JPH08122578A - 光学モジュールおよびその組立て方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光の結合効率が良く信頼性の高い光学モジュ
ールおよびその組立て方法を提供すること。 【構成】 本発明は、パッケージ２の側板２２の貫通孔
２２ａと位置合わせされる平板状の結合リング３と、一
方の開口端側が略球面状に形成され結合リング３の中央
孔３１に合わせて当接固定され他方の開口端側から光フ
ァイバ５の先端が挿入されるスリーブ４とを備える光学
モジュール１であり、貫通孔２２ａと結合リング３とを
位置合わせした状態でスリーブ４の一方の開口端側を結
合リング３の中央孔３１へ押し付け、この状態のまま結
合リング３の位置およびスリーブ４の角度を調節して光
軸を合わせ溶接固定する組立てる方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学素子をパッケージ
に収納した状態でその光学素子と光ファイバとの光軸を
合わせて成る光学モジュールとその組立て方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】光学モジュールは、半導体レーザやフォ
トダイオードから成るチップ状の素子をパッケージ内に
収納し、電気的および光学的な入出力を容易に行えるよ
うな配線および光ファイバとの光軸合わせを行ったデバ
イスである。図４は従来の光学モジュールを説明する断
面図であり、ＮＥＣ技報Vol.40 No.5/1987,P31〜36に開
示されたものである。

【０００３】この光学モジュール１’は、パッケージ
２’内において半導体レーザから成る光学素子１０がモ
ニタ用のフォトダイオード１０ａやチップサーミスタと
ともに内部レンズ１０ｂの付いたベース上にハイブリッ
ド実装された構成となっている。光学素子１０からの放
射光は、内部レンズ１０ｂにて緩やかな収束ビームに変
換され、パッケージ２’の側壁に気密封止されたガラス
２３の窓を経由してパッケージ２’の外部へ導かれる。

【０００４】パッケージ２’の外部には先ず外部レンズ
５２が取り付けられ、次にスライドリング３０を介して
シングルモードの光ファイバ５のピグテイルが固定され
ており、パッケージ２’の内部からガラス２３の窓を経
由してパッケージ２’の外部へ導かれた放射光が外部レ
ンズ５２を介して光ファイバ５へ伝わるようになってい
る。パッケージ２’内の光学素子１０はヒートシンク１
１によって一定の温度に保たれている。

【０００５】このような光学モジュール１’を組立てる
には、パッケージ２’内にベースに実装された光学素子
１０を収納した後、側面にメタライズを施した内部レン
ズ１０ｂおよび外部レンズ５２をそれぞれ高融点はんだ
を用いて固定する。この状態で、光学素子１０の光軸を
基準として光ファイバ５の位置調整を行う。この際、光
軸に対して垂直方向のずれに対しては、スライドリング
３０を図中垂直方向に滑らせて調整を行い、光軸方向に
対しては光ファイバ５をスライドリング３０中で図中左
右方向に滑らせて調整する構造となっている。そして、
この調整を行った後には、スライドリング３０とパッケ
ージ２’の側壁との間およびスライドリング３０とフェ
ルール５１との間をそれぞれＹＡＧレーザによって溶接
固定する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな光学モジュールおよびその組立て方法には次のよう
な問題がある。すなわち、この光学モジュールにおいて
は、光軸に対して垂直な方向の調整を行う際にスライド
リングをパッケージの端面で滑らせるようにして行って
いるが、パッケージおよびスライドリングを治具にて固
定した場合にパッケージの端面とスライドリングの端面
とを平行に合わせることが困難である。つまり、合わせ
たい面の長さが短いためその平行度を見極めるのが非常
に困難である。また、このような構造では光軸に対する
光ファイバの角度ずれを補正調整することができないと
いう問題があり、光の結合効率の劣化を招くことにな
る。さらに、スライドリングの端面とパッケージの端面
とを平行に合わせることができないとここに隙間が生じ
てしまい、ＹＡＧレーザによる溶接が的確に行えないと
いう不都合が生じている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような問
題を解決するために成された光学モジュールおよびその
組立て方法である。すなわち、本発明の光学モジュール
は、底板およびこの底板に対して略垂直に設けられる側
板を備えた筐体から成りその内部に光学素子を収納する
ためのパッケージと、光学素子の光軸上となるパッケー
ジの側板に所定の大きさで設けられる貫通孔と、貫通孔
と位置合わせされる中央孔を備えパッケージの側板外面
と接触固定される平板状の結合リングと、一方の開口端
側が略球面状に形成され結合リングの中央孔に合わせて
当接固定されるとともに他方の開口端側から光ファイバ
の先端が挿入されるスリーブとを備える構成となってい
る。

【０００８】また、本発明の組立て方法は、先ず、筐体
から成るパッケージの内部へ光学素子を収納し、次い
で、パッケージを保持した状態で側板に設けられた貫通
孔と結合リングとの位置を合わせた状態で略球面状に設
けられたスリーブの一方の開口端側を結合リングの中央
孔周縁へ押し付けるようにして、側板外面とスリーブの
一方の開口端側との間で結合リングを挟み込むようにす
る。次に、スリーブの一方の開口端側を結合リングの中
央孔周縁へ押し付けた状態のまま結合リングを側板外面
に沿って移動するとともにスリーブの角度を調節して光
学素子と光ファイバとの光軸を合わせ、この状態でパッ
ケージの側板外面と結合リングとの接触部分および結合
リングとスリーブの一方の開口端側との接触部分を溶接
して光学モジュールを組立てる方法である。

【０００９】

【作用】本発明における光学モジュールでは、パッケー
ジの側板に設けられた貫通孔に平板状の結合リングの中
央孔を位置合わせして接触固定している。つまり、この
結合リングをパッケージの側板に沿って移動することに
より、中央孔に合わせて当接するスリーブに挿入されて
いる光ファイバの光軸を光学素子の光軸に対して垂直な
方向へ調節することができる。しかも、結合リングの形
状が平板状であるため加工が容易となるとともに、パッ
ケージの側板外面との間に隙間が生じることなく接合で
きるようになる。また、中央孔に合わせて当接するスリ
ーブの一方の開口端側が略球面状に形成されているた
め、光学素子の光軸に対する光ファイバの光軸の角度を
調節できるようになる。

【００１０】また、本発明の光学モジュールの組立て方
法では、パッケージの側板に設けられた貫通孔と結合リ
ングとの位置を合わせた状態でスリーブの一方の開口端
側を結合リングの中央孔周縁へ押し付けて、側板外面と
スリーブの一方の開口端側との間で結合リングを挟み込
むようにしている。この状態で結合リングの位置および
スリーブの角度を調節することで光学素子と光ファイバ
との光軸合わせができるとともに、スリーブの押し付け
によって結合リングとパッケージの側板外面とを密着で
きるようになる。

【００１１】つまり、スリーブの一方の開口端側が略球
面状に設けられているため、これを結合リングの中央孔
周縁へ押し付けることによってパッケージの側板外面に
均一に結合リングを当接できるようになる。しかも、ス
リーブの一方の開口端側と結合リングとの間が線接触す
る状態となる。これらによって、パッケージの側板外面
と結合リングとの接触部分および結合リングとスリーブ
の一方の開口端側との接触部分に隙間が生じることが無
くなり、確実な溶接を行うことができるようになる。

【００１２】

【実施例】以下に、本発明の光学モジュールおよびその
組立て方法の実施例を図に基づいて説明する。図１は、
本発明の光学モジュールにおける一実施例を説明する概
略断面図である。本実施例における光学モジュール１
は、主として底板２１およびこの底板２１に対して略垂
直に設けられる側板２２から構成されるパッケージ２
と、パッケージ２内部に収納される光学素子１０と、光
学素子１０の光軸上となるパッケージ２の側板２２に設
けられる所定の大きさの貫通孔２２ａと、貫通孔２２ａ
に位置合わせされる結合リング３と、一方の開口端側が
結合リング３と当接し他方の開口端側から光ファイバ５
の先端が挿入されるスリーブ４とから構成される。な
お、側板２２や結合リング３、スリーブ４等は溶接可能
な材質（ステンレスや鉄−コバルト−ニッケル合金等）
によって構成する。

【００１３】光学素子１０は例えば半導体レーザから成
るものであり、ヒートシンク１１およびサブキャリア１
２を介してベース１３上に固定されている。また、ベー
ス１３上にはホルダ６１内に収納された第１レンズ６が
固定されており、光学素子１０の光軸上に位置合わせさ
れている。そして、このベース１３がスペーサ１４を介
してパッケージ２の底板２１上に固定されている。半導
体レーザから成る光学素子１０の場合には、この第１レ
ンズ６によって放射光を平行ビームにすることができ
る。

【００１４】側板２２に設けられた貫通孔２２ａのパッ
ケージ２内側位置にはガラス２３が取り付けられており
窓を構成している。半導体レーザの場合、光学素子１０
からの放射光は第１レンズ６によって平行ビームとな
り、このガラス２３および貫通孔２２ａから成る窓を介
してパッケージ２の外部へ放出することになる。また、
貫通孔２２ａのパッケージ２外側位置には平板状の結合
リング３が接触固定されている。接触固定前においては
結合リング３をパッケージ２の側板２２外面に沿って移
動させることで、この結合リング３に当接するスリーブ
４の位置を調節できるようになっている。

【００１５】結合リング３に当接するスリーブ４は内部
に第２レンズ７を備えており、また結合リング３側とな
る一方の開口端側が略球面状に形成され、他方の開口端
側から光ファイバ５の先端となるフェルール５１が挿入
されている。スリーブ４の外径は結合リング３の中央孔
３１の内径よりも大きくなっており、このスリーブ４の
一方の開口端側を結合リング３の中央孔３１に当接させ
ると、略曲面状に形成された部分が結合リング３の中央
孔３１周縁に線接触する状態となる。スリーブ４はこの
線接触状態を保ちながら角度調節が成されることにな
る。

【００１６】すなわち、一方の開口端側が略球面状に形
成されているため、この形状に沿ってスリーブ４を軸Ｏ
に対して角度調節できるようになる。なお、スリーブ４
の一方の開口端側の略球面状の曲率中心を第２レンズ７
の中心と一致させておくことで、第２レンズ７の中心を
基準とした角度調節を行うことが可能となる。また、ス
リーブ４内に挿入されるフェルール５１を図中左右に移
動させることで、光軸Ｏに沿った調整を行うことができ
る。

【００１７】さらに、スリーブ４の一方の開口端側が略
球面状に形成されていることから、スリーブ４を結合リ
ング３に押し付けることによってスリーブ４の角度に係
わらず結合リング３をパッケージ２の側板２２外面へ均
一に接触させることが可能となる。つまり、光軸調整を
行った後の溶接固定において、パッケージ２の側板２２
外面と結合リング３との接触部分および結合リング３と
スリーブ４の一方の開口端側との接触部分に隙間が生じ
ることが無くなり、的確な溶接を行うことができるよう
になる。

【００１８】このように、本実施例における光学モジュ
ール１において、光学素子１０と光ファイバ５との光軸
を調整する場合には、光軸Ｏに対して垂直な方向では結
合リング３をパッケージ２の側板２２外面に沿って移動
し、光軸Ｏに沿った方向ではスリーブ４内でのフェルー
ル５１の挿入位置を可変し、光軸Ｏに対する角度はスリ
ーブ４の一方の開口端側を結合リング３に当接した状態
での角度調節によってそれぞれ行うことが可能となる。
また、結合リング３の形状が単純で加工が容易であると
ともに加工精度が向上して光軸合わせの際の精度が高ま
る点も本実施例における光学モジュール１のメリットの
一つである。

【００１９】次に、このような光学モジュール１の組立
て方法を図２〜図３に基づいて説明する。図２は組立て
方法を順に説明する概略断面図、図３はスリーブ部分の
拡大断面図である。先ず、図２（ａ）に示すようにパッ
ケージ２内に光学素子１０等を収納し、パッケージ２の
側板２２に設けられた貫通孔２２ａを上にした状態で配
置する。パッケージ２内に光学素子１０を収納するに
は、先ずヒートシンク１１上に配置した光学素子１０を
サブキャリア１２上に固定し、このサブキャリア１２を
ベース１３上に固定する。そして、ベース１３をスペー
サ１４上に固定してパッケージ２の底板２１に固定す
る。なお、サブキャリア１２とベース１３、ベース１３
とスペーサ１４、スペーサ１４と底板２１とは各々はん
だ付け等によって固定するのが信頼性の観点から有効で
ある。

【００２０】また、ベース１３上には、はんだ付けまた
は圧入によって第１レンズ６が取り付けられたホルダ６
１を固定しておく。固定を行うに際し、光学素子１０と
第１レンズ６との光軸を合わせておき、ホルダ６１をベ
ース１３上にはんだ付けまたはＹＡＧレーザ溶接等によ
って固定する。このように、パッケージ２内に光学素子
１０等を収納した状態で、パッケージ２の側板２２に設
けられた貫通孔２２ａを上にして配置し、この貫通孔２
２ａ上に結合リング３を載置する。

【００２１】次に、図２（ｂ）に示すように、スリーブ
４の一方の開口端側を結合リング３に当接させるように
して、パッケージ２の側板２２外面とスリーブ４の一方
の開口端側との間で結合リング３を挟み込むようにす
る。その後、パッケージ２を治具８で保持し、スリーブ
４を治具９で保持する。例えば治具８にてパッケージ２
を固定した場合には、治具９を図中ｘｙθ方向に移動で
きるような微動台に連結しておき、光ファイバ５の位置
調整を行えるようにしておく。

【００２２】なお、図２（ｂ）においては光軸Ｏが図中
横方向になるよう配置した状態を示しているが、図２
（ａ）に示すように光軸Ｏが図中縦方向になるような配
置のままスリーブ４を図中上方から結合リング３へ押し
付けるようにし、この状態で光ファイバ５の位置調整を
行うようにしてもよい。以下では、図２（ｂ）に示すよ
うに光軸Ｏが図中横方向になるような配置の場合を例と
して説明を続ける。

【００２３】次に、光学素子１０と光ファイバ５との光
軸調整を行う。半導体レーザから成る光学素子１０の場
合には、光学素子１０から光を出射させ光ファイバ５内
に導かれる光の強度をパワーメータ（図示せず）等によ
って測定しながらその値が最大となるようスリーブ４の
角度および位置を調節する。スリーブ４の位置調整すな
わち図中ｘｙ方向の位置合わせを行うには、スリーブ４
を結合リング３へわずかに押し付けた状態のまま治具９
を移動し、結合リング３をパッケージ２の側板２２外面
に沿って移動させる。

【００２４】また、スリーブ４の角度調整すなわち図中
θ方向の位置合わせを行うには、スリーブ４を結合リン
グ３へわずかに押し付けた状態のまま治具９の角度を調
整する。この際、スリーブ４の一方の開口端側が略曲面
状に形成されしかもその曲率中心が第２レンズ７の中心
と一致しているため、第２レンズ７を中心とした角度調
整を行うことができる。さらに、スリーブ４の他方の開
口端側から挿入されているフェルール５１を図中左右方
向に移動することで光軸Ｏに沿った位置調整を行う。

【００２５】このようなスリーブ４のｘｙθ方向への移
動およびフェルール５１の光軸方向への移動を適宜繰り
返し行うことによって光ファイバ５内へ導かれる光の強
度が最大となるよう調整する。なお、この調整を行う
間、結合リング３は略曲面状に形成されたスリーブ４の
一方の開口端側によってパッケージ２の側板２２外面へ
押し付けられているため、スリーブ４の角度に係わらず
その力が平板状の結合リング３の側面に均一に加わり、
パッケージ２の側板２２外面との間に隙間を発生させる
ことが無くなる。また、結合リング３とスリーブ４の一
方の開口端側との間は線接触する状態となり、ここにも
隙間が発生しないことになる。

【００２６】次に、光軸合わせが完了した状態で、パッ
ケージ２の側板２２外面と結合リング３との接触部分、
結合リング３とスリーブ４の一方の開口端側との接触部
分およびスリーブ４とフェルール５１の接触部分の溶接
を行う。すなわち、図３に示すように、側板２２外面と
結合リング３との接触部分（図中Ａ部分）、結合リング
３とスリーブ４の一方の開口端側との接触部分（図中Ｂ
部分）、スリーブ４とフェルール５１の接触部分（図中
Ｃ部分）にてＹＡＧレーザ溶接等による接合を行う。な
お、図３においては各溶接部分を１か所だけ示している
が、実際には各々の位置の周囲３か所〜数か所を等間隔
に溶接して十分な接合強度を確保する。

【００２７】このような各部の溶接によって光学モジュ
ール１の組立てが完了する。本実施例における光学モジ
ュール１の組立て方法により簡単な構成でしかも光ファ
イバ５のｘｙ方向の他、θ方向の調整も行うことができ
るようになる。さらに結合リング３やスリーブ４等の各
接触位置に隙間が生じないようになり的確な溶接処理を
行うことができるようになる。

【００２８】なお、本実施例においては光学素子１０が
半導体レーザから成る場合を例として説明したが、本発
明はこれに限定されず、例えば半導体変調器や誘電体変
調器、フォトダイオード、発光ダイオードなどの他の光
デバイスであっても同様である。また、第２レンズ７に
球レンズを用いた例を示したが、角度調整およびＹＡＧ
レーザ溶接の可能な非球面レンズ、ＧＲＩＮレンズ（グ
レーテッドインデックス型レンズ）および先球ファイバ
などのレンズ系についても適応可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光学モジ
ュールおよびその組立て方法によれば次のような効果が
ある。すなわち、スリーブの一方の開口端側が略球面状
に形成され、平板状の結合リングの中央孔周縁に接触し
ているため、この一方の開口端側の形状に沿ってスリー
ブに挿入された光ファイバの角度調節を行うことが可能
となる。また、スリーブの一方の開口端側で結合リング
をパッケージの側板外面へ押し付けながら組立てるた
め、パッケージの側板外面と結合リングとの接触部分お
よび結合リングとスリーブとの接触部分に隙間が発生せ
ず的確な溶接を行うことが可能となる。しかも、結合リ
ングの形状が単純であるため、製造工程を非常に簡素化
することが可能となる。これらによって、光の結合効率
が良く信頼性の高い光学モジュールを提供することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を説明する概略断面図であ
る。

【図２】光学モジュールの組立て方法を（ａ）〜（ｂ）
の順に説明する概略断面図である。

【図３】スリーブ部分の拡大断面図である。

【図４】従来例を説明する断面図である。

【符号の説明】

１ 光学モジュール ２ パッケージ ３ 結合リング ４ スリーブ ５ 光ファイバ １０ 光学素子 ２１ 底板 ２２ 側板 ２２ａ 貫通孔 ３１ 中央孔

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 底板および該底板に対して略垂直に設け
   られる側板を備えた筐体から成り該筐体の内部に光学素
   子を収納するためのパッケージと、 前記光学素子の光軸上となる前記パッケージの側板に所
   定の大きさで設けられる貫通孔と、 前記貫通孔と位置合わせされる中央孔を備え前記パッケ
   ージの側板外面と接触固定される平板状の結合リング
   と、 一方の開口端側が略球面状に形成され前記結合リングの
   中央孔に合わせて当接固定されるとともに他方の開口端
   側から光ファイバの先端が挿入されるスリーブとを備え
   ていることを特徴とする光学モジュール。
2. 【請求項２】 請求項１記載の光学モジュールの組立て
   方法であって、 先ず、前記筐体から成るパッケージの内部へ光学素子を
   収納する工程と、 次いで、前記パッケージを保持した状態で前記側板に設
   けられた貫通孔と前記結合リングとの位置を合わせた状
   態で前記スリーブの一方の開口端側を該結合リングの中
   央孔周縁へ押し付けるようにして、該側板外面と該スリ
   ーブの一方の開口端側との間で該結合リングを挟み込む
   工程と、 前記スリーブの一方の開口端側を前記結合リングの中央
   孔周縁へ押し付けた状態のまま該結合リングを前記側板
   外面に沿って移動するとともに該スリーブの角度を調節
   して前記光学素子と前記光ファイバとの光軸を合わせる
   工程と、 前記光学素子と前記光ファイバとの光軸が合った状態で
   前記パッケージの側板外面と前記結合リングとの接触部
   分および該結合リングと前記スリーブの一方の開口端側
   との接触部分を溶接する工程とから成ることを特徴とす
   る光学モジュールの組立て方法。