JP3320537B2 - 光素子収納封止筐体構造物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光素子を気密に封入す
る筐体構造に関するもので、特に光ファイバ導入部分の
構造の改良により、筐体長を短くすることを可能にした
光素子収納封止筐体構造物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光素子の気密封止筐体の構造および封止
工程においては、光ファイバを筐体内に導くパイプ状の
スリーブ部分の構造が重要となる。高湿度環境下におけ
る光素子装置の信頼性を確保するには、エポキシ樹脂等
を用いた封止方法のみでは不十分であり、光ファイバ表
面を金メッキして筐体と半田接合する方式がとられ、こ
の方式はレーザ素子の封止筐体等で高く評価されてい
る。

【０００３】一方、導波路型電気光学素子は、高速光通
信用の外部変調器等への広い応用が期待されており、こ
れらの素子を気密封止できる筐体設計が必要となってい
る。この場合、光ファイバは、素子の導波路端面に、ミ
クロンオーダの高精度におけるアライメント作業の後、
光学用接着剤を用いて固定される。このとき光ファイバ
封止方法としては、上記の半田封止法が採用されてい
る。

【０００４】光ファイバと筐体のスリーブとを半田封着
するには、両者の隙間はできる限り小さいことが好まし
い（数十〜数百ミクロン）。しかし、筐体内に納められ
た光素子の導波路端面と、光ファイバとの光軸調整（ア
ライメント）を行うには、光ファイバの周囲に、１mm前
後の空間があることが作業の容易さの点で好ましい。あ
るいは、スリーブを細径とするかわりに、スリーブ端か
ら素子端面までの距離（ファイバの距離）を長く、例え
ば２０〜３０mmの長さにとって、光ファイバの柔軟性を
利用して、アライメントすることも行われている。後者
の場合、電気光学結晶を用いた素子の長さが一般に５〜
６cmと長いため、ファイバ余長を光素子の両端に加える
と、筐体の全長が１０cm程度の大きなものとなってしま
うという問題を生ずる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は光ファイバ
の、表面をメタライズ処理した裸光ファイバを半田によ
りスリーブに封着するという手法を採用しつつ、光ファ
イバのアライメント作業が容易な、比較的大きな口径を
有するスリーブ構造を有する光素子収納封止筐体構造物
を提供しようとするものである。このような筐体構造物
は筐体内に収容される光ファイバ余長をできる限り短く
することを可能にし、従って筐体長を短くすることを可
能にするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の光素子収納封止
筐体構造物は、光素子を収納している筐体と光ファイバ
と、前記光ファイバを前記筐体から引出し、封止するた
めのスリーブ部とを有し、前記スリーブ部は、前記筐体
の端部に設けられたスリーブ挿入孔に挿入されており、
前記光ファイバの端部において、その保護被覆層が除去
され、かつ前記保護被覆層を有する光ファイバ部分に連
続する露出した裸光ファイバ部分がメタライズ処理され
ており、前記裸光ファイバの末端が、前記光素子に接続
されており、前記スリーブ部が、パイプ状内側スリーブ
と、その外径よりも大きな内径を有する外側スリーブ
と、前記内側スリーブと前記外側スリーブとの間に挿入
された中間スリーブとからなり、前記パイプ状内側スリ
ーブ中に、前記光ファイバの、前記メタライズ処理され
た裸ファイバ部分から保護被覆層により被覆されている
部分にまたがる連続部分が挿入されて、これに気密に接
着・封止されており、前記外側スリーブは前記筐体端部
のスリーブ挿入孔に、挿入され、かつこれに気密に接合
固定されており、この外側スリーブ内に前記内側スリー
ブが挿入され、前記外側スリーブと、前記内側スリーブ
から伸び出た前記メタライズ処理された裸光ファイバと
の間との間隙が、前記中間スリーブとともに気密に半田
封止されており、前記中間スリーブが、前記パイプ状内
側スリーブに接する内側中間スリーブ部材と、この内側
中間スリーブ部材と、前記外側スリーブとの間隙を充填
する外側中間スリーブ部材とからなり、かつこれらが接
着剤により気密に封止されており、前記内側中間スリー
ブ部材が、頭部環状突起部と、それからシリンダー状に
伸び出し、その一部が欠落している一部欠如シリンダー
状部とからなる、ことを特徴とするものである。

【０００７】本発明の筐体構造物において、前記外側中
間スリーブ部材が、シリンダー状本体と、その外側端部
に形成された環状突起部と、前記内側スリーブの外径よ
りも小さな内径を有する内側端部とを有し、この内側端
部の端面は斜め上向きの斜面を形成していることが好ま
しい。

【０００８】本発明の筐体構造物において、前記筐体内
における光素子と裸光ファイバ端部との接続部と、前記
筐体内における前記接続部に近い前記スリーブ部の先端
部と前記裸光ファイバのメタライズ部分との封止部との
離間距離Ｌが、２〜１０mmであることが好ましい。

【０００９】

【作用】図１に示された従来の光素子収納封止筐体構造
物において、着脱可能な蓋体１ａを有する筐体１中には
光素子２が収納されており、その接続先端部には、接着
補強ブロック３が配置されている。筐体１の端部には、
光ファイバ４の先端部を、筐体内に導入し、これを光素
子２に接続するための光ファイバ導入孔５が開口してい
る。光ファイバ４は裸光ファイバ６とその保護被覆層７
とからなり、光ファイバ４の接続先端部分において、そ
の保護被覆層７が除去されて裸光ファイバ６が露出して
おり、この裸光ファイバの露出面は光素子との接合部を
除きメタライズされ、つまり一般には金めっきされた裸
光ファイバメタライズ部６ａが形成されている。

【００１０】光ファイバ４のメタライズ裸ファイバ部分
６ａと、保護被覆層部分の両方にまたがる連続部分に、
パイプ状内側スリーブ８を挿入し、内側スリーブ８の内
側面と光ファイバ４との間隙は接着剤９により接着封止
される。

【００１１】一方、筐体１の光ファイバ導入孔５に外側
スリーブ１０が挿入され、外側スリーブ１０の環状突起
部１０ａが挿入用ストッパーとして作動し、光ファイバ
導入孔５の内側周縁と、外側スリーブ１０の環状部１０
ａの外側周縁部とはロー付け１０ｂにより気密に封止接
合される。

【００１２】外側スリーブ１０の内径は、それを通って
光ファイバ４を筐体１内に導入し、筐体１内の光素子２
の端部と、導入された光ファイバ４の端部とを、光軸調
整の上これらを接続する作業が可能なように設定される
ことが好ましい。このため外側スリーブ１０の内径は、
内側スリーブ８の外径よりも大きく設定されている。

【００１３】次に、内側スリーブ８により保持されてい
る光ファイバ４のメタライズ裸光ファイバの先端部を筐
体１内に、外側スリーブ１０の内孔を通して導入し、光
素子２の先端と、裸光ファイバ６の先端とを、光軸調整
の後接合し、補強ブロック３により補強固定する。次
に、外側スリーブ１０と内側スリーブ８との間に中間ス
リーブ１１を挿入する。中間スリーブ１１は環状突起部
１１ａを有し、これが挿入ストッパーとして作働する。
この中間スリーブ１１と、外側スリーブ１０、および内
側スリーブ８との隙間は接着剤により接着し、気密に封
止する。特に外側スリーブ１０の筐体内にある端面はそ
の中心を通る裸光ファイバ（メタライズ部）６ａをかこ
んで、半田により完全に封止される。また、内側スリー
ブ８、中間スリーブ１０、および中間スリーブ１１の筐
体外にある部分も接着剤などにより、完全に気密に封止
される。

【００１４】図２に示されている従来の筐体構造物にお
いて、光ファイバが光素子に接続され、かつその導入孔
がスリーブにより閉塞封止される構成の一例が示されて
いる。図２において筐体１の光ファイバ導入孔の周縁に
外側スリーブ１０がロー付けされている。内側スリーブ
８内に挿入され封止された光ファイバ４の裸光ファイバ
メタライズ部１ａの保護被覆層７に近い部分は接着剤９
により接着固定封止されている。この光ファイバを筐体
１内に挿入して、その裸光ファイバ６の先端を、光素子
２に光軸調整後に接続し、この部分をキャピラリ３ａ
（ガラス）により保護固定する。

【００１５】このとき、外側スリーブ１０内に内側スリ
ーブ８が挿入されているから、その間隙に中間スリーブ
１１を挿入し、外側スリーブ１０の筐体内端部を半田１
２により閉塞封止する。また、スリーブ８，１０，１１
の組立体の筐体外端部を、接着剤により接着封止する。
特に内側スリーブ８と、中間スリーブ１１との外側端部
は接着剤１３により接着固定封止されることが好まし
い。これらの作業が終了したならば筐体１に蓋体１ａを
取りつけこれをシーム溶接し気密に封止する。

【００１６】上記のような筐体構造物の構成により、光
ファイバと光素子との接続工程を、比較的孔径の大きな
外側スリーブを介して行うことができ、かつ半田封止工
程を、容易に実施することが可能になる。また、図２に
示されているように、光素子端と、光ファイバ封止端と
の間の距離Ｌを比較的短く、例えば２〜１０mmにするこ
とが可能になる。一般に筐体内に光ファイバ端部を導入
し、接合する際、光ファイバは、内側スリーブ内に挿入
固定されているため、この内側スリーブを、アライメン
ト装置の冶具により把持することができ、この把持部か
ら、光ファイバ先端までの自由長を短くしてアライメン
ト時のファイバのぶれを少なくすることが可能になる。
本発明においては筐体の壁部の厚さは、スリーブ部を含
めて数ミリのオーダーで十分であるから前記離間距離に
おいて、光ファイバ把持部から光ファイバ先端までの距
離はたかだか１０〜２０mmであれば十分であり、このた
めアライメント作業が容易になる。

【００１７】

【実施例】図１に示されているように、光ファイバ４の
先端部の保護被覆層７が除去され、露出した裸光ファイ
バ６に、その接続先端部を除き、メタライズ処理、例え
ば、無電解めっきが施される。例えばＮｉ層を下地とし
てその上にＡｕをめっきすることによりＲＡ，ＲＭＡク
ラスのＰｂ／Ｓｎ半田を用いる通常の半田接着・封止が
可能になる。

【００１８】次に光ファイバ４を、内側スリーブ８に挿
入し、その前半部にメタライズ裸光ファイバ部分６ａ
か、またその後半部に保護被覆層付光ファイバ４が位置
するようにし、これを内側スリーブ８に接着固定する。
特に、メタライズ裸光ファイバ部分６ａには接着剤９を
注入して、これを固定する。このようにすると、光ファ
イバのアライメント作業の際に、内側スリーブ８の前端
部（メタライズ裸光ファイバ収容部分）を、アライメン
ト用冶具によりしっかり把持し、アライメント冶具の動
きに、光ファイバが十分な剛性を持って追随することが
可能になる。内側スリーブ８の前端部は、後に行われる
光ファイバの半田封止が、メタライズ裸光ファイバの表
面を十分に被覆し、強固に接着し得るように、メタライ
ズ裸光ファイバの一部をその外側に残すようにすること
が好ましい。また、内側スリーブ８の内径は光ファイバ
の外径にほゞ等しく、一般には０．９〜１．１mm、通常
は１mm程度であり、その肉厚は０．２〜０．５mm、一般
に０．２mm程度で十分である。

【００１９】筐体１の光ファイバ導入孔５にロー付け接
合される外側スリーブ１０は２〜５mm、一般に約３mmの
内径を有するものである。いま、内側スリーブ８の外径
を１．４mm、外側スリーブ１０の内径を３mmとすれば、
その間隙の厚さは（３．０−１．４）／２＝０．８mm程
度となる。すなわち光ファイバアライメント作業空間の
厚さは０．８mmという比較的大きな間隙を利用すること
が可能になり、これによって作業に支障を生ずることが
ない。アライメント作業の後、光ファイバと光素子は、
光学用接着剤により接合される。

【００２０】次に、予じめ光ファイバ４に通されている
中間スリーブ１１を、内側スリーブ８と外側スリーブ１
０との間に挿入し、これらの間隙を封止する。つまり、
内側および外側スリーブの相互間隙を、中間スリーブ１
１を用いることにより容易に充填することができ、この
間隙を多量の半田で充填する必要がなくなる。内側、中
間、外側スリーブ８，１０，１１の相互間隙の大きさに
格別の制限はなく、作業に困難がない限り、できるだけ
小さいことが好ましいが、一般に０．１mm程度であれば
十分な作業性を得ることができる。

【００２１】内側、中間、外側スリーブの組み合わせが
完了したならば、外側スリーブ１０の筐体内端部におい
て、図２に示しているように、メタライズ裸光ファイバ
６ａのまわりを半田１２により固定封止する。この作業
は、筐体１の蓋体１ａを取り外して行い、外側スリーブ
１０の端面は、図２に示されているように上向き端面を
形成するように斜めになっていると、作業性が良好で好
ましい。内側スリーブ８の内、外径、外側スリーブ１０
の内径、および中間スリーブ１１の内外径は裸光ファイ
バ６の直径に対応して適宜に設定することができる。

【００２２】筐体内における光ファイバとスリーブとの
半田封止部と、光素子とは２mm以上離間していることが
好ましい。これは、通常、光素子と、光ファイバとの接
着部には接着強度補強用毛細管キャピラリーを装着する
が、このキャピラリーの長さが、１〜２mmであるからで
ある。このため、前記筐体内における光素子と裸光ファ
イバ端部との接続部と、前記筐体内における前記接続部
に近い前記スリーブ部の先端面と前記裸光ファイバのメ
タライズ部分の離間距離は２〜１０mm程度であることが
好ましく、通常これが４mm程度になるように、スリーブ
長、筐体長を設計することが好ましい。このようにする
と、光ファイバのアライメント作業において、光ファイ
バのぶれが殆んどなくなり半田づけの熱が光ファイバと
光素子との接合部に悪影響（例えば、光ファイバ光素子
光挿入損失の変化など）を及ぼすこともない。

【００２３】半田封着後、光ファイバの固定強度を補強
するために、図２に示されているように内側スリーブ８
と中間スリーブ１１との間を接着剤１４で接合する。こ
のようにすると、光ファイバ、内側、中間および外側ス
リーブの接着強度が強固になる。しかも裸光ファイバに
対する半田封止は、筐体内の一箇所のみで十分になる。

【００２４】本発明の筐体構造物において、各スリーブ
および筐体は、金属製、特にステンレススチール製、又
はコバール製であって、半田付けが可能になるように表
面に金めっきを施したものが好ましい。

【００２５】図３（Ａ），（Ｂ）に示されているよう
に、従来の筐体構造物に用いられる内側スリーブ８はパ
イプ状体であって、例えば長さ１２mm、内径１．１mm、
外径１．４mmを有するものである。

【００２６】図４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）には、従来の
筐体構造物に用いられる外側スリーブ１０の一例が示さ
れておりパイプ状本体１４と、それから外側に伸び出て
いる環状突起部１５とを有するものである。パイプ状本
体１４の内側端（筐体内に挿入される部分）は斜め上向
きの端面１６を有している。

【００２７】図５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）には従来の筐
体構造物に用いられる中間スリーブ１１が示されてお
り、これは、パイプ状本体１７と、その外側端に設けら
れた環状突起部１８とから構成されている。また、その
内側端（筐体内に挿入される部分）は斜め上向きの端面
１９を形成している。

【００２８】図６には、光ファイバ装着後の、外側、中
間及び内側スリーブを有する筐体構造物の一例の正面説
明図が示されている。図６において筐体１の両側面から
光ファイバ４が伸び出ていて、光ファイバは、外側から
外側スリーブ１０、中間スリーブ１１、内側スリーブ８
により固定封止されており、筐体内には光ファイバ４に
接続された光素子（図示されていない）が収納され、こ
の光素子が導波路型光素子の場合、この導波路をコント
ロールするための電極、および参照電極（図示されてい
ない）を収納し、これらは筐体に設けられたネジ孔２０
を通って取りつけられたコネクター（図示されていな
い）を介して外部電源に連結される。

【００２９】上記筐体構造物において、中間スリーブ
は、前記パイプ状内側スリーブに接する内側スリーブ部
材と、この内側スリーブ部材と前記外側スリーブとの間
隙を充填する外側中間スリーブ部材からなるものであっ
て、この場合、これらの両端末は、接着剤により気密に
封止される。

【００３０】図７に示されている本発明の光素子収納封
止筐体構造物において、筐体１の光ファイバ導入孔に外
側スリーブ１０がロー付け（１０ｂ）接着されており、
その内側に光ファイバ４を保持している内側スリーブ８
が挿入されており、内側スリーブ８の外側に内側中間ス
リーブ部材２１が挿入され、その外側に外側スリーブ部
材２２が挿入され、これら内側および外側中間スリーブ
部材２１，２２により中間スリーブが形成されている。
本発明の筐体構造物において、筐体１内の光素子３と裸
光ファイバ６の端部との接続部と、筐体１内における、
前記接続部に近いスリーブ部の先端面と裸光ファイバの
メタライズ部６ａとの封止部と離間距離Ｌは、２〜１０
mmであることが好ましい。

【００３１】図８に示されているように、外側中間スリ
ーブ部材２２はシリンダー状本体２３と、その外側端部
に形成された外側環状突起部２４と、その内径を狭め、
内側スリーブの外径より小さな内径を有する内側端部２
５を有し、この内側端部の端面は斜め上向きの斜面２６
を形成している。

【００３２】図７から明らかなように、予じめ内側スリ
ーブ８の外側に外側中間スリーブ部材２２を嵌合してお
けば、光ファイバ４を含む内側スリーブ８が、過度に光
素子に近接することを防止することができる。この外側
中間スリーブ２２と、外側スリーブ１０とは接着剤によ
り気密に接着することができる。この外側中間スリーブ
２２と、内側スリーブ８との間の隙間は、内側中間スリ
ーブ部材２１を挿入することによって充填することがで
きる。

【００３３】図９に示されているように内側中間スリー
ブ部材２１は頭部環状突起部２７と、それからシリンダ
ー状に伸び出し、その一部が欠落している一部欠如シリ
ンダー状部２８とからなる。外側中間スリーブ部材２１
と、内側スリーブ８との間の間隙に接着剤を注入してお
き、この間隙にシリンダー部の一部が欠如している内側
中間スリーブ部材２１を挿入すれば、接着剤は、両スリ
ーブ部材間に十分に分布し、両者の間隙を十分に充填封
止することができる。このようにすれば、スリーブの外
側端において、図２に示されているように接着剤を盛り
上げて封止することなく、図７に示されているように、
外観を向上させることが可能になる。

【００３４】

【発明の効果】本発明による光ファイバ導入部構造によ
り、光素子、特に導波路型光素子を、より小型の筐体中
に気密封入することが可能になると同時に、最も重要な
組立工程である、光ファイバと素子のアライメント作業
を容易に実効することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は従来の筐体構造物の構成要素と、これら
の組み立て手順を示す一部断面説明図。

【図２】図２は従来の筐体構造物の一実施態様の要部を
示す説明図。

【図３】図３（Ａ）および（Ｂ）は従来の筐体構造物に
用いられる内側スリーブの一例の構成を示す正面断面図
および側面図。

【図４】図４（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）は、従来の筐
体構造物に用いられる外側スリーブの一例の構成を示
す、正面断面説明図、左側面図、および右側面図。

【図５】図５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、従来の筐体構
造物に用いられる中間スリーブの一例の構成を示す、正
面断面図、左側面図、および右側面図。

【図６】図６は、外側、中間及び内側スリーブからなる
スリーブ部を有する筐体構造物の一例の、正面説明図。

【図７】図７は、本発明の筐体構造物の一例を示す断面
説明図。

【図８】図８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、図７に示され
た本発明の筐体構造物に用いられる外側中間スリーブ部
材の一例の、正面断面図、左側面図、および右側面図。

【図９】図９（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、図７に示され
た本発明の筐体構造物に用いられる内側中間スリーブ部
材の一例の、正面断面図、左側面図、および右側面図。

【符号の説明】

１ａ…蓋体 １…筐体 ２…光素子 ３…接着補強ブロック ３ａ…接着補強キャピラリ ４…光ファイバ ５…光ファイバ導入孔 ６…裸光ファイバ ６ａ…裸光ファイバメタライズ部 ７…保護被覆層 ８…内側スリーブ ９…接着剤 １０…外側スリーブ １０ａ…環状突起部 １０ｂ…ロー付け部 １１…中間スリーブ １１ａ…環状突起部 １２…半田 １３…接着剤 １４…外側スリーブパイプ状本体 １５…環状突起部 １６…斜め上向き端面 １７…中間スリーブパイプ状本体 １８…環状突起部 １９…斜め上向き端面 ２０…電極コネクタ用ねじ孔 ２１…内側中間スリーブ部材 ２２…外側中間スリーブ部材 ２３…外側中間スリーブ部材のシリンダー状本体 ２４…環状突起部 ２５…内側端部 ２６…斜め上向き斜面 ２７…頭部環状突起部 ２８…一部欠如シリンダー状部 Ｌ…光素子端と、光ファイバ封止端との距離

フロントページの続き (72)発明者 佐久間 満 千葉県船橋市豊富町585番地 住友セメ ント株式会社 光電子事業部内 (72)発明者 永田 裕俊 千葉県船橋市豊富町585番地 住友セメ ント株式会社 中央研究所内 (56)参考文献 特開 平３−94205（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 6/30 G02B 6/42

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光素子を収納している筐体と光ファイバ
   と、前記光ファイバを前記筐体から引出し、封止するた
   めのスリーブ部とを有し、前記スリーブ部は、前記筐体
   の端部に設けられたスリーブ挿入孔に挿入されており、 前記光ファイバの端部において、その保護被覆層が除去
   され、かつ前記保護被覆層を有する光ファイバ部分に連
   続する露出した裸光ファイバ部分がメタライズ処理され
   ており、前記裸光ファイバの末端が、前記光素子に接続
   されており、 前記スリーブ部が、パイプ状内側スリーブと、その外径
   よりも大きな内径を有する外側スリーブと、前記内側ス
   リーブと前記外側スリーブとの間に挿入された中間スリ
   ーブとからなり、 前記パイプ状内側スリーブ中に、前記光ファイバの、前
   記メタライズ処理された裸ファイバ部分から保護被覆層
   により被覆されている部分にまたがる連続部分が挿入さ
   れて、これに気密に接着・封止されており、前記外側ス
   リーブは前記筐体端部のスリーブ挿入孔に、挿入され、
   かつこれに気密に接合固定されており、この外側スリー
   ブ内に前記内側スリーブが挿入され、前記外側スリーブ
   と、前記内側スリーブから伸び出た前記メタライズ処理
   された裸光ファイバとの間との間隙が、前記中間スリー
   ブとともに気密に半田封止されており、 前記中間スリーブが、前記パイプ状内側スリーブに接す
   る内側中間スリーブ部材と、この内側中間スリーブ部材
   と、前記外側スリーブとの間隙を充填する外側中間スリ
   ーブ部材とからなり、かつこれらが接着剤により気密に
   封止されており、 前記内側中間スリーブ部材が、頭部環状突起部と、それ
   からシリンダー状に伸び出し、その一部が欠落している
   一部欠如シリンダー状部とからなる、 ことを特徴とする光素子収納封止筐体構造物。
2. 【請求項２】 前記外側中間スリーブ部材が、シリンダ
   ー状本体と、その外側端部に形成された環状突起部と、
   前記内側スリーブの外径よりも小さな内径を有する内側
   端部とを有し、この内側端部の端面は斜め上向きの斜面
   を形成している、請求項１に記載の筐体構造物。
3. 【請求項３】 前記筐体内における光素子と裸光ファイ
   バ端部との接続部と、前記筐体内における前記接続部に
   近い前記スリーブ部の先端面と前記裸光ファイバのメタ
   ライズ部分との封止部との離間距離Ｌが、２〜１０mmで
   ある、請求項１に記載の筐体構造物。