JPH07198997A - 光素子収納封止筐体構造物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光素子と光ファイバのアライメント作業が容
易で、気密封止性のすぐれた光素子収納封止筐体構造物
の提供。 【構成】 光素子収納筐体と、光ファイバ導入孔を有
し、裸光ファイバ端部と、被覆層を有する光ファイバと
の接続部を収容封止する内側スリーブと、筐体の光ファ
イバ導入孔に接着された外側スリーブと、これら両スリ
ーブの間隙に挿入される中間スリーブとを有する光素子
収納封止用筐体構造物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光素子を気密に封入す
る筐体構造に関するもので、特に光ファイバ導入部分の
構造の改良により、筐体長を短くすることを可能にした
光素子収納封止筐体構造物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光素子の気密封止筐体の構造および封止
工程においては、光ファイバを筐体内に導くパイプ状の
スリーブ部分の構造が重要となる。高湿度環境下におけ
る光素子装置の信頼性を確保するには、エポキシ樹脂等
を用いた封止方法のみでは不十分であり、光ファイバ表
面を金メッキして筐体と半田接合する方式がとられ、こ
の方式はレーザ素子の封止筐体等で高く評価されてい
る。

【０００３】一方、導波路型電気光学素子は、高速光通
信用の外部変調器等への広い応用が期待されており、こ
れらの素子を気密封止できる筐体設計が必要となってい
る。この場合、光ファイバは、素子の導波路端面に、ミ
クロンオーダの高精度におけるアライメント作業の後、
光学用接着剤を用いて固定される。このとき光ファイバ
封止方法としては、上記の半田封止法が採用されてい
る。

【０００４】光ファイバと筐体のスリーブとを半田封着
するには、両者の隙間はできる限り小さいことが好まし
い（数十〜数百ミクロン）。しかし、筐体内に納められ
た光素子の導波路端面と、光ファイバとの光軸調整（ア
ライメント）を行うには、光ファイバの周囲に、１mm前
後の空間があることが作業の容易さの点で好ましい。あ
るいは、スリーブを細径とするかわりに、スリーブ端か
ら素子端面までの距離（ファイバの距離）を長く、例え
ば２０〜３０mmの長さにとって、光ファイバの柔軟性を
利用して、アライメントすることも行われている。後者
の場合、電気光学結晶を用いた素子の長さが一般に５〜
６cmと長いため、ファイバ余長を光素子の両端に加える
と、筐体の全長が１０cm程度の大きなものとなってしま
うという問題を生ずる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は光ファイバ
の、表面をメタライズ処理した裸光ファイバを半田によ
りスリーブに封着するという手法を採用しつつ、光ファ
イバのアライメント作業が容易な、比較的大きな口径を
有するスリーブ構造を有する光素子収納封止筐体構造物
を提供しようとするものである。このような筐体構造物
は筐体内に収容される光ファイバ余長をできる限り短く
することを可能にし、従って筐体長を短くすることを可
能にするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の光素子収納封止
筐体構造物は、光素子を収納している筐体と、この筐体
端部のスリーブ挿入孔に設けられた光ファイバ引出し封
止用スリーブ部とを有し、前記光ファイバの端部におい
て、その保護被覆層が除去され、かつ、前記保護被覆層
を有する光ファイバ部分に連続する露出した裸光ファイ
バ部分がメタライズ処理されており、前記裸光ファイバ
の末端が、前記光素子に接続されており、かつ、前記光
ファイバの、前記メタライズ処理された裸ファイバ部分
から保護被覆層により被覆されている部分にまたがる連
続部分がパイプ状内側スリーブ中に挿入されて、これに
気密に接着・封止されており、一方、前記筐体端部のス
リーブ挿入孔に、前記パイプ状内側スリーブの外径より
大きな内径を有する外側スリーブが挿入され、これに気
密に接合固定されており、この外側スリーブ内に前記内
側スリーブが挿入され、前記外側スリーブと、前記内側
スリーブから伸び出た前記メタライズ処理された裸光フ
ァイバとの間隙が、前記外側スリーブと前記内側スリー
ブの間に挿入された中間スリーブにより気密に半田封止
されていることを特徴とする、光素子収納封止筐体構造
物。

【０００７】本発明の筐体構造物において、前記中間ス
リーブが、前記パイプ状内側スリーブに接する内側中間
スリーブ部材と、この内側中間スリーブ部材と、前記外
側スリーブとの間隙を充填する外側中間スリーブ部材と
からなり、これらが接着剤により気密に封止されている
ものであってもよい。

【０００８】また、本発明の筐体構造物において、前記
光素子と裸光ファイバ端部との接続部と、それに近い前
記スリーブ部と前記光ファイバとの封止部との離間距離
が、２〜１０mmであることが好ましい。

【０００９】

【作用】図１において、着脱可能な蓋体１ａを有する筐
体１中には光素子２が収納されており、その接続先端部
には、接着補強ブロック３が配置されている。筐体１の
端部には、光ファイバ４の先端部を、筐体内に導入し、
これを光素子２に接続するための光ファイバ導入孔５が
開口している。光ファイバ４は裸光ファイバ６とその保
護被覆層７とからなり、光ファイバ４の接続先端部分に
おいて、その保護被覆層７が除去されて裸光ファイバ６
が露出しており、この裸光ファイバの露出面は光素子と
の接合部を除きメタライズされ、つまり一般には金めっ
きされた裸光ファイバメタライズ部６ａが形成されてい
る。

【００１０】光ファイバ４のメタライズ裸ファイバ部分
６ａと、保護被覆層部分の両方にまたがる連続部分に、
パイプ状内側スリーブ８を挿入し、内側スリーブ８の内
側面と光ファイバ４との間隙は接着剤９により接着封止
される。

【００１１】一方、筐体１の光ファイバ導入孔５に外側
スリーブ１０が挿入され、外側スリーブ１０の環状突起
部１０ａが挿入用ストッパーとして作動し、光ファイバ
導入孔５の内側周縁と、外側スリーブ１０の環状部１０
ａの外側周縁部とはロー付け１０ｂにより気密に封止接
合される。

【００１２】外側スリーブ１０の内径は、それを通って
光ファイバ４を筐体１内に導入し、筐体１内の光素子２
の端部と、導入された光ファイバ４の端部とを、光軸調
整の上これらを接続する作業が可能なように設定される
ことが好ましい。このため外側スリーブ１０の内径は、
内側スリーブ８の外径よりも大きく設定されている。

【００１３】次に、内側スリーブ８により保持されてい
る光ファイバ４のメタライズ裸光ファイバの先端部を筐
体１内に、外側スリーブ１０の内孔を通して導入し、光
素子２の先端と、裸光ファイバ６の先端とを、光軸調整
の後接合し、補強ブロック３により補強固定する。次
に、外側スリーブ１０と内側スリーブ８との間に中間ス
リーブ１１を挿入する。中間スリーブ１１は環状突起部
１１ａを有し、これが挿入ストッパーとして作働する。
この中間スリーブ１１と、外側スリーブ１０、および内
側スリーブ８との隙間は接着剤により接着し、気密に封
止する。特に外側スリーブ１０の筐体内にある端面はそ
の中心を通る裸光ファイバ（メタライズ部）６ａをかこ
んで、半田により完全に封止される。また、内側スリー
ブ８、中間スリーブ１０、および中間スリーブ１１の筐
体外にある部分も接着剤などにより、完全に気密に封止
される。

【００１４】図２には、本発明の筐体構造物において、
光ファイバが光素子に接続され、かつその導入孔がスリ
ーブにより閉塞封止される構成の一例が示されている。
図２において筐体１の光ファイバ導入孔の周縁に外側ス
リーブ１０がロー付けされている。内側スリーブ８内に
挿入され封止された光ファイバ４の裸光ファイバメタラ
イズ部１ａの保護被覆層７に近い部分は接着剤９により
接着固定封止されている。この光ファイバを筐体１内に
挿入して、その裸光ファイバ６の先端を、光素子２に光
軸調整後に接続し、この部分をキャピラリ３ａ（ガラ
ス）により保護固定する。

【００１５】このとき、外側スリーブ１０内に内側スリ
ーブ８が挿入されているから、その間隙に中間スリーブ
１１を挿入し、外側スリーブ１０の筐体内端部を半田１
２により閉塞封止する。また、スリーブ８，１０，１１
の組立体の筐体外端部を、接着剤により接着封止する。
特に内側スリーブ８と、中間スリーブ１１との外側端部
は接着剤１３により接着固定封止されることが好まし
い。これらの作業が終了したならば筐体１に蓋体１ａを
取りつけこれをシーム溶接し気密に封止する。

【００１６】上記のような本発明の構成により、光ファ
イバと光素子との接続工程を、比較的孔径の大きな外側
スリーブを介して行うことができ、かつ半田封止工程
を、容易に実施することが可能になる。また、図２に示
されているように、光素子端と、光ファイバ封止端との
間の距離Ｌを比較的短く、例えば２〜１０mmにすること
が可能になる。一般に筐体内に光ファイバ端部を導入
し、接合する際、光ファイバは、内側スリーブ内に挿入
固定されているため、この内側スリーブを、アライメン
ト装置の冶具により把持することができ、この把持部か
ら、光ファイバ先端までの自由長を短くしてアライメン
ト時のファイバのぶれを少なくすることが可能になる。
本発明においては筐体の壁部の厚さは、スリーブ部を含
めて数ミリのオーダーで十分であるから前記離間距離に
おいて、光ファイバ把持部から光ファイバ先端までの距
離はたかだか１０〜２０mmであれば十分であり、このた
めアライメント作業が容易になる。

【００１７】

【実施例】図１に示されているように、光ファイバ４の
先端部の保護被覆層７が除去され、露出した裸光ファイ
バ６に、その接続先端部を除き、メタライズ処理、例え
ば、無電解めっきが施される。例えばＮｉ層を下地とし
てその上にＡｕをめっきすることによりＲＡ，ＲＭＡク
ラスのＰｂ／Ｓｎ半田を用いる通常の半田接着・封止が
可能になる。

【００１８】次に光ファイバ４を、内側スリーブ８に挿
入し、その前半部にメタライズ裸光ファイバ部分６ａ
か、またその後半部に保護被覆層付光ファイバ４が位置
するようにし、これを内側スリーブ８に接着固定する。
特に、メタライズ裸光ファイバ部分６ａには接着剤９を
注入して、これを固定する。このようにすると、光ファ
イバのアライメント作業の際に、内側スリーブ８の前端
部（メタライズ裸光ファイバ収容部分）を、アライメン
ト用冶具によりしっかり把持し、アライメント冶具の動
きに、光ファイバが十分な剛性を持って追随することが
可能になる。内側スリーブ８の前端部は、後に行われる
光ファイバの半田封止が、メタライズ裸光ファイバの表
面を十分に被覆し、強固に接着し得るように、メタライ
ズ裸光ファイバの一部をその外側に残すようにすること
が好ましい。また、内側スリーブ８の内径は光ファイバ
の外径にほゞ等しく、一般には０．９〜１．１mm、通常
は１mm程度であり、その肉厚は０．２〜０．５mm、一般
に０．２mm程度で十分である。

【００１９】筐体１の光ファイバ導入孔５にロー付け接
合される外側スリーブ１０は２〜５mm、一般に約３mmの
内径を有するものである。いま、内側スリーブ８の外径
を１．４mm、外側スリーブ１０の内径を３mmとすれば、
その間隙の厚さは（３．０−１．４）／２＝０．８mm程
度となる。すなわち光ファイバアライメント作業空間の
厚さは０．８mmという比較的大きな間隙を利用すること
が可能になり、これによって作業に支障を生ずることが
ない。アライメント作業の後、光ファイバと光素子は、
光学用接着剤により接合される。

【００２０】次に、予じめ光ファイバ４に通されている
中間スリーブ１１を、内側スリーブ８と外側スリーブ１
０との間に挿入し、これらの間隙を封止する。つまり、
内側および外側スリーブの比較的間隙を、中間スリーブ
１１を用いることにより容易に充填することができ、こ
の間隙を多量の半田で充填する必要がなくなる。内側、
中間、外側スリーブ８，１０，１１の相互間隙の大きさ
に格別の制限はなく、作業に困難がない限り、できるだ
け小さいことが好ましいが、一般に０．１mm程度であれ
ば十分な作業性を得ることができる。

【００２１】内側、中間、外側スリーブの組み合わせが
完了したならば、外側スリーブ１０の筐体内端部におい
て、図２に示しているように、メタライズ裸光ファイバ
６ａのまわりを半田１２により固定封止する。この作業
は、筐体１の蓋体１ａを取り外して行い、外側スリーブ
１０の端面は、図２に示されているように上向き端面を
形成するように斜めになっていると、作業性が良好で好
ましい。内側スリーブ８の内、外径、外側スリーブ１０
の内径、および中間スリーブ１１の内外径は裸光ファイ
バ６の直径に対応して適宜に設定することができる。

【００２２】筐体内における光ファイバとスリーブとの
半田封止部と、光素子とは２mm以上離間していることが
好ましい。これは、通常、光素子と、光ファイバとの接
着部には接着強度補強用毛細管キャピラリーを装着する
が、このキャピラリーの長さが、１〜２mmであるからで
ある。このため、光素子接合部と、半田封止部との離間
距離は２〜１０mm程度であることが好ましく、通常これ
が４mm程度になるように、スリーブ長、筐体長を設計す
ることが好ましい。このようにすると、光ファイバのア
ライメント作業において、光ファイバのぶれが殆んどな
くなり半田づけの熱が光ファイバと光素子との接合部に
悪影響（例えば、光ファイバ光素子光挿入損失の変化な
ど）を及ぼすこともない。

【００２３】半田封着後、光ファイバの固定強度を補強
するために、図２に示されているように内側スリーブ８
と中間スリーブ１１との間を接着剤１４で接合する。こ
のようにすると、光ファイバ、内側、中間および外側ス
リーブの接着強度が強固になる。しかも裸光ファイバに
対する半田封止は、筐体内の一箇所のみで十分になる。

【００２４】本発明の筐体構造物において、各スリーブ
および筐体は、金属製、特にステンレススチール製、又
はコバール製であって、半田付けが可能になるように表
面に金めっきを施したものが好ましい。

【００２５】図３（Ａ），（Ｂ）に示されているよう
に、本発明に用いられる内側スリーブ８はパイプ状体で
あって、例えば長さ１２mm、内径１．１mm、外径１．４
mmを有するものである。

【００２６】図４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）には本発明に
用いられる外側スリーブ１０の一例が示されておりパイ
プ状本体１４と、それから外側に伸び出ている環状突起
部１５とを有するものである。パイプ状本体１４の内側
端（筐体内に挿入される部分）は斜め上向きの端面１６
を有している。

【００２７】図５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）には本発明に
用いられる中間スリーブ１１が示されており、これは、
パイプ状本体１７と、その外側端に設けられた環状突起
部１８とから構成されている。また、その内側端（筐体
内に挿入される部分）は斜め上向きの端面１９を形成し
ている。

【００２８】図６には、光ファイバ装着後の本発明の筐
体構造物の一例の正面説明図が示されている。図６にお
いて筐体１の両側面から光ファイバ４が伸び出ていて、
光ファイバは、外側から外側スリーブ１０、中間スリー
ブ１１、内側スリーブ８により固定封止されており、筐
体内には光ファイバ４に接続された光素子（図示されて
いない）が収納され、この光素子が導波路型光素子の場
合、この導波路をコントロールするための電極、および
参照電極（図示されていない）を収納し、これらは筐体
に設けられたネジ孔２０を通って取りつけられたコネク
ター（図示されていない）を介して外部電源に連結され
る。

【００２９】本発明の筐体構造物において、中間スリー
ブは、前記パイプ状内側スリーブに接する内側スリーブ
部材と、この内側スリーブ部材と前記外側スリーブとの
間隙を充填する外側中間スリーブ部材からなるものであ
ってもよく、この場合、これらの両端末は、接着剤によ
り気密に封止される。

【００３０】図７に示されているように、筐体１の光フ
ァイバ導入孔に外側スリーブ１０がロー付け（１０ｂ）
接着されており、その内側に光ファイバ４を保持してい
る内側スリーブ８が挿入されており、内側スリーブ８の
外側に内側中間スリーブ部材２１が挿入され、その外側
に外側スリーブ部材２２が挿入され、これら内側および
外側中間スリーブ部材２１，２２により中間スリーブが
形成されている。

【００３１】図８に示されているように、外側中間スリ
ーブ部材２２はシリンダー状本体２３と、その外側端部
に形成された環状突起２４と、その内径を狭め、内側ス
リーブの外側より小さな内径を有する内側端部２５を有
し、この内側端部の端面は斜め上向きの端面２６を形成
している。

【００３２】図７から明らかなように、予じめ内側スリ
ーブ８の外側に外側中間スリーブ部材２２を嵌合してお
けば、光ファイバ４を含む内側スリーブ８が、過度に光
素子に近接することを防止することができる。この外側
中間スリーブ２２と、外側スリーブ１０とは接着剤によ
り気密に接着することができる。この外側中間スリーブ
２２と、内側スリーブ８との間の隙間は、内側中間スリ
ーブ部材２１を挿入することによって充填することがで
きる。

【００３３】図９に示されているように内側中間スリー
ブ部材２１は環状頭部２７と、それからシリンダー状に
伸び出し、その一部が欠落している一部欠如シリンダー
状部２８とからなる。外側中間スリーブ部材２１と、内
側スリーブ８との間の間隙に接着剤を注入しておき、こ
の間隙にシリンダー部の一部が欠如している内側中間ス
リーブ部材２１を挿入すれば、接着剤は、両スリーブ部
材間に十分に分散し、両者の間隙を十分に充填封止する
ことができる。このようにすれば、スリーブの外側端に
おいて、図２に示されているように接着剤を盛り上げて
封止することなく、図７に示されているように、外観を
向上させることが可能になる。

【００３４】

【発明の効果】本発明による光ファイバ導入部構造によ
り、光素子、特に導波路型光素子を、より小型の筐体中
に気密封入することが可能になると同時に、最も重要な
組立工程である、光ファイバと素子のアライメント作業
を容易に実効することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の筐体構造物の構成要素と、これ
らの組み立て手順を示す、一部断面説明図。

【図２】図２は本発明の筐体構造物の一実施態様の要部
を示す、説明図。

【図３】図３（Ａ）および（Ｂ）は本発明の筐体構造物
に用いられる内側スリーブの一例の構成を示す、正面断
面図および側面図。

【図４】図４（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）は、本発明の
筐体構造物に用いられる外側スリーブの一例の構成を示
す、正面断面説明図、左側面図、および右側面図。

【図５】図５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、本発明の筐体
構造物に用いられる中間スリーブの一例の構成を示す、
正面断面図、左側面図、および右側面図。

【図６】図６は、本発明の筐体構造物の一例の、正面説
明図。

【図７】図７は、本発明の筐体構造物の他の一例を示
す、断面説明図。

【図８】図８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、図７に示され
た本発明の筐体構造物に用いられる外側中間スリーブ部
材の一例の、正面断面図、左側面図、および右側面図。

【図９】図９（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、図７に示され
た本発明の筐体構造物に用いられる内側中間スリーブ部
材の一例の、正面断面図、左側面図、および右側面図。

【符号の説明】

１ａ…蓋体 １…筐体 ２…光素子 ３…接着補強ブロック ３ａ…接着補強キャピラリ ４…光ファイバ ５…光ファイバ導入孔 ６…裸光ファイバ ６ａ…裸光ファイバメタライズ部 ７…保護被覆層 ８…内側スリーブ ９…接着剤 １０…外側スリーブ １０ａ…環状突起部 １０ｂ…ロー付け部 １１…中間スリーブ １１ａ…環状突起部 １２…半田 １３…接着剤 １４…外側スリーブパイプ状本体 １５…環状突起部 １６…斜め上向き端面 １７…中間スリーブパイプ状本体 １８…環状突起部 １９…斜め上向き端面 ２０…電極コネクタ用ねじ孔 ２１…内側中間スリーブ部材 ２２…外側中間スリーブ部材 ２３…外側中間スリーブ部材のシリンダー状本体 ２４…環状突起部 ２５…内側端部 ２６…斜め上向き端面 ２７…頭部環状突起部 ２８…一部欠如シリンダー状部 Ｌ…光素子端と、光ファイバ封止端との距離

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐久間 満 千葉県船橋市豊富町585番地 住友セメン ト株式会社光電子事業部内 (72)発明者 永田 裕俊 千葉県船橋市豊富町585番地 住友セメン ト株式会社中央研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光素子を収納している筐体と、この筐体
   端部のスリーブ挿入孔に設けられた光ファイバ引出し封
   止用スリーブ部とを有し、前記光ファイバの端部におい
   て、その保護被覆層が除去され、かつ前記保護被覆層を
   有する光ファイバ部分に連続する露出した裸光ファイバ
   部分がメタライズ処理されており、前記裸光ファイバの
   末端が、前記光素子に接続されており、かつ、前記光フ
   ァイバの、前記メタライズ処理された裸ファイバ部分か
   ら保護被覆層により被覆されている部分にまたがる連続
   部分がパイプ状内側スリーブ中に挿入されて、これに気
   密に接着・封止されており、一方、前記筐体端部のスリ
   ーブ挿入孔に、前記パイプ状内側スリーブの外径より大
   きな内径を有する外側スリーブが挿入され、これに気密
   に接合固定されており、この外側スリーブ内に前記内側
   スリーブが挿入され、前記外側スリーブと、前記内側ス
   リーブから伸び出た前記メタライズ処理された裸光ファ
   イバとの間との間隙が、前記外側スリーブと前記内側ス
   リーブとの間に挿入された中間スリーブとともに気密に
   半田封止されていることを特徴とする、光素子収納封止
   筐体構造物。
2. 【請求項２】 前記中間スリーブが、前記パイプ状内側
   スリーブに接する内側中間スリーブ部材と、この内側中
   間スリーブ部材と、前記外側スリーブとの間隙を充填す
   る外側中間スリーブ部材とからなり、これらが接着剤に
   より気密に封止されている、請求項１に記載の筐体構造
   物。
3. 【請求項３】 前記光素子と裸光ファイバ端部との接続
   部と、それに近い前記スリーブ部と前記光ファイバとの
   封止部との離間距離が、２〜１０mmである、請求項１に
   記載の筐体構造物。