JP6507659B2 - 光モジュールの製造方法 - Google Patents
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図1は本実施形態における光モジュールを示す図である。光モジュール1は、レーザユニット100、変調器ユニット200、および波長検知ユニット300を、前壁2A、後壁2B、これら前壁2A、後壁2Bを接続する二つの側壁2C、2Dで囲まれたハウジング2の空間内に搭載している。レーザユニット100は変調器ユニット200、波長検知ユニット300の双方と光結合している。すなわち、光モジュール1は、レーザユニット100に搭載された波長可変レーザダイオード(LD)10が出力する第1の連続光(Continuous Wave:CW)L1を変調器ユニット200に伝え、変調器ユニット200に搭載された変調器20により変調された出力光D1を第1の出力ポート3aから光モジュール1の外部に出力すると同時に、波長可変LD10が出力する第2のCW光L2を波長検知ユニット300に出力して、波長検知ユニット300ではこの第2のCW光L2の一部を分岐し分岐光D2を第2の出力ポート3bを介して外部に出力する。第1のCW光L1は、二つの出力ポート3a、3bの光軸に平行にレーザユニット100から後壁2Bに向かって出力され入力ユニット210により90°曲げられた後後壁2Bに沿って変調器ユニット200に入力する。他方のCW光L2は、二つの出力ポート3a、3bの光軸に沿って前壁に向かってレーザユニット100から波長検知ユニット300に出力される。
図2はレーザユニット100に搭載されている波長可変LD10の模式的な断面図である。波長可変LD10は、半導体光増幅器(Semiconductor Optical Amplifier:SOA)10a、10dとこれらSOA10a、10bに挟まれ波長可変LD10の出射光の波長を決定するSG−DFB(Sampled Grating Distributed FeedBack)10bとCSG−DBR(Chirped Sampled Grating Distributed Bragg Reflector)10cを含む。これら4つの領域10a〜10dは、波長可変LD10の光軸に沿ってこの順に配置されている。本実施例では、第1のSOA10aが一方の端面10Aを含み第1のCW光L1を出力し、第2のSOA10dが他方端面10Bを含み第2のCW光L2を出力する。
図4は、本実施形態における変調器20の平面図である。変調器20は、例えばInP基板上に形成された複数の変調素子を含むことができる。本実施例の変調器20は、4つマッハツェンダ(Mach-Zehnder:MZ)変調素子51〜54を有する。変調器20は3つの1:2カプラ50a〜50c有し、入力ポート24に入力した第1のCW光L1を各変調素子51〜54に当分に分配する。第1のCW光L1はその光軸を導波路にそって90°曲げられた後、第1の1:2カプラ50aで二分され、それぞれの分岐光がさらに二つの1:2カプラ50b、50cで二分され各MZ変調素子51〜54に入力する。また、各MZ変調素子51〜54の出力側に、変調光を合波するためにの二つの2:2カプラ50d、50eを有する。
図5は、波長検知ユニット300の平面図である。波長検知ユニット300は、第1のフィルタ32a、エタロンフィルタ33、第1のフォトダイオード(Photodiode:PD)34a、第2のフィルタ32b、及び第2のPD34bを第3のTEC31上に備える。具体的には、第3のTEC31の上基板上にAlN製のキャリア300aを搭載し、このキャリア300a上に上記光学部品を搭載する。二つのPD34a、34bはそれぞれPDサブマウント34A、34Bを介してキャリア300a上に搭載されている。第3のTEC31の下基板31bは上基板およびキャリア300aよりは広く、上基板からはみ出した領域に第3のTECに電流を供給するための二つのポスト31c、31dを有する。第3のTEC31はエタロンフィルタ33の温度特性を補償する。
図6は変調器ユニット200の全体を示す平面図である。変調器ユニット200はレーザユニット100が出力する第1のCW光L1を変調器20に導入する結合ユニット220および入力ユニット210を含む。入力ユニット210は、フィルタ61及び入力レンズ系63を備える。入力ユニット210は、ベース200a上に搭載されたキャリア210a上にこれらフィルタ61および入力レンズ系63を搭載している。また、結合ユニット220についても、キャリア200a上に別のキャリア220aを介してビームシフタ81および偏波無依存型のアイソレータ82を搭載している。波長可変LD10が出力する第1のCW光L1は、ビームシフタ81によりその光軸の水平レベルについて、変調器20の入力ポート24の水平レベルとの差が補償され、アイソレータ82を介してフィルタ61に入力する。フィルタ61は平行平板型の半透明フィルタであり、入力した第1のCW光L1の大概95%を変調器20の入力ポート24に向けて反射し、残り5%程度を透過してモニタPD(mPD)62aに向けて出射する。mPD62aはPDサブマウント62Aを介して入力ユニット210と同様にベース200a上に搭載されている。
図9は出力ユニットの平面図である。出力ユニット230は、出力レンズ系73を備え、この出力レンズ系73は光変調器20が出力する二つの変調光M2bと変調光M2cをそれぞれコリメート光に変換し、第1の出力ポート3aに向けて出力する。出力レンズ系73は、二つの第1レンズ73aと二つの第2レンズ73bを有する。出力ユニット230はさらに、Siブロック74、二つのアイソレータ75a、75b、偏波合成(Polarization beam combiner:PBC)ユニット76、及び可変光減衰器(Variable Optical Attenuator:VOA)77を更に備える。Siブロック74は、変調光M2bと変調光M2cのPBCユニット76の出力に至るまでの光路差を補償する素子である。PBCユニット76は、ミラー76aと光学多層膜で構成されるPBC素子76bを含む。
図10は変調器ユニット200のベース200aの平面図である。変調器20は、変調器20とほぼ同じ形状を有する変調器キャリア20aを介してベース200a上に搭載されている。ベース200aは、図10に示される様にL字の平面形状を有し、L字の角部に相当する本体部200AとL字の二つの辺に相当する部位200B、200Cを、さらに、本体部200Aから側壁2D側にはみ出した部位200Dを含む。本体部200Aは、キャリア20aを介して変調器20を搭載する。部位200Bは領域A1、A2、A3を含み、領域A1にはキャリア210aを介して入力ユニット210を、領域A2には別のキャリア220aを介して結合ユニット220を、さらに、領域A3には変調器20のオフセット電極51j〜52kに印加するバイアス信号を供給するバイアスユニット86aと終端ユニット84aを搭載する。入力ユニット210のキャリア210a上にはサブマウント64Aを介してモニタPD64aが搭載される。また、部位200Dは領域B1、B2を有し、領域B1には別のサブマウント64Bを介してモニタPD64bが、領域B2にはオフセット電極53j〜54kにバイアスを供給するためのバイアスユニット86bと、配線53e〜53g、54e〜54gを終端する終端ユニット84bが搭載される(図6参照)。さらに部位200C上には、キャリア230aを介して出力ユニット230を搭載する(図9参照)。
図14は、光モジュールの製造工程を示すフローチャートである。以下、図14を参照しながら、光モジュール1を製造する方法について説明する。
初めに、レーザユニット100の作製が行われる。レーザユニット100は光モジュール1の外部において光モジュール1の組立とは独立して行われる。波長可変LD10及びサーミスタ11fがレーザキャリア100A上に例えばAuSn共晶半田を用いた公知のダイボンディングによりキャリア100Aの所定金属パターン上に固定される。図15は、波長可変LD10をレーザキャリア100A上に搭載した様子を示す図である。図15に示されるように、波長可変LD10はレーザキャリア100Aの所定金属パターン上に搭載される。そして、波長可変LD10の各電極とレーザキャリア100A上の所定のパターンとの間のワイヤリングが実行される。これにより、波長可変LD10は所定パターンをプロービングしてI−L特性等のDC測定を行うことができる。DC測定において特性不良の波長可変LD10は以後の組立から除外される。
図16は、変調器ユニット200の組立の様子を示す図である。変調器ユニット200の組立も光モジュール1の組立と独立して実行する。ベース200a上の本体部200Aにキャリア20aを介して変調器20を搭載し、領域A3、B2にそれぞれのキャリアを介して終端ユニット84a、84b、バイアスユニット86a、86bを搭載する。なお、終端ユニット84a、84b上にはそれぞれ二つのチップキャパシタが予めソルダリングされており、一方、バイアスユニット86a、86b上にはそれぞれ6個のダイキャパシタがソルダリングされている。また、終端ユニット84a、84b上の終端抵抗は金属薄膜抵抗であり、ユニット上に配線を形成する際に同時に作成される。ただし、終端抵抗はチップ抵抗を採用することもできる。終端ユニット84a、84b、およびバイアスユニット86a、86bを搭載するキャリアは、それぞれのユニットの主面の水平レベルが変調器20の主面の水平レベルとほぼ等しくなる厚さを有している。
光モジュール1の外部で波長検知ユニット300のキャリア300a上にサーミスタ31f、二つのモニタPD34a、34bをそれぞれのサブマウント34A、34Bを介して搭載する。搭載は全て共晶半田を用いたソルダリングにて行うことができる。この工程で二つのモニタPD34a、34bを予めキャリア300aに搭載するのは、モニタPD34a、34bの有効径が数十μm程度と大きく、変調器20の導波路に対するアクティブ調芯を必要としないからである。さらに、エタロンフィルタ33もこの段階でキャリア300a上に搭載しておく。
S4a:3台のTECの搭載
図17は、光モジュール1のハウジング2内に3台TEC11〜31を搭載した状態を示す平面図である。TEC11〜31の搭載に合わせ、この工程S4aではキャリア77A上に予め搭載されているVOA77、および二つの配線基板90a、90bをハウジング内の所定の位置にダイボンディングにより固定する。それぞれのTEC11〜31の下基板11b〜31bであって、上基板11a〜31aからはみ出した部位には、下基板11b〜31b上に搭載されている複数のペルチェ素子に電流を供給するためのポストが予め搭載されている。TEC11〜31のハウジング2内への搭載の後、これらポストと両側壁2C、2Dに備わるDC端子5a、5bとの間でワイヤリングを行う。TEC11〜31には大きな電流が供給されるので、ポストとDC端子5a、5bとの間は複数のワイヤにより接続される。
本工程S4bでは、工程S1で組立てたレーザユニット100、及び工程S2で組立てた変調器ユニット200が、それぞれTEC11及びTEC21上に搭載される。
既に工程S3においてキャリア300a上にサーミスタ31f、二つのモニタPD34a、34b、エタロンフィルタ33を搭載したアセンブリをTEC31上に搭載する。この時、キャリア300aのレンズキャリア110bに対向する辺、およびレンズキャリア110bのキャリア300aに対向する辺に、それぞれアライメントマークが形成されており、両者を目視でアライメントすることにより、入力ユニット210、結合ユニット220、出力ユニット230と同様に、レーザユニット100と波長検知ユニット300のラフアライメントを実行できる。
S5a:入力光学系の調芯
光学調芯はまずレーザユニット100と変調器20との間の入力光学系について行う。まず、レーザユニット100のレンズ110を、その出力光が実質的にコリメート光となる位置に固定する。具体的には、図19に示す光軸変換治具(特殊治具)9dをビームシフタ81の搭載予定位置にセットし、波長可変LD10が出射しレンズ110aを透過した光をハウジング2外に導く。そして、ハウジング2から相当の距離を取った遠点において第1のCW光L1のコリメート性をチェックする。本方法では遠点をハウジングから大凡1m離れた位置に設定した。遠点に受光器9pをセットし、レンズ110aを光軸に沿って前後にスライドし、第1のCW光L1が実質的にコリメート光となる位置に固定する。
続いて出力光学系の調芯を行う。波長可変LD10を実際に発光させ第1のCW光L1を既に調芯がなされた入力光学系により変調器20内に導く。そして、二つの出力光M2b、M2cのいずれもが出力ポート22a、22bから出力される様に変調器20にバイアスユニット86a、86bを介して与えるバイアス電圧を調整する。そして、入力光学系の調芯の際に用いた特殊治具9dを第2レンズ73bの搭載予定位置にセットし、二つの第1レンズ73aを調芯し、特殊治具9dを介して遠点で観測される出力光M2b、M2cがコリメート光になる様に第1レンズ73aの位置を調芯する。そして、その調芯位置から設計所定距離だけ第1レンズ73aを変調器20の出力ポート22a側にシフトする。そうすると、第1レンズ73aの出力光は発散光に変換される。
波長検知ユニット300に搭載される光学部品の調芯を行う前に、レーザユニット100に搭載されている他方のレンズ110bの調芯を行う。波長可変LD10を実際に発光させ、また、入力光学系、出力光学系で用いた治具を第1のフィルタ32aの搭載位置にセットし、波長可変LD10が出力する第2のCW光L2をハウジング2外に導く。そして、入力光学系の調芯時と同様に、ハウジング2外に取り出した第2のCW光L2を遠点で観測し、この第2のCW光L2が実質コリメート光に変換されるコリメートレンズ110bの位置を特定し、当該位置でコリメートレンズ110bを固定する。固定は紫外線硬化樹脂を硬化させることで行う。
最後にRF端子4と変調器のRF信号電極41〜43をワイヤリングして光モジュール1の組立が完了する。なお、このワイヤリングはDC信号端子5a、5bについてのワイヤリングと同時に行うことも可能である。ハウジング2に対して蓋(不図示)が取り付けられ、また、出力ポート3a、3bに対してそれぞれシングルモードファイバ及び偏波保持ファイバを含む結合ユニットが取り付けられる。これにより、変調器20及びコヒーレントトランシーバ用の光源を内蔵する光モジュール1の組立が完了する(図20)。
上記説明においては、入力光学系、出力光学系、波長検知光学系の順に各光部品の光学調芯が行われる例を説明した。しかし、光学調芯はこの順番に拘泥されない。波長検知光学系の調芯をまず行い、次いで入力光学系、出力光学系の順に調芯することもできる。ただし、出力光学系の調芯前に入力光学系の組立が完了していなければばらない。出力光学系の調芯時に波長可変LDの出力CW光を、入力光学系を介して変調器に実際に導入し、出力しなければならないからである。
Claims (9)
- ハウジングを有する光モジュールを製造する方法であって、
第1の熱電変換素子(TEC)、第2のTEC、及び第3のTECを、前記ハウジングに搭載する工程と、
波長可変半導体レーザ素子(LD)を搭載するレーザユニットを前記第1のTEC上に、前記レーザユニットが出力する光を変調する変調器ユニットを前記第2のTEC上に、前記レーザユニットが出力する他の光の波長を検知する波長検知ユニットを前記第3のTEC上にそれぞれ搭載する工程と、
前記光を、前記変調器ユニットを介して前記光モジュールの光出力ポートに光結合する工程と、前記他の光を、前記波長検知ユニットを介して前記光モジュールの他の光出力ポートに光結合する工程の何れか一方を行う工程と、
前記光を前記光出力ポートに光結合する工程と、前記他の光を前記他の光出力ポートに光結合する他方の工程を行う工程、を含み、
前記光を前記光出力ポートに光結合する工程は、
前記レーザユニットと前記変調器ユニットを前記変調器ユニットに含まれる入力ユニットを介して光学的に調芯する工程と、
前記変調器ユニットと前記光出力ポートを、前記変調器ユニットに含まれる出力ユニットを介して光学的に調芯する工程を含み、
前記他の光を前記他の光出力ポートに光結合する工程は、
前記波長検知ユニットを前記レーザユニットに光学的に調芯する工程と、
前記波長検知ユニットを前記他の光出力ポートに対して調芯する工程、
を含む光モジュールの製造方法。 - 前記変調器ユニットは前記光を変調する光変調器を含み、
前記レーザユニットは、前記光を出力する前記波長可変LDの一方の端面に光結合するレンズを備え、前記入力ユニットは、前記レンズを透過した光を前記光変調器に向け反射するフィルタ、および前記フィルタから反射された反射光を前記光変調器に結合する第1及び第2のレンズを有し、前記第1のレンズは前記光変調器に対し前記第2のレンズよりも近く配置されており、
前記レーザユニットと前記変調器ユニットを光学的に調芯する工程は、
前記レンズを、前記波長可変LDが出射した前記光をコリメート光に変換する位置に搭載する工程と、
前記フィルタを、前記コリメート光の光軸に沿って平行移動させ、前記コリメート光を前記光変調器に光結合させる工程と、
前記フィルタにより反射された前記コリメート光を前記第1のレンズにより前記光変調器に光結合させる工程と、
前記第2のレンズにより前記第1のレンズと前記光変調器との間の光結合を補償する工程、を含む請求項1に記載の光モジュールの製造方法。 - 前記フィルタを平行移動させる工程、前記第1のレンズによる前記コリメート光を前記光変調器に光結合する工程、および前記第2のレンズによる前記光結合を補償する工程は、前記光変調器が備えるモニタポートが出力する光をモニタして行う、請求項2に記載の製造方法。
- 前記変調器ユニットはさらにビームシフタを備えており、
前記レーザユニットを前記変調器ユニットに光結合する工程はさらに、前記レンズを前記レーザユニットに搭載する工程の後、前記フィルタにより前記コリメート光を前記光変調器に光結合する工程の前に、
前記ビームシフタにより前記コリメート光の水平レベルをオフセットする工程を含む、請求項2に記載の光モジュールの製造方法。 - 前記レンズを、前記光をコリメート光に変換する位置に搭載する工程は、前記光を前記ハウジング外に導出して行う、請求項2に記載の光モジュールの製造方法。
- 前記光変調器は二つの出力ポートを有し、前記出力ユニットは、当該二つの出力ポートそれぞれに対して第1の出力レンズと当該出力ポートに対して当該第1の出力レンズよりも遠く配置される第2の出力レンズとを有しており、
前記変調器ユニットと前記光出力ポートを光学的に調芯する工程は、
当該それぞれの出力ポートに対する第1の出力レンズを、当該それぞれの出力ポートが出力する光をコリメート光に変換する位置に搭載する工程と、
当該それぞれの第1の出力レンズを当該それぞれの位置から所定距離だけそれぞれの出力ポートに近づける工程と、
当該それぞれの出力ポートに対応する第2の出力レンズにより、それぞれの第1の出力レンズが出力する光の前記光出力ポートに対する最大光結合効率を比較する工程と、
当該最大光結合効率が大きく設定される出力ポートに対応する第2の出力レンズにより、当該大きく設定された最大光結合効率を当該小さく設定された最大光結合効率に減ずる工程、
を含む請求項2〜5のいずれか1項に記載の光モジュールの製造方法。 - 前記レーザユニットは前記他の光を出力する前記波長可変LDの他方の端面に光結合する他のレンズを、前記波長検知ユニットは第1のフィルタ及び第2のフィルタをそれぞれ含み、
前記波長検知ユニットを前記レーザユニットに調芯する工程は、
前記他のレンズを前記他の光をコリメート光に変換する位置に搭載する工程を含み、
前記波長検知ユニットを前記他の光出力ポートに光結合する工程は、
前記変換されたコリメート光を、前記第1のフィルタにより第1の方向に反射させ、
前記反射されたコリメート光を、前記第2のフィルタにより前記他の光出力ポートに光結合する工程、
を含む請求項1に記載の光モジュールの製造方法。 - 前記波長検知ユニットはフォトダイオード(PD)を含み、
前記コリメート光を前記第1の方向に反射する工程は、前記コリメート光の光軸に沿って前記第1のフィルタを平行移動させ、前記第1のフィルタによる反射光を該PDで観測する工程と、
前記コリメート光の光軸と垂直方向に前記第2のフィルタを移動させ、前記他の光出力ポートで前記第2のフィルタによる反射光を観測する工程、
を含む請求項7に記載の光モジュールの製造方法。 - 前記他のレンズを、前記他の光をコリメート光に変換する位置に搭載する工程は、前記他の光を前記ハウジング外に導出して行う、請求項7に記載の光モジュールの製造方法。
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