JP5370853B2

JP5370853B2 - 光モジュール

Info

Publication number: JP5370853B2
Application number: JP2010010232A
Authority: JP
Inventors: 啓一船戸; 龍太高橋
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2010-01-20
Filing date: 2010-01-20
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2030-01-20
Also published as: JP2011150082A

Description

本発明は、光を送信、受信又は送受信する光モジュールに関するものである。

従来、送信側のＣＡＮパッケージと受信側のＣＡＮパッケージとを、金属からなる筐体に固定したＢＯＳＡ（Ｂｉ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌＯｐｔｉｃａｌＳｕｂ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ）が知られている。ＢＯＳＡは、送信側の光信号の波長と受信側の光信号の波長を異ならせることで、１本の光ファイバで光信号を送受信できるようにしたものである。

ＢＯＳＡにおいて、発光素子で発生したノイズが筐体を介して受光素子に影響を与えないように、受光素子を収容する受信側のＣＡＮパッケージと筐体との間に絶縁をとる構造が検討されている。例えば、特許文献１には、金属ブロックと電気−光変換部を覆うモジュールケースとの間に、リング状の絶縁部材の両側にリング状の金属部材を一体化したリング部材を介設した光モジュールが提案されている。

特開２００６−２２０９４２号公報

しかしながら、特許文献１では、リング状の絶縁部材の両側に接着剤やろう付けによりリング状の金属部材を接合してリング部材を形成し、さらに、そのリング部材を光素子のモジュールケースに嵌め込み一体化し、かつ、リング部材の一方の金属部材を筐体に溶接接合しなければならず、構造が非常に複雑である。

また、特許文献１では、モジュールケースに加工を施さなければならないため、ＣＡＮパッケージなどの通常一般に市販されている光素子モジュールをそのまま使用することができず、製造に手間がかかるという問題もある。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、構造が簡易で、かつ、容易に製造可能な光モジュールを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、光素子と、前記光素子を収容し金属からなりフランジ部が形成されたモジュラーケースと、を有する光素子モジュールと、金属からなり、光を通すための貫通孔が設けられた本体部と、前記光素子モジュールを前記本体部に固定するための中空筒状のアダプタ部と、を有する筐体と、筒状部と、前記筒状部の一端部を拡径してなる拡径部と、を有する絶縁部材と、を備え、前記絶縁部材の一端部側に前記光素子モジュールを挿入し、前記モジュラーケースの前記フランジ部と前記絶縁部材の拡径部が干渉する位置にて、前記絶縁部材と前記モジュラーケースとを固定し、前記アダプタ部の一端側に前記絶縁部材を挿入し、前記アダプタ部の一端と前記絶縁部材の拡径部が干渉する位置にて、前記絶縁部材と前記アダプタ部とを固定し、前記アダプタ部の他端を前記本体部に固定した光モジュールである。

前記モジュラーケースと前記絶縁部材は接着剤により接着固定され、前記絶縁部材と前記アダプタ部は接着剤により接着固定され、前記アダプタ部と前記本体部とは溶接により接合されてもよい。

前記光素子モジュールは接地用のグランドピンを有し、該グランドピンは前記モジュラーケースと電気的に接続されていてもよい。

また、発光素子を有する送信側光素子モジュールと、受光素子を有する受信側光素子モジュールとを、前記筐体に固定した光モジュールであって、前記光素子モジュールは前記送信側光素子モジュール又は前記受信側光素子モジュールであってもよい。

本発明によれば、構造が簡易で、かつ、容易に製造可能な光モジュールを提供できる。

本発明の一実施の形態に係る光モジュールを示す断面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本実施の形態に係る光モジュールを示す断面図である。

図１に示すように、光モジュール１は、送信側光素子モジュール２と、受信側光素子モジュール３と、これら両光素子モジュール２，３を固定する金属からなる筐体６とを主に備えている。

送信側光素子モジュール２としては、ＬＤ（ＬａｓｅｒＤｉｏｄｅ）などの発光素子（図示せず）を、金属からなる送信側モジュラーケース４に収容した、ＣＡＮパッケージと呼ばれるパッケージ構造のものを用いる。送信側モジュラーケース４の一方の面（図１では左側の面）には、発光素子が出射する光を通すための光学ガラスからなる出射口（図示せず）が形成されている。送信側モジュラーケース４の他方の面側（図１では右側）の端部には、送信側モジュラーケース４の側面から外側に突出するフランジ部４ａが形成されている。本実施の形態では、送信側光素子モジュール２として、接地用のグランドピンを有さないもの（発光素子がノットコネクトであるもの）を用いる。

受信側光素子モジュール３としては、送信側光素子モジュール２と同様に、ＰＤ（ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）などの受光素子（図示せず）を、金属からなる受信側モジュラーケース５に収容した、ＣＡＮパッケージと呼ばれるパッケージ構造のものを用いる。受信側モジュラーケース５の一方の面（図１では下側の面）には、受光素子に入射する光を通すための光学ガラスからなる入射口（図示せず）が形成され、受信側モジュラーケース５の他方の面側（図１では上側）の端部には、受信側モジュラーケース５の側面から外側に突出するフランジ部５ａが形成されている。

受信側光素子モジュール３は接地用のグランドピン３ａを有する。このグランドピン３ａは、例えば、光モジュール１を用いて光トランシーバを製造する際に、光モジュール１が搭載される光トランシーバの回路基板に形成されたグランドパターンに電気的に接続されるものである。グランドピン３ａは受信側モジュラーケース５と電気的に接続されている。

筐体６は、光ファイバを接続する光ファイバ接続部７を有する本体部６ａと、送信側光素子モジュール２を本体部６ａに固定するための中空筒状の送信側アダプタ部６ｂと、受信側光素子モジュール３を本体部６ａに固定するための中空筒状の受信側アダプタ部６ｃとで形成される。

光ファイバ接続部７には、光ファイバを挿入するための挿入孔７ａが形成されており、挿入孔７ａ内には筒状のスリーブ８が設けられ、挿入孔７ａに挿入された光ファイバはスリーブ８の一端側に挿入される。スリーブ８の他端側には、フェルール９が挿入されており、スリーブ８に挿入された光ファイバはフェルール９と突き合わせ接続される。フェルール９には、図示していないが、光ファイバに入射される光（あるいは光ファイバから出射される光）を伝搬するコアが形成されている。

本体部６ａには、発光素子が出射する光を通すための送信側貫通孔１０、および受光素子に入射する光を通すための受信側貫通孔１１が設けられる。送信側貫通孔１０は、光ファイバ接続部７のフェルール９と対向する位置（図１では右側の位置）に形成され、受信側貫通孔１１は、フェルール９の光軸に対して９０度ずれた位置（図１では上側の位置）に形成される。

光モジュール１では、発光素子が発光する光と、受光素子が受光する光とは、波長が異なるように設定されている。例えば、発光素子が発光する光の波長は１．３μｍ、受光素子が受光する光は１．４９μｍに設定される。

本体部６ａの内部には、フェルール９の光軸に対して４５度傾斜したフィルタ１２が設けられる。このフィルタ１２は、発光素子が発光する光の波長（例えば１．３μｍ）を透過し、受光素子が受光する光の波長（例えば１．４９μｍ）を反射する。つまり、光モジュール１では、発光素子から出射された光は、送信側貫通孔１０を通り、フィルタ１２を透過し、フェルール９を介して光ファイバへ出射する。また、光ファイバから入射された光は、フェルール９を介してフィルタ１２に入射し、フィルタ１２にて反射されて光路が９０度変換され、受信側貫通孔１１を通って発光素子に入射する。

フィルタ１２では、光ファイバから出射された光のうち一部が反射されずに透過してしまうが、このフィルタ１２を透過した光が送信側光素子モジュール２側に入射すると発光素子の動作が不安定となる。これを防止するために、送信側貫通孔１０には、フィルタ１２を透過した光を遮断するためのアイソレータ１９が設けられる。

また、受信側貫通孔１１の出口側（図１では上側）には、フィルタ１２で反射された光を集光して受光素子に入射させるための受信側レンズ１３が設けられる。

送信側アダプタ部６ｂは、送信側光素子モジュール２を固定する内筒１４と、内筒１４を固定する外筒１５とからなる。

内筒１４の一端側には、送信側光素子モジュール２が、送信側モジュラーケース４の出射口を形成した一方の面側から挿入され固定される。内筒１４の他端部には、発光素子から出射された光を集光するための送信側レンズ１６が設けられる。

外筒１５の一端側には、内筒１４の他端部が固定される。外筒１５の他端は、送信側貫通孔１０を設けた位置の本体部６ａに、発光素子の光軸とフェルール９の光軸とを一致させた状態でＹＡＧやＣＯ₂などのレーザ溶接により接合される。内筒１４と外筒１５とは軸方向にスライド可能となっており、発光素子からの光が効率よく光ファイバに入射するよう軸方向の位置を調整した後、溶接などにより固定される。

受信側アダプタ部６ｃの一端側には、受信側光素子モジュール３が、受信側モジュラーケース５の入射口を形成した下面側から挿入され固定される。また、受信側アダプタ部６ｃの他端は、受信側貫通孔１１を設けた位置の本体部６ａに、受光素子とフェルール９とがフィルタ１２を介して光学的に接続されるよう位置合わせをした状態でＹＡＧやＣＯ₂などのレーザ溶接により接合される。

本実施の形態に係る光モジュール１では、受信側モジュラーケース５と受信側アダプタ部６ｃとを電気的に絶縁するために、受信側モジュラーケース５と受信側アダプタ部６ｃとの間に絶縁性の樹脂からなる絶縁部材１８を設ける。絶縁部材１８に用いる絶縁性の樹脂としては、例えば、耐熱性に優れたＰＥＩ（ポリエーテルイミド）を用いるとよい。

絶縁部材１８は、受信側モジュラーケース５の側面と受信側アダプタ部６ｃの内壁面との間に介在する筒状部１８ａと、筒状部１８ａの一端部（図１では上側の端部）を拡径してなり、受信側モジュラーケース５のフランジ部５ａと受信側アダプタ部６ｃの一端側の周縁との間に介在する拡径部１８ｂとを有する。

受信側モジュラーケース５と絶縁部材１８、絶縁部材１８と受信側アダプタ部６ｃは、熱硬化樹脂などの接着剤により接着固定される。

受信側光素子モジュール３を本体部６ａに取り付ける際は、まず、受信側光素子モジュール３を絶縁部材１８に挿入して収容する。このとき、受信側モジュラーケース５のフランジ部５ａと絶縁部材１８の拡径部１８ｂが干渉し、受信側モジュラーケース５と絶縁部材１８は光軸方向（図１では上下方向）に位置決めされる。受信側モジュラーケース５と絶縁部材１８とを接着剤で接着固定する。その後、受信側光素子モジュール３を収容した絶縁部材１８を、受信側アダプタ部６ｃに挿入する。このとき、受信側アダプタ部６ｃの一端と絶縁部材１８の拡径部１８ｂが干渉し、受信側アダプタ部６ｃと絶縁部材１８は光軸方向に位置決めされる。絶縁部材１８と受信側アダプタ部６ｃとを接着剤で接着固定する。その後、受信側光素子モジュール３と絶縁部材１８とを固定した受信側アダプタ部６ｃを、本体部６ａに溶接により接合する。受信側アダプタ部６ｃを本体部６ａに接合する際には、光ファイバ接続部７に接続した光ファイバから光を入射すると共に、受信側光素子モジュール３から出力される電流をモニターしながら位置合せを行い、受信側光素子モジュール３から出力される電流が最も大きくなる位置にて溶接接合を行うようにすればよい。

本実施の形態の作用を説明する。

本実施の形態に係る光モジュール１では、受信側モジュラーケース５と受信側アダプタ部６ｃとを電気的に絶縁するために、受信側モジュラーケース５と受信側アダプタ部６ｃとの間に、絶縁性の樹脂からなる絶縁部材１８を設けており、その絶縁部材１８は、受信側モジュラーケース５の側面と受信側アダプタ部６ｃの内壁面との間に介在する筒状部１８ａと、筒状部１８ａの一端部を拡径してなり、受信側モジュラーケース５のフランジ部５ａと受信側アダプタ部６ｃの一端側の周縁との間に介在する拡径部１８ｂとを有している。

光モジュール１によれば、受信側光素子モジュール３を絶縁部材１８に挿入し、その絶縁部材１８を受信側アダプタ部６ｃに挿入し、その受信側アダプタ部６ｃを本体部６ａに溶接接合するという簡易な作業で、受信側光素子モジュール３を本体部６ａに取り付け、かつ、受信側モジュラーケース５と受信側アダプタ部６ｃ（筐体６）とを絶縁することが可能となる。つまり、光モジュール１によれば、受信側光素子モジュール３を容易に筐体６に取り付けることが可能である。

また、光モジュール１では、受信側モジュラーケース５のフランジ部５ａと絶縁部材１８の拡径部１８ｂが干渉して、受信側モジュラーケース５と絶縁部材１８は光軸方向に位置決めされるとともに、受信側アダプタ部６ｃの一端と絶縁部材１８の拡径部１８ｂが干渉し、受信側アダプタ部６ｃと絶縁部材１８は光軸方向に位置決めされる。これにより、受信側モジュラーケース５を絶縁部材１８に挿入して固定し、絶縁部材１８を受信側アダプタ部６ｃに挿入して固定することで、受信側アダプタ部６ｃの本体部６ａと接続される他端部から受信側モジュラーケース５内の光素子までの光軸方向の位置決めが行われる。よって、光軸方向の位置合せをしながら受信側モジュラーケース５を固定するという手間を省くことができ、光モジュール１を容易に製造することができる。

また、光モジュール１では、受信側光素子モジュール３として、通常一般に市販されているＣＡＮパッケージの構造のものを用いることができ、従来のように受信側モジュラーケースに加工を施す必要がないので、製造が非常に容易である。

さらに、光モジュール１では、受信側モジュラーケース５の側面と受信側アダプタ部６ｃの内壁面との間を絶縁部材１８の筒状部１８ａにて絶縁し、受信側モジュラーケース５のフランジ部５ａと受信側アダプタ部６ｃの一端側の周縁との間を拡径部１８ｂにて絶縁しているため、受信側モジュラーケース５と受信側アダプタ部６ｃ（筐体６）との間を十分に絶縁できる。

さらにまた、光モジュール１では、絶縁部材１８の拡径部１８ｂの厚さを調整することにより、容易に受信側レンズ１３と受信側光素子モジュール３（受光素子）との間隔を調整することが可能である。ＰＤなどの受光素子は、ＬＤなどの発光素子と比較して光軸方向の距離のトレランス（許容誤差）を大きくとることができるので、拡径部１８ｂを所望の厚さに形成した絶縁部材１８を用い、受信側光素子モジュール３を絶縁部材１８に、絶縁部材１８を受信側アダプタ部６ｃに挿入するだけで、受信側レンズ１３との間隔を調整できる。

また、上述の特許文献１では、リング状の絶縁部材の両側にリング状の金属部材を接着剤などで接合したリング部材を用い、このリング部材の一方の金属部材を筐体に溶接接合する構造であるが、この場合、溶接部分と、絶縁部材と金属部材の接合部分とが非常に近いため、溶接時の熱により接合部分がダメージを受け、絶縁部材と金属部材の接合が不十分となるおそれがあり、最悪の場合、絶縁部材と金属部材とが剥離してしまったり、絶縁部材による絶縁が不十分となってしまうおそれもある。これに対して本発明の光モジュール１では、受信側アダプタ部６ｃの一端に絶縁部材１８を接着固定し、受信側アダプタ部６ｃの他端を本体部６ａに溶接接合するため、溶接部分と絶縁部材１８の接着部分との距離が離れており、溶接時の熱により絶縁部材１８の接着部分がダメージを受けてしまうことがない。

上記実施の形態では、送信側光素子モジュール２として、グランドピンを有さないものを用いたが、送信側光素子モジュール２としてグランドピンを有するものを用いる場合、受信側光素子モジュール３と同様に、送信側モジュラーケース４と送信側アダプタ部６ｂとの間に、絶縁性の樹脂からなる絶縁部材を設けるようにすればよい。この場合、絶縁部材は、送信側モジュラーケース４の側面と内筒１４の内壁面との間に介在する筒状部と、送信側モジュラーケース４のフランジ部４ａと内筒１４の一端側の周縁との間に介在する拡径部とで形成すればよい。

また、上記実施の形態では、送信側光素子モジュール２と受信側光素子モジュール３とを筐体に固定した光モジュール１について説明したが、ＴＯＳＡ（ＴｒａｎｓｍｉｔｔｅｒＯｐｔｉｃａｌＳｕｂ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ）やＲＯＳＡ（ＲｅｃｅｉｖｅｒＯｐｔｉｃａｌＳｕｂ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ）のような送信側光素子モジュール２又は受信側光素子モジュール３を筐体に固定した光モジュールにも本発明は適用可能である。この場合、光素子モジュール（送信側光素子モジュール又は受信側光素子モジュール）のモジュラーケース（送信側モジュラーケース又は受信側モジュラーケース）を、上述の光モジュール１と同様の絶縁部材に固定すると共に、その絶縁部材を、筐体の一部である中空筒状のアダプタ部に固定し、そのアダプタ部を、光ファイバを接続する光ファイバ接続部を有する筐体の本体部に接合するようにすればよい。

１光モジュール
２送信側光素子モジュール
３受信側光素子モジュール（光素子モジュール）
４送信側モジュラーケース
５受信側モジュラーケース（モジュラーケース）
６筐体
６ａ本体部
６ｂ送信側アダプタ部
６ｃ受信側アダプタ部（アダプタ部）
７光ファイバ接続部
１０送信側貫通孔
１１受信側貫通孔（貫通孔）
１２フィルタ
１８絶縁部材
１８ａ筒状部
１８ｂ拡径部

Claims

光素子と、前記光素子を収容し金属からなりフランジ部が形成されたモジュラーケースと、を有する光素子モジュールと、
金属からなり、光を通すための貫通孔が設けられた本体部と、前記光素子モジュールを前記本体部に固定するための中空筒状のアダプタ部と、を有する筐体と、
筒状部と、前記筒状部の一端部を拡径してなる拡径部と、を有する絶縁部材と、
を備え、
前記絶縁部材の一端部側に前記光素子モジュールを挿入し、前記モジュラーケースの前記フランジ部と前記絶縁部材の拡径部が干渉する位置にて、前記絶縁部材と前記モジュラーケースとを固定し、
前記アダプタ部の一端側に前記絶縁部材を挿入し、前記アダプタ部の一端と前記絶縁部材の拡径部が干渉する位置にて、前記絶縁部材と前記アダプタ部とを固定し、
前記アダプタ部の他端を前記本体部に固定した光モジュール。
前記モジュラーケースと前記絶縁部材は接着剤により接着固定され、
前記絶縁部材と前記アダプタ部は接着剤により接着固定され、
前記アダプタ部と前記本体部とは溶接により接合される請求項１記載の光モジュール。
前記光素子モジュールは接地用のグランドピンを有し、該グランドピンは前記モジュラーケースと電気的に接続されている請求項１又は２記載の光モジュール。
発光素子を有する送信側光素子モジュールと、受光素子を有する受信側光素子モジュールとを、前記筐体に固定した光モジュールであって、
前記光素子モジュールは前記送信側光素子モジュール又は前記受信側光素子モジュールである請求項１記載の光モジュール。