JP3896097B2 - レセプタクル型光モジュール - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レセプタクル型光モジュール、さらに詳しく言えば、光通信における光信号を送信あるいは受信する光モジュールを構成するレセプタクルと光素子の結合部の構成及びそれを用いたレセプタクル型光モジュール置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インターネットや携帯電話の爆発的な普及により、光通信システム網の高速・大容量化が急速に進んでいる。イーサネット（登録商標）を始めとするＬＡＮの世界においても大容量化が本格化しており、2002年には信号速度10Gbit/sのイーサネットの標準化が終了している。そこで用いられる光モジュールには、外部の光ファイバと接続するため、主にＳＣ型、ＬＣ型といった標準の光コネクタが着脱可能なレセプタクルが使用されている。
【０００３】
従来の速度2.5Gbit/s以下の信号に使用できるレセプタクル型光モジュールには、図１に示すようなＣＡＮ型が用いられていた。レセプタクル３４はシェル1、割スリーブ2、ファイバ３３が収容されたフェルール３、ホルダ４で構成され、これにハウジング２６を溝１７で固定する。ＣＡＮパッケージ３６は、電源及び電気信号接続用のピン３５、半導体レーザ２２、レンズ２５が固定され、気密封じのためのキャップ３７で構成され、円筒形のパイプ７を用いて固定箇所１６でレセプタクル３４と固定される。フェルール３がホルダ４に固定され、レセプタクル３４は光送受信器本体（図省略）に固定されるハウジング２６に固定されているため、光コネクタ着脱時の力は直接ＣＡＮパッケージ３６にはかからず、光送受信器本体へ逃げる構造となっている。そのため光コネクタ着脱時の機械強度に優れ、標準の光コネクタとの安定した光結合が得られる。
【０００４】
一方、信号速度10Gbit/s程度の高周波信号を劣化無く伝えることができるレセプタクル型光モジュールとして、図２に示すようなセラミッククパッケージ等を用いた表面実装型のレセプタクル型光モジュールが下記特許文献１及び２等で知られている。なお、特許文献１に記載のものでは、画像認識を使った樹脂固定により光軸調整を不要としているが、前述と同様にリードピンでは高周波信号を特性劣化無く伝送することが困難である。
【０００５】
図２の表面実装型のレセプタクル型光モジュールでは、半導体レーザ２２はＶ溝１５が設けられたＳｉ基板９上に実装され、この実装体はＩＣ１１とともにパッケージ４０内に収容されている。短尺ファイバ５がついたフェルール３はパッケージ４０に固定され、短尺ファイバ５はＳｉ−Ｖ溝基板９のＶ溝１５に固定される。割スリーブ２をフェルール３に挿入し、ハウジング３７をパッケージの勘合構造３８にて固定する。このような表面実装型のレセプタクル型光モジュールでは、パッケージ４０の材料としてセラミックを用いることができるため、インピーダンス整合が取りやすく、信号速度10Gbit/sのようの高周波信号を劣化無く伝えることができる。
【０００６】
しかしながら、フェルール３が直接パッケージ４０に固定されているため、光コネクタ着脱時のストレスがパッケージに伝わり機械的強度に問題がある。また、ハウジング３７も直接パッケージ４０に勘合しているため、光コネクタ着脱時の機械的強度、特に紙面に対して垂直方向の強度に問題がある。さらに、フェルール３から突き出した短尺ファイバ５の長さ製造精度が出ないため、この誤差をフェルール３の搭載位置で吸収することになる。このため光コネクタ側のフェルール３の端面位置に誤差が生じるため、標準の光コネクタとの安定した光結合が困難となる。
【０００７】
本発明に関連する技術が記載された文献として以下のようなものが有る。
【０００８】
【特許文献１】
公開特許公報 特開平８−１２２５８８号
【特許文献２】
公開特許公報 特開２０００−１５５２４１号
【特許文献３】
公開特許公報 特開平１１−２４８９７４号
【特許文献４】
【発明が解決しようとする課題】
図１に示すようなＣＡＮ型では、標準の光コネクタとの安定した光結合及び光コネクタ着脱時の機械的強度は充分であるが、10Gbit/sのようの高周波信号になるとピン３５ではインピーダンス整合が難しく、特性劣化、特に波形劣化を引き起こすという問題がある。また、ＣＡＮパッケージが固定された円筒形のパイプ７とレセプタクル３４を固定箇所１６にて固定する際の位置決めは、半導体レーザ２２を駆動させ、フェルール３内のファイバ３３にレンズ２５を介して結合した光強度をモニタしながら調芯する、いわゆるアクティブ調芯処理が必要なため、組立に時間を要してしまう。
【０００９】
一方、図２に示す従来の表面実装型のレセプタクル型光モジュールでは、フェルール３が固定個所３９で直接パッケージ４０に固定され、またハウジング３７も直接パッケージ４０に勘合しているため、光コネクタ着脱時の機械的強度に問題がある。また、フェルール３から突き出した短尺ファイバ５の長さ製造精度が出ないため、光コネクタ側のフェルール３の端面位置に誤差が生じ、標準の光コネクタとの安定した光結合が困難となる。
【００１０】
従って、本発明の課題は、標準の光コネクタ着脱時の機械強度が強く、安定した光結合が得られ、また組立コストが低く、かつ高周波特性に優れたレセプタクル型光モジュールを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のレセプタクル型光モジュールは、一端から短尺光ファイバが突き出したフェルール、そのフェルールを同軸状に固定するホルダ及び光コネクタを勘合するハウジングを固定する手段をもつレセプタクルと、少なくとも光素子及び上記短尺光ファイバを収納し固定する部品が実装されている光モジュールパッケージとを備え、上記光モジュールパッケージのケースの上記レセプタクルのホルダを固着する固定手段が設けられ、上記レセプタクルが光モジュールパッケージに装着されて構成される。
【００１２】
本発明の好ましい実施形態では、上記光ファイバを固定する部品としてＳｉ基板に形成されたＶ溝を用い、この基板には光素子を実装する。また、上記Ｓｉ基板には、フェルールの一端から突き出した短尺光ファイバの軸方向の位置決め、固定するための突き当て構造、あるいはマーカーを備えたＶ溝が形成される。
さらに、光モジュールパッケージに、上記基板の実装位置を決めるための突き当て構造、あるいは勘合構造、あるいはマーカーを備える。
本発明の光モジュールは、少なくとも送信あるいは受信モジュールとして用いる光送受信器に使用される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を実施例により説明する。
＜実施例１＞
図３及び図４は、それぞれ本発明によるレセプタクル型光モジュールの第１の実施例の構成を示す上面図及び側断面図である。本実施例では、レセプタクル部に固定された短尺光ファイバ付きのフェルールを有し、上記短尺光ファイバを固定するホルダがパッケージに実装される。各図に示すように、金属製のシェル1、割スリーブ２、短尺ファイバ５が突き出たフェルール３及び金属製のホルダ４でレセプタクル６を構成し、フェルール３はレセプタクル６のホルダ４の内壁に圧入固定した。パッケージ１３はインピーダンス整合が容易で高周波特性の優れたセラミックで構成し、電源及び電気信号を伝える電気端子１２、レセプタクル６と勘合する円筒形の金属パイプ７及びＳｉ基板９の位置を正確に搭載するためのＬ字状の突き当て構造８を備え付けた。Ｓｉ基板９には、短尺ファイバ５を固定する手段として化学エッチングにより形成したＶ溝１５と、ダイシングにより形成した短尺ファイバ５の挿入方向の位置を決める突き当て溝１４及び半導体レーザ等の光素子を実装するための電極を備え付けた。
【００１４】
実装工程は、まずＶ溝を設けたＳｉ基板９上に半導体レーザ１０をアライメントマーカを使ったパッシブアライメント法で位置合わせし、ＡｕＳｎ半田を用いて接続した。次に半導体レーザ１０を搭載した基板９をＬ字状の突き当て構造８に押し当て、パッケージ１３に固定した。その後、ＩＣ１１を実装し、ワイヤボンディングにより、電気的な接続を行った。
【００１５】
図５は、上記実施例のレセプタクルをパッケージ１３に実装する様子を示す上面図である。同図に示すように、レセプタクル６をパッケージ１３に固定されたパイプ７に挿入した。パッケージ１３内に実装されたＳｉ基板９のＶ溝１５に短尺ファイバ５滑らしながら突き当て構造１４まで挿入し、短尺ファイバ５が突き当たったところで紫外線硬化樹脂で固定した。その後、固定箇所１６でレセプタクル６とパイプ７をＹＡＧにて固定した。図４の断面構造に示すように、最後に金属蓋１８をパッケージ１３に固定した。
【００１６】
本実施例の光モジュールに対し、標準の光コネクタの着脱を１０００回行ったが、変形や劣化は認められず、良好な機械強度が得られた。光コネクタとして、ＳＣ型、ＭＵ型、ＬＣ型等のコネクタやその他特殊コネクタを用いても同様である。また、光出力変動も着脱１０００回前後で認められなかった。さらに信号速度10Gbit/sの電気信号を接続したところ良好な光変調特性が得られた。
本実施例では光素子に半導体レーザを用いたが、受光素子等の光素子を用いても同様の効果が得られる。また、基板にＳｉを用いたが、ガラスを使用しても同様の効果が得られる。なお、光素子搭載基板９は、実施例３（図９）や実施例４（図１０）で説明するように、複数の光導波路と半導体レーザを搭載したり、さらに、溝にレンズを実装しても良い。
＜実施例２＞
図６及び図７は、それぞれ本発明によるレセプタクル型光モジュールの第２の実施例の構成を示す上面図及び側断面図である。各図において図３及び図４の構成要素と実質的に同じ部分には同じ番号を付して、詳細な説明を省く。尚、以下の実施例についても同様である。
本実施例は、レセプタクル型光モジュールで、レセプタクル部に固定された短尺光ファイバ付きのフェルールを有し、短尺の光ファイバを固定する部品がパッケージに実装された、特にレセプタクル部とパッケージとが上方から挿入、勘合可能な実施例である。
【００１７】
金属製のシェル1、割スリーブ２、短尺ファイバ５が突き出たフェルール３、勘合構造２０を有する金属製のホルダ４１でレセプタクル４２を構成し、フェルール３はレセプタクル６のホルダ４の内壁に圧入固定した。パッケージ１３はインピーダンス整合が容易で高周波特性の優れたセラミックで主に構成し、電源及び電気信号を伝える電気端子１２、レセプタクル４２と勘合する凹状の勘合構造１９及びＳｉ基板９の位置を正確に搭載するためのＬ字状の突き当て構造８を備え付けた。Ｓｉ基板９には、短尺ファイバ５を固定する手段として化学エッチングにより形成したＶ溝１５と、ダイシングにより形成した短尺ファイバ５の挿入方向の位置を決める突き当て溝１４、及び半導体レーザ等の光素子を実装するための電極を備え付けた。
【００１８】
図８は、第２の実施例のレセプタクル４２をパッケージ１３に実装する様子を示す上面図である。第２の実施例の実装工程は、まずＳｉ基板９上に半導体レーザ１０をアライメントマーカ使ったパッシブアライメント方で位置合わせし、ＡｕＳｎ半田を用いて接続した。次に半導体レーザ１０を搭載したＳｉ基板９をＬ字状の突き当て構造８に押し当て、パッケージ１３に固定した。その後、ＩＣ１１を実装し、ワイヤボンディングにより、電気的な接続を行った。
【００１９】
次に図８に示すように、レセプタクル４２の勘合構造２０とパッケージ１３の勘合構造１９は互いに勘合し、レセプタクル４２をパッケージ１３の上方から挿入した。この際の勘合には若干の隙間があり、位置を調整することができる。パッケージ１３内に実装されたＳｉ基板９のＶ溝１５に短尺ファイバ５滑らしながら突き当て構造１４まで挿入し、短尺ファイバ５が突き当たったところで紫外線硬化樹脂で固定した。その後、勘合構造２０と勘合構造１９を固定した。図７の断面構造に示したように、最後に金属蓋１８をパッケージ１３に固定した。
【００２０】
第２の実施例の光モジュールに対し、標準の光コネクタの着脱を１０００回行ったところ、変形や劣化は認められず、良好な機械強度が得られた。光コネクタとして、ＳＣ型、ＭＵ型、ＬＣ型等のコネクタやその他特殊コネクタを用いても同様である。また、光出力変動も着脱１０００回前後で認められなかった。さらに信号速度10Gbit/sの電気信号を接続したところ良好な光変調特性が得られた。
【００２１】
本実施例では光素子に半導体レーザを用いたが、受光素子等の光素子を用いても同様である。また、Ｖ溝基板にＳｉを用いたが、ガラス等でも同様の効果が得られる。
＜実施例３＞
図９は、本発明によるレセプタクル型光モジュールの第３の実施例の構成を示す上面図である。本実施例では光素子搭載基板として光導波路２１と半導体レーザ２２が複数搭載され、Ｖ溝１５を有する搭載基板を用いたものである。他の構成要素は図６のものと同じである。
＜実施例４＞
図１０は本発明によるレセプタクル型光モジュールの第４の実施例の構成を示す上面図である。本実施例では、溝２４にレンズ２５実装し、半導体レーザ２２が搭載され、Ｖ溝１５を有するＳｉ搭載基板２３を用いている。他の構成要素は図６のものと同じである。
＜実施例５＞
図１１は本発明の光モジュール用いて光送受信器を構成した一実施例の上面構造図である。２連のＳＣ型光コネクタのハウジング２７に、前記第１ないし実施例第４のいずれかの光送信モジュール２８及び光受信モジュール２９が固定されている。
同図に示すように、光モジュールのレセプタクル６に設けられたハウジング固定構造１７にＳＣ型光コネクタのハウジング２７を固定する。図１２の上面構造図は２連のＳＣ型光コネクタのハウジング２7に適用した例である。上記光送受信器を図１２に示すように、ＩＣ３０、ＩＣ３１等の複数の電子部品や電気コネクタピン３２が備わっている実装基板３３上にな光送受信器に実装光送受信装置を構成した。
【００２２】
本光送受信器に対し、標準の光コネクタの着脱を１０００回行結果、変形や劣化は認められず、良好な機械強度が得られた。光コネクタとして、ＭＵ型、ＬＣ型等のコネクタやその他特殊コネクタを用いても同様である。また、光出力変動も着脱１０００回前後で認められなかった。さらに信号速度10Gbit/sでの動作を確認したところ良好な伝送特性が得られた。
【００２３】
【発明の効果】
本発明のレセプタクル型光通信モジュール及光送受信器を用いれば、光コネクタ脱着時の機械的ストレスが抑制され、高い信頼性が得られ、かつ良好な高周波特性が得られる。また、組立時においては、アクティブ調芯工程が不要で、突き当て工程やマーカアライメントといったパッシブアライメント方法での組立てが可能となり、組立時間が短く、低コスト化ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来光モジュールの断面図
【図２】従来光モジュールの上面図
【図３】本発明による光モジュールの第１の実施例の上面図
【図４】本発明による光モジュールの第１の実施例の断面図
【図５】本発明による光モジュールの第１の実施例の実装工程を説明する為の分解上面図
【図６】本発明による光モジュールの第２の実施例の上面図
【図７】本発明による光モジュールの第２の実施例の断面図
【図８】本発明による光モジュールの第２の実施例の実装工程を説明する為の分解上面図
【図９】本発明による光モジュールの第３の実施例の上面図
【図１０】本発明による光モジュールの第４の実施例の上面図
【図１１】本発明による光モジュールを使用した光送受信器の一実施例の上面構造図
【図１２】図１１の光送受信器を実装した光送受信装置の実施例の上面図
【符号の説明】
１…シェル、２…割スリーブ、３…フェルール、４…ホルダ、５…短尺ファイバ、６…レセプタクル、７…パイプ、８…突き当て構造、９…Ｓｉ基板、
１０…半導体レーザ、１１…ＩＣ、１２…電気端子、１３…パッケージ、
１４…突き当て溝、１５…Ｖ溝、１６…固定箇所、１７…固定構造、
１８…金属蓋、１９…勘合構造、２０…勘合構造、２１…光導波路、
２２…半導体レーザ、２３…Ｓｉ搭載基板、２４…溝、２５…レンズ、
２６…ハウジング、２７…２連ハウジング、２８…光送信モジュール、
２９…光受信モジュール、３０…ＩＣ、３１…ＩＣ、３２…電気コネクタピン、
３３…ファイバ、３４…レセプタクル、３５…ピン、３６…ＣＡＮパッケージ、
３７…ハウジング、３８…勘合構造、３９…固定個所、
４０…パッケージ、４１…ホルダ、４２…レセプタクル。

Claims (2)

1. 一端から短尺光ファイバが突き出したフェルール、上記フェルールを同軸状に固定するホルダ及び光コネクタを勘合するハウジングを固定する手段をもつレセプタクルと、少なくとも光素子及び上記短尺光ファイバを収納し固定する部品が実装さている光モジュールパッケージとを備え、上記光モジュールパッケージのケースに上記レセプタクルの上記ホルダを固着する固定手段が設けられ、上記レセプタクルが上記光モジュールパッケージに装着され、かつ、上記固定手段は上記ホルダの上記短尺光ファイバ側外周の形状と一致する内面をもつ金属で構成され、上記ケースに一体的に設けて構成されたことを特徴とする光モジュール。
2. 上記ホルダの上記短尺光ファイバ側外周に突起が設けられ、上記固定手段が上記ケースの一部に上記突起と勘合する溝を有し、かつ上記ホルダ先端部を挿入する穴で構成されたことを特徴とする請求項１記載の光モジュール。

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