JP4535914B2 - 光レセプタクルとこれを用いた光素子モジュール - Google Patents

Description

本発明は、光通信に利用される光レセプタクル型光トランシーバ及び光素子モジュールに関する。

従来の光レセプタクルとこれを用いた光素子モジュールは例えば特許文献１及び２に開示されており、その内部構造を図４、図５で説明する。

図４は、スリーブカバーが金属から成る光レセプタクルが用いられた光素子モジュールの中央断面図である。光素子は半導体レーザの場合を示し、モニタ用ＰＤ（フォトダイオード）及びＰＤへの配線用リード線は省略する。

従来の光素子モジュールは、半導体レーザ１、ヒートシンク２、金属ステム３、レンズ４及びレンズホルダ５からなる光学ユニット１００と、光レセプタクル２００とから構成されている。

半導体レーザ１は、ヒートシンク２上にはんだにより搭載され、ヒートシンク２は、金属ステム３上に同じくはんだにより搭載固定されている。レンズ４は金属から成るレンズホルダ５に低融点ガラスなどにより固定され、レンズホルダ５は金属ステム３に抵抗溶接され、光学ユニット１００が形成されている。

光ファイバ６は中央部に貫通孔７を有するセラミック又はガラス材からなるフェルール８に接着剤により保持されファイバスタブ９を形成している。ファイバスタブ９の先端面１０は、半導体レーザなどの光素子１への近端反射による戻り光を抑制するため、８°に斜め研磨されている。また、後端面１１は、図示しない光コネクタのプラグフェルール先端と嵌合するための曲面研磨加工が施されている。

ファイバスタブ９にはスリーブ１２が挿入され、ファイバスタブ９の先端側は把持リング１３によってスリーブ１２と共にスリーブカバー１４のザグリ部１５に圧入固定され、光レセプタクル２００が形成されている。

そして、光素子モジュールは、半導体レーザ１から出射された光がレンズ４により集光され、光ファイバ６に集光するよう光レセプタクル２００を位置調整しており、その後、光レセプタクル２００のスリーブカバー１４がレンズホルダ５にレーザ溶接により固定される。

図５は、スリーブカバーがプラスチックなどの樹脂成型品から成る光レセプタクルが用いられた光素子モジュールの中央断面図である。

金属ホルダ１６の第２の貫通孔２１にスタブ９の先端側が圧入され、スタブ９の後端側にスリーブ１２が挿入された後、スリーブ１２を覆うように樹脂成型されたスリーブカバー１４が挿入され、金属ホルダ１６の外径に予め設けられた嵌合ツメ１７にスリーブカバー１４の嵌合穴１８が嵌合されて光レセプタクル２００が形成されている。
特開平１０−３３２９８８号公報 特開２００１−６６４６８号公報［発明の開示］［発明が解決しようとする課題］

しかしながら、図４に示す従来の構造では、金属ステム３、レンズホルダ５、光レセプタクル２００のスリーブカバー１４が共に溶接されていることから、金属ステム３に接続された電気回路のグランド又は電源と同電位となる。このため、グランド又は電源に雑音が乗っていると、光レセプタクル２００自身がアンテナのように振るまい、雑音電波を発生させる。更に、乾燥した周囲環境で光コネクタを嵌合する際に静電気が発生してしまう場合、金属から成るスリーブカバー１４、レンズホルダ５、金属ステム３を介して電気回路に至り、電気回路又は光素子１がサージ破壊してしまうという電気的な課題があった。

一方、図５に示す従来の構造は、スリーブカバー１４を樹脂成型品とし、電気的に絶縁することで、上記雑音電波の発生や静電気によるサージ破壊は回避したものの、樹脂成型品は機械的（衝撃）強度が弱いため、光コネクタが繰り返し挿入され、光コネクタ先端のプラグフェルールがスリーブカバー１４に衝突した際にスリーブカバー１４に割れが生じるという機械的な課題があった。

本発明の目的は、上述の課題に鑑みて案出されたものであり、雑音電波発生やサージ破壊を回避するための電気的絶縁と光コネクタ嵌合時の衝撃による割れ防止を両立した光レセプタクルとこれを用いた光素子モジュールを提供することにある。
［課題を解決するための手段］

上記課題に鑑みて本発明の光レセプタクルは、電子部品素子が収容された金属パッケージに固定される金属製のホルダと、光コネクタ用のプラグフェルールが挿入されるスリーブと、金属により形成されているとともに、前記スリーブの少なくとも一部を内部に収容する筒状のスリーブカバーとを含んでなる光レセプタクルにおいて、前記スリーブカバーは、前記ホルダと離間して配置され、一端および他端が前記スリーブカバーおよび前記ホルダに圧入されて固定された電気絶縁性のスペーサを介して前記ホルダと連結されている
ことを特徴とする。

更に、上記スペーサは、前記スリーブカバーに設けられたザグリ部に圧入されて固定されていることを特徴とする。
また、前記ザグリ部は、前記スリーブカバーの一端面と内周面との間に形成されていることを特徴とする。

加えて、前記スペーサは円筒体形状であり、前記スペーサの内周面に、前記スペーサの軸に直角な断面において略矩形である縦溝を軸方向に備えたことを特徴とする。

また、本発明の光素子モジュールは、光素子を内蔵した光学ユニットと、この光学ユニットに取り付けた上記いずれかに記載の光レセプタクルとを備えていることを特徴とする。
［発明の効果］

本発明の構成によれば、電子部品素子が収容された金属パッケージに固定される金属製のホルダと、光コネクタ用のプラグフェルールが挿入されるスリーブと、金属により形成されているとともに、スリーブの少なくとも一部を内部に収容する筒状のスリーブカバーとを含んでなる光レセプタクルにおいて、スリーブカバーは、ホルダと離間して配置され、一端に設けられたザグリ部に圧入された電気絶縁性のスペーサを介してホルダと連結されていることにより、ホルダとスリーブカバーとは、スペーサを介し電気的に絶縁されているため、光レセプタクル自身がアンテナとはならず雑音電波を発生させることがなく、また、光コネクタ嵌合時に発生する静電気による電気回路のサージ破壊も防止できる。

さらに、上記スペーサが、上記ホルダ及びスリーブカバーに圧入固定されていることで、接着剤固定の場合に発生する膨潤などの経時劣化がなく、長期信頼性低下の懸念はない。

さらに、上記スペーサは円筒体形状であり、その内周面に、断面が略矩形からなる縦溝を有することで、上記ホルダ及びスリーブカバーに圧入する際、溝構造がないか、あるいはＶ型やＵ型の溝構造よりも弾性変形を可能とし、圧縮応力による割れを回避できる。

［発明を実施するための最良の形態］

以下、本発明の実施の形態を図によって説明する。なお、従来技術と同じものについては同じ符号を用いるものとする。

図１は、本発明の光レセプタクルが用いられた光素子モジュールの中央断面図である。光素子モジュールに用いられる電子部品素子1としては、半導体レーザやＬＥＤ（ライトエミッティングダイオード）等の発光ダイオードや、受信用ＰＤ（フォトダイオード）等が上げられる。なお、以下に示す本発明の実施形態では、電子部品素子１は半導体レーザの場合を示し、モニタ用ＰＤ（フォトダイオード）及びＰＤ（フォトダイオード）への配線用リード線は省略する。

そして、本発明の光レセプタクル２００の先端面に光学ユニット１００が取り付けられて光素子モジュールは構成され、また、光学ユニット１００は、半導体レーザ１、ヒートシンク２、金属ステム３、レンズ４及びレンズホルダ５とから構成される。

半導体レーザ１は、ヒートシンク２上に半田により搭載され、ヒートシンク２は、円柱状の平面に支持部を垂直に突出させた金属ステム３上に同じく半田により搭載固定されている。レンズホルダ５は、金属ステム３の円柱面周囲を覆うように抵抗溶接可能な金属材料で円筒状に形成されており、半導体レーザ１やヒートシンク２が収納可能に構成するとともに、レンズ４が半導体レーザ１のレーザ光路の下流側の内周１９に低融点ガラスなどにより固定される。

本発明の光レセプタクル２００は、金属製のホルダ１６、スペーサ２０、スリーブ１２、スリーブカバー１４とから構成され、必要に応じて、ファイバスタブ９を設けてもよい。以下では、ファイバスタブ９を有した場合の光レセプタクル２００について詳述する。

ファイバスタブ９は、中央部の貫通孔７に光ファイバ６がジルコニアやアルミナなどのセラミック材又はガラス材からなるフェルール８に接着剤により保持されてなる。また、ファイバスタブ９の先端面１０は半導体レーザなどの光素子１への近端反射による戻り光を抑制するため、光軸に垂直な面に対して８°に斜め研磨加工されている。一方、ファイバスタブ９の後端面１１は、図示しない光コネクタのプラグフェルール先端と当接するための曲面研磨加工が施されている。なお、ファイバスタブ９先端の研磨角度は、例えば０°として無反射コート膜を施しても良い。

ホルダ１６は、例えば、有底カップ状に形成し、その底面中央から厚み方向に貫通する第２の貫通孔２１及び底面と相対する側に第２のザグリ部２２を形成するとともに、この第２の貫通孔２１にファイバスタブ９の先端側が圧入保持され、第２のザグリ部２２にスペーサ２０が圧入保持可能に構成されている。金属製のホルダ１６の材料としてはＳＵＳ３０４等の耐食性と溶接性に優れたステンレス材が用いられるが、鉄、ニッケルなどの溶接が可能な材料を用いても構わない。

スリーブ１２は、りん青銅やセラミック材料等からなる円筒体を縦全体にスリット加工した割りスリーブが用いられ、一方側の開口から光コネクタ用のプラグフェルール（不図示）を保持するとともに、他方側の開口からファイバスタブ９のフェルール８後端側を挿入可能に構成してなる。

スリーブカバー１４は、円筒状に形成され、図示しない光コネクタのプラグフェルールが挿入される側と相対する側にザグリ部１５が設けられ、また、スリーブ１４は金属ホルダ１６の側壁と離間して配置されてその全体が収納され、スペーサ２０がザグリ部１５に圧入保持可能に構成されている。スリーブカバー１４の材質としてはステンレス材などの金属が用いられる。

そして、金属ホルダ１６の第２の貫通孔２１にファイバスタブ９の先端側が圧入固定され、第２のザグリ部２２に円筒型のスペーサ２０が圧入固定され、ファイバスタブ９の後端側にスリーブ１２を挿入して、そのスリーブ１２を覆うようにスリーブカバー１４に設けられたザグリ部１５に、スペーサ２０を設け、該スペーサ２０でもってホルダ１６と連結するように圧入固定して光レセプタクル２００を形成している。

ここで、セラミック製のスペーサ２０が存在しなければ、例えば、光レセプタクルを乾燥した周囲環境で光コネクタを嵌合する際に静電気が発生しやすくなるため、その際、金属から成るスリーブカバー１４からホルダ１６を通電して、該ホルダ１６に固定される金属パッケージ内に収納された電子部品素子１まで通電し、電子部品素子１がサージ破壊してしまう。

しかしながら、以上のような本発明の構成によれば、電子部品素子１が収容された金属パッケージ５に固定される金属製のホルダ１６と、光コネクタ用のプラグフェルールが挿入されるスリーブ１２と、該スリーブ１２の少なくとも一部を内部に収容する筒状のスリーブカバー１４とを含んでなる光レセプタクルであり、スリーブカバー１４は、金属により形成されているとともにホルダ１６と離間して配置された上、セラミック製のスペーサ２０でもって上記スリーブカバーと連結させることにより、電子部品素子への静電気の通電を防止することができる。

また、図２は本発明の光レセプタクルに用いられるスペーサ２０の正面図である。

スペーサ２０は、電気的絶縁を目的としセラミック材から形成され、形状については、ホルダ１６とスリーブカバー１４の電気絶縁を確保できれば、円筒状、板状、角筒状など特に限定されるものではない。セラミック材などの脆性材料は、圧縮強さが引っ張り強さの数十倍の値を示すため、スペーサ２０が円筒体形状であれば、金属ホルダ１６などの金属材料をセラミック材からなるスペーサ２０の内周面に圧入するより、金属材料の内周面にセラミック材を圧入するほうが好ましい。しかしながら、単に円筒型のセラミックスペーサを金属材料に圧入した場合、セラミックスペーサに圧縮応力下におけるせん断応力方向の亀裂（割れ）が生じてしまう。そこで、円筒体形状のスペーサ２０の内周面には、金属ホルダ１６の第２のザグリ部２２及びスリーブカバー１４のザグリ部１５に圧入する際の圧縮応力による割れを回避し、弾性変形を可能とするため、円筒状スペーサ２０の内周面に、スペーサ２０の短手方向の断面形状が略矩形からなる縦溝２３を設けることが好ましい。

また、セラミック材からなる円筒状スペーサ２０の外径は、金属ホルダ１６及びスリーブカバー１４より小さくし、さらに、上述した縦溝２３を有することで金属ホルダ１６及びスリーブカバー１４への圧入固定を可能とし、スリーブカバー１４はステンレス材などの金属により形成されていることから、光コネクタのプラグフェルールが衝突してもプラスチックのように割れることがなく、電気的絶縁と機械強度低下防止を両立した光レセプタクル２００及びこれを用いた光素子モジュールを提供できる。

一方、図３は、本発明の光レセプタクルのスリーブカバー１４をセラミック材にて形成し、スリーブカバー２４の一端をホルダ１６に圧入して接合した場合の光素子モジュールの中央断面を示す参考図である。

このような構成によれば、スリーブカバー１４自体をセラミックにより形成したため、スリーブ１２に光コネクタ用のプラグフェルールが挿入される際に発生する静電気は、スリーブカバー２４を通電することができないため、電子部品素子１への通電を防止することができる。

さらに、スリーブカバー２４の内周面は、スペーサ２０同様、内周面の短手方向の断面が略矩形の縦溝２３（不図示）を有しており、金属ホルダ１６の第２のザグリ部２２に圧入固定されている。金属ホルダ１６に圧入される前記スペーサ２０に相当する部分の外径は、前記スリーブカバー１４に相当する部分の外径と略同一となっている。

このように、スリーブカバー１４をセラミックで形成し、内周面の短手方向の断面が略矩形の縦溝を有する縦溝付きスリーブカバー２４とすることで、同じく電気的絶縁と機械強度低下防止を両立した光レセプタクル２００及びこれを用いた光素子モジュールを提供できる。

以下、本発明の実施例として図１、図２及び図３に示す光レセプタクルを備えた光素子モジュールを作製した。光素子モジュールは同軸型からなる光レセプタクル型半導体レーザモジュールとした。

図１において、光ファイバ６をジルコニア材からなる外径がφ１．２５ｍｍのフェルール８の中心部の貫通孔７に接着固定して、ファイバスタブ９を形成した。そして、ファイバスタブ９の先端面を８°に斜め研磨加工した。また、ファイバスタブ９の後端面は、図示しない光コネクタのプラグフェルール先端と嵌合されるための曲面研磨加工を施した。

ファイバスタブ９の先端側は、金属ホルダ１６の第２の貫通孔２１に圧入固定した。金属ホルダ１６の第２のザグリ部２２の深さは１ｍｍに設定した。

円筒体形状からなるスペーサ２０は、図２に示すように内周面に断面形状が略矩形からなる縦溝２３を有するジルコニアにより形成した。長さは約２．５ｍｍとし、内径の溝の深さは０．１〜０．２ｍｍとした。

スリーブ１２は、ジルコニアからなる円筒を縦全体にスリット加工した割りスリーブを採用した。

スリーブカバー１４は、ステンレス材からなり、スペーサ２０を圧入固定するザグリ部１５の深さは１ｍｍに設定した。

金属ホルダ１６の第２のザグリ部２２にスペーサ２０を圧入固定し、ファイバスタブ９の後端側にスリーブ１２を挿入し、スリーブ１２を覆うようにスリーブカバー１４のザグリ部１５にスペーサ２０を圧入固定して光レセプタクル２００を形成した。金属ホルダ１６とスリーブカバー１４は、スペーサ２０を介して約０．５ｍｍの間隔となっている。

半導体レーザ１をヒートシンク２０上に半田により搭載固定し、ヒートシンク２０は、金属ステム３上に同じく半田により搭載固定した。レンズ４はステンレス材から成るレンズホルダ５の内周１９に低融点ガラスにより固定し、レンズホルダ５は金属ステム３に抵抗溶接した。

そして、レンズ４により集光された光に光ファイバ６が位置するよう上記光レセプタクル２００を位置調整した後、光レセプタクル２００の金属ホルダ１６をレンズホルダ５にレーザ溶接固定した。

図３において、金属ホルダ１６の第２のザグリ部２２にジルコニアからなる縦溝付きスリーブカバー２４を圧入固定して光レセプタクル２００を形成した。縦溝付きスリーブカバー２４の内周面の短手方向の断面は、前記スペーサ２０同様に略矩形からなる縦溝を有している。

本実施例の光素子モジュールでは、光レセプタクル２００の金属ホルダ１６と、同じく金属から成るスリーブカバー１４が絶縁材のジルコニアからなるスペーサ２０を介し約０．５ｍｍの間隔を有して対峙固定されていることから、絶縁抵抗は１ＭΩ以上となり、光素子モジュールのグランド及び電源回路とスリーブカバー１４との電気的絶縁が達成され、雑音電波の発生や静電気による電気回路及び光素子１のサージ破壊を防止することができた。

一般に円筒型のセラミックスペーサを金属ホルダ１６などへ圧入した際、圧縮応力によりセラミックスペーサが割れてしまうため、圧入固定が不可能であったのに対し、本実施例ではジルコニアからなるスペーサ２０の内周面に断面形状が略矩形からなる縦溝２３を形成したことで塑性変形を可能とし、金属ホルダ１６及びスリーブカバー１４に圧入した際の割れは発生していない。

また、ジルコニアセラミックスからなり、内周面の短手方向の断面が略矩形の縦溝を有した、縦溝付きスリーブカバー２４を金属ホルダ１６と接合させた光レセプタクルを用いた場合でも同様の効果が得られ、圧入時の割れは発生せず、電気的絶縁が可能となった。

そして、スリーブカバー１４が従来のプラスチック材からなる光レセプタクルを試料番号１とし、本実施例のステンレス材で構成された金属製のスリーブカバー１４と金属製のホルダ１６とをセラミック製のスペーサ２０でもって連結させた光レセプタクル２００を試料番号２、また、ジルコニアからなる縦溝付きスリーブカバー２４と金属製のホルダ１６とを接合した光レセプタクル２００を試料番号３とし、それぞれの衝撃に対する強さを調査するため、横方向からの圧縮応力による破壊試験を行った。結果を表１に比較して示す。

表１に示すように、試料番号１であるプラスチック材により形成した従来のスリーブカバー１４は、１００Ｎの横方向の圧縮応力で５／５個破壊してしまうのに対し、本実施例の試料番号２のステンレス材で構成された金属製のスリーブカバー１４と金属製のホルダ１６とをセラミック製のスペーサ２０でもって連結させたもの、及び試料番号３のジルコニアからなる縦溝付きスリーブカバー２４と金属製のホルダ１６とを接合した光レセプタクル２００は、１００Ｎ程度の圧縮応力では変形もせず、光コネクタのプラグフェルールが衝突してもプラスチックのように割れることがなく、電気的絶縁と機械強度低下防止を両立した光レセプタクル２００及びこれを用いた光素子モジュールの提供が可能となった。

［図１］本発明の光レセプタクルが用いられた光素子モジュールの断面図である。
［図２］本発明の光レセプタクルに用いられる円筒型スペーサの正面図である。
［図３］光レセプタクルが用いられた光素子モジュールの断面を示す参考図である。
［図４］従来の光レセプタクルが用いられた光素子モジュールの断面図である。
［図５］従来の光レセプタクルが用いられた光素子モジュールの断面図である。
［符号の説明］

符号の説明

１…電子部品素子（半導体レーザ）
２…ヒートシンク
３…金属ステム
４…レンズ
５…レンズホルダ
６…光ファイバ
７…貫通孔
８…フェルール
９…ファイバスタブ
１０…先端面
１１…後端面
１２…スリーブ
１３…把持リング
１４…スリーブカバー
１５…ザグリ部
１６…金属ホルダ
１７…嵌合ツメ
１８…嵌合穴
１９…内周
２０…スペーサ
２１…第２の貫通孔
２２…第２のザグリ部
２３…縦溝
２４…縦溝付きスリーブカバー
１００…光学ユニット
２００…光レセプタクル

Claims (5)

1. 電子部品素子が収容された金属パッケージに固定される金属製のホルダと、光コネクタ用のプラグフェルールが挿入されるスリーブと、金属により形成されているとともに、前記スリーブの少なくとも一部を内部に収容する筒状のスリーブカバーとを含んでなる光レセプタクルにおいて、前記スリーブカバーは、前記ホルダと離間して配置され、一端および他端が前記スリーブカバーおよび前記ホルダに圧入されて固定された電気絶縁性のスペーサを介して前記ホルダと連結されていることを特徴とする光レセプタクル。
2. 前記スペーサは、前記スリーブカバーに設けられたザグリ部に圧入されて固定されていることを特徴とする請求項１に記載の光レセプタクル。
3. 前記ザグリ部は、前記スリーブカバーの一端面と内周面との間に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光レセプタクル。
4. 前記スペーサは円筒体形状であり、前記スペーサの内周面に、前記スペーサの軸に直角な断面において略矩形である縦溝を軸方向に備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光レセプタクル。
5. 光素子を内蔵した光学ユニットと、該光学ユニットに取り付けた請求項１乃至４のいずれかに記載の光レセプタクルとを備えていることを特徴とする光素子モジュール。
   

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