WO2007108508A1 - 光モジュール - Google Patents

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WO2007108508A1
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optical
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optical waveguide
optical module
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Sayoko Ibe
Noriyuki Yokouchi
Kengo Muranushi
Tatsuya Kimoto
Tatsuro Kurobe
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The Furukawa Electric Co., Ltd.
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    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
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    • GPHYSICS
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    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
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    • G02B6/4219Mechanical fixtures for holding or positioning the elements relative to each other in the couplings; Alignment methods for the elements, e.g. measuring or observing methods especially used therefor
    • G02B6/4236Fixing or mounting methods of the aligned elements
    • G02B6/4237Welding
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    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4292Coupling light guides with opto-electronic elements the light guide being disconnectable from the opto-electronic element, e.g. mutually self aligning arrangements

Definitions

  • the present invention relates to an optical module and a method for manufacturing the same, and more particularly to an optical module having a hybrid optical integrated device and a method for manufacturing the same.
  • the hybrid integrated device requires an optical lens for optical coupling and has a large number of parts, but it is easy to optimize the functions of individual optical elements and to easily change the design. In addition, it is attracting attention because of its wide range of applications, such as the ability to integrate optical elements made of different materials.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-59925 describes an optical module that can be easily aligned when an optical waveguide element having an optical waveguide and an optical element such as an optical lens are optically coupled. In the optical module described in Japanese Patent Laid-Open No.
  • a holder for mounting an optical element including an optical isolator and an optical lens is aligned with the optical waveguide element in the module while being held by the holder holding portion.
  • a structure is adopted in which the holder is fixed to a holder holding portion fixed on the base in advance.
  • the present invention is a hybrid optical module that optically couples a plurality of optical waveguide elements to each other via an optical element, and has high positional accuracy during the optical coupling.
  • An object of the present invention is to provide an optical module improved so as to be easily performed and a method for manufacturing the same.
  • the present invention provides an optical module in which a plurality of optical waveguide elements each having an optical waveguide and disposed on a base are optically coupled via an optical system including an optical lens.
  • a support member that supports at least one of the base plate and the base plate having a substantially rectangular parallelepiped shape that is fixed on the base plate, and an upper surface force of the base portion that are upright and extend opposite to each other.
  • a fixing member having
  • a submount member having a substantially rectangular parallelepiped shape, wherein the opposing side surfaces are sandwiched between the opposing wall surfaces of the two standing walls, and are separated from the base and supported by the standing wall;
  • An optical module comprising: is provided.
  • the present invention provides an optical module manufacturing method in which a plurality of optical waveguide elements each having an optical waveguide and disposed on a base are optically coupled via an optical system including an optical lens.
  • a fixing member having a substantially rectangular parallelepiped base and two upstanding walls that are upright from the upper surface of the base and extend opposite to each other;
  • an optical module After optically aligning the at least one optical waveguide element with another optical waveguide element via at least a part of the optical system, between the submount member and the fixing member, and the fixing There is provided a method for manufacturing an optical module, comprising: fixing each of a member and the base.
  • the optical module of the present invention and the optical module manufactured by the method of the present invention are optical waveguide elements when optically coupling a plurality of optical waveguide elements via an optical system on a base of an optical module.
  • the position and angle of the optical axis can be adjusted accurately and easily by moving and adjusting the optical waveguide element with respect to the base. Then, by fixing the submount member and the fixing member, and the fixing member and the base, an optical module with high optical coupling efficiency and easy manufacture can be obtained.
  • the fixing member and the submount are fixed.
  • the adjustment can be performed again by removing the fixing of the member or by removing the fixing of the base and the fixing member. This improves the yield when assembling the optical module package.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an optical module according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the MZ type modulator in the optical module of FIG. 1 together with a support member including a submount member and a fixing member.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a state when positioning the MZ type modulator of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a perspective view showing the structure of the MZ modulator in FIG. 2.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the input / output waveguide portion of the MZ modulator of FIG.
  • FIG. 6 is a plan view and cross-sectional views sequentially showing manufacturing steps of the MZ type modulator of FIG. 4.
  • FIG. 7 is a plan view and a cross-sectional view sequentially showing manufacturing steps subsequent to FIG. 6.
  • FIG. 8 A graph showing the change in coupling efficiency with respect to the height deviation from the optical axis of the optical waveguide device.
  • FIG. 9 is a perspective view showing an optical waveguide element in an optical module according to a second embodiment of the present invention together with a supporting member.
  • FIG. 10 is a perspective view showing an optical waveguide element in a modification of the optical module according to the second embodiment together with a support member.
  • FIG. 11 is a sectional view showing an optical waveguide element together with a supporting member in an optical module according to a third embodiment of the present invention, and a perspective view showing both the optical waveguide element and a submount member.
  • FIG. 12 is an exploded perspective view of an optical waveguide element and a support member in an optical module according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an optical module according to the first embodiment of the present invention.
  • the optical module includes a plurality of optical waveguide elements 5 and 10 arranged on a base 3 accommodated in the package 1 and optical systems 6, 24, 7 and 11 including an optical lens, and an outside of the package. It consists of optical systems 12 and 13 arranged. This optical module is optically coupled to the optical fiber 13.
  • the base 3 is mounted on the Peltier module 2 that constitutes the temperature controller. The module 2 removes the amount of heat generated from the optical waveguide elements 5 and 10.
  • the optical element mounted on the base 3 includes a laser diode 5 and an MZ modulator 10.
  • the laser diode 5 is an optical waveguide element that generates laser light having a predetermined wavelength.
  • a DFB array type tunable laser diode can be used.
  • the MZ type modulator 10 is an optical waveguide device having a Mach-Zehnder (MZ) type interference waveguide, modulates the laser light generated by the laser diode 5 and supplies it to the optical fiber 13.
  • MZ type modulator 10 is mounted on the submount member 9 and fixed on the base 3 via the fixing member 8.
  • the photodiode 4 receives the laser beam generated by the laser diode 5 and monitors its intensity.
  • the optical system in the package is disposed to optically couple the optical waveguide formed in the laser diode 5 and the MZ modulator 10, and includes a collimating lens 6, an optical isolator. 24 and condenser lens 7 are included.
  • the collimating lens 11 and the condensing lens 12 are arranged to couple the emitted light from the MZ type modulator 10 to the fiber 13.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the MZ modulator 10 mounted on the base 3.
  • a metal fixing member 8 composed of a base 31 and two upstanding walls 32 that stand on the base 31 and face each other is fixed. The fixing between the two is performed by spot welding the base 31 and the base 3 with a YAG laser.
  • a rectangular parallelepiped metal submount 33 on which the MZ modulator 10 is mounted is sandwiched between the two standing walls 32 of the fixing member 8 facing each other.
  • the MZ modulator 10 is mounted on a nonmetallic submount 34, and the nonmetallic submount 34 is mounted on the metallic submount 33.
  • the metal submount 33 and the nonmetal submount 34 are soldered to each other to constitute a submount member 9 for mounting the MZ type modulator 10, and includes the submount member 9 and the fixing member 8.
  • the MZ modulator 10 is positioned and fixed on the base 3 by the support member.
  • the width dimension of the metal submount 33 conforms to the separation distance of the opposed upright walls 32, and the MZ modulator 10 does not apply external force to the metal submount 33 and nonmetal submount 34. Thus, it can be held still by being held by the standing wall 32.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a state when the MZ modulator 10 is positioned.
  • the fixing member 8 is disposed on the base 3.
  • the metal submount 33 and the nonmetal submount 3 With the MZ-type modulator 10 fixed on the submount member 9 consisting of 4 and 4, the submount member 9 is sandwiched by the positioning arm 16 and inserted between the standing walls 32 of both of the fixed members 8. .
  • the already fixed laser diode 5 is operated to generate laser light.
  • the positioning arm 16 is operated to move the submount member 9 between the standing walls 32 in the optical axis direction (Z direction) and the vertical direction (Y direction), and the submount member 9 is disposed between the standing walls 32. While moving the submount member 9 together with the fixed component 8 in the lateral direction (X direction), the interference waveguide of the MZ modulator 10 and the waveguide of the laser diode 5 are aligned.
  • FIG. 4 is a perspective view showing the structure of the MZ type modulator 10.
  • the MZ modulator 10 is a semiconductor element having an MZ (Mach-Zehnder) type interference waveguide on a semiconductor substrate 40.
  • Matsuno and Zuender type interference waveguides split the light incident on the incident waveguide 44a in the z- axis direction with an MMI (multi-mode interferometer) coupler 41 and introduce it to a pair of arms 42. The excess light is again combined by the MMI force bra 41 and output from the output waveguide 44b.
  • An electrode 43 is formed on the arm 42. By applying an electric field or current to the arm 42 through the electrode 43 to change the optical path length of the arm 42, this waveguide is used as an optical modulator.
  • the length in the z-axis direction parallel to the optical axis is about 1000 m for the arm 42 force, about 100 ⁇ m for the MMI coupler 41, and the total length of the device is about 2000 ⁇ m.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing the input / output waveguides 44a and 44b in the MZ modulator 10 of FIG. 4 cut along a plane perpendicular to the optical axis direction.
  • the width of the MZ modulator 10 is about 250 m, and the thickness of the substrate 40 is about 100 m.
  • the light propagates through the waveguide layer 45 sandwiched between the cladding layers 44 and 46.
  • the waveguide layer 45 has a width of about 2 m and a thickness of about 0.4 m. 4 and 5 exemplify a high mesa type having the same active layer width and mesa width as the waveguide structure, but the waveguide structure is a low mesa type whose active layer width is wider than the mesa width.
  • a high mesa type embedded type in which both sides of the active layer are covered with an insulating material is also possible.
  • the width and thickness of the waveguide layer are almost the same as those of the high mesa type, so the positioning tolerance is almost the same.
  • the left side is a plan view and the right side is Represents a plan view).
  • the high-mesa MZ modulator will be described as an example.
  • an active layer 52 and an upper clad layer 53 of the waveguide are grown on the substrate 51 using a MOCVD crystal growth apparatus (FIG. 6 (a)).
  • the SiNx film 54 is deposited by vapor deposition, and the waveguide pattern is transferred to the SiNx film 54 using a photoresist and a photomask (FIG. 6 (b)).
  • the waveguide layer is formed by etching using the SiNx film 54 as a mask (FIG. 6 (c)).
  • the side of the waveguide layer is then buried with an insulating material.
  • the SiNx film 54 is removed (FIG. 6 (d)).
  • an insulating film of which SiNx film 55 is deposited on the entire surface by evaporation (FIG. 7 (e)).
  • the SiNx film 55 where the electrode is to be formed is removed using the photoresist and the photomask, and the electrode 56 is formed using the photoresist and the photomask (FIG. 7 (f)).
  • the back surface of the substrate 51 is polished, and an electrode 57 is formed on the back surface of the substrate (FIG. 7 (g)).
  • Polishing of the back surface of the substrate is performed in order to fabricate the electrode 57 and form a chip after the device is fabricated.
  • the polishing of the back surface of the substrate is an indispensable process. It is difficult to control the thickness of the substrate on the order of several meters, and variations in the height direction of the waveguide inevitably occur.
  • the fixing member 8 is used to connect the waveguide of the MZ type modulator 10 and the waveguide of the laser diode 5. Alignment and optical axis alignment.
  • a method for manufacturing the optical module of FIG. 1 will be described.
  • a single base 3 made of a material such as CuW is prepared, and a submount 35 having a laser diode 5 fixed to the top with solder such as Au-Sn is fixed thereon with solder.
  • This solder is the same material as the Au-Sn solder that fixed the laser diode 5 on the submount 35, or a solder having a lower melting point.
  • the submount 36 having the photodiode 4 fixed thereon is fixed to the base 3 with a solder such as Au-Sn.
  • the solder may be the same as that used in laser diode 5.
  • the laser diode 5 is driven, the collimating lens 6 mounted on the fixing member 21 is aligned while observing the transmitted light with a camera, and fixed on the base 3 by YAG welding.
  • the fixing member 21 may be formed of a material suitable for laser welding such as an Fe—Ni—Co alloy.
  • the laser diode 5 is driven and the isolator 24 is fixed on the base 3 by YAG welding while observing the transmitted light with a camera.
  • the laser diode 5 is driven, the condenser lens 7 mounted on the fixing member 22 is aligned, and is fixed on the base 3 by YAG welding.
  • the fixing member 22 is formed of a material suitable for YAG welding, such as Fe-N alloy. Further, the position and angle of the MZ type modulator 10 mounted on the submount member 9 sandwiched by the fixing member 8 are adjusted so that the transmitted light intensity is maximized. At the time of adjustment, the positioning arm 16 holding the submount member 9 is moved as shown in FIG. 3 to move the fixing member 8 and the submount member 9 to which the MZ modulator 10 is fixed integrally.
  • the submount member 9 is moved in the X direction on the base 3 together with the fixing members 8. Next, in the same manner, the submount member 9 is moved in the y direction while being sandwiched between the standing walls 32. Further, in the same state, the submount member 9 is moved in the z direction, and then the depression angle is determined.
  • the metal submount 33 and the fixing member 8 of the submount member 9 and the fixing member 8 and the base 3 are spot YAG welded. Fix it.
  • the metal submount 33 and the fixing member 8 are made of a material suitable for laser welding, such as Fe-Ni-Co alloy. This completes the base module for incorporation into the knocker.
  • the Peltier module 2 is fixed to the package 1 with Sn-Pb solder, and wiring is performed between the Peltier module 2 and the electrode of the package 1.
  • the base 3 of the base module completed previously is fixed on the Peltier module 2 with InPbAg solder. Further, the laser diode 5, the photodiode 4, the MZ type modulator 10 and the thermistor 18 on the nonmetallic submount 34 are wired between the corresponding electrodes of the package 1.
  • the lid 14 is welded to seal the knocker.
  • the laser diode 5 is driven through the electrode of the package 1, and an optical system in which the condensing lens 12 and the optical fiber 13 held by the ferrule 17 are integrated at the package exit is connected to the laser diode 5. Secure to maximize strength.
  • the MZ modulator 10 having a fine optical waveguide can be moved and aligned, the optical coupling efficiency can be improved. Also light module Can improve assembly yield.
  • FIG. 8 shows the change in coupling efficiency with respect to the height deviation from the optical axis of the optical waveguide element when the focal length of the condenser lens 7 is 700 ⁇ m. Is shown in ⁇ m, and the coupling efficiency is shown in dB on the vertical axis.
  • the optical axis shift occurs by about 200 m due to variations in the thickness of the optical waveguide element, and the coupling efficiency decreases by about 2 dB.
  • the fixing position of the optical waveguide element can be adjusted, so that the reduction in coupling efficiency can be almost OdB. That is, the use of the present invention is expected to improve the coupling efficiency by about 1.6 times.
  • the optical waveguide element 10 mounted on the submount member 9 is not limited to the MZ type modulator, and any optical waveguide element having an optical waveguide such as a wavelength converter, an optical switch, an AWG, or a ring resonator. Good. For example, if a ring resonator and an FP (Fabry-Perot resonator) type laser diode are combined, a tunable laser module can be formed.
  • FP Fabry-Perot resonator
  • FIG. 9 and FIG. 10 show perspective views of the optical waveguide element 10 employed in the optical module according to the second embodiment of the present invention, together with the fixing member 8.
  • the filling member 19 made of a good thermal conductor material conductive material
  • the temperature of the optical waveguide element 10 can be easily adjusted via the fixing member 8.
  • the top surface of the base 31 of the fixing member 8 and the bottom surface of the metal submount 33 are preliminarily wettable with respect to the solder to be used, such as Ni / Au plating 20.
  • Surface treatment with a new material.
  • solder is injected through this surface treatment portion.
  • a solder having a melting point higher than that of InPbAg solder for fixing the Peltier module 2 and the base 3 is used, for example, Sn-Pb solder.
  • Sn-Pb solder solder having a melting point higher than that of InPbAg solder for fixing the Peltier module 2 and the base 3 is used, for example, Sn-Pb solder.
  • the length of the fixing member 8 in the waveguide direction is limited, and a space for solder injection may not be secured. So in this case, for example, as shown in FIG. 10, a part of the standing wall 32 may be cut in the middle, and the surface between them may be surface-treated, and solder may be injected from the surface-treated portion.
  • FIGS. 11 (a) and 11 (b) are respectively a cross-sectional view showing an optical waveguide element 10 employed in an optical module according to a third embodiment of the present invention together with a fixing member 8, and a submount.
  • 1 is a perspective view of an optical waveguide element 10 including a member 9.
  • metal plates (metal submounts) 33 are respectively attached to both side surfaces of a rectangular parallelepiped non-metallic submount 34.
  • spot YAG welding is possible between the submount member 9 and the standing wall 32.
  • a metal plate suitable for laser welding material: Fe NiCo, etc.
  • solder is bonded to the side surface of the submount with solder.
  • FIG. 12 is a perspective view showing the submount member 9 and the fixing member 8 in a separated state in order to show a modification of the submount member in the optical module according to the first embodiment of the present invention.
  • the protrusion 25 is arranged on the inside of the standing wall 32 so that the submount member 9 can enter. Thereby, the deflection width in the depression direction of the submount member 9 is reduced, and the optical coupling efficiency is improved.
  • the optical module and the manufacturing method thereof of the present invention are not limited to the configurations of the above embodiments, but the configurations of the above embodiments. To which various modifications and changes are made within the scope of the present invention.

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Abstract

 光導波路素子(10)は、対向する2つの起立壁(32)を有する金属製の固定部材(8)と、起立壁(32)の間に挿入される直方体形状の金属製サブマウント(33)及びその上に搭載される非金属製サブマウント(34)を有するサブマウント部材(9)に搭載されて、基台(3)上に固定される。固定部材(8)とサブマウント部材(9)との間、及び、固定部材(8)と基台(3)との間は、それぞれYAG溶接でスポット溶接される。

Description

光モジュール
技術分野
[0001] 本発明は、光モジュール及びその製造方法に関し、更に詳しくは、ハイブリッド光集 積デバイスを有する光モジュール及びその製造方法に関する。
背景技術
[0002] 近年、インターネットの普及により、光システムの小型化に対する要求が増している 。その解決策の一つとして、光導波路を有する光導波路素子同士の集積が検討され ている。これら光素子同士の集積の方法には、モノリシック集積とハイブリッド集積と が考えられる。モノリシック集積デバイスは、小型化の究極の姿であるが、作製プロセ スの制限や、レーザを集積した場合に反射戻り光の影響が無視できないなど、個々 の光素子の機能最適化が困難である。また、光素子が大型化し製造工程が複雑に なるため、歩留まりが悪いことが懸念される。
[0003] 一方、ハイブリッド集積デバイスは、光結合のための光学レンズが必要になるなど、 部品点数が多くなるものの、個々の光素子の機能最適化が容易であること、デザイン 変更が容易であること、異なる材料で作製された光素子同士を集積することができる など、応用範囲が広 、ことから注目されて 、る。
[0004] ハイブリッド集積デバイスでは、光導波路素子同士の位置合わせが特に重要であ る。従来は、高さ方向の位置を決める際に、光導波路素子を搭載するサブマウントの 高さを予め相手の光導波路素子に合わせておく方法、或いは、高さ調整が必要な場 合には、スぺーサで調整するという方法が取られていた。前者の技術は、例えば特 開 2004— 289011号公報に記載されて 、る。
[0005] しかし、半導体光導波路では、作製工程において半導体基板が研磨されるため、 半導体積層方向に平行な上下方向の導波路位置にばらつきが生じる。また、導波路 の寸法が数; z mオーダと小さぐ光導波路素子相互の結合トレランスが厳しいため、 結合レンズの微調整だけでは、結合効率の向上が見込めない場合がある。このため 、位置合わせが容易なハイブリッド光集積デバイスが望まれて 、た。 [0006] 特開 2001— 59925号公報は、光導波路を有する光導波路素子と光学レンズなど の光学素子とを光学的に結合する際に、その位置合わせが容易な光モジュールを 記載している。特開 2001— 59925号公報に記載の光モジュールでは、光アイソレ ータ及び光学レンズを含む光学素子を搭載するホルダを、ホルダ保持部に保持した 状態で、モジュール内の光導波路素子に位置合わせし、予め基台上に固定したホル ダ保持部にそのホルダを固定する構造を採用して 、る。
[0007] 特開 2001— 59925号公報に記載の構造によると、光学素子と光導波路素子の位 置合わせが容易になる利点がある。しかし、この公報では、光学素子と光導波路素 子の位置合わせにっ 、ては記載があるが、光導波路素子が複数存在する場合に、 その光導波路素子相互を、光学素子を介して位置合わせする構造は記載されて 、 ない。
発明の概要
[0008] 本発明は、上記に鑑み、光学素子を介して複数の光導波路素子を相互に光学的 に結合するハイブリッド型の光モジュールであって、その光学的な結合の際の位置 精度が高く且つ容易に行われるように改良された光モジュール、及び、その製造方 法を提供することを目的とする。
[0009] 本発明は、それぞれが光導波路を有し基台上に配置された複数の光導波路素子 を、光学レンズを含む光学系を介して光学的に結合する光モジュールにおいて、 前記光導波路素子の少なくとも 1つを前記基台上に支持する支持部材が、 前記基台上に固定される略直方体形状の基部と該基部の上面力 直立し相互に 対向して延在する 2枚の起立壁とを有する固定部材と、
略直方体形状のサブマウント部材であって、対向する側面が前記 2枚の起立壁の 対向する壁面に挟持され、前記基部から離隔して前記起立壁に支持されるサブマウ ント部材と、
を含むことを特徴とする光モジュールを提供する。
[0010] また、本発明は、それぞれが光導波路を有し基台上に配置した複数の光導波路素 子を、光学レンズを含む光学系を介して光学的に結合する、光モジュールの製造方 法において、 略直方体形状の基部と該基部の上面から直立し相互に対向して延在する 2枚の起 立壁とを有する固定部材を用意するステップと、
前記 2枚の起立壁の離隔距離に適合した離隔距離を持つ 2つの対向面を有する略 直方体形状のサブマウント部材に、前記光導波路素子の少なくとも 1つを搭載するス テツプと、
前記光導波路素子を搭載したサブマウント部材を、前記対向面を前記起立壁の壁 面上でスライドさせつつ、前記 2つの起立壁の間に挿入するステップと、
前記少なくとも 1つの光導波路素子を、前記光学系の少なくとも一部を介して他の 光導波路素子に光学的に位置合わせした後に、前記サブマウント部材と前記固定部 材との間、及び、前記固定部材と前記基台との間をそれぞれ固定するステップと、 を有することを特徴とする光モジュールの製造方法を提供する。
[0011] 本発明の光モジュール及び本発明方法で製造された光モジュールは、光モジユー ルの基台上で光学系を介して複数の光導波路素子を光学的に結合する際に、光導 波路素子、サブマウント部材及び固定部材を相互に組み合わせた状態で、基台に対 して光導波路素子を移動させて調整することにより、光軸の位置及び角度調整が精 度高く且つ容易に行われ、その後サブマウント部材と固定部材、及び、固定部材と基 台とを固定することにより、光結合効率が高く且つ製作も容易な光モジュールが得ら れる。
[0012] また、基台に対してー且サブマウント部材を固定した後に、例えば光学レンズの位 置ずれなどにより、双方の光導波路素子の光軸がずれた場合には、固定部材とサブ マウント部材の固定を外して、或いは、基台と固定部材との固定を外して、再度の調 整も可能になる。このため、光モジュールのパッケージ組み立て時の歩留まりが向上 する。
[0013] 従来は、スぺーサで高さ方向の位置決めをする場合には、集積する相手側の光導 波路素子に対して、高さが異なる複数のスぺーサを用意する必要があった。しかし、 本発明のサブマウント部材及び固定部材の組み合わせを用いることにより、集積する 光導波路素子の形状が変わっても、同じ形状のサブマウント部材及び固定部材の組 み合わせで対応できるので、製品の種類に対してこれら部材の点数を減らすことが できる。
図面の簡単な説明
[0014] [図 1]本発明の第 1の実施形態に係る光モジュールの縦断面図。
[図 2]図 1の光モジュールにおける MZ型変調器をサブマウント部材及び固定部材と を含んでなる支持部材と共に示す横断面図。
[図 3]図 2の MZ型変調器を位置決めする際の状態を示す斜視図。
[図 4]図 2の MZ型変調器の構造を示す斜視図。
[図 5]図 4の MZ型変調器の入出射導波路部分における横断面図。
[図 6]図 4の MZ型変調器の製造工程を順次に示す平面図及び断面図。
[図 7]図 6に後続する製造工程を順次に示す平面図及び断面図。
[図 8]光導波路素子の光軸からの高さずれ量に対する結合効率の変化を表したダラ フ。
[図 9]本発明の第 2の実施形態に係る光モジュールにおける光導波路素子を支持部 材と共に示す斜視図。
[図 10]第 2の実施形態に係る光モジュールの変形例における光導波路素子を支持 部材と共に示す斜視図。
[図 11]本発明の第 3の実施形態に係る光モジュールにおける光導波路素子を支持 部材と共に示す断面図及び光導波路素子とサブマウント部材を共に示す斜視図。
[図 12]第 1の実施形態の変形例の光モジュールにおける光導波路素子と支持部材 の分離斜視図。
発明を実施するための最良の形態
[0015] 以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。図面では、同様な構成要素 には、同様な参照符号を付した。
図 1は、本発明の第 1の実施形態に係る光モジュールを示す縦断面図である。光モ ジュールは、パッケージ 1内に収容された基台 3上に配置された複数の光導波路素 子 5、 10、及び、光学レンズを含む光学系 6、 24、 7、 11と、パッケージ外部に配置さ れた光学系 12、 13から構成される。この光モジュールは、光ファイバ 13に光結合さ れる。基台 3は、温度調整器を構成するペルチェモジュール 2上に搭載され、ベルチ ェモジュール 2により、光導波路素子 5、 10から発生する熱量が除去される。
[0016] 基台 3上に搭載される光素子には、レーザダイオード 5、及び、 MZ型変調器 10が 含まれている。レーザダイオード 5は、所定波長のレーザ光を発生する光導波路素子 であり、たとえば DFBアレイ型波長可変レーザダイオードを用いることができる。 MZ 型変調器 10は、マッハツエンダ (MZ)型干渉導波路を有する光導波路素子であり、 レーザダイオード 5が発生したレーザ光を変調して光ファイバ 13に供給する。 MZ型 変調器 10は、サブマウント部材 9上に搭載され、固定部材 8を介して基台 3上に固定 される。フォトダイオード 4は、レーザダイオード 5が発生したレーザ光を受光し、その 強度をモニタする。
[0017] パッケージ内の光学系は、レーザダイオード 5に形成された光導波路と、 MZ型変 調器 10とを光学的に結合するために配設されており、コリメートレンズ 6、光アイソレ ータ 24及び集光レンズ 7を含む。また、コリメートレンズ 11、集光レンズ 12は、 MZ型 変調器 10からの出射光をファイバ 13に結合させるために配設されている。
[0018] 図 2は、基台 3上に搭載した MZ型変調器 10をその横断面図で示している。基台 3 上には、基部 31及び基部 31上に起立し相互に対向する 2枚の起立壁 32から成る金 属製の固定部材 8が固定されている。双方の間の固定は、基部 31と基台 3とを YAG レーザでスポット溶接することで行われる。固定部材 8の対向する 2枚の起立壁 32の 間には、 MZ型変調器 10を搭載する直方体形状の金属製サブマウント 33が挟持さ れる。 MZ型変調器 10は、非金属製サブマウント 34に搭載され、非金属製サブマウ ント 34は、前記金属製サブマウント 33に搭載されている。金属製サブマウント 33及 び非金属製サブマウント 34が相互にはんだ固定されて、 MZ型変調器 10を搭載する サブマウント部材 9を構成し、サブマウント部材 9と固定部材 8とを含んでなる支持部 材により、 MZ型変調器 10が基台 3上で位置決めされ、固定されている。金属製サブ マウント 33の横幅寸法は、対向する起立壁 32の離隔距離に適合しており、 MZ型変 調器 10は、金属製サブマウント 33及び非金属製サブマウント 34に外力を印加しない 状態で、起立壁 32に挟持されて静止可能である。
[0019] 図 3は、 MZ型変調器 10を位置決めする際の様子を示す斜視図である。固定部材 8を、基台 3上に配置する。次いで、金属製サブマウント 33と非金属製サブマウント 3 4とからなるサブマウント部材 9上に MZ型変調器 10を固定した状態で、位置決めァ ーム 16でサブマウント部材 9を挟持し、固定部材 8の双方の起立壁 32の間に挿入す る。次いで、既に固定されているレーザダイオード 5を動作させ、レーザ光を発生させ る。位置決めアーム 16を操作して、起立壁 32の間でサブマウント部材 9を光軸方向( Z方向)及び上下方向(Y方向)に動かし、また、起立壁 32の間にサブマウント部材 9 を配置したまま固定部品 8ごとサブマウント部材 9を横方向 (X方向)に動かすことによ り、 MZ型変調器 10の干渉導波路とレーザダイオード 5の導波路とを位置合わせする
[0020] 図 4は、 MZ型変調器 10の構造を示す斜視図である。 MZ型変調器 10は、半導体 基板 40上に MZ (マッハツ ンダ)型干渉導波路を有する半導体素子である。マツノ、 ツエンダ型干渉導波路は、 z軸方向に入射導波路 44aに入射した光を MMI (マルチ モード干渉器)カプラ 41で分波して一対のアーム 42に導入し、各々のアーム 42を透 過した光を再び MMI力ブラ 41で合波して出射導波路 44bから出力する。アーム 42 には電極 43が形成されており、この電極 43を介してアーム 42に電界や電流を印加 してアーム 42の光路長を変化させることにより、この導波路を光変調器として用いる。 光軸に平行な z軸方向の長さは、アーム 42力約 1000 m、 MMIカプラ 41が約 100 μ mで、素子全体の長さは 2000 μ m程度である。
[0021] 図 5は、図 4の MZ型変調器 10における入出射導波路 44a, 44bを光軸方向と直交 する平面で切断して示す横断面図である。 MZ型変調器 10の幅は約 250 m、基板 40の厚さは約 100 mである。光はクラッド層 44及び 46の間に挟まれた導波路層 4 5を伝搬する。導波路層 45の幅は約 2 m、厚さは約 0.4 mである。なお、図 4及び 図 5では、導波路構造として、活性層幅とメサ幅とが等しいハイメサ型のものを例示し たが、導波路構造は、メサ幅に対して活性層幅が広いローメサ型、或いは、ハイメサ 型で、活性層の両脇が絶縁物質で覆われている埋め込み型も可能である。いずれの 導波路構造においても、導波路層の幅、厚さはハイメサ型の場合とほぼ等しいため、 位置決めトレランスは、ほぼ同等である。
[0022] 図 6 (a)〜(d)、図 7 (e)〜 (g)を参照して MZ型変調器の製造方法にっ 、て述べる
(図 6 (a)〜(d)、図 7 (e)〜 (g)の各図において、左側の図は平面図、右側の図は断 面図を表している)。なお、上記ハイメサ型の MZ型変調器を例に挙げて説明する。 まず、基板 51上に、 MOCVD結晶成長装置を用い、活性層 52、及び、導波路の上 部クラッド層 53を成長する(図 6 (a) )。次いで、 SiNx膜 54を蒸着法により堆積し、フ オトレジスト、フォトマスクを用いて導波路パターンを SiNx膜 54に転写する(図 6 (b) ) 。次いで、 ICPなどのドライエッチング装置を用い、 SiNx膜 54をマスクとして、導波路 層をエッチングで形成する(図 6 (c) )。埋め込み導波路層の場合には、その後に導 波路層の脇を絶縁物質で埋め込む。
[0023] その後、 SiNx膜 54を除去する(図 6 (d) )。次いで、全面に SiNx膜 55どの絶縁膜 を蒸着により堆積する(図 7 (e) )。フォトレジスト、及び、フォトマスクを用いて、電極が 形成される部分の SiNx膜 55を除去し、フォトレジスト、及び、フォトマスクを用いて電 極 56を形成する(図 7 (f) )。その後、基板 51の裏面を研磨し、基板裏面に電極 57を 形成する(図 7 (g) )。
[0024] 基板裏面の研磨は、電極 57の作製と素子作製後のチップ化のために行われる。こ のように基板の裏面研磨は必須の工程である力 基板厚さを数 mのオーダで制御 することは困難であり、導波路の高さ方向のばらつきは必然的に生じてしまう。上記 実施形態の光モジュールでは、 MZ型変調器 10の高さ方向のばらつきに対応するた めに、固定部材 8を用いて、 MZ型変調器 10の導波路とレーザダイオード 5の導波路 とを位置合わせし、且つ、光軸合わせしている。
[0025] 図 1の光モジュールの製造方法について述べる。 CuWなどの材料で形成した基台 3の単体を用意し、その上に、 Au-Snなどのはんだでレーザダイオード 5を上部に固 定したサブマウント 35を、はんだで固定する。このはんだは、サブマウント 35上でレ 一ザダイオード 5を固定した Au-Snはんだと同じ材料、或いは、それよりも融点が低い はんだを用いる。
[0026] 次!、で、基台 3に、 Au-Snなどのはんだで上部にフォトダイオード 4を固定したサブ マウント 36を固定する。はんだは、レーザダイオード 5で用いるはんだと同じものでよ い。次いで、レーザダイオード 5を駆動し、透過光をカメラで観察しながら固定部材 2 1に搭載したコリメートレンズ 6を位置合わせし、基台 3上に YAG溶接で固定する。固 定部材 21は、 Fe-Ni-Co合金などレーザ溶接に適した材料で形成して ヽる。 [0027] 次 、で、レーザダイオード 5を駆動し、透過光をカメラで観察しながら、アイソレータ 24を YAG溶接で基台 3上に固定する。更に、レーザダイオード 5を駆動し、固定部材 22に搭載した集光レンズ 7を位置合わせし、 YAG溶接で基台 3上に固定する。固定 部材 22は、 Fe-Nト Co合金など YAG溶接に適した材料で形成している。更に、固定 部材 8に挟持されたサブマウント部材 9に搭載された MZ型変調器 10の位置及び俯 角を、透過光強度が最大になるように調整する。調整の際には、図 3に示したように サブマウント部材 9を挟持した位置決めアーム 16を動かすことで、固定部材 8及び M Z型変調器 10を固定したサブマウント部材 9を一体的に動かす。
[0028] すなわち、サブマウント部材 9を起立壁 32の間に挟み込んだ状態で、固定部材 8ご と、基台 3上で X方向に動かす。次いで、同様にサブマウント部材 9を起立壁 32の間 に挟み込んだ状態で、 y方向に動かす。更に、同様な状態で、サブマウント部材 9を z 方向に動かし、次いで、俯角を決定する。
[0029] サブマウント部材 9上に固定した MZ型変調器 10の位置が決定したら、サブマウン ト部材 9の金属製サブマウント 33と固定部材 8、固定部材 8と基台 3とをスポット YAG 溶接で固定する。金属製サブマウント 33及び固定部材 8は、 Fe-Ni-Co合金などレー ザ溶接に適した材料で形成している。これにより、ノ ッケージに組み込むための基台 モジュールが完成する。
[0030] 次!、で、パッケージ 1にペルチェモジュール 2を Sn-Pbはんだで固定し、ペルチェモ ジュール 2とパッケージ 1の電極間とを配線する。次いで、ペルチェモジュール 2上に 、先に完成した基台モジュールの基台 3を InPbAgはんだで固定する。更に、レーザダ ィオード 5、フォトダイオード 4、非金属製サブマウント 34上の MZ型変調器 10、サー ミスタ 18と、パッケージ 1の対応する電極間とを配線する。
[0031] その後、蓋 14を溶接することにより、ノ ッケージを封止する。パッケージ 1の電極を 介してレーザダイオード 5を駆動し、パッケージ出口に集光レンズ 12とフエルール 17 に保持された光ファイバ 13とが一体になつた光学系を、レーザダイオード 5と結合す る光の強度が最大になるように固定する。
[0032] 上記実施形態では、微細な光導波路を有する MZ型変調器 10を動かして位置合 わせすることが出来るため、光結合効率を向上させることができる。また、光モジユー ルの組み立て歩留まりを向上させることができる。
[0033] 図 8は、集光レンズ 7の焦点距離を 700 μ mとした場合における、光導波路素子の 光軸からの高さずれ量に対する結合効率の変化を示し、高さずれ量を横軸に μ mで 示し、結合効率を縦軸に dBで示す。従来技術では、光導波路素子の厚さのばらつき 等によって 200 m程度光軸ずれが生じ、結合効率が約 2dB程度低下する。しかし 、本発明では、光導波路素子の固定位置を調整できるので、結合効率の低下をほぼ OdBにできる。すなわち、本発明の使用によって、結合効率を約 1. 6倍に改善できる ことが期待される。
[0034] 上記実施形態では、光導波路素子 10として MZ型変調器を採用した例を示した。
しかし、サブマウント部材 9上に搭載される光導波路素子 10としては、 MZ型変調器 に限らず、波長変換器、光スィッチ、 AWG、リング共振器など光導波路を有する光 導波路素子であればよい。例えば、リング共振器と FP (フアブリ-ペロー共振器)型レ 一ザダイオードを組み合わせれば、波長可変レーザモジュールとして構成することが できる。
[0035] 図 9及び図 10はそれぞれ、本発明の第 2の実施形態に係る光モジュールで採用さ れる光導波路素子 10を固定部材 8と共に斜視図で示している。本実施形態では、サ ブマウント部材 9の金属製サブマウント 33の底面と、固定部材 8の基部 31の上面との 間に、熱良導体材料 (導電性材料)から成る充填部材 19を充填した例である。このよ うに、熱良導体材料から成る充填部材 19を注入することにより、固定部材 8を介して の光導波路素子 10の温度調整が容易になる。
[0036] 図 9及び図 10の実施形態では、あらかじめ固定部材 8の基部 31の上面と金属製サ ブマウント 33の底面とに、 Ni/Auメツキ 20など、使用するはんだに対して濡れ性のよ い材料で表面処理しておく。固定部材 8と基台 3との固定、及び、固定部材 8と金属 製サブマウント 33との固定のための YAG溶接を行った後に、この表面処理部分を介 してはんだを注入する。はんだは、ペルチェモジュール 2と基台 3とを固定するための InPbAgはんだよりも融点が高いはんだ、例えば Sn-Pbはんだを用いる。図 9では、使 用する集光レンズ 7、コリメートレンズ 11の焦点距離によっては、固定部材 8の導波路 方向の長さが限られ、はんだ注入のためのスペースが確保できない場合がある。そ の場合には、例えば図 10に示すように、起立壁 32の一部を中間で切断し、その間を 表面処理しておき、その表面処理部分からはんだを注入してもよ 、。
[0037] 図 11 (a)及び (b)はそれぞれ、本発明の第 3の実施形態に係る光モジュールで採 用される光導波路素子 10を固定部材 8と共に示す横断面図、及び、サブマウント部 材 9を含む光導波路素子 10の斜視図である。本実施形態では、直方体形状の非金 属製サブマウント 34の両側面にそれぞれ金属板 (金属製サブマウント) 33を取り付け ている。これによつて、サブマウント部材 9と起立壁 32との間でスポット YAG溶接が可 能になる。サブマウントの側面には、あら力じめレーザ溶接に適した金属板 (材料: Fe NiCoなど)をはんだで接着しておく。
[0038] 図 12は、本発明の第 1の実施形態の光モジュールにおけるサブマウント部材の変 形例を示すために、サブマウント部材 9と固定部材 8とを分離した状態で示す斜視図 である。本変形例では、起立壁 32の内側に、サブマウント部材 9が入る程度の大きさ で突起 25を配置する。これにより、サブマウント部材 9の俯角方向の振れ幅が小さく なり、光結合効率が向上する。
[0039] 以上、本発明をその好適な実施態様に基づいて説明したが、本発明の光モジユー ル及びその製造方法は、上記実施態様の構成にのみ限定されるものではなぐ上記 実施態様の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる

Claims

請求の範囲
[1] それぞれが光導波路を有し基台上に配置された複数の光導波路素子を、光学レン ズを含む光学系を介して光学的に結合する光モジュールにおいて、
前記光導波路素子の少なくとも 1つを前記基台( 3)上に支持する支持部材 (8、 9) が、
前記基台上に固定される略直方体形状の基部(31)と該基部の上面から直立し相 互に対向して延在する 2枚の起立壁(32)とを有する固定部材 (8)と、
略直方体形状のサブマウント部材(9)であって、対向する側面が前記 2枚の起立壁 (32)の対向する壁面に挟持され、前記基部(31)から離隔して前記起立壁に支持さ れるサブマウント部材(9)と、
を含むことを特徴とする光モジュール。
[2] 前記サブマウント部材 (9)が、前記起立壁に支持される金属製の第 1のサブマウン ト (33)と、該第 1のサブマウント (33)に支持され、前記光導波路素子(10)を搭載す る非金属性の第 2のサブマウント(34)とを含む、請求項 1に記載の光モジュール。
[3] 前記基台(3)と前記固定部材 (8)との間、及び、前記固定部材 (8)と前記サブマウ ント部材(9)との間は、それぞれスポット溶接で固定されている、請求項 1又は 2に記 載の光モジュール。
[4] 前記サブマウント部材 (9)の底面と、前記基部 (31)の上面との間に熱良導体材料 力 成る充填部材(19)が充填されている、請求項 1に記載の光モジュール。
[5] 前記充填部材(19)が、前記基台(3)をパッケージ内に固定するはんだよりも融点 が高いはんだである、請求項 4に記載の光モジュール。
[6] 前記サブマウント部材 (9)の底面と前記基部(31)の上面とが、前記充填部材(19) の充填に先立ってメツキされている、請求項 5に記載の光モジュール。
[7] それぞれが光導波路を有し基台(3)上に配置した複数の光導波路素子を、光学レ ンズを含む光学系を介して光学的に結合する、光モジュールの製造方法において、 略直方体形状の基部(31)と該基部の上面力 直立し相互に対向して延在する 2 枚の起立壁(32)とを有する固定部材 (8)を用意する第 1のステップと、
前記 2枚の起立壁 (32)の離隔距離に適合した離隔距離を持つ 2つの対向面を有 する略直方体形状のサブマウント部材 (9)に、前記光導波路素子(10)の少なくとも 1 つを搭載する第 2のステップと、
前記光導波路素子(10)を搭載したサブマウント部材 (9)を、前記対向面を前記起 立壁(32)の壁面上でスライドさせつつ、前記 2つの起立壁(32)の間に挿入する第 3 のステップと、
前記少なくとも 1つの光導波路素子(10)を、前記光学系の少なくとも一部を介して 他の光導波路素子(5)に光学的に位置合わせした後に、前記サブマウント部材 (9) と前記固定部材 (8)との間、及び、前記固定部材 (8)と前記基台(3)との間をそれぞ れ固定する第 4のステップと、
を有することを特徴とする光モジュールの製造方法。
[8] 前記サブマウント部材 (9)の少なくとも前記対向面、及び、前記固定部材 (8)の起 立壁(32)がそれぞれ金属製であり、前記第 4のステップはスポット溶接法を用いる、 請求項 7に記載の光モジュールの製造方法。
[9] 前記サブマウント部材 (9)の底面と前記基部 (31)の上面との間に、熱良導体材料 力 成る充填部材(19)を充填する第 5のステップを有する、請求項 8に記載の光モ ジュールの製造方法。
[10] 前記サブマウント部材 (9)が、前記起立壁 (32)に支持される金属製の第 1のサブ マウント(33)と、該第 1のサブマウント(33)に支持され、前記光導波路素子(10)を 搭載する非金属性の第 2のサブマウント(34)とを含む、請求項 7〜9の何れか一に記 載の光モジュールの製造方法。
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