特許 6811289 光モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6811289

(24)【登録日】2020年12月16日

(45)【発行日】2021年1月13日

(54)【発明の名称】光モジュール

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/30 20060101AFI20201228BHJP

【ＦＩ】

   G02B6/30

【請求項の数】5

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2019-121043(P2019-121043)

(22)【出願日】2019年6月28日

【審査請求日】2019年6月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】591230295

【氏名又は名称】ＮＴＴエレクトロニクス株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100119677

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 賢治

(74)【代理人】

【識別番号】100160495

【弁理士】

【氏名又は名称】畑 雅明

(74)【代理人】

【識別番号】100173716

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 真理

(74)【代理人】

【識別番号】100115794

【弁理士】

【氏名又は名称】今下 勝博

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 雄一

(72)【発明者】

【氏名】中西 智浩

(72)【発明者】

【氏名】冨田 大司

(72)【発明者】

【氏名】山田 健二

(72)【発明者】

【氏名】那須 悠介

【審査官】 堀部 修平

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１３７５４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０７６００８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０２６４８８５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−２９３０４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１８−２０５５６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０６２８４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１４５９３１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ６／１２−６／１４，６／２６−６／２７，６／３０−６／３４，６／４２−６／４３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

側面の一部に開口部を有する筐体と、
前記筐体の内部に設置された光導波路チップと、
前記筐体の外部の光ファイバの一端を保持し、前記筐体の前記開口部を通して前記光ファイバの一端を前記光導波路チップの光入出力端に直接接続しており、前記光ファイバ側の一部が前記筐体の外にあり、前記開口部と接触しないファイバブロックと、
前記ファイバブロックが接続された前記光導波路チップが設置された前記筐体の内部の空間を、前記ファイバブロックが挿入されている空間と他の空間とに隔て、前記ファイバブロックと接触しないように配置された封止樹脂と、
を備える光モジュール。

【請求項2】

前記封止樹脂は、
前記筐体の上板と底板とに接触し、且つ前記ファイバブロックを囲むように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。

【請求項3】

前記封止樹脂は、
前記筐体の上板側の上板側樹脂と、前記筐体の底板側の底板側樹脂とが接触して構成されてい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。

【請求項4】

前記上板側樹脂及び前記底板側樹脂は、互いに種類が異なる樹脂であることを特徴とする請求項３に記載の光モジュール。

【請求項5】

前記封止樹脂は、硬度（ショアA）が５０以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光通信に使用される光モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

光導波路チップ等の光部品と光ファイバとを結合させるために、光部品を筺体の内部に設置し、筐体の外部から導入した光ファイバを筺体の内部で光部品に接続する光モジュールが採用されている（例えば、特許文献１及び２を参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平０８−２８６０７５号公報

【特許文献2】特開２００４−３０９９７８号公報

【特許文献3】特開２００９−１３９８６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

通常、光ファイバと光部品とを接続する場合、特許文献３に記載されるような光学素子（ファイバブロック）を使用する。 特許文献１や２の光モジュールは、温度変化や衝撃から光部品を保護するためにファイバブロックを含めて筐体内に収めていた。このような構成であると、光部品が小型化してもファイバブロックの存在により光モジュールのサイズを小型化することが困難という課題がある。

【0005】

そこで、前記課題を解決するために、本発明は、小型化が可能な構造の光モジュール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】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明に係る光モジュールは、ファイバブロックの一部を筐体から飛び出させた構造とした。

【0007】

具体的には、本発明に係る光モジュールは、
側面の一部に開口部を有する筐体と、
前記筐体の内部に設置された光導波路チップと、
前記筐体の外部の光ファイバの一端を保持し、前記筐体の前記開口部を通して前記光ファイバの一端を前記光導波路チップの光入出力端に直接接続しており、前記光ファイバ側の一部が前記筐体の外にあるファイバブロックと、
前記ファイバブロックが接続された前記光導波路チップが設置された前記筐体の内部の空間を、前記ファイバブロックが挿入されている空間と他の空間とに隔てる封止樹脂と、
を備える。

【0008】

本光モジュールは、ファイバブロックの一部を筐体外に出すことで光モジュールのサイズを小さくすることができる。従って、発明は、小型化が可能な構造の光モジュールを提供することができる。

【0009】

このような構造とした場合、開口部から筐体内に埃などの異物が入らないようにして信頼性を維持する必要がある。そこで、本光モジュールは、前記筐体の前記開口部の内側に封止樹脂を配置し、開口部からの埃が筐体内に入り込むことを防止している。

【0010】

例えば、前記封止樹脂は、前記筐体の上板と底板とに接触し、且つ前記ファイバブロックを囲むように配置されている。ファイバブロックに封止樹脂を配置した場合、振動や熱による筐体からの力がファイバブロックに伝わり、光軸ズレを発生することがある。このため、ファイバブロックに触れないように封止樹脂を配置する。

【0011】

前記封止樹脂は、前記筐体の上板側の上板側樹脂と、前記筐体の底板側の底板側樹脂とが接触して構成されるとしてもよい。前記上板側樹脂及び前記底板側樹脂は、互いに種類が異なる樹脂とすれば、例えば、光導波路チップに接触する底板側樹脂を絶縁のために絶縁性樹脂とし、上板側樹脂をノイズ対策のために導電性樹脂とする。

【0012】

例えば、前記封止樹脂は、硬度（ショアA）が５０以下であることを特徴とする。

【0013】

本モジュールに接続した光ファイバを曲げた時に、ファイバブロックにかかる荷重（曲げモーメント）を低減して、光部品とファイバブロックとの接続部にかかる力を低減する必要がある。そこで、本発明では、前記ファイバブロックが保持する前記光ファイバは、直径が１２５μｍより細い細径ファイバであることを特徴とする。細径ファイバとすることで光ファイバを曲げやすくなり、曲げモーメントを低減することができる。つまり、細径ファイバを採用することで光部品とファイバブロックとの接続部にかかる力を低減することができる。具体的には、細径ファイバを採用すると、光ファイバを半径１０ｍｍで曲げた場合、光部品とファイバブロックとの接続部にかかる力を通常の光ファイバ（直径１２５μｍ）を採用したときより５０％以上低減できる。

【0014】

また、本モジュールはファイバブロックが筐体外に出ているため、光モジュールを動かしたり、光ファイバが動くことで、光ファイバのファイバブロック根元部分に大きな力がかかり破損してしまう恐れがある。そこで、本発明では、前記ファイバブロックの、前記光部品の光入出力端との接続面と反対側の端面において、前記光ファイバの動きを制限する補強材をさらに備える。例えば、前記補強材は、前記光ファイバを覆い、且つ前記ファイバブロックの前記端面に接着する弾性接着剤（破断時伸びが１００％以上、且つ硬さ（ショアＡ）が８０以下、好ましくは破断時伸びが２００％以上、且つ硬さ（ショアＡ）が６０以下）、前記ファイバブロックの前記端面に接着された、前記光ファイバを貫通させるブーツ、あるいは前記ファイバブロックの前記端面に弾性接着剤で接着された、前記光ファイバを貫通させる熱収縮チューブである。このように、補強材がファイバブロック根元で光ファイバの動きを制限することで光ファイバの破損を防止することができる。また、補強材を具備すると、サイドプル試験（光ファイバの引っ張り試験）で補強材が無い場合に比べて５００％以上耐力が向上する。

【0015】

なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明は、小型化が可能な構造の光モジュールを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】従来の光モジュールの構造を説明する図（筐体の上面を省いた図）である。

【図2】（Ａ）本発明に係る光モジュールの構造を説明する上面図（筐体の上面を省いた図）である。（Ｂ）本発明に係る光モジュールの構造を説明する断面図である。

【図3】（Ａ）本発明に係る光モジュールの構造を説明する上面図（筐体の上面を省いた図）である。（Ｂ）本発明に係る光モジュールの構造を説明する断面図である。

【図4】本発明に係る光モジュールのファイバブロック部分を説明する図である。

【図5】本発明に係る光モジュールのファイバブロック部分を説明する図である。

【図6】本発明に係る光モジュールのファイバブロック部分を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。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。

【0019】

（実施形態１）
図２は、本実施形態の光モジュール３０１を説明する図である。図２（Ａ）は、光モジュール３０１の上面図（筐体１１の上板について記載を省いたもの）、図２（Ｂ）は、光モジュール３０１の線Ｘ−Ｘ’での断面図である。
本実施形態の光モジュール３０１は、
側面１１ａの一部に開口部１０を有する筐体１１と、
筐体１１の内部に設置された光導波路チップ１２と、
筐体１１の外部の光ファイバ５０の一端を保持し、筐体１１の開口部１０を通して光ファイバ５０の一端を光導波路チップ１２の光入出力端１５に直接接続しており、光ファイバ５０側の一部が筐体１１の外にあるファイバブロック１３と、
ファイバブロック１３が接続された光導波路チップ１２が設置された筐体１１の内部の空間を、ファイバブロック１３が挿入されている空間ＡＲ１と他の空間ＡＲ２とに隔てる封止樹脂２７と、
を備える。

【0020】

光導波路チップ１２の光入出力端１５とファイバブロック１３の端面にあるファイバアレイ端のそれぞれの中心が一致するように、光導波路チップ１２の光入出力端１５を有する端面とファイバアレイ端を有するファイバブロック１３の端面とは接着剤により直接接続固定される。
なお、本明細書では光ファイバ５０が３本並列している場合を説明するが、光ファイバ５０の数は３本に限定されない。

【0021】

図２（Ｂ）のように、封止樹脂２７は、筐体１１の上板１１ｂと底板１１ｃとに接触し、且つファイバブロック１３を囲むように配置されていることを特徴とする。

【0022】

図１は、発明に関連する光モジュール３００を説明する図である。光モジュール３００は、光導波路チップ１２とファイバブロック１３が筐体１１内にある。光導波路チップ１２の機能回路部１２ａには、光導波路チップ１２の機能に合せて、機能素子（１４ａ、１４ｂ）が形成されている。機能素子（１４ａ、１４ｂ）は、例えば、合分波器、光受信器に用いられる光干渉回路では信号光の光強度を調整するＶＯＡ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ）、信号光の偏波を分離する偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ：Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）、信号光または局発光の偏波を回転する偏波ローテータ（偏波回転器）、信号光および局発光の間の干渉によって位相差を検波する９０度ハイブリッドなどの機能回路である。図１では一部の機能素子のみを表記しているが、機能素子は機能回路部１２ａの全面に形成されることもある。光導波路チップ１２の入出力端１５側の導波路部１２ｂには光ファイバ５０に接続する入出力導波路１４ｃのみが形成されている。光導波路チップ１２の構造は図２〜図６でも同様である。

【0023】

光モジュール３００は、特許文献１や２で説明されるように光ファイバ５０が筐体１１に固定されている。光モジュール３００は、ファイバブロック１３が筐体１１内に完全に収納されている構造であるため、筐体１１を小さくすることができなかった。

【0024】

そこで、光モジュール３０１は、筐体１１に開口部１０を形成し、ファイバブロック１３の一部を開口部１０から飛び出させることで筐体１１を小型化している。筐体１１は、最大で光導波路チップ１２に接する程度まで小型化できる。例えば、光導波路チップ１２やファイバブロック１３のサイズが同じとすれば、光モジュール３０１は、光モジュール３００と比べて体積比で２割以上小型化することができる。

【0025】

筐体１１の開口部１０とファイバブロック１３との隙間からごみが筐体１１内に入り込むと光導波路チップ１２の信頼性を確保することが難しくなる。当該隙間をできるだけ小さくするために開口部１０の大きさをファイバブロックの断面（光ファイバ５０の長手方向に垂直な面の外寸）よりやや大きくしておくことも考えられる。しかし、筐体１１内での光導波路チップ１２の実装位置誤差によるファイバブロック１３の位置ずれ、筐体１１の寸法誤差による開口部１０の位置ずれ、あるいは温度変化による変位（光ファイバ５０の長手方向に垂直な方向のずれや変位）があるため、当該隙間を小さくしてしまうとファイバブロック１３が開口部１０に接触することがある。ファイバブロック１３と開口部１０とが接触すれば、ファイバブロック１３と光導波路チップ１２との接続部に力がかかり光入出力端１５と光ファイバ５０の端部とにずれが生じ、光軸ずれによる結合損失が発生する。このため、開口部１０とファイバブロック１３との隙間を小さくすることには限界がある。

【0026】

そこで、光モジュール３０１は、開口部１０とファイバブロック１３との隙間から入り込む埃が光導波路チップ１２へ到達しないように封止樹脂２７で当該埃をブロックする。封止樹脂２７は、図２（Ａ）のように、ファイバブロック１３を隙間なく取り囲むように配置される。ここで、封止樹脂２７は、光導波路チップ１２の導波路部１２ｂに配置され、機能回路部１２ａ上には配置されない。つまり、機能回路部１２ａへの応力の影響がないように、封止樹脂２７を光導波路チップ１２の導波路部１２ｂのみ覆うように配置するため、光導波路チップ１２の特性が損なわれることはない。また、筐体からの振動や熱、熱膨張差に起因する応力がファイバブロック１３に伝わることにより発生する光軸ズレを防止するため、封止樹脂２７はファイバブロック１３に触れないように配置する。

【0027】

さらに、封止樹脂２７は、図２（Ｂ）のように、筐体１１の上板１１ｂから底板１１ｃまで隙間なく光導波路チップ１２の周囲に充填される。所望の形状に隙間なく封止樹脂２７を充填するため、封止樹脂２７を複数回に分けて封止樹脂の量を調整しながら充填しても良い。また、封止樹脂２７が導波路部１２ｂからはみ出ないように、導波路部１２ｂの入出端の辺の近傍や機能回路部１２ａと導波路部１２ｂとの境辺りに撥水加工を施しても良い。

【0028】

封止樹脂２７は、スリーボンドＴＢ３０８１Ｊのような 硬度（ショアA）が５０以下のＣＩＰＧ（Ｃｕｒｅｄ−Ｉｎ−Ｐｌａｃｅ Ｇａｓｋｅｔ）材が好ましい。これは次の理由による。封止樹脂２７が筐体１１の上板１１ｂから底板１１ｃまで確実に隙間を埋めるため、光導波路チップ１２は封止樹脂２７が硬化する際、あるいは筐体１１の機械的又は熱的変動の影響を封止樹脂２７を介して受けやすい。このため、封止樹脂２７の硬度が低い方が、封止樹脂２７から光導波路チップ１２に加わる応力は低減される。

【0029】

このように封止樹脂２７を配置することで、筐体１１の内部を、機能素子（１４ａ，１４ｂ）の空間ＡＲ１と開口部１０側の空間ＡＲ２に分離できる。空間ＡＲ１には、光導波路チップ１２の機能回路部１２ａに形成される機能素子（１４ａ，１４ｂ）、光導波路チップ１２と筐体１１との間に設置される光素子（受光素子や発光素子）、駆動回路や制御回路、そして配線などの光素子と部品類（不図示）が含まれる。封止樹脂２７により空間ＡＲ１と空間ＡＲ２とは完全に遮断されるため、開口部１０とファイバブロック１３との隙間から入り込む埃は空間ＡＲ２に止まり、空間ＡＲ１へは入らない。このため、光モジュール３０１は、空間ＡＲ２に内在する光素子と部品類の信頼性を確保することができる。

【0030】

（実施形態２）
図３は、本実施形態の光モジュール３０２を説明する図である。図３（Ａ）は、光モジュール３０２の上面図（筐体１１の上板について記載を省いたもの）、図３（Ｂ）は、光モジュール３０２の線Ｘ−Ｘ’での断面図である。光モジュール３０２と図２の光モジュール３０１との相違点は、光モジュール３０２の封止樹脂２７が、筐体１１の上板１１ｂ側の上板側樹脂２７ｂと、筐体１１の底板１１ｃ側の底板側樹脂２７ｃとが接触して構成されていることである。

【0031】

上板側樹脂２７ｂ及び底板側樹脂２７ｃは、互いに種類が異なる樹脂であることにより、機能を付加できる。例えば、光導波路チップ１２に接触する底板側樹脂２７ｃは絶縁が求められるため、絶縁性の高い樹脂（例えば、体積抵抗率＞1ＧΩ・ｍ［具体例：スリーボンド ＴＢ３０８１Ｊ等］）とする。一方、光モジュールとしてノイズ対策が求められるため、上板側樹脂２７ｂは導電性の高い樹脂（例えば、体積抵抗率＜１Ω・ｍ［具体例：セメダイン ＳＸ−ＥＣＡ４８等］）とする。

【0032】

（実施形態３）
本実施形態の光モジュールは、特許文献１、２の光モジュールと異なり、光ファイバが筐体に固定されていない。このため、光モジュールの取り扱いや光ファイバの配線（曲げ状態）によってファイバブロックと光導波路チップとの接続部に大きな力がかかり、光軸ずれによる結合損失が発生することがある。そこで、本実施形態の光モジュールは次のような対策を施す。

【0033】

図４は、本実施形態の光モジュール３０４を説明する図である。光モジュール３０４は、ファイバブロック１３が保持する光ファイバ５０が、直径が１２５μｍより細い細径ファイバであることを特徴とする。例えば、光ファイバ５０は、ファイバ径が８０μｍ 被覆を含めた光ファイバ直径が１８０μｍ未満の細径ファイバであることが好ましい。

【0034】

通常の光ファイバは、ファイバ径が１２５μｍ、被覆を含めた光ファイバ直径が２５０μｍである。細径ファイバは通常の光ファイバより曲がりやすく、曲げモーメントが小さい。つまり、ファイバブロック１３が保持する光ファイバ５０に細径ファイバを使用することで、光ファイバ５０に規定の曲げを与えてもファイバブロック１３と光導波路チップ１２との接続部への力を、通常の光ファイバを使用した時より小さくすることができる。すなわち、光ファイバの曲げによる光軸ずれによる結合損失を低減することができる。

【0035】

従って、光モジュール３０４は、取り扱いや光ファイバ５０の配線によって発生する結合損失を低減することができる。なお、上述した部分以外の構造は実施形態１と２で説明した光モジュールと同じである。

【0036】

（実施形態４）
本実施形態の光モジュールは、特許文献１、２の光モジュールと異なり、光ファイバが筐体に固定されていない。このため、光モジュールの取り扱いや光ファイバの配線（曲げ状態）によって光ファイバのファイバブロックの根元に大きな力がかかり、光ファイバが破損することがある。そこで、本発明に係る光モジュールは次のような対策を施す。なお、光ファイバのファイバブロックの根元とは、ファイバブロックが保持していない光ファイバの部分で最もファイバブロックに近い部分を指す。

【0037】

図５は、本実施形態の光モジュール３０５を説明する図である。光モジュール３０２は、ファイバブロック１３の、光導波路チップ１２の光入出力端１５との接続面と反対側の端面において、光ファイバ５０の動きを制限する補強材２９をさらに備える。例えば、補強材２９は、光ファイバ５０を覆い、且つファイバブロック１３の前記端面に接着する弾性接着剤である。この弾性接着剤は、光ファイバを曲げた時に剥離しないように、柔らかい（硬さ）だけでなく伸び（破断時伸び）が重要であり、破断時伸びが１００％以上、且つ硬さ（ショアＡ）が８０以下、好ましくは破断時伸びが２００％以上、且つ硬さ（ショアＡ）が６０以下が求められる。このような弾性接着剤としてＤＯＷ ＣＯＲＮＩＮＧ（登録商標） ＳＥ ９１８６が例示できる。また、補強材２９は、ファイバブロック１３の前記端面に接着された、光ファイバ５０を貫通させるブーツである。また、図６のように、補強材２９は、ファイバブロック１３の前記端面に弾性接着剤で接着された、光ファイバ５０を貫通させる熱収縮チューブであってもよい。熱収縮チューブの材質は、ポリイミドやシリコーンが例示できる。

【0038】

光モジュール３０５は、ファイバブロック１３の根元において光ファイバ５０を補強材２９で保護しており、光ファイバ５０に規定の曲げを与えてもファイバブロック１３の根元の光ファイバへの力を、補強材が無い場合より小さくすることができる。すなわち、光ファイバの曲げによる光ファイバ破損を低減することができる。従って、補強材２９は光モジュール３０５の取り扱い易さを向上させることができる。なお、上述した部分以外の構造は実施形態１と２で説明した光モジュールと同じである。

【0039】

（従来技術との相違点）
特許文献２も、光モジュールのサイズを小さくすることを目的としているが、光ファイバをゴムブーツで保持する構造（ファイバブロックには曲げモーメントがかからない構造）としている。一方、本発明に係る光モジュールは、ファイバブロック１３を保持せず筐体１１から露出させる構成としている。また、特許文献２の光モジュールは、作製時のファイバブロックの位置誤差や、温度変動による筐体の変動は、光軸方向(ファイバ長手方向）については、許容させているが、光軸方向に垂直な方向については考慮されていない。本発明に係る光モジュールは、封止樹脂で隙間からの埃をブロックする構成により、光軸に垂直な方向についてもファイバブロック１３の位置誤差を許容させている。本発明に係る光モジュールは、光ファイバ５０の曲げにより、ファイバブロック１３に曲げモーメントがかかることを前提としており、根元補強や細径ファイバの使用を採用している。

【符号の説明】

【0040】

１０：開口部
１１：筐体
１２：光導波路チップ
１２ａ：機能回路部
１２ｂ：導波路部
１３：ファイバブロック
１４ａ、１４ｂ：光機能素子
１４ｃ：入出力導波路
１５：光入出力端
２７：封止樹脂
２９：補強材
３１：ブーツ
３２：ファイバ固定具
５０：光ファイバ
３００〜３０５：光モジュール

【要約】      （修正有）

【課題】小型化が可能な構造の光モジュールを提供する。
【解決手段】光モジュール３０１は、ファイバブロック１３の一部を筐体１１から飛び出させた構造とした。筐体１１の開口部１０とファイバブロック１３との隙間により、筐体１１内での光導波路チップ１２の実装位置誤差によるファイバブロック１３の位置ずれ、筐体１１の寸法誤差による開口部１０の位置ずれ、あるいは温度変化による変位を許容し、光軸ずれによる結合損失を低減することができる。光モジュールは、封止樹脂２７を備えることで、筐体１１内のうち光導波路チップ１２が配置される空間へのごみの侵入を防止できる。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】