JP6682548B2 - 可撓性構造の光モジュール - Google Patents

Description

〔関連出願への相互参照〕
この出願は、２０１５年３月２１日に出願された米国仮出願第６２／１３６，４７６号の優先権を主張するものであり、参照により本書に組み込まれている。

本発明は、様々な種類のコミュニケーションシステムに使用される光モジュールに関し、より詳細には、様々な光、電気、および光−電気モジュールの構成部品を、種々のパッケージの制約に適応可能に支持する可撓性基板の利用に関する。

光コミュニケーションシステムの様々な構造および部品は、（ポリイミド膜のような）「可撓性」基板を利用して、光ファイバの複雑なパターンやトポロジーを支持してきた。これらのシステムにおいて、接着剤コーティングされた可撓性基板が提供され、一定の長さの光ファイバを、感圧性の接着剤コーティングに押圧して、特定の構成に適切かつ効率的な構造で、可撓性基板の表面上に経路を定めている。また、二次元ファイバ配列も形成され、第１グループのファイバは、接着剤コーティングされた第１の基板に沿って経路を定めてそこに取付けられ、次いでその第１基板を同じ材料でできた第２シートで覆い、このファイバルーティングプロセスが繰り返される。

固定位置に大量の光ファイバを維持する接着剤コーティングされた可撓性シートの使用は周知であるが、所望の光モジュールを形成するには、これらの「ファイバシート」を別の光学部品に相互接続することが必要である。

様々な種類のコミュニケーションシステムに使われる光モジュール、より詳細には、様々な光、電気、および光−電気モジュールの構成部品を、種々のパッケージの制約に適応可能に支持する可撓性基板の利用に関する本発明によって、従来技術に残っているニーズに取り組むものである。

可撓性ポリイミド膜は、通常は、相対的に薄いが（ほとんどの場合、１０−１００μｍｓのオーダー）、優れた電気絶縁性を示すことが知られている。出願においては、可撓性ポリイミド膜は、所定のパッケージの「設置面積」の制約に適合するような大きさであり、より詳細には、パッケージ内の開いた「床面積」に適合するような大きさであり、それにより、装填されたフィルムが、様々なその他の「固定配置」された素子（例えば、予め適所にはんだ付けされたラインカード素子、特定のパッケージ位置においてサブマウントに取付けられた独立型ポンプ源等）のまわりに配置することができる。ポリイミド膜は、都合のよい任意のトポロジーを示すよう、簡単にカットしてトリミングすることができる一方で、固定された構成部品と、光ファイバ（接着剤コーティング中に形成されたトレースに沿った、従来技術にあるように配置されたファイバ）とを支持するのに十分な表面領域を提供する。

本発明の例示的な実施形態によれば、特定のモジュールを形成する必要のある様々な別個の光学部品（増幅器、チャネルモニタ、スイッチ等）が、光ファイバと同様に、接着剤コーティングされた可撓性基板材料上に配置され、これに取付けられている。

一つの例示的な構造において、特定のモジュール（例えば、レンズ、フィルタ、レーザダイオード、フォトダイオード等）を形成するのに必要な種々の受動的な光学部品が、感圧性の接着剤コーティング上の適当な位置に配置され、そのデバイスが可撓性基板の表面上の接着剤コーティングに取り付けられるように、（わずかに）押圧される。（必要な電気信号の経路だけでなく）付随するファイバピグテールも、接着剤コーティングに取り付けられる。実際には、可撓性基板上にも必要な電気部品を具えることができる。

別の実施形態においては、多重層の接着剤コーティングされた可撓性基板材料を特定のパッケージ内に配置して、様々なデバイスおよび構造を小型な構成で収容することができる。

本発明の特定の実施形態は、光モジュールの形態をとっており、複数の光学部品と、複数の電気−光学部品と、予め定められた構造内で、複数の光学部品と、複数の電気−光学部品とを相互接続する光ファイバの一部とを具える光モジュールと、
接着剤コーティングされた表面層を具える可撓性基板であって、複数の光学部品および複数の電気−光学部品が、接着剤コーティングされた表面層に取付けられ、光ファイバの一部が、接着剤コーティングされた表面層内に形成された経路内に配置されている可撓性基板と、を具える。

本発明の更なる別の態様および実施形態が、以下の説明の中、および添付の図面を参照することで明らかになるだろう。

図面を参照するにあたり、同じ符号が、いくつかの図において同じ部分に付されている。
図１は、可撓性基板の表面上の適所に複数の光学部品を配置した、例示的な接着剤コーティングされた可撓性基板の平面図である。 図２は、例示的な可撓性基板材料の側面図である。 図３は、関連する「固定配置」素子を適所に配置した図１の構成を示している。 図４は、図３の代替的な構成であり、この場合、多重層の接着剤コーティングされた可撓性基板材料が使用されている。

光モジュールの様々な光学部品および電気部品を支持し、接続するために可撓性基板材料を使用することは、所定のパッケージの制約に従って、所望の構成の部品を作製する効率的で比較的安価なアプローチであると考えられる。固定したフレームモジュール内の無駄なスペース、設置面積条件、および所定の環境における寸法制限等に関してこの分野で知られている様々な問題は、特定の設計条件に適応した可撓性基板を使用することによりすべて容易に対処可能である。実際、可撓性の光モジュールの形状は、より大きなシステム（例えば、ラインカードおよびそれと類似のもの）に見られる別のモジュールまたは素子にあうように容易に適合させることができる。

二次元ファイバシートと同様に、本発明の構造は、多重層の接着剤コーティングされた可撓性基板材料を使用できることは自明である。別個の基板材料のシートを使用するかわりに、可撓性基板シートを折り曲げること（または必要に応じてシートを曲げること）により多次元構造を作ることができる。この構造体の必要な加熱および／または冷却を提供する追加の素子も、モジュール内に組み込むことができる。これには、例えば、光増幅器に使用される添加ファイバの一部と平行に配置された加熱素子がある。冷却経路が必要とされる構造において（例えば、レーザダイオードが光モジュールの一部として含まれているとき）は、適切な冷却／熱マネージメント素子を具えていてもよい。

接着剤コーティングされた可撓性基板の使用により、従来の「ピックアンドプレイス」ロボットアッセンブリシステムを用いて、ファイバの経路を定め、それを可撓性材料に接着するために使用する別の周知の構成で部品を接着面に取付けることができる。当然のことながら、マニュアルアッセンブリシステムもまた使用することができる。

さらに、光モジュールが組み込まれる「基板」として可撓性膜材料を使用することにより、モジュールを完全に構築することができ、このモジュール部分を関連するより大きなアッセンブリに組み込む前に、様々な部品を光学的、電気的に相互接続する。上述の別の方法においては、可撓性基板上に形成した光モジュールをまず組み込んで、次いで、最終的なアッセンブリの追加構造が位置するハウジングまたはパッケージング内に配置される。この方法によれば、ファイバピグテールの長さを（メカニカルハウジング内の箇所と部品の固定位置に常に適応するばかりでなく）、製造装置に設定した、あるいは組み込んだ巻型に合った長さに制限してしまう現状の製造プロセスの問題がなくなる。

従来の光モジュールのほとんどでは、機械的構造が、受動素子、スプライス、およびファイバを配置し得る特定の位置を規定している。欠陥スプライスのリスクにより、スプライスが修理を要する場合、様々なファイバピグテールは、部品間の最小距離よりも長くしなければならない。このことにより、モジュール内のファイバ密度が大きくなる。従来の構成では、固定配置された部品間の非常に狭く、アクセスするのが困難な位置にファイバピグテールを配置し、曲げて、適合させる必要がある。

本発明の方法は、光モジュールを組み立て、すべての必要なファイバ接続を、より大きなメカニカルハウジング構造内に「可撓性」モジュールを配置する前に作ることにより、これらの問題に対処できる。さらなる利点として、光モジュールの入力から出力へのファイバ経路の物理的な長さを、比較的短くすることができるということがある。したがって、様々な重要な光通信アプリケーションにおけるキーパラメータである、モジュールを通る信号伝達時間をかなり減らすことができる。

図１は、光モジュールの形成に利用する様々な構成部品を装填した例示的な可撓性基板材料の平面図である。本発明によれば、接着剤コーティングされた可撓性基板１０が、残りの構成部品を配置して取付ける基台として使用されている。例えば、絶縁材料１０−Ｉの層の上に形成した感圧性コーティング層（図２の切断側面図の１０−Ｐで示す）を具える限り、（Ｄｕｐｏｎ社により供給されている）Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）ポリイミド膜のような樹脂コーティングされたシート材料が、基板１０の典型的な選択肢である。感圧性のポリイミド膜は、通常１０−１００μｍｓのオーダーの厚みの「シート」材料として入手でき、比較的簡単に使用できる。

図１に示す例においては、可撓性基板１０を、スライスして、内部開口部１２を具えるようにカットする。この開口部は、別のシステム部品（再構成可能な光アッド−ドロップマルチプレクサ−、ＲＯＡＤＭのような）を、可撓性基板１０が大きな部品を囲むようにして挿入できるような形状である。多くの場合、ＲＯＡＤＭのような構成部品は、「固定配置」素子であり、比較的大きく、より大きな光システム内で特定の位置に配置する必要がある。したがって、上述したように、様々なシステムレイアウトを適合できる１またはそれ以上の可撓性材料でできたシート上に本発明の光モジュールを形成することにより、完全なサブシステムがまず組み立てられ、次いで、システムの別の部分に効率的な組立手順で挿入される。

図１に示す特定の構成において、ファイバベースの光増幅器１４が、可撓性基板１０の接着剤コーティング面１０−Ｐに接着された素子として形成されている。光増幅器１４とともに使用する、エルビウム添加ファイバ１６のコイル（図１に「ゲイン媒体」として示す）が、増幅器１４（添加ファイバと、増幅素子との間の光接続を提供するために使用するファイバピグテール１８を有する）に隣接する適切な位置で、可撓性基板１０の接着面に取付けられている。光入力／出力素子２０が、可撓性基板１０の接着剤コーティング１０−Ｐの一部に取付けられて示されている。また、図１には、従来の光学部品２２、２４の対が（スイッチ、マルチプレクサ等の形態で）示されている。また、電気−光構成部品２６は、可撓性基板１０の表面に取付けられた状態で図１に示されており、この構成部品は、減衰器、調節可能フィルタ、レーザダイオードポンプ源など、または電気入力または出力信号経路を具えるその他のデバイスを具えてもよい。

上記のように、本発明の一態様においては、モジュールを形成する構成部品を互いに接続するために必要な種々のファイバインタコネクタが、可撓性基板１０の表面コーティング１０−Ｐに沿って（および取付けて）経路を定められている。図１では、様々なファイバセグメントが、素子３０として示されている。電気コネクタ３２は、図１における光モジュール構成内に追加構成部品として示されており、様々な種類の多素子接続構造とともに使用される電気コネクタ３４もまた具えられている。光学部品と同様に、これらの電気部品も、可撓性材料基板１０の感圧性接着剤コーティング層１０−Ｐに接着されている。

図２は、ライン２−２に沿った、図１の構造の切断側面図である。この図は、感圧性接着剤コーティング層１０−Ｐだけでなく、可撓性基板１０の下にある絶縁性ポリイミドフィルム１０−Ｉの両方を示している（正確な縮尺でない）。この図では、光ファイバセグメント３０および光−電気部品２６の一部が、可撓性基板１０のコーティング層１０−Ｐに押圧されて（したがって、取付けられて）示されている。

可撓性基板１０が、図1に示すような光モジュールを形成している所望の構成部品に完全に装填されると、可撓性基板１０は、別の機能モジュールを具えるより大きな機械構造（ハウジング）内に配置される。図３は、より大きな機械構造１１０内の予め定められた位置に既に取付けられている、ＲＯＡＤＭのような、「固定配置」された構成部品１００を囲うようにした図１の構造を示している。ここでは、可撓性基板１０が、単一の連続したシート材料として示されているが、接着剤コーティングされたいくつかの個別ピースのポリイミド膜を、異なる種類のハウジング内で使用して、寸法に関して特定の制約を有するパッケージ内にすべての必要な構成部品を具えることができるように、各片を戦略的に配置してもよいことは理解されたい。

特定のパッケージの「床部」にわたって複数の個別ピースの可撓性基板材料を使用する一方で、多重層の可撓性材料を使用して、様々な構成部品および／またはファイバの二次元スタックを提供することができる。図４は、図３の一部の切断側面図であり、図４に示す特定の構造は、可撓性材料の第２層（図中１０−２）を使用して、光増幅器１４に関連する添加ファイバ１６のコイルを支持している。この場合、他のすべてのファイバトレースは、可撓性基板１０−１の下部層に形成され、別個に形成された添加ファイバのコイル（通常スパン−オン）が、可撓性基板の別のシート上に形成され、その後、光モジュールを形成する他の構成部品に加えられる。上記のように、ヒータ、クーラ、および類似のものといった他の素子を含むこともできる。

本出願開示された例および実施形態はすべて例示であり、本発明の範囲を限定するものでない。つまり本発明の範囲は、前述の記載よりも添付された請求項によって示され、請求項の同等の意味および範囲内での変更をすべて包含することを意図している。

Claims (8)

1. 光モジュールにおいて、
   複数の光学部品と、
   複数の電気−光学部品と、
   前記複数の光学部品と前記複数の電気−光学部品とを予め定められた構造に相互接続する光ファイバの一部と、
   接着剤コーティングされた表面層を具える可撓性基板であって、前記複数の光学部品と前記複数の電気−光学部品と、前記接着剤コーティングされた表面層に取付けられ、当該光ファイバの一部が、前記接着剤コーティングされた表面層内に形成された経路内に配置されている可撓性基板とを具え、
   前記可撓性基板が、追加のシステム素子を収容する開口部を具えるよう形成されていることを特徴とする光モジュール。
2. 請求項１に記載の光モジュールにおいて、前記追加のシステム素子が、固定配置された構成部品を具えることを特徴とする光モジュール。
3. 請求項１に記載の光モジュールにおいて、前記可撓性基板が、互いに重畳して配置された多重層の可撓性材料を具えることを特徴とする光モジュール。
4. 請求項３に記載の光モジュールにおいて、少なくとも一の可撓性材料層が、光ファイバのコイルを支持していることを特徴とする光モジュール。
5. 請求項４に記載の光モジュールにおいて、前記光ファイバのコイルが、光増幅器を利用するレアアース添加光ファイバのコイルを具えることを特徴とする光モジュール。
6. 請求項１に記載の光モジュールにおいて、前記モジュールが更に、前記可撓性基板の接着剤コーティングされた表面層に取付けた少なくとも１つの加熱素子を具えることを特徴とする光モジュール。
7. 請求項１に記載の光モジュールにおいて、前記モジュールが更に、前記可撓性基板の接着剤コーティングされた表面層に取付けた少なくとも１つの冷却素子を具えることを特徴とする光モジュール。
8. 請求項１に記載の光モジュールにおいて、前記接着剤コーティングされた表面層が、感圧性の接着材料を具えることを特徴とする光モジュール。

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