JP3847096B2

JP3847096B2 - フェルール生産物及びその製造方法、光モジュール

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Publication number: JP3847096B2
Application number: JP2001072552A
Authority: JP
Inventors: 順一橋本; 隆志加藤; 学塩崎; 直樹苅込
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd; Sumiden High Precision Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd; Sumiden High Precision Co Ltd
Priority date: 2001-03-14
Filing date: 2001-03-14
Publication date: 2006-11-15
Anticipated expiration: 2021-03-14
Also published as: CA2376744A1; JP2002267894A; EP1241504A3; EP1241504A2; US20020150356A1; US6805492B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フェルール生産物及びその製造方法、光モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信伝送容量の増大に伴って、波長分割多重伝送システム（以下、ＷＤＭ伝送システム）が用いられている。従来のＷＤＭ伝送システムでは、チャンネル間隔は狭いもので５０ＧＨｚ（波長間隔４００ｐｍ）程度のものまでが実用化されていた。このＷＤＭ伝送システムの光源には、主にＤＦＢレーザが用いられていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一方、近年更なる光通信伝送容量の増大が求められている。これに対処するために、チャンネル間隔をより狭めたＷＤＭ伝送システムが必要となる。しかしながら、ＤＦＢレーザの発振波長は、動作温度や注入電流に大きく依存する。従って、ＤＦＢレーザを光源として用いると、例えば長期連続動作時の経時変化によって生じる電流変動により、発振波長が大きくシフトして、隣接チャネルにクロストークによる伝送劣化を生じさせる。特に波長間隔が狭い、高密度のＷＤＭシステムでは、この問題は深刻である。そこで、波長をより安定化させた光源として、ファイバグレーティングと半導体光増幅器とから構成される外部共振器型のファイバグレーティングレーザが考案された。このようなファイバグレーティングレーザについては、次の文献１〜６に記載されている。（（文献１）Ｆ．Ｎ．Ｔｉｍｏｆｅｅｖ，Ｐ．Ｂａｙｖｅｌ，Ｊ．Ｅ．Ｍｉｄｗｉｎｔｅｒ，Ｒ．Ｗｙａｔｔ，Ｒ．Ｋａｓｈｙａｐ，Ｍ．Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ，“ＤｅｎｓｅＷＤＭｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｉｎｓｔａｎｄａｒｄｆｉｂｒｅｕｓｉｎｇｄｉｒｅｃｔｌｙ−ｍｏｄｕｌａｔｅｄｆｉｂｒｅｇｒａｔｉｎｇｌａｓｅｒｓａｔ２．６Ｇｂｉｔ／ｓ”，Ｐｒｏｃ．ＥＣＯＣ１９９７ＴＵ１Ａｐｐ．１−４．
（文献２）Ｆ．Ｎ．Ｔｉｍｏｆｅｅｖ，Ｐ．Ｂａｙｖｅｌ，Ｖ．Ｍｉｋｈａｉｌｏｖ，Ｏ．Ａ．Ｌａｖｒｏｖａ，Ｒ．Ｗｙａｔｔ，Ｒ．Ｋａｓｈｙａｐ，Ｍ．Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ，ａｎｄＪ．Ｅ．Ｍｉｄｗｉｎｔｅｒ，“２．５Ｇｂｉｔ／ｓｄｉｒｅｃｔｌｙ−ｍｏｄｕｌａｔｅｄｆｉｂｅｒｇｒａｔｉｎｇｌａｓｅｒｆｏｒＷＤＭｎｅｔｗｏｒｋｓ”，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．１９９７ｐｐ．１４０６−１４０７．
（文献３）Ｆ．Ｎ．Ｔｉｍｏｆｅｅｖ，Ｐ．Ｂａｙｖｅｌ，Ｖ．Ｍｉｋｈａｉｌｏｖ，Ｐ．Ｇａｍｂｉｎｉ，Ｒ．Ｗｙａｔｔ，Ｒ．Ｋａｓｈｙａｐ，Ｍ．Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ，Ｒ．Ｊ．Ｃａｍｐｂｅｌｌ，Ｊ．Ｅ．Ｍｉｄｗｉｎｔｅｒ，“Ｌｏｗ−ｃｈｉｒｐ２．５Ｇｂｉｔ／ｓｄｉｒｅｃｔｌｙｍｏｄｕｌａｔｅｄｆｉｂｅｒｇｒａｔｉｎｇｌａｓｅｒｆｏｒＷＤＭｎｅｔｗｏｒｋｓ”，ＴｅｃｎｉｃａｌＤｉｇｅｓｔＯＦＣ１９９７ＰａｐｅｒＴｈＭ１ｐｐ．２９６．
（文献４）Ｍ．Ｚｉａｒｉ，Ａ．Ｍａｔｈｕｒ，Ｈ．Ｊｅｏｎ，Ｉ．Ｂｏｏｔｈ＆Ｒ．Ｊ．Ｌａｎｇ，“ＦＩＢＥＲ−ＧＲＡＴＩＮＧＢＡＳＥＤＤＥＮＳＥＷＤＭＴＲＡＮＳＭＩＴＴＥＲＳ”，ＮＦＯＥＣ９７，ｐｐ．５０３−５１２．
（文献５）Ｔ．Ｔａｋａｇｉ，Ｔ．Ｋａｔｏ，Ｇ．Ｓａｓａｋｉ，Ａ．Ｍｉｋｉ，Ｓ。Ｉｎａｎｏ、Ｋ．Ｉｗａｉ，Ａ．Ｈａｍａｎａｋａ、Ｍ．Ｓｈｉｇｅｈａｒａ、“Ｆｉｂｅｒ−ｇｒａｔｉｎｇｅｘｔｅｒｎａｌ−ｃａｖｉｔｙｌａｓｅｒｄｉｏｄｅｍｏｄｕｌｅｆｏｒ２．５Ｇｂ／ｓｄｅｎｓｅＷＤＭｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ”，Ｐｒｏｃ．ＥＣＯＣ１９９８，ｐｐ．８１−８２．
（文献６）Ｔ．Ｋａｔｏ，Ｔ．Ｔａｋａｇｉ，Ａ．Ｈａｍａｎａｋａ、Ｋ．Ｉｗａｉ，ａｎｄＧ．Ｓａｓａｋｉ，“ＦＩｂｅｒ−ＧｒａｔｉｎｇＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＬａｓｅｒＭｏｄｕｌｅｓｆｏｒＤｅｎｓｅ−ＷＤＭＳｙｓｔｅｍｓ”，ＩＥＩＣＥＴＲＡＮＳ．ＥＬＥＣＴＲＯＮ．，ＶＯＬ．Ｅ８２−Ｃ，Ｎｏ．２，１９９９，ｐｐ．３５７−３５９．）
【０００４】
ファイバグレーティングレーザにおいては、発振波長は、外部共振器を構成するファイバグレーティングの、グレーティング周期に対応する、温度依存性が非常に小さい（約１０ｐｍ／Ｋ）ブラッグ波長のみでほぼ決まり（上記文献４参照）、半導体レーザ増幅器への注入電流に対する依存性も微小である。従って、発振波長の温度や注入電流に対する変動がＤＦＢレーザに比べて格段に小さい。加えて実際の製造プロセスにおいて、ファイバグレーティングのブラッグ波長は、ＤＦＢレーザのそれに比べて、精度良く制御できる。従って、ファイバグレーティングレーザはＤＦＢレーザに比べて、波長の安定性と制御性の点で格段に優れている（上記文献２、文献４、文献５、文献６参照）。
【０００５】
前述のように、理論的には、ファイバグレーティングレーザの発振波長は、ファイバグレーティングのグレーティング周期に対応するブラッグ波長により決定される。従って、ファイバグレーティングレーザの発振波長の温度変動率は、本来ファイバグレーティングのブラッグ波長の温度変動率と同程度であるはずである。前述のように、ファイバグレーティングのブラッグ波長の温度変動率は１０ｐｍ／Ｋである。しかしながら、発明者が、従来のあるファイバグレーティングレーザの発振波長の温度変動率を測定してみると、その値は１７ｐｍ／Ｋ程度であり、理論値に比べ、著しく増大していることが判明した。
【０００６】
発振波長の温度依存性において、本発明者らは光ファイバを保持するフェルールの構造に着目した。図１３は、技術検討のために用いたフェルール生産物８を示した断面図である。フェルール生産物８は、光ファイバ８１と、フェルール８２とを備える。フェルール８２は、光ファイバ８１を保持するキャピラリ部８２１と、キャピラリ部８２１を保持するフランジ部８２２とを有する。従来のフェルールでは、フランジ部８２２はステンレス（ＳＵＳ４３０）で、キャピラリ部８２１はジルコニアで形成されている。
【０００７】
光ファイバ８１は石英ガラスで形成されており、その線膨張係数は、０．５×１０^-6Ｋ^-1である。キャピラリ部８２１を形成するジルコニアの線膨張係数は、８．３×１０^-6Ｋ^-1である。フランジ部８２２を形成するステンレス（ＳＵＳ４３０）の線膨張係数は、１０．４×１０^-6Ｋ^-1である。従って、光ファイバ８１の線膨張係数は、キャピラリ部８２１及びフランジ部８２２の線膨張係数よりも十分小さい。また、光ファイバ８１はキャピラリ部８２１に固定され、キャピラリ部８２１はフランジ部８２２に固定されている。このため、温度変化に応じて光ファイバ８１には熱応力が発生する。
【０００８】
光ファイバ８１を形成する石英ガラスの縦弾性係数（ヤング率）は、７３．２ＧＰａである。キャピラリ部８２１を形成するジルコニアの縦弾性係数は、１９０ＧＰａであり、フランジ部８２２を形成するステンレス（ＳＵＳ４３０）の縦弾性係数は、２００ＧＰａである。従って、光ファイバ８１の縦弾性係数は、キャピラリ部８２１及びフランジ部８２２の縦弾性係数よりも小さい。故に、光ファイバ８１は、キャピラリ部８２１及びフランジ部８２２よりも伸縮しやすい。この結果としてフェルール構造中のファイバグレーティング８１１のブラッグ波長がファイバグレーティング本来のブラッグ波長の温度変化よりも大きく温度変化することとなる。
【０００９】
以上の検討を行なった結果、本発明者らはフランジ部８２２及びキャピラリ部８２１の材料特性と構造が、ファイバグレーティング８１１のブラッグ波長の温度変動率に影響を及ぼし、これによってファイバグレーティングレーザの発振波長の温度変動率が増大していることを発見した。
【００１０】
このようなファイバグレーティングレーザの発振波長の温度安定性の悪化は、ペルチェ素子等の温度制御素子を用いて波長安定化を図る温調型のファイバグレーティングレーザの場合には、温度調整の負荷を大きくするため好ましくない。また今後アクセス系等に需要が見込まれる、温度制御素子を用いない無温調型ファイバグレーティングレーザの場合には、この問題はより重大であり、所定の温度特性を達成するためには、ファイバグレーティングレーザの発振波長の温度に対する依存性を従来よりも低減することが不可欠である。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、ファイバグレーティングのブラッグ波長の温度変動率を低減することができるフェルール生産物及びその製造方法の提供である。更には、ファイバグレーティングレーザの発振波長の温度変動率を低減できる光モジュールの提供である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るフェルール生産物は、一対の端面を有する半導体光増幅器を備える光モジュールに利用されるフェルール生産物であって、前記一対の端面の一方に光学的に結合されるように設けられた一端部、前記一端部から所定の位置に設けられたグレーティングを含む第１の光ファイバ部分、及び前記第１の光ファイバ部分以外の第２の光ファイバ部分を有する光ファイバと、前記光ファイバを保持するキャピラリ部及び前記キャピラリ部を保持するフランジ部を有しており前記第１の光ファイバ部分を覆うフェルールとを備え、前記フランジ部は、前記キャピラリ部の外周を覆っており、前記フランジ部は、前記第１および第２の光ファイバ部分に設けられており、前記光ファイバは石英からなり、前記キャピラリ部は、縦弾性係数５３ＧＰａ以上の負膨張性ガラスセラミックスからなり、前記フランジ部は、コバールまたはステンレスからなる。
本発明に係るフェルール生産物は、一対の端面を有する半導体光増幅器を備える光モジュールに利用されるフェルール生産物であって、前記一対の端面の一方に光学的に結合されるように設けられた一端部、前記一端部から所定の位置に設けられたグレーティングを含む第１の光ファイバ部分、及び前記第１の光ファイバ部分以外の第２の光ファイバ部分を有する光ファイバと、前記光ファイバを保持するキャピラリ部及び前記キャピラリ部を保持するフランジ部を有しており前記第１の光ファイバ部分を覆うフェルールとを備え、前記フランジ部は、前記キャピラリ部の外周を覆っており、前記フランジ部は、前記第１および第２の光ファイバ部分に設けられており、前記光ファイバは石英からなり、前記フランジ部はコバールからなり、前記キャピラリ部は結晶化ガラスからなる。
本発明に係る光モジュールは、一対の端面を有する半導体光増幅器と、上記いずれかのフェルール生産物と、所定の軸に沿って配置された搭載部材、管状部材及びフェルールホルダとを備え、前記搭載部材は、前記所定の軸に交差する平面に沿って伸びる固定面と、前記所定の軸に沿って伸びる搭載面を有し、前記固定面に設けられた支持部とを有しており、前記半導体光増幅器は前記搭載面上に配置され、前記管状部材は、前記所定の軸に沿って伸びており、前記搭載部材の前記固定面に固定されている第１の端部及び前記フェルールホルダに固定されている第２の端部を有しており、前記フェルールホルダは、前記フェルールを前記所定の軸に沿って保持しており、前記光ファイバは、前記所定の軸に沿って配置されている。前記半導体光増幅器は前記一対の端面の一方に施された高反射コーティングを含み、前記半導体光増幅器は前記一対の端面の他方に施された低反射コーティングを含み、前記半導体光増幅器と前記光ファイバは光共振器を構成している。
【００１３】
本発明に係るフェルール生産物は、一対の端面を有する半導体光増幅器を備える光モジュールに利用されるものであって、光ファイバとフェルールとを備える。光ファイバは、半導体光増幅器の一対の端面の一方に光学的に結合されるように設けられた一端部、一端部から所定の位置に設けられたグレーティングを含む第１の光ファイバ部分、及び第１の光ファイバ部分以外の第２の光ファイバ部分を有する。フェルールは、光ファイバを保持するキャピラリ部及びキャピラリ部を保持するフランジ部を有し、フランジ部は第２の光ファイバ部分上に配置されている。
本発明によれば、フランジ部は第２の光ファイバ部分上に設けられているので、温度上昇に伴ってフランジ部が光ファイバの第１の光ファイバ部分へ及ぼす力を低減できる。従って、グレーティング周期の温度に対する変化が低減される。
【００１４】
また本発明では、キャピラリ部の材料が負の線膨張係数を有し、光ファイバの材料が正の線膨張係数を有するものにしてもよい。負の線膨張係数を有するキャピラリ部は、温度上昇に伴って縮み、正の線膨張係数を有する光ファイバは、温度上昇に伴って伸びる。このため、光ファイバとキャピラリ部とが互いに変形を低減し合う。従って、グレーティング周期の温度に対する変化が低減される。
【００１５】
また本発明では、キャピラリの材料として、線膨張係数がジルコニアと同じ正の値ではあるが、その絶対値がジルコニアよりも小さい値を有し、光ファイバが正の線膨張係数を有するものにしてもよい。本発明によれば、従来用いられていたジルコニアよりも、絶対値が小さい正の線膨張係数を有する材料で、キャピラリを形成するので、温度変動時にキャピラリがファイバに及ぼす熱応力の向きは同じであるが、その大きさがジルコニアを用いた場合に比べて低減される。その結果、グレーティング周期の温度に対する変動が低減される。キャピラリを形成する材料としては、例えば結晶化ガラスが好ましい。
【００１６】
本発明に係るフェルール生産物は、一対の端面を有する半導体光増幅器を備える光モジュールに利用されるものであって、光ファイバとフェルールとを備える。光ファイバは、半導体光増幅器の一対の端面の一方に光学的に結合されるように設けられた一端部、一端部から所定の位置に設けられたグレーティングを有する。フェルールは、光ファイバを保持するキャピラリ部及びキャピラリ部を保持するフランジ部を有する。キャピラリ部の材料は負の線膨張係数を有し、フランジ部の材料は正の線膨張係数を有する。
【００１７】
本発明によれば、負の線膨張係数を有する材料でキャピラリ部を形成しているので、温度上昇に伴って、キャピラリ部は縮む。正の線膨張係数を有する材料でフランジ部を形成しているので、温度上昇に伴ってフランジ部は伸びる。このため、キャピラリ部とフランジ部とが互いに変形を低減し合う。その結果、フランジ部の変形が、光ファイバへ伝わることが低減される。従って、グレーティング周期の温度に対する変化が低減される。
【００１８】
本発明に係るフェルール生産物は、一対の端面を有する半導体光増幅器を備える光モジュールに利用されるものであって、光ファイバとフェルールとを備える。光ファイバは、半導体光増幅器の一対の端面の一方に光学的に結合されるように設けられた一端部、一端部から所定の位置に設けられたグレーティングを有する。フェルールは、光ファイバを保持するキャピラリ部及びキャピラリ部を保持するフランジ部を有する。フランジ部を形成する材料はステンレスよりも小さい線膨張係数を有する。
【００１９】
本発明によれば、従来用いられたステンレスよりも小さい線膨張係数を有する材料でフランジ部を形成しているので、フランジ部が温度上昇に伴ってキャピラリ部に及ぼす力が低減される。従って、キャピラリ部に生じる応力が低減される。その結果として、キャピラリ部が光ファイバに及ぼす力が低減さる。これにより、グレーティング周期の温度に対する変動が低減される。また、フランジ部を形成する材料としては例えばコバールが好ましい。
【００２０】
本発明に係るフェルール生産物を用いて光モジュールを構成できる。光モジュールは、一対の端面を有する半導体光増幅器と、光ファイバと、フェルールとを備える。本発明に係るフェルール生産物ではグレーティング周期の温度に対する変動が低減されるので、光モジュールの発振波長の温度変動率が低減される。
【００２１】
また本発明の光モジュールは、所定の軸に沿って配置された搭載部材、管状部材及びフェルールホルダを更に備えてもよい。搭載部材は、所定の軸に交差する平面に沿って伸びる固定面と、所定の軸に沿って伸びる搭載面を有し、固定面に設けられた支持部とを有しており、半導体光増幅器は搭載面上に配置されている。管状部材は、所定の軸に沿って伸びており、搭載部材の固定面に固定されている第１の端部及びフェルールホルダに固定されている第２の端部を有している。フェルールホルダは、フェルールを所定の軸に沿って保持している。光ファイバは、所定の軸に沿って配置されている。半導体光増幅器が搭載面上に配置されることで、温度調整部材を介さずに搭載される。搭載部材、管状部材、及びフェルールホルダは、一般の半導体レーザモジュール用として、既に汎用品が大量生産されており、低価格での入手が可能である。従って、これらの部材を用いることで、低コストの無温調型ファイバグレーティングレーザの実現が可能である。
【００２２】
本発明に係る、半導体光増幅器を備える光モジュールに利用されるフェルール生産物の製造方法は、第１の長さのフランジ部材と、第１の長さより長い第２の長さのキャピラリ部材と、第１の端部及びこの第１の端部から所定の位置に設けられた第３の長さのグレーティングを有する光ファイバとを準備するステップを備え、キャピラリ部材は、少なくとも第１の長さの第２の部分と、少なくとも第３の長さの第１の部分とを有し、第２の部分にフランジを配置するステップを備え、第１の部分にグレーティングが位置するように、キャピラリ部材に光ファイバを挿入するステップを備えることを特徴とする。
【００２３】
本発明によれば、第１の部分と第２の部分とを有するキャピラリ部材の第２の部分にはフランジを配置し、第１の部分にはグレーティングが位置するように光ファイバを挿入することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００２５】
本発明の第１の実施形態に係る光モジュール１について説明する。図１は、光モジュール１の構造を示した斜視図である。図１（ａ）は光モジュール１の構造を示した断面斜視図であり、図１（ｂ）は光モジュール１に含まれる半導体光増幅器１５、光ファイバ１１及びモニタ用受光素子１６の配置を示した斜視図である。光ファイバ１１は、半導体光増幅器１５との光学的結合を向上させるために、レンズ化端部（先球加工された端部）１１１を有している。光ファイバ１１は、レンズ化端部１１１から所定の距離だけ離れた部分にグレーティング１１２を有している。フェルール１２は、少なくとも光ファイバ１１のグレーティング１１２が形成された部分を覆っている。フェルール１２は、光ファイバ１１に接するキャピラリ部と、その外周を覆うフランジ部とを有する。フランジ部は搭載部材１３にＹＡＧ溶接されている。搭載部材１３上には、半導体光増幅器１５が配置された第１の搭載部材１８とモニタ用受光素子１６が配置された第２の搭載部材１９が配置されている。搭載部材１３はペルチェ素子１７に配置され、バタフライパッケージ１４に収納されている。
【００２６】
半導体光増幅器１５においては、ファイバグレーティングレーザとしての発振を可能ならしめるために、光反射面１５１には、高反射率コーティングを施している。一方、半導体レーザ増幅器１５のファブリペローモードを抑制して、ファイバグレーティングレーザの発振モードを安定化するために、光放出面１５２には、低反射率コーティングを施している。ファイバグレーティングレーザの光共振器は、半導体光増幅器１５と光ファイバ１１から構成される。
【００２７】
図２は、フェルール１２と光ファイバ１１とからなるフェルール生産物を示した図である。図２（ａ）はフェルール生産物の斜視図である。図２（ｂ）は図２（ａ）のフェルール生産物のＩ−Ｉ断面図である。図２（ｃ）は図２（ａ）のフェルール生産物のＩＩ−ＩＩ断面図である。フェルール１２は、キャピラリ部１２１とフランジ部１２２とを有している。キャピラリ部１２１は、光ファイバ１１を保持する。
【００２８】
キャピラリ部１２１の材料としては、例えば、ジルコニア、結晶化ガラス、負膨張性ガラスセラミックスが用いられる。負膨張性ガラスセラミックスとしては、例えばβ−ユークリプタイト（Ｌｉ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃−２ＳｉＯ₂）の多結晶体を用いたものなどが古くから開発されており、現在実用化のレベルにあるものが用いられる。このような負膨張性ガラスセラミックスは、文献７（Ｃ．Ｎ．Ｃｈｕ，Ｎ．Ｓａｋａ，ａｎｄＮ．Ｐ．Ｓｕｈ，“Ｎｅｇａｔｉｖｅｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎｃｅｒａｍｉｃｓ：ａｒｅｖｉｅｗ”，Ｍａｔｅｒ．Ｓｃｉ．ａｎｄＥｎｇｉ．，９５（１９８７），ｐｐ．３０３−３０８．）に記載されている。また、ジルコニアを用いると、加工精度が高く、加工費を含んだコストも安く、コネクタ着脱時の耐摩耗性に優れ信頼性が確保できる。結晶化ガラスは従来用いられていたジルコニアと同じ正の線膨張係数を有する。しかしながら、その成分は元々、光ファイバと同じガラス材料であるため、その線膨張係数や縦弾性係数は光ファイバの値に近く、且つジルコニアに比べて、各々約３０％程度、４０％程度と格段に小さい。従って、温度変化時に結晶化ガラスキャピラリからファイバグレーティングに加わる熱応力は、応力の向きとしては従来のジルコニアを用いた場合と同じだが、その大きさが、ジルコニアに比べて大幅に緩和され、ファイバグレーティング周期と、それに伴うブラッグ波長の温度に対する変動が抑制される。その結果、ファイバグレーティング発振波長の温度依存性が有意に低減される。
【００２９】
負膨張性ガラスセラミックスを用いると、キャピラリは、温度変動時、光ファイバやフランジの膨張、収縮を打ち消す方向に変動するため、光ファイバが温度変化に対して変形しにくくなる。よって、ファイバグレーティング周期とそれに伴う、ブラッグ波長の温度に対する変動が、更に抑制される。その結果、ファイバグレーティング発振波長の温度依存性の更なる低減化を図ることが可能となる。
【００３０】
フランジ部１２２は、キャピラリ部１２１を保持する。フランジ部１２２は、搭載部材１３にＹＡＧ溶接されている。この場合には、フランジ部１２２の材料としては、コバールが用いられる。コバールの線膨張係数と縦弾性係数は、従来用いられているステンレスに比べて、各々５１％程度、６９％程度と有意に小さい。従って、温度変化時の、フランジからファイバグレーティングに加わる熱応力は、フランジに従来のステンレスを用いた場合に比べて有意に低減される。その結果、ファイバグレーティング周期とそれに伴うブラッグ波長の温度に対する変動が抑制され、ファイバグレーティング発振波長の温度依存性が低減される。
【００３１】
また、キャピラリ部１２１が縦弾性係数５３ＧＰａ以上の負膨張性ガラスセラミックスで形成されていることが好ましい。後述のように、縦弾性係数が５３ＧＰａ以上の負膨張性ガラスセラミックスをキャピラリに用いると、フランジに線膨張係数と縦弾性係数が大きい従来のステンレスを用いた場合でも、負膨張性の効果が有効に発揮されて、ステンレスからファイバへの熱応力が緩和される。その結果、ファイバグレーティング周期と、それに伴うブラッグ波長の温度に対する変動が抑制され、ファイバグレーティング発振波長の温度依存性が低減される。キャピラリ部１２１に縦弾性係数５３ＧＰａ以上の負膨張性ガラスが用いられている場合には、フランジ部１２２の材料としては、コバールやステンレス（ＳＵＳ４３０）が用いられる。コバールの線膨張係数と縦弾性係数は、従来用いられているステンレスに比べて、有意に小さいため、温度変化時の、フランジからファイバグレーティングに加わる熱応力は、フランジにステンレスを用いた場合に比べて有意に緩和され、ファイバグレーティング周期と、それに伴うブラッグ波長の温度に対する変動が抑制される。その結果、ファイバグレーティング発振波長の温度に対する依存性が低減される。また、光モジュールを組み立てる際の、通常のＹＡＧ溶接に耐える程度の強度は十分有しており、フランジ用材料として好適である。ステンレスは、加工制度がよく、ＹＡＧ溶接用材料として最も実績があり、入手容易で安価であり、耐久性がよいといった利点がある。
【００３２】
図３は、別の実施形態のフェルール３２と、光ファイバ１１とからなるフェルール生産物を示した図である。図３（ａ）はフェルール生産物の斜視図である。図３（ｂ）は図３（ａ）のフェルール生産物のIII−III断面図である。フェルール３２は、キャピラリ部３２１とフランジ部３２２とを有している。キャピラリ部３２１は、光ファイバ１１を保持する。キャピラリ部３２１は、光ファイバ１１のグレーティング１１２が形成されている部分を保持する第１の部分３２１ａと、それ以外の光ファイバ１１の部分を保持する第２の部分３２１ｂとを有している。キャピラリ部３２１の材料としては、例えば、ジルコニア、結晶化ガラス、負膨張性ガラスセラミックスが用いられる。フランジ部３２２は、キャピラリ部３２１の第２の部分３２１ｂを保持している。従ってフランジ部３２２は第１の部分３２１ａ上には配置されていない。フランジ部３２２の材料としては、コバールやステンレス（ＳＵＳ４３０）が用いられる。フランジ部３２２は、搭載部材１３にＹＡＧ溶接されている。
【００３３】
本発明の第２の実施形態に係る光モジュール４について説明する。図４は、光モジュール４の構造を示した断面図である。光モジュール４は、所定の軸４９に沿って配置された、搭載部材４４と、側壁部材４３と、光ファイバ４１とフェルール４２からなるフェルール生産物と、ゴムキャップ４０といった保護部材とを有する。側壁部材４３は、フェルールホルダ４３ａ及び管状部材４３ｂを有する。
【００３４】
光ファイバ４１は石英ガラスで形成されている。光ファイバ４１は、一端部４１ａから所定の距離だけ離れた部分に、グレーティング４１１を有している。フェルール４２は、少なくとも光ファイバ４１のグレーティング４１１が形成された部分を覆っている。フェルール４２は、光ファイバ４１に接するキャピラリ部４２１と、その外周を覆うフランジ部４２２とから形成されている。フランジ部４２２はフェルールホルダ４３ａにＹＡＧレーザで溶接されている。キャピラリ部４２１及びフランジ部４２２は、共に円筒状の部材である。
【００３５】
管状部材４３ｂの一端にはフェルールホルダ４３ａが配置されている。管状部材４３ｂの他端には搭載部材４４が配置されている。フェルールホルダ４３ａは、フェルール４２の外周に沿うように円筒状の内面が形成されており、外面には環状の突起部４３ｃが設けられている。突起部はゴムキャップ４０と嵌め合わされている。管状部材４３ｂは、円筒状の部材である。
【００３６】
搭載部材４４は、所定の軸４９に交差する平面に沿って伸びる円盤状の第１の部分４４３と、所定の軸４９に沿って伸びる第２の部分４４１とを有する。第２の部分４４１は、第１の部分４４３の固定面４４３ａに固定されている。搭載部材４４には、第１の部分４４３を覆うように収容部材４４２が配置されている。収容部材４４２は、所定の軸に沿って伸びる壁部４４２ｂとレンズ保持部４４２ａとを有する。これにより半導体光増幅器４５のための収容空間を提供する。固定面４４３ａ上に壁部４４２ｂの一端が固定されている。第２の部分４４１は搭載面４４１ａを有している。半導体光増幅器４５とモニタ用受光素子４６は、搭載面４４１ａ上に配置されている。
【００３７】
第１の部分４４３にはリード端子４８が配置されており、固定面４４３ａ側と、外部とにそれぞれ突出している。リード端子４８は、半導体光増幅器４５及びモニタ用受光素子４６にボンディングワイヤを介して電気的に接続される。壁部４４２ｂの他端には、レンズ保持部４４２ａが設けられている。レンズ保持部４４２ａは集光用レンズ４７を保持している。集光用レンズ４７は、半導体光増幅器４５と光ファイバ４１の一端部４１ａとの間に位置し、半導体光増幅器４５と光ファイバ４１とを光学的に結合する。
【００３８】
ファイバグレーティングとしての発振を可能ならしめるために、半導体レーザ増幅器４５の光反射面４５１には、高反射率コーティングを施している。また、半導体レーザ増幅器４５のファブリペローモードを抑制して、ファイバグレーティングレーザとしての発振モードを安定化させるために、半導体レーザ増幅器４５の光放出面４５２には、低反射率のコーティングが施されている。更にモード安定化が必要な場合には、光ファイバ４１の一端部４１ａに低反射率のコーティングを施したり、一端部４１ａを斜め研磨して、その面方位を所定軸４９と直交する向きから所定量だけ傾けることにより、一端部４１ａから半導体レーザ増幅器４５への反射戻り光を低減することが行なわれる。
【００３９】
フェルール４２と光ファイバ４１とからなるフェルール生産物について説明する。フェルール４２は、キャピラリ部４２１とフランジ部４２２とを有している。キャピラリ部４２１は、光ファイバ４１を保持する。フランジ部４２２は、キャピラリ部４２１を保持する。フランジ部４２２は、フェルールホルダ４３ａにＹＡＧ溶接されている。本実施形態においても、第１の実施形態の場合と同様に、キャピラリ部４２１の材料としては、例えば、ジルコニア、結晶化ガラス、負膨張性ガラスセラミックス（詳細は後述する）が用いられる。この場合には、フランジ部４２２の材料としては、コバールが用いられる。また、キャピラリ部４２１が縦弾性係数５３ＧＰａ以上の負膨張性ガラスセラミックスで形成されていることが好ましい。この場合には、フランジ４２２の材料としては、コバールやステンレス（ＳＵＳ４３０）が用いられる。
【００４０】
本発明の第３の実施形態に係る光モジュール５について説明する。図５は、光モジュール５の構造を示した断面図である。光モジュール５の構造はフェルール生産物を除いて、図４の光モジュール４の構造と同様である。従って、側壁部材５３、ゴムキャップ５０、リード端子５８、半導体光増幅器５５、モニタ用受光素子５６、搭載部材５４、収容部材５４２及び集光用レンズ５７の各部材の形態、相互関係は第２の実施形態と同じであり、所定の軸５９に沿って配置されている。光ファイバ５１は、一端部５１ａから所定の距離だけ離れた部分に、グレーティング５１１を有している。フェルール５２は、光ファイバ５１のグレーティング５１１が形成された部分を覆っている。フェルール５２は、光ファイバ５１に接するキャピラリ部５２１と、その外周を覆うフランジ部５２２とから形成されている。フランジ部５２２は側壁部材５３のフェルールホルダ５３ａにＹＡＧ溶接されている。
【００４１】
フェルール５２と光ファイバ５１とからなるフェルール生産物について説明する。フェルール５２は、キャピラリ部５２１とフランジ部５２２とを有している。キャピラリ部５２１は、光ファイバ５１のグレーティング５１１が形成されている部分を保持する第１の部分５２１ａと、それ以外の光ファイバ５１の部分を保持する第２の部分５２１ｂとを有している。キャピラリ部５２１の材料としては、例えば、ジルコニア、結晶化ガラス、負膨張性ガラスセラミックス（詳細は後述する）が用いられる。フランジ部５２２は、キャピラリ部５２１の第２の部分５２１ｂを保持している。フランジ部５２２は、フェルールホルダ５３ａにＹＡＧ溶接されている。フランジ部５２２の材料としては、コバールやステンレス（ＳＵＳ４３０）が用いられる。
【００４２】
第２の実施形態に係る光モジュール（図４の４）に関して、ファイバグレーティングブラッグ波長の温度変動率に関する理論値計算の結果について説明する。キャピラリ部（図４の４２１）の材料としては、図６（ａ）に示す材料を用いた。図６（ａ）に示す負膨張性ガラスセラミックスＡ〜Ｄは、前述した負膨張性ガラスセラミックスのうち、現在市販されている製品の一例であり、用途に応じて、このような異なる縦弾性係数、及び線膨張係数を有するものが製品群として用意されている。
【００４３】
キャピラリ部（図４の４２１）の中心には光ファイバ（図４の４１）を挿通するための、直径０．１２６ｍｍの孔が空けられている。フランジ部（図４の４２２）の部材の厚みは０．６２５ｍｍである。フランジ部（図４の４２２）はステンレス（ＳＵＳ４３０）で形成されている。ステンレス（ＳＵＳ４３０）の縦弾性係数は２００ＧＰａ、線膨張係数は１０．４×１０^-6Ｋ^-1である。キャピラリ部（図４の４２１）及びフランジ部（図４の４２２）は接着部材（図４の４２３）により固定されている。同様に、キャピラリ部（図４の４２１）及び光ファイバ（図４の４１）も接着部材（図４の４１２）により固定されている。
【００４４】
これらの条件に基づいて、ファイバグレーティングのブラッグ波長の温度変動率を、キャピラリ部（図４の４２１）の直径を変化させた場合に計算した結果を図７に示す。縦弾性係数が５３ＧＰａ以上の負膨張性ガラスセラミックスＢ、負膨張性ガラスセラミックスＣ、負膨張性ガラスセラミックスＤをキャピラリの材料として用いると、図７に示すフランジにステンレス、キャピラリにジルコニアを用いた従来のフェルールの場合に比較して、ファイバグレーティングブラッグ波長の温度に対する変動率が低減される。キャピラリ部（図４の４２１）の直径を増大させると、ファイバグレーティングブラッグ波長の温度に対する変動率が低減される。
【００４５】
次に、コバールのフランジ部（図４の４２２）を有するフェルール（図４の４２）において、ファイバグレーティングのブラッグ波長の温度変動率を、キャピラリ部（図４の４２１）の直径を変化させた場合に計算した結果を図８に示す。ここで、コバールの縦弾性係数は１３７ＧＰａ、線膨張係数は５．３×１０^-6Ｋ^-1であるものとしている。図７と比較すると、どの材料を採用してもファイバグレーティングブラッグ波長の温度変動率は、図７に示すフランジにステンレス、キャピラリにジルコニアを用いた従来のフェルールの場合に比べて、低減される。ジルコニアをキャピラリ部（図４の４２１）の材料として用いる場合には、キャピラリ部（図４の４２１）の直径を減少させると、その減少に応じてファイバグレーティングブラッグ波長の温度変動率が低減される。結晶化ガラス、負膨張性ガラスセラミックスＡ、負膨張性ガラスセラミックスＢ、負膨張性ガラスセラミックスＣ、負膨張性ガラスセラミックスＤをキャピラリ部（図４の４２１）の材料として用いる場合には、キャピラリ部（図４の４２１）の直径を増大させると、ファイバグレーティングブラッグ波長の温度変動率が低減される。
【００４６】
第３の実施形態に係る光モジュール（図５の５）に関して、ファイバグレーティングブラッグ波長の温度変動率に関する理論値計算の結果について説明する。キャピラリ部（図５の５２１）の材料としては、図６（ａ）に示す材料を用いた。キャピラリ部（図５の５２１）の中心には光ファイバ（図５の５１）を挿通するための直径０．１２６ｍｍの孔が空けられている。フランジ部（図５の５２２）の部材の厚みは０．６２５ｍｍである。フランジ部（図５の５２２）はステンレス（ＳＵＳ４３０）で形成されている。ステンレス（ＳＵＳ４３０）の縦弾性係数は２００ＧＰａ、線膨張係数は１０．４×１０^-6Ｋ^-1である。キャピラリ部（図５の５２１）及びフランジ部（図５の５２２）は接着部材（図５の５２３）により固定されている。同様に、キャピラリ部（図５の５２１）及び光ファイバ（図５の５１）も接着部材（図５の５１２）により固定されている。
【００４７】
これらの条件に基づいて、キャピラリ部（図５の５２１）の直径を変化させた場合のファイバグレーティングブラッグ波長の温度変動率を計算した結果を図９に示す。フランジ部（図５の５２２）はキャピラリ部の第２の部分（図５の５２１ｂ）上に配置されているので、ファイバグレーティングブラッグ波長の温度変動率においてはフランジ部（図５の５２２）からの影響が小さくなっている。従って、キャピラリ部（図５の５２１）に使用する材料の物性が、ファイバグレーティングブラッグ波長の温度変動率に影響を及ぼしている。図７と比較すると、どの材料をキャピラリとして用いても、ファイバグレーティングブラッグ波長の温度に対する変動率は、図７に示す、キャピラリにジルコニア、フランジにステンレスを用いた従来フェルールに比べて低減される。特に、キャピラリ部（図５の５２１）に負膨張性ガラスセラミックスＡを用いると、ファイバグレーティングブラッグ波長の温度変動率を極めて低くすることができる。特にキャピラリ部（図５の５２１）の直径が２ｍｍ以上の場合は、非常に小さくなっている。
【００４８】
これまでに述べた理論値計算を実証するために、いくつかの場合について実測値を測定した。第３の実施形態に係る光モジュール（図５の５）のフェルール（図５の５２）及び光ファイバ（図５の５１）を用いた。フランジ部（図５の５２２）の材料としてはステンレス（ＳＵＳ４３０）を用い、キャピラリ部（図５の５２１）の材料としては結晶化ガラスを用いた。キャピラリ部の直径は１．２５ｍｍである。フランジ部（図５の５２２）の外径は２．５ｍｍである。ファイバグレーティングブラッグ波長の温度変動率を測定した結果を図１０に示す。ファイバグレーティングブラッグ波長の温度変動率は、１２．２ｐｍ／Ｋであった。図９に示した理論値の結果は、１１．０ｐｍ／Ｋであった。この結果は実測値とよく一致していると考えられ、理論値計算は十分に信頼できる結果である。
【００４９】
第３の実施形態に係る光モジュール（図５の５）を用いて、発振ピーク波長を測定した。フランジ部（図５の５２２）の材料としてはステンレス（ＳＵＳ４３０）を用い、キャピラリ部（図５の５２１）の材料としては結晶化ガラスを用いた。キャピラリ部（図５の５２１）の直径は１．２５ｍｍである。フランジ部５２２の外径は２．５ｍｍである。光モジュール（図５の５）の発振ピーク波長を測定した結果を図１１に示す。半導体光増幅器（図５の５５）への注入電流が４０ｍＡの場合は、発振ピーク波長の温度変動率は１１．４ｐｍ／Ｋであった。半導体光増幅器（図５の５５）への注入電流が５０ｍＡの場合は、発振ピーク波長の温度変動率は１１．４ｐｍ／Ｋであった。半導体光増幅器（図５の５５）への注入電流が９０ｍＡの場合は、発振ピーク波長の温度変動率は１１．３ｐｍ／Ｋであった。どの電流値においても、発振波長の温度依存性は、従来フェルールの場合に比べて大幅に改善されている。またこの場合も、実測値は図９に示した理論値の結果である１１．０ｐｍ／Ｋとよく一致しており、発振ピーク波長の温度特性は、フェルール生産物の温度特性が反映された特性を示していることが判る。
【００５０】
図５に示す光モジュール５に用いられる、フェルール５２と光ファイバ５１とからなるフェルール生産物の製造方法について説明する。図１２は、フェルール５２と光ファイバ５１とからなるフェルール生産物の製造方法に関して模式的に示した図である。キャピラリ部５２１と、フランジ部５２２と、光ファイバ５１とを準備する（図１２（ａ））。光ファイバ５１は、一端部５１ｅから所定の距離ｂだけ離れた部分にグレーティング５１１を有している。グレーティング５１１の長さは距離ｃである（図１２（ａ））。
【００５１】
キャピラリ部５２１の、一端部５２１ｅから距離ａだけ離れた部分から、一端部５２１ｅと反対側の端部に至る表面に接着部材２２を塗布する。キャピラリ部５２１をフランジ部５２２に矢印Ａの方向に挿入する（図１２（ｂ））。その際、位置決め治具（図示しない）を用いて、キャピラリ部５２１の一端部５２１ｅとフランジ部５２２の一端部５２２ｅとの距離を距離ａとなるように配置する。距離ａは、距離ｂと距離ｃとの和よりも長い（図１２（ｂ））。
【００５２】
光ファイバ５１の側面上の所定の領域に接着部材２１を塗布する。所定の領域とは、一端部５１ｅからキャピラリ部５２１の長さに相当する部分である。光ファイバ５１をキャピラリ部５２１に矢印Ｂの方向に挿入する（図１２（ｃ））。その際、一端部５１ｅと一端部５２１ｅとが同じ位置にくるように配置する（図１２（ｃ））。図１２（ｄ）は、図１２（ｃ）のＩＶ−ＩＶ断面と等価な断面図である。グレーティング５１１は、キャピラリ部５２１の第１の部分５２１ａが保持している。キャピラリ部５２１の第２の部分５２１ｂは、フランジ部５２２が保持している。
【００５３】
接着部材２１及び接着部材２２には、例えば、加熱硬化型エポキシ接着剤が用いられる。接着部材２１及び接着部材２２は、図１２（ｃ）の段階で加熱して硬化させる。図１２（ｂ）のキャピラリ部５２１をフランジ部５２２に挿入した段階で加熱して硬化させる工程を加えてもよい。また、ＵＶ硬化で仮固定し、加熱硬化で最終接着するようなＵＶ／加熱併用接着剤も用いられる。この場合には、図１２（ｂ）の段階でＵＶ照射して仮固定した後、図１２（ｃ）の段階で加熱して硬化させる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、ファイバグレーティングのブラッグ波長の温度変動率を低減できるフェルール生産物及びその製造方法が提供できる。更には、外部共振型ファイバグレーティングレーザの発振波長の温度変動率を低減できる光モジュールが提供できる。従って、本発明の目的が達成された。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の光モジュールを示した斜視図である。
【図２】図２（ａ）は、図１に示された光モジュールに用いられるフェルール生産物を示した斜視図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＩ−Ｉ断面図である。図２（ｃ）は、図２（ａ）のII−II断面図である。
【図３】図３（ａ）は、図２に示されたフェルール生産物の別の実施形態を示した斜視図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のIII−III断面図である。
【図４】第２の実施形態の光モジュールを示した断面図である。
【図５】第３の実施形態の光モジュールを示した断面図である。
【図６】図４及び５に示された光モジュールに用いられるフェルールの材料の物性値を示した図である。
【図７】図４に示された光モジュールのファイバグレーティングブラッグ波長の温度変動率を計算した結果を示した図である。
【図８】図４に示された光モジュールのファイバグレーティングブラッグ波長の温度変動率を計算した結果を示した図である。
【図９】図５に示された光モジュールのファイバグレーティングブラッグ波長の温度変動率を計算した結果を示した図である。
【図１０】図５に示された光モジュールのファイバグレーティングブラッグ波長の温度変動を実測した結果を示した図である。
【図１１】図５に示された光モジュールの発振ピーク波長の温度変動を実測した結果を示した図である。
【図１２】図５に示された光モジュールに用いられるフェルール生産物の製造方法を示した模式図である。
【図１３】従来のフェルール生産物を示した断面図である。
【符号の説明】
５…光モジュール、５０…ゴムキャップ、５１…光ファイバ、５２…フェルール、５３…側壁部材、５３ａ…フェルールホルダ、５３ｂ…管状部材、５４…搭載部材、５５…半導体光増幅器、５６…モニタ用受光素子、５７…集光用レンズ、５８…端子電極、５１１…グレーティング、５２１…キャピラリ部、５２１ａ…第１の部分、５２１ｂ…第２の部分、５２２…フランジ部。

Claims

一対の端面を有する半導体光増幅器を備える光モジュールに利用されるフェルール生産物であって、
前記一対の端面の一方に光学的に結合されるように設けられた一端部、前記一端部から所定の位置に設けられたグレーティングを含む第１の光ファイバ部分、及び前記第１の光ファイバ部分以外の第２の光ファイバ部分を有する光ファイバと、
前記光ファイバを保持するキャピラリ部及び前記キャピラリ部を保持するフランジ部を有しており前記第１の光ファイバ部分を覆うフェルールと
を備え、
前記フランジ部は、前記キャピラリ部の外周を覆っており、
前記フランジ部は、前記第１および第２の光ファイバ部分上に設けられており、
前記光ファイバは石英からなり、
前記キャピラリ部は、縦弾性係数５３ＧＰａ以上の負膨張性ガラスセラミックスからなり、
前記フランジ部は、コバールまたはステンレスからなる、フェルール生産物。
一対の端面を有する半導体光増幅器を備える光モジュールに利用されるフェルール生産物であって、
前記一対の端面の一方に光学的に結合されるように設けられた一端部、前記一端部から所定の位置に設けられたグレーティングを含む第１の光ファイバ部分、及び前記第１の光ファイバ部分以外の第２の光ファイバ部分を有する光ファイバと、
前記光ファイバを保持するキャピラリ部及び前記キャピラリ部を保持するフランジ部を有しており前記第１の光ファイバ部分を覆うフェルールと
を備え、
前記フランジ部は、前記キャピラリ部の外周を覆っており、
前記フランジ部は、前記第１および第２の光ファイバ部分に設けられており、
前記光ファイバは石英からなり、
前記フランジ部はコバールからなり、
前記キャピラリ部はジルコニアの線膨張係数より絶対値が小さい正の線膨張係数を有する結晶化ガラスからなる、フェルール生産物。
一対の端面を有する半導体光増幅器と、
請求項１または請求項２に記載されたフェルール生産物と、
所定の軸に沿って配置された搭載部材、管状部材及びフェルールホルダとを備え、
前記半導体光増幅器は前記一対の端面の一方に施された高反射コーティングを含み、
前記半導体光増幅器は前記一対の端面の他方に施された低反射コーティングを含み、
前記半導体光増幅器と前記光ファイバは光共振器を構成しており、
前記搭載部材は、前記所定の軸に交差する平面に沿って伸びる固定面と、前記所定の軸に沿って伸びる搭載面を有し、前記固定面に設けられた支持部とを有しており、
前記半導体光増幅器は前記搭載面上に配置され、
前記管状部材は、前記所定の軸に沿って伸びており、前記搭載部材の前記固定面に固定されている第１の端部及び前記フェルールホルダに固定されている第２の端部を有しており、
前記フランジ部は、前記フェルールホルダの円筒状の内面に沿っており、
前記フェルールホルダは、前記フェルールを前記所定の軸に沿って保持しており、
前記光ファイバは、前記所定の軸に沿って配置されている、光モジュール。