特許 6874949 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(B2)

(11)【特許番号】6874949

(24)【登録日】2021年4月26日

(45)【発行日】2021年5月19日

(54)【発明の名称】光モジュール

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/42 20060101AFI20210510BHJP

【ＦＩ】

   G02B6/42

【請求項の数】6

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2016-155085(P2016-155085)

(22)【出願日】2016年8月5日

(65)【公開番号】特開2018-22120(P2018-22120A)

(43)【公開日】2018年2月8日

【審査請求日】2019年3月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000154325

【氏名又は名称】住友電工デバイス・イノベーション株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002343

【氏名又は名称】特許業務法人 東和国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】木原 利彰

【審査官】 奥村 政人

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０８３４２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−００１６６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１９５９２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０１４２８３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−２３２８３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２５８３２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０５７８５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２６８５３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５０８８８０３（ＵＳ，Ａ）

【文献】 韓国公開特許第１０−２０１５−０１００４２３（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ６／２６− ６／２７

Ｇ０２Ｂ ６／３０− ６／３４

Ｇ０２Ｂ ６／４２− ６／４３

Ｈ０１Ｓ ５／００− ５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の信号光を出射する第１の光送信ユニットと、
前記第１の信号光と異なる波長の第２の信号光を出射する第２の光送信ユニットと、
前記第１の信号光を透過し、前記第２の信号光を反射して一の波長多重光を出力する波長選択フィルタを、前記第１の光送信ユニットの光軸と前記第２の光送信ユニットの光軸との交差点に搭載したハウジングと、
前記第１の光送信ユニットに設けられ、前記第１の信号光を前記波長選択フィルタに向けて集光する集光レンズを搭載したレンズホルダと、
前記第１の光送信ユニットを前記ハウジングに対して固定するジョイントスリーブを、
有し、
該ジョイントスリーブは、前記集光レンズと前記波長選択フィルタとの間に、前記波長選択フィルタによる前記第１の信号光の非点収差を補正する補償デバイスを搭載し、
前記ジョイントスリーブに前記補償デバイスが固定された状態で、前記ジョイントスリーブを回転し調整することにより前記非点収差の補正が可能である、光モジュール。

【請求項2】

前記波長選択フィルタは、前記第１の信号光の波長に対して実質透明な母材上に形成された多層膜フィルタを備え、該多層膜フィルタは前記第１の信号光を透過し、前記第２の信号光を反射し、
前記補償デバイスは前記母材と同一の材料からなり、前記母材と略同一の厚さを有する、請求項１に記載の光モジュール。

【請求項3】

前記波長選択フィルタの法線と前記補償デバイスの法線とは直交する、請求項１または請求項２に記載の光モジュール。

【請求項4】

前記ジョイントスリーブは、前記レンズホルダの周面を覆う袴部と前記レンズホルダの端面を覆う蓋部を有し、
前記補償デバイスは、前記蓋部から突出した中空の突出部に搭載される、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光モジュール。

【請求項5】

前記突出部は、前記補償デバイスで反射された前記第１の信号光を前記補償デバイスの方向とは異なる方向に反射する光反射部を有する、請求項４に記載の光モジュール。

【請求項6】

前記補償デバイスは前記集光レンズと、前記集光レンズの前記波長選択フィルタ側の焦点との間に搭載されている、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光モジュールに関し、特に、信号光を出射すると同時に、該信号光の波長とは異なる波長を有する他の信号光を受信する双方向（Bi-Directional）の光モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

ＦＴＴＨ（Fiber To The Home）によるブロードバンドサービスでは、一芯の光ファイバを複数ユーザで共有するＰＯＮ（Passive Optical Network）と呼ばれる経済的な光ネットワークシステムが利用されている。通信速度が１Ｇｂｐｓ程度のＧＥ-ＰＯＮ（Gigabit Ethernet-PON）システムの広い普及から数年が経過し、最近ではＩＥＥＥの１０Ｇ-ＥＰＯＮ（10Gigabit-Ethernet PON）、ＩＴＵ-ＴのＸＧ-ＰＯＮ（Ｘはローマ数字の10の意味）の市場導入が進められている。近年のシステムでは、光スプリッターの分岐数の拡大（例えば、３２から６４、１２８等）により、局舎側の装置を簡便化（簡略化）する取組が進められている。これにより、局舎側の一台の装置（ＯＬＴ：Optical Line Terminal）で従来の２倍以上の加入者に対応することが可能になる反面、当該装置に搭載される発光デバイスの高出力化が要求される。

【0003】

光モジュールでは、発光デバイスからの信号光を光ファイバに集光するために収束光学系が用いられる。しかし、発光デバイスから光ファイバまでの間に波長選択フィルタ（ＷＳＦ：Wavelength Selective Filter）が設けられた光モジュールでは、非点収差によって光ファイバへの光結合効率（光出力）が低下するため、例えば、特許文献１に記載された光モジュールでは、光結合効率の低下を補償することが行われている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】再公表特許ＷＯ２０１２−１４２８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１には、光ファイバの長手方向を含む面内で、光ファイバの長手方向に対して所定の角度を有するよう配置される波長分離フィルタと、発光素子から出射した光を、この波長分離フィルタを経由して光ファイバに結像するレンズと、このレンズと波長分離フィルタとの間に、波長分離フィルタが所定の角度を有する平面と直交する平面のうちレンズの中心軸を含む平面で傾きを有するようにガラス基板を配置することが記載されている。しかしながら、特許文献１には、ガラス基板を配置する具体的構成については、開示されていない。

【0006】

本発明は、これらの実情に鑑みてなされたものであり、光送信ユニットをハウジングに対して固定するためのジョイントスリーブを利用して上記文献１におけるガラス基板に相当する補償デバイスを搭載することにより、小型の補償デバイスが利用可能で、光学的調心が容易でかつ発光素子とファイバとの間の高い結合効率が得られる光モジュールを提供することをその目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様に係る光モジュールは、第１の信号光を出射する第１の光送信ユニットと、前記第１の信号光と異なる波長の第２の信号光を出射する第２の光送信ユニットと、前記第１の信号光を透過し、前記第２の信号光を反射して一の波長多重光を出力する波長選択フィルタを、前記第１の光送信ユニットの光軸と前記第２の光送信ユニットの光軸との交差点に搭載したハウジングと、前記第１の光送信ユニットに設けられ、前記第１の信号光を前記波長選択フィルタに向けて集光する集光レンズを搭載したレンズホルダと、前記第１の光送信ユニットを前記ハウジングに対して固定するジョイントスリーブを、有し、該ジョイントスリーブは、前記集光レンズと前記波長選択フィルタとの間に、前記波長選択フィルタによる前記第１の信号光の非点収差を補正する補償デバイスを搭載し、前記ジョイントスリーブに前記補償デバイスが固定された状態で、前記ジョイントスリーブを回転し調整することにより前記非点収差の補正が可能である。

【発明の効果】

【0008】

上記発明の光モジュールによれば、小型の補償デバイスが利用可能で、光結合効率が良好かつ光学的調心が容易である。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1A】本発明の対象となる光モジュールの光学系における非点収差を説明するための図である。

【図1B】本発明の一態様に係る光モジュールの光学系における非点収差の補償について説明するための図である。

【図1C】図１Ｂに示す光モジュールの光学系を異なる角度から見た図である。

【図2】本発明の一態様に係る光モジュールの外観を示す図である。

【図3】本発明の一態様に係る光モジュールを模式的に示した図である。

【図4】本発明の一態様に係る光モジュールの一断面を示す図である。

【図5】本発明の一態様に係る光モジュールのジョイントスリーブの俯瞰図である。

【図6】本発明の一態様に係る光モジュールのジョイントスリーブとレンズホルダの一断面図である。

【図7】本発明の一態様に係る光モジュールのジョイントスリーブの断面図である。

【図8】本発明の一態様に係る光モジュールのハウジングの断面図である。

【図9】補償デバイスの厚さと光結合効率の関係を説明するための図である。

【図10】本発明の対象となる光モジュールの一例を模式的に示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照しながら、本発明の光受信モジュールに係る好適な実施の形態について説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内ですべての変更が含まれることを意図する。また、以下の説明において、異なる図面においても同じ符号を付した構成は同様のものであるとして、その説明を省略する場合がある。

【0011】

本発明の一態様に係る光モジュールを説明するにあたって、まず、本発明の対象となる光モジュールについて説明する。図１０は、本発明の対象となる光モジュールの一例を模式的に示した図である。図１０に示す光モジュール２００は、１０Ｇ-ＥＰＯＮ用のＢＯＳＡ（Bi-directional Optical SubAssembly：一心双方向光トランシーバ）であり、第１の光送信ユニットである１０Ｇｂｐｓの半導体光送信ユニット１０（以下、「１０Ｇ−ＬＤ１０」という。）、第２の光送信ユニットである１Ｇｂｐｓの半導体光送信ユニット２０（以下、「１Ｇ−ＬＤ２０」という。）、および、１Ｇｂｐｓと１０Ｇｂｐｓの信号を受信する半導体光受信ユニット６０（以下、「ＰＤ６０」という。ＰＤ：Photodiode）を含む。

【0012】

光モジュール２００は、１０Ｇ−ＬＤ１０が出力する１０Ｇｂｐｓ送信光を透過し、１Ｇ−ＬＤ２０が出力する１Ｇｂｐｓの送信光を反射することで、２つの送信光を合波する第１の波長選択フィルタ（以下、「第１ＷＳＦ」という。）１２１と、この合波された合波送信光を透過し、受信光を分岐する第２の波長選択フィルタ（以下、「第２ＷＳＦ」という。）１２２を備える。１０Ｇ−ＬＤ１０のハウジング１１内には発光素子であるＬＤ（Laser Diode）１０１が搭載され、ＬＤ１０１からの出力光は、コリメートレンズ１１３によって平行な光束に変換された後、出力側に設けた第１の集光レンズ１１１によって集光される。また、１Ｇ−ＬＤ２０の発光素子であるＬＤ１０２からの出力光は第３の集光レンズ１１４によって集光される。１０Ｇ−ＬＤ１０のハウジング１１は、ジョイントスリーブ（以下、「Ｊ−スリーブ」という。）３０を介してハウジング４０に固定されている。

【0013】

第１の集光レンズ１１１、第３の集光レンズ１１４の焦点は、第１ＷＳＦ１２１、第２ＷＳＦ１２２を収納するハウジング４０内に搭載されている第２の集光レンズ１１２の焦点と一致する。第２の集光レンズ１１２の他方の焦点は、光ファイバ結合部５０に保持されている接続ファイバ１２５の端面に一致する。また、ＰＤ６０に設けた集光レンズ１１５の焦点は、一方がＰＤ６０の受光素子１０３に一致し、他方が接続ファイバ１２５の端面に一致する。このように、接続ファイバ１２５、１０Ｇ−ＬＤ１０、１Ｇ−ＬＤ２０、第１から第３の集光レンズ１１１，１１２、１１４は収束光学系を構成する。第２の集光レンズ１１２と第２ＷＳＦ１２２との間に、アイソレータ１２４を搭載しており、接続ファイバ１２５からの受信光、あるいは、外部から接続ファイバ１２５を介して光モジュール２００内に飛び込んだ迷光が１０Ｇ−ＬＤ１０、１Ｇ−ＬＤ２０側へ入り込むのを防いでいる。

【0014】

１０Ｇ-ＥＰＯＮのシステムでは、１ＯＧ-ＬＤ１０の出力光は波長１５７５〜１５８０ｎｍ、１Ｇ−ＬＤ２０の出力光は波長１４８０〜１５００ｎｍであり、これら２つの出力光の波長間隔が比較的狭い上に収束光学系を採用していることから、第１ＷＳＦ１２１に高い性能が要求される。収束光学系では、ＷＳＦへの光の入射角がビームフィールド内で一様にならないため、ＷＳＦの波長分別特性が劣化する。平行光学系を採用すればＷＳＦへの入射角の問題は解決するが、１０Ｇ−ＬＤ１０、１Ｇ−ＬＤ２０、ＰＤ６０の光学設計が難しくなる。光路上に設置される各レンズについての焦点位置にＬＤ、受光素子を搭載しなければならず、光学調芯が必須となるため、製造コストの増大を招くことになる。

【0015】

ＷＳＦの波長分別特性を確保するには、ＷＳＦに使用されている光学多層膜の層数を増加すればよく、その場合、カットオフ波長（λｃ）での光透過（反射）特性が急峻となる。しかしながら、層数を増加すると、光透過率の低下、各光学膜と母材となる誘電媒質基板（石英板）との間の熱膨張率の相違による膜中に誘起される応力の増加、等が問題となる。両者を勘案すると基板石英として０．３ｍｍ程度の厚さが現実解となる。

【0016】

一方、送信光と受信光とを分別する第２ＷＳＦ１２２については、受信光の波長が１．３μｍ帯にあり、送信光の波長帯である１．５μｍ帯とは十分な波長間隔が確保されている。このため、層数を抑えたＷＳＦ（カットオフ波長での透過、反射特性がなまったＷＳＦ）であっても両波長帯の分別を問題なく行うことが可能となる。層数が少ないため石英板との間の応力も抑えられる。第２ＷＳＦ１２２としては、０．１ｍｍの厚さの石英板を用いることができる。

【0017】

図１０に示す光モジュール２００では、１Ｇ−ＬＤ２０の出力光は、第１ＷＳＦ１２１で反射され、１０Ｇ−ＬＤ１０の出力光は第１ＷＳＦ１２１を透過する。この様な光学系では、特にそれぞれの出力光が収束光学系である場合には、有意な屈折率を有する光学平板を、それぞれの光軸に対して角度を設けて設置すると、光学平板の傾斜方向に平行な方向の焦点位置とこれとは垂直な方向の焦点位置がずれる。このことは、非点収差として一般的に知られており、光モジュール２００の場合では、第１ＷＳＦ１２１について透過光となる１０Ｇ−ＬＤ１０の光学系で非点収差が生ずる。また、１Ｇ−ＬＤ２０の出力光については、第１ＷＳＦ１２１の表面で反射されるため、非点収差は実質的に無視し得る。

【0018】

図１Ａは、本発明の対象となる光モジュールの光学系における非点収差を説明する図である。光軸に対して透過平板を垂直に挿入した場合は、収束光であっても非点収差は生じない。しかしながら、図１Ａに示すように、透過平板（第１ＷＳＦ１２１）を光軸に対して傾斜させた場合は、平板の傾斜方向についての第１ＷＳＦ１２１内の実効透過距離が長くなり、一方、傾斜方向とは垂直な方向については傾斜の影響を受けることがないので、二つの方向についての焦点距離に違いが生ずる。ＬＤ１０１からの送信光を集光レンズ１１１で収束して接続ファイバ１２５に集光する光学系において、高いファイバ結合効率が必要となる場合は、光学系における結合ロスを低減することが重要となる。その意味で送信光をレンズで集光し、レンズの焦点位置で接続ファイバ１２５に結合させる系が最も結合効率を高めることになる。しかしながら、非点収差が発生している場合、ファイバの光軸に垂直な二つの方向の焦点位置がずれているため、どちらの焦点で接続ファイバ１２５に結合させても結合効率が低下する。

【0019】

非点収差は平板の厚さと傾斜角に関係し、傾斜角については４５°で最大となる。また、透過平板が厚くなるほど非点収差が大きくなるため、この厚さを薄くすることが重要である。しなしながら光モジュール２００において、非点収差が問題となる第１ＷＳＦ１２１は、多層膜フィルタの層数を確保するためその厚さが０．３ｍｍの母材を採用せざるを得ない。したがって、この第１ＷＳＦ１２１に起因する非点収差が生じ、第１ＷＳＦ１２１が無い状態の光出力に対して接続ファイバ１２５への結合効率が０．５ｄＢほど低下してしまう。

【0020】

このため、本発明の一態様では、１０Ｇ−ＬＤ１０の光学系において、第１ＷＳＦ１２１による非点収差を低減するため、図１Ｂ、図１Ｃに示すように、非点収差が問題となる第１ＷＳＦ１２１の法線に対して、透過平板を補償デバイス１２３として集光レンズ１１１と第１ＷＳＦ１２１の間に挿入し、かつこの補償デバイス１２３の主面の法線を前記第１ＷＳＦ１２１の法線と直交させて搭載することで、第１ＷＳＦ１２１で発生している非点収差を補正（相殺）している。

【0021】

ここで、透過平板の屈折率ｎ、厚さｄ、光軸に対する傾斜角αとすると、非点収差δは、次の式で与えられる。
δ=ｄ・α・（ｎ²−１）／ｎ³
したがって、第１ＷＳＦ１２１について厚さｄ₁、屈折率ｎ₁、傾斜角α₁、非点収差δ₁とし、非点収差δ₁を補正するために挿入する補償デバイス１２３について、厚さｄ₂、屈折率ｎ₂、傾斜角α₂、非点収差δ₂とすると、それぞれ、
δ₁＝ｄ₁・α₁・（ｎ₁²―１）/ｎ₁³
δ₂＝ｄ₂・α₂・（ｎ₂²−１）/ｎ₂³
で表され、第１ＷＳＦの非点収差を補正するには、δ₁＝δ₂を満足させればよく、
ｄ₁・α₁・（ｎ₁²―１）/ｎ₁³＝ｄ₂・α₂・（ｎ₂²−１）/ｎ₂³
となる。ここで、第１ＷＳＦ１２１はｄ₁＝０．３ｍｍ、ｎ₁＝１．５、α₁＝４５°のため、補償デバイス１２３について、たとえば、ｄ₂＝０．３ｍｍ、ｎ₂＝１．５、α₂＝４５°とすれば良い。すなわち、第１ＷＳＦ１２１と同じ材質、寸法（厚さ）の石英板を、第１ＷＳＦ１２１の傾斜方向とは９０°異ならせて挿入することで、第１ＷＳＦ１２１で非点収差の影響を受けない方向について、第１ＷＳＦ１２１と同じだけ等価光学長を拡大することで、ファイバ１２５端における非点収差を補正することができる。

【0022】

図２は、本発明の一態様に係る光モジュールの外観を示す図であり、図３は、本発明の一態様に係る光モジュールを模式的に示した図であり、さらに、図４は、本発明の一態様に係る光モジュールの一断面を示す図である。光モジュール１００は、主に１０Ｇ-ＥＰＯＮシステムにおいて、局側に設置されるＯＬＴとして用いられる。図２に示すように、第１の光送信ユニットである１０Ｇｂｐｓに対応する半導体光送信ユニット１０Ｇ−ＬＤ１０、第２の光送信ユニットである１Ｇｂｐｓに対応する半導体光送信ユニット１Ｇ−ＬＤ２０、１０Ｇ−ＬＤ１０とハウジング４０とを連結するＪ−スリーブ３０、光ファイバ結合部５０、光受光ユニットであるＰＤ６０、および、第１ＷＳＦ１２１を固定するＷＳＦホルダ７０を有している。１０Ｇ−ＬＤ１０、１Ｇ−ＬＤ２０いずれもデジタル信号の送信を行う。

【0023】

図４で示すように、１０Ｇ−ＬＤ１０はその先端に、集光レンズ１１１を収納する金属製のスペーサ１２を備え、このスペーサ１２とＪ−スリーブ３０との間の光軸調整を実施した後、１０Ｇ−ＬＤ１０はハウジング４０の端部に固定される。具体的には、１０Ｇ−ＬＤ１０の光軸方向をＺ軸方向、このＺ軸と直交する方向をＸＹ方向とした場合、Ｊ−スリーブ３０をハウジング４０の端面上でスライドさせてＪ−スリーブ３０とハウジング４０との間のＸＹ方向の調芯を、また、スペーサ１２のＪ−スリーブへの挿入深さを調整することでＺ軸方向の調芯を行う。

【0024】

第１ＷＳＦに起因する非点収差補正を補正するため、例えば石英からなる補償デバイス１２３を搭載するにあたっては、この補償デバイス１２３は第１の集光レンズ１１１と第１ＷＳＦ１２１との間に配置する必要がある。その際、第１の集光レンズ１１１に近いほど補償デバイス１２３のサイズを大きくする必要がある。逆に第１ＷＳＦ１２１の近くに配置するためには、第１ＷＳＦ１２１を搭載したハウジング４０内に補償デバイス１２３を搭載するための機構を設ける必要がある。

【0025】

本実施形態では、補償デバイス１２３のサイズを小さくし、一方この補償デバイス１２３の設置機構を容易に形成するために、図３で示すように、まず、第１の集光レンズ１１１の収束点（ＬＤ１０１が点光源とはみなせないため、厳密にはビームウェスト位置）を第１の集光レンズ１１１と第１ＷＳＦ１２１との間に設定し、このビームウェスト位置に補償デバイス１２３を配置した。具体的には、補償デバイス１２３の設置面をＪ−スリーブ３０に設け、また、この設置面をよりビームウェスト位置に近付けるため、後述するようにＪ−スリーブ３０の先端に突出部を設け、この突出部に搭載面を設けた。

【0026】

図５は、本発明の一態様に係る光モジュールのＪ−スリーブの俯瞰図であり、図６は、本発明の一態様に係る光モジュールのＪ−スリーブとスペーサ１２の一断面図である。また、図７は、本発明の一態様に係る光モジュールのジョイントスリーブの断面図である。以下、これらの図を参照して、Ｊ−スリーブ３０と第１の集光レンズ１１１について説明する。

【0027】

Ｊ−スリーブ３０は、第１の集光レンズ１１１を覆い、レンズ用開口３７を形成する袴部３２とレンズ用開口３７に対して蓋となる蓋部３１を有している。蓋部３１の中央に突出部３３を有し、この突出部３３内に中央開口３４と、この中央開口３４の中心軸に対して４５°度の角度で形成された傾斜開口３５を有する。中央開口３４の中心軸に対し傾斜開口３５は内径の異なる２つの領域があり、両領域の間にＪ−スリーブ３０の光軸（Ｚ軸）に対して４５°の角度を有する搭載面３８が形成され、この搭載面３８上に非点収差補償素子としての石英板からなる補償デバイス１２３を搭載する。補償デバイス１２３はＺ軸に対して４５°の角度を有する。補償デバイス１２３の厚さは第１ＷＳＦ１２１の母材の厚さと略同等である。また、傾斜開口３５の方向については、蓋部３１にインデックスを有する。

【0028】

補償デバイス１２３の両面は、ＡＲ（反射防止）コーティングを有している。また、傾斜開口３５の奥端には、補償デバイス１２３の光入射面に対して平行ではない反射面を含む光吸収部３６を有する。１０Ｇ−ＬＤ１０の出射光が補償デバイス１２３の光入射面で反射され、この光吸収部３６に向かったとしても、光吸収部３６の反射面で反射された光が、再び補償デバイス１２３に戻り、光入射面で反射されて再び１０Ｇ−ＬＤ１０に戻ることはない。このＪ−スリーブ３０は、後述するように、３軸調芯後に、蓋部３１がハウジング４０の後端面に隅肉溶接され、スペーサ１２に対してはＪ−スリーブ３０の袴部３２が貫通溶接される。このため、Ｊ−スリーブ３０は金属製であり、一般的にはステンレス製である。第１の集光レンズ１１１はホルダ１４に搭載されており、スペーサ１２のフランジ１３により位置決めされている。ホルダ１４とスペーサ１２とがレンズホルダ１５を構成する。

【0029】

光モジュール１００では、第１ＷＳＦ１２１の厚さや屈折率の公差、これを搭載した際の傾斜角のバラツキ、更には各部品の寸法バラツキや組立バラツキによる光軸バラツキが発生し、その結果、非点収差にもバラツキが生じる。更に補償デバイス１２３をＪ−スリーブ３０側に設置するため、Ｊ−スリーブ３０の回転方向も重要となる。補償デバイス１２３が回転したときの結合効率と出力のロスについては、計算によれば、±５°の範囲で制御することで光出力のロスを０．０５ｄＢ以下に抑制できる。比較的粗い精度は許される。このことから、Ｊ−スリーブ３０と補償デバイス搭載機構との間の機械的な調整機構を設けるよりは、補償デバイス１２３を固定したＪ−スリーブ３０をＸＹ平面で回転し調整することにより、非点収差を実際的に補正することができる。

【0030】

図８は、本発明の一態様に係る光モジュールのハウジングの断面図である。以下、図２から図８を参照しつつ、本実施形態の光モジュール１００全体の構造とその調心を含む組立て方法について説明する。ＢＯＳＡとしての光モジュール１００は、一端側から順に、箱形のハウジング１１を有する１０Ｇ−ＬＤ１０、第１の集光レンズ１１１を収容したレンズホルダ１５、Ｊ−スリーブ３０、第１ＷＳＦ１２１、第２ＷＳＦ１２２の２つのＷＳＦ、第２の集光レンズ１１２、アイソレータ１２４を搭載する金属製のハウジング４０と、このハウジング４０の一端に接続する光ファイバ結合部５０を有する。

【0031】

ハウジング４０を挟んで光ファイバ結合部５０と１０Ｇ−ＬＤ１０は対向する。ハウジング４０の側面に１Ｇ−ＬＤ２０とＰＤ６０が接続する。ハウンジング４０は第１ＷＳＦ１２１をＷＳＦホルダ７０を介して搭載する。ＷＳＦホルダ７０は１０Ｇ−ＬＤ１０の光軸が通過する中央孔と、この中央孔に直交し１Ｇ−ＬＤ２０の光軸が通過する側方孔を有し、中央孔と側方孔の交点に第１ＷＳＦ１２１を両光軸に対して４５°の角度で搭載する。

【0032】

ＷＳＦホルダ７０の一端面に１Ｇ−ＬＤ２０を溶接する。また、ＷＳＦホルダ７０は、第１ＷＳＦ１２１を１０Ｇ−ＬＤ１０の光軸に対し４５°の角度に調芯する際に、当該一端面と反対の面にＷＳＦホルダ７０を保持するための円柱突起を有する（図２参照）。この円柱突起の中心は１Ｇ−ＬＤ２０の光軸と平行（実質一致）であり、調芯装置がこの円柱突起を保持することにより、第１ＷＳＦ１２１の傾きを１０Ｇ−ＬＤ１０の光軸に対し４５°に微調することができる。調芯装置は、その回転については原則同心円状の保持機構のみを備えている。円柱突起がない場合に、調芯装置は第１ＷＳＦ１２１を収納するハウジング４０を保持しなければならず、その中心を特定することが困難となる。

【0033】

第２ＷＳＦ１２２は、ハウジング４０に直接形成された４５°の斜面４３（ＰＤ６０の光軸、第１ＷＳＦ１２１で合波された合波送信光の光軸いずれに対しても４５°の角度を有する斜面）に微調機構を設けずに直接搭載される。これは、ＰＤ６０の受光素子１０３の受光面は比較的広く、ＰＤ６０について第２ＷＳＦ１２２に微調機構を設けなくとも、その光結合効率が十分に確保されるからである。このため、２つのＬＤ１０１，１０２を調芯してハウジング４０に固定した後、第２ＷＳＦ１２２を調芯することなく、ＰＤ６０をハウジング４０上でその光軸に平行な面内だけで調芯した後に固定することができる。

【0034】

ハウジング４０の前方端にはスタブ用開口４１を有し、その内径はスタブ５３の外径より僅かに大きい。すなわち、スタブ５３はスタブ用開口４１内に突出する。ハウジング４０は、スタブ用開口４１に続いてＰＤ用開口４２をその側面に有する。ＰＤ用開口４２はハウジング４０の平坦面から穿たれており、ＰＤ６０はこの平坦面上で光軸に垂直な面内の調芯を行った後に溶接される。光ファイバ結合部５０とハウジング４０との固定も同様に溶接による。光ファイバ結合部５０はスタブ５３の突出部をスタブ用開口４１に嵌合することにより、ハウジング４０に対する位置を決定する。調芯は行わない。その後、当該平坦面に光ファイバ結合部５０を隅肉溶接する。ハウジング４０前方側には、第２ＷＳＦ１２２を搭載する斜面４３を有する。この斜面４３は、スタブ用開口４１、ＰＤ用開口４２の底面を削り取りつつハウジング４０外面に達する。

【0035】

ハウジング４０の光ファイバ結合部５０側の内面には、スタブ用開口４１と中心軸を一致させて、前方側から第１開口４４、第２開口４５、第３開口４６が形成されている。第１開口４４、第２開口４５、第３開口４６は、この順にその内径が拡大する。そして、第２開口４５にアイソレータ１２４を、また、第３開口４６に第２の集光レンズ１１２を搭載する。第３開口４６は１０Ｇ−ＬＤ（第１の光送信ユニット）用開口４７に連続する。そして、第３開口４６と１０Ｇ−ＬＤ用開口４７の境界に、横串を貫通させる形で１Ｇ−ＬＤ（第２の光送信ユニット）用開口４８形成されており、この１Ｇ−ＬＤ用開口４８内をＷＳＦホルダ７０が貫通する。

【0036】

ハウジング４０およびハウジング４０内に搭載される光部品は、まず、１０Ｇ−ＬＤ用開口４７、第３開口４６を経由して第２開口４５内にアイソレータ１２４を載置する。この場合、調芯はおこなわない。アイソレータ１２４の後端は第２開口４５内に止まる。第２開口４５と第３開口４６の境界には径拡大部があり、アイソレータ１２４の後端はこの径拡大部に相当する位置に止まる。次いで、第２の集光レンズ１１２を、これも１０Ｇ−ＬＤ用開口４７側から第３開口４６内に挿入し搭載する。

【0037】

第２の集光レンズ１１２はホルダに支持されており、ホルダの外径は第３開口４６の内径よりも僅かに小さい。第２の集光レンズ１１２は第３開口４６内に圧入されると破壊に至る可能性があるため圧入されていない。第２の集光レンズ１１２を第３開口部４６に挿入後、ホルダとハウジング４０とを貫通溶接する。ハウジング４０の第３開口４６に対応する部位の肉厚が薄く、この箇所を貫通溶接して第２の集光レンズ１１２とハウジング４０とを固定する。このため、ホルダは例えば溶接に耐えるステンレスで構成される。次いでＷＳＦホルダ７０を側方開口４９に挿入し、ＷＳＦホルダ７０の角度、すなわち、第１ＷＳＦ１２１の角度を目視確認により所定角度に合わせた後、ＷＳＦホルダ７０とハウジング４０とを隅肉溶接する。

【0038】

なお、１０Ｇ−ＬＤ１０，１Ｇ−ＬＤ２０，ＰＤ６０は、それぞれ独立に組立てることが可能である。１０Ｇ−ＬＤ１０は、Ｊ−スリーブ３０と一体化する前に、第１の集光レンズ１１１を支持したホルダ１４をスペーサ１２内の開口に挿入する。第２の集光レンズ１１２と同様に、ホルダ１４の外径はスペーサ１２内の開口の内径よりも僅かに小さく、挿入はスムーズに行われる。スペーサ１２の１０Ｇ−ＬＤ１０側端にフランジ１３を有し、ホルダ１４はこのフランジ１３に当接してスペーサ１２内の開口の後端にまで挿入される。この位置で、ホルダ１４とスペーサ１２とをホルダ１４の前端側（フランジ１３とは反対側）で隅肉溶接する。そしてこの組み上がったレンズホルダ１５と１０Ｇ−ＬＤ１０のハウジング１１とを、スペーサ１２の後端（１０Ｇ−ＬＤ１０側端）で１０Ｇ−ＬＤ１０のハウジング１１の所定位置に無調芯で隅肉溶接する。

【0039】

次に、光ファイバ結合部５０とハウジング４０とを組立てる。スタブ５３、ブッシュ５４、樹脂製ラッチ５５、スリーブ５２、スリーブカバー５１で構成される光ファイバ結合部５０は予め組立ておく。ブッシュ５４、スリーブカバー５１は金属製（ステンレス）であり、両者の絶縁を確保するために樹脂製ラッチ５５を介在させる。スタブ５３の後端（ハウジング４０側端）はブッシュ５４の端から突き出ており、この突き出した部分をハウジング４０のスタブ用開口部４１に挿入することで両者の相対位置を確定させる。すなわち、組立てた光ファイバ結合部５０を無調芯にてハウジング４０に固定する。固定は、ブッシュ５４フランジをハウジング４０の平坦面の隅肉溶接することで行う。

【0040】

次に、１０Ｇ−ＬＤ１０を光ファイバ結合部５０に三軸調芯した上でハウジング４０に固定する。すなわち、第１の集光レンズ１１１上にＪ−スリーブ３０を被せ、このＪ−スリーブ３０を、ハウジング４０の後端面上をスライドさせ、光軸に垂直な面内で調芯する（ＸＹ調芯）。光軸に平行な方向（Ｚ調芯）については、Ｊ−スリーブ３０のスペーサ１２への被せ深さを調整することで行う。ここで、Ｊ−スリーブ３０には非点収差補償部品としての補償デバイス１２３が搭載されており、補償デバイス１２３の角度を第１ＷＳＦ１２１の傾斜角度に対して９０°の角度に設定する必要があるが、ＷＳＦホルダ７０がハウジング４０から突出しており、またＪ−スリーブ３０は補償デバイス１２３の搭載角度を示すインデックス（マーク）を有しているので、両者の角度を略９０°に設定することで、非点収差は実質的に無調芯で補正され得る。そして、Ｚ軸調芯後に、Ｊ−スリーブ３０とスペーサ１２とを貫通溶接し、さらに、ＸＹ調芯を適宜の回数繰り返すことによって所定の光結合効率を得た後、ハウジング４０の端面に設けられたフランジ部をＪ−スリーブ３０の前面に隅肉溶接して両者を固定する。

【0041】

次いで、１Ｇ−ＬＤ２０の調芯を行う。ＷＳＦホルダ７０の突起を治具のチャックで把持し、このチャックの中心軸に対して１Ｇ−ＬＤ２０とハウジング４０との間の３軸調芯を行う。１Ｇ−ＬＤ２０にもジョイントスリーブがハウジング４０との間に設けられておおり、ジョイントスリーブについて３軸調芯が可能である。また、ＷＳＦホルダ７０の突起をチャックにより把持することで、調芯時の微調が可能となる。調芯後にジョイントスリーブをハウジング４０の外面に対して隅肉溶接して、１Ｇ−ＬＤ２０をハウジング４０に固定する。これら１０Ｇ−ＬＤ１０、１Ｇ−ＬＤ２０の調芯に際しては、光ファイバ結合部５０にダミーコネクタを挿入し、ダミーコネクタから引き出されたファイバを介して実際に発光させた１０Ｇ−ＬＤ１０、１Ｇ−ＬＤ２０の光出力を観測しつつ調芯を行う。

【0042】

最後に、ダミーコネクタに代え、標準光源から引き出されたファイバに付属するコネクタを光ファイバ結合部５０に挿入し、標準光源からの出力をＰＤ６０で観測することにより、ＰＤ６０とハウジング４０との２軸調芯を行う。ここで、Ｚ軸調芯は実施しない。受光素子１０３の受光面が広いため、Ｚ調芯を施さずとも十分な結合効率を得ることができる。調芯後にＰＤ６０はハウジング４０のＰＤ用開口部４２に対する平坦面に隅肉溶接で固定される。また、ＰＤ用開口部４２内には受信光波長を透過し、発信光波長を遮断するフィルタを載置してもよい。

【0043】

図９は、補償デバイス１２３の厚さと光結合効率の関係を説明する図である。光学シミュレーションでは、補正平板を０ｍｍ（挿入しない場合）〜０．５ｍｍまで厚さを変えた時に、ＬＤと光ファイバ間の結合効率η、および光出力の変動量Δηを見積もった。光出力の変動量Δηは補償デバイス１２３の厚さ０ｍｍの際の結合効率（略０．７７）からの差をデシベル（ｄＢ）単位で示している。非点収差を補正する補償デバイス１２３の厚さが０．３ｍｍ〜０．４ｍｍで最大の効果が得られる。実際に厚さが０．３ｍｍと０．４ｍｍの補償デバイス（ｎ＝１．２の石英板）で実験したところ、シミュレーションと同等の結果が得られることを確認した。

【符号の説明】

【0044】

１０…半導体光送信ユニット（１０Ｇ−ＬＤ）、１１…ハウジング、１２…スペーサ、１３…フランジ、１４…ホルダ、１５…レンズホルダ、２０…半導体光送信ユニット（１Ｇ−ＬＤ）、３０…スリーブ、３１…蓋部、３２…袴部、３３…突出部、３４…中央開口、３５…傾斜開口、３６…光吸収部、３７…レンズ用開口、３８…搭載面、４０…ハウジング、４１…スタブ用開口、４２…ＰＤ用開口、４３…斜面、４４…第１開口、４５…第２開口、４６…第３開口、４７…１０Ｇ−ＬＤ用開口、４８…１Ｇ−ＬＤ用開口、４９…側方開口、５０…光ファイバ結合部、５１…スリーブカバー、５２…スリーブ、５３…スタブ、５４…ブッシュ、５５…樹脂製ラッチ、７０…ＷＳＦホルダ、１００…光モジュール、１０３…受光素子、１０１，１０２…ＬＤ、１１１…第１の集光レンズ、１１２…第２の集光レンズ、１１３…コリメートレンジ、１１４…第３の集光レンズ、１１５…集光レンズ、１２１…第１ＷＳＦ、１２２…第２ＷＳＦ、１２３…補償デバイス、１２４…アイソレータ、１２５…接続ファイバ、２００…光モジュール。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】