JP2020034730A

JP2020034730A - 光サブアセンブリ及び光モジュール

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Publication number: JP2020034730A
Application number: JP2018161279A
Authority: JP
Inventors: 坂　卓磨; Takuma Saka; 卓磨坂; 小松　和弘; Kazuhiro Komatsu; 和弘小松
Original assignee: Lumentum Japan Inc
Current assignee: Lumentum Japan Inc
Priority date: 2018-08-30
Filing date: 2018-08-30
Publication date: 2020-03-05
Anticipated expiration: 2038-08-30
Also published as: JP7178214B2

Abstract

【課題】光軸ずれの発生を抑えることを目的とする光サブアセンブリ及び光モジュールを提供する。【解決手段】ケース１２は、第１領域Ａ１で底板部１４から立ち上がる第１壁部１６を有し、金属からなる。蓋１８は、ケース１２を覆う上板部２０と、第１壁部１６の隣で上板部２０から垂れ下がって第２領域Ａ２に対向する第２壁部２２と、を有する。接着剤２４は、第１壁部１６及び第２壁部２２の相互に対向する側端面の間にある第１接着剤２６と、第２壁部２２の下端面と底板部１４の第２領域Ａ２との間にある第２接着剤２８と、を含む。第１接着剤２６は、第１壁部１６及び第２壁部２２を、上下にずらす力に対抗するように固定する。第２接着剤２８の熱膨張による力は、第２壁部２２から底板部１４に加えられ、第１接着剤２６から離れるほど、第２壁部２２の下端面と第２領域Ａ２の間隔を大きく拡げるように作用する。【選択図】図４

Description

本発明は、光サブアセンブリ及び光モジュールに関する。

外部より入射される光をミラーで光路変換して受光素子に受信させる光受信サブアセンブリ（ＲＯＳＡ）が知られている（特許文献１）。また、発光素子からの出力光をミラーで光路変換して外部に出射する光送信サブアセンブリ（ＴＯＳＡ）も知られている。さらに、送信及び受信機能を含む同様の構成（ＢＯＳＡ）も知られている（特許文献２）。これらは総称して光サブアセンブリ（ＯＳＡ）とよばれる。ミラー及びレンズが一体化した光学部品を使用することで、装置の小型化を図ることができる（特許文献１）。光学素子及び光学部品は筐体に収納される（特許文献３〜６）。

特開２０１４−１３７４１０号公報特開２０１５−１９７６５１号公報特開２０１３−１２５０４５号公報特開２０１３−１７１１６１号公報特開２０１３−１４０２９２号公報米国特許出願公開第２０１５／０２５３５２０号明細書

樹脂から形成された光学部品は、熱膨張係数が大きい。そのため、温度上昇によってミラーの位置が変動して光軸ずれが発生することがある。光軸ずれは光結合効率を下げ、性能劣化につながる。

本発明は、光軸ずれの発生を抑えることを目的とする。

（１）本発明に係る光サブアセンブリは、光入出力部が上を向き、光信号及び電気信号を少なくとも一方から他方に変換するための光電素子と、ミラーを一体的に有して樹脂からなり、前記光電素子の上方に前記ミラーを有する光学部品と、相互に隣り合う第１領域及び第２領域を含む底板部と、前記第１領域で前記底板部から立ち上がる第１壁部と、を有し、前記第２領域に前記光電素子及び前記光学部品が固定され、金属からなるケースと、前記ケースを覆う上板部と、前記第１壁部の隣で前記上板部から垂れ下がって前記第２領域に対向する第２壁部と、を有し、金属又は樹脂からなる蓋と、前記ケースと前記蓋を接着する樹脂からなる接着剤と、を有し、前記接着剤は、前記第１壁部及び前記第２壁部の相互に対向する側端面の間にある第１接着剤と、前記第２壁部の下端面と前記底板部の前記第２領域との間にある第２接着剤と、を含み、前記第１接着剤は、前記第１壁部及び前記第２壁部を、上下にずらす力に対抗するように固定することを特徴としてもよい。

本発明によれば、光学部品の熱膨張によってミラーの高さが変動しても、第２接着剤の熱膨張によって、底板部が傾いてミラーの傾斜角度が変わるので、光軸ずれの発生を抑えることができる。

（２）（１）に記載された光サブアセンブリであって、前記第２接着剤の熱膨張による力は、前記第２壁部から前記底板部に加えられ、前記第１接着剤から離れるほど、前記第２壁部の前記下端面と前記第２領域の間隔を大きく拡げるように作用することを特徴とする。

（３）（２）に記載された光サブアセンブリであって、前記ケースの前記第１領域に対して相対的な位置が固定された光学的インターフェースをさらに有し、前記第１領域は、前記光学的インターフェース及び前記ミラーの間を通る光の光軸に対する相対的な位置が固定され、前記光学部品は、熱膨張によって、前記ミラーの位置が上がり、前記第２領域は、前記第２接着剤の前記熱膨張によって、前記第１領域から離れる側で下がるように変位し、前記ミラーの傾斜が起き上がることを特徴としてもよい。

（４）（１）から（３）のいずれか１項に記載された光サブアセンブリであって、前記蓋は、前記ケースよりも、熱膨張係数が大きいことを特徴としてもよい。

（５）（１）から（４）のいずれか１項に記載された光サブアセンブリであって、前記接着剤は、前記上板部と前記第１壁部の上端面を接着することを特徴としてもよい。

（６）（１）から（５）のいずれか１項に記載された光サブアセンブリであって、前記第１壁部は、前記第１領域を、前記第２領域との接続部を除いて囲む形状を有し、前記第２壁部は、前記第２領域を、前記第１領域との接続部を除いて囲む形状を有することを特徴としてもよい。

（７）（２）から（６）のいずれか１項に記載された光サブアセンブリであって、前記光学部品の前記ケースとの固定部は、前記光学的インターフェースと前記ミラーの間の方向に直交する方向で、前記第１壁部に隣り合わず、前記第２壁部に隣り合うことを特徴としてもよい。

（８）（１）から（７）のいずれか１項に記載された光サブアセンブリであって、前記光学部品と光結合するように前記第１領域に搭載された光合分波器をさらに有することを特徴としてもよい。

（９）（１）から（８）のいずれか１項に記載された光サブアセンブリであって、前記第２領域で前記ケースの前記底板部に堅固に接着されたベース基板をさらに有し、前記光電素子及び前記光学部品は、前記ベース基板への固定によって前記第２領域に固定され、前記ベース基板は、熱膨張係数が前記底板部と同等又はそれ以上であり、前記底板部は、熱膨張によって、前記ベース基板とともに外方向に曲がることを特徴としてもよい。

（１０）（１）から（９）のいずれか１項に記載された光サブアセンブリであって、前記ケースの前記第２領域に対して相対的な位置が固定された電気的インターフェースをさらに有することを特徴としてもよい。

（１１）本発明に係る光モジュールは、（１）から（１０）のいずれか１項に記載された光サブアセンブリであって、入力された前記光信号から変換された前記電気信号を出力する光受信サブアセンブリ及び入力された前記電気信号から変換された前記光信号を出力する光送信サブアセンブリの少なくともいずれか一つの光サブアセンブリと、前記光サブアセンブリと電気的に接続された回路基板と、を有することを特徴とする。

第１の実施形態に係る光モジュールの斜視図である。第１の実施形態に係る光モジュールが装着された光伝送装置の構成を示す模式図である。第１の実施形態に係る光サブアセンブリの側面図である。第１の実施形態に係る光サブアセンブリの分解斜視図である。第１の実施形態に係る光サブアセンブリの模式図である。参考例に係る膨張した光学部品を示す図である。第１の実施形態に係る膨張した光学部品を示す図である。第１の実施形態の変形例１に係る光サブアセンブリの模式図である。第１の実施形態の変形例２に係る光サブアセンブリの模式図である。第２の実施形態に係る光サブアセンブリの光学部品を示す斜視図である。第２の実施形態に係る光サブアセンブリの分解斜視図である。

以下に、図面に基づき、本発明の実施形態を具体的かつ詳細に説明する。全図において同一の符号を付した部材は同一又は同等の機能を有するものであり、その繰り返しの説明を省略する。なお、図形の大きさは倍率に必ずしも一致するものではない。

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る光モジュールの斜視図である。光モジュール１００は、ビットレートが100 Gbit/s級の、送信機能及び受信機能を有する光受信機（光トランシーバ）であり、ＱＳＦＰ２８（Quad Small Form-factor Pluggable 28）のＭＳＡ（Multi-Source Agreement）規格に基づいている。光モジュール１００は、ハウジング１０２を含み、プルタブ１０４及びスライダ１０６を備えている。

図２は、第１の実施形態に係る光モジュール１００が装着された光伝送装置の構成を示す模式図である。光伝送装置に、複数の光モジュール１００が、電気コネクタ１０８によりそれぞれ装着されている。光伝送装置は、例えば、大容量のルータやスイッチである。光伝送装置は、例えば交換機の機能を有しており、基地局などに配置される。

光伝送装置は、光モジュール１００より受信用のデータ（受信用の電気信号）を取得し、ドライバＩＣ（集積回路）１１０などを用いて、どこへ何のデータを送信するかを判断し、送信用のデータ（送信用の電気信号）を生成し、該当する光モジュール１００へそのデータを伝達する。

光モジュール１００は、光信号及び電気信号を少なくとも一方から他方に変換するための複数の光サブアセンブリ１０を備えている。複数の光サブアセンブリ１０は、光送信機能を有する光送信サブアセンブリ（ＴＯＳＡ：Transmitter Optical Subassembly）、光受信機能を有する光受信サブアセンブリ（ＲＯＳＡ：Receiver Optical Subassembly）及び光送受信機能を有する双方向サブアセンブリ（ＢＯＳＡ：Bi-directional Optical Subassembly）のいずれかを含む。光信号の入出力のために、光サブアセンブリ１０には光ファイバ１１２が接続されている。

光受信サブアセンブリ１０Ａから電気信号が回路基板１１４へ伝送される。回路基板１１４から電気信号が光送信サブアセンブリ１０Ｂへ伝送される。回路基板１１４は、柔軟性の無いリジッド基板である。

図３は、第１の実施形態に係る光サブアセンブリの側面図である。図４は、第１の実施形態に係る光サブアセンブリの分解斜視図である。

光サブアセンブリ１０は、例えば熱膨張係数が５×１０^−６／Ｋ〜１７×１０^−６／Ｋ程度の金属（コバール、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、ＣｕＷなど）からなるケース１２を有する。ケース１２は、相互に隣り合う第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２を含む底板部１４を有する。ケース１２は、第１領域Ａ１で底板部１４から立ち上がる第１壁部１６を有する。第１壁部１６は、第１領域Ａ１を、第２領域Ａ２との接続部を除いて囲む形状を有する。

光サブアセンブリ１０は、金属又は樹脂からなる蓋１８を有する。蓋１８は、熱膨張係数がケース１２と同等又はそれ以上である。蓋１８は、ケース１２を覆う上板部２０を有する。蓋１８は、第１壁部１６の隣で上板部２０から垂れ下がって第２領域Ａ２に対向する第２壁部２２を有する。第２壁部２２は、第２領域Ａ２を、第１領域Ａ１との接続部を除いて囲む形状を有する。ケース１２及び蓋１８によって筐体が構成される。

光サブアセンブリ１０は、樹脂からなる接着剤２４を有する。接着剤２４は、ケース１２と蓋１８を接着する。接着剤２４は、上板部２０と第１壁部１６の上端面を接着する。接着剤２４は、第１接着剤２６を含む。第１接着剤２６は、第１壁部１６及び第２壁部２２の相互に対向する側端面の間にある。接着剤２４は、第２接着剤２８を含む。第２接着剤２８は、第２壁部２２の下端面と底板部１４の第２領域Ａ２との間にある。第１接着剤２６は、第１壁部１６及び第２壁部２２を、上下にずらす力に対抗するように固定する。

光学的インターフェース３０は、ケース１２の第１領域Ａ１に対して相対的な位置が固定されている。光学的インターフェース３０は、レセプタクル３２、レセプタクルホルダ３４及びレンズホルダ３６を有し、レンズホルダ３６内にはコリメートレンズ３８（図５）が保持されている。

電気的インターフェース４０は、ケース１２の第２領域Ａ２に対して相対的な位置が固定されている。電気的インターフェース４０は、プリント基板（例えばフレキシブル基板）である。ケース１２には、例えばＲＯＳＡの場合はプリアンプなどの増幅器４２及びチップキャパシタ４４が接着剤等によって固着搭載されている。なお、電気的な接続のためのワイヤは説明を省略する。

図５は、第１の実施形態に係る光サブアセンブリの模式図である。光サブアセンブリ１０は、光信号及び電気信号を少なくとも一方から他方に変換するための光電素子４６を有する。光サブアセンブリ１０は、光電素子４６が受光素子であれば、入力された光信号から変換された電気信号を出力する光受信サブアセンブリである。あるいは、光電素子４６が発光素子であれば、光サブアセンブリ１０は、入力された電気信号から変換された光信号を出力する光送信サブアセンブリである。光電素子４６には、複数の光入出力部４８がモノリシック集積され、複数チャネルに対応するようになっている。光電素子４６は、光入出力部４８が上を向いている。光電素子４６は、ケース１２の第２領域Ａ２に固定されている。

光サブアセンブリ１０は、光学部品５０を有する。光学部品５０は、光信号を所望のビーム径まで絞るため（集光のため）のレンズ５２を有する。光学部品５０は、反射点で光路変換を行うためのミラー５４を有する。ミラー５４は、レンズ５２及びミラー５４間の光路を例えば９０°曲げる。光学部品５０は、レンズ５２及びミラー５４を一体的に有する。光学部品５０は、一対の脚部５６を有する。一対の脚部５６は、光電素子４６の両側にある。なお、レンズ５２は光電素子４６側の面だけに設けられていても構わないし、光の入出力の両面に設けられていても構わない。

光学部品５０は、ミラー５４よりもレンズ５２が第１領域Ａ１に近くなるように、第２領域Ａ２に固定されている。ここでは、光学部品５０の下部全体が固定部６６となり固定されている。光学部品５０は、光電素子４６の上方にミラー５４が位置するように配置されている。光学部品５０の固定部６６は、レンズ５２及びミラー５４の間の方向に直交する方向で、第１壁部１６に隣り合わず、第２壁部２２に隣り合う。光学部品５０は、例えば熱膨張係数が５×１０^−５／Ｋ程度の樹脂（ポリエーテルイミド、アクリル等）からなる。

光合分波器５８は、レンズ５２で光学部品５０と光結合するように、第１領域Ａ１に搭載されている。ここでは、光合分波器５８は台座５９などにより光軸高さを合わせた位置に置かれている。そして台座５９は固定部６７にて第１領域Ａ１に固定されている。なお光合分波器５８は台座５９を介さずに直接固定されていても構わない。光受信サブアセンブリにおいては、光合分波器５８は、波長多重された光信号をそれぞれのチャンネルに対応した光信号に分波する光分波器である。第１領域Ａ１は、光学的インターフェース３０及びレンズ５２の間を通る光の光軸に対する相対的な位置が固定されている。

図６は、参考例に係る膨張した光学部品５０を示す図である。光学部品５０は熱によって膨張する。膨張した光学部品５０のミラー５４は、元の位置Ｐから上昇し、これによって光結合劣化が起きる。このときの膨張の中心は、固定部６６の中心位置となる。

図７は、第１の実施形態に係る膨張した光学部品５０を示す図である。上述したように、第１接着剤２６（図３）は、第１壁部１６及び第２壁部２２を、上下にずらす力に対抗するように固定する。また、第２接着剤２８（図３）は、第２壁部２２の下端面と底板部１４の第２領域Ａ２との間にある。

第２接着剤２８の熱膨張による力は、第２壁部２２から底板部１４に加えられる。その力は、第１接着剤２６（又は第１領域Ａ１）から離れるほど、第２壁部２２の下端面と第２領域Ａ２の間隔を大きく拡げるように作用する。第２領域Ａ２は、第２接着剤２８の熱膨張によって、図７に示すように、第１領域Ａ１から離れる側で下がるように変位する。あるいは、底板部１４が屈曲する。これにより、ミラー５４の傾斜が起き上がる。

本実施形態によれば、光学部品５０の熱膨張によってミラー５４の高さが変動しても、第２接着剤２８の熱膨張によって、底板部１４が傾いてミラー５４における反射角度が変わるため、光軸ずれの発生を抑えることができる。より具体的には、図６の参考例で示したように、熱膨張によりミラー５４での反射光と光入出力部４８とは図６で左方向にずれる。本実施形態によれば、図７で示したように底板部１４が下がる方向に変位するために、ミラー５４での反射角度が変化し、図６の左方向のずれを打ち消す向きに反射光が光入出力部４８に向かわせることができる。これは、ケース１２と蓋１８の構造及び光部品５８の配置位置に起因するものである。なお、ケース１２より熱膨張係数の大きい材料で蓋１８を構成することで、より底板部１４の変位を大きくすることができ、熱膨張による光結合劣化の抑制効果を向上させることができる。また本実施形態では光学部品５０の固定部６６は第２壁部２２に囲まれる位置に配置したことで、底板部１４の変形によるミラー５４における反射角度の変化を大きくすることができている。

[第１の実施形態の変形例１]
図８は、第１の実施形態の変形例１に係る光サブアセンブリの模式図である。本変形例では、光学部品１５０の固定部１６６の領域が光学部品１５０全体に渡っていない点、および第１領域Ａ１内に光学部品１５０の一部が含まれる点で、第１の実施形態と異なる。光学部品１５０の固定部１６６はすべて第２領域Ａ２に含まれている。本変形例においても、固定部１６６が第２領域Ａ２に含まれているために、図７等で説明した熱膨張によるケース１２の底板部１４の変形のよるミラー５４の反射角度の変化を大きくすることができ、光結合劣化の抑制が可能となる。

[第１の実施形態の変形例２]
図９は、第１の実施形態の変形例２に係る光サブアセンブリの模式図である。本変形例では、光合分波器５８の一部が第２領域Ａ２に含まれる点において、第１の実施形態と異なる。本変形例においても、固定部６６が第２領域Ａ２に含まれているために、図７等で説明した熱膨張によるケース１２の底板部１４の変形のよるミラー５４の反射角度の変化を大きくすることができ、光結合劣化の抑制が可能となる。

以上のように光学部品５０，１５０の固定部６６，１６６が第２領域Ａ２内のみに配置されれば本願発明の効果が得られる。

［第２の実施形態］
図１０は、第２の実施形態に係る光サブアセンブリの光学部品を示す斜視図である。図１１は、第２の実施形態に係る光サブアセンブリの分解斜視図である。本実施形態では、ベース基板２６０が、第２領域Ａ２でケース２１２の底板部２１４に堅固に接着されている。光電素子及び光学部品２５０は、ベース基板２６０への固定によって第２領域Ａ２に固定されている。

ベース基板２６０は、底板部２１４よりも、熱膨張係数が大きい。したがって、ベース基板２６０がよく伸びるので、底板部２１４は、熱膨張によって、ベース基板２６０とともに外方向に曲がる。したがって、第１の実施形態で説明した作用効果を促進することができる。その他の内容は、第１の実施形態で説明した内容が該当する。ただし、ベース基板２６０とケース１２の熱膨張係数が同等であっても、第１の実施形態で説明した効果は得られる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、実施形態で説明した構成は、実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えることができる。

１０光サブアセンブリ、１０Ａ光受信サブアセンブリ、１０Ｂ光送信サブアセンブリ、１２ケース、１４底板部、１６第１壁部、１８蓋、２０上板部、２２第２壁部、２４接着剤、２６第１接着剤、２８第２接着剤、３０光学的インターフェース、３２レセプタクル、３４レセプタクルホルダ、３６レンズホルダ、３８コリメートレンズ、４０電気的インターフェース、４２増幅器、４４チップキャパシタ、４６光電素子、４８光入出力部、５０光学部品、５２レンズ、５４ミラー、５６脚部、５８光合分波器、５９台座、６６固定部、６７固定部、１００光モジュール、１０２ハウジング、１０４プルタブ、１０６スライダ、１０８電気コネクタ、１１０ドライバＩＣ、１１２光ファイバ、１１４回路基板、１５０光学部品、１６６固定部、２１２ケース、２１４底板部、２５０光学部品、２６０ベース基板、Ａ１第１領域、Ａ２第２領域、Ｐ位置。

Claims

光入出力部が上を向き、光信号及び電気信号を少なくとも一方から他方に変換するための光電素子と、
ミラーを一体的に有して樹脂からなり、前記光電素子の上方に前記ミラーを有する光学部品と、
相互に隣り合う第１領域及び第２領域を含む底板部と、前記第１領域で前記底板部から立ち上がる第１壁部と、を有し、前記第２領域に前記光電素子及び前記光学部品が固定され、金属からなるケースと、
前記ケースを覆う上板部と、前記第１壁部の隣で前記上板部から垂れ下がって前記第２領域に対向する第２壁部と、を有し、金属又は樹脂からなる蓋と、
前記ケースと前記蓋を接着する樹脂からなる接着剤と、
を有し、
前記接着剤は、前記第１壁部及び前記第２壁部の相互に対向する側端面の間にある第１接着剤と、前記第２壁部の下端面と前記底板部の前記第２領域との間にある第２接着剤と、を含み、
前記第１接着剤は、前記第１壁部及び前記第２壁部を、上下にずらす力に対抗するように固定することを特徴とする光サブアセンブリ。
請求項１に記載された光サブアセンブリであって、
前記第２接着剤の熱膨張による力は、前記第２壁部から前記底板部に加えられ、前記第１接着剤から離れるほど、前記第２壁部の前記下端面と前記第２領域の間隔を大きく拡げるように作用することを特徴とする光サブアセンブリ。
請求項２に記載された光サブアセンブリであって、
前記ケースの前記第１領域に対して相対的な位置が固定された光学的インターフェースをさらに有し、
前記第１領域は、前記光学的インターフェース及び前記ミラーの間を通る光の光軸に対する相対的な位置が固定され、
前記光学部品は、熱膨張によって、前記ミラーの位置が上がり、
前記第２領域は、前記第２接着剤の前記熱膨張によって、前記第１領域から離れる側で下がるように変位し、前記ミラーの傾斜が起き上がることを特徴とする光サブアセンブリ。
請求項１から３のいずれか１項に記載された光サブアセンブリであって、
前記蓋は、前記ケースよりも、熱膨張係数が大きいことを特徴とする光サブアセンブリ。
請求項１から４のいずれか１項に記載された光サブアセンブリであって、
前記接着剤は、前記上板部と前記第１壁部の上端面を接着することを特徴とする光サブアセンブリ。
請求項１から５のいずれか１項に記載された光サブアセンブリであって、
前記第１壁部は、前記第１領域を、前記第２領域との接続部を除いて囲む形状を有し、
前記第２壁部は、前記第２領域を、前記第１領域との接続部を除いて囲む形状を有することを特徴とする光サブアセンブリ。
請求項２から６のいずれか１項に記載された光サブアセンブリであって、
前記光学部品の前記ケースとの固定部は、前記光学的インターフェースと前記ミラーの間の方向に直交する方向で、前記第１壁部に隣り合わず、前記第２壁部に隣り合うことを特徴とする光サブアセンブリ。
請求項１から７のいずれか１項に記載された光サブアセンブリであって、
前記光学部品と光結合するように前記第１領域に搭載された光合分波器をさらに有することを特徴とする光サブアセンブリ。
請求項１から８のいずれか１項に記載された光サブアセンブリであって、
前記第２領域で前記ケースの前記底板部に堅固に接着されたベース基板をさらに有し、
前記光電素子及び前記光学部品は、前記ベース基板への固定によって前記第２領域に固定され、
前記ベース基板は、熱膨張係数が前記底板部と同等又はそれ以上であり、
前記底板部は、熱膨張によって、前記ベース基板とともに外方向に曲がることを特徴とする光サブアセンブリ。
請求項１から９のいずれか１項に記載された光サブアセンブリであって、
前記ケースの前記第２領域に対して相対的な位置が固定された電気的インターフェースをさらに有することを特徴とする光サブアセンブリ。
請求項１から１０のいずれか１項に記載された光サブアセンブリであって、入力された前記光信号から変換された前記電気信号を出力する光受信サブアセンブリ及び入力された前記電気信号から変換された前記光信号を出力する光送信サブアセンブリの少なくともいずれか一つの光サブアセンブリと、
前記光サブアセンブリと電気的に接続された回路基板と、
を有することを特徴とする光モジュール。