JP3923374B2

JP3923374B2 - 受光素子モジュール

Info

Publication number: JP3923374B2
Application number: JP2002171568A
Authority: JP
Inventors: 弘伊藤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2002-06-12
Filing date: 2002-06-12
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2022-06-12
Also published as: JP2004022589A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は導波管を出力部とする受光素子モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
フォトダイオードに代表される受光素子は、光信号を電気信号に変換する機能を有し、光通信や光計測など、さまざまな分野で幅広く使われている。近年、特に高周波域への応用が広がってきており、それに伴い、出力端子の特性（帯域）も、より高周波の信号に対応したものが求められている。実用的に広く用いられている同軸タイプのコネクタは、周波数帯域がおおむね１００ＧＨｚ程度までのものしか市販されておらず、それ以上の高周波域では、導波管出力型が必須となる。しかし、導波管出力型の受光素子は極めて特殊なものであるため、一般的な製品としては技術が確立されていなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ごく一部の例として、例えば図２（ａ）および図２（ｂ）〔図２（ａ）のＡ−Ａ−Ａ断面図〕に示すように、一体形成された導波管ブロック２２〔ただし、実装のため二つに分割できる構成になっている〕に電気実装された受光素子に対し、光ファイバを導波管ブロック２２に接着２６することにより、光実装を実現している例がある。しかし、このような「接着」により光ファイバを固定する形態では、長期間の光結合の安定性、信頼性を確保することは困難であるため、実用には向いていない。これに対し、一般にはＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet：イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザー溶接で実装部材を固定する方法が多く用いられているが、標準的な導波管ブロック２２は寸法や重量が大きく、通常用いられる実装用の溶接装置のモジュール保持部に装着することは困難であるばかりでなく、導波管ブロック２２そのものが一体形成されているため、実装作業の途中で作業誤りなどが生じた場合には、導波管ブロック２２全体を破棄せざるを得ないという問題があり、さらに導波管ブロック２２の熱容量が大きいために溶接が困難であるという問題がある。
【０００４】
本発明の目的は、上記従来技術における問題点を解消するものであって、従来の実装用の溶接装置の使用が可能で、かつ実装工程を途中で変更することができる導波管出力型の受光素子モジュールを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は特許請求の範囲に記載のような構成とするものである。すなわち、
請求項１に記載のように、導波管出力端子を有する受光素子モジュールにおいて、少なくとも受光素子と、上記受光素子の出力端子と導波管とを電気的に接続する変換部と、上記受光素子に光信号を集光させるレンズ、およびレンズ保持部とが搭載された導波管型キャリア部と、上記導波管型キャリア部上に設置された導波管ショート端部と、上記導波管型キャリア部および導波管ショート端部を内包する筐体を設け、上記筐体には導波管出力端子を備え、かつ光信号入力用の光ファイバを結合する光ファイバ保持部を設けた受光素子モジュールとするものである。
【０００６】
また、請求項２に記載のように、請求項１において、上記導波管型キャリア部、導波管ショート端部および筐体は、それぞれ独立した部材を用いて構成された受光素子モジュールとするものである。
【０００７】
また、請求項３に記載のように、請求項１または請求項２において、上記受光素子の出力端子と導波管とを電気的に接続する変換部と、上記受光素子とを一体に構成した受光素子モジュールとするものである。
【０００８】
本発明は、導波管出力端子を有する受光素子モジュールにおいて、受光素子と、上記受光素子の出力端子と導波管とを電気的に接続する変換部と、上記受光素子に光信号を集光させるレンズ、およびレンズ保持部とが搭載された導波管型キャリア部と、上記導波管キャリア部上に設置された導波管ショート端部と、上記導波管型キャリア部および導波管ショート端部を内包する筐体よりなり、かつ上記筐体には導波管出力端子を有し、光信号入力用の光ファイバを結合してなる受光素子モジュールである。このような構成とすることにより、従来の実装用の溶接装置が使用可能で、かつ実装工程を途中で変更することができ、さらにレンズを実装することも可能である。
【０００９】
また、本発明では上記受光素子の出力端子と導波管とを電気的に接続する変換部と、上記受光素子とを一体に形成していることで、さらに簡易で高周波特性の良い受光素子モジュールを実現することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例を挙げ、図面を用いてさらに詳細に説明する。受光素子の一例として、高速性、高出力性に優れるＵＴＣ−ＰＤ（Uni-Trave1ing-CarrierPhotodiode）と呼ばれるフォトダイオード（特開平９−２７５２２４号公報）を用いた場合を示す。
図１（ａ）は、本実施の形態で例示する受光素子モジュールの断面構造を示す模式図であって、１は受光素子であるInP/InGaAsUTC-PD、２は短冊状の石英基板上に電極パタンを形成して作製した受光素子と導波管を電気的に接続する変換部、３は導波管型キャリア部、４は導波管ショート端部、５はレンズ、６はレンズ保持部、７は筐体である。筐体７は気密封止に対応した二つの窓８および窓９を有し、それぞれ光信号入力用の光ファイバ１０、および電気信号出力用の導波管接続用フランジ１１を結合可能な構造としている。
【００１１】
ここで、導波管型キャリア部３は、図１（ｂ）に示すような構造となっており、変換部２、受光素子１、レンズ５およびレンズ保持部６が搭載されている。また、上記レンズ５は、あらかじめ受光素子１に対し光学結合が実現されるように実装されている。この実装は、導波管型キャリア部３を筐体７へ接合する前に行うため、仮に実装誤りが生じたとしても、この部分だけを破棄するだけで良く、他の部材が無駄にならない。また、レンズ保持部６は保持板とスリーブを用いてレンズ５を３軸方向に位置調整可能な構成としているが、同様に３軸方向の位置調整を実現できれば、他の構成であっても構わない。レンズ５およびレンズ保持部６は、位置調整後にキャリア部３に対しＹＡＧレーザー溶接で固定されているので、安定性、信頼性に優れている。
【００１２】
次に、上記導波管型キャリア部３を筐体７内に搭載する。そして、導波管ショート端部４を導波管型キャリア部３上に接合させる。導波管ショート端部４は、変換部２による導波管への電気接続特性を最適化するためのものであり、その導波管長を最適化する必要がある。このショート端部の導波管長が可変となる可動式の構成とすることも効果的である。その場合は、筐体７の上部の蓋を溶接する前に、モジュールの特性を評価しながら導波管長を調整し、最適位置で固定することができる。このようにすれば、異なる導波管長のショート端部をあらかじめ用意したり、それらを交換するという必要が無くなる。
【００１３】
本実施の形態の構成では、導波管ショート端部４と導波管型キャリア部３との接合は、例えばガイドピンを使用したビス止めを用いており、実装後でも繰り返し交換することが可能である。
ここで重要なことは、上記筐体７が、通常の受光素子用のモジュール筐体と共通の形状、寸法を有するようにできることである。このように構成することで、一般に用いられている実装用の溶接装置を使用することが可能になる。
次に、光ファイバ１０を筐体７に接合させる。ここでも光ファイバ保持部１２は３軸方向に位置調整可能な構成となっており、最終的な光結合を実現した後、ＹＡＧレーザー溶接により固定される。
【００１４】
最後に、筐体７上部の蓋を希ガス中で溶接することで〔図１（ａ）は溶接後の形態を示している〕、気密封止を実現する。気密封止は、素子の信頼性の上で重要であるが、使用目的によっては省略することもできる。気密封止が不要な場合は、窓材８および窓材９を用いなくても良い。さらに、必要に応じて、筐体７の導波管出力部に、一般的な導波管接続用フランジなどの接続用フランジ１１をネジ止めにより接合させることもできる。この導波管接続用フランジ１１の形態は、さまざまなものを選ぶことができるし、目的に応じては、筐体７を他の機器に直接接合させることで、導波管接続用フランジ１１を省略することも可能である。
【００１５】
このようにして作製された受光素子モジュールは、部材の固定にＹＡＧレーザー溶接を用いているので安定性、信頼性に優れ、一般的な形状、寸法の筐体を使用しているため、従来の実装用溶接装置等を用いることができ、導波管型キャリア部３、導波管ショート端部４、筐体７がそれぞれ独立の部材を用いて構成されているため、実装工程を途中で変更することなどが可能となり、部材の有効利用を図ることができる。
【００１６】
上記実施の形態では、受光素子１と変換部２を独立の構成としたが、両者がモノリシックに一体形成されたものであっても良いことは言うまでもなく、その方が構成が簡単になり、特性も向上する。また、光入力端子としては通常の光ファイバを用いたが、先球ファイバ、レンズ付きファイバなど他の形態のものを用いることもできる。さらに、上記実施の形態では１枚レンズ系の例を示したが、２枚レンズ系など、他の光学結合形態を用いても良い。なお、この実施の形態では直流バイアス用の配線等は図面が煩雑になるのを避けるため省略して記載している。また、受光素子としてはＵＴＣ−ＰＤを用いたが、ｐｉｎ接合ダイオードなど、他の素子を用いることもできる。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は導波管型キャリア部、導波管ショート端部、および筐体を独立した部材で構成することで、従来に比べ、安定性、信頼性に優れ、また、従来の実装用溶接装置を用いることができ、実装工程を途中で変更することも可能となり、部材の有効利用を図ることができるという利点があり、結果として実用的な導波管出力型の受光素子モジュールを実現できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、本発明の実施の形態で例示した受光素子モジュールの断面構造を示す図で、図１（ｂ）は、導波管型キャリア部の構成を示す斜視図。
【図２】図２（ａ）は、従来の受光素子モジュールの構成を示す斜視図で、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ−Ａ断面図。
【符号の説明】
１…受光素子
２…変換部
３…導波管型キャリア部
４…導波管ショート端部
５…レンズ
６…レンズ保持部
７…筐体
８…窓
９…窓
１０…光ファイバ
１１…導波管接続用フランジ
１２…光ファイバ保持部
１３…導波管
１４…導波管出力端子
１５…レンズ５およびレンズ保持部６が搭載される箇所
２０…受光素子
２１…変換部
２２…導波管ブロック
２３…導波管出力端子
２４…導波管割り面
２５…光ファイバ
２６…接着剤
２７…ネジ穴

Claims

導波管出力端子を有する受光素子モジュールにおいて、少なくとも受光素子と、上記受光素子の出力端子と導波管とを電気的に接続する変換部と、上記受光素子に光信号を集光させるレンズ、およびレンズ保持部とが搭載された導波管型キャリア部と、上記導波管型キャリア部上に設置された導波管ショート端部と、上記導波管型キャリア部および導波管ショート端部を内包する筐体を備え、上記筐体には導波管出力端子を具備し、かつ光信号入力用の光ファイバを結合する光ファイバ保持部を設けてなることを特徴とする受光素子モジュール。
請求項１において、上記導波管型キャリア部、導波管ショート端部および筐体は、それぞれ独立した部材を用いて構成されることを特徴とする受光素子モジュール。
請求項１または請求項２において、上記受光素子の出力端子と導波管とを電気的に接続する変換部と、上記受光素子とを一体に構成してなることを特徴とする受光素子モジュール。