JP5387938B2 - レセプタクル光モジュールの製造方法 - Google Patents

Description

半導体レーザ（ＬＤ）モジュールにはピグテイル型とレセプタクル型の２種類がある。ピグテイル型ＬＤモジュールは、光ファイバを保持するフェルールを永久的にハウジングに固定している。フェルールに続くファイバが豚の尾のように外部に垂れ下がっている。だからピグテイルと呼ぶ。ピグテイル型は外部光ファイバを直接に挿入できない。ファイバの他端に光コネクタがあって、外部光ファイバと光コネクタで接続するようになっている。レセプタクル型は外部光ファイバのフェルールをレセプタクルに直接に抜き差しするようにしたものである。
この発明は、外部ファイバを抜き差しできるレセプタクル型の半導体レーザ（ＬＤ）モジュールであって、異なる外部光ファイバ間での出力のばらつきが少なく、温度の変化や外部応力の変化があっても外部ファイバに常に所望の光量を取り出すことができるようにしたレセプタクル光モジュールに関する。

半導体レーザモジュール（ＬＤモジュール）は、半導体レーザ、レンズ、光ファイバの端部よりなる。光ファイバフェルールが固定されていて端部が外部に垂れ下がるのがピグテイル型である。短い光ファイバがスタブの中に保持され外部光ファイバのフェルールを着脱してスタブファイバと一時的に連続するようにするのがレセプタクル型である。

調芯というのはＬＤの光が光ファイバ端に効率よく入るように、ＬＤ・レンズ・光ファイバの三者の適当な位置関係を求めその位置に固定する作業である。調芯のため光ファイバをＸＹＺ方向三次元的に移動させる。また回転（Ｔ）して適当な方位を求める。つまり調芯はＬＤと光ファイバ間の関係を決めるＸＹＺＴの４つの量を試行錯誤によって最適の値に決めることである。

回転が必要なのはファイバ端が斜めに研磨してあるからである。ファイバ端からＬＤの光が反射してＬＤに戻るとＬＤの動作が不安定になる。それで反射光がＬＤに戻れないよう光ファイバ端を斜めに研磨する。傾斜角をβとする。すると光ファイバ端で、φ方向に光路が曲がる。光路の曲がり角φはφ＝ｓｉｎ^−１（ｎｓｉｎβ）−βである。

ＬＤは光ファイバ端から軸線方向に真っ直ぐの位置にはなく、φの方向にあるようにする。そうするとＬＤと光ファイバが最大の効率で結合される。その時ＬＤから出た光はレンズで絞られて光ファイバ端面のコアの位置にＬＤの像を作る。端面で反射損失があるが、最大結合効率の場合、ＬＤの光の最大部分が光ファイバへ入射する。しかしＬＤモジュールは最大結合効率のものが使われることは殆どない。

光ファイバに入射すべき必要な光量はモジュールの目的によって異なる。光ファイバ入射パワーＥｃは、光ファイバ入射可能最大パワーＥｍよりかなり低い値（Ｅｃ／Ｅｍ＝２０％〜８０％）に設定される。ＬＤの発生する光パワーの例えば５０％程度とか、６０％程度とかが目的とする光ファイバ伝搬パワーである。

入射パワーを減らすために従来は、レンズによるＬＤ光の集光点から光ファイバ端を軸方向により遠ざけるかより近づけるかしていた。つまりデフォーカスして結合効率を下げる。レンズによる集光点から光ファイバ端をＺ方向にずらすと、光ファイバへ入る光が減って５０％とか６０％の結合効率に落とす事ができる。これに反して軸垂直方向（ＸＹ方向）にずらせると、僅かなズレで著しい光量減衰が起こるので調整が難しい。だからＸＹ方向にずらせるということはない。

デフォーカスによる結合効率低下によるものは追加的な部品が不要でコスト的に有利である。しかしファイバ端が最適位置にないので、レーザビームの断面が正しい円形でない。最適位置でないから、レンズ収差の影響が強く現れパワー分布が単純なガウス型分布にならない。そのためにＸＹ方向のずれ、Ｚ方向の熱膨張収縮によって入射パワーが大きく変動したりする。デフォーカス以外の結合効率低下手段が望まれる。

それで偏光子をＬＤとレンズの間に追加することによって光ファイバへ入る光量を減衰させるという工夫がなされた。ＬＤは薄膜面に直交する方向に偏波面を持つ直線偏光を出す。偏光子の偏光面をＬＤの直線偏光面から角度αだけずらせると偏光子を透過する光量はｃｏｓ^２αに比例して減衰する。ＬＤと光ファイバを最適の結合位置方向で組み合わせ、偏光子の回転角αによって光ファイバに入るレ−ザ光を減衰させるという技術思想である。

結晶異方性を持つ鉱物を用いた偏光子でなく、透明プラスチックに微小金属片を埋め込んだナノ偏光子というものが発明された。小型で安価な偏光子が作られるようになったのでナノ偏光子による光量減衰を用いたＬＤモジュールが実現される。そのようなナノ偏光子には吸収型と反射型がある。吸収型は偏光板の余分な成分（ｓｉｎ^２α）を吸収することによって減衰させる。反射型は偏光板の余分な成分（ｓｉｎ^２α）を反射することによって減衰させる。

特許文献１は、半導体レーザ（ＬＤ）とレンズの間に偏光子を挿入し、偏光子によって光量を減衰させてから光ファイバへ入射させるピグテイル型の半導体レーザモジュールを提案している。偏光子によって光量を下げるものである。図１は特許文献１に提案されたＬＤモジュールの断面図を示す。

特許文献１は、円筒形のハウジング６０の中間にロッドレンズ６２を設け、前端に半導体レーザを、後端に光ファイバを有するフェルールを固定したピグテイル型ＬＤモジュールである。円盤状ステム６３の上に隆起６４がありその前側面にＬＤ６５が実装される。キャップ６６がＬＤ６５を覆っている。キャップ６６の上方にはガラス窓６７がある。ハウジング６０の前端には螺子部６８が切ってあり段部にＬＤステム６３を嵌込んで押さえナット６９でステムを固定する。ハウジング６０の後端には光ファイバ７２を軸方向に通して把持したフェルール７０がフェルール止め板７３によって固定される。

それに加えて特許文献１は、ロッドレンズ６２と、ＬＤ６５の間に偏光板７８を追加する。ハウジング６０の側面に横穴７７があり偏光板７８を保持した偏光板支持板７９を横穴７７からハウジング６０の内部へ挿入する。これはＬＤ６５から出る直線偏光と偏光板の主軸方向をずらせ、ＬＤから光ファイバへ向かう光量を低減させるためである。

図２に特許文献１の偏光子部分を拡大して示す。矩形の偏光板支持板７９に円穴８２を設け円形の偏光板７８を嵌込んである。円形偏光板７８を廻すと偏光板主軸方向が変わる。これを適当な角度にしてから偏光板支持板７９を横穴７７に挿入して溶接する。溶接点８０で溶接されたので偏光板支持板７９はハウジング６０に固定される。

特許文献２は光ファイバの前端に偏光板を接着したピグテイル型のＬＤモジュールを提案する。偏光板を通る光量は、ＬＤ薄膜層の法線方向と偏光板主軸方向の成す角度αの余弦の２乗（ｃｏｓ^２α）に比例するのであるから、光ファイバを廻して透過光量を調整できるという。

図３は特許文献２のＬＤモジュールの縦断面図である。ステム８３の上にＬＤパッケージ８４が固定されたＬＤ素子は内部にＬＤチップを含む。ＬＤ素子の直前に非球面レンズ８５が設けられる。円筒形のステムホルダ−８６の前端にＬＤ素子を取り付け、後端にピグテイル型の光ファイバ８８を取り付ける。円盤状ファイバサポート８７の穴にピグテイル型の光ファイバ８８を把持するフェルール９１が挿通される。フェルール９１からファイバコード９２が豚の尾のように伸びている。

ファイバサポート８７がステムホルダ−８６の上端に溶接される。ＬＤのステム８３が、ステムホルダ−８６のホルダ−前端段部９３に固着される。光ファイバ８８の先端は斜めに切断されている。傾斜端面８９に偏光子９０が接着される。ファイバコード９２をパワーメータ（図示しない）に繋ぐ。ＬＤチップを発光させフェルール９１を軸方向とＸＹ方向に変位させファイバコード９２に入る光量が最大になるようなＸＹ位置、Ｚ位置を決める。

更にフェルール９１を廻して、光ファイバ８８へ入る光量を変動させ、パワーメータの出力を見て、所望の光量を得た角度でフェルール９１の回転を止める。その位置でフェルール９１を溶接する（溶接点９５）。ＬＤは薄膜層と直交する方向に偏波面を持つ直線偏光を発生する。光ファイバ８８を廻すと偏光子９０の主軸と直線偏光の成す角度αが０〜３６０度の範囲で変わる。光ファイバ８８に入る光量はｃｏｓ^２αに比例するから回転角を適当に決めると光ファイバに入る光のパワーを所望の値にすることができる。

実開平０３−０２４６１４号公報

特開平０７−０９８４２６号公報

デフォーカス減衰は、ＬＤと光ファイバが最適結合していない。だからパワー分布が単純なガウス型分布にならない。そのためＸＹ方向のわずかなずれ、Ｚ方向の熱膨張・収縮によって入射パワーが大きく変動する。偏光子による減衰は、ＬＤと光ファイバが最適結合関係にあるから、温度変化や経年変化によってパワー変動は起こりにくい。しかし偏光子の保持においてそれぞれ未だ問題がある。

特許文献１はＬＤモジュールのハウジング６０の壁に横穴７７を穿ち、偏光板７８を把持した矩形の偏光板支持板７９を横穴７７に差し込むようになっている。ハウジング６０の変形は僅かで横穴７７を側面に穿つだけで従来のハウジング６０を転用できるという利点がある。

しかし偏光板をそのままの状態で回転させることができない。横穴７７から偏光板支持板７９を引き出して偏光板７８を回転させ、偏光板支持板７９を横穴７７に入れてＬＤに通電して光ファイバに出る光量を測らなくてはならない。手間の掛かる同じ動作を度々繰り返す必要がある。連続的に回転・測定ができない。偏光板の最適回転角の検出に多大の手数と時間がかかる。また横穴７７が壁の一方だけにあり非対称構造になっているから、ハウジング６０が熱や衝撃で変形する可能性もある。

特許文献２は光ファイバ端に偏光子を接着しているから、光ファイバ８８、フェルール９１を廻すことによって、偏光子主軸をＬＤの直線偏光に対して回転させることができる。それによってＬＤから出た光の内、光ファイバに入る光量を所定のパワーに減らすことができる。それはそうなのであるが、実際には光ファイバの回転はＬＤ位置に無関係に自由に行えるのではない。

ＬＤからの反射戻り光を防ぐために光ファイバ８８の先端は軸線に直交する方向に切断されておらず、直交面より少し傾斜した傾斜端面８９になるよう研磨されている。傾斜角がβである。これは２゜〜１０゜程度である。その場合、光ファイバコアに真っ直ぐ入る光は軸線に対しφ＝ｓｉｎ^−１（ｎｓｉｎβ）−βだけ傾いた光である。φだけ傾いた光線の延長上にＬＤが存在する場合に光量の大きい結合状態となる。

そのようにするため、ＬＤは軸線から少しずれた位置に実装される。図４のように、ＬＤが実線のＬＤ９７の位置にある時、光ファイバ８８はより長い縁が左にある実線の傾斜端９６となるのが良好な位置関係である。ＬＤ９７に対して光ファイバ端は９６の向きでなければならない。ＬＤが破線のＬＤ９９の位置にある時は、光ファイバ８８は長い縁が右にある破線の傾斜端９８となるのが良好位置である。

ＬＤのステム８３上での位置は予め決まっている。だから光ファイバ８８を自由に回転させることはできない。偏光子９０を傾斜端面８９に接着しているから偏光子９０の主軸方向を回転するためには光ファイバ８８を回転させなければならない。しかし光ファイバ８８の最適方向はＬＤによって先に決定されているから光ファイバ８８を勝手に回転させることができない。つまり偏光子９０を自由に回転できない。特許文献２は偏光子回転によって任意の光量を得るということはできない。つまり入射光量を加減するための偏光子を光ファイバ端に接着してはいけないということである。

本発明は、半導体レーザ（ＬＤ）チップとレンズを含む発光集光部と、ファイバスタブを含み外部光ファイバを着脱自在に保持するレセプタクル部との間に、回転対称形状のジョイントスリーブに保持された偏波特性を有する光学素子（偏光子、偏波特性を有する誘電体多層膜フィルタなど）を設け、発光集光部とファイバスタブの位置関係を准最適位置に調整し、ジョイントスリーブと偏波特性を有する光学素子を回転させて外部光ファイバへ所望の光量が得られる回転角を求め、その角度でジョイントスリーブと発光集光部とレセプタクル部を結合するようにしたものである。

准最適位置というのは横方向（ＸＹ方向）にはＬＤ光のレンズによる集光点（ＬＤ像の位置）にファイバ端を合致させるが、軸線方向（Ｚ方向）にはＬＤのレンズによる集光点（像位置）より少し遠い位置にファイバ端の位置を決めるということである。

ＹＡＧレーザによって部材を溶接する時にレーザ光の衝撃でレセプタクルが少しＬＤ側へ偏奇する。偏奇の分を勘案してＺ方向には少し集光点より遠い位置にファイバ端位置を決めるのである。

図５によって本発明のＬＤモジュールの特徴を説明する。これは理解しやすいように必要部分だけを書いたものである。実際にはレンズ、ＬＤ、光ファイバの支持構造が存在するが図示を省略している。偏波特性を有する光学素子４は円筒対称性のあるジョイントスリーブ５の上窓に取り付けてある。偏波特性を有する光学素子４は、吸収型偏光子，反射型偏光子，偏波特性を有する誘電体多層膜フィルタなどを含む。

ジョイントスリーブ５の前にレセプタクル９がある。接触面であるレセプタクル９の底面、ジョイントスリーブ５の上面は平坦な底接面４０、天接面３９となっており、レセプタクル９とジョイントスリーブ５を相互に軸廻りに回転することができる。

接触面であるレンズキャップ外周面、ジョイントスリーブ内周面は滑らかな外接円筒面３３、内接円筒面３４となっており、レンズキャップ８とジョイントスリーブ５を相互に軸廻りに回転することができる。つまり、レセプタクル９・ジョイントスリーブ５・レンズキャップ８は回転対称性ある摺接面を持ち溶接以前であれば、三者が自由に軸廻り回転できる。

ファイバスタブ４４が中心に光ファイバ６を保持する。ピグテイル型でなくレセプタクル型なので光ファイバ６は短い。２ｍｍ〜５ｍｍ程度しかない。例えば２．９５ｍｍである。光ファイバはコア・クラッド構造を持つが短いので、光ファイバを通り抜けてもコアに光パワーが局在せずクラッド成分が残る。コア端に精度良くＬＤ光を導く必要がある。ＸＹ方向（横方向）の精度の要求はピグテイル型の場合よりも厳しい。

光ファイバ６を保持するファイバスタブ４４は円筒形スリーブに固定される。円筒形スリーブに外部光ファイバのフェルールが差し込まれる。外部光ファイバフェルールと光ファイバ６が突き合わせた時にコアの横ズレがあると光の大部分が漏れてしまう。光ファイバ間の横ズレ（ＸＹ方向ずれ）を抑制しなければならない。スリーブ中心と光ファイバ６中心のＸＹ方向のズレの絶対値をδ１とする。本発明ではこれを０．７μｍ以下に、好ましくは０．５μｍ以下にする。スリーブ内でのスタブの横方向の取付誤差はδ１≦０．７μｍだということである。誤差がδ１＝０．７μｍで損失は大体０．５ｄＢである。従ってδ１≦０．７μｍということはスタブ誤差による損失は０．５ｄＢ以下だということである。

光ファイバ６、偏波特性を有する光学素子４、レンズ３、ＬＤ２の中心Ｆ、Ｄ、Ｃ、Ｂが一直線上に並び、レンズ３によってＬＤ光がファイバ端中心位置Ｆに集光される時が最高結合効率を与える。初めからこのようにはならないのでレセプタクルをＸＹ方向、Ｚ方向、方位調整（又は軸廻り回転）をしてそのような位置と方位を探す。

内部に光ファイバ６を有する短いファイバスタブ４４のコア（中心の屈折率が高い部分）に沿った延長線を軸線ｍｎという。光ファイバ６の前端面は傾斜面となる。反射戻り光がＬＤ２に戻るのを防ぐためである。ファイバ端部の中心（コア）位置をＦとする。端面傾斜角がβである。そのため光ファイバコアを伝搬した光は端部Ｆから出て軸線ｍｎに対しφの角度をなす方向へ進む。φ＝ｓｉｎ^−１（ｎｓｉｎβ）−βである。ｓｉｎ^−１はｓｉｎの逆関数（ａｒｃｓｉｎｅ）、ｎはコア屈折率である。βは４゜〜１２゜程度である。

φを仮に進行角と呼ぶ。端面が傾斜しているので、進行角φの方向に、偏波特性を有する光学素子４、レンズ３、ＬＤ２を配置するのが良い。ファイバ端ＦとＬＤ２の距離Ｌの限定がレンズ３によって与えられる。ＬＤ２のレンズ３による像がファイバ端ＦにできるようにするとＬＤ光のファイバへの入射光量は最大となる。これがファイバの最適位置・最適方向である。

ＬＤ２はステムに固定され、レンズ３はレンズキャップ８に固定されるから、レセプタクル９と、レンズキャップ８、ＬＤステムの位置を、進行角φの方向にレンズ３とＬＤ２が並びＬＤ２とファイバ端Ｆの距離Ｌが適当な値になるようにレセプタクル９と、レンズキャップ８、ＬＤステムの位置を決めると最大光量を光ファイバへ導入できる。実際には光ファイバ・レンズ・ＬＤの３者の関係でなく、光ファイバ・ＬＤの２者の関係となる。

ＬＤステムとレンズホルダ−は予め溶接して一体化してある。その状態で供給される。それがレンズ付き発光集光部となる。レンズ付きＬＤ素子としてその状態で供給される。ファイバ端面傾斜角βが既知であるから、進行角φも既知である。レンズ３の焦点距離ｆが分かっており、レンズ・ＬＤ間距離Ｍも決まっている。結像の式から、ファイバ端ＦとＬＤ発光中心Ｂとの軸線方向の距離Ｌも大体の値が決まる。ＬＤの軸線からのズレｇの概算値が分かる。最適位置の場合ＬＤとファイバの横ズレはｇ＝Ｌｔａｎφ＝Ｌｔａｎ｛ｓｉｎ^−１（ｎｓｉｎβ）−β｝である。

レンズ中心を軸線上にしたいのであれば、ＬＤをステムの中心から横方向へＭｔａｎφ＝Ｍｔａｎ｛ｓｉｎ^−１（ｎｓｉｎβ）−β｝ずらせて実装しておくのが良い。そしてステムの上にレンズキャップ８を溶接する。だからレンズ３とＬＤ２は予め一体化されている。発光集光部が予め一体のものとして与えられる。

レンズキャップ８は調芯前にステムに固定されるから、中心Ｃが直線ＦＢ上にくるとは限らない。直線ＦＢと軸線ｍｎの間にレンズ中心Ｃがあるということもある。直線ＦＢより外側に中心Ｃがあることもある。しかしレンズが直線ＦＢ上から多少左右にずれていても構わない。ＬＤ光の出射方向は決まっているからレンズが左右にずれていても、ファイバ端に近い同じ点に集光し同じ点にＬＤの像を作る。像パターンが真円でなく少し歪むだけである。

発光集光部・ジョイントスリーブ・レセプタクルを組み合わせただけでは、ＬＤ＋レンズの発光集光部と光ファイバを含むレセプタクルの二つの部材の関係がまだ決まらない。ここで自由になるのは発光集光部とレセプタクルの相対位置（ＸＹＺ）・方位（軸線廻り回転Ｔ）である。

ジョイントスリーブ・レセプタクルの接触は、ＸＹＴ変位を許容し、ジョイントスリーブ・発光集光部の接触は、ＺＴ変位を許容する。三次元運動Ｘ、Ｙ、Ｚは和演算、回転Ｔは積演算であるから、二つの接触部によって、レセプタクル・発光集光部は三次元ＸＹＺ変位と回転Ｔを可能とする。

もしも中間にジョイントスリーブが存在せず発光集光部・レセプタクルが直接に組み合わされた場合、Ｚ変位が不可能である。だから如何にしてもＸＹＺＴの４つの変位を許容するようにはできない。

もしも特許文献１、２のようにピグテイル型モジュールであれば、フェルールに対し光ファイバを出し入れしてＺ方向調芯が可能である。

しかし本発明はレセプタクル型モジュールである。レセプタクル型の場合ファイバスタブ・レセプタクルの関係が固定的である。Ｚ方向に光ファイバ６を動かせない。よってレセプタクルにおいてＺ調芯ができない。

しかし本発明では中間にジョイントスリーブ５があるのでＺ変位を許容する。ジョイントスリーブ５の介在がＸＹＺＴの４種類の調芯を可能とする。ジョイントスリーブ５の存在はレセプタクル型モジュールの本発明で調芯に対しても極めて有用である。

溶接前においては、発光集光部、ジョイントスリーブ、レセプタクルの３つの部材を、相対的に、横（ＸＹ）方向、軸方向（Ｚ方向）に動かし、軸回りに回転（Ｔ）させることができる。

中間に偏波特性を有する光学素子４を持つジョイントスリーブ５がありジョイントスリーブ５は回転対称性を持ちＸ、Ｙ、Ｚ方向移動、回転Ｔを許容するから、発光集光部、レセプタクル９の相対位置方位（ＸＹＺＴ）を任意に変化させることができる。

初めに、ＬＤ・レンズを含む発光集光部と、光ファイバを含むレセプタクルを、相対的にＸＹ方向、Ｚ方向変位、軸廻り回転（Ｔ）させ、発光集光部とレセプタクルの位置関係を准最適位置に決める。軸廻り回転（Ｔ）をさせず、ファイバスタブの最長方向をＬＤの偏りの方向に予め合わせるようにすることも出来る。この方向がファイバに入射するＬＤ光が最大となる方向である。この場合はＸＹ、Ｚ方向の調芯によって、准最適位置に定めることができる。これが調芯である。

光路の相反性から、発光集光部、レセプタクル９が准最適位置にある場合、ＬＤ２の前端Ｂから出たレーザ光がレンズ３で集光されてファイバ端Ｆに至り、かなりの部分がコアを伝搬する光になる。更にレンズ３によるＬＤ２の像ができる位置にファイバ端Ｆをおくと最大の光量が光ファイバ６へ入ることになる。これがファイバ端Ｆの最適位置である。しかし本発明はそのようにはしない。

ＸＹ方向については図５のグラフ（イ）のように、レーザパワーが最大になるピーク点Ｐに合致するように光ファイバ６の中心位置を決める。外部光ファイバに出力される光量をパワーメータで監視しＸＹ方向のパワー変化を求める。外部光ファイバに最大レーザパワーが得られる点がピーク点Ｐである。ピーク点Ｐでのパワーをピークパワーと言う。

ピークパワーの９０％以上の光出力が外部光ファイバに得られるようにＰ点の近傍にファイバ端のＸＹ位置を決める。許されるＸＹ方向の結合損が１０％以下ということである。レセプタクル９のＸＹ方向ズレによる結合損失は１ｄＢ以下だということである。

結合パワー９０％以上という条件はパワーピークの幅によるがＸＹ方向ずれが大体±１μｍという範囲である。レセプタクル９のＸＹ方向誤差の絶対値をδ２とする。光ファイバ端ＦがＬＤ光分布のＸＹ方向ピーク点Ｐに正確に一致しなくてもピーク点Ｐからのずれ誤差δ２が、δ２≦１．０μｍとなるようにする。これはかなり厳しい条件ではあるがしかしこれは可能である。

δ１が０．７μｍ以下、δ２が１μｍ以下なので、ピークパワーからのパワー低下は１．５ｄＢ以下である。 また図９はコアが偏心したファイバをレセプタクル光モジュールに回転挿抜したときの結合損の増加を固定時のずれに対してプロットしたものであるが、総ずれ量が１．７ミクロン以下ならばファイバの回転挿抜時の結合損の増加を１．５ｄB以下に抑制できる。

Ｚ方向（軸方向）にファイバ端Ｆ（Ｚで表現する）が変位したときの入射パワーの変化をグラフ（ロ）に示す。最高の入射パワーとなるのがＨ点（Ｚ＝Ｚ_３）である。Ｈ点（Ｚ＝Ｚ_３）が最適位置である。Ｈ（Ｚ＝Ｚ_３）点よりファイバをＬＤ２へ近づけると入射パワーが急減する。Ｈ点（Ｚ_３）よりファイバをＬＤ２から遠ざけるとゆっくりと入射パワーは減っていく。光ファイバ入射パワーにはそのような前後非対称性がある。それは収差の大きい安価な球レンズを集光に用いた時に著しい。球面レンズ、非球面レンズを使えば、Ｚ_３の前後でパワー分布をより対称に近くすることができる。しかしやはりそれでも入射パワーの前後非対称性がある。本発明は球レンズでも球面レンズでも非球面レンズであっても適用できる。

Ｚ方向にはファイバ端Ｆを最適位置Ｈ（Ｚ＝Ｚ_３）に設定しない。ＢＨの延長線上で最適位置Ｈ（Ｚ＝Ｚ_３）より少し遠い准最適位置Ｇ（Ｚ＝Ｚ_１）になるように調芯する。ＹＡＧ溶接の衝撃で一部が変形しレセプタクルがＬＤ側へ少し（ｓ）ずれる。ファイバも同じだけＬＤ側にずれる。ズレを補償できるよう最適位置Ｈ（Ｚ＝Ｚ_３）からファイバ端Ｆを遠ざけておくのである。溶接によって光ファイバ端Ｆは最適位置Ｈ（Ｚ＝Ｚ_３）かそれに近い最終位置（Ｚ＝Ｚ_２）になる。ＹＡＧ溶接による変形量ｓは予め分からないが最大１０μｍ程度である。准最適位置Ｇの最適位置Ｈからの距離は溶接縮退ｓの２倍程度までがよい。だからＧＨ＝２０μｍ程度までとすればよい。

もしも初めから最適位置Ｈ（Ｚ＝Ｚ_３）に決めると、ＹＡＧレーザ溶接の衝撃でレセプタクルがＬＤ側へ偏奇し、ファイバ端ＦがＺ＝Ｚ_４になる。すると入射パワーが急減し結合効率が低くなる。これは好ましくない。

だからＺ_３でなく、Ｚ_１にファイバ端Ｆの位置を決める。それが准最適位置Ｇである（ＸＹ方向ではＰ点：誤差δ２≦１．０μｍ、Ｚ方向にはＺ_１点）。ＸＹＺの位置を決めただけでは不完全である。ファイバ端Ｆの傾斜の方向が決まっていないからである。 ファイバスタブの最長辺側に標識を付けておき、ＬＤの偏奇側に合わせることによってファイバ端の傾斜方向をＬＤの偏奇に合致させる。これを方位調芯と言う。

回転調芯Ｔすることもある。この場合はレセプタクルをＺ軸周りに回転させ光量最大の方向を探す。ファイバ端Ｆから進行角φの方向へ引いた延長線上にＬＤ２があるとき光量最大となる。それが外部光ファイバへ伝搬する光量をモニターすることによって分かる。

光量最大の方位にするとファイバ端Ｆから進行角φの延長線上にＬＤ２があるという位置関係になる。光ファイバ端Ｆの長い方のエッジがＬＤ側に来る。これが准最適方位である。准最適方位はＸＹ変位、Ｔ回転に対し極大値を与えているから、ＸＹ、Ｔ変位に対してパワー変化は少なく安定な位置方位である。異なる外部ファイバをレセプタクルに挿入し抜去する動作を繰り返しても光量変動は１．５ｄＢ以下とすることができる。

さて調芯（ＸＹＺＴ）によって、発光集光部とレセプタクルが准最適位置方位関係になるのでその位置方位で発光集光部とレセプタクルをそれぞれ固定する。

ここまでは偏波特性を有する光学素子４とは関係のない話である。しかしそのような調芯（ＸＹＺＴ変位）が可能なのは、間に入ったジョイントスリーブ５が回転対称形で平坦面３９、４０を介してレセプタクル９と接触し（ＸＹＴを許容）、滑らかな内外円筒面３３、３４（ＺＴを許容）を介してレンズキャップ８と接触しているからである。

ＬＤ光は偏波特性を有する光学素子４を点Ｄで通過するので偏波特性を有する光学素子主軸によって透過パワーが変動する。調芯後のこれら部品の関係は、偏波特性を有する光学素子４をＬＤ２の偏波面に合致させる（α＝０）と、最大の光量Ｅｍが光ファイバ６に入る状態である。しかしＬＤモジュールとして必要な光量Ｅｃは目的によって異なり、最大光量Ｅｍの２０％〜８０％程度である。例えば５０％とか７０％である。従って何らかの手段で所望の光量Ｅｃまで減衰させる必要がある。従来はＺ方向にファイバを遠ざけることによって光量減衰させていた。デフォーカスによる光量減少である。これについては既に述べた。

本発明はそうでなく偏波特性を有する光学素子４を入れて偏波特性を有する光学素子４の主軸（透過可能な光の偏波面の方向）と、ＬＤ２の偏向方向のなす角度αを変えることによって光量減衰させる。ＬＤ２は薄膜面（基板面）に直交する方向に偏波面を持つ綺麗な直線偏光を生ずる。チップ面に直交する方向が偏向方向である。

偏波特性を有する光学素子主軸とＬＤの偏光方向のなす角度をαとする。偏波特性を有する光学素子４の主軸がＬＤ偏光に平行（α＝０）であればほぼ１００％の光が偏波特性を有する光学素子４を透過する。偏波特性を有する光学素子４の主軸がＬＤ偏光方向に直交（α＝９０度）すると透過光はない（透過率０％）。偏波特性を有する光学素子を軸廻りに回転すると、偏波特性を有する光学素子の透過光の強度はｃｏｓ^２αに比例して変動する。但し偏波面に依存しない多少の吸収がある。

図５の曲線（ハ）は偏波特性を有する光学素子４の回転角θと、光ファイバに入る光パワーＥの関係を示すグラフである。θはある基準点からの偏波特性を有する光学素子４の回転角でありθ＝α＋定数の関係がある。偏波特性を有する光学素子回転角θを変化させると光ファイバに入るパワーＥは１００％から０％まで大きく変化する。所望のパワーがＥｃであるとする。偏波特性を有する光学素子４を回転する。Ｑ点でＥ＝Ｅｃとなるとする。その時の回転角θｃが求めるものである。

本発明の場合、円筒対称形のジョイントスリーブ５によって偏波特性を有する光学素子４を保持しているから、レセプタクル９とレンズキャップ８を固定した状態でも、ジョイントスリーブ５をＺ軸周りに自由に回転することができる。つまり発光集光部と、レセプタクル部を先に調芯（ＸＹＺＴ）し、准最適位置・方位に固定しても、中間のジョイントスリーブ５は自在に回転（Ｒ）できる。ジョイントスリーブ５を回転し偏波特性を有する光学素子４の方位を変化させ、光ファイバの出力をパワーメータで監視し、所望パワーＥｃとなる角度θｃを探す。それが所望パワーを与える偏波特性を有する光学素子４の方位である。

但しＹＡＧ溶接でＺ方向にＺ_１からＺ_２にファイバ端が動きその分だけパワーが増えるので、増分を差し引いた値を所望値Ｅｄと決めておきその値に対応するθｄを求めるようにするとより一層正確である。

所望パワーを与える方向にジョイントスリーブ５の方位を決める。その方位でジョイントスリーブ５とレンズキャップ８を溶接固定する。ジョイントスリーブ５とレセプタクル９を溶接固定する。

こうしてできたＬＤモジュールでは、ファイバ・スリーブ中心のズレ（δ１）が±０．７μｍ以下で、ファイバ端ＦがＸＹ方向には±１．０μｍの誤差範囲（δ２）でピーク点Ｐに合致し、Ｚ方向にはＺ_２にあり、偏波特性を有する光学素子・ＬＤ偏向主軸角度はＥｃ／Ｅｍの減衰を与える。 ここでＺ_２は最適位置Ｚ_３からの距離が０〜２０μｍの範囲の点である。

温度変化や経年変化があっても偏波特性を有する光学素子が廻るということはない。だから本発明のモジュールにおいて、減衰比率Ｅｃ／Ｅｍは不変である。本発明のレセプタクル型モジュールは、外部ファイバをレセプタクルに着脱して使用するが外部ファイバに出力されるパワーの変動はファイバが異なっても、１．５ｄＢ以下になる。
請求項１は半導体レーザ（ＬＤ）チップとＬＤの光を集光するレンズとレンズを保持し外接円筒面を持つレンズキャップとを含む発光集光部と、発光集光部のレンズキャップの外接円筒面に内接する内接円筒面と内接円筒面に連続する頂板部からなり頂板部の窓に偏波特性を有する光学素子を取り付けたジョイントスリーブと、ジョイントスリーブの頂板部の上に接触する平面の底接面を持ち円筒形であるレセプタクルとレセプタクルの内部に固定され外部光ファイバのフェルールを着脱するためのスリーブとレセプタクルの内部に固定され光ファイバが挿通され上面が前記外部光ファイバのフェルールの先端に接し、下面が傾斜面であるファイバスタブからなるレセプタクル部とよりなり、ＬＤはファイバスタブに対してレンズを通りファイバの傾斜面へ入射するＬＤ光が最大となるような側に位置し、ＬＤが発生するＬＤ光をレンズで集光した位置又はその位置から２０μｍ以内の位置にファイバ端があり、偏波特性を有する光学素子の偏波方向とＬＤの偏波方向が角度をなしており、この角度を調整して所望の光量をファイバスタブから外部光ファイバへ出力するようにしたことを特徴とするレセプタクル光モジュールとしたので、Ｚ調芯が可能でＸＹ方向の変位も可能である。ジョイントスリーブを廻すことによって偏波特性を有する光学素子とＬＤ主軸の角度を調節することができ、光のパワ−分布をくずすことなく所望の光量に調整できる。
請求項２は前記ファイバ端は前記ＬＤが発生するＬＤ光をレンズで集光した位置から２０μｍ遠方までの位置にあり、前記偏波特性を有する光学素子の偏波方向とＬＤの偏波方向がなす角度を変化させて最大出力の２０％〜８０％にあたる所望の光量をファイバスタブから外部光ファイバへ出力するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のレセプタクル光モジュールとしたので、光のパワ−分布をくずすことなくＬＤの最大出力の２０％〜８０％の任意の光量を得ることができる。
請求項３はファイバスタブのファイバの延びる方向をＺ方向、それに直交する方向をＸＹ方向とし、ファイバスタブとスリーブの中心のずれの絶対値δ１が０．７μｍ以下であり、レンズによるＬＤの像とＬＤを結ぶ直線の延長線とファイバ端との横方向ずれの絶対値δ２が１．０μｍ以下であり、これらずれに起因するＬＤとファイバの結合損失の増加分が１．５ｄＢ以下であることを特徴とする請求項１および２のいずれかひとつに記載のレセプタクル光モジュールとしたので、異なる外部ファイバをレセプタクルに挿入し抜去する動作を繰り返しても光量変動は１．５ｄＢ以下とすることができる。
請求項４は前記偏波特性を有する光学素子は吸収型偏光子、反射型偏光子、および偏波特性を有する誘電体多層膜フィルタのいずれかであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかひとつに記載のレセプタクル光モジュールとした。偏波特性を有する光学素子が吸収型偏光子であれば反射戻り光の大幅な抑制により
安定動作が可能であり、反射型偏光子あるいは偏波特性を有する誘電体多層膜フィルタであれば生産性がよく低コスト化することができる。
請求項５は請求項１から４のいずれかひとつのモジュールを使用したことを特徴とする光伝送装置としたので、異なる外部ファイバをレセプタクルに挿入し抜去する動作を繰り返しても光量変動が少ない光伝送装置を構成することができる。
請求項６はステムのポールに固定された半導体レーザ（ＬＤ）チップとレンズキャップで保持されたレンズを含む発光集光部と、ファイバスタブを含み外部光ファイバを着脱自在に保持するレセプタクル部との間に、回転対称形状のジョイントスリーブに保持された偏波特性を有する光学素子を設け、レセプタクルに外部ファイバのフェルールを挿入しＬＤを発光させ外部ファイバに出力される光のパワーを監視しながら、ＬＤはファイバスタブに対してレンズを通りファイバの傾斜面へ入射するＬＤ光が最大となるような側に位置し、発光集光部とファイバスタブの位置関係をレンズによるＬＤ像よりファイバ端が遠くなる准最適位置に調芯し、ジョイントスリーブと偏波特性と有する光学素子を発光集光部とレセプタクル部の間で回転させて外部光ファイバへ所望の光量が得られる回転角を求めその位置及び角度で発光集光部とジョイントスリーブ及びジョイントスリーブとレセプタクル部を溶接することを特徴とするレセプタクル光モジュールの製造方法としたので、偏波特性を有する光学素子を回転して所望の光量を得られる位置でジョイントスリープ、レセプタクル部、発光集光部を結合することができ、光のパワ−分布をくずすことなく所望の光量に調整できる。
請求項７はファイバのコアの屈折率をｎとし、ファイバの延びる方向の垂直方向となす角度がβである傾斜端面に対して最適の入射方向角ｓｉｎ^−１（ｎｓｉｎβ）−βを計算し、レンズ−ＬＤ間の距離をＭとするときファイバスタブのファイバの延びる方向をＺ方向、それに直交する方向をＸＹ方向とし、ＬＤをステムポールの中心からＭｔａｎ｛ｓｉｎ^−１（ｎｓｉｎβ）−β｝だけＸＹ方向にずれた位置に固定し、レセプタクルを傾斜端面の最下点がＬＤのずれの方向に一致する方向に保持し、ＸＹ方向およびＺ方向を軸として変位させ外部光ファイバに出力される光パワーが最大になる位置にレセプタクルのＸＹ方向とＺ方向の位置を定め、レセプタクルをＺ方向に変位させ外部光ファイバに出力される光パワーが最大になるＨより延長線上に遠い位置ＧにレセプタクルのＺ方向位置を定め、准最適位置に調芯するようにしたことを特徴とする請求項６に記載のレセプタクル光モジュールの製造方法としたので、光ファイバに入射する光パワーをほぼ最大にするよう調芯したレセプタクル光モジュールを工程を簡略化して製造することができる。
請求項８はＸＹ方向、Ｚ方向、回転（Ｔ）の調芯を行い、レセプタクルと発光集光部を准最適位置に調芯した後、中間のジョイントスリーブを回転（Ｒ）させ偏波特性を有する光学素子とＬＤの直線偏光主軸のなす角度αを変化させ、外部ファイバに所望のレーザ光出力Ｅｃが得られる回転角度θを求める調整を行い、その方位で、発光集光部とジョイントスリーブ、ジョイントスリーブとレセプタクルを溶接固定することを特徴とする請求項６に記載のレセプタクル光モジュールの製造方法としたので、最大の光パワーから偏波特性を有する光学素子の取り付け方向の調整により任意の光量としたので光のパワ−分布がくずれていないレセプタクル光モジュールを製造することができる。

本発明は、発光素子チップ（ＬＤ）とレンズを含む発光集光部と、ファイバスタブを含み外部光ファイバを着脱自在に保持するレセプタクル部との間に、回転対称形状のジョイントスリーブに保持された偏波特性を有する光学素子を設け、発光集光系とファイバスタブの位置関係を准最適位置（レンズによるＬＤ光の集光点Ｈの延長線上Ｇ点にファイバ端を合わせる）に調整し、ジョイントスリーブと偏波特性を有する光学素子を一体に回転させて外部光ファイバへ所望の光量が得られる回転角を求め、その角度でジョイントスリーブと発光集光系とレセプタクルを溶接結合するようにしたものである。

回転対称性のあるジョイントスリーブをレセプタクル、発光集光部の間に介在させるから、レセプタクルと発光集光部の間で相対的なＸ、Ｙ、Ｚ方向の移動、回転Ｔが可能になる。それによってＸＹ調芯、Ｚ調芯、方位調芯Ｔを行うことができる。特許文献１、２のようにピグテイル型の場合はフェルールからのファイバの突き出しを加減することによってＺ調芯が可能である。しかしファイバスタブがレセプタクルに固定されるレセプタクル型の場合、ファイバを動かしてＺ調芯することはできない。

本発明は、ジョイントスリーブを中間に介在させるのでＺ調芯が可能となる。レセプタクル・ジョイントスリーブ間はＸ、Ｙ、Ｔ変位ができ、ジョイントスリーブ・発光集光部間はＺ、Ｔ変位ができる。両者を合わせて、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｔの４つの変位が全て可能となる。そのために、ＬＤ（発光集光部）と光ファイバ（レセプタクル）のＸＹＺ調芯、Ｔ調整が可能となる。

ＬＤとファイバの結合はほぼ最適結合であり、所望の光量に調整するのは偏波特性を有する光学素子とＬＤ主軸の角度αの調整による。ＬＤと光ファイバがほぼ最適結合しそれは安定な位置方位である。外部ファイバのフェルールをレセプタクルに着脱して外部ファイバに出力されるパワーのばらつきも少ない。Ｚ方向デフォーカスによって入力光量減衰した従来のモジュールに比べて、温度変化や経年変化があっても光量の変動は少ない。

本発明は、発光素子チップ（ＬＤ）とレンズを含む発光集光部と、ファイバスタブを含み外部光ファイバを着脱自在に保持するレセプタクル部との間に、回転対称形状のジョイントスリーブに保持された偏波特性を有する光学素子を設け、発光集光系とファイバスタブの位置関係を准最適位置（ＸＹ、Ｒ方向には光量最大点：Ｚ方向には集光点Ｈの延長線上のＧ点）に調整し、ジョイントスリーブと偏波特性を有する光学素子を一体に回転させて外部光ファイバへ所望の光量が得られる偏波特性を有する光学素子の回転角を求め、その角度でジョイントスリーブと発光集光系とレセプタクルを溶接結合するようにしたものである。

図６〜図７によって本発明の実施例を述べる。図６は発光集光部と、回転対称のジョイントスリーブと、レセプタクル部を組み立てる前の部品の断面図である。初めに３つの部分を個別に説明する。

発光集光部は、半導体レーザ（ＬＤ）２とレンズ３を含む部分である。これは円盤状のステム７とその上に溶接されるレンズキャップ８などを有する。ステム７は例えば鉄（軟鋼にメッキなど）で作られ複数のピンの通し穴２１、隆起したポール２２を持つ。ポール２２の前側壁に、上向きに光を出すようにＬＤ２が固定される。ＬＤ２はステム中央軸線上でなく少し偏奇した位置に取り付ける。これについては後に述べる。ステム７の中央部にはサブマウント２３を介してモニタＰＤ２４が設けられる。これはＬＤ２の後方光を感知してＬＤ光のパワーを一定に保持するためのモニターである。

ステム７は下方に伸びるリードピン２６、２７、２８を有する。リードピン２７はステム７に接続されている。それ以外のリードピン２６、２８は通し穴２１を通り頂部はステムの上部に至る。絶縁性の封止剤２９によってリードピン２６、２８が通し穴２１に固定される。ＬＤ２、モニタＰＤ２４とリードピンはワイヤで接続される。

円筒形のレンズキャップ８は内側に横方向の支持板３０を持つ。支持板３０の中央に開口部３２があってここに球レンズ３が固定される。これはＬＤ２の光を光ファイバ端部へ集光させるためのレンズである。安価にするため球レンズ３をここでは使っているが球面レンズや非球面レンズであってもよい。ＬＤ２の前方光はレンズ３を通って上方へ出る。後方光はモニタＰＤ２４に入射する。レンズキャップ８の外周は回転対称の外接円筒面３３となる。

ジョイントスリーブ５は偏波特性を有する光学素子４を保持するためのものである。今回偏波特性を有する光学素子として吸収型偏光子を用いた。またジョイントスリーブ５は円筒対称形を持ち断面図はコの字型をしている。ステンレスなど金属製である。ジョイントスリーブ５の内周は回転対称の内接円筒面３４となっている。外周に円環隆起３５がある。ジョイントスリーブ５の内側にはジョイントスリーブ内部空間３６が形成される。ジョイントスリーブ内部空間３６に前述の外接円筒面３３を挿入できる。内接円筒面３４、外接円筒面３３はほぼ同じ直径を持ち内外接している。つまりジョイントスリーブ５とレンズキャップ８は回転対称部分で接触する。

溶接する前であれば、ジョイントスリーブ５をレンズキャップ８に対し軸回りに相対回転できる。ジョイントスリーブ５の上方には横方向の頂板部３７がある。頂板部３７は中央に窓３８を持つ。頂板部３７の窓３８の下部分に偏波特性を有する光学素子４が固着されている。この偏波特性を有する光学素子４は今回吸収型偏光子である。吸収型なので軸線に直交するように窓３８に取り付けられる。ジョイントスリーブ５の頂板部３７の上側は平面平滑の天接面３９となっている。

レセプタクル部は、外部光ファイバの先を抜き差し可能に保持し、外部光ファイバを差し込んだ状態で、ＬＤ光を光ファイバへ導くためのものである。レセプタクル９はステンレス、銅などの金属で作られた円筒形の部材である。レセプタクル９の下端フランジ４１の底面は平面平滑の底接面４０となっている。底接面４０が、ジョイントスリーブ５の天接面３９と滑らかに接触する。溶接前は横方向（ＸＹ方向）に相互変位できる。

ジョイントスリーブ５とレセプタクル９は回転対称な部材（３９、４０）で接触する。溶接前には軸回りにジョイントスリーブ５をレセプタクル９に対し相対回転できる。

レセプタクル９の下方開口部から、リング４２、ファイバスタブ４４、割りスリーブ４５を挿入する。ファイバスタブ４４は中心に短い光ファイバ６を持つ。これは光を中継するためのファイバであり長さが２ｍｍ〜４ｍｍである。例えば２．９ｍｍである。コア・クラッド構造を持つが短い。下端から入射した光をコアに閉じ込めるのに十分な伝搬距離を持たない。クラッドモードが残る。

リング４２は金属円環でファイバスタブ４４と共にレセプタクル９の凹部５０に圧入される。リング４２はファイバスタブ４４を所定の位置・方向に保持する。割りスリーブ４５は硬質で滑らかな内周面を持つセラミックの円筒である。例えばジルコニア製である。割りスリーブ４５の内周面によって滑らかな周面を持つランプ内腔が形成される。レセプタクル内腔４６に外部光ファイバ先端のフェルール（図示しない）を挿入抜去する。

ファイバスタブ４４（光ファイバ６）の中心軸と割りスリーブ４５の中心軸の横ズレδ１は０．７μｍ以下になるようにする（δ１≦０．７μｍ）。より好ましくは０．５μｍ以下とする（δ１≦０．５μｍ）。

レセプタクル９は外周に周回突状４３を持つ。レセプタクル９の先端の内側は面取り４７がなされ差込口４８に外部ファイバのフェルールが入りやすいようになっている。

ファイバスタブ４４は金属円柱に縦穴を穿ち光ファイバ６を挿入したものであり、外周にリング４２と割りスリーブ４５が接触している。下端面は斜め研磨されて傾斜面４９となっている。光ファイバ下端も同じ角度の傾斜（β）を有する。レーザへの反射戻り光を防ぐためである。コア屈折率をｎとすると、適切な入射角φは、φ＝ｓｉｎ^−１（ｎｓｉｎβ）−βである。先程の進行角に等しい。

ファイバスタブ４４の上端は平坦面５２となっている。外部光ファイバのフェルール先端が面一に接触するのでファイバスタブ４４の上端は平坦面５２でなければならない。

次に３つの構成要素の組立について述べる。レンズキャップ８・ステム７の発光集光部のリードピン２６、２７、２８を、ＬＤ駆動源を備えたテスト用のソケット（図示しない）に差し込む。レンズキャップ８の上端部に、ジョイントスリーブ５下部を被せる。ジョイント内部空間３６にレンズキャップ８の一部が入り込む。ジョイントスリーブ５の内接円筒面３４と、レンズキャップ８の外接円筒面３３が円周方向均一に滑らかに接触する。

ジョイントスリーブ５の上部の天接面３９にレセプタクル９下部の底接面４０を接触させる。これによって、発光集光部・ジョイントスリーブ・レセプタクル部が上下方向に組み合わされる。ジョイントスリーブ５の上端の天接面３９、レセプタクルの下端の底接面４０は平滑面だから、レセプタクルをＸＹ方向に移動できる。またレセプタクルを回転（Ｔ）することもできる。

ジョイントスリーブ５の内接円筒面３４とレンズキャップ８の外接円筒面３３は軸（Ｚ）方向動きは自由であるからレセプタクルをＺ方向に変位することができる。軸廻りに回転（Ｔ）させることもできる。

ジョイントスリーブ５はさしおいて、初めに光ファイバに入射するＬＤ光量をほぼ最大にするように発光集光部とレセプタクルの位置方位を決める。これを調芯という。発光集光部とレセプタクルの間の調芯は、ＸＹ方向、Ｚ方向、回転方向Ｔの３種類ある。ＸＹ調芯、Ｚ調芯、Ｔ調芯（方位調芯を含む）と仮に呼ぶ。

本発明は、ＸＹ、Ｚ、Ｔ調芯をして、ほぼ最大光量が光ファイバに入るような発光集光部・レセプタクルの位置方位関係としてから、ジョイントスリーブ５を回転（Ｒ）させて所望光量に減衰させる。これは偏波特性を有する光学素子による透過光量調整である。Ｒ調整と仮に呼ぶ。本発明の骨子は、ＸＹ調芯、Ｚ調芯、Ｔ調芯、Ｒ調整によって光ファイバ入射光量を任意の所望のパワーにしたということである。

ジョイントスリーブ５が回転対称性を持ちレセプタクル、発光集光部と回転可能な関係とするのは、２度の回転調整Ｔ、Ｒの両方にとって必須である。

ＸＹ、Ｚ、Ｔ、Ｒの調芯調整を順に説明する。
図６の３部材を縦方向に組み合わせると、図７において溶接点５４、５５が未だないような組み合わせの状態となる。ここから調芯作業を始める。

初めに、発光集光部（ＬＤ２、レンズ３を含む）と、レセプタクル部（光ファイバ６を含む）との位置合わせをする。

レセプタクル９のレセプタクル内腔４６へ外部光ファイバのフェルール（図示せず）を差し込む。外部光ファイバの他端はパワーメータ（図示せず）に接続してある。ＬＤ２はファイバ端Ｆから横方向に大体ｇ＝Ｌｔａｎφ＝Ｌｔａｎ｛ｓｉｎ^−１（ｎｓｉｎβ）−β｝ずれるようにすべきである。Ｌは光ファイバ端・ＬＤ間のＺ方向距離、ｎはコア屈折率、φは進行角、βはファイバ前端傾斜角である。このズレをレンズ中心Ｃを中立点としてレセプタクルとＬＤに均等に配分することもできる。

レンズ中心Ｃを中立点として、横ズレをレセプタクルとＬＤに均等に配分するには、ＬＤをポール中心軸線からｇを比例配分した値だけ横方向にずれた位置に固定すれば良い。ＬＤ２のズレｇの大体の目安は、Ｍｔａｎφ＝Ｍｔａｎ｛ｓｉｎ^−１（ｎｓｉｎβ）−β｝である。ＭはＬＤ２とレンズ３とのＺ方向距離である。

しかし実際に調芯するのでこれから少しずれていても構わない。レセプタクル部をＸ、Ｙ、Ｚ方向に動かし回転（Ｔ）して最適の位置を探す（調芯）からである。

レセプタクル部をＸＹＺ方向変位およびＺ軸周り回転（Ｔ）のできるホルダ−（図示しない）で把持する。ＬＤ２を発光させる。ＬＤ２の光はレンズ３、偏波特性を有する光学素子４を通り光ファイバ６下端に至る。光ファイバ６を通って光は外部光ファイバに入りパワーメータによって光量計測される。

レセプタクル部をＸＹ方向に動かして最大光量が入る位置を探す。最大光量点からの横ズレ（ＸＹ方向）の絶対値δ２は１．０μｍ以下になるようにする。図５のグラフ（イ）のピーク点Ｐからのずれδ２が１．０μｍ以下になるようレセプタクル部のＸＹ位置を決めるということである。これがＸＹ調芯である。

レセプタクル部をＺ方向（軸方向）に動かして光ファイバに入る光量を調べる。図５の曲線ロのような光量分布が得られる。ピーク点Ｈ（Ｚ＝Ｚ_３）より遠い部分（Ｚ＞Ｚ_３）では傾斜が緩やかで、ピーク点Ｚ_３（Ｈ）より近い（Ｚ＜Ｚ_３）では急峻に低下する非対称曲線ロとなる。Ｚ方向の光量分布曲線はＸＹ方向の光量分布曲線より広がっており調芯幅に余裕がある。

Ｚ方向ではピーク点Ｈ（Ｚ＝Ｚ_３）に合わせるのではなく、ＢＨの延長線上それよりもすこし遠い点Ｇ（Ｚ＝Ｚ_１）点にファイバ端Ｆが一致するようレセプタクル部のＺ方向位置を決める。

ＹＡＧ溶接するとき衝撃でレセプタクルがＬＤ側へ前進して（Ｚ_３→Ｚ_２）、実際にはよりＺの小さい部分Ｚ_２にファイバ端Ｆが来る。前進量ｓは１μｍ〜１０μｍ程度である。前進量ｓが予め分からないので、余裕をもってＺ_１の位置に決める。これがＺ調芯である。

もしも初めからピーク点Ｚ_３に合わせるとＹＡＧ溶接の衝撃でＺ_４のようなパワーの小さい位置にファイバ端Ｆが押しやられる。これは好ましくないので、Ｚ_１（＞Ｚ_３）の位置にレセプタクルのＺ方向の位置を決める。

このようにして発光集光部とレセプタクル部の間の調芯がなされる。この間レセプタクル部と発光集光部の中間にジョイントスリーブ５が介在する。中間のジョイントスリーブ５の偏波特性を有する光学素子４の方向は任意である。外接円筒面３３・内接円筒面３４における嵌合と、天接面３９・底接面４０による接触は回転対称性を持つ。だから、調芯した後でもジョイントスリーブをＺ軸周りに３６０度回転できる。

ほぼ最適（Ｚ方向に少し外れてＧ点）の位置、方位に合わせてあるから、ＬＤ２と光ファイバ６の結合効率はほぼ最大である。

偏波特性を有する光学素子４を適当な方位に合わせると光ファイバには最大の光量Ｅｍが入る。しかし実際に必要とされる光量はそれ以下のある値Ｅｃである。それは最大光量の８０％〜２０％である。例えば７０％とか５０％というようなことが多い。光ファイバに入る光量を最大光量Ｅｍから下げなければならない。本発明は光ファイバに入る光量を減衰させるために偏波特性を有する光学素子４を使う。

発光集光部のリードピン２６〜２８とステム７は固定されている。ＬＤ２と光ファイバ６のＸＹ、Ｚ、Ｔ調芯がなされたので、レセプタクル９も一定位置に固定されている。溶接される前なので、中間のジョイントスリーブ５はＺ軸周りに回転（Ｒ）できる。ジョイントスリーブ５を回転すると、光ファイバ６に入る光量が、図５の曲線（ハ）に示すごとく、ｓｉｎカーブを描くように変動する。所望の光量がＥｃだとする。ジョイントスリーブ５を廻して回転角がθｃ、θｃ’、…で光ファイバに入る光量がＥｃになったとする。その何れかの角度方向にジョイントスリーブ５の方位を決める。偏波特性を有する光学素子は１８０度の周期性を持つからジョイントスリーブ５の回転範囲が３６０度であれば、Ｅ＝Ｅｃとなるのは４方向にある。そのいずれに決めても良い。

ジョイントスリーブ５のＥ＝Ｅｃとなる方位が決まった。その位置で、ＹＡＧレーザで、レンズキャップ８とジョイントスリーブ５を溶接点５４で溶接する。ジョイントスリーブ５とレセプタクル９を溶接点５５で溶接する。溶接点５４、５５はそれぞれ６〜１２スポット程度である。そのように溶接した後の状態の断面図が図７である。溶接の衝撃でファイバ端Ｆがレンズ側に変位しＺ_２点に来る。Ｚ_２は最適位置Ｚ_３から０〜２０μｍ離れている。こうして光ファイバに入る光量が、最大光量かそれより少し低いＥｃであるＬＤモジュールが得られる。ＸＹ方向には最大結合になる点を選んでいる。異なる外部光ファイバのフェルールを挿入しても、温度変化や応力によってレセプタクルが多少変形しても所望の光量（Ｅ＝Ｅｃ）を常に取り出すことができる。

本発明は、発光素子チップ（ＬＤ）とレンズを含む発光集光部と、ファイバスタブを含み外部光ファイバを着脱自在に保持するレセプタクル部との間に、回転対称形状のジョイントスリーブに保持された偏波特性を有する光学素子を設け、発光集光系とファイバスタブの位置関係を准最適位置（ＸＹ、Ｔ方向には光量最大点；Ｚ方向は最大点Ｈの延長線上のより遠い点Ｇ）に調整し、ジョイントスリーブと偏波特性を有する光学素子を一体に回転させて外部光ファイバへ所望の光量が得られる偏波特性を有する光学素子の回転角を求め、その角度でジョイントスリーブと発光集光系とレセプタクルを溶接結合するようにしたものである。実施例１では、偏波特性を有する光学素子４として吸収型偏光子を使っていた。ナノ偏光子には吸収型のものと反射型のものがある。反射型の方がより安価である。本発明は反射型偏光子を使うこともできる。

実施例２は反射型の偏光子を用いる。図８は実施例２に係る反射型偏光子を用いたレセプタクル型ＬＤモジュールの縦断面図である。図６の吸収型偏光子４を使ったものとほぼ同じ構成である。反射型偏光子５１は不要光を反射することによって透過させないようにする。だから反射光がＬＤに戻らないように反射型偏光子５１はジョイントスリーブ５の窓３８に傾けて取り付けてある。その他の構造や作用は図６の吸収型偏光子を使ったものと同様である。 実施例２では偏波特性を有する光学素子４として反射型偏光子を使ったが、生産性に優れる偏波特性を有する誘電体多層膜フィルタを傾けて取り付けても同じ効果が期待できる。

上記において、本発明の実施の形態および実施例について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態および実施例は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

実開平３−２４６１４号公報によって提案された光路中に偏光子を含む半導体レーザモジュールの縦断面図。

実開平３−２４６１４号公報の偏光子支持板の正面図。

特開平７−９８４２６号公報によって提案された傾斜した光ファイバ端に偏光子を接着した半導体レーザモジュールの縦断面図。

傾斜した光ファイバ端に偏光子を取り付けると光ファイバを回転した場合にＬＤの最適の位置が変化することを説明する説明図。

回転対称性を持つジョイントスリーブによって偏波特性を有する光学素子を保持し、レセプタクルと発光集光部の間にジョイントスリーブを介在させ、発光集光部とレセプタクルの間のＸＹ方向、Ｚ方向、Ｔ方向の調芯をした後、ジョイントスリーブを回転（Ｒ）させて所望の光量Ｅｃになるようにした本発明の構成を説明するためのＬＤモジュールの概略図。

吸収型偏光子を用いた本発明の第１の実施例に係るレセプタクル光モジュールの各部品を分離して示す分解断面図。

吸収型偏光子を用いた本発明の第１の実施例に係るレセプタクル光モジュールの部品を組み合わせて溶接した状態の断面図。

反射型偏光子を用いた本発明の第２の実施例に係るレセプタクル光モジュールの部品を組み合わせて溶接した状態の断面図。

コアが偏心したファイバをレセプタクル光モジュールに回転挿抜したときの結合損の増加を固定時のずれに対してプロットした図。

符号の説明

Ｂ ＬＤの発光点
Ｃ レンズ中心
Ｄ 偏波特性を有する光学素子の中心
Ｅ ファイバへの入射光量
Ｅｍ 最大入射光量
Ｅｃ 所望の入射光量
Ｆ ファイバ端の中心点
Ｈ レンズによるＬＤ光の集光点（像点：ファイバ端の最適位置）
Ｇ 最適位置の延長線上で溶接による縮小分の１〜２倍程度離れた位置
Ｍ レンズ・ＬＤのＺ方向距離
Ｌ ファイバ・ＬＤのＺ方向距離
Ｘ、Ｙ 軸直交方向の座標、
Ｚ 軸方向の座標
Ｒ 偏波特性を有する光学素子の回転
Ｐ ＸＹ方向調芯における入射パワー最高点
β ファイバ端の傾斜角
φ 進行角（光ファイバから出た光が進行方向の角度）
２ ＬＤ（半導体レーザ）
３ （球）レンズ
４ 偏波特性を有する光学素子
５ ジョイントスリーブ
６ 光ファイバ
７ ステム
８ レンズキャップ
９ レセプタクル
２１ ピン通し穴
２２ ポール
２３ サブマウント
２４ モニタＰＤ
２５ 溶接部
２６〜２８ リードピン
２９ 封止剤
３０ 支持板
３２ 開口部
３３ 外接円筒面
３４ 内接円筒面
３５ 円環隆起
３６ ジョイント内部空間
３７ 頂板部
３８ 窓
３９ 天接面
４０ 底接面
４１ 下端フランジ
４２ リング
４３ 周回突状
４４ ファイバスタブ
４５ 割りスリーブ
４６ レセプタクル内腔
４７ 面取り
４８ 差込口
４９ 傾斜面
５０ 凹部
５１ 反射型偏光子
５２ 平坦面
５４ 溶接点
５５ 溶接点
６０ ハウジング
６２ ロッドレンズ
６３ ステム
６４ 隆起
６５ ＬＤ（半導体レーザ）
６６ キャップ
６７ ガラス窓
６８ 螺子部
６９ 押さえナット
７０ フェルール
７２ 光ファイバ
７３ フェルール止め板
７４ 溶接点
７５ 溶接点
７６ 光ファイバコード
７７ 横穴
７８ 偏光板
７９ 偏光板支持板
８０ 溶接点
８２ 円穴
８３ ステム
８４ ＬＤパッケージ
８５ 非球面レンズ
８６ ステムホルダ−
８７ 円盤状ファイバサポート
８８ 光ファイバ
８９ 傾斜端面
９０ 偏光子
９１ フェルール
９２ ファイバコード
９３ ホルダ−前端段部
９４ ホルダ−後端部
９５ 溶接点

Claims (1)

1. ステムのポールに固定された半導体レーザ（ＬＤ）チップとレンズキャップで保持されたレンズを含む発光集光部と、中心にファイバを有するファイバスタブを含み外部光ファイバを着脱自在に保持するレセプタクル部と、前記発光集光部と前記レセプタクル部との間に、前記ファイバの光軸に対して直交する方向に偏波特性を備える光学素子を保持する回転対称形状のジョイントスリーブと、を有する光モジュールの製造方法であって、
   前記ＬＤを、次式で与えられる量だけ前記ステムポールの中心からオフセットして配置し、
   Ｍ×ｔａｎ｛ｓｉｎ ^−１ （ｎ×ｓｉｎ（β））−β｝：
   ここでＭは前記レンズと前記ＬＤの間の距離、ｎは前記ファイバのコアの屈折率、βは前記ファイバスタブおよび前記ファイバの前記ＬＤに対向する端面の、前記ファイバの伸びる方向に垂直な仮想面に対する傾斜角度である；
   前記レセプタクルを、前記ＬＤに対する前記傾斜端面の前記発光集光部に対する最近接点が前記ＬＤのオフセット方向に一致するように前記ジョイントスリーブに対して回転させ；
   前記レセプタクルに前記外部ファイバのフェルールを挿入し前記ＬＤを実際に発光させ、前記外部ファイバに出力される光のパワーを監視して前記発光集光部と前記レセプタクルとの間で、前記ファイバの光軸に垂直な面内、当該光軸に平行な方向、及び当該光軸を中心とする回転、それぞれの方向の光学調芯を行い、前記外部ファイバに出力される光のパワーが最大となる最適位置に前記レセプタクルを保持し、
   さらに、前記レセプタクルを当該最適位置からさらに前記ＬＤとの距離を増加する側に移動し、
   前記ジョイントスリーブと前記偏波特性を有する光学素子を前記発光集光部と前記レセプタクル部に対して回転させ、前記外部光ファイバへ所望の光量が得られる位置および角度で前記発光集光部と前記ジョイントスリーブ及び前記ジョイントスリーブと前記レセプタクル部を溶接し、当該溶接により前記ファイバ端がレンズ方向へ１μｍ〜１０μｍ前進し、前記ファイバの端面が前記最適位置よりも０〜２０μｍだけ前記レンズから遠ざかる位置にあるようにする
   ことを特徴とするレセプタクル光モジュールの製造方法。

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