２２とを有している。基板は、開口部に位置している。アイソレータチップは、基板の下面に位置しており、１以上ある。マグネット５は、基板の下面において、アイソレータチップの側面に位置している。フェルールは、第１貫通孔２１と開口部２３との境界および開口部２３と第２貫通孔２２との境界に、切欠きを有するとともに、断面視において開口部２３が下に凸の形状を有している。基板は、切欠きに載置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、光アイソレータが内蔵されたレセプタクルおよびこれを用いた光学装置に関する。

光学装置とは光信号を電気信号に、または電気信号を光信号に変換するものであって、半導体レーザやフォトダイオード等の光学素子を筐体内に収容し、光ファイバを接続可能なように、光レセプタクルが設けられている。近年、光レセプタクルを用いた光学装置は、情報量の増加に伴い通信速度の高速化が求められており、そのような要求に対して、アイソレータ付レセプタクルが開示されている（特許文献１参照）。

特開２００７−１８７７１１号公報

特許文献１では、アイソレータを介して光ファイバからの光を効率よく伝達できるようになっている。しかしながら、特許文献１に記載のアイソレータ付レセプタクルでは、偏波依存型のアイソレータであり、光源の偏波面が定まらない場合は、光を透過させることができないおそれがあった。また、フェルールの溝と並行にアイソレータを置くことが難しいおそれがあり、その場合には光軸調整が困難になるおそれがあった。

本発明の実施形態に係るアイソレータ付レセプタクルは、フェルールと、基板と、アイソレータチップとマグネットとを備えている。フェルールは、第１貫通孔と、第１貫通孔と連続して位置した開口部と、開口部と連続して位置した第２貫通孔とを有している。基板は、開口部に位置している。アイソレータチップは、基板の下面に位置しており、１以上ある。マグネットは、基板の下面において、アイソレータチップの側面に位置している。フェルールは、第１貫通孔と開口部との境界および開口部と第２貫通孔との境界に、切欠きを有するとともに、断面視において開口部が下に凸の形状を有している。基板は、切欠きに載置されている。

本発明の一実施形態に係るアイソレータ付レセプタクルは、上述した構成であることによって、アイソレータの光軸調整を容易に行なうことができる。

本発明の一実施形態に係るアイソレータ付レセプタクルの要部を示す断面の拡大図である。 本発明の一実施形態に係るアイソレータ付レセプタクルの要部を示す断面の拡大図である。 本発明の一実施形態に係るアイソレータ付レセプタクルを備えた光学装置を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るアイソレータ付レセプタクルを備えた光学装置を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るアイソレータ付レセプタクルを備えた光学装置を示す平面図である。 本発明の他の実施形態に係るアイソレータ付レセプタクルを備えた光学装置を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るアイソレータ付レセプタクルを備えた光学装置を示す斜視図である。

以下、各実施形態のアイソレータ付レセプタクルについて、図面を用いて詳細に説明する。

＜アイソレータ付レセプタクルの構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るアイソレータ付レセプタクルの要部を示す断面の拡大図である。図２は、本発明の一実施形態に係るアイソレータ付レセプタクルの要部を示す断面の拡大図である。図３は、本発明の一実施形態に係るアイソレータ付レセプタクルを備えた光学装置を示す断面図である。これらの図において、本発明の実施形態に係るアイソレータ付レセプタクル１は、フェルール２と、基板３と、アイソレータチップ４とマグネット５とを備えている。

フェルール２は、貫通孔を有しており、貫通孔内に光ファイバが挿通される。フェルール２の貫通孔は、第１貫通孔２１と、開口部２３と、第２貫通孔２２とを少なくとも有している。開口部２３は、第１貫通孔２１および第２貫通孔２２と連続して位置している。

フェルール２を構成する材料としては、ジルコニアセラミックス、アルミナセラミックスなどが用いられる。ジルコニアセラミックス材料を用いた場合には、耐摩耗性に優れたものとすることができる。ここでフェルール２に用いる後述する光ファイバ７は、裸光ファイバ部がＪＩＳ規格またはＴＩＡ／ＥＩＡ規格にて規定されている外径１２５μｍである光ファイバ７が用いられていてもよい。この規定されている数値に対して第１貫通孔２１の大きさを決めることができる。

第１貫通孔２１は、径の大きさがφ０．０８ｍｍ〜φ０．１２８ｍｍであり使用するファイバの直径によって決定される。多くはφ０．１２５０ｍｍ〜φ０．１２６５ｍｍの範囲内が大部分である。断面視において、第１貫通孔２１の光ファイバが挿通される入口になる端部は、入口側が広くなっているテーパ状であってもよい。入口が広くなっていると光ファイバを挿入しやすい。

開口部２３は、第１貫通孔２１と連続して位置しており、後述する基板３等が収容される空間になっている。開口部２３は、第１貫通孔２１との境界において、断面が斜めになっていてもよい。境界の断面が斜めになっている場合には、開口部２３との境界部からの光の反射光が戻ることを低減することができる。開口部２３は、フェルール２内に収まる貫通孔状であってもよいし、フェルールの外側に位置するホルダに収まる開口状であってもよい。なお、開口部２３は、基板３が内部に収容され、また口述するように切欠き２４が上方に位置するとともに、切欠き２４に基板３が載置されるため、断面視において下に凸の形状である。

第２貫通孔２２は、径の大きさがφ０．０８ｍｍ〜φ０．１２８ｍｍであり使用するファイバの直径によって決定される。多くはφ０．１２５０ｍｍ〜φ０．１２６５ｍｍの範囲内が大部分である。断面視において、第２貫通孔２２は、開口部２３との境界において、断面が斜めになっていてもよい。境界の断面が斜めになっている場合には、開口部２３との反射光が戻ることを低減することができる。

以下に、フェルール２の製造方法の例について説明する。なお、本例では、フェルール２の構成材料として、ジルコニアを主成分とするセラミックス（ジルコニア系セラミックス）を用いて説明する。

まず、フェルール２の原型となる成形体を構成する成形材料を調製する。具体的には、成形材料は、酸化ジルコニウム粉末と酸化イットリウム粉末との混合粉末をボールミルなどによって十分に混合粉砕した後、この粉砕物にバインダを添加した上で混合することにより、調製される。混合粉末は、酸化ジルコニウム粉末８５〜９９質量％に対して酸化イットリウム粉末１〜１５質量％を混合したもの、特に酸化ジルコニウム粉末９０〜９８質量％に対して酸化イットリウム粉末２〜１０質量％を混合したものが好適である。酸化ジルコニウム粉末としては、酸化ジルコニウムの純度が９５％以上、特に９８％以上のものが好適である。

次に、調製された成形材料を用いて、第１貫通孔２１、開口部２３および第２貫通孔２２を有する成形体を得る。具体的には、第１貫通孔２１、開口部２３および第２貫通孔２２を成形するための構造を含むキャビティを有する成形用金型のキャビティに成形材料を充填し、所定の圧力でプレス成形を行なうことによって成形体を得る。なお、成形体を得るための手法は、上述のプレス成形には限られず、射出成形、鋳込成形、冷間静水圧成形または押出成形などの手法を採用してもよい。

次に、得られた成形体を焼成することにより、焼結体を得る。具体的には、得られた成形体を５００〜６００℃の脱脂炉内に２〜１０時間投入することによって脱脂を行なった後、脱脂済の成形体を酸素雰囲気中にて１３００〜１５００℃で０．５〜３時間焼成することにより、焼結体を得る。

次に、得られた焼結体の第１貫通孔２１、開口部２３および第２貫通孔２２を成形するために内周面に対して研磨加工などを施すことによって、第１貫通孔２１、開口部２３および第２貫通孔２２形成する。具体的には、第１貫通孔２１、開口部２３および第２貫通孔２２を回転軸としてフェルール２を回転させた状態で砥石を第１貫通孔２１、開口部２３および第２貫通孔２２に押し当てることによって、内部を形成する。このとき、研削油を用いれば、内面粗さの増加を抑えつつ研磨を行なうことができるのでよい。以上のようにして、フェルール２を製造することができる。

基板３は、開口部２３内に位置している。基板３は、平面視において、例えば四角形状、円形状、または楕円形状等であり、大きさが０．７ｍｍ×１．５ｍｍ〜１．４ｍｍ×３．０ｍｍ、直径が１．５ｍｍ〜３．０ｍｍまたは長軸が１．５ｍｍ〜３．０ｍｍで短軸が０．７ｍｍ〜１．５ｍｍである。基板３は、例えばジルコニアやアルミナ等のセラミックス材料、またはＳＵＳ３０４等の金属材料を使用してよい。

光アイソレータは、アイソレータチップ４とそれを包囲するマグネット５とから構成され、反射戻り光の通過を防止する。光アイソレータは、アイソレータチップ４を構成するファラデー回転子４１がマグネット５の内側に位置するよう配置することが肝要である。アイソレータチップ４は、第一の複屈折結晶４２、１／２波長版４４、ファラデー回転子４１、第二の複屈折結晶４３が接着されて、アイソレータチップ４が構成されている。なお、このときアイソレータチップ４は、１つでもよいし、複数あってもよい。

光ファイバ７およびアイソレータチップ４の屈折率と接合材６の屈折率を整合させることにより、光ファイバ７およびアイソレータチップ４と接合材６との屈折率差を近似させ、これら光ファイバ７，接合材６，アイソレータチップ４の間での光信号の反射を抑えることができる。

アイソレータチップ４の他光学面には反射防止膜が施されていてもよい。反射膜があることによって、外部に不要な光が漏れることを低減させることができる。

アイソレータチップ４に用いられるファラデー回転子は、Ｔｂ，Ｇｄ，Ｈｏを添加したＢｉ置換ガーネットやＹＩＧガーネット、さらには磁石が不要な自己バイアス型のもので構成される。

第一と第二の複屈折結晶としては、ルチルやイットリウム・バナデート（ＹＶＯ_４）、方解石（ＣａＣＯ_３）、α−ＢＢＯ結晶等が用いられる。また、１／２波長板としては、水晶やサファイヤ等が用いられる。これらは、いずれも一例であり、この範囲に限定されるものでなく、同様の機能を有するものであれば、使用可能である。

接合材６は、光ファイバ７および偏光子と同程度の屈折率となるようなものであればよく、さらに、これらと接着性に優れるものがよい。例えばアクリル系樹脂，エポキシ系樹脂，ビニル系樹脂，エチレン系樹脂，シリコーン系樹脂，ウレタン系樹脂，ポリアミド系樹脂，フッ素系樹脂，ポリプタジエン系樹脂，またはポリカーボネート系樹脂等を用いることができる。また、上述した材質の中でも、アクリル系樹脂およびエポキシ系樹脂は、耐湿性，耐熱性，耐剥離性および耐衝撃性という観点から好適である。なお、屈折率整合剤５と光ファイバ７及び偏光子４ｂの屈折率差は、０．１以下であれば、屈折率差による光の反射をきわめて小さくすることができる。

フェルール２は、第１貫通孔２１と開口部２３との境界および開口部２３と第２貫通孔２２との境界に切欠き２４を有している。切欠き２４によって、段差構造になり、基板３は切欠き２４に載置されている。つまり、基板３は、段差構造に引っかかるように位置している。切欠き２４に、基板３が載置されることによって、光軸の調整を容易にすることができる。また、アイソレータチップ４およびマグネット６が内蔵されているため、小型化を図ることができる。

本発明の実施形態に係るアイソレータ付レセプタクル１は、基板３が切欠き２４に載置されていることによって、光ファイバ７から放射される光とアイソレータチップ４に入射される光およびアイソレータチップ４に到達した光と第２貫通孔２２に到達される光の光軸の調整を容易に行なうことができる。つまり、切欠きにて位置決めすることができるため、安定した光量の光を送ることができる。

基板３の側面は、切欠き２４の内壁と間を空けて位置している。基板３は、回転可能であるため、切欠き２４の内壁と間が空いていることによって、基板３はスムーズに回転させることができる。

また、開口部２３において、アイソレータチップ４と開口部２３の内壁とは間があいていてもよい。このことによって、基板３をつかみやすくなり、基板３の回転方向の調芯が容易に実施することができる。

＜光学装置の構成＞
図４は、本発明の一実施形態に係るアイソレータ付レセプタクルを備えた光学装置を示す断面図である。図５は、本発明の一実施形態に係るアイソレータ付レセプタクルを備えた光学装置を示す平面図である。図６は、本発明の他の実施形態に係るアイソレータ付レセプタクルを備えた光学装置を示す斜視図である。図７は、本発明の一実施形態に係るアイソレータ付レセプタクルを備えた光学装置を示す斜視図である。これらの図において、本発明の実施形態に係る光学装置１０は、アイソレータ付レセプタクル１と、光ファイバ
７とを備えている。光ファイバ７は、アイソレータ付レセプタクル１の貫通孔に挿入される。

光ファイバ７としては、例えば、石英系光ファイバ、プラスティック系光ファイバ及び多成分ガラス系光ファイバなどが用いられる。光ファイバ７は、フェルール１の第１貫通孔２１の端部から挿入される。光ファイバ７は、例えばＪＩＳ規格またはＴＩＡ／ＥＩＡ規格にて規定されている裸光ファイバ部の外径が１２５μｍの光ファイバ７であって、フェルール２の第１貫通孔２１の端部から挿入される。光ファイバ７は、第１貫通孔２１、開口部２３および第２貫通孔２２に接着剤が充填されることによってフェルール２に固定されている。接着剤としては、例えば、エポキシ樹脂製接着剤などを用いることができる。

光ファイバ７のうち第１貫通孔２１、開口部２３および第２貫通孔２２の外部に位置する部位は、光ファイバ芯線部であり、被覆部材によって被われている。被覆部材の材料としては、例えば、シリコーン樹脂、ナイロン樹脂またはアクリル樹脂、ポリエステルエラストマーなどを用いることができる。太さは、例えば外径が０．９ｍｍである。

光ファイバ７は、被膜等で覆われていない裸光ファイバ部と、裸光ファイバ部の一部、が被膜２３で覆われた光ファイバ素線部とを有している。裸光ファイバ部は上述したように、例えば外径が１２５μｍであり、光ファイバ素線部は例えば外径が０．２５ｍｍである。第１貫通孔２１、開口部２３および第２貫通孔２２の外部に位置する光ファイバ芯線部は、光ファイバ素線部にさらに被覆部材を施したものである。

光学装置１０は、さらにホルダを有していてもよい。ホルダは、筒状を成しており、筒内部（第１孔）にある段差面と、その裏面側にある一端面を有していてもよい。また、ホルダは、ホルダの段差面からホルダの一端面にかけてさらに第２孔を有する。この第２孔の内径は、第１孔の内径に比べて小さくされているために、第１孔と第２孔との間に段差面が形成されている。また、第２孔は、フェルール２が保持する光ファイバ７と光学的に接続されており、内部を光が伝搬する。

また、ホルダの段差面とアイソレータ付レセプタクル１の一端面とは、平行であってもよい。平行であれば、アイソレータ付レセプタクル１とホルダとの当接面積を広くすることができ、フェルール２の挿抜時に加わる力を分散できるので、フェルール２の挿入方向におけるアイソレータ付レセプタクル１の移動を抑制することができる。また、アイソレータ付レセプタクル１とホルダとを接着する場合には接着面積を広くし、接着強度を強くできる。その結果、光学装置１０は、アイソレータ付レセプタクル１の位置ずれを低減できるため、良好な光学特性を維持できる。

また、アイソレータ付レセプタクル１の一端面は、内蔵する光ファイバ７が挿通される孔に対して垂直であってもよい。すなわち、光軸と平行な孔に対して垂直面であってもよい。これによって、従来の斜面研磨に比べて研磨量が少なくて済むため、アイソレータ付レセプタクル１の加工が容易になり、研磨加工時間の削減、研磨消耗品の削減になる。

ホルダは、光レセプタクルに使用される場合、光素子（発光素子または受光素子）が収納される筐体と溶接されることが多いスリーブカバーと接合されることが多いため、スリーブカバーと同じ材質であるステンレス製であるのが望ましい。ホルダとスリーブカバーとの熱膨張係数を合わせて信頼性を高めることができる。

光学装置１０は、フェルール２を有するアイソレータ付レセプタクル１及び光ファイバ７を有し、筒状のフェルール２の軸方向に延びる貫通孔（第１貫通孔２１）に光ファイバ
７が挿入されている。光ファイバ７は、例えば接着剤により貫通孔に接着されている。アイソレータ付レセプタクル１の先端面は、曲率半径が５ｍｍ〜３０ｍｍの曲面であってもよく、このように曲面とすることにより、他の部材と接続する際の接続損失を低減することができる。

アイソレータ付レセプタクル１は、スリーブカバーとスリーブとを備えていてもよい。スリーブカバーはスリーブを覆い、スリーブを保護する。又、フェルール２着脱時にスリーブがアイソレータ付レセプタクル１から脱落するのを防止する。スリーブカバーは、光素子（発光素子または受光素子）１０が収納される筐体と溶接し、また、ホルダと接合させるため上述した通り、ステンレスが用いられてもよい。

次に、スリーブは、フェルール２を受けるための貫通孔を有し、貫通孔の一方側にアイソレータ付レセプタクル１の先端を挿入し、また貫通孔の反対側からフェルール２が挿入されてもよい。このことによって、フェルール２とアイソレータ付レセプタクル１とを同軸に当接させ、これらを光学的に接続させることができる。スリーブの材料としてはジルコニアセラミックス、アルミナセラミックス、銅などが用いられる。例えば、ジルコニアセラミックス材料を用いると、より摩耗に耐えるものとすることができる。

また、アイソレータ付レセプタクル１の一端面は光軸に対して垂直な粗面でよく、アイソレータ付レセプタクル１とホルダとアイソレータチップ４と接合材６を接着固定することによって、容易且つ安価に製作することができる。

以上、各実施形態の半導体パッケージ１およびこれを備えた半導体装置１０について説明してきたが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。すなわち、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更および実施形態の組み合わせを施すことは何等差し支えない。

１ アイソレータ付レセプタクル
２ フェルール
２１ 第１貫通孔
２２ 第２貫通孔
２３ 開口部
２４ 切欠き
３ 基板
４ アイソレータチップ
５ マグネット
６ 接合材
７ 光ファイバ
１０ 光学装置

Claims (5)

1. 第１貫通孔と、前記第１貫通孔と連続して位置した開口部と、前記開口部と連続して位置した第２貫通孔とを有するフェルールと、
   前記開口部に位置した基板と、
   前記基板の下面に位置した、１以上のアイソレータチップと、
   前記基板の下面において、前記アイソレータチップの側面に位置したマグネットとを備えており、
   前記フェルールは、前記第１貫通孔と前記開口部との境界および前記開口部と前記第２貫通孔との境界に、切欠きを有するとともに、断面視において前記開口部が下に凸の形状を有しており、前記基板は、前記切欠きに載置されていることを特徴とするアイソレータ付レセプタクル。
2. 前記基板の側面は、前記切欠きの内壁と間を空けて位置していることを特徴とする請求項１に記載のアイソレータ付レセプタクル。
3. 前記開口部において、前記アイソレータチップと前記開口部の内壁とは、間があいていることを特徴とする請求項１または２に記載のアイソレータ付レセプタクル。
4. 前記アイソレータチップと前記開口部の内壁との間には、光学性の接合材が位置していることを特徴とする請求項３に記載のアイソレータ付レセプタクル。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載のアイソレータ付レセプタクルと、
   前記アイソレータ付レセプタクルの前記第１貫通孔、前記開口部および前記第２貫通孔に位置した光ファイバとを備えたことを特徴とする光学装置。