JP4446614B2 - Optical device and optical module - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信機器、センサー等に好適に使用される発光素子や受光素子等の光半導体素子を備えた光モジュールに関する。また、この光モジュールに搭載され、その光モジュール外部からの反射戻り光を遮断する光アイソレータや光センシング、測定のための波長板等を備えた光デバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】
光通信の光源に用いられるレーザーダイオード(以下、LDともいう)は、その出射光がある箇所で反射して再びLDの活性層に戻ると発振状態が乱れ、出射パワーの変動や波長ずれ等が生じ、これにより信号が劣化する。特に、アナログ信号は上記の反射戻り光によって劣化し易く、また、高密度な信号ほど反射戻り光の影響を受け易いため、CATV等のアナログ伝送データの増加、大容量化、高速化に伴い、光アイソレータは不可欠な構成要素となってきている。
【0003】
このような反射戻り光の問題を防止するために、通常、LDは光を一方向のみに透過させる光アイソレータと同じパッケージ内に搭載され、光モジュールの一種であるLDモジュールを構成している。
【0004】
以下に、光アイソレータの一般的な動作について簡単に説明する。図8に示すように、光アイソレータ4は二つの偏光子19A、19Bでファラデー回転子20を挟むようにして構成されている。このような構成において、順方向光22はそのまま透過し、逆方向光23は遮断される。なお、ファラデー回転子20は外部から磁界を印加することでファラデー効果を得るものと、自発磁化により外部磁界なしでファラデー効果を持つものがあるが、以下、簡単のため磁界を印加するための磁石は図示しない場合があるものとする。
【0005】
次に、従来のLDモジュールの一例について説明する。図11に示すように、LDモジュールJ1は、パッケージ18内に少なくともLD15、レンズ6A、6B、光アイソレータ4、シングルモード光ファイバ1の一端部等が収納されている。なお、図中16は受光素子(以下、PDともいう)、17はペルティエクーラー、32は光ファイバ余長部を保護するためのラバーブーツである。
【0006】
LD15から出射された光は、レンズ6Aでコリメートされ光アイソレータ4を通過し、レンズ6Bで集光されシングルモード光ファイバ1に入射される。なお、各光部品は外部の環境から遮断するためパッケージ18及びラバーブーツ32内に内蔵される。また、レンズ6A、6Bには、ボールレンズ、両凸レンズ、非球面レンズ、またはグレイデッドインデックスレンズ(以下、GRINレンズという)等が用いられる。
【0007】
このような光モジュールJ1では、光アイソレータ4、レンズ6A、6B等は独立した部品として、それぞれが別々にホルダーに固定された後にアライメントされるので、部品点数が多く調整も煩雑で、大型化するといった問題があった。
【0008】
また、光モジュール全体を小型化しアライメントを容易にするために、図12に示すように、先球9を備えたコア拡大光ファイバ10を用いたファイバスタブに光アイソレータ4を実装した光デバイスJ2も提案されている(特開平10−68909号公報等を参照)。
【0009】
この光デバイスJ2は、先球9を先端に形成したコア拡大光ファイバ10を中心に保持したフェルール3に光アイソレータ4が配設され、全体がスリーブ13内に固定されたファイバスタブ型光デバイスを構成している。光デバイスJ2では、光アイソレータ付きのモジュールが光アイソレータの無いモジュールと同等の工数で組み立てが可能になり非常に簡便に作製できる。
【0010】
また、コア拡大光ファイバを用いているので、焦点ずれ(光軸と平行方向でコア拡大光ファイバどうしの距離に相当)のトレランスが大きいため、光ファイバどうしを離して、その間に光アイソレータ等の光学素子を設置しても結合損失が少ないという利点がある。
【0011】
また、このようなコア拡大光ファイバは、一般的なシングルモード光ファイバを局所的に加熱して作られる。シングルモード光ファイバを加熱し、コアにドープされているGe等のドーパントを拡散させ、ドーパントの拡散領域を広くするとともに比屈折率差を小さくしている。
【0012】
光ファイバのコアとクラッドの比屈折率差が変らないままコア径が大きくなると、シングルモード条件が崩れマルチモードが励振されてしまう。コア拡大光ファイバの場合は、熱によるドーパントの拡散のため、コアの拡大と比屈折率差の低下が同時に起こり、自動的にr×(D)1/2が一定に保たれる。ここで、rは光ファイバのコアの半径、Dはコアとクラッドの比屈折率差、r×(D)1/2は規格化周波数に比例する量であり、これが一定ならばシングルモード条件は保たれる。
【0013】
図9にコア拡大光ファイバを用いた光結合の特性を示す。横軸に光ファイバ間の距離(対向間隔:または後述するコア拡大部に形成する素子搭載用溝の幅)、縦軸に光の結合損失を示す。wはそれぞれのモードフィールド径(以下、MFDと略記する)を示し、各曲線に対応する。なお、光の波長は光通信で一般に使われる1.31μmとし、素子搭載用溝(光ファイバ間)は空気(屈折率n=1)で満たされていることとした。
【0014】
MFDが10μmの場合は、光ファイバ間が70μmで1dB以上の損失があるのに対し、MFDが40μmの場合は、光ファイバ間が800μmでも損失が1dB以下であるので、MFDが大きくなると明らかに結合特性が改善されることがわかる。
【0015】
また、マルチモード光ファイバであるGI(グレイデッドインデックス)ファイバをレンズのように用い、円筒部材の中に光アイソレータを設置した例が知られている(米国特許5,325,456号を参照)。この場合、光アイソレータの両端を挟むようにGIファイバを設置し、光学的な結合をとっている。
【0016】
ここで、GIファイバとは、光ファイバの中心軸から徐々に屈折率が下がるような軸対称の屈折率分布を持つ光ファイバであり、一般にはマルチモード伝送用に用いられている。ほとんどのGIファイバはほぼ2乗の屈折率分布を持つ。この屈折率分布はGRINレンズと同様にレンズ効果をもつため、適当な屈折率分布のGIファイバを適切な長さで用いれば結合光学系を構成することができる。また、GIファイバの特性を示すパラメータとしては、クラッドとコア中心の屈折率差△、コア径D、収束パラメータAがある。
【0017】
さらに、GIファイバ中の光線は図10に示すようなサインカーブの挙動を示すため、その長さをその光線挙動の周期に対応させてピッチ(P)で表す。図10は横軸にピッチを表し、縦軸はGIファイバ内での光線の位置を示し、光が最も広がった個所を1として相対的に図示したものである。なおP=1はサインカーブの1周期(2π)に相当する。点光源から入射した光が平行光になるのは最短のピッチでP=0.25であり、再度、点に収束するのは最短のピッチでP=0.5である。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、コア拡大光ファイバを使う場合は以下のような問題がある。
【0019】
コア拡大光ファイバは前述のように光ファイバを加熱して作製している。コアを40μm以上に拡大するためには、1000℃以上の温度で数時間から数十時間の加熱が必要であり、非常に手間を要する。また、コア径が10μmから40μmになる部分は、コア径を徐々に拡大していくテーパ部が必要となる。このテーパ部を作製するためには光ファイバに大きな温度差を与えて局所加熱しなければならない。単にテーパ状のコアを形成するだけでなく、テーパ部の長さ,角度はで光学特性が大きく変化するため、急激な温度勾配と微妙な制御が必要となる。
【0020】
またコア拡大部は数mmであるにもかかわらずデバイス1個につき必ず1回はこの熱加工が必要になり効率が悪い。
【0021】
また、GIファイバをレンズとして用いた光学系では、以下のような問題点がある。
【0022】
シングルモード光ファイバの先端に、マルチモード光ファイバであるGIファイバを接続し、細孔の両端から挿入するが、細孔にはクリアランスが必要であり、光ファイバは細孔内でμm単位の位置ずれが必ず生じる。即ち両端から光ファイバを挿入してつき当てるが場合は必ず軸ずれが生じてしまう。しかも、細孔の中なのでずれを修正することが不可能である。
【0023】
さらに、GIファイバはレンズと同じ機能を有するため、焦点距離の調節が不可欠である。適当な幅を保持したまま固定しなければならず、固定作業中に光ファイバが動くと損失が増大するといった問題が発生する。また、両端から細孔に挿入した光ファイバを光学素子に押し当てて位置決めする場合、光学素子の厚さがGIファイバの結合長に合わせてあることが前提になる。さらに、光学素子の厚み交差で損失が生じる。また、素子と光ファイバ端面間が接触してしまうので屈折率整合材等を充填するのが困難であるといった問題があった。
【0024】
さらに光モジュールを構成する場合はパッケージ内に外部から湿気等が進入しないために気密性が重視されるが光デバイスJ2では気密や封止に関し、何ら言及されておらず、また、米国特許5,325,456では気密性を保つために、複雑で作製が困難な形状の金属チューブのフィードスルーを必要とするばかりでなく、部品点数も多く複雑化する。
【0025】
そこで本発明は、上述の諸問題を解消し、小型で集約され、受発光素子とのアライメントが容易で、かつ、簡便に気密構造の可能な光デバイス及びそれを備えた光モジュールを提供することを目的とする。
【0026】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の光デバイスは、一端に光半導体素子を光接続させるためのレンズ部を備えた第1シングルモード光ファイバの他端に、第1マルチモード光ファイバ、コアレス光ファイバ、第2マルチモード光ファイバ、及び第2シングルモード光ファイバを順次一列に接続して基体に固定して成るとともに、前記コアレス光ファイバに形成した素子搭載用溝に光学素子を配設し、且つ前記基体の外周に金属から成る接合用帯状体を設けたことを特徴とする。
【0027】
例えば具体的には、光デバイス一端部に光半導体素子を光接続させるためのレンズ部を有する第1シングルモード光ファイバの他端部に、第1マルチモード光ファイバ及びコアレス光ファイバ第2マルチモード光ファイバ、及び第2シングルモード光ファイバを順次一列に接続して基体に固定してなるとともに、前記コアレス光ファイバの中途に素子搭載用溝を形成し、該素子搭載用溝に光学素子を配設した光デバイスにおいて、前記基体の外周にメタライズを施したことを特徴とする。
【0028】
また、本発明の光デバイスは、一端部に光半導体素子を光接続させるためのレンズ部を有する第1シングルモード光ファイバの他端部に、第1マルチモード光ファイバ及びコアレス光ファイバ第2マルチモード光ファイバ、及び第2シングルモード光ファイバを順次一列に接続して基体に固定してなるとともに、前記コアレス光ファイバの中途に素子搭載用溝を形成し、該素子搭載用溝に光学素子を配設した光デバイスにおいて、前記基体の外周を半田付けまたは溶接が可能な材質で帯状に覆う外周帯を形成し、かつ、前記基体と前記外周帯の境界において気密接合されていることを特徴とする。
【0029】
さらに、本発明の光デバイスは、一端部に光半導体素子を光接続させるためのレンズ部を有する第1シングルモード光ファイバの他端部に、第1マルチモード光ファイバ、コアレス光ファイバ、第2マルチモード光ファイバ、及び第2シングルモード光ファイバを順次一列に接続して基体に固定してなるとともに、前記コアレス光ファイバの中途に素子搭載用溝を形成し、該素子搭載用溝に光学素子を配設した光デバイスにおいて、前記基体および第2シングルモード光ファイバの基体から突出した部分の一部の外周を半田付けまたは溶接が可能な材質の被覆部材で覆い、かつ、前記基体と前記被覆部材の境界または、第2シングルモード光ファイバと被覆部材の境界において気密接合されていることを特徴とする。
【0030】
また、本発明の光デバイスは、前記の光デバイスにおいて基体がフェルールであることを特徴とする。
【0031】
また、本発明の光モジュールは、前記光デバイスと、該光デバイスの第1シングルモード光ファイバのレンズ部に光接続する光半導体素子とをそれぞれ配設し、前記光デバイスとパッケージとを気密接合することを特徴とする。
【0032】
また、前記光デバイスの第1のシングルモード光ファイバの受発光素子側に位置する端面は該受発光素子と光結合を得るために先球加工されていることを特徴とする。
【0033】
さらに、前記光デバイスにおいて、コアレス光ファイバの途中に設けられた素子搭載用溝に設置する光学素子が光アイソレータであることを特徴とする。光アイソレータは、偏光面が互いに45度傾いた一対の偏光子の間に偏光面を45度回転させるファラデー回転子を配し一体化して構成されるが、ファラデー回転子が自発磁化を有するものであれば、ファラデー回転子に磁界を印加する磁石を省くことができる。
【0034】
また、前記光デバイスと受光または発光する光素子を、それぞれパッケージ内配設し、前記光デバイスとパッケージの境界部において気密接合されて成る光モジュールを構成するものとする。
【0035】
マルチモード光ファイバとして用いられるGIファイバとこのGIファイバに挟まれるコアレス光ファイバは、焦点距離調節と軸ずれ防止、組み立ての簡易化のために極めて重要な役割をもつ。もともと一本の光ファイバなので、これを分断したものは軸ずれが原理的に発生しない。
【0036】
コアレス光ファイバの長さによって予め焦点位置が精密に決定されており、保証されている。細孔内で調整するというような煩雑な作業が不要である。前述のような利点はコアレス光ファイバを分断する構造であるからこそ可能になっている。
【0037】
これにより、ファイバスタブ内に光アイソレータ等の光素子をほぼアライメントフリーで実装したコンパクトな光デバイスを構成することができる。また、この光デバイスの外周部はメタライズされたり、半田付けや溶接の可能な金属が気密接合されているため簡便な構造でパッケージ全体を気密封止した信頼性の高い光モジュールを容易に構成できる。
【0038】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に係る実施形態について模式的に示した図面に基づき詳細に説明する。なお、各図において同一部材については、同一符号を付し説明を省略するものとする。
【0039】
図1に示すように、本発明の光デバイスS1は、予めその外周部に金属から成る接合用帯状体であるメタライズ層11が環状に施された基体であるフェルール3内に、第1シングルモード光ファイバ1A、第1マルチモード光ファイバであるGIファイバ2A、コアを持たないコアレス光ファイバ5、第2マルチモード光ファイバであるGIファイバ2B、第2シングルモード光ファイバ1Bを順次一列に接続した光ファイバ体Fを収納してなる。
【0040】
フェルール3から突出したシングルモード光ファイバの一端は、光半導体素子(発光素子または受光素子)と結合するために先球9が加工されており、他端はフェルール3の端面にて研摩加工もしくはシングルモード光ファイバを一定長備えた形の所謂ピグテイル形状としている。フェルール3内で分断されたコアレス光ファイバ5は素子搭載用溝7内に配設した光学素子(例えば光イソレータ4)介して光接続させるようにしている。
【0041】
上記コアレス光ファイバ5の長さは、2つのGIファイバ2A、2Bによるビームスポットが中央で一致するように調整されている。シングルモード光ファイバを伝播する光は単一のモードのみが可能で一定のMFDを保っている。また、第1シングルモード光ファイバ1Aの一端に光半導体素子を光接続させるためのレンズ部である先球9を備えることにより、光半導体素子と第1シングルモード光ファイバ1Aは高効率に光結合が可能になるが、この先球9と光半導体素子の相対位置関係、即ち光入射条件が変化してもシングルモード光ファイバを伝播し、出射される光はパワー以外は常に同一の条件で、レンズ効果を持つGIファイバ2Aに入射するので光結合特性が安定する。なお、この先球9はレンズ効果を有し光半導体素子に光接続できるものであればその形状は問わない。
【0042】
また、GIファイバ2Bはマルチモードファイバであるため、光入射条件により出射条件が大きく変化する。このため、光学素子挿入部での結合特性を保証することができない。そこで、コアレス光ファイバを接続することにより、予め焦点距離を厳密に調整すると同時に、光ファイバ間の軸ズレを防止することができる。
【0043】
具体的には、光デバイスS1は例えば直径1.25mm、長さ12mmの、アルミナ、ジルコニア、ガラス等からなるフェルール3の外周に、帯状にメタライズ層11として、クロム/金、ニッケル/金(金属膜の下層/上層の順に表記)等の構成の膜を真空蒸着、メッキ等により形成する。さらに、MFDが例えば10μmの第1シングルモード光ファイバ1A、P(ピッチ)>0.25の第1GIファイバ2A、第1GIファイバ2Aから出射される光のビームウエストと第2GIファイバ2Aの出射端面の距離をdとして、長さ2dのコアレス光ファイバ5、第1GIファイバ2Aと同じ長さの第2GIファイバ2B、第2シングルモード光ファイバ1Bを縦列に接続し、第1シングルモード光ファイバ1Aの先端を先球9に加工し光ファイバ体Fとした。さらに、前記フェルール3の貫通孔3aに光ファイバ体Fを挿入し、固定する。さらにコアレス光ファイバ5の部分で貫通孔3aを横切るように幅1mm程度の素子搭載用溝7を形成する。
【0044】
第2シングルモード光ファイバ1Bは、フェルール3の後端面3cが一致するように研摩されるか、そのまま光ファイバの余長をもったピグテイル形状にされる。そして、この素子搭載用溝7内に、偏光子19A,19Bとファラデー回転子20を一体成形後、切断して作製した光アイソレータ4を設置するとともに、光アイソレータ4の偏光子19A,19Bの光入出射面とコアレス光ファイバ5の一端部との間に、屈折率をコアレス光ファイバ5に整合させた透光性の屈折率整合接着剤8を設ける。なお、前述のように、ここでは磁界印加手段は省略する。また、光アイソレータ4の表面は反射量0.2%以下の図不示の反射防止膜が形成されているものとする。
【0045】
また、GIファイバ端面に点光源が存在した場合のコリメート条件は、P=0.25であるが、実際に結合効率が最も高いのは、2つのGIファイバからのビームウェストが一致する場合である。P=0.25では、ビームウェストはちょうどGIファイバの出射端面に位置することになり、GIファイバ間に光学素子を挟む場合はビームウェストは一致しない。従って、GIファイバの出射端面から離れた位置にビームウェストを形成するためにはP>0.25の条件が必要になる。
【0046】
第1シングルモード光ファイバ1Aの先球9から入った光は、第1GIファイバ2Aによってビーム径を拡大され、コアレス光ファイバ5の中央でビームウェストをもつビームとなって光アイソレータ4を通過し、再びコアレス光ファイバ5内を通過し、第2GIファイバ2Bによりビーム径を10μmに収束させられ、第2シングルモード光ファイバ1Bに伝播する。この光デバイスS1は、後端面3cにおいて第2シングルモードファイバ1Bはその余長を1mほど有し図不示のコネクタがその終端に取り付けられている。
【0047】
本発明によれば、光伝送路中に光アイソレータ4等の光学素子を挿入する構成であっても、ほぼアライメントフリーとなる。また、GIファイバを用いているが、その焦点距離はコアレス光ファイバ5の長さで調整済みで光ファイバ体組み立て時点で保証されており、素子実装後に調整する必要がない。これは工程の簡略化ばかりでなく、工程の初期段階で、即ち光学素子等を固定する前に結合効率の不具合が確認できるため、工程トータルの効率化と不良による損害を大幅に減らすことが可能になる。
【0048】
また、ここではコアレス光ファイバ5を分断する素子搭載用溝7内に特に光アイソレータ4を用いる例を示したが、波長板や波長フィルターといった光学素子でも適用可能である。
【0049】
また、本発明では、図3に示すように本発明の光デバイスS1とこの光デバイスS1と光結合させる光半導体素子とをパッケージ18に内蔵するモジュールM2を構成することができる。このように、光デバイスS1の外周において、環状のメタライズ層(接合用帯状体)11とパッケージ18を半田30で気密封止することにより、簡便に信頼性の高い気密構造を実現される。
【0050】
また、本発明の光デバイスは図4に示す構成としてもよい。即ち前述した光ファイバ体Fを挿入固定するフェルール3において、外周を一周にわたって帯状に覆う金属の外周体(接合用帯状体)27をフェルール3に対して低融点ガラス等の封止剤29で接合する。これにより外周体27とフェルール3の境界は高性能の気密性が保たれる。なお、外周体27とフェルール3の接合に用いる封止剤は超音波半田付けのような直接接合可能な半田を用いても良い。
【0051】
さらに図5に示すようにこの光デバイスS2と、光デバイスS2と光結合させる光半導体素子とをパッケージ18に内蔵するモジュールM3において、光デバイスS2の外周体27とパッケージ18をシーム溶接で気密封止することにより、簡便に信頼性の高い気密構造を実現することが可能になる。なお外周体27は溶接が容易なSUSや50アロイといった合金が好適である。
【0052】
また、本発明の光デバイスは図6に示す構成としてもよい。即ち前述した光ファイバ体Fを挿入固定するフェルール3において、フェルール3から突出し余長をもった第2シングルモード光ファイバ2Bの外周とフェルール3の後端部の外周を半田付けまたは溶接が可能な材質の被覆部材(接合用帯状体)28で環状に覆い、フェルール3と、被覆部材28の境界をまたは、第2シングルモード光ファイバと被覆部材28の境界において先に記載したような低融点ガラス付けや超音波半田といった封止剤26で気密接合を施し光デバイスS3を構成する。
【0053】
さらに図7に示すようにこの光デバイスS3と、光デバイスS3と光結合させる光半導体素子とをパッケージ18に内蔵するモジュールM3において、光デバイスS3の被覆部材28とパッケージ18をシーム溶接で気密封止することにより、簡便に信頼性の高い気密構造を実現することが可能になる。
【0054】
【実施例】
以下に、本発明をより具体化した実施例について説明する。
【0055】
〔例1〕
図2(a)〜(f)を用いて説明する。図2(a)に示すように、MFDが約10μmの石英系シングルモード光ファイバ1Aの先端に、△=0.85%、コア径が105μm、収束パラメータA=3.37×10−6μm−2、GIファイバ2Aを放電加工により融着し、ピッチP=0.258(653μm)になるようGIファイバ2Aを切断した。
【0056】
周囲の媒質がn=1.46(コアレス光ファイバ5の屈折率に相当)であれば、GIファイバ2Aの端面15から、このGIファイバ2Aで形成される出射光のビームウェストまでの距離は550μmとなる。
【0057】
次に、図2(b)に示すように、n=1.46の屈折率をもつコアレス光ファイバ5をGIファイバ2Aに放電加工により融着し、1100μmの長さで切断した。そして、図2(c)に示すように、GIファイバ2Aと同じ構成のGIファイバ2B、シングルモード光ファイバ1Bをこの順に融着接続し、最後に図2(d)のようにシングルモード光ファイバ1Aの一端に研摩加工によりR=5μmの先球9を形成し光ファイバ体Fとした。
【0058】
次に図2(e)のように、その外周に20〜30μm厚でモリブデン−マンガン層を形成し、その上にニッケルを約3μm、さらに金を0.1μm厚で電解めっきを行い幅2mmのメタライズ層11を形成した直径1.25mm,長さ12mmのジルコニアフェルール3の貫通孔3aに挿入固定した。固定にはエポキシテクノロジー社製熱硬化型エポキシ接着剤エポテック353NDを用いた。気密性を高めるため、低融点ガラスや半田を用いても良い。さらに、コアレス光ファイバ5の部分で貫通孔3aを横切るように幅1mmの素子搭載用溝7を形成した。なお、この加工にはDISCO製ダイサーブレードSDC320R10MB01を用いた。
【0059】
そして、図2(f)に示すように、この素子搭載用溝7内において、偏光子19A,19B,ファラデー回転子20を一体成形後、切断して作製した光アイソレータ4を設置した。ここで、コアレス光ファイバ5と屈折率を整合させた紫外線硬化型接着剤や熱硬化型の接着材8(例えばNTTアドバンストテクノロジー社の紫外線硬化型エポキシ接着剤#9539、ダイキン工業社製の紫外線硬化型接着剤オプトダイン、またはエポキシテクノロジー社製熱硬化型接着剤エポテック353ND等)を用いて光アイソレータ4とコアレス光ファイバ5の間に充填接着し光りデバイスS1を構成した。
【0060】
光アイソレータ4は、偏光子19A,19B(厚さ200μm、屈折率1.5)、ファラデー回転子20(磁性ガーネット、厚さ350μm、屈折率2.2)から成り、各々の光透過面は反射防止膜を形成した後に、エポキシ系の透光性の接着剤(例えば、エポキシテクノロジー社製熱硬化型接着剤エポテック353ND)で接合されている。なお、光アイソレータ4は10mm角以上の大型の素子で一括アライメントを行い接着した後に、400μm角に切断されている。厚さは750μmとなる。また、ここでは自発磁化型のガーネットを用いるため磁石は不要である。
【0061】
なお、本発明の光デバイスにおいては、LDモジュールに実装する際に、LD側のコア拡大光ファイバの端面は、反射を防ぎ結合効率も同時に向上させるため先球9としているが、光モジュールの設計によっては、レンズを設けても良い。
【0062】
また図3は本発明の光デバイスS1を用いてLDモジュールM1を構成した例を示す。基板14のV型の溝に、LD側端面を先球加工した光デバイスS1の第1シングルモード光ファイバ1Aを固定した。PD16は光強度を安定化するためにLD15の光をモニターする。光デバイスS1はパッケージ18の開口部18aにて半田30により封止され、気密性の高いLDモジュールM1を構成した。
【0063】
〔例2〕
図4に示すように直径1.25mm、長さ12mmのジルコニア性フェルール3の外周にリング上の外周帯27を設置し、低融点ガラス等の封止剤26で気密接合した。ここで、フェルール3内の光ファイバ体Fの作製手順は実施例1と同様であり、光ファイバ体Fが組み立てられた段階で光学特性は保証されている。また、光ファイバ体Fはフェルール3に挿入固定し、素子搭載用溝を形成して光アイソレータ4を固定する手順も実施例1と同様である。これにより、単純な構成で気密封止が可能なモジュールが簡便に構成可能な光デバイスS2とすることができる。なお、図中24はファイバ素線を被覆するジャケットである。
【0064】
また、図5に示すように、光デバイスS2を用いてLDモジュールM2を構成した。基板14のV型の溝に、LD側端面を先球加工した光デバイスS2の第1シングルモード光ファイバ1Aを固定した。PD16は光強度を安定化するためにLD15の光をモニターする。光デバイスS1はパッケージ18の開口部18aにリング29にYAGレーザーによるシーム溶接を施され、リング29はパッケージ18に、同じくYAGレーザーにて溶接される。リング29は第1シングルモード光ファイバ1Aが大きくたわまないように、パッケージ18に対し位置調整するために設けられている。これにより、気密性の高いLDモジュールM2を構成した。
【0065】
〔例3〕
図6に示すように、直径1.25mm、長さ12mmのジルコニア性フェルール3の後端の外周と第2シングルモード光ファイバ1Bの一部を覆う形状にした被覆部材28を設置し、封止剤26で気密接合した。フェルール3内の光ファイバ体Fの作製手順は実施例1と同様であり、光ファイバ体Fが組み立てられた段階で光学特性は保証されている。また、光ファイバ体Fはフェルール3に挿入固定し、素子搭載用溝を形成しで光アイソレータ4を固定する手順も実施例1と同様である。
【0066】
封止接合部分はパッケージ内外の境界部に於ける封止剤の断面積が小さい方が気密性が高い。したがって例1、例2のようにフェルール3の外周部で封止するよりも光ファイバの外周で封止した方が気密性は優れることになる。これにより、単純な構成でさらに高度な気密封止が可能な光モジュールS3とすることができる。24はファイバ素線を被覆するジャケットである。
【0067】
また、図7に示すように、光デバイスS2を用いてLDモジュールM3を構成した。基板14のV型の溝に、LD側端面を先球加工した光デバイスS2の第1シングルモード光ファイバ1Aを固定した。PD16は光強度を安定化するためにLD15の光をモニターする。光デバイスS1はパッケージ18の開口部18aにリング29にYAGレーザーによるシーム溶接を施し、リング29はパッケージ18に同じくYAGレーザーにて溶接した。リング29は第1シングルモード光ファイバが大きくたわまないように、パッケージ18に対し位置調整するために設けた。これにより、気密性の高いLDモジュールM3とすることができた。
【0068】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の光デバイス及び光モジュールによれば、以下の顕著な効果を奏することができる。
【0069】
レンズを用いていないため簡略な構成で安価に作製が可能である。
【0070】
基本となる複数の光ファイバを一列に接続した光ファイバ体は、マルチモード光ファイバ(例えばGIファイバ)とコアレス光ファイバの接続部の調整のみでよく、調整軸が少なく組み立てが容易である。2つのマルチモード光ファイバに挟まれるコアレス光ファイバは、焦点距離調節と軸ずれ防止、組み立ての簡易化の役割をもっており、もともと一本の光ファイバなのでこれを分断したものは軸ずれは原理的に発生しない。
【0071】
また、例えばフェルールの細孔の両端から光ファイバ体を挿入する場合の細孔内で調整するというような煩雑な作業が不要である。
【0072】
また、光ファイバ体に光学素子を挿入する場合は、コアレス光ファイバ部に素子搭載用溝を形成すれば良い。素子搭載用溝位置はコアレス光ファイバの範囲でさえあればずれても全く問題が生じないため極めて作製しやすい。また、光学素子である例えば光アイソレータの挿入は、ほぼアライメントフリーで行うことができる。
【0073】
また、光ファイバを用いた光学系であるが、作製に手間がかかり制御の難しいコア拡大光ファイバを用いている必要がない。
【0074】
また、光ファイバ体をフェルールに収納した光デバイスは小型で安定性が高い。
【0075】
さらに、基体の外周に金属から成る接合用帯状体を設けているので、パッケージと容易に半田封止構造を取ることが可能で、簡便に封止性の高いモジュールとなすことができる。
【0076】
さらに、接合用帯状体とパッケージとをレーザー溶接することが可能である。レーザー溶接は半田封止より、さらに簡便で短時間の工程であり、また、熱も局所的にしか発生しないため、光デバイスに内蔵されている光学素子やレーザーモジュール内の光半導体素子に与える影響が少ない。
【0077】
また、光デバイスの後端を金属の被覆部材(接合用帯状体)で被覆する構成を採用することにより、光ファイバと被覆部材を半田封止等が可能な上、光ファイバを基体のみで支持する場合に加え、より封止経路が長くなるため光デバイス自体の封止性が向上し、パッケージへの封止接合が容易である。
【0078】
さらに、基体をフェルールで構成すると、フェルールの中心軸に対し光ファイバが高精度に固定されるため、例えば第1シングルモード光ファイバの一端に形成したレンズ部(先球部)と光半導体素子とのアライメントが容易になり、また、耐久性が高く、小型にすることが可能になる。
【0079】
そして、このような光デバイスを用いることにより、小型で作製容易、安価で経時変化の少なく、気密性の優れた光モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る光デバイスを模式的に説明する断面図である。
【図2】(a)〜(f)は本発明に係る光デバイスの作製工程を模式的に説明する断面図である。
【図3】本発明に係る光モジュールを模式的に示す断面図である。
【図4】本発明に係る光デバイスを模式的に示す断面図である。
【図5】本発明に係る光モジュールを模式的に説明するための断面図である。
【図6】本発明に係る光デバイスを模式的に示す断面図である。
【図7】本発明に係る光モジュールを模式的に説明するための断面図である。
【図8】光アイソレータの動作を模式的に示す斜視図である。
【図9】コア拡大光ファイバの結合間隔と回折損失の関係を示すグラフである。
【図10】GIファイバ(マルチモード光ファイバ)内の光の挙動を説明する模式図である。
【図11】従来の光モジュールを説明する一部断面図である。
【図12】従来のコア拡大光ファイバに光アイソレータを実装したデバイスを説明する断面図である。
【符号の説明】
1、1A、1B:シングルモード光ファイバ
2A、2B:GIファイバ(マルチモード光ファイバ)
3:フェルール(基体)
3a:貫通孔
4:光アイソレータ
5:コアレス光ファイバ
6A,6B:レンズ
7:素子搭載用溝
8:屈折率整合接着剤
9:先球(レンズ部)
10:コア拡大光ファイバ
11:メタライズ層(接合用帯状体)
12:V溝
13:スリーブ
14:基板
15:LD(発光素子:光半導体素子)
16:PD(受光素子:光半導体素子)
17:ペルティエクーラー
18:パッケージ
18a:パッケージ開口部
19A,19B:偏光子
20:ファラデー回転子
22:順方向入射光
23:逆方向入射光
24:ファイバジャケット
26:封止剤
27:外周体(接合用帯状体)
28:被覆部材(接合用帯状体)
29:リング
30:半田
32:ラバーブーツ
J1:光モジュール
J2:光デバイス
M1、M2、M3:光モジュール
S1、S2、S3:光デバイス
F:光ファイバ体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical module including an optical semiconductor element such as a light emitting element or a light receiving element that is preferably used in an optical communication device, a sensor, or the like. The present invention also relates to an optical device that is mounted on the optical module and includes an optical isolator, optical sensing, a wavelength plate for measurement, and the like that blocks reflected return light from the outside of the optical module.
[0002]
[Prior art]
Laser diodes (hereinafter also referred to as LDs) used as light sources for optical communication are oscillated when reflected at a location where the emitted light is present and return to the active layer of the LD again. And this degrades the signal. In particular, analog signals are likely to be deteriorated by the reflected return light, and the higher the density of the signal, the more easily affected by the reflected return light. With the increase in analog transmission data such as CATV, increase in capacity, and speed up, Optical isolators have become an essential component.
[0003]
In order to prevent such a problem of reflected return light, the LD is usually mounted in the same package as the optical isolator that transmits light only in one direction, and constitutes an LD module that is a kind of optical module.
[0004]
The general operation of the optical isolator will be briefly described below. As shown in FIG. 8, the
[0005]
Next, an example of a conventional LD module will be described. As shown in FIG. 11, in the LD module J1, at least the
[0006]
The light emitted from the
[0007]
In such an optical module J1, the
[0008]
In order to reduce the size of the entire optical module and facilitate alignment, as shown in FIG. 12, an optical device J2 in which an
[0009]
This optical device J2 is a fiber stub type optical device in which an
[0010]
In addition, since the core expansion optical fiber is used, the tolerance of defocus (corresponding to the distance between the core expansion optical fibers in the direction parallel to the optical axis) is large. Even if an optical element is installed, there is an advantage that coupling loss is small.
[0011]
Moreover, such a core expansion optical fiber is produced by locally heating a general single mode optical fiber. The single mode optical fiber is heated to diffuse a dopant such as Ge doped in the core, thereby widening the diffusion region of the dopant and reducing the relative refractive index difference.
[0012]
If the core diameter increases without changing the relative refractive index difference between the core and the clad of the optical fiber, the single mode condition is broken and multimode is excited. In the case of an optical fiber with an expanded core, the diffusion of the dopant due to heat causes the expansion of the core and the decrease in the relative refractive index difference at the same time, automatically r × (D) 1/2 Is kept constant. Here, r is the radius of the core of the optical fiber, D is the relative refractive index difference between the core and the clad, and r × (D) 1/2 Is an amount proportional to the normalized frequency, and if this is constant, the single mode condition is maintained.
[0013]
FIG. 9 shows the characteristics of optical coupling using the core expansion optical fiber. The horizontal axis indicates the distance between the optical fibers (opposite spacing: or the width of the element mounting groove formed in the core expansion portion described later), and the vertical axis indicates the coupling loss of light. w represents each mode field diameter (hereinafter abbreviated as MFD), and corresponds to each curve. The wavelength of light is 1.31 μm generally used in optical communication, and the element mounting groove (between optical fibers) is filled with air (refractive index n = 1).
[0014]
When the MFD is 10 μm, the distance between the optical fibers is 70 μm, and there is a loss of 1 dB or more, whereas when the MFD is 40 μm, the loss is 1 dB or less even if the distance between the optical fibers is 800 μm. It can be seen that the binding properties are improved.
[0015]
In addition, an example in which a GI (graded index) fiber, which is a multimode optical fiber, is used as a lens and an optical isolator is installed in a cylindrical member is known (see US Pat. No. 5,325,456). . In this case, GI fibers are installed so as to sandwich both ends of the optical isolator, and optical coupling is achieved.
[0016]
Here, the GI fiber is an optical fiber having an axially symmetric refractive index distribution in which the refractive index gradually decreases from the central axis of the optical fiber, and is generally used for multimode transmission. Most GI fibers have an approximately squared refractive index profile. Since this refractive index distribution has a lens effect similar to that of a GRIN lens, a coupling optical system can be configured by using a GI fiber having an appropriate refractive index distribution with an appropriate length. Parameters indicating the characteristics of the GI fiber include a refractive index difference Δ between the cladding and the core center, a core diameter D, and a convergence parameter A.
[0017]
Furthermore, since the light beam in the GI fiber exhibits the behavior of a sine curve as shown in FIG. 10, the length is represented by the pitch (P) corresponding to the cycle of the light beam behavior. In FIG. 10, the horizontal axis represents the pitch, the vertical axis represents the position of the light beam in the GI fiber, and the portion where the light has spread most is relatively illustrated as 1. Note that P = 1 corresponds to one period (2π) of the sine curve. The light incident from the point light source becomes parallel light at P = 0.25 at the shortest pitch, and P = 0.5 at the shortest pitch again to converge on the point.
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
However, there are the following problems when using a core expansion optical fiber.
[0019]
The core expansion optical fiber is manufactured by heating the optical fiber as described above. In order to expand the core to 40 μm or more, heating for several hours to several tens of hours at a temperature of 1000 ° C. or more is required, which is very laborious. Further, a portion where the core diameter is changed from 10 μm to 40 μm requires a tapered portion that gradually increases the core diameter. In order to produce the tapered portion, it is necessary to locally heat the optical fiber by giving a large temperature difference. In addition to simply forming a tapered core, the optical characteristics change greatly depending on the length and angle of the taper portion, so a rapid temperature gradient and delicate control are required.
[0020]
In addition, although the core enlargement portion is several mm, this thermal processing is always required once per device, which is inefficient.
[0021]
Further, an optical system using a GI fiber as a lens has the following problems.
[0022]
A GI fiber, which is a multimode optical fiber, is connected to the tip of a single mode optical fiber and inserted from both ends of the pore. Clearance is required for the pore, and the optical fiber is positioned in μm units Deviations always occur. That is, when an optical fiber is inserted from both ends and hits, an axial deviation always occurs. Moreover, it is impossible to correct the deviation because it is in the pores.
[0023]
Furthermore, since the GI fiber has the same function as the lens, adjustment of the focal length is indispensable. It must be fixed while maintaining an appropriate width. If the optical fiber moves during the fixing operation, there arises a problem that loss increases. Further, when positioning the optical fiber inserted into the pore from both ends against the optical element, it is assumed that the thickness of the optical element is matched to the coupling length of the GI fiber. Further, a loss occurs at the thickness crossing of the optical element. In addition, since the element and the end face of the optical fiber come into contact with each other, there is a problem that it is difficult to fill with a refractive index matching material or the like.
[0024]
Furthermore, when an optical module is configured, airtightness is emphasized because moisture or the like does not enter the package from the outside. However, the optical device J2 makes no mention of airtightness or sealing. In order to maintain airtightness in 325 and 456, not only does it require a feedthrough of a metal tube having a complicated shape that is difficult to manufacture, but the number of parts is also complicated.
[0025]
Accordingly, the present invention provides an optical device that solves the above-mentioned problems, is compact and integrated, can be easily aligned with a light emitting / receiving element, and can easily have an airtight structure, and an optical module including the same. With the goal.
[0026]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an optical device according to the present invention includes a first multimode optical fiber, a coreless optical fiber at the other end of a first single mode optical fiber having a lens portion for optically connecting an optical semiconductor element at one end. An optical fiber, a second multimode optical fiber, and a second single mode optical fiber are sequentially connected in a row and fixed to a base, and an optical element is disposed in an element mounting groove formed in the coreless optical fiber. In addition, a bonding strip made of metal is provided on the outer periphery of the substrate.
[0027]
For example, specifically, the first multimode optical fiber and the coreless optical fiber second multimode are provided at the other end of the first single mode optical fiber having a lens portion for optically connecting the optical semiconductor element to one end of the optical device. The optical fiber and the second single mode optical fiber are sequentially connected in a row and fixed to the base, and an element mounting groove is formed in the middle of the coreless optical fiber, and the optical element is arranged in the element mounting groove. In the provided optical device, the outer periphery of the base is metallized.
[0028]
The optical device according to the present invention includes a first multimode optical fiber and a second coreless optical fiber at the other end of the first single mode optical fiber having a lens portion for optically connecting the optical semiconductor element at one end. The mode optical fiber and the second single mode optical fiber are sequentially connected in a row and fixed to the base, and an element mounting groove is formed in the middle of the coreless optical fiber, and an optical element is formed in the element mounting groove. In the disposed optical device, the outer periphery of the base is formed in a band shape with a material that can be soldered or welded, and is hermetically bonded at the boundary between the base and the outer peripheral band. To do.
[0029]
Furthermore, the optical device according to the present invention includes a first multimode optical fiber, a coreless optical fiber, a second optical fiber at the other end of the first single mode optical fiber having a lens portion for optically connecting the optical semiconductor element at one end. A multi-mode optical fiber and a second single-mode optical fiber are sequentially connected in a row and fixed to a base, and an element mounting groove is formed in the coreless optical fiber, and an optical element is formed in the element mounting groove. An outer peripheral portion of the base and the portion of the second single mode optical fiber protruding from the base with a covering member made of a solderable or weldable material, and the base and the covering It is characterized in that it is hermetically bonded at the boundary of the member or at the boundary of the second single mode optical fiber and the covering member.
[0030]
The optical device of the present invention is characterized in that in the optical device, the substrate is a ferrule.
[0031]
In the optical module of the present invention, the optical device and an optical semiconductor element optically connected to the lens portion of the first single mode optical fiber of the optical device are disposed, and the optical device and the package are hermetically bonded. It is characterized by doing.
[0032]
The end face of the optical device located on the light emitting / receiving element side of the first single mode optical fiber is processed into a tip to obtain optical coupling with the light emitting / receiving element.
[0033]
Further, in the optical device, the optical element installed in the element mounting groove provided in the middle of the coreless optical fiber is an optical isolator. An optical isolator is formed by integrating a Faraday rotator that rotates a polarization plane by 45 degrees between a pair of polarizers whose polarization planes are inclined by 45 degrees, and the Faraday rotator has spontaneous magnetization. If present, the magnet that applies the magnetic field to the Faraday rotator can be omitted.
[0034]
Further, the optical device and an optical element that receives or emits light are disposed in a package, respectively, and an optical module is formed that is hermetically bonded at a boundary between the optical device and the package.
[0035]
A GI fiber used as a multimode optical fiber and a coreless optical fiber sandwiched between the GI fibers have extremely important roles for adjusting the focal length, preventing misalignment, and simplifying assembly. Originally, it is a single optical fiber, so if it is divided, no axis misalignment will occur in principle.
[0036]
The focal position is precisely determined in advance according to the length of the coreless optical fiber and is guaranteed. No complicated work such as adjustment in the pores is required. The advantages as described above are possible because of the structure that divides the coreless optical fiber.
[0037]
Thereby, a compact optical device in which an optical element such as an optical isolator is mounted in the fiber stub almost without alignment can be configured. In addition, since the outer peripheral portion of the optical device is metallized or a metal that can be soldered or welded is hermetically bonded, a highly reliable optical module in which the entire package is hermetically sealed with a simple structure can be easily configured. .
[0038]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings schematically shown. In addition, in each figure, about the same member, the same code | symbol shall be attached | subjected and description shall be abbreviate | omitted.
[0039]
As shown in FIG. 1, the optical device S1 of the present invention includes a first single mode in a
[0040]
One end of the single mode optical fiber protruding from the
[0041]
The length of the coreless optical fiber 5 is adjusted so that the beam spots by the two
[0042]
Further, since the
[0043]
Specifically, the optical device S1 is made of chromium / gold, nickel / gold (metal) as a
[0044]
The second single mode
[0045]
The collimating condition when a point light source is present on the end face of the GI fiber is P = 0.25, but the actual coupling efficiency is highest when the beam waists from the two GI fibers coincide. . At P = 0.25, the beam waist is located just at the exit end face of the GI fiber, and the beam waist does not match when an optical element is sandwiched between the GI fibers. Therefore, in order to form a beam waist at a position away from the emission end face of the GI fiber, the condition of P> 0.25 is required.
[0046]
The light entering from the
[0047]
According to the present invention, even if an optical element such as the
[0048]
In this example, the
[0049]
Further, in the present invention, as shown in FIG. 3, a module M2 in which the optical device S1 of the present invention and an optical semiconductor element optically coupled to the optical device S1 are built in the
[0050]
Further, the optical device of the present invention may be configured as shown in FIG. That is, in the
[0051]
Further, as shown in FIG. 5, in the module M3 in which the optical device S2 and the optical semiconductor element optically coupled to the optical device S2 are built in the
[0052]
Further, the optical device of the present invention may be configured as shown in FIG. That is, in the
[0053]
Further, as shown in FIG. 7, in the module M3 in which the optical device S3 and an optical semiconductor element optically coupled to the optical device S3 are built in the
[0054]
【Example】
Examples in which the present invention is further embodied will be described below.
[0055]
[Example 1]
This will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 2A, Δ = 0.85%, the core diameter is 105 μm, and the convergence parameter A = 3.37 × 10 −6 μm− at the tip of the silica-based single mode optical fiber 1A having an MFD of about 10 μm. 2. The
[0056]
If the surrounding medium is n = 1.46 (corresponding to the refractive index of the coreless optical fiber 5), the distance from the
[0057]
Next, as shown in FIG. 2B, the coreless optical fiber 5 having a refractive index of n = 1.46 was fused to the
[0058]
Next, as shown in FIG. 2 (e), a molybdenum-manganese layer having a thickness of 20 to 30 μm is formed on the outer periphery, and nickel is electroplated to a thickness of about 3 μm and gold is further 0.1 μm in thickness, and the width is 2 mm. The metallized
[0059]
Then, as shown in FIG. 2 (f), the
[0060]
The
[0061]
In the optical device of the present invention, when mounted on the LD module, the end surface of the core-side optical fiber on the LD side is the leading
[0062]
FIG. 3 shows an example in which the LD module M1 is configured using the optical device S1 of the present invention. The first single mode optical fiber 1A of the optical device S1 whose tip end surface on the LD side was processed into a spherical shape was fixed in a V-shaped groove of the substrate. The
[0063]
[Example 2]
As shown in FIG. 4, an outer
[0064]
Further, as shown in FIG. 5, the LD module M2 is configured by using the optical device S2. The first single-mode optical fiber 1A of the optical device S2 having a tip end processed on the LD side was fixed to a V-shaped groove of the
[0065]
[Example 3]
As shown in FIG. 6, a covering
[0066]
The sealing joint portion has higher airtightness when the cross-sectional area of the sealing agent at the boundary portion inside and outside the package is smaller. Therefore, sealing in the outer periphery of the optical fiber is superior to sealing in the outer periphery of the
[0067]
Further, as shown in FIG. 7, an LD module M3 is configured using the optical device S2. The first single-mode optical fiber 1A of the optical device S2 having a tip end processed on the LD side was fixed to a V-shaped groove of the
[0068]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the optical device and the optical module of the present invention, the following remarkable effects can be obtained.
[0069]
Since no lens is used, it can be manufactured inexpensively with a simple configuration.
[0070]
An optical fiber body in which a plurality of basic optical fibers are connected in a line only needs to be adjusted in the connection portion between a multimode optical fiber (for example, GI fiber) and a coreless optical fiber, and has few adjustment axes and is easy to assemble. The coreless optical fiber sandwiched between two multimode optical fibers has the roles of focal length adjustment, prevention of misalignment, and simplification of assembly. Does not occur.
[0071]
Further, for example, a complicated operation such as adjustment in the pore when inserting the optical fiber body from both ends of the ferrule pore is unnecessary.
[0072]
In addition, when an optical element is inserted into the optical fiber body, an element mounting groove may be formed in the coreless optical fiber portion. Even if the element mounting groove position is within the range of the coreless optical fiber, no problem occurs even if it is shifted. Further, for example, an optical isolator which is an optical element can be inserted almost without alignment.
[0073]
Further, although the optical system uses an optical fiber, it is not necessary to use a core-expanded optical fiber that is troublesome to manufacture and difficult to control.
[0074]
An optical device in which an optical fiber body is housed in a ferrule is small and highly stable.
[0075]
In addition, since a bonding strip made of metal is provided on the outer periphery of the base body, it is possible to easily take a solder sealing structure with the package, and a module with high sealing performance can be easily obtained.
[0076]
Further, it is possible to laser weld the joining strip and the package. Laser welding is a simpler and shorter process than solder sealing, and heat is generated only locally, so it has an effect on optical elements built in optical devices and optical semiconductor elements in laser modules. Less is.
[0077]
In addition, by adopting a configuration in which the rear end of the optical device is covered with a metal covering member (joint band), the optical fiber and the covering member can be solder-sealed, and the optical fiber is supported only by the substrate. In addition to this, since the sealing path becomes longer, the sealing property of the optical device itself is improved, and the sealing and joining to the package is easy.
[0078]
Further, when the base is composed of a ferrule, the optical fiber is fixed with high accuracy with respect to the central axis of the ferrule. For example, a lens portion (tip ball portion) formed at one end of the first single mode optical fiber, an optical semiconductor element, Alignment becomes easy, and the durability is high, and the size can be reduced.
[0079]
By using such an optical device, it is possible to provide an optical module that is small and easy to manufacture, inexpensive, has little change over time, and has excellent airtightness.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating an optical device according to the present invention.
FIGS. 2A to 2F are cross-sectional views schematically illustrating a manufacturing process of an optical device according to the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an optical module according to the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing an optical device according to the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view for schematically explaining an optical module according to the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing an optical device according to the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view for schematically explaining an optical module according to the present invention.
FIG. 8 is a perspective view schematically showing the operation of the optical isolator.
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the coupling interval of the core-enlarged optical fiber and the diffraction loss.
FIG. 10 is a schematic diagram illustrating the behavior of light in a GI fiber (multimode optical fiber).
FIG. 11 is a partial cross-sectional view illustrating a conventional optical module.
FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a device in which an optical isolator is mounted on a conventional core expansion optical fiber.
[Explanation of symbols]
1, 1A, 1B: Single mode optical fiber
2A, 2B: GI fiber (multimode optical fiber)
3: Ferrule (base)
3a: Through hole
4: Optical isolator
5: Coreless optical fiber
6A, 6B: Lens
7: Groove for element mounting
8: Refractive index matching adhesive
9: tip ball (lens part)
10: Core expansion optical fiber
11: Metallized layer (band for bonding)
12: V groove
13: Sleeve
14: Substrate
15: LD (light emitting element: optical semiconductor element)
16: PD (light receiving element: optical semiconductor element)
17: Peltier Eculer
18: Package
18a: Package opening
19A, 19B: Polarizer
20: Faraday rotator
22: Forward incident light
23: Reverse incident light
24: Fiber jacket
26: Sealant
27: Peripheral body (band for bonding)
28: Cover member (band for joining)
29: Ring
30: Solder
32: Rubber boots
J1: Optical module
J2: Optical device
M1, M2, M3: Optical module
S1, S2, S3: Optical devices
F: Optical fiber body
Claims (1)
軸方向に貫通孔が形成されており、かつ外周部に、金属からなるとともにパッケージの開口部と気密に接合するための接合用帯状体が形成された基体における当該貫通孔に収納して当該基体に固定する工程を有し、
前記第1マルチモード光ファイバであるグレイデッドインデックスファイバ、及び前記第2マルチモード光ファイバであるグレイデッドインデックスファイバは、いずれも、長さが0.25ピッチよりも大きく、かつ、
前記コアレス光ファイバの長さは、前記第1マルチモード光ファイバであるグレイデッドインデックスファイバからのビームウェストと、前記第2マルチモード光ファイバであるグレイデッドインデックスファイバからのビームウェストとが、中央で一致するように調整された長さであって、
前記コアレス光ファイバを任意の位置で分断するように、前記基体及び前記コアレス光ファイバに前記貫通孔を横切る素子搭載用溝を形成する工程と、
前記素子搭載用溝内に、当該素子搭載用溝により分断された前記コアレス光ファイバと光接続する光学素子を配設する工程とをさらに有することを特徴とする光デバイスの製造方法。 A first multimode optical fiber, a graded index fiber, a coreless optical fiber, and a second multimode optical fiber are connected to the other end of the first single mode optical fiber having a lens portion for optically connecting an optical semiconductor element to one end. An optical fiber body in which graded index fibers and second single mode optical fibers are sequentially connected in a row,
A through hole is formed in the axial direction, and the base body is housed in the through hole in the base body in which the outer peripheral portion is formed of a metal and has a bonding strip for airtight bonding to the opening of the package. and a step of fixing the,
The graded index fiber that is the first multimode optical fiber and the graded index fiber that is the second multimode optical fiber are both longer than 0.25 pitch, and
The length of the coreless optical fiber is such that the beam waist from the graded index fiber that is the first multimode optical fiber and the beam waist from the graded index fiber that is the second multimode optical fiber are at the center. The length adjusted to match,
Forming an element mounting groove across the through hole in the base and the coreless optical fiber so as to divide the coreless optical fiber at an arbitrary position;
The device mounting groove, a manufacturing method of an optical device, characterized by further comprising the step of disposing an optical element for connection the coreless optical fiber and the optical dividing by the device mounting groove.
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