WO2016185843A1 - 光モジュール - Google Patents

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WO2016185843A1
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ferrule
collar
ferrule collar
housing
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祐司 三橋
寿樹 西澤
Original Assignee
Ｎｔｔエレクトロニクス株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0239—Combinations of electrical or optical elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device

Definitions

  • the present disclosure relates to an optical module that transmits an optical signal to an optical fiber or receives an optical signal from the optical fiber.
  • an optical element such as a semiconductor laser or a photodiode is mounted therein, and an electrical signal from the outside is converted into an optical signal by an optical element (in this case, a semiconductor laser) and transmitted to an optical fiber.
  • an optical signal transmitted from the optical fiber is converted into an electrical signal by an optical element (in this case, a photodiode) and output to the outside.
  • Optical modules can be broadly classified into a pigtail type in which an optical fiber is fixed to the optical module housing, and a receptacle type in which an optical connector to which the optical fiber is attached can be received in the optical module housing.
  • FIG. 1 illustrates the configuration of a related art pigtail type optical module.
  • the pigtail type optical module shown in FIG. 1 includes a cylindrical casing 15, a sub-module 17 attached to one end face of the casing 15, and a ferrule collar 13 attached to the other end face of the casing 15.
  • the ferrule 12 includes an optical fiber 11 that is fixed to the ferrule collar 13 while being inserted into the ferrule collar 13.
  • the submodule 17 is provided with a flat stem 21, an optical element 19 placed on one surface of the stem 21, and extending from the other surface of the stem 21.
  • a lead pin 22 for transmitting / receiving an electrical signal to / from 19, a cap 16 for sealing the optical element 19, and a lens attached to the cap 16 for condensing the optical signal from the optical fiber 11 onto the optical element 19 18.
  • the submodule 17 is attached to the housing 15 by fixing the optical element mounting surface of the stem 21 and one end surface of the housing 15 in a state where the cap 16 is inserted into the housing 15.
  • a circular optical window that is slightly wider than the outer periphery of the ferrule 12 is provided on the end surface (hereinafter referred to as “end surface b”) of the housing 15 that faces the end surface to which the submodule 17 is attached. .
  • the ferrule collar 13 has a cylindrical shape as a whole, and a through-hole having an inner diameter slightly wider than the outer periphery of the ferrule 12 is provided in the ferrule collar 13.
  • the ferrule collar 13 is attached to the housing 15 after performing optical alignment (to be described later) with the end surface of the flange portion 14 (hereinafter referred to as “end surface a”) in contact with the end surface b of the housing 15. It is done.
  • end surface a the end surface of the flange portion 14
  • Step 1 In a state where the end surface a of the ferrule collar 13 is in contact with the end surface b of the housing 15, the center of the through hole of the ferrule collar 13 and the center of the optical window of the housing 15 are arranged to be substantially the same.
  • Step 2. The ferrule 12 containing the optical fiber 11 is inserted into the through hole of the ferrule collar 13 and inserted until the end of the ferrule 12 reaches the vicinity of the end surface a of the ferrule collar 13.
  • Step 3 At the same time as applying an electrical signal to the optical element 19 to emit light, the optical power output from the end of the optical fiber 11 opposite to the end where the ferrule 12 is provided is measured.
  • Step 4 The ferrule 12 is moved in the Z-axis direction of FIG.
  • the ferrule collar 13 is moved within the XY plane of FIG. 1 to search for a position where the optical power is maximized. At that position, the ferrule 12 and the ferrule collar 13 are fixed, and the ferrule collar 13 and the housing 15 are fixed. Step 4 above. For example, YAG welding is used for fixing the ferrule 12 and the ferrule collar 13 and fixing the ferrule collar 13 and the housing 15 in FIG.
  • step 4 If a part of the end surface a of the ferrule collar 13 is separated from the end surface b while the ferrule collar 13 is tilted and the ferrule collar 13 is tilted, the position where the optical power is maximized cannot be retrieved correctly. Therefore, step 4. Then, the ferrule collar 13 must be slid while maintaining contact between the end surface b of the casing 15 and the end surface a of the ferrule collar 13. For this reason, the end portion of the ferrule collar 13 in contact with the housing 15 is provided with a flange portion 14 that protrudes outward so that the contact area between the end surface a and the end surface b is larger.
  • the ferrule collar 13 is limited by the outer diameter of the ferrule 12 inserted therein, even if the submodule 17 is downsized, the ferrule collar 13 cannot be reduced accordingly. In some cases.
  • the flange portion 14 provided on the ferrule collar 13 may protrude from the housing 15 and protrude.
  • the flange portion 14 that protrudes outward is provided at the end of the ferrule collar 13 that contacts the housing 15, it is difficult to reduce the size of the optical module. There was a problem.
  • the present disclosure reduces the size of the optical module while maintaining the connection accuracy by projecting the end of the optical module that contacts the casing of the ferrule collar toward the inside of the ferrule collar.
  • the purpose is to plan.
  • a flange portion that protrudes toward the inside of the ferrule collar is provided at an end portion in contact with the case of the ferrule collar constituting the optical module.
  • the optical module according to the present disclosure is: A ferrule collar that contains a ferrule that holds an optical fiber and has a through-hole for introducing an optical signal into the optical fiber at an end thereof; A submodule having an optical element that emits an optical signal or receives an optical signal; The submodule is fixed so as to contain the optical element at one end, and a housing having an optical window for guiding an optical signal to the optical element at the other end, The end portion of the ferrule collar has a flange portion protruding toward the inside of the ferrule collar, The ferrule collar and the housing are fixed in a state where the optical element and the optical fiber accommodated in the ferrule collar are optically coupled through the through hole and the optical window.
  • the inner diameter of the through hole of the ferrule collar may have an inner diameter that is at least three times the half value of the beam spot size of an optical signal emitted or received by the optical element.
  • the flange portion may have a thickness of 0.3 mm or more and a protrusion length of 0.75 mm or more protruding toward the inside of the ferrule collar.
  • the end of the optical module that contacts the housing of the ferrule collar is provided with a flange that protrudes toward the inner side of the ferrule collar, thereby reducing the size of the optical module while maintaining connection accuracy. Can be achieved.
  • the design example of the diameter of the through-hole of the optical module which concerns on this embodiment is shown.
  • the design example of the diameter of the through-hole of the optical module which concerns on this embodiment is shown.
  • the usage example of the optical module which concerns on this embodiment is shown.
  • the optical module according to this embodiment includes an optical fiber, a ferrule, a ferrule collar, a housing, and a submodule.
  • FIG. 3 is a configuration diagram for more specifically explaining the configuration of the optical module according to the first embodiment of the present disclosure. Except for the configuration of the flange portion 34, many of them are similar to the configuration of the pigtail type optical module of the related art shown in FIG.
  • the optical module according to the present embodiment includes a cylindrical casing 35, a submodule 37 attached to one end face of the casing 35, a ferrule collar 33 attached to the other end face of the casing 35, and a ferrule.
  • the ferrule 32 has a built-in optical fiber 31 that is fixed to the ferrule collar 33 while being inserted into the collar 33.
  • the submodule 37 includes a cap 36, a lens 38, an optical element 39, a stem 41, and a lead pin 42.
  • the submodule 37 is provided with a flat plate-shaped stem 41, an optical element 39 placed on one surface of the stem 41, and extending from the other surface of the stem 41.
  • a lead pin 42 for penetrating and transmitting or receiving an electrical signal to the optical element 39, a cap 36 for sealing the optical element 39, and an optical fiber 31 and the optical element 39 are attached to the cap 36. It is comprised with the lens 38 for enabling coupling
  • the submodule 37 is attached to the housing 35 by fixing the optical element mounting surface of the stem 41 and one end surface of the housing 35 in a state where the cap 36 is inserted into the housing 35.
  • the optical element 39 is, for example, a light emitting element such as a semiconductor laser capable of outputting a laser beam modulated by an electric signal, or a light receiving element such as a photodiode capable of receiving the modulated laser light and outputting it as an electric signal. Element.
  • the optical element 39 When the optical element 39 is a light emitting element, the light output from the optical element 39 is coupled to one end of the optical fiber 31 built in the ferrule 32 via the lens 38 and an optical window described later.
  • the optical element 39 when the optical element 39 is a light receiving element, the light output from one end of the optical fiber 31 built in the ferrule 32 is coupled to the light receiving surface of the optical element 39 through an optical window and a lens 38 to be described later.
  • An end surface (hereinafter referred to as “end surface b”) opposite to the end surface to which the stem 41 of the housing 35 is attached has a circular shape so that the optical fiber 31 and the optical element 39 can be optically coupled.
  • An optical window is provided.
  • the optical window may be a simple hole provided in the housing 35 or may be a glass member or the like covered with a transparent member.
  • the transparent member may be formed in a concave or convex shape so as to have a lens function.
  • a flange portion 34 protruding toward the inside of the ferrule collar 33 is provided at an end portion where the ferrule collar 33 is in contact with the housing 35.
  • the ferrule collar 33 has a cylindrical shape as a whole, and a ferrule insertion portion having an inner diameter slightly larger than the outer periphery of the ferrule 32 is provided in the ferrule collar 33 so that the ferrule 32 incorporating the optical fiber 31 can be inserted therein. Yes.
  • the ferrule insertion portion is formed between the end of the ferrule collar 33 that faces the end where the flange portion 34 is provided and the position that reaches the flange portion 34.
  • a through hole is provided at the end where the flange portion 34 is provided so that the optical fiber 31 and the optical element 39 can be optically coupled.
  • the ferrule collar 33 is configured so that an end surface (hereinafter referred to as “end surface a”) of the flange portion 34 facing the end portion where the ferrule insertion portion is provided is in contact with the end surface b of the housing 35. While maintaining contact between the end surface b of the ferrule 35 and the end surface a of the ferrule collar 33, the ferrule collar 33 is slid to perform optical alignment, and then fixed to the housing 35.
  • the ferrule collar 33 and the housing 35 are fixed by, for example, YAG welding.
  • an FeNiCo alloy such as SUS or Kovar, which has a low thermal conductivity and is difficult to diffuse the heat of dissolution by the YAG laser, may be used.
  • optical alignment between the optical fiber 31 and the optical element 39 built in the ferrule 32 are as follows. First, the ferrule collar 33 is arranged so that the center of the through hole of the ferrule collar 33 and the center of the optical window of the housing 35 are substantially the same. The ferrule 32 containing the optical fiber 31 is inserted into the ferrule insertion portion of the ferrule collar 33 and inserted until the end of the ferrule 32 reaches the vicinity of the flange portion 34. Next, an electric signal is applied to the optical element 39 to emit light, and the ferrule 32 in the ferrule collar 33 is measured while measuring the optical power output from the end opposite to the end where the ferrule 32 of the optical fiber 31 is provided. 3 is moved in the Z-axis direction of FIG.
  • the ferrule collar 33 with the ferrule 32 inserted is slid in the XY plane of FIG. 3 to search for a position where the optical power is maximized. Finally, the ferrule 32 and the ferrule collar 33 are fixed, and the ferrule collar 33 and the housing 35 are fixed.
  • the inner diameter of the through hole may be about 0.4 mm ⁇ .
  • the thickness of the flange 34 protruding toward the through hole was 0.3 mm, and the length was 0.75 mm.
  • Such a ferrule collar 33 was manufactured, and a vibration impact test was performed assuming that the ferrule collar 33 was fixed to the metal casing 35 by YAG welding. As a result, it was confirmed that the optical semiconductor device reliability guarantee specification of Telcordia has the impact resistance that satisfies the specifications of “GR-468-CORE”.
  • the flange portion 34 that protrudes toward the inside of the ferrule collar 33 is provided on the end surface a that is the end portion where the ferrule collar 33 is in contact with the housing 35. Even when a small submodule is used, the flange portion 34 does not protrude to the outside of the housing 35, so that the optical module can be downsized.
  • optical alignment can be performed by sliding the ferrule collar 33 while maintaining the contact between the end surface b of the housing 35 and the end surface a of the ferrule collar 33. Since a cross-sectional area as much as possible can be ensured, optical characteristics equivalent to those of the related art optical module can be secured.
  • the present disclosure in the first embodiment, an example in which the present disclosure is applied to a pigtail-type optical module has been described. However, the present disclosure also applies to a receptacle-type optical module in which an optical connector with a built-in optical fiber 31 can be inserted and removed. Applicable. As in the first embodiment, the receptacle-type optical module to which the present disclosure is applied has a flange portion that protrudes toward the inside of the ferrule collar 33 at the end in contact with the casing 35 of the ferrule collar 33 constituting the optical module. Is provided.
  • the optical module according to the present embodiment is different from the optical module described in the first embodiment in that a receptacle 45 for receiving an optical connector is provided.
  • the receptacle 45 is in physical contact with a cylindrical main body made of metal and a ferrule 32-2 of an optical connector 46 that is built in the receptacle 45 and is inserted (Physical Contact: PC).
  • PC Physical Contact
  • the ferrule 32-1 includes an optical fiber 31-1 for guiding light. It should be noted that a sleeve or a split sleeve (both not shown) into which the ferrule 32-2 of the optical connector 46 is inserted may be provided inside the receptacle 45 so that the optical connector 46 can be easily inserted and removed.
  • the receptacle 45 is inserted into the ferrule insertion portion of the ferrule collar 33 and is fixed to the ferrule collar 33 by, for example, YAG welding.
  • the receptacle 45 plays a role of fitting the optical connector 46 and fixing the optical connector 46 to the optical module.
  • optical connectors 46 of various standards can be inserted by changing the configuration of the receptacle 45.
  • the outer diameter of the ferrule of the LC connector is specified as 1.25 mm ⁇ . Considering this, the outer diameter of the receptacle 45 main body may be 2.92 mm ⁇ .
  • the inner diameter of the ferrule insertion portion of the ferrule collar 33 that accommodates the receptacle 45 may be 2.92 mm ⁇ to 2.93 mm ⁇ in consideration of member tolerance.
  • the outer diameter of the ferrule of the SC connector is defined as 2.5 mm ⁇ .
  • the outer diameter of the receptacle 45 main body may be 4.7 mm ⁇ .
  • the inner diameter of the ferrule insertion portion of the ferrule collar 33 that accommodates the receptacle 45 may be 4.7 mm ⁇ to 4.71 mm ⁇ in consideration of member tolerances.
  • the present disclosure can be applied regardless of the optical connector standard.
  • the outer diameter of the ferrule collar 33 must be increased as the ferrule inner diameter increases. 14 protrudes from the housing 15 and protrudes, making it difficult to reduce the size.
  • the flange portion 34 protruding toward the inside of the ferrule collar 33 is provided even if the optical connector 46 using the ferrule 32 having a large ferrule inner diameter is used. Therefore, the flange portion 34 does not protrude outside the housing 35. That is, in the optical module corresponding to the optical connector 46 using the ferrule 32 having a larger ferrule inner diameter, a great effect can be brought about.
  • This disclosure can be applied to the information and communication industry.

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Abstract

本開示は、光モジュールにおけるフェルールカラーの筐体に接する端部を、フェルールカラーの内側に向けて突出することで、接続精度を維持したまま光モジュールの小型化を図ることを目的とする。　本開示に係る光モジュールは、光ファイバ３１を保持するフェルール３２を収容し、貫通孔を有するフェルールカラー３３と、光信号を出射し又は光信号を受光する光素子を有するサブモジュール３７と、一端に光素子を内包するようにしてサブモジュール３７が固定され、他端に光信号を光素子に導光するための光学窓を有する筐体とを備え、フェルールカラー３３の端部にはフェルールカラー３３の内部に向けて突出したフランジ部３４を有し、光素子とフェルールカラー３３に収容された光ファイバ３１とが貫通孔および光学窓を介して光学的に結合する状態で、フェルールカラー３３と筐体とが固定された光モジュール。

Description

光モジュール
　本開示は、光ファイバに光信号を送信し、あるいは光ファイバからの光信号を受信する光モジュールに関する。
　光モジュールにおいては、その内部に半導体レーザやフォトダイオードなどの光素子を搭載しており、外部からの電気信号を光素子（この場合は半導体レーザ）で光信号に変換して光ファイバへ送出する。あるいは、光ファイバから送出された光信号を光素子（この場合はフォトダイオード）で電気信号に変換して外部へ出力する。
　光モジュールは、光ファイバが光モジュールの筐体に固定されたピッグテイル型と、光ファイバを取り付けた光コネクタを光モジュールの筐体に受容可能なレセプタクル型に大別することができる。図１は、関連技術のピッグテイル型の光モジュールの構成を説明するものである。
　図１に示すピッグテイル型の光モジュールは、筒状の筐体１５と、筐体１５の一方の端面に取り付けられたサブモジュール１７と、筐体１５の他方の端面に取り付けられたフェルールカラー１３と、フェルールカラー１３に挿入された状態でフェルールカラー１３に固定される光ファイバ１１を内蔵したフェルール１２とで構成される。
　サブモジュール１７は、平板状のステム２１と、ステム２１の一方の面上に載置される光素子１９と、ステム２１の他方の面から延伸して設けられ、ステム２１を貫通して光素子１９に電気信号を送受信するためのリードピン２２と、光素子１９を封止するためのキャップ１６と、キャップ１６に取り付けられ、光ファイバ１１からの光信号を光素子１９へ集光するためのレンズ１８とで構成される。
　サブモジュール１７は、キャップ１６が筐体１５内部に挿入された状態で、ステム２１の光素子搭載面と筐体１５の一方の端面とを固定することで、筐体１５に取り付けられる。筐体１５のサブモジュール１７が取り付けられた端面と対向する端面（以下、この面を「端面ｂ」と呼ぶ）には、フェルール１２の外周よりもやや広い円形状の光学窓が設けられている。
　フェルールカラー１３の筐体１５に接する端部には、外側に向けて突出したフランジ部１４が設けられている。フェルールカラー１３は全体として円筒状の形状であり、その内部には、フェルール１２の外周よりやや広い内径をもつ貫通孔が設けられている。
　フェルールカラー１３は、フランジ部１４の端面（以下、この面を「端面ａ」と呼ぶ）が筐体１５の端面ｂと接した状態で、後述する光学アライメントを行った後、筐体１５に取り付けられる。光素子１９が半導体レーザである場合の、光モジュールにおける関連技術の光学アライメント方法を説明する。
工程１．筐体１５の端面ｂにフェルールカラー１３の端面ａを接した状態で、フェルールカラー１３の貫通孔の中心と筐体１５の光学窓の中心とが略同一となるように配置する。
工程２．光ファイバ１１を内蔵したフェルール１２をフェルールカラー１３の貫通孔に挿入し、フェルール１２の端部がフェルールカラー１３の端面ａ近傍に達するまで挿入する。
工程３．光素子１９に電気信号を印加して発光させると同時に、光ファイバ１１のフェルール１２を設けた端部と逆側の端部から出力される光パワーを測定する。
工程４．フェルールカラー１３内でフェルール１２を図１のＺ軸方向に移動させ、同時に、フェルールカラー１３を図１のＸＹ平面内で移動させ、光パワーが最大となる位置を探索する。その位置で、フェルール１２とフェルールカラー１３とを固定し、フェルールカラー１３と筐体１５とを固定する。前記工程４．におけるフェルール１２とフェルールカラー１３との固定、およびフェルールカラー１３と筐体１５との固定には、例えばＹＡＧ溶接などが用いられる。
　ここで、前記工程４．を実施している最中に、フェルールカラー１３の端面ａの一部が端面ｂから離間し、フェルールカラー１３が傾いてしまうと、光パワーが最大となる位置を正しく検索できなくなってしまう。そのため、工程４．では、筐体１５の端面ｂとフェルールカラー１３の端面ａとの接触を維持したままフェルールカラー１３を摺動させなければならない。このような理由から、フェルールカラー１３の筐体１５に接する端部には、端面ａと端面ｂとの接触面積がより広くなるよう、外側に向けて突出したフランジ部１４が設けられている。
特開２００８－０８３２８２号公報 特開平５－３４３７０９号公報
　光モジュールを小型化しようとしたとき、例えばより小型なサブモジュール１７を利用することが考えられる。この場合、光モジュールの筐体１５は、サブモジュール１７の小型化に伴いより細いものが利用できるようになる。一方、フェルールカラー１３の外径寸法は、そこに挿入されるフェルール１２の外径によって制限を受けることから、サブモジュール１７を小型化したとしても、フェルールカラー１３をそれに応じて細くすることはできない場合もある。
　そうすると、図２に示したように、フェルールカラー１３に設けられたフランジ部１４は、筐体１５からはみ出して突出してしまうこともありうる。このように、関連技術の光モジュールでは、フェルールカラー１３の筐体１５に接する端部には、外側に向けて突出したフランジ部１４が設けられているため、光モジュールの小型化が困難になる、という課題があった。
　前記課題を解決するために、本開示は、光モジュールにおけるフェルールカラーの筐体に接する端部を、フェルールカラーの内側に向けて突出することで、接続精度を維持したまま光モジュールの小型化を図ることを目的とする。
　上記目的を達成するため、本開示では、光モジュールを構成するフェルールカラーの筐体に接する端部に、フェルールカラーの内部に向けて突出したフランジ部を設ける。
　具体的には、本開示に係る光モジュールは、
　光ファイバを保持するフェルールを収容し、その端部に前記光ファイバに光信号を導入するための貫通孔を有するフェルールカラーと、
　光信号を出射し又は光信号を受光する光素子を有するサブモジュールと、
　一端に前記光素子を内包するようにして前記サブモジュールが固定され、他端に光信号を前記光素子に導光するための光学窓を有する筐体とを備え、
　前記フェルールカラーの前記端部には前記フェルールカラーの内部に向けて突出したフランジ部を有し、
　前記光素子と前記フェルールカラーに収容された前記光ファイバとが前記貫通孔および前記光学窓を介して光学的に結合する状態で、前記フェルールカラーと前記筐体とが固定される。
　本開示に係る光モジュールでは、
　前記フェルールカラーが有する前記貫通孔の内径が、前記光素子が出射又は受光する光信号のビームスポットサイズの半値の３倍以上の内径を有してもよい。
　本開示に係る光モジュールでは、
　前記フランジ部は、厚さが０．３ｍｍ以上であり、前記フェルールカラーの内部に向けて突起長さが０．７５ｍｍ以上突出してもよい。
　なお、上記各開示は、可能な限り組み合わせることができる。
　本開示によれば、光モジュールにおけるフェルールカラーの筐体に接する端部に、フェルールカラーの内側に向けて突出したフランジ部を設けるようにしたことで、接続精度を維持したまま光モジュールの小型化を図ることができる。
関連技術のピッグテイル型の光モジュールの構成を示す一例である。 関連技術のピッグテイル型の光モジュールの課題を示す一例である。 本実施形態に係る光モジュールの構成を示す一例である。 本実施形態に係る光モジュールの貫通孔の径の設計例を示す。 本実施形態に係る光モジュールの貫通孔の径の設計例を示す。 本実施形態に係る光モジュールの使用例を示す。
　以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本開示は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
（第１の実施形態）
　本実施形態に係る光モジュールは、光ファイバと、フェルールと、フェルールカラーと、筐体と、サブモジュールと、で構成されている。図３は、本開示の第１の実施形態に係る光モジュールの構成をさらに具体的に説明する構成図である。フランジ部３４の構成を除くと、その多くは図１に示した関連技術のピッグテイル型の光モジュールの構成と類似する。本実施形態に係る光モジュールは、筒状の筐体３５と、筐体３５の一方の端面に取り付けられたサブモジュール３７と、筐体３５の他方の端面に取り付けられたフェルールカラー３３と、フェルールカラー３３に挿入された状態でフェルールカラー３３に固定される光ファイバ３１を内蔵したフェルール３２とで構成される。また、サブモジュール３７は、キャップ３６と、レンズ３８と、光素子３９と、ステム４１と、リードピン４２と、で構成される。
　具体的には、サブモジュール３７は、平板状のステム４１と、ステム４１の一方の面上に載置される光素子３９と、ステム４１の他方の面から延伸して設けられ、ステム４１を貫通して光素子３９に電気信号を送信あるいは受信するためのリードピン４２と、光素子３９を封止するためのキャップ３６と、キャップ３６に取り付けられ、光ファイバ３１と光素子３９との光学的結合を可能とするためのレンズ３８とで構成される。
　サブモジュール３７は、キャップ３６が筐体３５内部に挿入された状態で、ステム４１の光素子搭載面と筐体３５の一方の端面とを固定することで、筐体３５に取り付けられる。ここで、光素子３９とは、例えば電気信号で変調されたレーザ光を出力可能な半導体レーザなどの発光素子や、変調されたレーザ光を受信して電気信号として出力可能なフォトダイオードなどの受光素子などである。
　光素子３９が発光素子である場合、光素子３９から出力された光は、レンズ３８および後述する光学窓を介して、フェルール３２に内蔵された光ファイバ３１の一端に結合する。一方、光素子３９が受光素子である場合、フェルール３２に内蔵された光ファイバ３１の一端から出力された光は、後述する光学窓およびレンズ３８を介して、光素子３９の受光面に結合する。筐体３５のステム４１が取り付けられた端面と対向する端面（以下、この面を「端面ｂ」と呼ぶ）には、光ファイバ３１と光素子３９とが光学的に結合できるよう、円形状の光学窓が設けられている。
　光学窓は、筐体３５に設けられた単なる穴であってもよいし、それをガラスなどの透明部材で覆ったものであってもよい。もちろん、透明部材を凹面状あるいは凸面状の形状に形成し、レンズ機能を持たせるようにしてもよい。フェルールカラー３３が筐体３５に接する端部には、フェルールカラー３３の内部に向けて突出したフランジ部３４が設けられている。
　フェルールカラー３３は全体として円筒状の形状であり、その内部には、光ファイバ３１を内蔵したフェルール３２を挿入可能とするため、フェルール３２の外周よりやや広い内径をもつフェルール挿入部が設けられている。フェルール挿入部は、フェルールカラー３３のフランジ部３４が設けられた端部と対向する端部から、フランジ部３４に到達する位置の間に形成される。一方、フランジ部３４が設けられた端部には、光ファイバ３１と光素子３９とが光学的に結合できるよう、貫通孔が設けられている。
　フェルールカラー３３は、フランジ部３４のフェルール挿入部が設けられた端部と対向する端面（以下、この面を「端面ａ」と呼ぶ）が筐体３５の端面ｂと接した状態で、筐体３５の端面ｂとフェルールカラー３３の端面ａとの接触を維持したまま、フェルールカラー３３を摺動させて光学アライメントを行った後、筐体３５に固定される。フェルールカラー３３と筐体３５は、例えばＹＡＧ溶接などによって固定される。なお、ＹＡＧ溶接に際し、フェルールカラー３３と筐体３５の材料としては、熱伝導率が小さくＹＡＧレーザによる溶解熱が拡散し難い材料であるＳＵＳ又はコバール等のＦｅＮｉＣｏ合金を用いてもよい。
　フェルール３２に内蔵された光ファイバ３１と光素子３９との光学アライメントの具体例は、以下のとおりである。まず、フェルールカラー３３を、フェルールカラー３３の貫通孔の中心と筐体３５の光学窓の中心とが略同一となるように配置する。光ファイバ３１を内蔵したフェルール３２をフェルールカラー３３のフェルール挿入部に挿入し、フェルール３２の端部がフランジ部３４近傍に到達するまで挿入する。次いで、光素子３９に電気信号を印加して発光させ、光ファイバ３１のフェルール３２を設けた端部と逆側の端部から出力される光パワーを測定しながら、フェルールカラー３３内でフェルール３２を図３のＺ軸方向に移動させ、同時に、フェルール３２を挿入したフェルールカラー３３を図３のＸＹ平面内で摺動させ、光パワーが最大となる位置を探索する。最後に、フェルール３２とフェルールカラー３３とを固定し、フェルールカラー３３と筐体３５とを固定する。
　（フェルールカラーの設計例）
　光素子３９として半導体レーザを用いた場合のフェルールカラー３３の貫通孔の径の設計例を、図４を用いて説明する。なお、筐体３５の光学窓は、光ファイバ３１と光素子３９との間を導波する光を遮光ないし散乱しない程度の開口面積を有していることを前提としている。光素子３９を出射した光は、レンズ３８で屈折され、フェルール３２に内蔵された光ファイバ３１の一端に向けて集光される。このような出射光の端面ｂでのビームスポットサイズの半値Ｂがωであったとすると、貫通孔の内径Ａを３ω以上とすることで、貫通孔における出射光の散乱あるいは反射を抑制することができるようになる。
　例えば、出射光の端面ｂでのビームスポットサイズの半値ω＝０．１ｍｍの場合、貫通孔の内径は３ω＝０．３ｍｍφ以上とすればよい。部材加工精度として±０．１ｍｍの加工誤差を考慮すると、貫通孔の内径は０．４ｍｍφ程度にすればよい。材料としてステンレス（ＳＵＳ３０４）を用いたフェルールカラー３３における、フランジ部３４の設計例を説明する。
　図５に示すように、貫通孔に向けて突出したフランジ部３４の厚さを０．３ｍｍ、長さを０．７５ｍｍとした。このようなフェルールカラー３３を製造し、金属の筐体３５にＹＡＧ溶接で固定することを想定した振動衝撃試験を実施した。その結果、Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ社の光半導体デバイス信頼度保証仕様である「ＧＲ－４６８－ＣＯＲＥ」の仕様を満足する程度の耐衝撃性を有することが確認できた。
　このように、本開示に係る光モジュールでは、フェルールカラー３３が筐体３５に接する端部である端面ａに、フェルールカラー３３の内部に向けて突出したフランジ部３４を設けるようにしたので、より小さいサブモジュールを用いた場合であっても、フランジ部３４が筐体３５の外部に突出してしまうことがなくなり、以って、光モジュールの小型化が可能になる。
　また、内部に向けて突出したフランジ部３４であっても、筐体３５の端面ｂとフェルールカラー３３の端面ａとの接触を維持したままフェルールカラー３３を摺動させて光学アライメントを行うことができる程度の断面積を確保することができるため、関連技術の光モジュールと同等の光学特性を確保することができる。
（第２の実施形態）
　第１の実施形態では、本開示をピッグテイル型の光モジュールに適用した例を説明してきたが、本開示は、光ファイバ３１を内蔵した光コネクタを挿抜可能なレセプタクル型の光モジュールに対しても適用できる。本開示を適用したレセプタクル型の光モジュールは、第１の実施形態と同様、光モジュールを構成するフェルールカラー３３の筐体３５に接する端部に、フェルールカラー３３の内部に向けて突出したフランジ部が設けられていることを特徴とするものである。
　第２の実施形態に係る光モジュールの構成例を、図６を用いて説明する。本実施形態に係る光モジュールは、第１の実施形態で説明した光モジュールと比較して、光コネクタを受容するためのレセプタクル４５を備える点で異なる。
　これらの相違点を除くと、本実施形態に係る光モジュールの構成の多くは、図３に示した第１の実施形態に係る光モジュールの構成と類似するため、詳細な説明は省略する。図６に示すように、レセプタクル４５は、金属からなる円筒状の本体と、該レセプタクル４５に内蔵され、挿入される光コネクタ４６のフェルール３２－２と物理的接触（Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｃｏｎｔａｃｔ：ＰＣ）して光コネクタ４６から入出射する光をサブモジュール３７に導入するフェルール３２－１で構成される。
　フェルール３２－１は、光を導波するための光ファイバ３１－１が内蔵される。なお、光コネクタ４６の挿抜が容易に行えるよう、レセプタクル４５の内部に、光コネクタ４６のフェルール３２－２が挿入されるスリーブあるいは割りスリーブ（いずれも不図示）を設けるようにしてもよい。レセプタクル４５は、フェルールカラー３３のフェルール挿入部に挿入され、例えばＹＡＧ溶接などでフェルールカラー３３に固定される。
　このようにして、レセプタクル４５は、光コネクタ４６を嵌合して光コネクタ４６を光モジュールに固定する役割を担う。本実施形態で説明したレセプタクル型の光モジュールでは、レセプタクル４５の構成を変えることにより、様々な規格の光コネクタ４６を挿入することができるようになる。
　以下に本実施形態に係る光モジュールの設計例を説明する。具体的には、ＬＣコネクタの受容部である「ＬＣレセプタクル」を用いた場合、およびＳＣコネクタの受容部である「ＳＣレセプタクル」を用いた場合の、フェルールカラー３３の設計例を説明する。まず、ＬＣレセプタクルについて述べる。
　ＬＣコネクタのフェルール外径は１．２５ｍｍφに規定されている。これを考慮すると、レセプタクル４５本体の外径は２．９２ｍｍφとすればよい。レセプタクル４５を収容するフェルールカラー３３のフェルール挿入部の内径は、部材公差を考慮し、２．９２ｍｍφ～２．９３ｍｍφとすればよい。
　次いで、ＳＣレセプタクルについて述べる。ＳＣコネクタのフェルール外径は２．５ｍｍφに規定されている。これを考慮すると、レセプタクル４５本体の外径は４．７ｍｍφとすればよい。レセプタクル４５を収容するフェルールカラー３３のフェルール挿入部の内径は、部材公差を考慮し、４．７ｍｍφ～４．７１ｍｍφとすればよい。
　このように、本開示は、光コネクタ規格に係わらず適用できるものである。ただし、フェルール内径の大きなフェルール３２を用いる光コネクタ４６に対応した光モジュールでは、フェルール内径の拡大に伴い、フェルールカラー３３の外径も大きくせざるを得なくなるため、関連技術の光モジュールではフランジ部１４が筐体１５からはみ出して突出してしまい、小型化が困難となっていた。
　一方、本開示を適用したレセプタクル型の光モジュールでは、フェルール内径の大きなフェルール３２を用いる光コネクタ４６に対応させたとしても、フェルールカラー３３の内部に向けて突出したフランジ部３４を設けるようにしたので、フランジ部３４が筐体３５の外部に突出してしまうことがない。すなわち、よりフェルール内径の大きなフェルール３２を用いる光コネクタ４６に対応した光モジュールにおいて、多大な効果をもたらすことができる。
　本開示は情報通信産業に適用することができる。
１１、３１：光ファイバ
１２、３２：フェルール
１３、３３：フェルールカラー
１４、３４：フランジ部
１５、３５：筐体
１６、３６：キャップ
１７、３７：サブモジュール
１８、３８：レンズ
１９、３９：光素子
２１、４１：ステム
２２、４２：リードピン
４５：レセプタクル
４６：光コネクタ

Claims (3)

  1. 　光ファイバを保持するフェルールを収容し、その端部に前記光ファイバに光信号を導入するための貫通孔を有するフェルールカラーと、
    　光信号を出射し又は光信号を受光する光素子を有するサブモジュールと、
    　一端に前記光素子を内包するようにして前記サブモジュールが固定され、他端に光信号を前記光素子に導光するための光学窓を有する筐体とを備え、
    　前記フェルールカラーの前記端部には前記フェルールカラーの内部に向けて突出したフランジ部を有し、
    　前記光素子と前記フェルールカラーに収容された前記光ファイバとが前記貫通孔および前記光学窓を介して光学的に結合する状態で、前記フェルールカラーと前記筐体とが固定された光モジュール。
  2. 　前記フェルールカラーが有する前記貫通孔の内径が、前記光素子が出射又は受光する光信号のビームスポットサイズの半値の３倍以上の内径を有すること
    を特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
  3. 　前記フランジ部は、厚さが０．３ｍｍ以上であり、前記フェルールカラーの内部に向けて突起長さが０．７５ｍｍ以上突出する
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光モジュール。
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