(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射する第１の光素子と、
前記第１の光素子から出射される出射光が通過する第１のレンズと、
前記第１のレンズを通過する前記出射光が通過する第２のレンズと、
前記第２のレンズを通過する前記出射光が光結合される第２の光素子と、
前記第２の光素子の出力光が通過する第３のレンズと、
前記第３のレンズを通過する前記出力光が入射される光ファイバと、
前記第１のレンズを通過して前記第２のレンズへ至る前記出射光の光路を変更する光路変更部と、を備え、
前記第１のレンズが、前記出射光が出射される位置から前記第１のレンズの焦点距離だけ離れた位置からずれた位置に配置されており、
前記第２のレンズは、前記出射光が前記第２の光素子に光結合する位置に配置されており、かつ、前記出射光が光結合されるべき位置から前記第２のレンズの焦点距離だけ離れた位置から、前記第１のレンズがずれている方向と同じ方向にずれた位置に配置されている、
ことを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記第１のレンズと、前記第２のレンズと、が異なる基板上に搭載されている、
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】
前記第１のレンズが搭載されている基板と、前記第２のレンズが搭載されている基板と、が互いに異なる熱電クーラーに搭載されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の光モジュール。
【請求項４】
前記光路変更部が光アイソレータである、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光モジュール。
【請求項５】
前記光路変更部が平行平板である、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の光モジュール。
【請求項６】
前記第１の光素子が、出射光の波長を変更可能であり、
前記第１のレンズと前記第２のレンズとの間に、入射する光を分岐する光分岐部が配置されており、
前記光分岐部により分岐される一方の光が前記第２のレンズを通過して、
前記光分岐部により分岐される他方の光が通過する、通過する光の波長によって透過率が変化する光フィルタと、
前記光フィルタを通過する光の強度に応じて、前記波長可変光源から出射される光の波長が変化するよう前記波長可変光源を制御する制御部と、をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の光モジュール。
【請求項７】
光を出射する第１の光素子を配置する工程と、
前記第１の光素子から出射される光が光結合される第２の光素子を配置する工程と、
前記第１の光素子および前記第２の光素子を配置した後に、前記第１の光素子から出射される出射光が通過する第１のレンズを、前記出射光が出射される位置から前記第１のレンズの焦点距離だけ離れた位置からずれた位置に配置する工程と、
前記第１のレンズを配置した後に、前記第１のレンズを通過する前記出射光が通過する第２のレンズを、前記出射光が光結合されるべき位置に光結合されるよう、前記出射光が光結合されるべき位置から、前記第１のレンズがずれている方向と同じ方向にずらした位置に配置する工程と、
前記第１のレンズおよび前記第２のレンズを配置した後に、前記第１のレンズと前記第２のレンズとの間に、前記第１のレンズを通過して前記第２のレンズへ至る前記出射光の光路を変更する光路変更部を配置する工程と、
を含むことを特徴とする光モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュール、光モジュールの製造方法及び光モジュールの調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
送信側の光通信用の光モジュールには、特定の波長の光を発光し、その光を変調して出力する機能を有するものがある。発光と変調とを１つの素子で実現する場合と、別個の素子で実現する場合がある。特許文献１には、発光機能と変調機能とを別個の素子で実現している光モジュールの一例が記載されている。
【０００３】
特許文献１に記載の光モジュールでは、１つのプラットフォーム基板上に２つの光素子を搭載し、その間にレンズ等からなる光学系を配置して、２つの光素子間の光結合を実現している。この光学系では、レンズ間を通る光線を平行光とすることが一般的に行われている。レンズ間を通る光線を平行光とすることで、２つの光素子間の距離を任意に設定でき、また、レンズ間に部品を容易に配置することができる。また、２つのレンズの間の光線を平行光とすることは、光結合効率に対して各光学要素の位置ずれの影響が小さいという利点がある。
【０００４】
次に、通信用の光モジュールの調芯について述べる。通信用の光モジュールでは、結合用のレンズ、光の伝搬媒体である光ファイバ、またはその両者の位置を調整して、光結合を確保することが一般的に行われている。このような光結合効率を最大化または一定値以上確保する部品の位置調整行為は一般的に調芯と呼ばれる。上述のように、２つの光素子の間をレンズで光結合する光モジュールでは、例えば、まず光素子をプラットフォーム基板上に固定して、次にレンズの位置を調整（調芯）することで、光結合効率を最大にすることが行われている。２素子間の結合光学系が２つのレンズからなる場合には、例えば、第１のレンズを固定した後、第２のレンズの位置を調整（調芯）することで光結合効率を最大にすることが行われている。
【０００５】
ところで、光結合光学系を構成するレンズ等の光学要素を固定した後、固定時の精度不足や固定工程でのストレスなどで、光軸のずれが発生し、そのずれにより光結合効率が低下することがある。このずれを補正して光結合効率を改善することができる光学系の一例として、特許文献２には、レンズと光素子との間に平行平板を挿入し、平行平板の傾きを調整することで、光線の光軸をずらすことができる光学系が記載されている。光路中に挿入した平行平板の傾きを変えると、透過光の光軸が平行移動することが光結合効率の改善の原理となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６２７５３１７号明細書
【特許文献２】特開２００７−１０８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、小型の光モジュールでは、短焦点で小型のレンズが用いられることが多く、レンズと光素子との間の距離が小さいことが多い。例えば、焦点距離０．５ｍｍのコリメートレンズは、寸法が１ｍｍ程度などで、小型の光モジュールの用いられることが多いが、このレンズの動作距離は０．２ｍｍ以下であるため、このレンズと光素子との間に挿入された平行平板の傾きを変えることにより調芯を行うことは困難である。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、小型化しても容易に調芯を行うことができる光モジュール、光モジュールの製造方法及び光モジュールの調整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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る光モジュールは、光を出射する第１の光素子と、前記第１の光素子から出射される出射光が通過する第１のレンズと、前記第１のレンズを通過する前記出射光が通過する第２のレンズと、前記第２のレンズを通過する前記出射光が光結合される第２の光素子と、前記第１のレンズを通過して前記第２のレンズへ至る前記出射光の光路を変更する光路変更部と、を備え、前記第１のレンズが、前記出射光が出射される位置から前記第１のレンズの焦点距離だけ離れた位置からずれた位置に配置されており、前記第２のレンズが、前記出射光が光結合されるべき位置から前記第２のレンズの焦点距離だけ離れた位置からずれた位置に配置されており、前記第１のレンズが配置されている位置の前記出射光が出射される位置から前記第１のレンズの焦点距離だけ離れた位置からのずれと、前記第２のレンズが配置されている位置の前記出射光が光結合されるべき位置から前記第２のレンズの焦点距離だけ離れた位置からのずれと、が対応していることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る光モジュールの製造方法は、光を出射する第１の光素子を配置する工程と、前記第１の光素子から出射される光が光結合される第２の光素子を配置する工程と、前記第１の光素子から出射される出射光が通過する第１のレンズを、前記出射光が出射される位置から前記第１のレンズの焦点距離だけ離れた位置からずれた位置に配置する工程と、前記第１のレンズを通過する前記出射光が通過する第２のレンズを、前記出射光が光結合されるべき位置に光結合されるよう、前記出射光が光結合されるべき位置から前記第２のレンズの焦点距離だけ離れた位置からずれた位置に配置する工程と、前記第１のレンズと前記第２のレンズとの間に、前記第１のレンズを通過して前記第２のレンズへ至る前記出射光の光路を変更する光路変更部を配置する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る光モジュールの調整方法は、光を出射する第１の光素子と、前記第１の光素子から出射される出射光が通過する第１のレンズと、前記第１のレンズを通過する前記出射光が通過する第２のレンズと、前記第２のレンズを通過する前記出射光が光結合される第２の光素子と、前記第１のレンズを通過して前記第２のレンズへ至る前記出射光の光路を変更する光路変更部と、を備え、前記第１のレンズが、前記出射光が出射される位置から前記第１のレンズの焦点距離だけ離れた位置からずれた位置に配置されており、前記第２のレンズが、前記出射光が光結合されるべき位置から前記第２のレンズの焦点距離だけ離れた位置からずれた位置に配置されており、前記第１のレンズが配置されている位置の前記出射光が出射される位置から前記第１のレンズの焦点距離だけ離れた位置からのずれと、前記第２のレンズが配置されている位置の前記出射光が光結合されるべき位置から前記第２のレンズの焦点距離だけ離れた位置からのずれと、が対応している光モジュール、が備える前記光路変更部の前記出射光の光軸方向に対する傾きを変化させることにより、前記出射光が光結合する位置を変化させる光結合位置変化手順、を含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、第１のレンズと第２のレンズとの間に配置された光路変更部の傾きを調整することで、第２のレンズと第２の光素子との光軸ずれを補正して、光結合効率を改善することが可能となるので、小型化しても容易に調芯を行うことができる。
【００１３】
本発明の一態様では、前記第１のレンズと、前記第２のレンズと、が異なる基板上に搭載されていることを特徴とする。
【００１４】
この態様では、前記第１のレンズが搭載されている基板と、前記第２のレンズが搭載されている基板と、が互いに異なる熱電クーラーに搭載されていてもよい。
【００１５】
また、本発明の一態様では、前記光路変更部が光アイソレータであることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の一態様では、前記光路変更部が平行平板であることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の一態様では、前記第１の光素子が、出射光の波長を変更可能であり、前記第１のレンズと前記第２のレンズとの間に、入射する光を分岐する光分岐部が配置されており、前記光分岐部により分岐される一方の光が前記第２のレンズを通過して、前記光分岐部により分岐される他方の光が通過する、通過する光の波長によって透過率が変化する光フィルタと、前記光フィルタを通過する光の強度に応じて、前記波長可変光源から出射される光の波長が変化するよう前記波長可変光源を制御する制御部と、をさらに備えることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る光モジュールの内部構造の概略構成の一例を説明する説明図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態に係る光モジュールにおける光軸の調整原理を説明する説明図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態に係る光モジュールにおける光軸の調整原理を説明する説明図である。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態に係る光モジュールにおける光軸の調整原理を説明する説明図である。
【図２Ｄ】本発明の一実施形態に係る光モジュールにおける光軸の調整原理を説明する説明図である。
【図２Ｅ】本発明の一実施形態に係る光モジュールにおける光軸の調整原理を説明する説明図である。
【図３】光素子とレンズとの間の距離と焦点距離との差と、光素子から出射した光が光結合する位置のレンズの光軸上の点からのずれと、の関係を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る光モジュールの製造工程の概要の一例を示すフロー図である。
【図５】比較例の光モジュールの内部構造の概略構成の一例を説明する説明図である。
【図６Ａ】ＴＥＣの温度変化による影響を説明する説明図である。
【図６Ｂ】ＴＥＣの温度変化による影響を説明する説明図である。
【図７】本発明の一変形例に係る光モジュールの内部構造の概略構成の一例を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態について図面に基づき詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本実施形態に係る光モジュール１の内部構造の概略構成の一例を説明する説明図である。図１では、本実施形態に係る光モジュール１の内部構造を、光モジュール１の側面から見た様子を表している。
【００２１】
本実施形態に係る光モジュール１には、例えば、筐体１０内に、２つの熱電クーラー（ＴＥＣ）１２（第１のＴＥＣ１２−１及び第２のＴＥＣ１２−２）、２つのプラットフォーム基板１４（第１のプラットフォーム基板１４−１及び第２のプラットフォーム基板１４−２）、２つの光素子１６（第１の光素子１６−１及び第２の光素子１６−２）、３つのレンズ１８（第１のレンズ１８−１、第２のレンズ１８−２、及び、第３のレンズ１８−３）、平行平板２０、が配置されている。そして、本実施形態に係る光モジュール１は、光ファイバ２２と接続されている。
【００２２】
図１に示す光モジュール１の筐体１０の上には、第１のＴＥＣ１２−１及び第２のＴＥＣ１２−２が搭載されている。そして、第１のＴＥＣ１２−１の上には第１のプラットフォーム基板１４−１が搭載されており、第２のＴＥＣ１２−２の上には第２のプラットフォーム基板１４−２が搭載されている。そして、第１のプラットフォーム基板１４−１の上には、第１の光素子１６−１と、第１のレンズ１８−１と、平行平板２０と、が搭載されている。そして、第２のプラットフォーム基板１４−２の上には、第２のレンズ１８−２と、第２の光素子１６−２と、第３のレンズ１８−３と、が搭載されている。第３のレンズ１８−３は、第２のレンズ１８−２が配置されている位置とは第２の光素子１６−２を挟んで反対側に配置されている。
【００２３】
本実施形態に係る光モジュール１では、第１の光素子１６−１は、例えば、光を出射する光源（半導体レーザなど）であり、第２の光素子１６−２は、例えば、光増幅機能を有する光変調器である。そして、本実施形態に係る光モジュール１では、第１の光素子１６−１からの出射光は、第１のレンズ１８−１を通過して平行光よりもわずかに収束する疑似平行光となり、平行平板２０を透過して第２のレンズ１８−２に入射する。そして、第２のレンズ１８−２をに入射した光は収束され、第２の光素子１６−２に結合入射する。第２の光素子１６−２は、第２の光素子１６−２に入射した光に対して変調や増幅などの処理を施す。そして、処理された光は第２の光素子１６−２の、光が入射した側とは反対側から出射される。第２の光素子１６−２から出射された光は、第３のレンズ１８−３を経由して光ファイバ２２に結合入射する。そして、この光は光ファイバ２２から外部へと出力される。このようにして、第１の光素子１６−１から出射された光は、光ファイバ２２から外部へと出力される。なお、本実施形態に係る光モジュール１には、蓋２４が設けられている。
【００２４】
ここで、本実施形態の原理について説明する。
【００２５】
図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄ、及び、図２Ｅは、本実施形態に係る光モジュール１における光軸の調整原理を説明する説明図である。なお、以下の説明においては、レンズ１８の厚さ等を考慮しない近軸光線近似を用いて説明する。また、第１のレンズ１８−１及び第２のレンズ１８−２の焦点距離は共にｆであるとする。また、光の進む方向をｚ軸方向、各図における下向き方向をｙ軸方向とする。また、第１の光素子１６−１と第１のレンズ１８−１との間の距離をｄ０、第１のレンズ１８−１と第２のレンズ１８−２との間の距離をｄ１、第２のレンズ１８−２と第２の光素子１６−２との間の距離をｄ２とする。
【００２６】
図２Ａは、第１のレンズ１８−１と第２のレンズ１８−２との間の光が平行光となる状況を説明する図である。図２Ａの例では、第１の光素子１６−１、第１のレンズ１８−１、第２のレンズ１８−２、第２の光素子１６−２、それぞれの光軸は一直線上にある。図２Ａの例では、第１の光素子１６−１と第１のレンズ１８−１との間の距離ｄ０は、第１のレンズ１８−１の焦点距離ｆとなっている。すなわち、第１のレンズ１８−１は、第１の光素子１６−１からｚ軸の正方向に距離ｆだけ離れて配置されている。また、第２のレンズ１８−２と第２の光素子１６−２との間の距離ｄ２は、第２のレンズ１８−２の焦点距離ｆとなっている。すなわち、第２のレンズ１８−２は、第２の光素子１６−２からｚ軸の負方向に距離ｆだけ離れて配置されている。そのため、第１の光素子１６−１から出射され、第１のレンズ１８−１を通過する光は平行光となる。そして、この光は第２のレンズ１８−２を通過して、第２のレンズ１８−２の光軸上に配置されている、第２の光素子１６−２に光結合される。
【００２７】
図２Ｂは、図２Ａに示されている状況よりも、第２の光素子１６−２の位置がｙ軸の正方向にずれている状況を説明する図である。そして、図２Ｃは、図２Ｂに示されている状況において、第１のレンズ１８−１と第２のレンズ１８−２との間に平行平板２０（厚さＬ、屈折率ｎ、光軸に対する傾きθ）が配置されている様子を説明する図である。このとき、第１の光素子１６−１から出射される光は、平行平板２０を透過する際に、下記の式で算出される距離ｄだけｙ軸の正方向にずれる。
【００２８】
【数１】
0005420388.tif 000002
【００２９】
このとき、この光の光軸の傾きは変化しない。そのため、第１の光素子１６−１から出射される光は、第２のレンズ１８−２に、第２のレンズ１８−２の光軸に対して平行に入射する。そのため、第２のレンズ１８−２を通過する光は、第２のレンズ１８−２からの距離がｆである、第２のレンズ１８−２の光軸上の点に光結合する。このように、図２Ｃの例では、平行平板２０を傾けたとしても、第１の光素子１６−１からの出射光が光結合する位置が変化しない。そのため、図２Ｃに示す状況においては、第１の光素子１６−１からの出射光は、第２の光素子１６−２に光結合しないこととなる。
【００３０】
図２Ｄは、第１の光素子１６−１と第１のレンズ１８−１との間の距離ｄ０をｆ＋δ、第２の光素子１６−２と第２のレンズ１８−２との間の距離ｄ２をｆ−δとした状況を説明する図である。そして、図２Ｅは、図２Ｄに示す状況において、第１のレンズ１８−１と第２のレンズ１８−２との間に平行平板２０（厚さＬ、屈折率ｎ、光軸に対する傾きθ）が配置されている状況を説明する図である。図１に示す光モジュール１では、図２Ｅと同様に、第１のレンズ１８−１が、第１の光素子１６−１から出射光が出射される位置から、第１のレンズ１８−１の焦点距離ｆだけ離れた位置からずれた位置（例えば、ｄ０＝ｆ＋δとなる位置）に配置されている。そして、第２のレンズ１８−２が、第１の光素子１６−１からの出射光が光結合されるべき位置から第２のレンズの焦点距離ｆだけ離れた位置からずれた位置（例えば、ｄ２＝ｆ−δとなる位置）に配置されている。
【００３１】
図２Ｅの例では、図２Ｃに示す状況と同様、第１の光素子１６−１から出射される、第１のレンズ１８−１の中心光軸の光は、平行平板２０を透過する際に、上述の距離ｄだけｙ軸の正方向にずれる。このように、第１の光素子１６−１からの出射光は、平行平板２０を透過する際に、光路が変更される。
【００３２】
ここで、中心光軸の光は、第２のレンズ１８−２に、第２のレンズ１８−２の光軸と平行に入射するので、この中心光軸の光は、第２のレンズ１８−２を通過した後で、ｚ軸の正方向に対してｄ／ｆの傾きで第２の光素子１６−２に向かい、第２のレンズ１６−２からの距離が第２のレンズ１８−２の焦点距離ｆだけ離れた点において、第２のレンズ１６−２の光軸と交差することとなる。そして、出射光の出射位置（レンズ１８からの距離ｚ１）と、出射光が光結合する位置（レンズ１８からの距離ｚ２）との関係を示す、近軸光線の結像の式（１／ｚ１＋１／ｚ２＝１／ｆ）に基づけば、第１の光素子１６−１から出射する光は、第２のレンズ１８−２からの距離が、ほぼｆ−δだけ離れた距離において光結合することとなる。そのため、第１の光素子１６−１から出射した光が光結合する位置は、第２のレンズ１８−２の光軸からｙ軸方向にｂ＝ｄδ／ｆだけずれた位置となる。
【００３３】
このように、図１に示す光モジュール１では、第１のレンズ１８−１が配置されている位置の、第１の光素子１６−１から出射光が出射される位置から第１のレンズ１８−１の焦点距離ｆだけ離れた位置からのずれ（例えば、δ）と、第２のレンズ１８−２が配置されている位置の、第１の光素子１６−１からの出射光が光結合されるべき位置から第２のレンズ１８−２の焦点距離ｆだけ離れた位置からのずれ（例えば、δ）と、は対応している。
【００３４】
例えば、第１のレンズ１８−１及び第２のレンズ１８−２の焦点距離ｆが０．５ｍｍ、平行平板２０の厚さＬが２ｍｍ、平行平板２０の屈折率ｎが２．０、第１の光素子１６−１と第１のレンズ１８−１との間の距離と、第１のレンズ１８−１の焦点距離の長さとの差δが１０μｍである場合において、平行平板２０を２度傾けると、第１の光素子１６−１から出射される光が平行平板２０を透過する際に３４．９μｍだけｙ軸方向にずれる。そして、この光が光結合される位置は、０．７μｍｙ軸方向にずれる。このように、上述の例では、平行平板２０を最大２度傾けることにより、光結合される、ｙ軸方向における位置を最大０．７μｍ補正することが可能となる。
【００３５】
上述のように、２つの光素子１６を結合する光を疑似平行光として、その光路中に挿入した平行平板２０の傾きを変えることで、第２のレンズ１８−２による収束光のｙ軸方向における位置を変化させることができる。すなわち、本実施形態に係る光モジュール１では、平行平板２０の傾きを調整することで、第２のレンズ１８−２と第２の光素子１６−２との光軸ずれを補正して、光結合効率を改善することが可能となる。また、平行平板２０は、第２のレンズ１８−２の光軸方向（ｚ軸方向）に対して垂直な、いずれの方向に対しても傾けることができるので、第２のレンズ１８−２の光軸と第２の光素子１６−２の光軸とがｚ軸方向と直交する２つの軸方向においてずれていても、調整可能であることはいうまでもない。
【００３６】
第２のレンズ１８−２と第２の光素子１６−２との光軸ずれは、第２のレンズ１８−２の固定時の精度不足や構成部品の変形等が要因となり発生し、その大きさは、本実施形態に係る光モジュール１を製造する当業者の能力からすると１μｍ以下であると見積もられる。図３は、上述のδの値と、上述のｂの値との関係を示す図である。図３には、平行平板２０を傾けることができる最大の傾き（θｍａｘ）が１度である場合、２度である場合、３度である場合それぞれについて、上述のδの値と上述のｂの値との関係が示されている。平行平板２０の最大傾きを３度、上述のｂの値を０．５μｍとすると、上述のδの値は５μｍ程度で構わない。一方、平行平板２０の最大傾きを１度、上述のｂの値を１μｍとすると、上述のδの値は３０μｍ程度必要となる。よって、０．５μｍから１μｍの光軸ずれを補正する場合には、上述のδの値を５μｍから３０μｍ程度にするのがよいと考えられる。ただし、この値は、第２のレンズ１８−２と第２の光素子１６−２との調芯精度や、平行平板２０の厚さＬや屈折率ｎによって変わる。そして、δの値が５μｍから３０μｍでなくても構わないのは言うまでもない。
【００３７】
次に、本実施形態に係る光モジュール１の製造工程の概要について、図４に示すフロー図を参照しながら説明する。まず、第１のプラットフォーム基板１４−１上に第１の光素子１６−１を配置し、第２のプラットフォーム基板１４−２上に第２の光素子１６−２を配置する（Ｓ１０１）。そして、第１の光素子１６−１を発光させ、第１のレンズ１８−１を通過する光を平行光測定器などを用いて測定し、第１のレンズ１８−１を通過する光が平行光となる位置に第１のレンズ１８−１を固定する（Ｓ１０２）。そして、第１の光素子１６−１を発光させた状態で、第２のレンズ１８−２を第２の光素子１６−２の入射側光軸上に仮配置して、第２の光素子１６−２に入射する光の光量が最大すなわち光結合効率が最大となるよう、第２のレンズ１８−２の位置を調整して固定する（Ｓ１０３）。レンズ１８の固定手段については、ＹＡＧ溶接、接着剤固定等種々あるがここでは詳述しない。なお、Ｓ１０３に示す工程では、第２のプラットフォーム基板１４−２単体に対して第２のレンズ１８−２を配置しても、筐体１０内にＴＥＣ１２を搭載し、そのＴＥＣ１２上にプラットフォーム基板１４を搭載した状態で第２のプラットフォーム基板１４−２上に第２のレンズ１８−２を配置してもよい。
【００３８】
第１のレンズ１８−１と第２のレンズ１８−２とが固定されることで、２つの光素子１６間の光結合が実現されるが、実際には、レンズ１８の固定工程やその他の組み立て工程の影響でしばしば光軸のずれが発生し、光結合効率が低下する。そこで、プラットフォーム基板１４上で２つの光素子１６とそれらを光結合するレンズ１８の実装が終了した後、平行平板２０を第１のレンズ１８−１と第２のレンズ１８−２との間の光路上に挿入し（Ｓ１０４）、平行平板２０の傾きを変化させることで、第２の光素子１６−２への光結合効率を最大にするよう調整する（Ｓ１０５）。上述のように、本実施形態に係る光モジュール１では第１のレンズ１８−１と第２のレンズ１８−２との間を通る光線が疑似平行光となるため、調芯が可能となっている。第１の光素子１６−１、第２の光素子１６−２、第１のレンズ１８−１、第２のレンズ１８−２の実装が終了し、第２の光素子１６−２からの光の出射が可能となった後で、第３のレンズ１８−３を第２のプラットフォーム基板１４−２上に固定する（Ｓ１０６）。
【００３９】
筐体１０内でのプラットフォーム基板１４上の部品の実装が終了すると、蓋２４を取り付け（Ｓ１０７）、第１の光素子１６−１と第２の光素子１６−２を動作状態として、光ファイバ２２における光結合が最大となるよう光ファイバ２２の位置を調整して、光ファイバ２２を筐体１０に固定する（Ｓ１０８）。
【００４０】
このようにして、本実施形態に係る光モジュール１は組み立てられる。
【００４１】
図５は、比較例の光モジュール１の内部構造の概略構成の一例を説明する説明図である。例えば、光源機能と変調機能とを別個の光素子１６として組み合わせて構成される通信用の光モジュール１では、個々の光素子１６に対してレンズ１８を配置して、２つの光素子１６の間の光結合を実現する。そのため、図５に示すように、光モジュール１に共通のプラットフォーム基板１４を設けることとなると、プラットフォーム基板１４の光軸方向の長さは、２つの光素子１６の要素の長さと、その中間に配置される光学系の長さと、を含んだものとなる。そのため、単一の光素子１６を搭載した光モジュール１よりも、プラットフォーム基板１４の長さは長くなる。
【００４２】
図５に示す比較例の光モジュール１では、光源となる第１の光素子１６−１からの出射光は、第１のレンズ１８−１によって平行光となり、この平行光は第２の光素子１６−２に、第２のレンズ１８−２を介して入射結合する。第２の光素子１６−２で変調や増幅された光は、第３のレンズ１８−３を介して、筐体１０の側壁に取り付けられた光ファイバ２２に入射結合する。これらの光素子１６やレンズ１８は、プラットフォーム基板１４上に搭載されている。なお、図５に示す光モジュール１では、第１のレンズ１８−１と第２のレンズ１８−２との間に隙間が設けられている。この隙間は、図示しない光アイソレータや波長のずれを検出する波長ロッカへの光分岐のための部材を配置搭載するための余裕である。このように、プラットフォーム基板１４は、２つの光素子１６、３つのレンズ１８、他の光学素子を搭載するため、光軸方向に長い寸法を有する。
【００４３】
送信側の光モジュール１では、光源素子として半導体で製造されたレーザ素子がよく用いられる。半導体レーザは、温度によって特定が変化するので、ＴＥＣ１２を用いて一定温度条件で動作させることが多い。このような構成の光モジュール１では、光学要素を搭載したプラットフォーム基板１４上で温度差があると特性変動の要因となるので、温度のむらが小さくなるよう、ＴＥＣ１２はプラットフォーム基板１４に応じた大きさとすることが多い。図５に示す光モジュール１では、プラットフォーム基板１４と筐体１０の底面との間にＴＥＣ１２が配置されているが、その大きさはプラットフォーム基板１４の長さより若干短い程度となっている。
【００４４】
図６Ａ及び図６Ｂは、ＴＥＣ１２の温度変化による影響を説明する説明図である。図６Ａ及び図６Ｂには、レーザ等の素子（図示せず）を搭載したプラットフォーム基板１４、プラットフォーム基板１４の温度を一定とするＴＥＣ１２、ＴＥＣ１２が搭載されている筐体１０が示されている。ＴＥＣ１２は、低温側基板１２ａ、高温側基板１２ｂと、その間に実装された複数の熱電チップ１２ｃとで構成されている。
【００４５】
低温側基板１２ａは光学要素を搭載したプラットフォーム基板１４に接合され、高温側基板１２ｂは光モジュール１の筐体１０に接合される。そして、ＴＥＣ１２の低温側基板１２ａの熱を高温側基板１２ｂに輸送して、低温側基板１２ａの温度を一定とする。筐体１０側の温度が低い場合には、熱の輸送が逆になる場合がある。ＴＥＣ１２はその動作上、低温側基板１２ａと高温側基板１２ｂとで温度差が生じるので、熱膨張により低温側と高温側との間にある熱電チップ１２ｃに応力が働く。この応力が過大になると、ＴＥＣ１２の動作不良や破損の原因となるおそれがある。
【００４６】
図６Ａは、ＴＥＣ１２の低温側基板１２ａと高温側基板１２ｂとで温度差がない状況を示す図である。この状況では、熱電チップ１２ｃの変形は発生していない。図６Ｂは、低温側基板１２ａと高温側基板１２ｂとの間に温度差があり、高温側基板１２ｂの温度が高い場合の状況を示している。熱膨張によって筐体１０と高温側基板１２ｂとが膨張している。そして、熱電チップ１２ｃは低温側基板１２ａと高温側基板１２ｂとの熱膨張の差によって、図６Ｂのように変形する。この変形により、熱電チップ１２ｃには応力が働く。図６Ｂのように、外側に配置された熱電チップ１２ｃほど変形が大きく、かかる応力も大きくなる。
【００４７】
近年、光モジュール１についての小型化の要請が強く、ＴＥＣ１２も薄型化の傾向にある。ＴＥＣ１２の低温側基板１２ａと高温側基板１２ｂの動作温度条件はあまり変化せず、プラットフォーム基板１４の熱膨張の大きさは変わらない。ＴＥＣ１２の薄型化によって熱電チップ１２ｃが短くなると、熱電チップ１２ｃの長さあたりの変形が大きくなって、熱電チップ１２ｃに働く応力も大きくなる。上述のように、ＴＥＣ１２の寸法が大きい場合には、さらに熱電チップ１２ｃに働く応力は大きくなり、破損に至る可能性が生じる。発明者による熱応力シミュレーションでは、ＴＥＣ１２の長さが１０ｍｍを超すと、熱電チップ１２ｃと熱電チップ１２ｃを接続する基板との間の界面での応力が、破壊に至る程の大きさになるとの結果を得た。従って、薄い構成材を必要とする小型の光モジュール１では、薄型で大きな寸法のＴＥＣ１２の適用が困難である。
【００４８】
図１に示すような、本実施形態に係る光モジュール１では、２つの光素子１６を２つのプラットフォーム基板１４に分けて搭載したことで、個々のプラットフォーム基板１４の長さが短くなり、それぞれのプラットフォーム基板１４に具備されるＴＥＣ１２の寸法も小さくてよいこととなる。ＴＥＣ１２の寸法が小さいことは、同じ温度条件で使用しても熱膨張差による応力が小さくなることは上述のとおりである。図５に示すような比較例の光モジュール１では、プラットフォーム基板１４の長さが長いので、薄型のＴＥＣ１２を用いると熱膨張差による応力が過大となって光モジュール１の破損のおそれがあるが、本実施形態に係る光モジュール１では、ＴＥＣ１２の寸法が小さくなるので、熱膨張差によるＴＥＣ１２の破損の可能性は小さくなり、信頼性の高い光モジュール１を実現することができるようになる。
【００４９】
しかし、本実施形態に係る光モジュール１では、第１の光素子１６−１の光学系と第２の光素子１６−２の光学系とが別のプラットフォーム基板１４上に搭載されているため、光軸ずれの発生は起こりやすいものとなる。そのため、２つの光素子１６の間に光軸を調整する機能を持たせることは重要であるといえる。本実施形態に係る光モジュール１で用いた光モジュール１の調整方法は、２つのプラットフォーム基板１４に分割した構成の光モジュール１を製造する上では、非常に有用である。
【００５０】
なお、中間の光路に挿入される平行平板２０については、一定の屈折率を有する平板であればよいが、調芯専用の部品を準備して実装するのではなく、他の光学部品と兼用した実装とすることも可能である。
【００５１】
例えば、光源となる第１の光素子１６−１がレーザ素子である場合、第１の光素子１６−１に戻り光があると共振状態に乱れが生じ、動作に不具合が生じることがある。そのため、光線出射側に戻り光を除去する光アイソレータが配置されることがある。光アイソレータは、ファラデー素子と偏光素子とを組み合わせた構成であり、一定の屈折率を有する平板を重ね合わせた構成となっている。そして、光アイソレータを調芯用の平行平板２０として使用することが可能である。
【００５２】
また、第１の光素子１６−１が、波長可変機能を有する場合、第１の光素子１６−１からの出射光の波長をモニタして、波長のずれをフィードバックする機能が必要となる。第１の光素子１６−１からの出射光の波長をモニタするには、例えば、光の一部を分岐して、その光を波長に対して透過率が変化する特性のフィルタ素子（例えば、ファブリーペローエタロン）に入射して、その透過光の強弱で第１の光素子１６−１から出射される光の波長のずれを検出する方式が光モジュール１においてはよく用いられている。波長ずれを検出する光学系（波長ロッカ）に光を分岐して入射させるため、ビームスプリッタを用いることができる。ビームスプリッタは光線の一部を分岐させる光学素子であるが、その構造は表面又は内部に反射コーティングを施した面を有する透明な平板である。したがって、波長のずれ検出光学系に光線を分岐するビームスプリッタも調芯用の平行平板２０として使用することが可能である。
【００５３】
上述の平行平板２０の傾きを調整した後に、その姿勢を固定する方式として簡便な方式は、ＹＡＧ溶接、はんだ接合、接着剤接合などがある。この中で、ＹＡＧ溶接工程方式は、固定後の位置ずれがほとんどなく信頼性が高い。接着剤固定の場合、接着剤自体の体積変動があるので、調芯対象部品の固定にはあまり用いられていない。ここで、本実施形態に係る光モジュール１において、平行平板２０を固定する方式として接着剤を用いる場合について、その実用性を検討する。例えば、平行平板２０を２度傾けるよう調整した後に、平行平板２０を固定する接着剤に２％の体積変動が生じると、平行平板２０の傾きは０．０４度変動する。この場合の上述のｄの値の変動量は０．２６μｍとなり、上述のｂの値は０．０１μｍとなる。この大きさは結合光学系にとって無視できる大きさの変動である。すなわち、平行平板２０の固定に接着剤を用いてもよいということになる。接着剤での固定は、部品の材質についての制約を少なくし、かつ、調整と固定の工程を担う設備に高価な装置を必要としなくなる。接着剤による固定は、低コストでの光モジュール１の生産を可能とするという利点を生む。また、はんだによる接合では、はんだが固化する際に体積変動が生じるが、上述のように、その体積変動は問題とならないので、平行平板２０の固定にはんだ接合を用いることも可能である。
【００５４】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００５５】
図７は、本発明の一変形例に係る光モジュール１の内部構造の概略構成の一例を説明する説明図である。図７では、本発明の一変形例に係る光モジュール１の内部構造について、上面から見た様子を示すことにより表している。
【００５６】
第１のプラットフォーム基板１４−１上に、光源となる第１の光素子１６−１と、第１の光素子１６−１からの出射光を疑似平行光に変換する第１のレンズ１８−１と、平行平板２０と、２つのビームスプリッタ２６（第１のビームスプリッタ２６−１及び第２のビームスプリッタ２６−２）、光フィルタ２８と、２つの光強度検出素子３０（第１の光強度検出素子３０−１及び第２の光強度検出素子３０−２）と、光強度検出素子３０が検出する光の強度に応じて、第１の光素子１６−１から出射される光の波長が変化するよう第１の光素子１６−１を制御する制御回路３２と、が搭載されている。第２のプラットフォーム基板１４−２上には、第２のレンズ１８−２と、第２の光素子１６−２と、第３のレンズ１８−３と、が搭載されている。第１の光素子１６−１は、出射光の波長を変更できる機能を有する。第２の光素子１６−２は、変調及び増幅の少なくとも一方の機能を有する。ビームスプリッタ２６は、サイコロ型のビームスプリッタである。なお、図７においては、図１に示したＴＥＣ１２、筐体１０、光ファイバ２２の記載は省略している。
【００５７】
ビームスプリッタ２６は、透過光の一部を分岐する機能を有する。なお、図７に示す光モジュール１が、ビームスプリッタ２６の代わりに、光を分岐する他の部材を備えていてもよい。第１のビームスプリッタ２６−１により分岐された光は第１の光強度検出素子３０−１に入射する。第２のビームスプリッタ２６−２により分岐された光は光フィルタ２８を経由して第２の光強度検出素子３０−２に入射する。光フィルタ２８は、透過光の波長によって透過率が変化する特性を有する。そして、制御回路３２が、第１の光強度検出素子３０−１での光強度の検出結果を示す出力と、第２の光強度検出素子３０−２での光強度の検出結果を示す出力と、を受け付けて、これらの検出結果を比較することで、第１の光素子１６−１が出射する光の波長についての、所望の波長からのずれを検出することができる。このずれを第１の光素子１６−１にフィードバックする、すなわち、制御回路３２がこのずれに応じて出射する光の波長が変化するよう第１の光素子１６−１を制御することにより、第１の光素子１６−１から出射される光の波長が所望の波長となるよう設定することができる。この光学系の構成は波長ロッカと呼ばれ、波長ロッカを用いることで波長可変機能を有する光モジュール１で波長のずれを検出することができる。なお、波長のずれを検出する波長ロッカ光学系は、図７に示すものに限定されず、他の構成であっても構わない。
【００５８】
図７に示す光モジュール１においても、図１に示す光モジュール１同様、第１のレンズ１８−１を通過する光を疑似平行光とした上で、平行平板２０の傾きを調整することで、第２のレンズ１８−２と第２の光素子１６−２との光軸ずれを補正して、光軸ずれによって生じた光結合効率の低下を補償することができる。したがって、組み立てにあたり、光軸ずれによる光結合効率の低下という不具合を解消することができ、高い歩留まりで光モジュール１を製造することが可能となる。
【００５９】
図７に示すような変型例の光モジュール１では、第１の光素子１６−１から出射される光の波長が所定の範囲に収まっていることが要求される。そして、電源投入時のような動作開始時や波長を切替えるタイミングなどにおいても第１の光素子１６−１から出射される光の波長が所定の範囲に収まっていることが要求される。そして、ある状態から別の状態に遷移する過渡状態では、第１の光素子１６−１から出射される光の波長が安定せず、波長ずれが許容される範囲よりも大きくなってしまう場合がある。ここで、上述のように、変調及び増幅の少なくとも一方の機能を有する第２の光素子１６−２が、光ファイバ２２への光出力を遮断することが可能であってもよい。そして、過渡状態において、第２の光素子１６−２を光線非透過モードとして外部に出力される光線を遮断し、その間に第１の光素子１６−１から出射される光の波長のずれをフィードバックして、所望の波長ずれの範囲に収め、その後第２の光素子１６−２を光線透過モードにすることで、外部には過渡状態があっても波長ずれの小さな光を出力することが可能となる。
【００６０】
このように、本実施形態に係る光モジュール１や変形例の光モジュール１によれば、２つの光素子１６を内蔵し、信頼性の高い通信用の光モジュール１を高い歩留まりで製造することができる。また、本実施形態に係る光モジュール１や変形例の光モジュール１では、組み立てが終了した後や、使用を開始した後であっても、容易に調芯することが可能となる。
【００６１】
なお、第１の光素子１６−１と第２の光素子１６−２との機能分担は上述の光モジュール１には限定されない。例えば、第１の光素子１６−１が発光機能と変調機能を有しており、第２の光素子１６−２が増幅機能を有していてもよい。
【００６２】
また、図１に示す光モジュール１や図７に示す光モジュール１において、第１の光素子１６−１と第１のレンズ１８−１との間の距離を、第１のレンズ１８−１の焦点距離よりも短くして、第２の光素子１６−２と第２のレンズ１８−２との間の距離を、第２のレンズ１８−２の焦点距離よりも長くするようにしてもよい。こうすれば、第１のレンズ１８−１と第２のレンズ１８−２との間を通る光はわずかに発散する疑似平行光となる。
【００６３】
また、本実施形態に係る光モジュール１を１つのプラットフォーム基板１４に第１のレンズ１８−１及び第２のレンズ１８−２が搭載された光モジュール１に応用しても構わない。
【００６４】
また、本実施形態に係る光モジュール１において、平行平板２０の代わりに、第１のレンズ１８−１を通過して第２のレンズ１８−２へ至る、第１の光素子１６−１からの出射光の光路を変更する他の部材を用いても構わない。
【符号の説明】
【００６５】
１  光モジュール、１０  筐体、１２  熱電クーラー（ＴＥＣ）、１２ａ  低温側基板、１２ｂ  高温側基板、１２ｃ  熱電チップ、１４  プラットフォーム基板、１６  光素子、１８  レンズ、２０  平行平板、２２  光ファイバ、２４  蓋、２６  ビームスプリッタ、２８  光フィルタ、３０  光強度検出素子、３２  制御回路。
【図１】
0005420388.tif 000003
【図２Ａ】
0005420388.tif 000004
【図２Ｂ】
0005420388.tif 000005
【図２Ｃ】
0005420388.tif 000006
【図２Ｄ】
0005420388.tif 000007
【図２Ｅ】
0005420388.tif 000008
【図３】
0005420388.tif 000009
【図４】
0005420388.tif 000010
【図５】
0005420388.tif 000011
【図６Ａ】
0005420388.tif 000012
【図６Ｂ】
0005420388.tif 000013
【図７】
0005420388.tif 000014