JP5291033B2

JP5291033B2 - 光部品

Info

Publication number: JP5291033B2
Application number: JP2010072182A
Authority: JP
Inventors: 芳行土居; 健都築; 元速石井; 文博海老澤; 博照井
Original assignee: NTT Electronics Corp; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Electronics Corp; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2030-03-26
Also published as: JP2011203600A

Description

本発明は、光部品に関し、より詳細には、パッケージ内に導波路型光素子を収納する光部品に関する。

光素子をパッケージ内に封止した光モジュール（光部品）において、パッケージ内に導入される光ファイバと光素子との固定方法が研究されている。光モジュールの周囲の温度が変動すると、パッケージが膨張または収縮し、パッケージ内の光ファイバに熱応力が加わる場合があり、問題となっている。

図１は、こうした問題に対処するための従来の光モジュールを示す図である（特許文献１参照）。パッケージ２内には、半導体レーザ等の光素子１収納されている。光ファイバ４の先端には、光ファイバ４を保持するためのフェルール５が接合されており、光ファイバ４と共に挿通管３の挿通孔６を通ってパッケージ２内に導かれ、ステム８上に固定される。パッケージ２に固定された挿通管３は、光ファイバ４が導出されるリング状部材１７の中心軸が、光素子１の光軸よりもパッケージ２の下方に位置するように配置されている。光ファイバ４の先端部とリング状部材１７の中心の気密封止部との段差により、光ファイバ４は、パッケージ２内で自然に上下方向に湾曲することになる。これによって、環境温度の変化によりパッケージ２が膨張収縮した時に、パッケージ２内の光ファイバ４の先端固定部に加わる熱応力が緩和され、光ファイバ出力の変動や劣化を抑制することができる。

特開２００１−２８１４９８号公報

しかしながら、従来の固定構造では、ファイバの機械的信頼性に問題が残る。図２を参照して説明する。なお、従来の光モジュールでは、光素子として半導体レーザが想定され、フェルール５を介して光ファイバとの接続が行われているが、以下の説明では、本発明により関連のある導波路型光素子をパッケージ内の光素子とし、Ｖ溝、キャピラリ等の保持部を介してファイバと光素子が接続される構造を考える。

パッケージ２２０内には、平面光波回路（ＰＬＣ、Planar Lightwave Circuit）等の導波路型光素子２３０が収納されている。光ファイバ２１０の先端には、光ファイバ２１０を保持するための保持部２４０が接合されており、光ファイバ２１０と共にパイプ部２２０Ａを通ってパッケージ２２０内に導かれ、パッケージ２２０上に固定される。導波路型光素子２３０と保持部２４０との接続部には、導波路型光素子２３０の上に補強板（ヤトイ）２５０が設けられている。パッケージ２２０に固定されたパイプ部２２０Ａの中心軸は、導波路型光素子２３０における光軸の延長線上にある。特許文献１では、パッケージ２２０に固定された挿通管（パイプ部に相当）の中心軸は、光素子（導波路型光素子に相当）における光軸の下方に位置し、上下方向に湾曲を持たせているが、説明に用いる構造では、次図（図３）に示されるように、導波路型光素子２３０の上面に平行な方向に湾曲を持たせている。

図３に示すように、ファイバ２１０が固定されるパッケージ２２０のパイプ部２２０Ａの中心軸が、導波路型光素子２３０の光軸、すなわち導波路２３１の光線方向からずれている場合、ファイバ２１０はパイプ部２２０Ａと保持部２４０との間で湾曲する。特許文献１に開示されているように、当該湾曲により熱応力の緩和はできるものの、ファイバ２１０の曲げに起因するせん断応力が、光素子２３０の光軸に対して垂直な方向にかかってしまう。これは、ファイバ２１０と導波路型光素子２３３０の接続部における光軸のずれや剥離などの破壊に至るものである。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、パッケージ内に導波路型光素子を収納する光部品において、パッケージ内に導入されるファイバと導波路型光素子との接続の光学的・機械的信頼性を向上することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明の第１の態様は、単一の導波路を有する導波路型光素子と、前記導波路型光素子を収納するパッケージと、前記パッケージ内に導入され、前記導波路型光素子と接続される第１及び第２のファイバとを備え、前記第１及び第２のファイバは、前記パッケージ内で湾曲し、前記第１及び第２のファイバは、湾曲の形状が前記導波路型光素子の光軸方向に関して対称であり、前記第１及び第２のファイバのうち少なくとも一方は、前記導波路型光素子が有する導波路と光学的に結合していることを特徴とする光部品である。

また、本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記第１のファイバと前記第２のファイバとの間の間隔が、前記導波路型光素子に近づくにつれて広がっていることを特徴とする。

また、本発明の第３の態様は、第１の態様において、前記第１のファイバと前記第２のファイバとの間の間隔が、前記導波路型光素子に近づくにつれて狭まっていることを特徴とする。

また、本発明の第４の態様は、第１から第３のいずれかの態様において、前記第１及び第２のファイバが、それぞれ第１及び第２のフェルールを有し、前記第１及び第２のフェルールが前記パッケージに固定されることを特徴とする。

また、本発明の第５の態様は、単一の導波路を有する導波路型光素子と、前記導波路型光素子を収納するパッケージと、前記パッケージ内に導入され、前記導波路型光素子と接続される複数のファイバとを備え、前記複数のファイバのうち少なくとも一部は、前記パッケージ内で湾曲し、前記複数のファイバは、全体として湾曲の形状が前記導波路型光素子の光軸方向に関して対称であり、前記複数のファイバのうち少なくとも一部は、前記導波路型光素子が有する導波路と光学的に結合していることを特徴とする光部品である。

本発明によれば、パッケージ内に導波路型光素子を収納する光部品において、パッケージ内に導入される複数のファイバの湾曲を、全体として光素子の光軸方向に関して対称とすることにより、導波路型光素子に加わるせん断応力が相殺され、ファイバと導波路型光素子との接続の光学的・機械的信頼性を向上することができる。

従来の光モジュールを示す図である。従来の光モジュールの問題点を説明するための図である。従来の光モジュールの問題点を説明するための図である。本発明に係る一実施形態を示す図である。本発明に係る一実施形態を示す図である。本発明に係る一実施形態を示す図である。本発明に係る一実施形態を示す図である。本発明に係る一実施形態を示す図である。図７の実施形態の具体的な実施例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

図４〜図９は、本発明に係る諸実施形態を示す図である。図示を容易にするためパイプ部は示されていない。図４の光部品４００は、導波路４３１を有する導波路型光素子４３０と、導波路型光素子４３０を収納するパッケージ４２０と、パッケージ４２０内に導入され、保持部４４０を介して導波路型光素子４３０と接続される第１のファイバ４１１及び第２のファイバ４１２を備える。第１のファイバ４１１は導波路４３１と光結合しており、第２のファイバ４１２はしていない。第１のファイバ４１１は、図２で示した従来の光部品のファイバ２１０と同様に湾曲している。本実施形態の光部品４００はさらに、第１のファイバ４１１と湾曲の形状が導波路型光素子４３０の光軸方向に関して対称な第２のファイバ４１２を備える。第２のファイバ４１２を備えることにより、第１のファイバ４１１の曲げに起因するせん断応力が、第２のファイバ４１２の曲げに起因するせん断応力と相殺し合い、光素子４３０の光軸に対して垂直な方向（光素子４３０の上面に平行な方向）に応力がかからなくなる。したがって、光軸のずれ等の発生を抑制することができる。

図５の光部品５００は、光素子４３０が第２の導波路４３２をさらに備える点で図４の光部品４００と異なる。第２の導波路４３２を用いて回転調心により保持部４４０と導波路型光素子４３０の接続部を平行にすることができる。そのため、保持部４４０と導波路型光素子４３０の接続面積の再現性を向上させることができ、安定した接続部４４０を構成できる。

図６の光部品６００は、図５の光部品とほぼ同様であるが、ファイバの曲げが逆方向である点で異なる。２本のファイバの間隔が保持部・光素子に近づくにつれ広がる曲げをＳベンドと呼べば、図６の光部品６００では、ファイバが逆Ｓベンドになっている。逆Ｓベンドの場合、Ｓベンドに比べてファイバの接続ピッチが狭く、位置ずれが少ないという利点がある。

図７の光部品７００は、第１のファイバ６１１及び第２のファイバ６１２がそれぞれ、第１のフェルール７１１及び第２のフェルール７１２を有する点で、図６の光部品６００と相違するがその他の点は同一である。ファイバにフェルールを設けることにより、パッケージ６２０との気密封止が容易になる。

図８の光部品８００は、ファイバが４本の場合の例である。このように、光部品が三本以上のファイバが有する場合でも、複数のファイバのうち少なくとも一部がパッケージ内で湾曲し、全体としてファイバの曲げが光素子の光軸方向に関して対称となっていればせん断応力を相殺することができる。図８では、ファイバと同数の導波路が示されているが、複数のファイバのうち少なくとも一部が導波路と光学的に結合していればよい。

図９は、図７の光部品７００の具体的な実施例として、ＰＬＣ−ＬＮ変調器がパッケージに収納された光部品９００を示している。光導波路素子６３０は、多値位相変調部とRZ変調部を直列に接続した変調器であり、合分波回路、折り返し回路を含むPLCと、電気光学効果による屈折率変調が可能なLN（LiNb3、ニオブ酸リチウム）を集積したものである。LN上には多値位相変調用の複数組の光導波路、ＲＺ変調用の１組の光導波路がＴｉ拡散法によって作製されている。それぞれの導波路の組には高周波（ＲＦ）変調用の電極と直流（ＤＣ）電圧印加用のＤＣ電極が設置されている。それぞれ、パッケージ６２０のＲＦコネクタとＤＣコネクタに接続されている（配線は図示しない）。第１のファイバ６１１から入力した１．５μｍ帯のレーザ光は多値位相変調部で変調された後、ＲＺ変調部で波形整形（ＲＺ化）された変調光となり、第２のファイバ６１２から出力される。

なお、本明細書では、導波路型光素子の詳細を説明しないが、ＰＬＣ導波路、ＬＮ導波路、ＰＬＣ導波路とＬＮ導波路とを組み合わせたＰＬＣ−ＬＮ導波路等、様々な構造を採ることができる。平面光波回路（ＰＬＣ）の作製は、シリコン基板上に石英を堆積して行う。屈折率を変えて堆積を行うことにより、コアとクラッドを有する光導波路を基板上に作製する。平面光波回路の厚さは１ｍｍ程度である。図には回路図の描画は省略する。

また、導波路型光素子の少なくとも一方の端部には保持部に固定された光ファイバが接続される。ここで補強のために、導波路型光素子に補強板（ヤトイ）が設置されている。導波路型光素子と保持部の接着は、樹脂を紫外線照射により仮固定した後、６０度前後のアニールを行い本固定する。

また、保持部は、中空を有するフェルールとすることができ、その中空部に光ファイバ素線が樹脂により接着固定される。他にも、Ｖ溝加工を行ったガラス板に素線ファイバを搭載した部材を用いても良い。

また、光ファイバには、石英ガラスのシングルモードファイバを用いることができる。

また、パッケージには、鉄ニッケル系の合金であるステンレスを用いることができ、アルミニウムでも良い。

３００、４００、５００、６００、９００光部品
３１１、５１１第１のファイバ
３１２、５１２第２のファイバ
３２０、５２０パッケージ
３３０、５３０導波路型光素子
３３１、５３１第１の導波路
３３２、５３２第２の導波路
３４０、５４０保持部
６１１第１のフェルール
６１２第２のフェルール

Claims

単一の導波路を有する導波路型光素子と、
前記導波路型光素子を収納するパッケージと、
前記パッケージ内に導入され、前記導波路型光素子と接続される第１及び第２のファイバと
を備え、
前記第１及び第２のファイバは、前記パッケージ内で湾曲し、
前記第１及び第２のファイバは、湾曲の形状が前記導波路型光素子の光軸方向に関して対称であり、
前記第１及び第２のファイバのうち少なくとも一方は、前記導波路型光素子が有する導波路と光学的に結合していることを特徴とする光部品。
前記第１のファイバと前記第２のファイバとの間の間隔は、前記導波路型光素子に近づくにつれて広がっていることを特徴とする請求項１に記載の光部品。
前記第１のファイバと前記第２のファイバとの間の間隔は、前記導波路型光素子に近づくにつれて狭まっていることを特徴とする請求項１に記載の光部品。
前記第１及び第２のファイバは、それぞれ第１及び第２のフェルールを有し、前記第１及び第２のフェルールが前記パッケージに固定されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光部品。
単一の導波路を有する導波路型光素子と、
前記導波路型光素子を収納するパッケージと、
前記パッケージ内に導入され、前記導波路型光素子と接続される複数のファイバと
を備え、
前記複数のファイバのうち少なくとも一部は、前記パッケージ内で湾曲し、
前記複数のファイバは、全体として湾曲の形状が前記導波路型光素子の光軸方向に関して対称であり、
前記複数のファイバのうち少なくとも一部は、前記導波路型光素子が有する導波路と光学的に結合していることを特徴とする光部品。