(57)【要約】【課題】  光学素子部を内蔵した状態で筐体を溶接により気密封止しても、発生する内部応力の光学素子部への影響を抑制し、光軸補正等の追加工程が不要で、光学特性が劣化することのない光学素子モジュールを提供する。【解決手段】  空間光学系によって光結合される光学系を含む光学素子部（２、３）と、本体部１と蓋部８とからなる筐体とを備え、該筐体内に該光学素子部を収容した状態で、該本体部と該蓋部とが溶接により気密封止されている光学素子モジュールにおいて、本体部１の側面に形成された少なくとも一つの貫通孔９から本体部１の内部に挿入され、一端が該側面と固定されて支持される光学素子部支持部材７を有し、光学素子部は、光学素子部支持部材７上に載置された状態で筐体内に内蔵されている光学素子モジュールである。【選択図】図２
2014071353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間光学系によって光結合される光学系を含む光学素子部と、本体部と蓋部とからなる筐体とを備え、該筐体内に該光学素子部を収容した状態で、該本体部と該蓋部とが溶接により気密封止されている光学素子モジュールにおいて、
該本体部の側面に形成された少なくとも一つの貫通孔から該本体部の内部に挿入され、一端が該側面と固定されて支持される光学素子部支持部材を有し、
該光学素子部は、該光学素子部支持部材上に載置された状態で該筐体内に内蔵されていることを特徴とする光学素子モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の光学素子モジュールにおいて、
該光学素子部支持部材の一端は、該側面と密着する板状部材で構成されており、
該光学素子部支持部材の他端から該貫通孔を介して該本体部内に挿入した状態で、該板状部材と該側面とが固定されていることを特徴とする光学素子モジュール。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光学素子モジュールにおいて、
該光学素子部は、該光学素子部に入射した光波を伝播させる導波部と、該導波部を伝播する複数の光波を、複数の偏波成分を有する単一の出射光に合成する偏波合成部とから構成されていることを特徴とする光学素子モジュール。
【請求項４】
請求項３に記載の光学素子モジュールにおいて、
該貫通孔が形成された該側面は、該光学素子部の出射側に位置していることを特徴とする光学素子モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子モジュールに関し、特に、筐体内に光学素子が内蔵された光学素子モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信分野や光計測分野においては、光変調器等の光学素子を有し、その入出力に光ファイバを用いる光学素子モジュールが多用されている。この光学素子モジュールは、長期に渡り安定した動作を確保するため、金属等耐性の強い素材で形成された筐体から構成されており、光学素子を該筐体内に内蔵して、溶接によって気密封止されている。
【０００３】
また光学素子としては、高速・大容量光ファイバ通信システムの進歩に伴い、外部変調器に代表されるように、導波路型光学素子を用いた高速光変調器が実用化され、広く用いられるようになってきている。例えば、導波路型光学素子は、ＬｉＮｂＯ3（ニオブ酸リチウム：ＬＮ）などの電気光学効果を有する基板上に、Ｔｉなどを熱拡散して導波路を形成するものである。特に、導波路の形状として２つの分岐光導波路を有するマッハツェンダー型の光導波路が多く利用されている。
【０００４】
ＬＮ等の電気光学効果を有する基板は、応力が加わると基板の屈折率が変化し、光学素子の駆動時のバイアス点（動作点）が変化するなど、光学素子の安定駆動の支障となる。このため、光学素子を収容する筐体は、ＬＮと線膨張係数の近いステンレス材料などが使用されている。
【０００５】
図１は、従来の光学素子モジュールの概観を説明するための図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は側面図である。空間光学系によって光結合される光学系を含む光学素子部（２，３）は、本体部１と蓋部８とからなる筐体内に内蔵され、入射側、出射側のそれぞれが光ファイバ（不図示）で接続されている。なお図１（ａ）の平面図においては説明のために蓋部８を不図示としている。以下の平面図についても同様である。
【０００６】
図１に示す光学素子モジュールにおいて、光学素子部（２，３）は、光学素子部に入射した光波を伝播させる導波部２、導波部２を伝播する光波の偏波等を調整する空間光学部３とからなり、光学素子部は筐体１内に直接内蔵されている。なお、符号４、５、及び６はそれぞれ、電極端子、入力ファイバ固定部、出力ファイバ固定部である。また符号Ａ及びＡ’はそれぞれ出力用光ファイバ及び光学素子部の光軸の向きを表す。
【０００７】
光学素子部を筐体内に配置固定するには、光学素子部、入射用光ファイバ及び出射用光ファイバを本体部に配置固定し、動作確認後、本体部と蓋部とをシーム溶接等により溶接し、筐体を気密封止する。
【０００８】
シーム溶接とは、抵抗熱を発生させるローラ電極を用いて加圧・通電しながらローラ電極を回転させることにより溶接する方法である。シーム溶接の際には筐体は局所的に１０００℃程度の高温に加熱され、溶接箇所が熱膨張した状態で接合される。そして筐体を常温にまで冷却すると、接合箇所においては、接合状態が維持されたまま熱膨張状態は解消されるため、収縮する方向、即ち筐体の内部方向に向かって熱収縮による内部応力が発生する。
【０００９】
上記の内部応力が発生すると、図１（ｂ）に示すように筐体全体が反りかえるように変形してしまう。その場合、筐体に内蔵された光学素子部も、各部品間の位置関係が変化する等の影響を受ける。即ち、出射用光ファイバの光軸Ａと光学素子部の光軸Ａ’がずれてしまい、光波の結合性が低下することから、光学素子モジュール全体の光学特性が劣化してしまう。また、光学素子部に電気光学効果を有する材料を用いた場合には、上記の通り応力によって屈折率が変化し、動作点が変化する等光学特性が劣化してしまう。
【００１０】
この光軸ずれを修正するために、筐体を気密封止後に出射用光ファイバ固定部の位置を溶接等により調整することも、光学素子モジュールの構成によっては可能であるが、この調整は追加的な工程であり、また更なる動作確認が必要となるなどコストの観点から望ましくない。
【００１１】
一方特許文献１乃至４では、上記問題を解決するため、溶接時に発生する内部応力の影響を抑制するために、パッケージ（筐体）側面上部に切欠きを設けたり、突出部を設けたりする構造が開示されている。
【００１２】
しかしながら、上記の特許文献に開示された構造によっても、光学素子部は直接筐体に固定されているため、内部応力の影響を完全に抑制することは難しい。また、筐体に切込みや突出部を設けたりすることは、筐体の強度低下、又は不要な工数の増加等につながり、好ましくない。
【００１３】
また光学素子部として、偏波多重４値位相変調（ＤＰ−ＱＰＳＫ）変調方式を行う光変調器を含む構成を使用する場合等では、偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）等空間光学系の部品を数多く配置する必要がある。これらの内部部品が、溶接時に発生する内部応力の影響を受けないように筺体強度を維持出来る設計にすると必然的に筐体が大型化してしまい、小型化が難しい。
【００１４】
このように内部部品点数が多く、筐体内部に十分な配置スペースを要する光学素子部には大型の筐体が必要となるが、筐体が大きくなればなるほど上記の内部応力による変形の影響が顕著になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平７−８４１５８号公報
【特許文献２】特開２００１−３０８４４２号公報
【特許文献３】特開平７−１９９００２号公報
【特許文献４】特開２０１０−２７６８４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明が解決しようとする課題は、上記の問題を解決し、空間光学系によって光結合される光学系を含む光学素子部を内蔵した状態で筐体を溶接により気密封止しても、発生する内部応力の光学素子部への影響を抑制し、光軸補正等の追加工程が不要で、光学特性が劣化することのない光学素子モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、空間光学系によって光結合される光学系を含む光学素子部と、本体部と蓋部とからなる筐体とを備え、該筐体内に該光学素子部を収容した状態で、該本体部と該蓋部とが溶接により気密封止されている光学素子モジュールにおいて、該本体部の側面に形成された少なくとも一つの貫通孔から該本体部の内部に挿入され、一端が該側面と固定されて支持される光学素子部支持部材を有し、該光学素子部は、該光学素子部支持部材上に載置された状態で該筐体内に内蔵されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る光学素子モジュールにおいて、該光学素子部支持部材の一端は、該側面と密着する板状部材で構成されており、該光学素子部支持部材の他端から該貫通孔を介して該本体部内に挿入した状態で、該板状部材と該側面とが固定されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の光学素子モジュールにおいて、該光学素子部は、該光学素子部に入射した光波を伝播させる導波部と、該導波部を伝播する複数の光波を、複数の偏波成分を有する単一の出射光に合成する偏波合成部とから構成されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項４に係る発明は、請求項３に係る光学素子モジュールにおいて、該貫通孔が形成された該側面は、該光学素子部の出射側に位置していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１に係る発明により、空間光学系によって光結合される光学系を含む光学素子部と、本体部と蓋部とからなる筐体とを備え、該筐体内に該光学素子部を収容した状態で、該本体部と該蓋部とが溶接により気密封止されている光学素子モジュールにおいて、該本体部の側面に形成された少なくとも一つの貫通孔から該本体部の内部に挿入され、一端が該側面と固定されて支持される光学素子部支持部材を有し、該光学素子部は、該光学素子部支持部材上に載置された状態で該筐体内に内蔵されているため、光学素子部が載置されている光学素子部支持部材と、内部応力の発生する筐体とが分離しており、本体部と蓋部とを溶接して筐体を気密封止する際に発生する内部応力が光学素子部支持体に直接及ぶことがない。従って、光軸ずれが発生したり、基板が変形して動作点の変化等が発生することがないため光軸補正等の修正工程が不要で、光学特性が劣化することがない光学素子モジュールを実現できる。
【００２２】
請求項２に係る発明により、光学素子部支持部材の一端は、該側面と密着する板状部材で構成されており、該光学素子部支持部材の他端から該貫通孔を介して該本体部内に挿入した状態で、該板状部材と該側面とが固定されているため、板状部材により筐体側面の強度が増し、筐体を気密封止する際に発生する内部応力による影響をより抑制することが可能になる。しかも、光学素子部支持部材は、板状部材と光学素子部を載置する載置部から構成されることになり、該側面に発生した内部応力も該板状部材を介して該載置部に伝えられることとなるため、光学素子部への内部応力の影響をより一層抑制することが可能となる。
【００２３】
請求項３に係る発明により、光学素子部は、該光学素子部に入射した光波を伝播させる導波部と、該導波部を伝播する複数の光波を、複数の偏波成分を有する単一の出射光に合成する偏波合成部とから構成されているため、偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）等空間光学系の部品を数多く配置した比較的大型の光学素子部を用いる場合でも、本件発明を好適に適用して、光学特性が劣化することのない光学素子モジュールを実現できる。
【００２４】
請求項４に係る発明により、貫通孔が形成された該側面は、該光学素子部の出射側に位置しているため、より光学特性に影響を与えやすい偏波合成部が強度増加をもたらす板状部材付近に配置されることになり、偏波合成部への内部応力の影響がより抑制され、光学特性の低下を確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来の光学素子モジュールの構造及び問題点について説明する図である。
【図２】本発明の光学素子モジュールについて説明する図である。
【図３】本発明で用いる光学素子部支持体の一例について説明する図である。
【図４】本発明の導波部及び偏波合成部の一例について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明について好適例を用いて詳細に説明する。
図２は、本発明に係る光学素子モジュールについて説明する図である。本発明の光学素子モジュールは、図２（ａ）乃至（ｃ）に示すように、光学素子部（２、３）と、本体部１と蓋部８とからなる筐体とを備え、該筐体内に該光学素子部を収容した状態で、該本体部と該蓋部とが溶接により気密封止されている光学素子モジュールにおいて、本体部１の側面に形成された少なくとも一つの貫通孔９から本体部１の内部に挿入され、一端が該側面と固定されて支持される光学素子部支持部材７を有し、光学素子部（２、３）は、光学素子部支持部材７上に載置された状態で筐体内に内蔵されていることを特徴とする。なお図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は側面図、図２（ｃ）は図２（ａ）のＢＢにおける断面図である。
【００２７】
本発明で用いる、空間光学系によって光結合される光学系を含む光学素子部としては、例えば図４に示すような、基板上に導波路を備えた導波部２と、導波部２を伝播した光波の偏波を調整して合成する偏波合成部３とから構成されるものを採用することができる。このように導波部だけでなく偏波合成部も必要となる場合には素子部全体が比較的大型化しやすく、その分筐体も大型化するため内部応力による影響が大きくなってしまう。空間光学系を構成する光部品としてはレンズ、ミラー、ビームスプリッター、偏光ビームスプリッター、プリズム、偏光板、波長板（半波長板、１／４波長板）等が挙げられ、これらの光部品が光ファイバ等によって接続され、光結合が行われる。また、導波部２と偏波合成部３とからなる空間光学系に代えて、レンズと導波部との空間光学結合についても同様に用いることができる。
【００２８】
導波部に用いられる基板としては、例えば電気光学効果を有するニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）や、石英系の材料を用いることができる。
【００２９】
基板に形成される導波路は、基板上にＴｉ等の高屈折率物質を熱拡散することにより形成する拡散導波路、エッチング等により形成するリッジ型光導波路やスラブ型導波路等種々公知のものを採用することができる。また本実施例においては、マッハツェンダー型の導波路が並列に形成された構造の導波路が形成され、光学素子部に入射される光波を伝播している。
【００３０】
また本実施例における偏波合成部３は、導波部を伝播する２つの光波のうち一方の光波の偏波を９０°回転させるために半波長板１０を配置し、さらに２つの光波を、Ｐ偏波成分とＳ偏波成分とを有する単一の光波に合成するための偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）１１が配置された構造を有している。
【００３１】
光学素子部（２，３）から出射された光波は、不図示の出射光コリメータ等を介して、出射用光ファイバに導入され出力される。この時、光波の損失を最大限に抑制して光学特性を確保するために、光学素子部の出射部の光軸の向きと出力用の光ファイバの光軸の向きとは一致させておく必要がある。
【００３２】
しかしながら、すでに説明した通り、筐体を気密封止する際の内部応力により光学素子部が変形して光学素子部の光軸の向きと出力光ファイバの光軸の向きがずれたり、導波路部の基板が変形したりしてしまうと、光波の伝搬損失が生じ、光学特性が劣化してしまう。
【００３３】
そこで本発明においては、図２に示すように、光学素子部（２、３）を載置する光学素子部支持部材７を、光学素子部を内蔵する筐体と分離することにより、溶接により筐体を気密封止した際の影響が光学素子部に及ぶことがなく、光軸補正等の追加工程が不要で、光学特性が劣化することのない光学素子モジュールを実現したものである。
【００３４】
即ち、本体部１と蓋部８とを溶接して筐体を気密封止すると、既に説明したように筐体１中の溶接部分において熱収縮による内部応力が発生し、図２（ｂ）に示すように変形してしまうが、光学素子部支持部材７は蓋部８と溶接されていないため内部応力が影響せず、従って光学素子部の光軸Ａ’と出射用光ファイバの光軸Ａとがずれることがなく、光軸補正等追加の工程が不要となり、光学特性が劣化することもない。
【００３５】
ここで本発明の光学素子モジュールを製造する工程の一例を簡単に説明すると、まず本体部１に入射用光ファイバ固定部５、電極端子４を設け、次に本体部１の貫通孔９から光学素子（２、３）を載置した光学素子部支持部材７を挿入し、所定の位置に配置した後、光学素子部支持部材７の一端と本体部１の側面とを溶接固定する。
【００３６】
そして光学素子部支持部材７の一端に出射用光ファイバ固定部６を設け、入出射用光ファイバを接続し、光学素子部の光学特性を確認する。この光学特性の確認時には、光学素子部を微調整する必要があるため、この時点では蓋部８を溶接することはできない。光学特性の確認後、本体部１上に蓋部８を合わせ、両者をシーム溶接により溶接接着させ、筐体を気密封止する。
【００３７】
上記は製造工程についての一例を示したものであり、製造工程は上記したものには限られない。例えば、最初に光学素子部支持部材７を本体部１内に挿入してその後入射用光ファイバ固定部５を設けたり、光学素子部支持部材７を本体部１内に挿入してから光学素子部（２、３）を光学素子部支持部材７上に載置したりすることも可能である。
【００３８】
本発明の光学素子モジュールは、図２（ｂ）あるいは（ｃ）に示すように光学素子部支持部材７は蓋部８とは溶接されず、本体部１の側面に固定されている。この固定方法としては、溶接や半田づけ等種々の方法により固定可能である。
【００３９】
光学素子部支持部材７と本体部１とを溶接する工程については、上記の通り光学素子モジュールの動作確認前に行われる。従って、仮に光学素子部支持部材７と本体部１との溶接により熱収縮による内部応力が発生しても、その発生は動作確認前であり、動作確認後に再度光学素子部支持部材７と本体部１とを調整する必要はない。
【００４０】
次に、図３を用いて本発明に用いる光学素子部支持部材の一例について説明する。図３に示す光学素子部支持部材７は、溶接等により本体部と固定させるための板状部材７ａと、光学素子部を載置するための載置部７ｂと、光ファイバを通すための貫通孔７ｃとを有する。
【００４１】
板状部材７ａは、本体部１の側面と密着するように形成することで、光学素子部支持部材７を本体部１内に挿入した後に、板状部材７ａと本体部１の側面とを溶接等により固定しやすくなる。
【００４２】
本実施例においては、板状部材７ａは矩形であり、さらに図２（ａ）乃至（ｃ）に示すように本体部１の側面とほぼ同じ形状を有しているが、板状部材７ａの形状は図示したものに限られず、本体部との溶接の際発生する応力を最小限にするために本体部１の側面よりも小さな形状としたり、応力が発生してもその影響を抑制させるために、貫通孔７ｃを中心とした点対称形状（特に円形）としてもよい。
【００４３】
また載置部７ｂの形状や形成位置は、光学素子部を載置して長期に渡り支持し続けることが可能であれば特に限定されないが、光学素子部の重量及び経年劣化による変形を防止するために本体部１の内底面と局所的に接触させることが好ましく、また筐体に発生する内部応力の影響を少しでも抑制するために本体部１の内側面とは固定接触させないことが好ましい。
【００４４】
そして貫通孔７ｃについては、光ファイバを通すことのできる大きさ。形状であれば特に限定されないが、溶接の際に発生する内部応力の光学素子部支持部材７への影響を考慮し、板状部材７ａの中央近傍に形成し、また本体部１の貫通孔９と同形状にすることが好ましい。
【００４５】
そして、光学素子部支持部材７の材料については、本体部１及び蓋部８と同じ材料を使用することが好ましく、また載置する光学素子部を構成する材料の線膨張係数と近い線膨張係数を有する材料を使用することが好ましく、例えばステンレス等を好適に使用できるが、内部応力の影響を受けることなく、光学素子モジュールの安定的な動作を長期間に渡り案的に確保できるものではあれば当然これに限られない。
【００４６】
以上、実施例に基づき本発明を説明したが、本発明は上述した内容に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更可能であることはいうまでもない。例えば貫通孔７ｃを透明な窓部とし、光学素子部支持部材７に支持された光学素子部から出射された光を筺体外でファイバコリメータと結合させることで、出射用光ファイバへの光入力を筺体１の外で行う構成を採用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明によれば、光学素子部を内蔵した状態で筐体を溶接により気密封止しても、発生する内部応力の光学素子部への影響を抑制し、光軸補正等の追加工程が不要で、光学特性が劣化することのない光学素子モジュールを提供することが可能になる。
【符号の説明】
【００４８】
１    本体部
２    導波部
３    偏波合成部
４    電極端子
５    入力用光ファイバ固定部
６    出力用光ファイバ固定部
７    光学素子部支持部材
７ａ  板状部材
７ｂ  載置部
７ｃ  貫通孔
８    蓋部
９    貫通孔
１０  半波長板
１１  偏光ビームスプリッター
【図１】
2014071353.tif 000003
【図２】
2014071353.tif 000004
【図３】
2014071353.tif 000005
【図４】
2014071353.tif 000006