JP7548022B2 - 受光モジュールの製造方法 - Google Patents

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Description

本開示は、受光モジュールの製造方法に関するものである。
特許文献１には、アナログＰＤ（Photo Diode）モジュール及びその製造方法が記載されている。アナログＰＤモジュールは、パッケージと、パッケージにサブマウントを介して搭載されたＰＤと、サブマウントにキャップを介して搭載された球レンズと、球レンズと光学的に接続された光ファイバと、を備える。光ファイバはフェルールに保持されており、フェルールはフェルールホルダーに保持されている。
アナログＰＤモジュールの製造方法では、上記のパッケージに固定されたＰＤ、球レンズ、及び光ファイバの位置を定める調芯作業が行われる。調芯作業では、まず、金属キャップによって封止されたＰＤ、フェルールホルダー、及び、光ファイバが取り付けられたフェルールをＸＹＺの３軸調芯機構を有するＹＡＧ溶接機に取り付ける。３軸調芯機構では、ＰＤ、球レンズ、及び光ファイバの位置を調整可能とされている。
光ファイバの球レンズとの反対側にはレーザが設置されている。レーザからの光は、光ファイバ及び球レンズを介してＰＤに出力される。ＰＤは、レーザから光ファイバ及び球レンズを介して入力された光を検出する。この製造方法では、ＰＤにおける光電流変換の非線形性による歪みを抑えるために、光の感度が最大となる箇所から先端面が球レンズ側に近づくように光ファイバの位置が定められる。
特開平８－１８０７７号公報
例えばＰＤの受光面積に対して集光径が小さい場合、ＰＤの受光部に電界が集中し、ＰＤにおけるキャリアの引き抜き抑制が生じうる。キャリアの引き抜き抑制とは、ＰＤが光を受光しなくなってもＰＤからキャリアが十分に除去されないことを示している。キャリアの引き抜き抑制が生じると、光の周波数の増大に伴って光のロスが大きくなる等、周波数特性が低下する懸念がある。
本開示は、キャリアの引き抜き抑制を低減できると共に、周波数特性を改善させることができる受光モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
本開示に係る受光モジュールの製造方法は、受光素子を配置する工程と、受光素子に光を集光するレンズを配置する工程と、レンズから一定距離離間した位置に光ファイバの先端面が位置するように光ファイバを配置する工程と、を備え、一定距離は、レンズの焦点距離からオフセットした距離である。
本開示によれば、キャリアの引き抜き抑制を低減できると共に、周波数特性を改善させることができる。
実施形態に係る受光モジュールを示す断面図である。 実施形態に係る受光モジュールの受光素子、レンズ、及び光ファイバの光学系を模式的に示す図である。 実施形態に係る受光モジュールの受光素子を模式的に示す図である。 実施形態に係る受光モジュールの製造方法の工程を示すフローチャートである。 光ファイバの先端面の位置を測定する工程における第１の光及び第２の光の入力結果の例を示すグラフである。 光ファイバの先端面からレンズまでの距離と受光素子における光の受光率との関係を示すグラフである。 光ファイバの先端面からレンズまでの距離が焦点距離（２８０μｍ）であるときにおける受光素子が受光する光の状態を示すシミュレーション結果である。 光ファイバの先端面からレンズまでの距離が３００μｍであるときにおける受光素子が受光する光の状態を示すシミュレーション結果である。 光ファイバの先端面からレンズまでの距離が５００μｍであるときにおける受光素子が受光する光の状態を示すシミュレーション結果である。 光ファイバの先端面からレンズまでの距離と受光素子が受光するビームの半径との関係を示すグラフである。 光ファイバの先端面からレンズまでの距離と受光素子が受光するビームのピーク強度との関係を示すグラフである。 光ファイバの先端面からレンズまでの距離が５５０μｍである場合における光の周波数と光のロスとの関係を示すグラフである。 光ファイバの先端面からレンズまでの距離が３００μｍである場合における光の周波数と光のロスとの関係を示すグラフである。 光ファイバの先端面からレンズまでの距離が５５０μｍである場合における入力光パワーと感度との関係を示すグラフである。 光ファイバの先端面からレンズまでの距離が３００μｍである場合における入力光パワーと感度との関係を示すグラフである。
［本願発明の実施形態の説明］
最初に、本開示の実施形態の内容を列記して説明する。本開示の一実施形態に係る受光モジュールの製造方法は、受光素子を配置する工程と、受光素子に光を集光するレンズを配置する工程と、レンズから一定距離離間した位置に光ファイバの先端面が位置するように光ファイバを配置する工程と、を備え、一定距離は、レンズの焦点距離からオフセットした距離である。
この受光モジュールの製造方法では、受光素子を配置した後に、受光素子に光を集光するレンズを配置する。光ファイバは、その先端面がレンズから一定距離離間した箇所に位置するように配置される。光ファイバが配置される一定距離は、レンズの焦点の位置からオフセットした位置とレンズとの間の距離である。レンズの焦点からオフセットした位置に光ファイバが配置されることにより、受光素子に電界が集中することを抑制できるので、受光素子におけるキャリアの引き抜き抑制を発生しないようにすることが可能となる。従って、キャリアの引き抜き抑制を低減して周波数特性を改善することができる。
前述した一定距離は、焦点距離よりも長くてもよい。この場合、光ファイバの先端面からレンズまでの距離がレンズの焦点距離よりも遠い箇所に光ファイバを配置することができる。
前述した一定距離は、焦点距離よりも短くてもよい。この場合、光ファイバの先端面からレンズまでの距離がレンズの焦点距離よりも近い箇所に光ファイバを配置することができる。
前述したレンズは、非球面レンズであってもよい。この場合、レンズが非球面レンズであっても、レンズの焦点位置からオフセットした位置に光ファイバが配置されることにより、キャリアの引き抜き抑制を低減して周波数特性を改善することができる。
前述した受光モジュールの製造方法は、光ファイバを配置する工程よりも前に、一定距離を定める工程を備え、一定距離を定める工程では、受光素子が受光する光の感度が、光ファイバがレンズから焦点距離離間した位置に配置された場合における最大感度の一定割合以上となる距離を一定距離として定めてもよい。この場合、受光素子が受光する光の感度が最大感度の一定割合以上となる距離が一定距離として定められる。従って、感度が最大感度に近い値となるように一定距離を定めることができる。
一定距離を定める工程は、受光素子に第１の光を入力する工程と、受光素子に第１の光よりも強度が小さい第２の光を入力する工程と、を含んでおり、第１の光を入力する工程では、受光素子が受光する光の感度が低下するレンズから光ファイバまでの距離であるディップ距離を測定し、第２の光を入力する工程では、ディップ距離から離れた距離であって、且つ、受光素子が受光する光の感度が最大感度の一定割合以上となる距離を一定距離として定めてもよい。この場合、第２の光よりも強度が大きい第１の光を入力して感度が低下するディップ距離を測定する。このように第１の光を入力することによって感度が低下する光ファイバからレンズまでのディップ距離を測定できる。また、第２の光を入力して、受光素子が受光する光の感度が最大感度の一定割合以上となる距離であって且つディップ距離から離れた距離が一定距離として定められる。従って、第１の光、及び第２の光を用いて感度が最大感度に近い値になると共にディップ距離を避けた距離として、一定距離を定めることができる。
レンズは、レンズホルダによって保持されており、光ファイバは、筒状のスリーブに保持されており、レンズを配置する工程の後に、レンズホルダ及びスリーブに接合される接合スリーブを配置する工程を更に備えてもよい。この場合、レンズを保持するレンズホルダ、及び光ファイバを保持する筒状のスリーブを、接合スリーブを介して互いに接合することができる。
受光素子における光の受光径がレンズの集光径よりも大きくてもよい。このように、受光素子の受光径がレンズの集光径より大きい場合であっても、レンズの焦点位置からオフセットした位置に光ファイバが配置されることにより、キャリアの引き抜き抑制を低減して周波数特性を改善することができる。
［本開示の実施形態の詳細］
以下では、図面を参照しながら本開示に係る受光モジュールの製造方法の具体例について説明する。なお、本発明は後述する例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の範囲における全ての変更が含まれることが意図される。図面の説明において、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。図面は、理解の容易化のため、一部を簡略化又は誇張して描いている場合があり、寸法比率等は図面に記載のものに限定されない。
図１を参照しながら、実施形態に係る受光モジュール１について説明する。図１は、実施形態に係る受光モジュール１を示す断面図である。例えば、受光モジュール１は、光ファイバと接続される光レセプタクル１０と、光レセプタクル１０に固定された受光部２０とを備える。光レセプタクル１０は、ファイバスタブ（スタブフェルール）１２と、スリーブ１４と、コネクタスリーブ１６とを有する。ファイバスタブ１２は、フェルール１１と、光ファイバ１３とを有する。
フェルール１１は、円筒形状（又は円柱形状）を呈する。フェルール１１の中心軸線はＺ方向に沿って延びており、フェルール１１の中心軸線に垂直な断面は円形である。フェルール１１は、Ｚ方向に並ぶ第１端面１１ｂ及び第２端面１１ｃを有する。第２端面１１ｃは、光レセプタクル１０に接続される光コネクタのフェルールとフィジカルコンタクトを行う面であって、例えば、研磨されている。光レセプタクル１０に接続される光コネクタは、例えば、ＳＣコネクタである。第１端面１１ｂは、第２端面１１ｃとは反対側の面である。第１端面１１ｂは、フェルール１１の中心軸線に垂直な面に対して僅かに（例えば４°又は８°程度）傾斜している。フェルール１１は、円柱面である外周面１１ｄを有する。
フェルール１１は、ファイバ保持孔１１ｆを更に有する。ファイバ保持孔１１ｆは、Ｚ方向に沿って延びており、フェルール１１の中心軸線上に形成されている。ファイバ保持孔１１ｆの断面は円形状であり、ファイバ保持孔１１ｆの内径は光ファイバ１３の外径よりも僅かに大きい。ファイバ保持孔１１ｆの一方の開口は第２端面１１ｃに含まれ、ファイバ保持孔１１ｆの他方の開口は第１端面１１ｂに含まれる。ファイバ保持孔１１ｆは、フェルール１１の第１端面１１ｂと第２端面１１ｃとの間をＺ方向に沿って貫通している。フェルール１１は、例えば、ジルコニア（ＺｒＯ２）製である。靱性及びヤング率が高いジルコニアによってフェルール１１が構成されることにより、第２端面１１ｃにおいてフィジカルコンタクトを好適に行うことができる。
光ファイバ１３は、例えば、シングルモードファイバであって、樹脂被覆が除去された裸ファイバである。光ファイバ１３は、例えば、石英製である。光ファイバ１３は、Ｚ方向を長手方向（光軸方向）として延びており、先端面１３ｂ及び先端面１３ｃを有する。光ファイバ１３は、ファイバ保持孔１１ｆに挿入される。第１端面１１ｂ側のファイバ保持孔１１ｆの開口から先端面１３ｂが露出し、第２端面１１ｃ側のファイバ保持孔１１ｆの開口から先端面１３ｃが露出する。先端面１３ｃは、光レセプタクル１０に接続される光コネクタの光ファイバの先端面と接触する。先端面１３ｂは、受光部２０の受光素子２１と光学的に結合される。受光素子２１は、フォトダイオードである。光ファイバ１３の外径は、例えば、１２５μｍである。
スリーブ１４は、Ｚ方向に延びる貫通孔１４ｂを有し、貫通孔１４ｂの内部にファイバスタブ１２を保持する。スリーブ１４は、例えば、ステンレスといった金属材料からなる。スリーブ１４は、Ｚ方向に沿って延びる円筒形状を有する。スリーブ１４は、基端面１４ｃ、先端面１４ｄ及び外周面１４ｆを有する。基端面１４ｃ及び先端面１４ｄは、Ｚ方向に沿って並んでおり、貫通孔１４ｂは基端面１４ｃと先端面１４ｄとの間を貫通している。Ｚ方向に垂直な貫通孔１４ｂの断面は円形である。基端面１４ｃは、受光部２０の接続スリーブ１９と対向する。ファイバスタブ１２は、Ｚ方向に沿って、スリーブ１４の貫通孔１４ｂに圧入されている。フェルール１１の外周面１１ｄは、貫通孔１４ｂの内面と接しており、これによりファイバスタブ１２がスリーブ１４に固定されている。
コネクタスリーブ１６は、Ｚ方向に沿って延びる円筒状の部材であり、例えばセラミック製である。例えば、コネクタスリーブ１６はフェルール１１と同一の材料（一例としてジルコニア）からなる。コネクタスリーブ１６の内径は、ファイバスタブ１２の外径とほぼ等しい。コネクタスリーブ１６は、Ｚ方向に沿って並ぶ基端１６ｂ及び先端１６ｃを有する。コネクタスリーブ１６は、外周面１６ｄ及び内周面１６ｆを有する。コネクタスリーブ１６の基端１６ｂ側の開口からはファイバスタブ１２が挿入されている。
コネクタスリーブ１６の基端１６ｂ側の一部は、フェルール１１の外周面１１ｄとスリーブ１４との間に形成された隙間に挿入されている。従って、コネクタスリーブ１６の内周面１６ｆはフェルール１１の外周面１１ｄと接触している。コネクタスリーブ１６の先端１６ｃ側の開口からは、光コネクタのフェルールが挿入される。フェルール１１の第２端面１１ｃと当該光コネクタのフェルールの端面とは、コネクタスリーブ１６の内部において互いに接触する。これにより、フェルール１１が保持する光ファイバ１３と、光コネクタのフェルールが保持する光ファイバとが、高い結合効率でもって互いに光結合される。
受光部２０は、受光素子２１、レンズホルダ２２、レンズ２３、ステム２４、及び複数のリードピン２７を有する。
ステム２４は、円形平板状の絶縁性部材であり、平坦な主面２４ｂを有する。主面２４ｂは、光レセプタクル１０に接続される光ファイバの光軸（すなわち、光ファイバ１３の光軸）と交差する。例えば、主面２４ｂは、光レセプタクル１０に接続される光ファイバの光軸（光ファイバ１３の光軸）に対して垂直である。ステム２４は、例えば、セラミック製である。
レンズホルダ２２は、略円筒状の金属部材である。レンズホルダ２２の中心軸は光ファイバ１３の光軸に沿っている。光ファイバ１３の光軸方向におけるレンズホルダ２２の基端側の一端２２ｂは、円環状の金具２９を介してステム２４の主面２４ｂに固定されている。円環状の金具２９は、上記光軸方向における一端面２９ｂ及び他端面２９ｃを有する。レンズホルダ２２の基端側の一端２２ｂは、金具２９の一端面２９ｂに固着されており、ステム２４の主面２４ｂは金具２９の他端面２９ｃに固着されている。金具２９は、レンズ２３からの光を透過する窓穴２９ｄを有する。
光ファイバ１３の光軸方向におけるレンズホルダ２２の先端側の他端２２ｃは、接続スリーブ１９にＺ方向に沿って対向している。接続スリーブ１９は、円筒状を呈する。接続スリーブ１９は、例えば、スリーブ１４及びレンズホルダ２２のそれぞれにＹＡＧ溶接によって固定されている。レンズホルダ２２は、例えば、鉄ニッケルによって構成されている。
受光素子２１は、光ファイバ１３の先端面１３ｂと光学的に結合されており、光レセプタクル１０に接続される光コネクタの光ファイバからの光を受けて当該光の強度に応じた大きさの電流信号を出力する。受光素子２１は、例えば、誘電体を主に含む（一例として誘電体のみからなる）キャリア２５上に搭載され、キャリア２５は集積回路チップ２６上に配置されている。すなわち、受光素子２１は、キャリア２５を介して集積回路チップ２６上に搭載されている。受光素子２１としては、ＰＩＮフォトダイオード、又はアバランジェフォトダイオード（ＡＰＤ）といった種々のフォトダイオードを適用できる。キャリア２５は、例えば、セラミック製、又は石英製の平板状の部材である。集積回路チップ２６は、受光素子２１からの電流信号を受けて、当該電流信号を電圧信号に変換する半導体ＩＣである。
複数のリードピン２７は、ステム２４の主面２４ｂと交差する方向に延びる棒状の金属部材である。複数のリードピン２７は、ステム２４を貫通した状態でステム２４に固定されている。複数のリードピン２７は、ステム２４及び金具２９によって画成される空間に配置される受光素子２１及び集積回路チップ２６に対し、電気信号及び電源電力の送受信を行う。レンズ２３は、レンズホルダ２２の内側に保持され、レンズホルダ２２の内周面に対し樹脂２３ｂを介して固定されている。レンズ２３は、例えば、非球面レンズである。
図２は、受光モジュール１の光学系Ａを示す図である。レンズ２３は、光透過部材からなる集光レンズであり、光ファイバ１３の光軸上に配置されている。光ファイバ１３の先端面１３ｂのモードフィールド径（ＭＦＤ：Mode Field Diameter）は、例えば、８．０μｍ以上且つ９．２μｍ以下である。レンズ２３は、光ファイバ１３の先端面１３ｂから出射された光Ｌを受光素子２１に向けて集光する。
光Ｌの波長は、例えば、１３１０ｎｍである。受光素子２１からの戻り光を防ぐため、例えば、レンズ２３の光軸は光ファイバ１３の光軸に対して僅かにオフセットされている。また、レンズ２３の中心に対し、受光素子２１の受光面の中心はＸ方向に１００μｍオフセットして配置されている。受光素子２１における光Ｌの受光径Ｒ１は、レンズ２３の集光径Ｒ２よりも大きい。一例として、受光径Ｒ１は２３０μｍであり、集光径Ｒ２は５０μｍ以上且つ６０μｍ以下である。受光径Ｒ１は、例えば、集光径Ｒ２の１０倍以上、又は２０倍以上であってもよい。
図３は、受光素子２１を模式的に示す平面図である。図３に示されるように、受光素子２１は、平面視において（Ｚ方向に沿って見た形状が）矩形状とされている。本実施形態において、受光素子２１は、ＴＥＧ（Test Element Group）チップである。すなわち、受光素子２１は、評価用チップである。受光素子２１は、例えば、受光部２１ｂと、電極２１ｃとを有する。電極２１ｃは、一例として、２個のパッド電極２１ｄと、受光部２１ｂを囲むように配置された弧状部２１ｆと、１個のパッド電極２１ｄ及び弧状部２１ｆの間を接続する接続部２１ｇとを含んでいる。
次に、実施形態に係る受光モジュール１の製造方法について図４を参照しながら説明する。図４は、実施形態に係る受光モジュール１の製造方法の各工程を示すフローチャートである。前述したように、レンズ２３は光ファイバ１３の先端面１３ｂから一定距離離間している。まず、部品の組み立て等を行う前に、レンズ２３と光ファイバ１３の先端面１３ｂとの距離を示す一定距離を定める工程を実行する（ステップＳ１）。
ステップＳ１では、例えば、光ファイバ１３、レンズ２３及び受光素子２１を含む光学系Ａにおいて一定距離を定める。一定距離は、レンズ２３の焦点からオフセットした位置とレンズ２３との間の距離であり、例えば、レンズ２３の焦点距離よりも長い。ステップＳ１では、後述する第１の光を入力する工程と、第１の光よりも強度が小さい第２の光を入力する工程と、を実行する。一例として、第１の光の強度は１０ｍＷであり、第２の光の強度は１ｍＷである。第１の光の波長、及び第２の光の波長は、例えば、１３１０ｎｍである。第１の光を入力する工程、及び第２の光を入力する工程のそれぞれでは、光学系Ａにおいて光ファイバ１３からレンズ２３を介して受光素子２１に第１の光及び第２の光のそれぞれを入力する。
第１の光を入力する工程、及び第２の光を入力する工程を実行した結果の例を図５のグラフに示している。図５のグラフの横軸はレンズホルダ２２と光ファイバ１３の先端面１３ｂとの距離Ｚを示しており、図５のグラフの縦軸は受光素子２１における光の感度を示している。なお、距離Ｚは、レンズ２３の表面から光ファイバ１３の先端面１３ｂまでのＺ方向の距離であってもよい。感度は、光電流の大きさ（Ａ）を入力光のエネルギー（Ｗ）で除した絶対感度（単位はＡ／Ｗ）を示している。
図５に示されるように、第１の光を入力すると、距離Ｚがある値であるときに光の感度が低下するディップＤが生じる。ディップＤは、受光素子２１に強い光が集中して入力されることによって飽和状態となりキャリア及び電流が流れにくくなることによって生じうる。第１の光を入力する工程では、感度が低下するレンズホルダ２２から光ファイバ１３までの距離Ｚであるディップ距離を測定する。ディップ距離は、例えば、レンズ２３の焦点距離と略一致する。図５の例の場合、ディップ距離が約３００μｍであることが分かる。
第１の光よりも強度が小さい第２の光を入力すると、ディップＤは生じないが、距離Ｚが一定値以上になると感度が徐々に低下する。図５の例では、距離Ｚが６００μｍ以上となったときに感度が徐々に低下していることが分かる。第２の光を入力する工程では、ディップ距離から離れた距離であって、且つ、感度が最大感度の一定割合以上となる距離を一定距離として定める。図５の例では、例えば、一定割合は９９％であり、第２の光の入力時における最大感度の９９％以上となる距離Ｚである５５０μｍを一定距離Ｚ１として定める。また、５００μｍ以上且つ６００μｍ以下を一定距離Ｚ１として定めてもよい。
図１及び図４に示されるように、一定距離Ｚ１を定めた後には、受光素子２１を配置する（受光素子を配置する工程、ステップＳ２）。具体的には、ステム２４の主面２４ｂの上に集積回路チップ２６及びキャリア２５を搭載し、キャリア２５上に受光素子２１を搭載する。受光素子２１を配置した後には、受光モジュール１の部品を配置する（レンズを配置する工程、ステップＳ３）。このとき、ステム２４の主面２４ｂに金具２９を載せて、金具２９にレンズ２３を保持するレンズホルダ２２及び接続スリーブ１９を搭載する（接続スリーブを配置する工程）。
接続スリーブ１９を搭載した後には、レンズホルダ２２からの距離が一定距離Ｚ１となる位置に先端面１３ｂが位置するように光ファイバ１３を配置する（光ファイバを配置する工程、ステップＳ４）。前述した例の場合、レンズホルダ２２と光ファイバ１３の先端面１３ｂとの一定距離Ｚ１が５５０μｍとなる位置にスリーブ１４を配置する。そして、Ｚ方向に直交するＸ方向及びＹ方向への光ファイバ１３の調心（ＸＹ調心）を行う（ステップＳ５）。光ファイバ１３の調心の後には、接続スリーブ１９をレンズホルダ２２にＹＡＧ溶接し、スリーブ１４を接続スリーブ１９にＹＡＧ溶接する（ステップＳ６）。その後、受光モジュール１の製造方法の一連の工程が完了する。
次に、本実施形態に係る受光モジュール１の製造方法の作用効果について説明する。受光モジュール１の製造方法では、受光素子２１を配置した後に、受光素子２１に光を集光するレンズ２３を配置する。光ファイバ１３は、その先端面１３ｂがレンズ２３から一定距離離間した箇所に位置するように配置される。光ファイバ１３が配置される一定距離は、レンズ２３の焦点距離とは異なり、焦点距離からオフセットしている。レンズ２３の焦点距離からオフセットした位置に光ファイバ１３が配置されることにより、受光素子２１に電界が集中することを抑制できるので、受光素子２１におけるキャリアの引き抜き抑制を発生しないようにすることができる。従って、キャリアの引き抜き抑制を低減して周波数特性を改善することができる。更に、本実施形態では、キャリアの引き抜き抑制を低減して周波数特性を改善できると共に、広い波長帯域の入力光に対して感度を高めることができ、更に入力光パワーと感度とのリニアリティ（線形性）を高めることができる。これらの効果については、後述する実施例において詳細に説明する。
前述した一定距離は、焦点距離よりも長い。従って、光ファイバ１３の先端面１３ｂからレンズ２３までの距離が焦点距離よりも遠い箇所に光ファイバ１３を配置することができる。また、前述した一定距離は、焦点距離よりも短くてもよい。この場合、光ファイバ１３の先端面１３ｂからレンズ２３までの距離が焦点距離よりも近い箇所に光ファイバ１３を配置することができる。但し、光ファイバ１３の先端面１３ｂからレンズ２３までの距離が焦点距離よりも遠い箇所に光ファイバ１３を配置する場合には、ＹＡＧ溶接を一層容易に行うことができるという利点がある。
レンズ２３は、非球面レンズである。このように、レンズ２３が非球面レンズであっても、レンズ２３の焦点距離からオフセットした位置に光ファイバ１３が配置されることにより、キャリアの引き抜き抑制を低減して周波数特性を改善することができる。
本実施形態に係る受光モジュール１の製造方法は、光ファイバを配置する工程よりも前に、一定距離を定める工程を備え、一定距離を定める工程では、受光素子２１が受光する光の感度が、光ファイバ１３がレンズ２３から焦点距離離間した位置に配置された場合における最大感度の一定割合以上（一例として９９％）となる距離を一定距離として定める。よって、受光素子２１が受光する光の感度が最大感度の一定割合以上となる距離が一定距離として定められる。従って、感度が最大感度に近い値となるように一定距離を定めることができる。
一定距離を定める工程では、図５に示されるように、受光素子２１に第１の光を入力する工程と、受光素子２１に第１の光よりも強度が小さい第２の光を入力する工程と、を含んでいる。第１の光を入力する工程では、受光素子２１が受光する光の感度が低下するレンズ２３から光ファイバ１３までの距離であるディップ距離を測定する。第２の光を入力する工程では、ディップ距離から離れた距離であって、且つ、受光素子２１が受光する光の感度が最大感度の一定割合以上となる距離を一定距離Ｚ１として定める。すなわち、第２の光よりも強度が大きい第１の光を入力して感度が低下するディップ距離を測定する。このように第１の光を入力することによって感度が低下する光ファイバ１３からレンズ２３までのディップ距離を測定できる。また、第２の光を入力して、受光素子２１が受光する光の感度が最大感度の一定割合以上となる距離であって且つディップ距離から離れた距離が一定距離として定められる。従って、第１の光、及び第２の光を用いて感度が最大感度に近い値になると共にディップ距離を避けた距離として、一定距離を定めることができる。
レンズ２３は、レンズホルダ２２によって保持されており、光ファイバ１３は、筒状のスリーブ１４によって保持されており、レンズを配置する工程の後に、レンズホルダ２２及びスリーブ１４に接合される接続スリーブ１９を配置する工程を更に備える。よって、レンズ２３を保持するレンズホルダ２２、及び光ファイバ１３を保持する筒状のスリーブ１４を、接続スリーブ１９を介して互いに接合することができる。
受光素子２１における光の受光径Ｒ１がレンズ２３の集光径Ｒ２よりも大きい。このように、受光素子２１の受光径Ｒ１がレンズ２３の集光径Ｒ２より大きい場合であっても、レンズ２３の焦点位置からオフセットした位置に光ファイバ１３が配置されることにより、キャリアの引き抜き抑制を低減して周波数特性を改善することができる。
［実施例］
以下では、本開示に係る受光モジュールの製造方法の実施例について説明する。なお、本発明は、以下の実施例には限定されない。実施例では、受光モジュール１の光学系Ａを用いて受光素子２１が受光するビームに関する種々のシミュレーションを行った。まず、図２に示されるように、光ファイバ１３の先端面１３ｂとレンズ２３との距離が３００μｍであるときにビームの中心が受光素子２１の受光面の中心に位置するように光ファイバ１３の位置を決定した。レンズ２３と受光素子２１との距離Ｅは、２１６０μｍとした。ビームの波長は１３１０ｎｍとし、光ファイバ１３の先端面１３ｂにおけるＭＦＤは９．２μｍとした。光ファイバ１３の先端面１３ｂは、フェルール１１の中心軸線に垂直な面に対して４°傾斜させた。レンズ２３としては非球面レンズを用いた。受光素子２１の受光径Ｒ１は２３０μｍである。また、レンズ２３の中心に対して受光素子２１の受光面の中心をＸ方向に１００μｍオフセットして配置した。
以上の光学系Ａに対して、光ファイバ１３の先端面１３ｂからレンズホルダ２２までの距離Ｚと受光素子２１の受光率との関係をシミュレーションした。その結果を図６に示す。図６に示されるように、光学系Ａでは、距離Ｚが０μｍ以上且つ８００μｍ以下の範囲では受光素子２１の受光率が略１．０であるのに対し、距離Ｚが８００μｍ以上になると受光素子２１の受光率が１．０から徐々に低下することが分かった。
図７は、距離Ｚが２８０μｍ（焦点距離）であるときにおける受光素子２１のビームを示している。図８は、距離Ｚが３００μｍであるときにおける受光素子２１のビームを示している。図９は、距離Ｚが５００μｍであるときにおける受光素子２１のビームを示している。図７～図９に示されるように、距離Ｚが焦点距離から長くなるに従って受光素子２１におけるビームの径が大きくなっていることが分かる。
図１０は、距離Ｚと受光素子２１におけるビーム半径との関係を示すグラフである。図１０に示されるように、距離Ｚが２８０μｍ（焦点距離）から離れるに従ってビーム半径が大きくなっていることが分かる。距離Ｚが３００μｍであるときにおける受光素子２１のビーム半径は６．５μｍであり、距離Ｚが５００μｍであるときにおける受光素子２１のビーム半径は２６．７μｍであった。
図１１は、距離Ｚと受光素子２１におけるビームのピーク強度との関係を示すグラフである。図１１に示されるように、距離Ｚが２８０μｍ（焦点距離）から離れるに従ってビームのピーク強度が小さくなっていることが分かる。距離Ｚが２８０μｍであるときにおけるビームのピーク強度は１８３００Ｗ／ｍｍ２であり、距離Ｚが３００μｍであるときにおけるビームのピーク強度は１５３００Ｗ／ｍｍ２であった。また、距離Ｚが５００μｍであるときにおけるビームのピーク強度は９００Ｗ／ｍｍ２であり、距離Ｚが５５０μｍであるときにおけるビームのピーク強度は６１０Ｗ／ｍｍ２であった。このように、距離Ｚが５００μｍ以上且つ５５０μｍ以下である場合には、距離Ｚが２８０μｍ以上且つ３００μｍ以下である場合と比較してピーク強度を大幅に低下できる。その結果、受光素子２１におけるキャリアの引き抜き抑制の発生を低減できると考えられる。
図１２は、距離Ｚが５５０μｍ（焦点距離からオフセットした距離）である場合における光の周波数と光のロスとの関係を示すグラフである。図１３は、距離Ｚが３００μｍである場合における光の周波数と光のロスとの関係を示すグラフである。図１２及び図１３は、周波数特性を測定したシミュレーション結果を示している。周波数特性を示すシミュレーションでは、入力光パワーを１．６２ｍＷとし、入力光の波長を１３１０ｎｍとした。
図１２及び図１３に示されるように、距離Ｚが３００μｍであって焦点距離に近い場合には、距離Ｚが５５０μｍである場合と比較して、周波数が高くなることに伴うロスが大きくなることが分かった。距離Ｚが３００μｍである場合には、特に電圧が５Ｖ又は６Ｖであるときに逆バイアスの依存性によってロスが大きくなることが分かった。これに対し、距離Ｚが５５０μｍである場合には、電圧が５Ｖ又は６Ｖであっても、周波数が１．０×１０９以下であるときにはロスが大きくなることはなく、周波数特性が良好であることが分かった。
図１４は、距離Ｚが５５０μｍである場合における入力光パワーと感度との関係を示すグラフである。図１５は、距離Ｚが３００μｍである場合における入力光パワーと感度との関係を示すグラフである。図１４及び図１５は、入力光パワーと感度とのリニアリティを測定したシミュレーション結果を示している。図１４及び図１５に示されるように、距離Ｚが３００μｍであって焦点距離に近い場合には、距離Ｚが５５０μｍである場合と比較して、入力光パワーに対する感度が低いことが分かった。距離Ｚが３００μｍである場合には、特に入力光パワーが１．０×１０－３Ｗを超えたときに感度が顕著に低下することが分かった。これに対し、距離Ｚが５５０μｍである場合には、入力光パワーが強い場合であっても、感度が顕著に低下することはなく、入力光パワーと感度とのリニアリティを維持できていることが分かった。
以上、本開示に係る受光モジュールの製造方法の実施形態及び実施例について説明した。しかしながら、本発明は、前述した実施形態又は実施例に限定されない。すなわち、本発明が特許請求の範囲に記載した要旨の範囲内において種々の変形及び変更が可能であることは当業者によって容易に認識される。
例えば、前述の実施形態では、ＳＣコネクタが接続される光レセプタクル１０を備えた受光モジュール１について説明した。しかしながら、受光モジュールは、ＳＣコネクタ以外のコネクタ（例えばＬＣコネクタ等）が接続される光レセプタクルを備えていてもよい。前述の実施形態では、非球面レンズであるレンズ２３を備える受光モジュール１について説明した。しかしながら、受光モジュールのレンズの種類は、球面レンズであってもよく、特に限定されない。また、前述の実施形態では、接続スリーブ１９を備える受光モジュール１について説明した。しかしながら、接続スリーブ１９を有しない受光モジュールであってもよい。このように、受光モジュールの各部の構成、並びに、受光モジュールの製造方法の工程の内容及び順序は、前述した実施形態及び実施例に限られず適宜変更可能である。
１…受光モジュール
１０…光レセプタクル
１１…フェルール
１１ｂ…第１端面
１１ｃ…第２端面
１１ｄ…外周面
１１ｆ…ファイバ保持孔
１２…ファイバスタブ
１３…光ファイバ
１３ｂ，１３ｃ…先端面
１４…スリーブ
１４ｂ…貫通孔
１４ｃ…基端面
１４ｄ…先端面
１４ｆ…外周面
１６…コネクタスリーブ
１６ｂ…基端
１６ｃ…先端
１６ｄ…外周面
１６ｆ…内周面
１９…接続スリーブ
２０…受光部
２１…受光素子
２１ｂ…受光部
２１ｃ…電極
２１ｄ…パッド電極
２１ｆ…弧状部
２１ｇ…接続部
２２…レンズホルダ
２２ｂ…一端
２２ｃ…他端
２３…レンズ
２３ｂ…樹脂
２４…ステム
２４ｂ…主面
２５…キャリア
２６…集積回路チップ
２７…リードピン
２９…金具
２９ｂ…一端面
２９ｃ…他端面
２９ｄ…窓穴
Ａ…光学系
Ｄ…ディップ
Ｅ…距離
Ｌ…光
Ｒ１…受光径
Ｒ２…集光径
Ｚ…距離
Ｚ１…一定距離

Claims (6)

  1. 受光素子を配置する工程と、
    前記受光素子に光を集光するレンズを配置する工程と、
    前記レンズから一定距離離間した位置に光ファイバの先端面が位置するように前記光ファイバを配置する工程と、
    を備え、
    前記一定距離は、前記レンズの焦点距離からオフセットした距離であり、
    前記光ファイバを配置する工程よりも前に、前記一定距離を定める工程を備え、
    前記一定距離を定める工程では、前記受光素子が受光する光の感度が、前記光ファイバが前記レンズから前記焦点距離離間した位置に配置された場合における最大感度の一定割合以上となる距離を前記一定距離として定め、
    前記一定距離を定める工程は、前記受光素子に第１の光を入力する工程と、前記受光素子に前記第１の光よりも強度が小さい第２の光を入力する工程と、を含んでおり、
    前記第１の光を入力する工程では、前記受光素子が受光する光の感度が低下する前記レンズから前記光ファイバまでの距離であるディップ距離を測定し、
    前記第２の光を入力する工程では、前記ディップ距離から離れた距離であって、且つ、前記受光素子が受光する光の感度が前記最大感度の一定割合以上となる距離を前記一定距離として定める、
    受光モジュールの製造方法。
  2. 前記一定距離は、前記焦点距離よりも長い、
    請求項１に記載の受光モジュールの製造方法。
  3. 前記一定距離は、前記焦点距離よりも短い、
    請求項１に記載の受光モジュールの製造方法。
  4. 前記レンズは、非球面レンズである、
    請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の受光モジュールの製造方法。
  5. 前記レンズは、レンズホルダによって保持されており、
    前記光ファイバは、筒状のスリーブに保持されており、
    前記レンズを配置する工程の後に、前記レンズホルダ及び前記スリーブに接合される接合スリーブを配置する工程を更に備える、
    請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の受光モジュールの製造方法。
  6. 前記受光素子における光の受光径が前記レンズの集光径よりも大きい、
    請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の受光モジュールの製造方法。
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