JP4039564B2

JP4039564B2 - Optical module assembling apparatus and optical module assembling method

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Publication number: JP4039564B2
Application number: JP2003071303A
Authority: JP
Inventors: 明大木; 安弘鈴木; 夏樹佐藤; 吉広島田; 守弥奈良; 信二長友
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2003-03-17
Filing date: 2003-03-17
Publication date: 2008-01-30
Anticipated expiration: 2023-03-17
Also published as: JP2004279751A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバと光部品（発光素子、レンズ）からなる光モジュールの組立て装置及び組立て方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信網の構成要素である光信号送信用の光モジュールとして、ＤＦＢ（分布帰還型）−ＬＤ、ＦＰ（ファブリ−ペロー）−ＬＤを用いた光モジュールがある。これらの光モジュールうち中継局と加入者を結ぶ光モジュールでは、伝送距離が短くなる反面、低コスト化が求められており、光アイソレ一タ等の光学部品を省くことで低コスト化が行われていた。ところが、光アイソレ一タ等の光学部品がないために、光ファイバ端面での反射光の戻りを抑制する必要があり、そのため、光ファイバ端面を斜めに研磨したシングルモード光ファイバ（以下、斜め研磨ＳＭＦと呼ぶ。）４１を光モジュールの構成部品として用いている。図７に、斜め研磨ＳＭＦ４１を用いた従来の光モジュールの組立て方法の概略を示す。
【０００３】
一方、光モジュールを構成する光モジュール筐体４２の組立てにおいても、低コスト化のため、発光素子である半導体レーザーダイオード（以下ＬＤと略す。）４３とレンズ４４の配置を、パッシブアライメントを用いて行っており、光モジュール筐体４２のＬＤ４３から放射される光ビームが光軸４５（Ｚ軸方向）に来ることは極めて稀である。光ビームは、光軸４５に対して角度θ、Ｘ軸に対して角度Φを通常有しており、例えば、図７に示すように、光ビーム４６（図７中の実線）の方向（角度θ₁、Φ₁）に傾く場合や光ビーム４７（図７中の点線）の方向（角度θ₂、Φ₂）に傾く場合等がある。このようにランダムな方向に傾いた光ビーム４６と斜め研磨ＳＭＦ４１間の光結合は、角度θはもとより角度Φと斜め研磨ＳＭＦ４１の研磨方向とが成す角度に結合効率が大きく依存し、斜め研磨ＳＭＦ４１もしくは光モジュール筐体４２を、回転軸４８（斜め研磨ＳＭＦ４１又は光モジュール筐体４２の回転軸）を中心に回転させて最適な結合状態を見出す必要があった。
【０００４】
斜め研磨ＳＭＦ４１、ＬＤ４３、レンズ４４を主な構成部品とする光信号送信用の光モジュールを組み立てる場合、図７に示すような従来の光モジュールの組立て方法では、光ビーム４６の傾く角度θ、Φを自動的に検出する機能が無く、かつ光モジュール筐体４２のＬＤ４３から放射される光ビームもしくは斜め研磨ＳＭＦ４１のコアの中心が、回転軸４８と一致することは極めて稀であるため、斜め研磨ＳＭＦ４１もしくは光モジュール筐体４２を１０°程度の角度で回転する毎に調芯（ＸＹＺ−３軸）を行い、この回転と調芯を光結合が最大となるまで繰り返す工程が行われていた。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２８１５０１号公報（第４−８頁、第１−７図）
【非特許文献１】
“ＹＡＧ接続自動調芯装置ＵＦＡ−１１２”、[online]、[平成１４年１０月１８日検索]、インターネット<URL:http://www.toshiba-machine.co.jp/opt/ufa_112/ufa112.html>
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記方法又は上記文献での方法では、光軸に対する光ビームの傾きθを算出せずに調芯を行うため、最大の光結合効率が得られるまでに、平均して１０回程度の回転及び調芯の工程を繰り返して最適位置を見つけ出す必要があり、ＬＤ−レンズ−斜め研磨ＳＭＦの調芯工程に要する時間を長大化し、光信号送信用の光モジュールの生産性を低下させ、組立てコストの削減を妨げる要因となっていた。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、光モジュールの組み立てにおける調芯工程に要する時間を著しく短縮し、その生産性と歩留まりを向上させる光モジュール組立て装置及び光モジュールの組立て方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明に係る光モジュール組立て装置は、端面が斜めに研磨されたシングルモード光ファイバを保持する光ファイバ保持手段と、光ビームを放射するファブリ−ペローレーザダイオードと光ビームを集光するレンズとを備えた光モジュール筐体を保持する光モジュール筐体保持手段と、光ファイバ保持手段と光モジュール筐体保持手段を移動させて、シングルモード光ファイバと光モジュール筐体とを自動調芯する移動手段と、シングルモード光ファイバと光モジュール筐体とを接合固定する接合固定手段とを有し、直径３０μｍ以上の有効な受光面、又は５０μｍ以上のコア径を有するマルチモード光ファイバを介して接続される直径５０μｍ以上の有効な受光面を有し、レンズを通過した光ビームの強度を検出する光ビーム検出手段と、光ビーム検出手段を用いて、ファブリ−ペローレーザダイオードの光軸に対する光ビームの角度を自動的に検出する角度検出手段と、シングルモード光ファイバの端面における光ビームの光結合が最大になるように、光ファイバ保持手段と光モジュール筐体保持手段を、角度検出手段により検出した光ビームの角度に応じて自動的に回転移動する回転配置手段とを備えたことを特徴とする。
本発明では、回転配置手段を用いて光ビームの角度に応じた角度に、シングルモード光ファイバと光モジュール筐体とを配置し、そして、移動手段を用いて自動調芯した後、シングルモード光ファイバと光モジュール筐体とを接合固定手段により接合固定する。
【００１０】
上記課題を解決する本発明に係る光モジュール組立て装置は、角度検出手段が、ファブリ−ペローレーザダイオードの光軸方向に、互いに５０μｍ以上離れた少なくとも２つ以上の位置にて、光ビーム検出手段が最大の受光強度を得る座標を光軸に垂直な平面内で自動調芯して取得し、取得した２つ以上の座標からファブリ−ペローレーザダイオードの光軸に対する光ビームの角度を自動算出するものであり、例えば、制御用コンピュータを用いて上記角度検出手段の機能を実現する。
【００１１】
上記課題を解決する本発明に係る光モジュールの組立て方法は、端面が斜めに研磨されたシングルモード光ファイバを、光ビームを放射するファブリ−ペローレーザダイオードと光ビームを集光するレンズとを備えた光モジュール筐体に接合固定する際に、直径３０μｍ以上の有効な受光面を有する光ビーム検出手段、又は５０μｍ以上のコア径を有するマルチモード光ファイバを介して接続される直径５０μｍ以上の有効な受光面を有する光ビーム検出手段を用いて、レンズを通過した光ビームの強度を検出して、ファブリ−ペローレーザダイオードの光軸に対する光ビームの角度を自動的に検出し、シングルモード光ファイバの端面における光ビームの光結合が最大になるように、シングルモード光ファイバと光モジュール筐体の互いの配置を、検出された光ビームの角度に応じて自動的に回転移動して、シングルモード光ファイバと光モジュール筐体を自動調芯した後、接合固定することを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する本発明に係る光モジュールの組立て方法は、ファブリ−ペローレーザダイオードの光軸方向に、互いに５０μｍ以上離れた少なくとも２つ以上の位置にて、光ビームの最大の受光強度を得る座標を光軸に垂直な平面内で自動調芯して取得し、取得した２つ以上の座標からファブリ−ペローレーザダイオードの光軸に対する光ビームの角度を自動算出することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に係る光モジュールの組立て装置及び組立て方法は、端面が斜めに研磨されたシングルモード光ファイバ（以下、斜め研磨ＳＭＦと呼ぶ。）と光モジュール筐体（半導体レーザーダイオード等の発光素子、レンズ）からなる光モジュールを組み立てる際に、少なくとも２箇所の位置において、レンズからの光ビームを光センサ等により感知してその位置を求め、そして光ビームの傾きを算出して、斜め研磨ＳＭＦと光モジュール筐体との光結合が最大となるように、斜め研磨ＳＭＦもしくは光モジュール筐体の配置を自動調芯する点が特徴である。図１に、上記特徴を有する本発明に係る光モジュールの組立て方法の概要を示す。
【００１５】
図１に示すように、本発明に係る光モジュールの組立て方法では、斜め研磨ＳＭＦ１の研磨方向をＸ軸に沿うように配置して、光ファイバ保持手段であるファイバホルダ２に固定する。続いて、光ビーム放射手段であるレーザーダイオード（以下ＬＤと略す。）３と、その上部に配置された集光用のレンズ４とを備えた光モジュール筐体５を決められた位置にセットした後、所定の位置において、光ビーム検出手段である光センサ６が最大の受光強度を得られるようにＸ−Ｙ平面内で自動調芯して、その位置（Ｘ_l、Ｙ_l、Ｚ_l）を求め、更に、所定の位置からＺ方向に少なくとも５０μｍ以上離れた位置において、再び光センサ６が最大の受光強度を得られるようにＸ−Ｙ平面内で自動調芯して、その位置（Ｘ₂、Ｙ₂、Ｚ₂）を求める。つまり、光センサ６によりＬＤ３の光軸に対する光ビーム７の角度を検出する角度検出手段として、互いにＺ方向に５０μｍ以上離れた少なくとも２箇所の位置において、各々のＸ−Ｙ平面内で光センサ６が最大の受光強度を得る各々の位置を求め、得られた光センサ６の各々の座標（Ｘ_l、Ｙ_l、Ｚ_l）、（Ｘ₂、Ｙ₂、Ｚ₂）から、下記数式（１）、（２）を用いて、ＬＤ３より放射された光ビーム７と光軸８（Ｚ軸方向）との角度θ及び光ビーム７とＸ軸との角度Φを算出する。そして、これらの角度θ、Φに応じて、斜め研磨ＳＭＦ１と光ビーム７との光結合が最大となる配置まで光モジュール筐体５もしくは斜め研磨ＳＭＦ１を回転する。
【数１】

【数２】

【００１６】
そして、斜め研磨ＳＭＦ１の回転後に光モジュール筐体５−斜め研磨ＳＭＦ１間の最後の調芯工程を行い、斜め研磨ＳＭＦ１を光モジュール筐体５に接合固定されて、光モジュールは完成する。この時、斜め研磨ＳＭＦ１は、斜め研磨ＳＭＦ１を保持するフェルールとフェルールを可動に支持するカラーを用いて光モジュール筐体へ接合固定されるため、算出された角度θ、Φに応じた傾きで光モジュール筐体に接合固定することができる。
【００１７】
上記本発明に係る光モジュールの組立て方法を用いることで、光モジュールの組立てに要する調芯工程を３回程度にまで減少することができる。さらに、角度検出時に受光面の大きな光センサもしくはマルチモードファイバ（以下ＭＭＦと略す。）に接続された光センサを用いることで、レンズの収差の影響を取り除くことができ、かつ角度検出用の２回の調芯工程を短時間化でき、従来の斜め研磨ＳＭＦを用いた調芯工程２回分程度の時間で最適な光結合を実現することができる。
【００１８】
以下に本発明の具体的な実施形態例を、図を参照して説明する。本実施例は、本発明を示す一つの例示であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行うことが可能である。
【００１９】
又、本実施例においては、光モジュール筐体としてボールレンズ付きのＴＯ−ＣＡＮパッケージ（以下ＴＯ−ＰＫＧと略す。）を、光源として光ビーム放射手段であるＦＰ−ＬＤを用いて、光信号送信用の光モジュールを組み立てる場合を説明する。なお、本実施例で用いるＴＯ−ＰＫＧでは、光軸上にＬＤ−レンズ−ファイバが整列した場合、レンズ−ファイバ間距離５．２ｍｍで最適な光結合が得られるようにレンズ特性及びＬＤ−レンズ間距離が設計されている。光モジュールを構成する光モジュール筐体に関しても、上記ＴＯ−ＰＫＧに限定するものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の光モジュール筐体に適用可能である。
【００２０】
図２は、本発明に係る光モジュール組立て装置で用いるＴＯ−ＰＫＧの組立ての概要を示す図である。
図２に示すように、ＴＯ−ＰＫＧ１０では、金メッキを施したＬＤ搭載部１１上に、発振波長１３００ｎｍ帯のＦＰ−ＬＤチップ１２が、アライメントマーカに合わせて搭載され、ＡｕＳｎ半田により固定される。続いて、ＦＰ−ＬＤチップ１２の光ビームの射出方向の後方側には、パワーモニタ用フォトダイオード（以下モニタＰＤと略す）１３がＰｂＳｎ半田により固定される。ＬＤ搭載部１１は、ＴＯ−ＰＫＧ１０及びグランド端子１４と電気的に接続され同電位となっている。次に、ＦＰ−ＬＤチップ１２の表面が、ワイヤボンダを用いた金線１５によりＴＯ−ＰＫＧ１０の２番端子１６と接続され、同様に、モニタＰＤ１３の陰極、陽極も、それぞれＴＯ−ＰＫＧの３番端子１７、４番端子１８ヘワイヤボンダを用いた金線１５により接続される。その後、ボールレンズ１９付きのキャップ２０がＴＯベース２１に固定されてＴＯ−ＰＫＧ１０の組み立てが完成する。更に、このＴＯ−ＰＫＧ１０に斜め研磨ＳＭＦが調芯され、そして接合固定されて光モジュールが完成することとなる。
【００２１】
そこで、上記ＴＯ−ＰＫＧ１０と斜め研磨ＳＭＦを調芯、接合固定する本発明に係る光モジュール装置を、図面を用いて説明し、更にその組立て方法を説明する。
【００２２】
図３は、本発明に係る実施形態の一例を示す光モジュール組立て装置の概略図であり、図４は、本発明に係る光モジュール組立て装置のＰＫＧホルダ、ファイバホルダ部分の拡大図である。
【００２３】
図３に示すように、本発明に係る光モジュール組立て装置は、組み立てられたＴＯ−ＰＫＧ１０を保持する光モジュール筐体保持手段であるＰＫＧホルダ２２と、斜め研磨ＳＭＦ２３を保持する光ファイバ保持手段であるファイバホルダ２４とを有し、ファイバホルダ２４には、斜め研磨ＳＭＦ２３の配置に合わせて光ビーム検出手段である角度検出用ＰＤ２５が配設されている。ＰＫＧホルダ２２には、ＬＤ駆動電源２６が接続されており、図２において示したＴＯ−ＰＫＧ１０のグランド端子１４と２番端子１６に通電して、ＦＰ−ＬＤチップ１２を発光させるようになっている。ファイバホルダ２４は、ＸＹＺ−３軸方向各々に移動可能であり、自動調芯のための移動手段であるゴニオメータ２７に保持されており（３軸のうち１軸は図示されていない）、ＰＫＧホルダ２２は、θ方向及びΦ方向各々に移動可能であり、回転移動して自動調芯を行う回転配置手段であるゴニオメータ２７に保持されている。又、ＴＯ−ＰＫＧ１０及び斜め研磨ＳＭＦ２３の両側には、斜め研磨ＳＭＦ２３のフェルール及びカラーをＴＯ−ＰＫＧ１０に接合して固定する接合固定手段であるＹＡＧ溶接レーザヘッド２８が配設され、ＴＯ−ＰＫＧ１０及び斜め研磨ＳＭＦ２３の周囲を回転して接合を行っている。これらの機器は、制御用コンピュータ２９により自動的に制御されて、調芯、接合固定を行っている。
【００２４】
又、図４において詳細に示してあるように、斜め研磨ＳＭＦ２３の先端部には研磨方向を示すマーカ３０が付けてあり、これをファイバホルダ２４のマーカ３１に合わせることで、斜め研磨ＳＭＦ２３の端面の斜め研磨の方向とＸ軸方向が一致する。又、角度検出用ＰＤ２５にはＰＤ配線３２が接続されており、ＰＤ配線３２を用いて角度検出用ＰＤ２５がファイバホルダ２４に固定されている。なお、角度検出用ＰＤ２５及びＰＤ配線３２の替わりに、ＰＤつきＭＭＦを用いて角度検出を行ってもよい。
【００２５】
続いて、上記本発明に係る光モジュール装置を用いた組立て方法を説明する。
【００２６】
最初に光ビームの角度の検出を行う。そのため、上記光モジュール組立て装置のＰＫＧホルダ２２に、ＴＯ−ＰＫＧ１０を固定し、斜め研磨ＳＭＦ２３を、その研磨方向がＸ軸方向になるように、ファイバホルダ２４に取り付ける。ＰＫＧホルダ２２に固定したＴＯ−ＰＫＧ１０を通電して、ＴＯ−ＰＫＧ１０のＦＰ−ＬＤチップ１２を発光させる。
【００２７】
続いて、光モジュール組立て装置のＰＤ初期化ボタンを押す。するとＸＹＺ−３軸の移動が可能なゴニオメータ２７に固定した受光径６０μｍの角度検出用ＰＤ２５の位置を、組立て装置の制御用コンピュータ２９に登録した初期化位置（Ｘ、Ｙ、Ｚの原点：Ｘ、ＹはＴＯ−ＰＫＧ１０の設計上の光軸と角度検出用ＰＤ２５の受
光面の中心が一致する位置、Ｚはレンズ１９−角度検出用ＰＤ２５間距離が５．２ｍｍとなる位置）まで移動する。もし、この時ＴＯ−ＰＫＧ１０からの光ビームが光軸上に放射されていれば、角度検出用ＰＤ２５は最大の光電流を生じる。しかしながら、ＬＤ−レンズ付きキャップのパッシブアライメントの誤差及びレンズ特性の設計値からのズレ等により、ほとんどの場合光ビームの放射方向は光軸からズレており、制御用コンピュータ２９によるＸ−Ｙ面内での自動ピークサーチが必要となる。
【００２８】
次に、光モジュール組立て装置の角度検出ボタンを押す。すると角度検出用ＰＤ２５の初期化位置を起点として最初の自動ピークサーチが開始し、その結果得られたピーク位置座標を（Ｘ_l、Ｙ_l、Ｚ_l＝０）として制御用コンピュータ２９が自動記録する。続いて、Ｚ軸のプラス方向に角度検出用ＰＤ２５を１００μｍ移動し、（Ｘ_l、Ｙ_l、Ｚ₂＝１００）を起点としてＸ−Ｙ面内でピークサーチを行い、得られたピーク座標を（Ｘ₂、Ｙ₂、Ｚ₂＝１００）として制御用コンピュータ２９が自動記録する。
【００２９】
本実施例においては、ピークサーチの起点となる２つの座標が光軸（Ｚ軸）方向に１００μｍ離れている場合を例として示したが、２つの起点間の光軸方向の距離が５０μｍ以上であれば、本発明の光ビームの角度検出は問題なく実施できる。これは、Ｘ−Ｙ方向の１ステップの移動精度を考慮し、更に、光ビームの角度θが約１０°となる場合を考慮すると、精度よく角度θを検出するには、光軸方向（Ｚ軸方向）に少なくとも５０μｍ以上の距離が必要となるからである。
【００３０】
このように自動記録された２つの座標（Ｘ_l、Ｙ_l、Ｚ_l＝０）、（Ｘ₂、Ｙ₂、Ｚ₂＝１００）を用いて、前述の数式（１）、（２）に基づき、制御用コンピュータ２９が光ビームの角度θ及びΦを計算する。そして、算出された角度ΦをＸ軸方向とするため（光ビームの傾き角度Φと斜め研磨ＳＭＦ２３の研磨方向を合わせるため）、ＰＫＧホルダ２２をΦ軸で回転させて、Φ＝０となる位置までＴＯ−ＰＫＧ１０を自動的に移動する。さらに、斜め研磨ＳＭＦ２３の研磨角度に応じて最大の光結合が実現するように、ＰＫＧホルダ２２がθ軸で回転する。本実施例では８°の斜め研磨ＳＭＦ２３を用いており、その場合、最大の光結合が実現するためにθ軸方向に回転した角度はおよそ１２°であった。なお、光モジュールの実装性からＴＯ−ＰＫＧ１０と斜め研磨ＳＭＦ２３を直線状に固定しなければならない場合には、このθ軸回転の工程は省略される。又、θ軸回転の値が３０°を超えるような場合には、光結合の損失が大きくなるため、この時点で該当するＴＯ−ＰＫＧ１０がスクリーニング（選別）されて、光モジュールの生産性、歩留まりに大きく貢献することとなる。
【００３１】
最後に、斜め研磨ＳＭＦ２３をＴＯ−ＰＫＧ１０に接合固定するため、光モジュール組立て装置のファイバセットボタンを押す。するとファイバホルダ２４及び角度検出用ＰＤ２５の載ったステージが動き、斜め研磨ＳＭＦ２３が角度検出用ＰＤ２５の初期化位置まで移動してくる。続いてファイバ調芯ボタンを押すと、ここを起点として斜め研磨ＳＭＦ２３のＸ、Ｙ、Ｚ調芯が自動で行われ、光結合が最大となる位置に斜め研磨ＳＭＦ２３が移動し、停止する。停止後、斜め研磨ＳＭＦ２３のフェルール及びカラーをＹＡＧレーザ２８で溶接することで、光送信用の光モジュールが完成する。本発明に係る光モジュール組立て装置を用いて、角度検出からファイバ固定に至る一連の工程に要した時間はおよそ５分であり、従来の光モジュール組立て装置を用いて調芯工程を繰り返す手法の平均組立時間２５分と比較して著しく短縮している。
【００３２】
本実施例では、受光径６０μｍのＰＤ２５を角度検出に用いたが、有効受光部の直径が少なくとも直径３０μｍ以上、望ましくは４０μｍ以上のＰＤであれば、本発明に係る光ビームの角度検出を行うことに問題無いことを確認している。又、光ファイバを介して接続されたＰＤを用いて角度検出を行う場合には、光ファイバとしてＳＭＦではなくＭＭＦを用いて行うことが望ましい。これらの理由を、図５を用いて説明する。
【００３３】
図５は、ＰＤ受光径に対するレンズ収差の影響（ＦＰ−ＬＤのケース）を示す図である。
図５の挿入図にあるようにＦＰ−ＬＤの発振スペクトルには複数の縦モードが含まれており、その発振波長は単一ではない。又、ＴＯ−ＰＫＧ１０で用いるボールレンズ１９は経済的ではある反面、色収差が大きく、図５に示すようにビームウェストから僅かにずれた位置でも縦モードと収差に起因した複数のサブピークを有している。そのため、空間分解能の高い受光径の小さいＰＤやＳＭＦを介して接続されたＰＤ３３を用いると、角度検出用の２回の調芯工程で、メインピークではなく、図５に示すような最大強度のサブピークをＰＤ３３が追いかけてしまい、実際の光ビームの方位Ａとは異なる方向（小径ＰＤ又はＳＭＦにて検出した光ビームの方位Ｂ参照）を検出することになる。一方、受光径３０μｍ以上のＰＤでは、全てのサブピークを含んだ光ビームの全受光が可能であり、正しい光ビームの方位Ａが検出できる。
【００３４】
つまり、本発明は、光ビームの正確な方向を検出するために、ＰＤのみを用いる場合は、少なくとも３０μｍ以上、望ましくは多少のマージンをとって４０μｍ以上の有効受光面有するものを用いるか、もしくは、光ファイバを介してＰＤを用いる場合は、ＳＭＦではなく、５０μｍ以上のコア径を有するＭＭＦを介して接続される直径５０μｍ以上の有効受光面を有するものを用いることに特徴がある。このように受光径の大きなＰＤもしくはＭＭＦを用いる必要性に関する知見も本発明の重要なポイントである。
【００３５】
本実施例では、光モジュール筐体を固定して、角度検出用ＰＤ（もしくはＭＭＦ付ＰＤ）のみを移動して光ビームの放射角度を検出する方法を説明してきたが、角度検出用ＰＤを固定し、光モジュール筐体を移動して２回以上調芯し、その（Ｘ、Ｙ、Ｚ）座標から光ビームの放射角度を検出する方法でも同様の結果が得られることを確認している。又、角度検出用ＰＤの（Ｘ、Ｙ）座標を固定してＺ座標のみを動かし、光モジュール筐体はＺ座標を固定して（Ｘ、Ｙ）座標を動かすことで２回以上調芯し、角度検出用ＰＤと光モジュール筐体の座標を組みあせて光ビームの放射角度を算出する方法でも同様の結果の得られることを確認している。
【００３６】
図６に、本発明に係る光モジュール組立て装置を用いて作製した光モジュール（１００個）と、従来技術の光モジュール組立て装置を用いて作製した光モジュール（１００個）の光結合効率を比較して示す。結合効率３０％以下を不良品とした場合、本発明に係る光モジュール組立て装置を用いて作製した光モジュールの歩留まりは約９０％であり、従来技術の光モジュール組立て装置を用いて作製した光モジュールの歩留まり６５％を大きく上回った。
【００３７】
【発明の効果】
以上に詳細に説明したように、本発明に係る光モジュール組立て装置及び方法を用いることで、光送信用の光モジュールの組立て時間の短縮と歩留まり向上し、このことにより生産性が著しく向上する。さらに、組立て工程中に角度ズレの大きな不良品のスクリーニングが可能となり、完成品の検査工程も簡素化できる。以上の改善により、生産性と歩留まりが向上して、光モジュールの低コスト化が容易に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光モジュールの組立て方法の概要を示す図である。
【図２】本発明に係る光モジュール組立て装置で用いるＴＯ−ＰＫＧの組立ての概要を示す図である。
【図３】本発明に係る実施形態の一例を示す光モジュール組立て装置の概略図である。
【図４】本発明に係る光モジュール組立て装置のＰＫＧホルダ、ファイバホルダ部分の拡大図である。
【図５】ＰＤの受光径に対するレンズ収差の影響を示す図である。
【図６】本発明に係る光モジュール組立て装置を用いて作製した光モジュールと、従来技術の光モジュール組立て装置を用いて作製した光モジュールの光結合効率の比較のグラフである。
【図７】従来技術の光モジュールの組立て方法の概略を示す図である。
【符号の説明】
１斜め研磨ＳＭＦ
２ファイバホルダ
３ＬＤ
４レンズ
５光モジュール筐体
６光センサ
７光ビーム
８光軸
１０ＴＯ−ＰＫＧ
１１ＬＤ搭載部
１２ＦＰ−ＬＤチップ
１３モニタＰＤ
１４グランド端子
１５金線
１６２番端子
１７３番端子
１８４番端子
１９ボールレンズ
２０キャップ
２１ＴＯベース
２２ＰＫＧホルダ
２３斜め研磨ＳＭＦ
２４ファイバホルダ
２５角度検出用ＰＤ
２６ＬＤ駆動電源
２７ゴニオメータ
２８ＹＡＧ溶接レーザヘッド
２９制御用コンピュータ
３０研磨方位マーカ（ＳＭＦ用）
３１研磨方位マーカ（ファイバホルダ用）
３２ＰＤ配線又はＰＤ付きＭＭＦ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an assembling apparatus and assembling method for an optical module comprising an optical fiber and an optical component (light emitting element, lens).
[0002]
[Prior art]
As optical modules for transmitting optical signals, which are components of an optical communication network, there are optical modules using DFB (distributed feedback type) -LD and FP (Fabry-Perot) -LD. Among these optical modules, the optical module connecting the repeater station and the subscriber requires a reduction in cost while reducing the transmission distance, and the cost is reduced by omitting optical components such as an optical isolator. It was. However, since there is no optical component such as an optical isolator, it is necessary to suppress the return of reflected light at the end face of the optical fiber. Therefore, a single mode optical fiber (hereinafter referred to as oblique polishing) whose end face is polished obliquely. 41 is used as a component of the optical module. FIG. 7 shows an outline of a conventional method of assembling an optical module using the slant polishing SMF41.
[0003]
On the other hand, in assembling the optical module housing 42 constituting the optical module, the arrangement of the semiconductor laser diode (hereinafter abbreviated as LD) 43 and the lens 44, which are light emitting elements, is arranged using passive alignment for cost reduction. It is very rare that the light beam emitted from the LD 43 of the optical module housing 42 comes to the optical axis 45 (Z-axis direction). The light beam usually has an angle θ with respect to the optical axis 45 and an angle Φ with respect to the X axis. For example, as shown in FIG. 7, the direction (angle) of the light beam 46 (solid line in FIG. 7). In some cases, it is inclined to (θ ₁ , Φ ₁ ) or in the direction (angle θ ₂ , Φ ₂ ) of the light beam 47 (dotted line in FIG. 7). Thus, the optical coupling between the light beam 46 inclined in the random direction and the oblique polishing SMF 41 is largely dependent on the angle θ and the angle formed by the angle Φ and the polishing direction of the oblique polishing SMF 41, and the oblique polishing SMF 41. Alternatively, it is necessary to find the optimum coupling state by rotating the optical module housing 42 around the rotation shaft 48 (the oblique polishing SMF 41 or the rotation shaft of the optical module housing 42).
[0004]
When assembling an optical module for transmitting optical signals whose main components are the obliquely polished SMF 41, LD 43, and lens 44, the conventional optical module assembling method shown in FIG. Since the center of the light beam emitted from the LD 43 of the optical module housing 42 or the core of the slant polishing SMF 41 is very rarely coincident with the rotation axis 48, the slant polishing is not performed. Each time the SMF 41 or the optical module housing 42 is rotated at an angle of about 10 °, alignment (XYZ-3 axis) is performed, and this rotation and alignment are repeated until the optical coupling is maximized.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-281501 (page 4-8, FIG. 1-7)
[Non-Patent Document 1]
"YAG connection automatic alignment device UFA-112", [online], [October 18, 2002 search], Internet <URL: http://www.toshiba-machine.co.jp/opt/ufa_112/ufa112 .html>
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the above method or the method described in the above document, alignment is performed without calculating the inclination θ of the light beam with respect to the optical axis. Therefore, on average, about 10 rotations and adjustments are required until the maximum optical coupling efficiency is obtained. It is necessary to find the optimum position by repeating the core process, lengthen the time required for the alignment process of LD-lens-slant polishing SMF, reduce the productivity of optical modules for optical signal transmission, and reduce assembly costs It was a factor that hinders.
[0007]
The present invention has been made in view of the above problems, and provides an optical module assembling apparatus and an optical module assembling method that significantly reduce the time required for the alignment process in assembling an optical module and improve its productivity and yield. With the goal.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
An optical module assembling apparatus according to the present invention that solves the above-described problems includes an optical fiber holding means for holding a single mode optical fiber whose end face is obliquely polished, a Fabry-Perot laser diode that emits a light beam, and a light beam. An optical module housing holding means for holding an optical module housing having a light emitting lens, and an optical fiber holding means and the optical module housing holding means are moved to automatically move the single mode optical fiber and the optical module housing. Multimode optical fiber having a moving means for aligning, and a joint fixing means for joining and fixing the single mode optical fiber and the optical module housing, and having an effective light receiving surface with a diameter of 30 μm or more, or a core diameter of 50 μm or more It has an effective light receiving surface diameter of at least 50μm connected via, for detecting the intensity of the light beam passing through the lens Hikaribi A beam detection means, by using the light beam detecting means, Fabry - an angle detecting means for automatically detecting the angle of the light beam with respect to the optical axis of the Perot laser diode, optical coupling of the light beam at the end face of the single-mode optical fiber The optical fiber holding means and the optical module housing holding means are provided with a rotation arrangement means that automatically rotates and moves according to the angle of the light beam detected by the angle detection means so as to be maximized. .
In the present invention, the single mode optical fiber and the optical module housing are arranged at an angle corresponding to the angle of the light beam using the rotation arrangement means, and after the automatic alignment using the movement means, the single mode light is obtained. The fiber and the optical module housing are bonded and fixed by a bonding fixing means.
[0010]
In the optical module assembling apparatus according to the present invention for solving the above-described problems, the angle detecting means is provided with at least two positions apart from each other by 50 μm or more in the optical axis direction of the Fabry-Perot laser diode. Coordinates for obtaining the maximum received light intensity are obtained by automatic alignment in a plane perpendicular to the optical axis, and the angle of the light beam with respect to the optical axis of the Fabry-Perot laser diode is automatically calculated from the obtained two or more coordinates. For example, the function of the angle detection means is realized using a control computer.
[0011]
An optical module assembling method according to the present invention for solving the above-mentioned problems comprises a single mode optical fiber whose end face is obliquely polished, a Fabry-Perot laser diode that emits a light beam, and a lens that condenses the light beam. When the optical module housing is bonded and fixed , an optical beam detecting means having an effective light receiving surface with a diameter of 30 μm or more, or an effective diameter of 50 μm or more connected via a multimode optical fiber having a core diameter of 50 μm or more. A single-mode optical fiber that automatically detects the angle of the light beam with respect to the optical axis of the Fabry-Perot laser diode by detecting the intensity of the light beam that has passed through the lens using a light beam detecting means having a simple light receiving surface. The single-mode optical fiber and the optical module housing are mutually arranged so that the optical coupling of the light beam at the end face of the optical fiber is maximized. The rotates automatically moved in accordance with the angle of the detected light beam, after automatic aligning a single-mode optical fiber and the optical module housing, characterized in that fixedly joined.
[0013]
The method for assembling an optical module according to the present invention for solving the above-described problems obtains the maximum light receiving intensity of the light beam at at least two positions separated from each other by 50 μm or more in the optical axis direction of the Fabry-Perot laser diode. The coordinates are acquired by automatically aligning in a plane perpendicular to the optical axis, and the angle of the light beam with respect to the optical axis of the Fabry-Perot laser diode is automatically calculated from the two or more acquired coordinates.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An optical module assembling apparatus and assembling method according to the present invention includes a single mode optical fiber whose end face is obliquely polished (hereinafter referred to as obliquely polished SMF) and an optical module housing (light emitting element such as a semiconductor laser diode, lens). When assembling an optical module consisting of a), at least two positions, the light beam from the lens is sensed by an optical sensor or the like to determine the position, and the inclination of the light beam is calculated to obtain the oblique polishing SMF and the light. It is characterized in that the oblique polishing SMF or the arrangement of the optical module housing is automatically aligned so that the optical coupling with the module housing is maximized. FIG. 1 shows an outline of an assembling method of an optical module according to the present invention having the above characteristics.
[0015]
As shown in FIG. 1, in the method of assembling an optical module according to the present invention, the polishing direction of the oblique polishing SMF 1 is arranged along the X axis and fixed to the fiber holder 2 which is an optical fiber holding means. Subsequently, an optical module housing 5 including a laser diode (hereinafter abbreviated as LD) 3 which is a light beam emitting means and a condensing lens 4 disposed on the laser diode 3 is set at a predetermined position. After that, at a predetermined position, the optical sensor 6 as the light beam detecting means automatically aligns in the XY plane so that the maximum received light intensity can be obtained, and the position (X _l , Y _l , Z _l ) Furthermore, at a position at least 50 μm or more away from the predetermined position in the Z direction, the optical sensor 6 automatically aligns again in the XY plane so as to obtain the maximum received light intensity, and the position (X ₂ , Y ₂ , Z ₂ ). That is, as an angle detection means for detecting the angle of the light beam 7 with respect to the optical axis of the LD 3 by the optical sensor 6, the optical sensor 6 in each XY plane at at least two positions separated from each other by 50 μm or more in the Z direction. Obtains the maximum received light intensity, and from the respective coordinates (X ₁ , Y ₁ , Z ₁ ), (X ₂ , Y ₂ , Z ₂ ) of the obtained optical sensor 6, the following formula (1) is obtained. ) And (2), an angle θ between the light beam 7 emitted from the LD 3 and the optical axis 8 (Z-axis direction) and an angle Φ between the light beam 7 and the X axis are calculated. Then, according to these angles θ and Φ, the optical module housing 5 or the oblique polishing SMF1 is rotated until the optical coupling between the oblique polishing SMF1 and the light beam 7 is maximized.
[Expression 1]

[Expression 2]

[0016]
Then, after the slant polishing SMF 1 is rotated, the final alignment step between the optical module casing 5 and the slant polishing SMF 1 is performed, and the slant polishing SMF 1 is bonded and fixed to the optical module casing 5 to complete the optical module. At this time, since the oblique polishing SMF1 is bonded and fixed to the optical module housing using a ferrule that holds the oblique polishing SMF1 and a collar that movably supports the ferrule, the light is tilted according to the calculated angles θ and Φ. Can be joined and fixed to the module housing.
[0017]
By using the optical module assembling method according to the present invention, the alignment process required for assembling the optical module can be reduced to about three times. Furthermore, by using an optical sensor having a large light-receiving surface or an optical sensor connected to a multimode fiber (hereinafter abbreviated as MMF) at the time of angle detection, the influence of lens aberration can be removed, and angle detection 2 It is possible to shorten the number of times of the alignment process, and it is possible to realize optimum optical coupling in a time of about two times of the alignment process using the conventional oblique polishing SMF.
[0018]
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present embodiment is an example showing the present invention, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
[0019]
In this embodiment, a TO-CAN package with a ball lens (hereinafter abbreviated as TO-PKG) is used as an optical module housing, and an FP-LD as a light beam emitting means is used as a light source. The case of assembling a trusted optical module will be described. In the TO-PKG used in this embodiment, when LD-lens-fibers are aligned on the optical axis, lens characteristics and LD-lenses are obtained so that optimum optical coupling can be obtained at a lens-fiber distance of 5.2 mm. The distance is designed. The optical module casing constituting the optical module is not limited to the TO-PKG, and can be applied to various optical module casings without departing from the gist of the present invention.
[0020]
FIG. 2 is a diagram showing an outline of the assembly of TO-PKG used in the optical module assembling apparatus according to the present invention.
As shown in FIG. 2, in the TO-PKG 10, an FP-LD chip 12 having an oscillation wavelength band of 1300 nm is mounted on an LD mounting portion 11 subjected to gold plating in accordance with an alignment marker and fixed by AuSn solder. Subsequently, a power monitor photodiode (hereinafter abbreviated as monitor PD) 13 is fixed by PbSn solder on the rear side of the light beam emission direction of the FP-LD chip 12. The LD mounting portion 11 is electrically connected to the TO-PKG 10 and the ground terminal 14 and has the same potential. Next, the surface of the FP-LD chip 12 is connected to the second terminal 16 of the TO-PKG 10 by a gold wire 15 using a wire bonder. Similarly, the cathode and the anode of the monitor PD 13 are also the third of the TO-PKG. The terminal 17 and the fourth terminal 18 are connected by a gold wire 15 using a wire bonder. Thereafter, the cap 20 with the ball lens 19 is fixed to the TO base 21, and the assembly of the TO-PKG 10 is completed. Further, an oblique polishing SMF is aligned with the TO-PKG 10 and bonded and fixed to complete the optical module.
[0021]
Therefore, an optical module device according to the present invention for aligning, bonding and fixing the TO-PKG10 and the oblique polishing SMF will be described with reference to the drawings, and further an assembly method thereof will be described.
[0022]
FIG. 3 is a schematic view of an optical module assembling apparatus showing an example of an embodiment according to the present invention. FIG. 4 is an enlarged view of a PKG holder and a fiber holder portion of the optical module assembling apparatus according to the present invention.
[0023]
As shown in FIG. 3, the optical module assembling apparatus according to the present invention includes a PKG holder 22 which is an optical module housing holding means for holding the assembled TO-PKG 10 and an optical fiber holding means for holding the oblique polishing SMF 23. The fiber holder 24 is provided with an angle detection PD 25 serving as a light beam detecting means in accordance with the arrangement of the oblique polishing SMF 23. An LD driving power source 26 is connected to the PKG holder 22, and the FP-LD chip 12 emits light by energizing the ground terminal 14 and the second terminal 16 of the TO-PKG 10 shown in FIG. Yes. The fiber holder 24 is movable in each of the XYZ-3 axis directions and is held by a goniometer 27 which is a moving means for automatic alignment (one of the three axes is not shown). 22 is movable in each of the θ direction and the Φ direction, and is held by a goniometer 27 which is a rotational arrangement means for performing rotational alignment and automatic alignment. Further, on both sides of the TO-PKG 10 and the oblique polishing SMF 23, a YAG welding laser head 28 as a joint fixing means for joining and fixing the ferrule and collar of the oblique polishing SMF 23 to the TO-PKG 10 is disposed. The periphery of the oblique polishing SMF 23 is rotated for bonding. These devices are automatically controlled by the control computer 29 to perform alignment and bonding / fixing.
[0024]
As shown in detail in FIG. 4, a marker 30 indicating the polishing direction is attached to the tip of the oblique polishing SMF 23, and by aligning this with the marker 31 of the fiber holder 24, the end face of the oblique polishing SMF 23 The direction of the slant polishing and the X-axis direction coincide. Further, a PD wiring 32 is connected to the angle detection PD 25, and the angle detection PD 25 is fixed to the fiber holder 24 using the PD wiring 32. Instead of the angle detection PD 25 and the PD wiring 32, angle detection may be performed using an MMF with PD.
[0025]
Subsequently, an assembly method using the optical module device according to the present invention will be described.
[0026]
First, the angle of the light beam is detected. Therefore, the TO-PKG 10 is fixed to the PKG holder 22 of the optical module assembling apparatus, and the oblique polishing SMF 23 is attached to the fiber holder 24 so that the polishing direction is the X-axis direction. The TO-PKG 10 fixed to the PKG holder 22 is energized to cause the FP-LD chip 12 of the TO-PKG 10 to emit light.
[0027]
Subsequently, the PD initialization button of the optical module assembling apparatus is pushed. Then, the position of the angle detection PD 25 having a light receiving diameter of 60 μm fixed to the goniometer 27 capable of moving in the XYZ-3 axis is registered in the control computer 29 of the assembly apparatus (the origin of X, Y, Z: X Y moves to a position where the design optical axis of the TO-PKG 10 and the center of the light receiving surface of the angle detection PD 25 coincide, and Z moves to a position where the distance between the lens 19 and the angle detection PD 25 becomes 5.2 mm. If the light beam from the TO-PKG 10 is emitted on the optical axis at this time, the angle detection PD 25 generates the maximum photocurrent. However, in most cases, the radiation direction of the light beam is deviated from the optical axis due to an error in the passive alignment of the cap with the LD-lens and the deviation from the design value of the lens characteristics. Automatic peak search at is required.
[0028]
Next, the angle detection button of the optical module assembling apparatus is pushed. Then, the first automatic peak search starts from the initialization position of the angle detection PD 25, and the control computer 29 automatically records the resulting peak position coordinates as (X ₁ , Y ₁ , Z ₁ = 0). To do. Subsequently, the angle detection PD 25 is moved 100 μm in the positive direction of the Z axis, and a peak search is performed in the XY plane starting from (X ₁ , Y ₁ , Z ₂ = 100), and the obtained peak coordinates are The control computer 29 automatically records as (X ₂ , Y ₂ , Z ₂ = 100).
[0029]
In the present embodiment, the case where the two coordinates that are the starting points of the peak search are separated by 100 μm in the optical axis (Z-axis) direction is shown as an example, but the distance in the optical axis direction between the two starting points is 50 μm or more. If present, the angle detection of the light beam of the present invention can be carried out without any problem. In consideration of the movement accuracy of one step in the XY direction, and further considering the case where the angle θ of the light beam is about 10 °, the optical axis direction (Z This is because a distance of at least 50 μm is required in the axial direction.
[0030]
Using the two coordinates (X ₁ , Y ₁ , Z ₁ = 0) and (X ₂ , Y ₂ , Z ₂ = 100) automatically recorded in this way, the above formulas (1) and (2) Based on this, the control computer 29 calculates the angles θ and Φ of the light beam. Then, in order to set the calculated angle Φ to the X-axis direction (in order to match the tilt angle Φ of the light beam with the polishing direction of the oblique polishing SMF 23), the position where Φ = 0 is obtained by rotating the PKG holder 22 about the Φ axis. The TO-PKG10 is automatically moved until. Further, the PKG holder 22 rotates about the θ axis so that the maximum optical coupling is realized according to the polishing angle of the oblique polishing SMF 23. In this embodiment, an 8 ° oblique polishing SMF 23 is used, and in this case, the angle rotated in the θ-axis direction in order to realize the maximum optical coupling is about 12 °. If the TO-PKG 10 and the oblique polishing SMF 23 have to be fixed linearly due to the mountability of the optical module, this θ-axis rotation step is omitted. Further, when the value of the θ-axis rotation exceeds 30 °, the loss of optical coupling becomes large, so that the relevant TO-PKG 10 is screened (selected) at this time, and the productivity and yield of the optical module are obtained. Will contribute greatly.
[0031]
Finally, in order to bond and fix the oblique polishing SMF 23 to the TO-PKG 10, the fiber set button of the optical module assembling apparatus is pushed. Then, the stage on which the fiber holder 24 and the angle detection PD 25 are mounted moves, and the oblique polishing SMF 23 moves to the initialization position of the angle detection PD 25. Subsequently, when the fiber alignment button is pressed, X, Y, and Z alignment of the oblique polishing SMF 23 is automatically performed from this point, and the oblique polishing SMF 23 moves to a position where the optical coupling becomes maximum and stops. After the stop, the ferrule and collar of the obliquely polished SMF 23 are welded with the YAG laser 28 to complete the optical module for optical transmission. Using the optical module assembling apparatus according to the present invention, the time required for a series of processes from the angle detection to the fiber fixing is about 5 minutes, and the average of the technique of repeating the alignment process using the conventional optical module assembling apparatus Compared with the assembly time of 25 minutes, it is significantly shortened.
[0032]
In this embodiment, the PD 25 having a light receiving diameter of 60 μm is used for angle detection. However, if the effective light receiving portion has a diameter of at least 30 μm or more, preferably 40 μm or more, the angle detection of the light beam according to the present invention is performed. It is confirmed that there is no problem. When angle detection is performed using a PD connected via an optical fiber, it is desirable to use MMF instead of SMF as the optical fiber. These reasons will be described with reference to FIG.
[0033]
FIG. 5 is a diagram showing the influence of lens aberration on the PD light receiving diameter (FP-LD case).
As shown in the inset of FIG. 5, the oscillation spectrum of the FP-LD includes a plurality of longitudinal modes, and the oscillation wavelength is not single. The ball lens 19 used in the TO-PKG 10 is economical, but has a large chromatic aberration. As shown in FIG. 5, the ball lens 19 has a plurality of sub-peaks due to the longitudinal mode and the aberration even at a position slightly deviated from the beam waist. Yes. For this reason, when a PD 33 connected via a PD or SMF with a high spatial resolution and a small light receiving diameter is used, the maximum intensity as shown in FIG. The PD 33 follows the sub-peak, and a direction different from the actual light beam direction A (see the light beam direction B detected by the small diameter PD or SMF) is detected. On the other hand, a PD having a light receiving diameter of 30 μm or more can receive all light beams including all sub-peaks, and the correct light beam orientation A can be detected.
[0034]
That is, according to the present invention, when only the PD is used to detect the accurate direction of the light beam, it is necessary to use at least 30 μm or more, preferably having an effective light receiving surface of 40 μm or more with some margin, or In the case of using PD via an optical fiber, it is characterized in that a PD having an effective light receiving surface having a diameter of 50 μm or more connected via an MMF having a core diameter of 50 μm or more is used instead of SMF. Thus, knowledge regarding the necessity of using PD or MMF having a large light receiving diameter is also an important point of the present invention.
[0035]
In the present embodiment, the method of detecting the light beam radiation angle by fixing the optical module housing and moving only the angle detection PD (or MMF-attached PD) has been described. However, the angle detection PD is fixed. However, it has been confirmed that the same result can be obtained by a method in which the optical module casing is moved and aligned twice or more, and the radiation angle of the light beam is detected from the (X, Y, Z) coordinates. Also, the (X, Y) coordinates of the angle detection PD are fixed and only the Z coordinate is moved, and the optical module housing is aligned more than once by fixing the Z coordinates and moving the (X, Y) coordinates. It has been confirmed that the same result can be obtained by a method of calculating the radiation angle of the light beam by combining the coordinates of the angle detection PD and the optical module housing.
[0036]
FIG. 6 compares the optical coupling efficiencies of the optical modules (100) manufactured using the optical module assembling apparatus according to the present invention and the optical modules (100) manufactured using the conventional optical module assembling apparatus. Show. When the coupling efficiency is 30% or less, the yield of the optical module manufactured using the optical module assembling apparatus according to the present invention is about 90%, and the optical module manufactured using the conventional optical module assembling apparatus. The yield greatly exceeded 65%.
[0037]
【The invention's effect】
As described in detail above, by using the optical module assembling apparatus and method according to the present invention, the assembly time of the optical module for optical transmission can be shortened and the yield can be improved, and thus the productivity can be remarkably improved. Furthermore, defective products with a large angle deviation can be screened during the assembly process, and the finished product inspection process can be simplified. With the above improvements, productivity and yield can be improved, and cost reduction of the optical module can be easily realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a method for assembling an optical module according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an outline of TO-PKG assembly used in the optical module assembly apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic view of an optical module assembling apparatus showing an example of an embodiment according to the present invention.
FIG. 4 is an enlarged view of a PKG holder and a fiber holder portion of the optical module assembling apparatus according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing the influence of lens aberration on the light receiving diameter of a PD.
FIG. 6 is a graph comparing the optical coupling efficiency of an optical module manufactured using the optical module assembling apparatus according to the present invention and an optical module manufactured using the optical module assembling apparatus of the prior art.
FIG. 7 is a diagram showing an outline of a conventional optical module assembling method.
[Explanation of symbols]
1 Obliquely polished SMF
2 Fiber holder 3 LD
4 Lens 5 Optical module housing 6 Optical sensor 7 Optical beam 8 Optical axis 10 TO-PKG
11 LD mounting part 12 FP-LD chip 13 Monitor PD
14 Ground terminal 15 Gold wire 16 2nd terminal 17 3rd terminal 18 4th terminal 19 Ball lens 20 Cap 21 TO base 22 PKG holder 23 Oblique polishing SMF
24 Fiber holder 25 Angle detection PD
26 LD drive power supply 27 Goniometer 28 YAG welding laser head 29 Control computer 30 Polishing direction marker (for SMF)
31 Polishing direction marker (for fiber holder)
32 PD wiring or MMF with PD

Claims

An optical module holding unit that includes an optical fiber holding unit that holds a single-mode optical fiber whose end face is obliquely polished, a Fabry-Perot laser diode that emits a light beam, and a lens that collects the light beam is held. Optical module housing holding means, moving means for automatically aligning the single mode optical fiber and the optical module housing by moving the optical fiber holding means and the optical module housing holding means, and the single mode In an optical module assembling apparatus having an optical fiber and a bonding fixing means for bonding and fixing the optical module housing.
Effective light receiving surface of the above diameter 30 [mu] m, or multimode optical fiber have a valid receiving surface diameter of at least 50 [mu] m, which is connected via a having a core diameter of more than 50 [mu] m, the intensity of the light beam passing through the lens A light beam detecting means for detecting
Angle detecting means for automatically detecting the angle of the light beam with respect to the optical axis of the Fabry-Perot laser diode using the light beam detecting means;
The optical fiber holding means and the optical module housing holding means are set according to the angle of the light beam detected by the angle detecting means so that the optical coupling of the light beam at the end face of the single mode optical fiber is maximized. An optical module assembling apparatus comprising: a rotating arrangement means that automatically rotates and moves .

The optical module assembling apparatus according to claim 1 , wherein
The angle detection means is perpendicular to the optical axis with coordinates at which the light beam detection means obtains the maximum received light intensity at at least two positions separated from each other by 50 μm or more in the optical axis direction of the Fabry-Perot laser diode. An optical module assembly characterized in that the angle of the light beam with respect to the optical axis of the Fabry-Perot laser diode is automatically calculated from two or more coordinates obtained by automatically aligning in a flat plane. apparatus.

In an assembling method of an optical module, a single-mode optical fiber whose end face is obliquely polished is bonded and fixed to an optical module housing including a Fabry-Perot laser diode that emits a light beam and a lens that collects the light beam. ,
Using a light beam detecting means having an effective light receiving surface having a diameter of 30 μm or more, or a light beam detecting means having an effective light receiving surface having a diameter of 50 μm or more connected via a multimode optical fiber having a core diameter of 50 μm or more. Detecting the intensity of the light beam that has passed through the lens and automatically detecting the angle of the light beam with respect to the optical axis of the Fabry-Perot laser diode;
The single mode optical fiber and the optical module housing are automatically arranged according to the detected angle of the light beam so that the optical coupling of the light beam at the end face of the single mode optical fiber is maximized. Rotate and move
An optical module assembling method, wherein the single-mode optical fiber and the optical module casing are automatically aligned and then bonded and fixed .

The method for assembling an optical module according to claim 3 .
In the optical axis direction of the Fabry-Perot laser diode, the coordinates for obtaining the maximum light receiving intensity of the light beam are automatically aligned in a plane perpendicular to the optical axis at at least two positions separated from each other by 50 μm or more. An optical module assembling method comprising: automatically calculating an angle of the light beam with respect to an optical axis of the Fabry-Perot laser diode from two or more acquired coordinates.