WO2007142089A1

WO2007142089A1 - 光送信モジュール及びその製造方法

Info

Publication number: WO2007142089A1
Application number: PCT/JP2007/060957
Authority: WO
Inventors: Mitsunori Kanemoto; Taro Kaneko; Mitsuru Kurihara
Original assignee: Nec Corporation
Priority date: 2006-06-08
Filing date: 2007-05-30
Publication date: 2007-12-13
Also published as: US8192093B2; JPWO2007142089A1; JP5287243B2; US20100178012A1

Abstract

　耐衝撃性や耐熱衝撃性などの長期信頼性に優れ、製造効率が高く、小型化・軽量化・集積化が容易で、光出力の損失が小さい光送信モジュールを提供する。　出力側に配置される第１の光デバイス１１８と、第１の光デバイス１１８と光軸が合わされて配置される第２の光デバイス１２２と、第１及び第２の光デバイス１１８、１２２を収容するパッケージ１１１と、第１の光デバイス１１８が出射する光をパッケージ１１１外へ導出する光ファイバ１１５とを備え、第１の光デバイス１１８と第２の光デバイス１２２とが互いに光軸に垂直な面で密着して固定されている。

Description

明細書

光送信モジュール及びその製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、光通信システムにおいて用いられる光送信モジュール及びその製造方法に関し、特に、半導体レーザと半導体光増幅器などの複数の光デバイスを同一パッケージ内に収容した光送信モジュール及びその製造方法に関する。

背景技術

[0002] 近年、光通信需要の拡大にともな!/、、波長多重通信システムにお!/、ては、光フアイバアンプの 32nm程度の帯域内に 40〜80波もの波長信号を束ねるため、多くの波長の光源が必要となり、また、ネットワーク障害時の予備用光源も数多く用意せねばならなヽとヽぅ問題があった。

[0003] また、ネットワークの柔軟性を高めるために、遠隔操作により各波長信号のルートを変える機能への要求が高まっており、この点からも光ファイバアンプの帯域をカバーする広範囲の波長可変光源が望まれて、る。

[0004] これを実現するものとして、これまでにいくつかの波長可変光源が実現されている

1S いずれも構造が複雑であって量産が難しぐ価格も高い。よって、量産に適した波長可変光源の実現が望まれてヽる。

[0005] 従来の波長可変光送信モジュールとしては、非特許文献 1や非特許文献 2に開示されるものがある。これらの非特許文献に開示される光送信モジュールは外部共振型と呼ばれるタイプの構造である。

[0006] また、波長可変光送信モジュールの別の従来技術として、特許文献 1に開示される「レーザモジュール」、特許文献 2に開示される「多重チャンネル光源及びそれを用いた多重チャンネル光モジュール」、特許文献 3に開示される「光モジュール」などがある。

特許文献 1：特開 2003 - 110190号公報

特許文献 2 :特開 2005— 150724号公報

特許文献 3：特開 2005 - 352230号公報非特許文献 l :ftp：〃 download.intel.com/design/network/ProdBrf/30081902.pdf 特許文献 2： ftp:/ 1 download.intel.com/ design/ network/ products/ optical/ prodbrf/ 30664501.pdf

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] しかし、非特許文献 1や非特許文献 2に開示された光送信モジュールには、下記のような問題がある。

[0008] 第 1に、光軸方向の剛性が小さぐ光軸がずれやすい。この原因は、外部共振型自体が、ミラーなどの光部品を多数使用し、それによつて複雑な構造となっているため、光送信モジュールの長さが長くなるためである。

[0009] 第 2に、低価格ィ匕が難しく製造効率も悪い。この原因は、構成部品点数が多いために製造工程が長ぐ製造原価が高いためである。

[0010] 第 3に、小型化、軽量化、及び集積ィ匕を図る上で不利である。この原因は構成部品が多ぐそれらを設置するスペースを必要とするためである。

[0011] 第 4に、光出力の損失が大きい。この原因は、ミラーなどの光部品を多数使用しているため、光部品を通過する際の光の減衰、ケラレ損の発生があるためである。

[0012] また、特許文献 1〜3のそれぞれに開示される発明では、二つの光素子が密着して固定されてはいないため、二つの光素子の光軸がズレやすぐ耐衝撃性や耐熱衝撃性などの長期信頼性に劣ることとなる。さらに、二つの光素子を温度制御する材料として、熱伝導率の良い材料を使用していないために、熱の伝わりが悪ぐ熱特性に劣ることとなる。

[0013] 本発明は、カゝかる問題に鑑みてなされたものであり、耐衝撃性や耐熱衝撃性などの長期信頼性に優れ、製造効率が高ぐ小型化'軽量化'集積化が容易で、光出力の損失が小さ!ヽ光送信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。課題を解決するための手段

[0014] 上記目的を達成するため、本発明は、第 1の態様として、出力側に配置される第 1 の光デバイスと、第 1の光デバイスと光軸が合わされて配置される第 2の光デバイスと、第 1及び第 2の光デバイスを収容するパッケージと、第 1の光デバイスが出射する光をパッケージ外へ導出する光導出手段とを備え、第 1の光デバイスと第 2の光デバイスとが互いに光軸に垂直な面で密着して固定されていることを特徴とする光送信モジユールを提供するものである。

[0015] 本発明の第 1の態様においては、第 1の光デバイスが第 1のサブキャリアを介して第 1のキャリアに固定されており、第 2の光デバイスが第 2のキャリアに固定されており、第 1のキャリアは、第 2のキャリアと光軸に垂直な面で密着して固定されていることが好ましい。これに加えて、第 1及び第 2のキャリアは、同じペルチェ素子の上に固定されていること、又は、第 1及び第 2のキャリアは、それぞれ異なるペルチェ素子の上に固定されて、ることがより好まし、。

[0016] 本発明の第 1の態様の、第 1及び第 2のキャリアを備えた構成においては、第 2のキャリアの第 1のキャリアに突き当てられる部分には、薄肉部が設けられていることが好ましぐこれにカ卩えて、第 1のキャリアと第 2のキャリアとの固定力薄肉部においてなされることがより好ましぐさらに加えて、第 2のキャリアには、薄肉部を形成するための開口若しくは凹部が形成されていることがなお好ましい。

[0017] 本発明の第 1の態様の、第 1及び第 2のキャリアを備えた上記のいずれの構成においても、第 1のキャリアと第 2のキャリアとの固定が溶接によってなされることが好ましい。又は、第 1のキャリアと第 2のキャリアとの固定が接着によってなされることが好ましく、これに加えて、第 1のキャリアと第 2のキャリアとの接着に、紫外線硬化型接着剤が用いられることがより好ましい。又は、第 1のキャリアと第 2のキャリアとの固定がロウ付けによつてなされることが好ましい。

[0018] 本発明の第 1の態様の、第 1及び第 2のキャリアを備えた構成においては、第 1のキャリアと第 2のキャリアとが同じペルチェ素子上に固定されていることが好ましい。又は、第 1のキャリアと第 2のキャリアとがそれぞれ異なるペルチェ素子上に固定されていることが好ましい。

[0019] 本発明の第 1の態様の上記のいずれの構成においても、第 1の光デバイスは、入射された信号光を増幅する半導体光増幅器であることが好ましい。また、第 2の光デバイスは、プレーナ光波回路であることが好ましい。

[0020] また、上記目的を達成するため、本発明は、第 2の態様として、出力側に配置される第 1の光デバイスと、第 1の光デバイスと光軸が合わされて配置される第 2の光デバイスと、第 1及び第 2の光デバイスを収容するパッケージと、第 1の光デバイスが出射する光をパッケージ外へ導出する光導出手段とを備えた光送信モジュールの製造方法であって、第 1の光デバイスと第 2の光デバイスとを互いに光軸に垂直な面で密着させて固定することを特徴とする光送信モジュールの製造方法を提供するものである。

[0021] 本発明の第 2の態様においては、第 1及び第 2の光デバイスの光軸に垂直な面に対し対称となる点同士を少なくとも 2点づつ、少なくとも合計 4点を同時に溶接して第 1の光デバイスと第 2の光デバイスとを固定することが好ましい。また、光軸を通るキヤリアの主面と垂直な面に対し面対称となる 2点を同時に溶接することが好ましい。

[0022] 又は、本発明の第 2の態様においては、第 1及び第 2の光デバイスの光軸を通るキャリアの主面と垂直な面に対し面対称となる領域で接着して第 1の光デバイスと第 2 の光デバイスとを固定することが好まし、。

[0023] 又は、本発明の第 2の態様においては、第 1及び第 2の光デバイスの光軸を通るキャリアの主面と垂直な面に対し面対称となる領域でロウ付けして第 1の光デバイスと第 2の光デバイスとを固定することが好ま、。

[0024] 本発明の第 2の態様の上記のいずれの構成においても、第 1の光デバイスを第 2の光デバイスに押圧しつつ、これらを固定することが好まし、。

発明の効果

[0025] 本発明によれば、耐衝撃性に優れ、製造効率が高ぐ小型化'軽量化'集積化が容易で、光出力の損失が小さい光送信モジュール及びその製造方法を提供できる。発明を実施するための最良の形態

[0026] 〔第 1の実施形態〕

本発明を好適に実施した第 1の実施形態について説明する。図 1は、本実施形態にかかる光送信モジュールの断面図である。また、図 2は、本実施形態に係る光送信ユニットの斜視図である。

光送信モジュール 1は、パッケージ 111、ペルチェ素子 112、光送信ユニット 2、ファィバサポート 113、フエルール 114、光ファイバ 115及び結合レンズ 116を有する。ペルチェ素子 112は、ノッケージ 111内に設置され、光送信ユニット 2の温度を制御する。光送信ユニット 2は、ペルチェ素子 112の上に設置される。ファイバサポート 113は、パッケージ 111の開口部に取り付けられる。フエルール 114は、ファイバサポート 113によって支持される。光ファイバ 115は、フェルール 114によって保持される。結合レンズ 116は、フェルール 114の先端に設置される。

[0027] 光送信ユニット 2は、第 1のキャリア 117、第 1の光デバイス 118、第 1のサブキャリア 119、レンズ 120、第 2のキャリア 121、及び第 2の光デバイス 122を有する。

第 1のキャリア 117は、ベースの一部となる。第 1の光デバイス 118は、第 1のキヤリァ 117上に第 1のサブキャリア 119を介して設置される。レンズ 120は、第 1のキャリア 117上に固定される。第 2のキャリア 121は、ベースの一部となる。第 2の光デバイス 1 22は、第 2のキャリア 121上に固定される。

[0028] 光送信モジュール 1において、第 1の光デバイス 118から出射された信号光は、第 2の光デバイス 122を通り、第 2の光デバイス 122で光調整がされた上で再び第 1の光デバイス 118へと戻り、戻った光が増幅される。増幅された光は、レンズ 120を介して結合レンズ 116を通り、光ファイバ 115へ入射される。ペルチェ素子 112は、第 1の光デバイス 118及び第 2の光デバイス 122の温度を所定の範囲内に維持する。

[0029] 第 1の光デバイス 118は、第 1のサブキャリア 119に AuSnはんだなどを用いてダイボンディングされており、第 1のサブキャリア 119は第 1のキャリア 117に AuSnはんだなどによってダイボンディングされて、る。

レンズ 120は、第 1のキャリア 117上に接着などの方法によって固定されている。

[0030] 第 2の光デバイス 122は、第 2のキャリア 121に AuSnはんだなどを用いてダイボンデイングされている。

[0031] 第 1の光デバイスユニット 3は、第 1のサブキャリア 119と、第 1の光デバイス 118と、レンズ 120とで構成される。

[0032] 第 2の光デバイスユニット 4は、第 2のキャリア 121と第 2の光デバイス 122と力もなる

[0033] 第 1の光デバイスユニット 3と第 2の光デバイスユニット 4とは、例えば、紫外線硬化型接着剤を用いて、第 1のキャリア 117の光軸に垂直な面と、第 2のキャリア 121の光軸に垂直な面とで固定されている。 [0034] 第 1の光デバイスユニット 3と第 2の光デバイスユニット 4との固定時の紫外線照射条件は、十分な溶接強度が得られ、接着したときの位置ズレが最小となる照射距離、照射時間、出力分布を予め実験的に調査し、最適化しておくことが好ましい。接着固定時に発生する接着剤の収縮力を最小に抑える（すなわち、接着による位置ズレを最小に抑える)ことを考えると、照射強度は、接着固定できる範囲で最小出力が最も望ましぐ照射時間は、接着できる範囲で最小時間が最も望ましい。照射強度を減少させ、かつ、照射時間を短縮して接着可能とするには、接着部の肉厚を薄くすることが有効である。さら〖こ、紫外線の出力分布は、接着剤の収縮力の急激な変化に起因して、残留応力が発生したり、位置ズレが発生したりするのを抑制するために、時間的に徐々に下がるようにすることが好ましい。残留応力は、信頼性に大きく影響する。これらの紫外線照射条件は、接着部の形状、条件によるところが大きいため、各々の接着部の形状で紫外線照射条件を実験的に調査し、位置ズレと接着強度とから最適化するのが望ましい。

[0035] さらに、接着剤を確実に硬化させて、長期信頼性と接着強度とを確保するため、及び光送信モジュールとしての熱特性を確保するために、第 2のキャリア 121は紫外線を透過させ、かつ熱伝導率の良い材料とすることが好ましい。このような材料としては、窒化アルミ系の透光セラミックがあげられる。なお、図 3に示すように、第 2のキャリア 121を異なる複数の材料を複合した構成とし、紫外線を照射する部分 (紫外線照射部) 41には紫外線透過率に優れた材料 (ガラスなど)を用い、その他の部分 (紫外線非照射部) 42には熱伝導率の良、材料 (銅タングステンゃ窒化アルミなど)用いることが好ましい。

[0036] 一方、第 1のキャリア 117の材料は、光送信モジュール 2として熱特性を確保するために熱伝導率の高い材料、すなわち、銅タングステンゃ窒化アルミを用い、紫外線照射効率を上げるために、第 2のキャリア 121との接着面には金メッキなどの紫外線を反射させる効果のある表面処理を施すことが好ましヽ。

[0037] つまり、紫外線を照射する箇所には、紫外線透過率の高い材料を用い、第 1の光デバイス 118や第 2の光デバイス 122などの温度制御を要する素子の真下には、熱伝導率の高い材料を用いる。また、紫外線照射効率を上げるために、紫外線透過率の高い材料の他方の接着面は、紫外線の反射効率の高い材料を用いるカゝ、紫外線の反射効率を高める表面処理を施すことが重要である。

[0038] また、第 1の光デバイスユニット 3と第 2の光デバイスユニット 4との固定は、紫外線硬化型接着剤のみならず、その他の接着剤、又は、 YAGレーザ溶接、ロウ付けなどいかなる手法を用いても良い。

溶接の場合には、第 1の光デバイス 118及び第 2の光デバイス 122の光軸に垂直な面に対し対称となる点同士を少なくとも 2点づつ、少なくとも合計 4点を同時に溶接して第 1の光デバイス 118と前記第 2の光デバイス 122とを固定したり、光軸を通る第 1のキャリア 117の主面と垂直な面に対し面対称となる 2点を同時に溶接したりすることにより、溶接に伴う位置ズレの影響を最小限に抑えられる。

接着、溶接及びロウ付けのいずれの手法を用いる場合でも、第 1のキャリア 118を第 2のキャリア 122に押圧しつつ、これらを固定すると良い。

[0039] 本実施形態に力かる光送信モジュールの組立方法にっ、て説明する。

まず、第 1の光デバイス 118を有する第 1の光デバイスユニット 3を組み立てる。第 1 のキャリア 117に第 1のサブキャリア 119を AuSnはんだなどを用いてダイボンディングし、さらに、第 1のサブキャリア 119上に第 1の光デバイス 118を AuSnはんだなどを用いて光軸方向に高精度にダイボンディングして固定する。そして、第 1のキャリア 1 17上にお!、てレンズ 120の位置を調整する。

レンズ 120の位置の調整は、第 1の光デバイス 118を発光させ、レンズ 120からの光が出射されるべき箇所に赤外ビジコンカメラを設置し、赤外ビジュアルカメラに接続したモニタを見ながら光出力が最大となるようにすることで行、、第 1のキャリア 117上に接着するなどして固定する。

これで、第 1の光デバイス 118を有する第 1の光デバイスユニット 3が完成する。

[0040] 次に、第 2の光デバイス 122を有する第 2の光デバイスユニット 4を組み立てる。第 2 の光デバイス 122を AuSnはんだによって第 2のキャリア 121上に光軸方向に高精度にダイボンディングして固定する。

[0041] 次に、第 1の光デバイスユニット 3と第 2の光デバイスユニット 4との固定方法について説明する。図 4 (a)に示すように、第 1の光デバイスユニット 3と第 2の光デバイスュニット 4とを光軸に垂直な面同士で密着させ、また、第 2の光デバイスユニット 4を把持具 32にて把持し、 X, Y方向に移動させて調芯を行う。すなわち、第 1の光デバイス 1 18を発光させ、その光出力をファイバ結合レンズ 34及び光ファイバ 33を介して不図示のパワーメータで観測しながら、第 1の光デバイス 118からの光出力が最大となるように位置を調整する。その調整の際にプッシャ 35による第 2のキャリア 121への押圧力を徐々に高めていく。プッシャ 35による第 2のキャリア 121の押さえ込みは、図 5 に示すように、 3力所の押さえ領域 35aにて行う。その際、押さえの重心は光軸とできるだけ一致させる（理想は一致することである)。また、第 2のキャリア 121への押圧力を徐々に高めていく際にはその 3力所を各々力のバランスを取りながら光軸がずれないように制御しながら行う。プッシャ 35によって第 2のキャリア 121を押さえ込んだ状態で把持具 32による第 2の光デバイスユニット 4の把持を解除し、接着する（図 4 (b) ) 。この接着は、光軸に対して対称的に位置する接着部 45a, 45bによって行う。この二つの領域を同時に同一条件で硬化させることによって、接着剤が硬化する際に発生する収縮力のバランスをとることができ、接着に伴う位置ズレ、角度ズレを最小限に抑えられる。

接着部の光軸を通る垂直線からの距離 a、 bは、 a = bの関係が成立するようにする。なお、これらの接着部は、図 6 (a)、（b)に示す開口部（第 1キャリア 117と第 2のキヤリァ 121との隙間）に形成されるものである。

[0042] また、塗布した接着剤の厚さによって第 1の光デバイス 118と第 2の光デバイス 122 とに光軸方向の距離の位置ズレが発生しないように、第 1のキャリア 117と第 2のキヤリア 121の接着面を図 7 (a)〜(c)に示した形状と同様の形状とし、接着剤を塗布する箇所を約 5 μ mの段差として、確実に第 1のキャリア 17と第 2のキャリア 21とを光軸と垂直な面同士を固定し、第 1の光デバイス 118と第 2のデバイス 122の光軸方向の位置ズレを抑える。

なお、第 1のキャリア 117の中央の約 5 μ mの段差部分（図 7 (b)、 (c)の最も左の図にハッチングで示す部分）は、接着剤を塗布し、硬化させ、接着強度を高めるためのものである。

[0043] さらに、第 1の光デバイス 118と第 2の光デバイス 122の光が通る箇所に、接着剤が流れないように、幅 0. 5mm、深さ 0. 1mmの溝を第 1のキャリア 117に設け、接着剤の流れを防いでいる。

[0044] 第 1の光デバイスユニット 3と第 2の光デバイスユニット 4とを固定した後、接着剤の未硬化部の硬化と内部応力の緩和とのために、所定温度で所定時間加熱する。その後、図 1に示すように、第 1の光デバイスユニット 3と第 2の光デバイスユニット 4とをパッケージ 111内のペルチェ素子 112に固着し、光ファイバ 115に不図示の光パヮ一メータを接続して光出力を確認しながら、光出力が最大となるようにファイバサポート 113の位置を調整する。まず、ファイバサポート 113を X、 Y方向に移動させて位置調整を行った後ファイバサポート 113を YAGレーザ溶接によってパッケージ 111に固定し、続いてフェルール 114を Z方向に移動させて位置調整を行った後、フェルール 114を YAGレーザ溶接によってファイバサポート 113に固定する。

[0045] 上記の各接着部に対する紫外線の照射条件は、十分な接着強度が得られ、接着したときの位置ズレが最小となるように、照射強度、照射時間、出力分布を予め実験的に調査し、最適化してある。

[0046] また、第 1の光デバイスユニット 3と第 2の光デバイスユニット 4との固定は、紫外線硬化型接着剤のみならず、その他の接着剤、 YAG溶接、ロウ付けなどのいかなる手法を用いても良い。

その場合、第 1のキャリア 117及び第 2のキャリア 121のような、その固定方法に特有の部品形状と組み立て方法を考慮する必要がある場合もある。

[0047] 本実施形態に係る光送信モジュールの構成の一例について説明する。図 8に、本実施例に係る光送信モジュールの断面図、図 9に、本実施例に力かる光送信ュニットの斜視図を示す。

ここで説明する構成は、第 1の光デバイスとして半導体光増幅器 18、第 2の光デバイスとしてプレーナ光波回路 22、第 1のキャリア上に設置するレンズとして角形非球面レンズ 20を適用したものである。

[0048] 光送信モジュール 1は、パッケージ 11、光送信ユニット 2、ペルチェ素子 12、フアイバサポート 13、フエルール 14、光ファイバ 15及び結合レンズ 16を有する。ペルチェ素子 12はパッケージ 11内に設置されており、光送信ユニット 2の温度制御を行う。光送信ユニット 2はペルチェ素子 12上に設置されている。ファイバサポート 13は、パッケージ 11の開口部に取り付けられている。フエルール 14は、ファイバサポート 13によつて支持されている。光ファイバ 15は、フェルール 14によって保持されている。結合レンズ 16は、フェルール 14の先端に配置されている。

[0049] 光送信ユニット 2は、第 1のキャリア 17、半導体光増幅器 18、第 1のサブキャリア 19 、角形非球面レンズ 20、第 2のキャリア 21、及びプレーナ光波回路 22を有する。第 1 のキャリア 17はベースの一部をなしている。半導体光増幅器 18は、第 1のキャリア 17 上に第 1のサブキャリア 19を介して取り付けられている。角形非球面レンズ 20は、第 1のキャリア 17上に固定されている。第 2のキャリア 21は、ベースの一部をなしている。プレーナ光波回路 22は、第 2のキャリア 21に固定されている。

[0050] 半導体光増幅器 18から出射された信号光は、プレーナ光波回路 22を通り、プレーナ光波回路 22で所定の波長を生成し、再び半導体増幅器 18に戻り、戻った光が増幅される。その増幅された光は、角形非球面レンズ 20を介して結合レンズ 16を通り、光ファイバ 15に入射する。ペルチェ素子 12は、プレーナ光波回路 22及び半導体光増幅器 18を一定温度に保つ。

[0051] 半導体光増幅器 18は、第 1のサブキャリア 19に AuSnはんだを用いてダイボンディングされている。また、第 1のサブキャリア 19は AuSnはんだを用いて第 1のキャリア 1 7にダイボンディングされて!/、る。

角形非球面レンズ 20は、第 1のキャリア 20上に装着によって固定されている。

[0052] プレーナ光波回路 22は、第 2のキャリア 21上に AuSnはんだを用いてダイボンディングされている。

[0053] 第 1の光デバイスユニット 3は、第 1のサブキャリア 19、半導体光増幅器 18及び角形非球面レンズ 20からなる。

第 2の光デバイスユニット 4は、第 2のキャリア 21とプレーナ光波回路 22とからなる。

[0054] 第 1の光デバイスユニット 3と第 2の光デバイスユニット 4とは、紫外線硬化型接着剤を用いて、第 1のキャリア 17の光軸に垂直な面と、第 2のキャリア 21の光軸に垂直な面とで固定されている。

[0055] 第 1の光デバイスユニット 3と第 2の光デバイスユニット 4との固定時の紫外線照射条件は、十分な接着強度が得られ、接着した時の位置ズレが最小となる照射強度、照射時間、出力分布を予め実験的に調査し、最適化した条件である。

照射強度を低下させ、かつ照射時間を短縮して接着可能とするために、接着部の肉厚を薄くしている。さらに、紫外線の出力分布は、接着剤の収縮力の急激な変化に起因して残留応力が発生したり、位置ズレが発生したりするのを抑制するために、時間的に徐々に下がるようにしている。これらの紫外線照射条件は、接着部の形状、条件によるところが大きいため、各々の接着部の形状で紫外線照射条件を実験的に調査し、位置ズレと接着強度とから最適化している。

[0056] さらに、接着剤を確実に硬化させ、長期信頼性と接着強度とを確保するため、及び光送信モジュールとしての熱特性を確保するために、第 2のキャリア 21は紫外線を透過させ、かつ熱伝導率の良ヽ窒化アルミ系の透光セラミックで形成して、る。

[0057] 一方、第 1のキャリア 17の材料は、光送信モジュール 2として熱特性を確保するために熱伝導率の高い材料、すなわち、銅タングステンゃ窒化アルミを用いている。また、紫外線照射効率を上げるために、第 2のキャリア 21との接着面には金メッキなどの紫外線を反射させる効果のある表面処理を施してヽる。

[0058] また、図 5に示したように、紫外線を照射する接着部 45a、 45bは、第 2のキャリア 21 に薄肉部を設けることにより、紫外線透過率をさらに高めてある。薄肉部の薄さは、機械加ェ限界及び薄肉部の強度を鑑みて、厚さ 0. 2mm X長さ 0. 5mmとしている。

[0059] また、塗布した接着剤の厚さによって、半導体光増幅器 18とプレーナ光波回路 22 とに光軸方向の位置ズレが発生しないように、第 1のキャリア 17又は第 2のキャリア 21 の接着面を図 7 (a)〜 (c)に示した形状と同様の形状とし、接着剤を塗布する箇所を約 5 μ mの段差として、確実に第 1のキャリア 17と第 2のキャリア 21とを光軸に垂直な面同士で固定し、半導体光増幅器 18とプレーナ光波回路 22との光軸方向の位置ズレを抑えている。

なお、第 1のキャリアの中央の約 5 μ mの段差部分（図 7 (b)、（c)の最も左の図にハツチングで示す部分）は、接着剤を塗布し、硬化させ、接着強度を高めるためのものである。

さらに、半導体光増幅器 18とプレーナ光波回路 22の光が通る箇所に接着剤が流れないように、幅 0. 5mm、深さ 0. 1mmの溝を第 1のキャリア 17に設け、接着剤の流れを防いでいる。

[0060] 次に、組み立て方法について説明する。

まず、 AuSnはんだを用いて第 1のキャリア 17に第 1のサブキャリア 19をダイボンデイングし、さらに、 AuSnはんだを用いて第 1のサブキャリア 19上に半導体光増幅器 1 8を光軸方向に高精度に (ミクロンオーダーで)ダイボンディングして固定した。そして、第 1のキャリア 17において角形非球面レンズ 20の位置を調整した。レンズ 20の位置の調整は、半導体光増幅器 18を発光させ、角形非球面レンズ 20からの光が出射されるべき箇所に赤外ビジュアルカメラを設置し、赤外ビジュアルカメラに接続されたモニタを見ながら光出力が最大となるようすることで行った。調整終了後、第 1のキヤリア 17上に角形非球面レンズ 20を接着して固定した。

[0061] 次に、プレーナ光波回路 22を AuSnはんだを用いて第 2のキャリア 21上に光軸方向に高精度に (ミクロンオーダーで)ダイボンディングして固定した。

[0062] 図 4 (a)に示した状態と同様に、第 1の光デバイスユニット 3と第 2の光デバイスュ- ット 4とを光軸に垂直な面同士で密着させ、さらに、第 2の光デバイスユニット 4を把持具 32によって把持し、 X、 Y方向に移動させて調芯を行った。調芯は、半導体光増幅器 18を発光させ、その出力光をファイバ結合レンズ 34と光ファイバ 33とを通して不図示のパワーメータで観測しながら半導体光増幅器 18からプレーナ光波回路 22で共振した波長の光出力が最大となるように最適な位置に調整することで行った。

その調整の際には、プッシャ 35による第 2のキャリア 21への押圧力を徐々に高めた。プッシャ 35による第 2のキャリア 21の押さえ込みは、図 5に示した状態と同様に、 3 力所の押さえ領域 35aにて行った。その際、押さえの重心と光軸とをできる限り一致させている。

[0063] また、第 2のキャリア 21への押圧力を徐々に高めていく際には、その 3力所を各々力のバランスを取りながら光軸がずれないように制御しながら行った。その後、プッシャ 35によって第 2のキャリア 21を押さえ込んだ状態で把持具 32による第 2の光デバイスユニット 4の把持を解除し、接着した（図 4 (b)と同様)。この接着は、図 5に示した状態と同様に、光軸に対して対称的に位置する接着部 45a、 45bにて行った。この二つの領域を同時に同一条件にて硬化させることにより、接着剤が硬化する際に発生する収縮力のバランスをとり、接着に伴う位置ズレ、角度ズレを最小限に抑えている。このために、光軸を通る垂直線からの各接着部までの距離 a、 bは a = bとしている。なお、これらの接着部は、図 6 (a)、（b)に示した構成と同様に、開口部（第 1キャリア 17 と第 2のキャリア 21との隙間）に形成されている。

[0064] また、接着剤の厚さにより半導体増幅器 18とプレーナ光波回路 22の光軸方向の位置ズレが発生しないように、第 1のキャリア 17又は第 2のキャリア 21の接着面を図 7 (a)〜 (c)に示した形状と同様の形状として、接着剤を塗布する箇所を約 5 μ mの段差部分とし、第 1のキャリア 17と第 2のキャリア 21との光軸に垂直な面同士を確実に固定し、半導体光増幅器 18とプレーナ光波回路 22との光軸方向の位置ズレを抑えた。

[0065] なお、第 1のキャリア 17の中央部の約 5 μ mの段差部分は、接着剤を塗布、硬化させ、接着強度を高めるためのものである。

[0066] 第 1の光デバイスユニット 3と第 2の光デバイスユニット 4とを紫外線照射にて固定した後、接着剤の未硬化部の硬化と内部応力の緩和とのために、 85°Cで 2時間加熱した。

[0067] その後、図 8に示した状態と同様に、第 1の光デバイスユニット 3と第 2の光デバイスユニット 4とをパッケージ 11内のペルチェ素子 12上に固着し、光ファイバ 15に不図示の光パワーメータを接続して光出力を確認しながら、光出力が最大となるように位置を調整した。

[0068] まず、ファイバサポート 13を X、 Y方向に移動させて位置を調整した後、ファイバサポート 13を YAGレーザ溶接によってパッケージ 11に固定し、続、てフエルール 14を Z方向に移動させて位置を調整した後フエルール 14を YAGレーザ溶接によってファィバサポート 13に固定した。上記の各接着部に対する紫外線の照射条件は、十分な接着強度が得られ、接着したときの位置ズレが最小となるように照射強度、照射時間、出力分布を予め実験的に調査し、最適化した条件である。

[0069] このようにして形成した光送信モジュールは、光軸方向の剛性が高ぐ光軸がずれにくい。これは、外部共振型自体の構造がプレーナ光波回路で実現でき、それにより、光送信モジュール自体の長さが短くなり、力学的に光軸方向の剛性が高くなるためである。

また、低価格ィ匕が可能となり、製造効率が向上し、さらには、製造歩留まりが向上する。これは、構成部品を最小限の点数に抑えることができ、その結果、製造工程を短ぐ製造原価を低くできるためである。

また、小型化、軽量ィ匕及び集積ィ匕が可能である。これは、構成部品を最小限の点数に抑えることができ、それらを設置するのに要するスペースが縮小されるためである。

また、光出力の損失が最小限に抑えられる。これは、ミラーなどの光部品を最小限に使用しているため、光部品を通過する際の光の減衰、ケラレ損の発生が最小限に抑えられるためである。

[0070] 〔第 2の実施形態〕

本発明を好適に実施した第 2の実施形態について説明する。図 10は、本実施形態に係る光送信モジュールの断面図、図 11は、光送信ユニットの斜視図である。

本実施形態に係る光送信モジュールは、ペルチェ素子が二つに分割されており、第 1のキャリア 117と第 2のキャリア 121とのそれぞれ固着された構成である点で第 1 の実施形態と相違する。

[0071] このような構成とすることで、

(1)第 1の光デバイスユニット 3と第 2の光デバイスユニット 4とを、それぞれ個別に温度制御できる。

(2)第 1の光デバイスユニット 3と第 2の光デバイスユニット 4との底面の高さの差をそれぞれペルチェ素子 112、ペルチェ素子 112aで吸収できる。

という利点がある。

[0072] この他に関しては第 1の実施形態と同様であるため、重複する説明は割愛する。

[0073] 本実施形態に係る光送信モジュールの構成の一例について説明する。ここで説明する構成は、第 1の光デバイスとして半導体光増幅器 18、第 2の光デバイスとしてプレーナ光波回路 22、第 1のキャリア上に設置するレンズとして角形非球面レンズ 20を適用し、ペルチェ素子を二つに分割したものである。

[0074] ペルチェ素子を分割することにより、第 1の光デバイスユニット 3と第 2の光デバイスユニット 4とを、それぞれ個別に温度制御できる。また、第 1の光デバイスユニット 3と第 2の光デバイスユニット 4の底面の高さの差をペルチェ素子 12及び 12aで吸収できる。

[0075] 〔第 3の実施形態〕

本発明を好適に実施した第 3の実施形態について説明する。図 12は、本実施形態に係る光送信モジュールの断面図、図 13は、光送信ユニットの斜視図である。

本実施形態に係る光送信モジュールは、第 2の実施形態に力かる光送信モジユールとほぼ同様の構成である力第 1のキャリア 117と第 2のキャリア 121との接触面積

ヽる点で相違する。

[0076] このような構成とすることで、第 2の実施形態での利点に加え、

(1)第 1のキャリア 117と第 2のキャリア 121との接着面積を大きくとることができ、接着強度を向上させることができる。

(2)プッシャ 35で第 2のキャリア 121を押さえる際の安定性を高められる。

(3)第 1の光デバイス 118と第 2の光デバイス 122との光軸調芯をスムーズに行えるという利点がある。

[0077] この他に関しては第 2の実施形態と同様であるため、重複する説明は割愛する。

[0078] 本実施形態に係る光送信モジュールの構成の一例について説明する。ここで説明する構成は、第 1の光デバイスとして半導体光増幅器 18、第 2の光デバイスとしてプレーナ光波回路 22、第 1のキャリア上に設置するレンズとして角形非球面レンズ 20を適用し、ペルチェ素子を二つに分割したものである。

[0079] 第 2の実施形態において示した構成例と比較して第 1の光デバイスユニット 3と第 2 の光デバイスユニット 4との接触面積が大きくなつているため、第 1のキャリア 17と第 2 のキャリア 19との接着面積が大きく確保され、接着強度がさらに高められている。また、プッシャ 35で第 2のキャリア 21を押さえる際の安定性がより向上している。し力も、半導体増幅器 18とプレーナ光波回路 22との光軸調芯をスムーズに行える。

[0080] 〔第 4の実施形態〕

本発明を好適に実施した第 4の実施形態について説明する。図 14は、本実施形態に係る光送信ユニットの斜視図である。

本実施形態に係る光送信ユニットは、第 1の実施形態とほぼ同様であるが、第 1のキャリア 117と第 2のキャリア 121との上方に接着面積が拡大されている点で相違する。

[0081] 本実施形態に係る光送信モジュールの構成の一例にっ、て説明する。

第 1のキャリア 17と第 2のキャリア 21との接着面を光送信モジュール 2の上方へ拡大したことにより、第 1のキャリア 17と第 2のキャリア 21との接着面積が大きくなり、接着強度が高められている。また、プッシャ 35で第 2のキャリア 21を押さえる際の安定性がさらに高まる。し力も、半導体光増幅器 18とプレーナ光波回路 22との光軸調芯をスムーズに行える。

[0082] 〔第 5の実施形態〕

本発明を好適に実施した第 5の実施形態について説明する。図 15は、本実施形態に係る光送信ユニットの斜視図である。

本実施形態に係る光送信ユニットは、第 3の実施形態とほぼ同様であるが、第 3のキャリア 117と第 2のキャリア 121との接着面積が上下両方向に拡大されている点で相違する。

[0083] 本実施形態に係る光送信モジュールの構成の一例にっ、て説明する。

第 1のキャリア 17と第 2のキャリア 21との接着面を光送信モジュール 2の上方へ拡大することにより、第 1のキャリア 17と第 2のキャリア 21との接着面積が大きく確保され、接着強度がさらに高まる。また、プッシャ 35で第 2のキャリア 21を押さえる際の安定性が高まる。さらに、半導体光増幅器 18とプレーナ光波回路 22との光軸調芯を一層スムーズに行える。

[0084] 〔第 6の実施形態〕

本発明を好適に実施した第 6の実施形態について説明する。図 16は、本実施形態にかかる光送信ユニットの斜視図である。

本実施形態に力かる光送信ユニットの構成は、第 1の実施形態とほぼ同様であるが、接着部となる形状を第 1のキャリア 117側に設けている。なお、ペルチェ素子は一つ又は二分割したものを適用できる。

[0085] このような構成としても、第 1の実施形態又は第 2の実施形態と同様の効果が得られる。

[0086] 〔第 7の実施形態〕

本発明を好適に実施した第 7の実施形態について説明する。図 17は、本実施形態にかかる光送信ユニットの斜視図である。

本実施形態に力かる光送信ユニットは、第 4の実施形態と同様に接触部分を上方向に拡大した構成であるが、接着部となる形状を第 1のキャリア 117側に設けて、る。

[0087] このような構成としても、第 4の実施形態と同様の効果が得られる。

[0088] 〔第 8の実施形態〕

本発明を好適に実施した第 8の実施形態について説明する。図 18は、本実施形態にかかる光送信ユニットの斜視図である。

本実施形態に力かる光送信ユニットは、第 3の実施形態と同様に接触部分を下側に拡大した構成であるが、接着部となる形状を第 1のキャリア 117側に設けている。

[0089] このような構成としても第 3の実施形態と同様の効果が得られる。

[0090] 〔第 9の実施形態〕

本発明を好適に実施した第 9の実施形態について説明する。図 19は、本実施形態にかかる光送信ユニットの斜視図である。

本実施形態に力かる光送信ユニットは、第 5の実施形態と同様に接触部分を上下双方に拡大した構成であるが、接着部となる形状を第 1のキャリア 117側に設けている。

[0091] このような構成としても、第 5の実施形態と同様の効果が得られる。

[0092] なお、上記各実施形態は本発明の好適な実施の一例であり、本発明はこれらに限定されることなく様々な変形が可能である。

図面の簡単な説明 [図 1]本発明を好適に実施した第 1の実施形態にカゝかる光送信モジュールの構成を示す断面図である。

[図 2]第 1の実施形態に係る光送信モジュールに適用される光送信ユニットの構成を示す斜視図である。

[図 3]複合材料で形成された第 2のキャリアの構成を示す図である。

[図 4]第 1の光デバイスユニットと第 2の光デバイスユニット 4の固定方法を示す図である。

[図 5]プッシャによって押圧する領域を示す図である。

[図 6]接着部の位置を示す図である。

[図 7]第 1のキャリアの端面の形状を示す図である。

[図 8]第 1の実施形態に係る光送信モジュールの構成例を示す図である。

[図 9]第 1の実施形態に係る光送信モジュールに適用される光送信ユニットの構成例を示す図である。

[図 10]本発明を好適に実施した第 2の実施形態に係る光送信モジュールの構成を示す断面図である。

[図 11]第 2の実施形態に係る光送信モジュールに適用される光送信ユニットの構成を示す斜視図である。

[図 12]本発明を好適に実施した第 3の実施形態に係る光送信モジュールの構成を示す断面図である。

[図 13]第 3の実施形態に係る光送信モジュールに適用される光送信ユニットの構成を示す斜視図である。

[図 14]本発明を好適に実施した第 4の実施形態に係る光送信モジュールに適用される光送信ユニットの構成を示す斜視図である。

[図 15]本発明を好適に実施した第 5の実施形態に係る光送信モジュールに適用される光送信ユニットの構成を示す斜視図である。

[図 16]本発明を好適に実施した第 6の実施形態に係る光送信モジュールに適用される光送信ユニットの構成を示す斜視図である。

[図 17]本発明を好適に実施した第 7の実施形態に係る光送信モジュールに適用される光送信ユニットの構成を示す斜視図である。

[図 18]本発明を好適に実施した第 8の実施形態に係る光送信モジュールに適用される光送信ユニットの構成を示す斜視図である。

[図 19]本発明を好適に実施した第 9の実施形態に係る光送信モジュールに適用される光送信ユニットの構成を示す斜視図である。

符号の説明

1 光送信モジュール

2 光送信ユニット

3 第 1の光デバイスユニット

4 第 2の光デバイスユニット

11、 111 ノッケージ

12、 12a, 112, 112a ペルチェ素子

13、 113 ファイバサポート

14、 114 フエルール

15、 33、 115 光ファイバ

16、 116 結合レンズ

17、 117 第 1のキャリア

18 半導体光増幅器

19、 119 第 1のサブキャリア

20 角形非球面レンズ

21、 121 第 2のキャリア

22 プレーナ光波回路

32 把持具

34 ファイバ結合レンズ

35 プッシャ

35a 押さえ領域

41 紫外線照射部

42 紫外線非照射部 118 第 1の光デバイス

120 レンズ

122 第 2の光デバイス

Claims

請求の範囲

[1] 出力側に配置される第 1の光デバイスと、

前記第 1の光デバイスと光軸が合わされて配置される第 2の光デバイスと、前記第 1及び第 2の光デバイスを収容するパッケージと、

前記第 1の光デバイスが出射する光を前記パッケージ外へ導出する光導出手段とを備え、

前記第 1の光デバイスと前記第 2の光デバイスとが互いに前記光軸に垂直な面で密着して固定されていることを特徴とする光送信モジュール。

[2] 前記第 1の光デバイスが第 1のサブキャリアを介して第 1のキャリアに固定されており前記第 2の光デバイスが第 2のキャリアに固定されており、

前記第 1のキャリアは、前記第 2のキャリアと前記光軸に垂直な面で密着して固定されていることを特徴とする請求項 1記載の光送信モジュール。

[3] 前記第 1及び第 2のキャリアは、同じペルチェ素子の上に固定されていることを特徴とする請求項 1又は 2記載の光送信モジュール。

[4] 前記第 1及び第 2のキャリアは、それぞれ異なるペルチヱ素子の上に固定されていることを特徴とする請求項 1又は 2記載の光送信モジュール。

[5] 前記第 2のキャリアの前記第 1のキャリアに突き当てられる部分には、薄肉部が設けられて、ることを特徴とする請求項 2から 4の、ずれか 1項記載の光送信モジュール。

[6] 前記第 1のキャリアと前記第 2のキャリアとの固定が、前記薄肉部においてなされたことを特徴とする請求項 5記載の光送信モジュール。

[7] 前記第 2のキャリアには、前記薄肉部を形成するための開口若しくは凹部が形成されていることを特徴とする請求項 6記載の光送信モジュール。

[8] 前記第 1のキャリアと前記第 2のキャリアとの固定が溶接によってなされたことを特徴とする請求項 2から 7のいずれか 1項記載の光送信モジュール。

[9] 前記第 1のキャリアと前記第 2のキャリアとの固定が接着によってなされたことを特徴とする請求項 2から 7のいずれか 1項記載の光送信モジュール。

[10] 前記第 1のキャリアと前記第 2のキャリアとの接着に、紫外線硬化型接着剤が用いられたことを特徴とする請求項 9記載の光送信モジュール。

[11] 前記第 1のキャリアと前記第 2のキャリアとの固定がロウ付けによってなされたことを特徴とする請求項 2から 7のいずれか 1項記載の光送信モジュール。

[12] 前記第 1のキャリアと前記第 2のキャリアとが同じペルチェ素子上に固定されていることを特徴とする請求項 2から 11のいずれか 1項記載の光送信モジュール。

[13] 前記第 1のキャリアと前記第 2のキャリアとがそれぞれ異なるペルチェ素子上に固定されていることを特徴とする請求項 2から 11のいずれか 1項記載の光送信モジュール

[14] 前記第 1の光デバイスは、入射された信号光を増幅する半導体光増幅器であることを特徴とする請求項 1から 13のいずれか 1項記載の光送信モジュール。

[15] 前記第 2の光デバイスは、プレーナ光波回路であることを特徴とする請求項 1から 1

4の!、ずれか 1項記載の光送信モジュール。

[16] 出力側に配置される第 1の光デバイスと、

前記第 1の光デバイスが出射する光を前記パッケージ外へ導出する光導出手段とを備えた光送信モジュールの製造方法であって、

前記第 1の光デバイスと前記第 2の光デバイスとを互いに前記光軸に垂直な面で密着させて固定することを特徴とする光送信モジュールの製造方法。

[17] 前記第 1及び第 2の光デバイスの光軸に垂直な面に対し対称となる点同士を少なくとも 2点づつ、少なくとも合計 4点を同時に溶接して前記第 1の光デバイスと前記第 2 の光デバイスとを固定することを特徴とする請求項 16記載の光送信モジュールの製造方法。

[18] 光軸を通るキャリアの主面と垂直な面に対し面対称となる 2点を同時に溶接することを特徴とする請求項 16又は 17記載の光送信モジュールの製造方法。

[19] 前記第 1及び第 2の光デバイスの光軸を通るキャリアの主面と垂直な面に対し面対称となる領域で接着して前記第 1の光デバイスと前記第 2の光デバイスとを固定することを特徴とする請求項 16記載の光送信モジュールの製造方法。

[20] 前記第 1及び第 2の光デバイスの光軸を通るキャリアの主面と垂直な面に対し面対称となる領域でロウ付けして前記第 1の光デバイスと前記第 2の光デバイスとを固定することを特徴とする請求項 16記載の光送信モジュールの製造方法。

[21] 前記第 1の光デバイスを前記第 2の光デバイスに押圧しつつ、これらを固定することを特徴とする請求項 16から 20のいずれか 1項記載の光送信モジュールの製造方法