(57)【要約】  互いに異なる波長の光を扱う複数の光素子と、光素子に個々に設けられ、一端が光素子のうちの１つの光素子の主面に対向された複数のコリメートレンズ（１０４）と、一端が各コリメートレンズ（１０４）の他端に対向された、空間光学系による光の反射を用いた光合分波器と、一端が光合分波器の他端に対向された結合レンズ（１０６）と、一端が結合レンズ（１０６）の他端に対向されたＳＭＦ（１０７）と、各コリメートレンズ（１０４）と光合分波器との間の光路上であって、当該光合分波器における反射回数が少ない光路上に設けられた透明な光学ブロック（１０８）とを備えた。
2020016932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる波長の光を扱う複数の光素子と、
前記光素子に個々に設けられ、一端が前記光素子のうちの１つの光素子の主面に対向された複数のコリメートレンズと、
一端が前記コリメートレンズの他端に対向された、空間光学系による光の反射を用いた光合分波器と、
一端が前記光合分波器の他端に対向された結合レンズと、
一端が前記結合レンズの他端に対向された単一モード光ファイバと、
前記コリメートレンズと前記光合分波器との間の光路上であって、当該光合分波器における反射回数が少ない光路上に設けられた透明な光学ブロックと
を備えた集積光モジュール。
【請求項２】
前記光学ブロックは、前記光合分波器における反射回数が最も少ない光路上に設けられた
ことを特徴とする請求項１記載の集積光モジュール。
【請求項３】
前記光学ブロックは、前記光合分波器における反射回数が最も少ない光路上及び反射回数が２番目に少ない光路上に１つ又はそれぞれ設けられた
ことを特徴とする請求項１記載の集積光モジュール。
【請求項４】
嵌込部を有し、前記光素子、前記コリメートレンズ、前記光合分波器及び前記光学ブロックが実装された金属製のパッケージを備え、
前記結合レンズは、前記嵌込部に嵌込まれることで前記パッケージに実装された
ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちの何れか１項記載の集積光モジュール。
【請求項５】
ガラス又は樹脂モールドにより成型され、前記光素子、前記コリメートレンズ、前記光合分波器及び前記光学ブロックが実装されたパッケージを備え、
前記結合レンズは、前記パッケージに一体成型された
ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちの何れか１項記載の集積光モジュール。
【請求項６】
前記光素子は発光素子である
ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちの何れか１項記載の集積光モジュール。
【請求項７】
前記光素子は受光素子である
ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちの何れか１項記載の集積光モジュール。
【請求項８】
互いに異なる波長の光を扱う複数の光素子と、前記光素子に個々に設けられ、一端が前記光素子のうちの１つの光素子の主面に対向された複数のコリメートレンズと、一端が前記コリメートレンズの他端に対向され、空間光学系による光の反射を用いた光合分波器と、一端が前記光合分波器の他端に対向された結合レンズと、一端が前記結合レンズの他端に対向された単一モード光ファイバと、前記コリメートレンズと前記光合分波器との間の光路上であって、当該光合分波器における反射回数が少ない光路上に設けられた透明な光学ブロックとを備えた集積光モジュールの製造方法であって、
前記光合分波器を固定する第１ステップと、
前記第１ステップの後、前記コリメートレンズの位置及び前記単一モード光ファイバの位置を光路毎に調整し、当該コリメートレンズのシフト量に対して結合効率が最大となる前記単一モード光ファイバのシフト量を実測する第２ステップと、
前記第２ステップにおける実測結果に基づいて、ビーム偏心の最大値が最小となる前記単一モード光ファイバの位置及び前記光学ブロックの角度を計算する第３ステップと、
前記第３ステップにおける計算結果に基づいて、前記コリメートレンズの位置、前記単一モード光ファイバの位置及び前記光学ブロックの角度を調整して固定する第４ステップと
を有することを特徴とする集積光モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、多数のレーンに光学系が実装された集積光モジュール及び集積光モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
データセンター等で用いられる光送信用のトランシーバは、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）を搭載した光送信モジュールと、ＰＤ（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）を搭載した光受信モジュールとで構成される。【０００３】
従来の１０ＧｂＥ（ギガビットイーサネット）用の光送信モジュールは、１つのレーンを有する。すなわち、この光送信モジュールは、１個のＬＤが実装され、１０Ｇｂｐｓで変調された１波の信号を１本のＳＭＦ（単一モード光ファイバ）に出力する。【０００４】
一方、１０ｋｍ通信用途又は４０ｋｍ通信用途の１００ＧｂＥ用の光送信モジュールは、４つのレーンを有する。すなわち、この光送信モジュールは、出射波長の異なる４個のＬＤが実装され、２５Ｇｂｐｓで変調された４波の信号を合成して１本のＳＭＦに出力する。【０００５】
また、２ｋｍ通信用途又は１０ｋｍ通信用途の４００ＧｂＥ用の光送信モジュールは、８つのレーンを有する。すなわち、この光送信モジュールは、出射波長の異なる８個のＬＤが実装され、２５ＧＢａｕｄ  ＰＡＭ４変調による５０Ｇｂｐｓの８波の信号を合成して１本のＳＭＦに出力する。また、この光送信モジュールは、４つのレーンを有するものもある。この場合、光送信モジュールは、出射波長の異なる４個のＬＤが実装され、５０ＧＢａｕｄ  ＰＡＭ４変調による１００Ｇｂｐｓの４波の信号を合成して１本のＳＭＦに出力する。【０００６】
以上のように、１００ＧｂＥ用又は４００ＧｂＥ用の光送信モジュールは、多数のレーンを有している。よって、この光送信モジュールでは、小型化のため、ＬＤと当該ＬＤにより出射された光を合波する光合波器とを同一のパッケージに集積することが一般的になっている。光合波器は、平面光回路を用いる場合と、ミラー及びＢＰＦ（バンドパスフィルタ）等の光学部品による空間光学系を用いる場合とがあり、後者はコスト面で有利な場合が多い。【０００７】
従来の１０ＧｂＥ用の光送信モジュールは、１つレーンのみを有するため、レンズとＳＭＦの調芯は容易である。すなわち、この光送信モジュールでは、作業者は、ＬＤに対してレンズを固定し、更に、結合効率が最大となるようにＳＭＦの位置を調整すればよい。【０００８】
一方、１００ＧｂＥ用又は４００ＧｂＥ用の光送信モジュールで空間光学系を用いた光合波器を適用した場合、コリメートレンズでＬＤの光からコリメートビームを生成し、光合波器でこのビームを合波した後、結合レンズを介してＳＭＦに結合させる必要がある。しかしながら、光合波器による合波によって得られたコリメートビームでは、ビーム偏心及びビーム偏角が発生する。ビーム偏心は、平行位置ずれであり、ＳＭＦへの光の入射角度ずれ損失を引起こす。また、ビーム偏角は、角度ずれであり、ＳＭＦに対する集光点ずれによる損失を引起こす。【０００９】
したがって、仮に、ある１つのレーンに対して結合効率が最大となるように調芯したとしても、他のレーンに対して結合効率が最大となるとは限らない。よって、この光送信モジュールでは、全レーンに対して結合効率が最大となるように調芯することが肝要である。すなわち、各レーンのビーム偏心及びビーム偏角が最小となるようにコリメートレンズの位置と光合波器の角度を調整し、更に、ＳＭＦへの結合効率が全レーンに対して最大となるように結合レンズの位置とＳＭＦの位置を調整する必要がある。
また、光路上に配置した液晶素子又は非線形光学素子に対して外部から操作信号を与えることで、光線方向（ビーム偏角及びコリメートの状態）を変化させる方法も知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１０−１７５８７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、全レーンに対して結合効率が最大となるように調芯するためには、多くの部材（コリメートレンズ、光合波器、結合レンズ及びＳＭＦ）の位置又は角度を調整する必要があり、組立て工程の複雑化とタクトが課題となる。
また、特許文献１に開示された方法では、結合効率の向上に一定の効果が見込める。しかしながら、この方法は、外部からの操作信号が必要であると共に、それに応答する特殊な素子が必要となるため、高コストとなるという課題があった。【００１２】
なお上記では、光送信モジュールについて説明を行ったが、光受信モジュールについても同様である。【００１３】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、多数のレーンを有する集積光モジュールにおいて、光合分波器及び結合レンズの位置及び角度を調整せずに、全レーンに対する高結合効率を実現可能な集積光モジュールを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明に係る集積光モジュールは、互いに異なる波長の光を扱う複数の光素子と、
光素子に個々に設けられ、一端が光素子のうちの１つの光素子の主面に対向された複数のコリメートレンズと、一端がコリメートレンズの他端に対向された、空間光学系による光の反射を用いた光合分波器と、一端が光合分波器の他端に対向された結合レンズと、一端が結合レンズの他端に対向された単一モード光ファイバと、コリメートレンズと光合分波器との間の光路上であって、当該光合分波器における反射回数が少ない光路上に設けられた透明な光学ブロックとを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、上記のように構成したので、多数のレーンを有する集積光モジュールにおいて、光合分波器及び結合レンズの位置及び角度を調整せずに、全レーンに対する高結合効率を実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の実施の形態１に係る光送信モジュールの構成例を示す上面図である（４つのレーンを有する場合）。
【図２】この発明の実施の形態１に係る光送信モジュールの別の構成例を示す上面図である（４つのレーンを有する場合）。
【図３】図１，２に示す集積光モジュール（光学ブロックが無い場合）において、ＳＭＦへの光の入射角度ずれ損失が最小となるようにコリメートレンズの位置を調整した場合での、レーン毎の結合効率を示す図である。
【図４】図１，２に示す集積光モジュール（光学ブロックが無い場合）において、全レーンに対して結合効率が最大となるＳＭＦの位置に対してコリメートレンズの位置を調整した場合での、レーン毎の結合効率を示す図である。
【図５】図１，２に示す集積光モジュール（光学ブロックが有る場合）において、全レーンに対して結合効率が最大となるＳＭＦの位置に対してコリメートレンズの位置を調整した場合での、レーン毎の結合効率を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る光送信モジュールの製造方法例を示すフローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態２に係る光送信モジュールの構成例を示す上面図である（４つのレーンを有する場合）。
【図８】この発明の実施の形態２に係る光送信モジュールの別の構成例を示す上面図である（４つのレーンを有する場合）。
【図９】この発明の実施の形態３に係る光送信モジュールの構成例を示す上面図である（４つのレーンを有する場合）。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る光送信モジュールの構成例を示す上面図である。以下では、集積光モジュール（光送受信モジュール）の一例として、光送信モジュールを用いて説明を行う。また以下では、一例として光送信モジュールが４つのレーンを有する場合を示す。
光送信モジュールは、図１に示すように、パッケージ１０１、フィードスルー１０２、複数のＬＤ（発光素子）１０３、複数のコリメートレンズ１０４、光合波器（光合分波器）１０５、結合レンズ１０６、ＳＭＦ１０７及び光学ブロック１０８を備えている。図１に示す光送信モジュールは、ＬＤ１０３及びコリメートレンズ１０４を４つずつ有している。
【００１８】
パッケージ１０１は、光学部材（ＬＤ１０３、コリメートレンズ１０４、光合波器１０５及び光学ブロック１０８）が実装された筐体である。図１では、パッケージ１０１は金属部材により構成されている。また図１では、パッケージ１０１の一部を取除いた状態を示し、光送信モジュールの内部を示している。
フィードスルー１０２は、パッケージ１０１の内部に実装されたＬＤ１０３に対し、パッケージ１０１の外部から導電部１０２１を通じて給電を可能とする。
【００１９】
複数のＬＤ１０３は、互いに異なる波長の光を発光する光素子である。
コリメートレンズ１０４は、各ＬＤ１０３に個々に設けられ、一端がＬＤ１０３の発光面（主面）に対向されている。このコリメートレンズ１０４は、対向するＬＤ１０３により発光された光からコリメートビームを生成して出射する。
【００２０】
図１では、パッケージ１０１内に設けられたキャリア１０９上の第０のレーン（Ｌ０）から第３のレーン（Ｌ３）にそれぞれ光学系（ＬＤ１０３及びコリメートレンズ１０４）が実装されている。
【００２１】
光合波器１０５は、一端が各コリメートレンズ１０４の他端に対向され、各コリメートレンズ１０４により出射されたコリメートビームを合波する。この光合波器１０５は、空間光学系による光の反射を用いた光合波器である。図１に示す光合波器１０５は、ホルダ１０５１、ミラー１０５２及び複数のＢＰＦ１０５３から構成されている。
【００２２】
ミラー１０５２は、ホルダ１０５１の一端（結合レンズ１０６側）において、光合波器１０５の出射端に対応するレーン（図１ではＬ０）を除くレーンに接着されている。このミラー１０５２は、あるレーンから入射された光を、当該レーンの隣のレーンに位置するＢＰＦ１０５３側に反射する。
複数のＢＰＦ１０５３は、ホルダ１０５１の他端（コリメートレンズ１０４側）において、光合波器１０５の出射端に対応するレーンから最も離れたレーン（図１ではＬ３）を除くレーンに接着されている。このＢＰＦ１０５３は、接着されたレーンから入射された光のみを透過し、それ以外の波長の光は反射する。
【００２３】
結合レンズ１０６は、一端が光合波器１０５の他端に対向され、光合波器１０５による合波によって得られたコリメートビームを集光する。
ＳＭＦ１０７は、一端が結合レンズ１０６の他端に対向され、結合レンズ１０６により集光されたコリメートビームが入射される。
【００２４】
光学ブロック１０８は、各コリメートレンズ１０４と光合波器１０５との間の光路上であって、光合波器１０５における反射回数が最も少ない光路上に設けられている。図１では、光学ブロック１０８は、Ｌ０の光路上に設けられている。この光学ブロック１０８は、実装角度に応じてビーム偏心を調整可能な部材であり、平行平板形状の透明な部材である。ここで、透明とは光の透過率が２５％以上であることを意味し、光学ブロック１０８としては例えばガラス又は樹脂等が用いられる。
【００２５】
なお、通常、光学ブロック１０８の屈折率は１ではない。そのため、空間中を伝搬したコリメートビームが光学ブロック１０８に入射した際、光学ブロック１０８でフレネル反射が生じ、光学ブロック１０８の透過率を低下させる要因となる。そこで、光学ブロック１０８は、入射側及び出射側に無反射コーティングが施されていてもよい。
【００２６】
また、光合波器１０５を固定（パッシブ調芯）することを目的として、パッケージ１０１にアライメントマークが設けられていてもよい。
【００２７】
また、結合レンズ１０６を固定（パッシブ調芯）することを目的として、図２に示すように、パッケージ１０１に嵌込部１０１１が設けられていてもよい。この場合、結合レンズ１０６は、嵌込部１０１１に嵌込まれることで、パッケージ１０１に実装される。
【００２８】
また図１，２では、光送信モジュールが４つのレーンを有する場合を示しているが、ＬＤ１０３、コリメートレンズ１０４及びＢＰＦ１０５３の数を増やすことで、レーンの数を４以上としてもよい。
【００２９】
また図１，２では、集積光モジュールとして光送信モジュールを示した。一方、集積光モジュールが光受信モジュールである場合には、図１，２において、ＬＤ１０３がＰＤ（受光素子）に変更され、光合波器１０５が光分波器（光合分波器）に変更される。なお、複数のＰＤは、互いに異なる波長の光を受光する光素子である。また、光分波器は、結合レンズ１０６から入射されたビームを分配して各コリメートレンズ１０４にそれぞれ出射する。
【００３０】
次に、実施の形態１に係る光送信モジュールの動作例について説明する。
実施の形態１に係る光送信モジュールでは、まず、各レーンにおいて、ＬＤ１０３が光を発光し、コリメートレンズ１０４はＬＤ１０３により発光された光からコリメートビームを生成する。
次いで、光合波器１０５は、各レーンのコリメートレンズ１０４により生成されたコリメートビームを合波する。この際、光合波器１０５では、ミラー１０５２が、入射されたコリメートビームを隣のレーンに位置するＢＰＦ１０５３側に反射する。また、各ＢＰＦ１０５３が、各レーンのコリメートレンズ１０４から入射されたコリメートビームとミラー１０５２により反射されたコリメートビームとを束ねる。ここで、ビームを束ねるとは、各レーンのビーム偏心及びビーム偏角を同一（略同一の意味を含む）とすることを意味する。
次いで、結合レンズ１０６は、光合波器１０５による合波によって得られたコリメートビームを集光してＳＭＦ１０７に結合する。
【００３１】
ここで、ビーム偏心は、予め実装されたＬＤ１０３の位置ずれ及び角度ずれの他に、コリメートレンズ１０４の位置ずれ及び光合波器１０５の角度ずれによっても発生する。
また、ビーム偏角は、コリメートレンズ１０４の位置ずれによって発生する。
【００３２】
一方、従来の調芯方法では、ビーム偏角が最小となるようにコリメートレンズの位置を調整し、ビーム偏心が最小となるように光合波器の角度を調整し、更に、全レーンに対してＳＭＦへの結合効率が最大となるように結合レンズの位置とＳＭＦの位置を調整する必要があった。
【００３３】
これに対して、実施の形態１に係る光送信モジュールでは、光合波器１０５の角度及び結合レンズ１０６の位置は調整（アクティブ調芯）せずに固定（パッシブ調芯）する。
仮に実施の形態１に係る光送信モジュールにおいて光学ブロック１０８が無い場合、調芯はコリメートレンズ１０４とＳＭＦ１０７のみで行われることになる。また、光合波器１０５の角度を調整しない場合、ビーム偏心の調整は、コリメートレンズ１０４の位置を調整することのみで可能となる。一方、結合レンズ１０６の位置を調整せずに固定する場合、通常、設計中心に対して±１５０μｍ程度の実装ずれが光軸に垂直な方向（図１のＸＹ面内）に生じる。そして、結合レンズ１０６の位置を調整しないため、ビーム偏心の調整は、従来のようにレーン間の偏差だけを考えるのでは不十分である。すなわち、全レーンにおいて結合レンズ１０６に対するビームの絶対位置を合わせることが、ＳＭＦ１０７への光の入射角度ずれ損失を抑えるために必要である。以下では、コリメートレンズ１０４のＸＺ面内における位置の調整について説明するが、ＹＺ面内における位置の調整についても同様である。
【００３４】
図３に、ＳＭＦ１０７への光の入射角度ずれ損失が最小となるようにコリメートレンズ１０４の位置を調整した場合での、レーン毎の結合効率を示す。図３において、横軸はＳＭＦ１０７の位置（相対Ｘ座標）を表し、縦軸は結合効率を表す。
図３では、Ｌ０に設けられたＬＤ１０３のＸ方向実装ずれを０とし、Ｌ１に設けられたＬＤ１０３のＸ方向実装ずれを−２０μｍとし、Ｌ２に設けられたＬＤ１０３のＸ方向実装ずれを＋２０μｍとし、Ｌ３に設けられたＬＤ１０３のＸ方向実装ずれを−３０μｍとした。また、図３では、ＳＭＦ１０７のＸＺ面内における角度ずれを−０．５°とし、ＳＭＦ１０７の結合レンズ１０６の焦点距離からのＺ方向（光軸方向）におけるずれ量を＋６０μｍとした。そして、この条件において、実装ずれが生じた結合レンズ１０６に対してビームの絶対位置が合うようにコリメートレンズ１０４の位置を調整することを想定した。
【００３５】
この場合、結合効率が最大となるＳＭＦ１０７の位置（以下、ピーク調芯座標と呼ぶ）が各レーンでばらつく。これは、コリメートレンズ１０４の位置調整のみでビーム偏心を最小にしようとすると、ビーム偏角が０にならないことに起因する。すなわち、レーン番号が小さい程（例えばＬ０）、光合波器１０５での反射回数が少なく、ビームの同じ位置シフト量に必要なコリメートレンズ１０４のシフト量が大きくなる結果、ビームの角度シフト量が大きくなり、ピーク調芯座標のずれ量が大きくなるためである。これが、各レーンのピーク調芯座標のばらつきに繋がる。全レーンに対してＳＭＦ１０７に高効率で結合させるためには、各レーンのピーク調芯座標が一致（略一致の意味を含む）するようにコリメートレンズ１０４の位置を調整する必要がある。コリメートレンズ１０４の位置をＸ方向にシフトさせると、ビームの角度シフトに起因して集光点座標のシフトが起こり、結果としてピーク調芯座標のシフトが可能になり、ある一つの位置（以下、座標目標と呼ぶ）に合わせることができる。
【００３６】
図４に、全レーンに対して結合効率が最大となるＳＭＦ１０７の位置に対してコリメートレンズ１０４の位置を調整した場合での、レーン毎の結合効率を示す。図４において、横軸はＳＭＦ１０７の位置（相対Ｘ座標）を表し、縦軸は結合効率を表す。また、図４において、ＸｆはＳＭＦ１０７の座標目標を表し、Ｘｆ＝−８μｍとした。
この場合、ＳＭＦ１０７への光の入射角度ずれ損失が各レーンでばらつく。これは、レーン番号が大きい程（例えばＬ３）、光合波器１０５での反射回数が大きく、コリメートレンズ１０４の同じシフト量でもそれに起因したビームの位置シフト量がより大きくなり、ＳＭＦ１０７への光の入射角度ずれ損失をより大きく伴うためである。更に、ＳＭＦ１０７が結合レンズ１０６の焦点距離に対して＋Ｚ方向にずれている場合、ビームの位置シフトがビームの角度シフトに起因したピーク調芯座標のシフト量を低減させるように作用する。よって、所望のピーク調芯座標のシフト量を得るためにはより大きなコリメートレンズ１０４の位置シフトが必要となり、これがＳＭＦ１０７への光の入射角度ずれ損失の増大に繋がる。
【００３７】
以上から、適切なＳＭＦ１０７の座標目標は、ＳＭＦ１０７への光の入射角度ずれ損失が最小になるように調芯した際（図３）での各レーンのピーク調芯座標の平均よりも、レーン番号が大きいレーンに対するピーク調芯座標に近くなる（図４）。一方、レーン番号が小さいレーンに対するピーク調芯座標のずれ量は大きいため、ピーク調芯座標のシフトを目的としたコリメートレンズ１０４のシフトを行う場合、要求されるシフト量が大きく、ＳＭＦ１０７への光の入射角度ずれ損失は無視できない。
【００３８】
また、ＳＭＦ１０７の座標目標に結合効率カーブのピークが合うようにコリメートレンズ１０４の位置を調整しても、ＳＭＦ１０７への光の入射角度ずれ損失によって、必ずしも結合効率は最大とはならず、結合効率が小さくなってしまう場合がある（図４のＬ０及びＬ３を参照）。
【００３９】
図５は、実施の形態１に係る光送受信モジュールのように光学ブロック１０８が有る場合に、全レーンに対して結合効率が最大となるＳＭＦ１０７の位置に対してコリメートレンズ１０４の位置を調整した場合での、レーン毎の結合効率を示す。図５において、横軸はＳＭＦ１０７の位置（相対Ｘ座標）を表し、縦軸は結合効率を表す。
図５では、厚さがｄ＝０．５ｍｍであり且つ屈折率がｎ＝１．５である光学ブロック１０８（ＢＫ７）を、Ｚ方向に対する向きがθ＝−１５°となるように配置した場合を想定している。
【００４０】
ここで、最適なＳＭＦ１０７の座標目標はＸｆ＝−６μｍとした。また、スネルの法則により光学ブロック１０８によるビーム偏心の補正量は、下式（１）で計算できる。式（１）において、Ｄｃはビーム偏心の補正量である。また、図５の場合には、ビーム偏心の補正量はＤｃ＝−４４．８μｍとなる。
Ｄｃ＝ｄ／ｃｏｓ｛Ｓｉｎ−１（ｓｉｎθ／ｎ）｝×ｓｉｎ｛θ−Ｓｉｎ−１（ｓｉｎθ／ｎ）｝          （１）
【００４１】
そして、Ｌ０において、光学ブロック１０８による数十ミクロンのビーム偏心補正を適用することで、Ｌ０に対するピーク調芯座標をレーン番号が大きいレーンに対するピーク調芯座標に近づけることが可能となる。上述の通り、コリメートレンズ１０４のシフトによるピーク調芯座標のシフトに伴うＳＭＦ１０７への光の入射角度ずれ損失は、レーン番号が小さい程小さくなる。したがって、数十ミクロン程度のビーム偏心補正が可能である光学ブロック１０８でも、ＳＭＦ１０７への光の入射角度ずれ損失を低減するのに大きな効果がある。その結果、Ｌ０に対するピーク調芯座標をレーン番号が大きいレーンに対するピーク調芯座標に近づけても、高い結合効率を維持できる。
【００４２】
以上から、ＳＭＦ１０７の座標目標をレーン番号が大きいレーンに対するピーク調芯座標に近づけることで、レーン番号が大きいレーンについては要求されるピーク調芯座標のシフト量を低減でき、ＳＭＦ１０７への光の入射角度ずれ損失を小さくできる。また、光学ブロック１０８を用いて全レーンにおけるＳＭＦ１０７への光の入射角度ずれ損失を低減することで、ＳＭＦ１０７の座標目標に対して各レーンの結合効率カーブのピークが合うようにコリメートレンズ１０４の位置を調整しても、結合効率の最大条件を満足できる。
【００４３】
次に、実施の形態１に係る集積光モジュールの製造方法について、図６を参照しながら説明する。
集積光モジュールの製造方法では、図６に示すように、作業者は、まず、結合レンズ１０６を固定（パッシブ調芯）する（ステップＳＴ１）。
次いで、作業者は、光合波器１０５を固定（パッシブ調芯）する（ステップＳＴ２）。
【００４４】
なお図６では、作業者が、結合レンズ１０６を固定した後に光合波器１０５を固定する場合を示している。しかしながら、これに限らず、作業者は、光合波器１０５を固定した後に結合レンズ１０６を固定してもよい。
【００４５】
次いで、作業者は、コリメートレンズ１０４の位置及びＳＭＦ１０７の位置をレーン毎（光路毎）に調整（アクティブ調芯）し、コリメートレンズ１０４のシフト量に対するピーク調芯座標のシフト量を実測する（ステップＳＴ３，ＳＴ４）。
【００４６】
次いで、作業者は、ステップＳＴ４における実測結果に基づいて、ビーム偏心の最大値が最小となるＳＭＦ１０７の座標目標及び光学ブロック１０８の角度を計算する（ステップＳＴ５）。
【００４７】
次いで、ステップＳＴ５における計算結果に基づいて、作業者は、コリメートレンズ１０４の位置及びＳＭＦ１０７の位置を調整して固定する（ステップＳＴ６）。
次いで、作業者は、光学ブロック１０８の角度を調整して固定する（ステップＳＴ７）。
【００４８】
なお図６では、作業者が、コリメートレンズ１０４の位置及びＳＭＦ１０７の位置を調整して固定した後に光学ブロック１０８の角度を調整して固定する場合を示している。しかしながら、これに限らず、コリメートレンズ１０４の位置を調整して固定する工程、ＳＭＦ１０７の位置を調整して固定する工程、及び、光学ブロック１０８の角度を調整して固定する工程の順序は、適宜入れ替え可能である。
【００４９】
ここで、ｉ番目のレーンにおけるコリメートレンズ１０４の位置をｘｉとし、ｉ番目のレーンに対するＳＭＦ１０７のピーク調芯座標をＸｉとする。また、コリメートレンズ１０４の焦点距離をｆ０とし、結合レンズ１０６の焦点距離をｆ１とする。また、ｘｉにより生じるビーム偏心をＣｉとし、ＳＭＦ１０７のｆ１からの光軸方向におけるずれ量をＺとする。この場合、下式（２）が成り立つ。なお、式（２）では、ＳＭＦ１０７とＬＤ１０３とのスポットサイズ比がｆ１／ｆ０に等しいと仮定している。
2020016932.tif 000003
【００５０】
2020016932.tif 000004
2020016932.tif 000005
【００５１】
2020016932.tif 000006
2020016932.tif 000007
【００５２】
2020016932.tif 000008
δＣｉｓｈｉｆｔ＝（Ｃｉ’／Ｘｉ’）×δＸｉｓｈｉｆｔ＋Ｄｃｉ    （５）
【００５３】
式（５）において、Ｃｉ’は、光路長、ＢＰＦ１０５３への光の入射角度、及びミラー１０５２とＢＰＦ１０５３との間の寸法によって決まるが、これらは通常、設計値としてわかっているため既知の値となる。一方、ＳＭＦ１０７のｆ１からの光軸方向におけるずれ量であるＺは、通常、知ることが困難であるため、Ｘｉ’だけが未知量となる。そこで、作業者は、ステップＳＴ４における実測によって得られた値と式（２）を比較することで、Ｘｉ’を知る。
【００５４】
また、式（５）に示されるように、δＣｉｓｈｉｆｔはＸｆに依存することから、ステップＳＴ５において、｜δＣｉｓｈｉｆｔ｜の最大値が最小となるＸｆとＤｃｉを計算できる。これは、レーン間でＳＭＦ１０７への光の入射角度ずれ損失の均衡がとれ、且つ全レーンの結合効率を最大とするＳＭＦ１０７の位置と光学ブロック１０８の角度を見出していることに対応する。
【００５５】
また、コリメートレンズ１０４を固定する位置は、下式（６）から得られる値を用いてもよいし、ＳＭＦ１０７を座標目標に固定してコリメートレンズ１０４の位置を調整（アクティブ調芯）することで決定してもよい。ｘｉｏｐｔはコリメートレンズ１０４を固定する位置を表す。
ｘｉｏｐｔ＝ｘｉｐ＋δＸｉｓｈｉｆｔ／Ｘｉ’                    （６）
【００５６】
次に、実施の形態１に係る光送信モジュールの効果を示す。
実施の形態１に係る光送信モジュールでは、光合波器１０５及び結合レンズ１０６をパッシブ調芯した場合でも、ＳＭＦ１０７への光の入射角度ずれ損失のレーン間でのばらつきを抑え、高い結合効率を得ることが可能となる。このとき、実施の形態１に係る光送信モジュールでは、ＳＭＦ１０７の座標目標に対し、各レーンの結合効率カーブのピークが合うように調芯可能である。よって、実施の形態１に係る光送信モジュールでは、微分係数が小さいため、コリメートレンズ１０４の経年位置変化に対する結合効率の変化を小さくでき、高信頼性が得られる。したがって、実施の形態１に係る光送信モジュールでは、アクティブ調芯する部材を減らすことができ、組立て工程の簡易化とタクト低減を実現できる。また、実施の形態１に係る光送信モジュールでは、光学ブロック１０８の角度調整によって上記効果が得られ、外部からの操作信号又はそれに応答する特殊な素子を用いずに高結合効率を実現可能であるため、コストの課題を解決可能である。
【００５７】
以上のように、この実施の形態１によれば、集積光モジュールは、互いに異なる波長の光を扱う複数の光素子と、光素子に個々に設けられ、一端が光素子のうちの１つの光素子の主面に対向された複数のコリメートレンズ１０４と、一端が各コリメートレンズ１０４の他端に対向された、空間光学系による光の反射を用いた光合分波器と、一端が光合分波器の他端に対向された結合レンズ１０６と、一端が結合レンズ１０６の他端に対向されたＳＭＦ１０７と、各コリメートレンズ１０４と光合分波器との間の光路上であって、当該光合分波器における反射回数が少ない光路上に設けられた透明な光学ブロック１０８とを備えた。これにより、実施の形態１に係る集積光モジュールは、光合分波器及び結合レンズ１０６の位置及び角度を調整せずに、全レーンに対する高結合効率を実現可能である。
【００５８】
実施の形態２．
図７はこの発明の実施の形態２に係る光送信モジュールの構成例を示す上面図である。この図７に示す実施の形態２に係る光送信モジュールでは、図１に示す実施の形態１に係る光送信モジュールに対し、光学ブロック１０８を２つ設けている。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５９】
光学ブロック１０８は、各コリメートレンズ１０４と光合波器１０５との間の光路上であって、光合波器１０５における反射回数が最も少ない光路上及び反射回数が２番目に少ない光路上にそれぞれ設けられている。
【００６０】
実施の形態２に係る光送信モジュールでは、光学ブロック１０８をＬ０の光路上に加えてＬ１の光路上にも実装することで、光学ブロック１０８によってＬ０及びＬ１に対するビーム偏心を調整可能となる。したがって、実施の形態２に係る光送信モジュールでは、ピーク調芯座標をシフトさせてＳＭＦ１０７の座標目標に合わせるようコリメートレンズ１０４の位置を調整する場合、Ｌ０だけでなく、Ｌ１に対してもＳＭＦ１０７への光の入射角度ずれ損失が低減される。
【００６１】
なお上記では、集積光モジュールの一例として、光送信モジュールを示したが、光受信モジュールについても同様である。
【００６２】
以上のように、この実施の形態２によれば、光学ブロック１０８は、光合分波器における反射回数が最も少ない光路上及び反射回数が２番目に少ない光路上にそれぞれ設けられた。これにより、実施の形態２に係る集積光モジュールは、実施の形態１で示した効果に加え、レーン間の結合効率のばらつきを更に抑えることが可能になり、より高い結合効率が可能になる。
【００６３】
なお上記では、Ｌ０とＬ１の光路上に光学ブロック１０８をそれぞれ設けた場合を示した。しかしながら、これに限らず、光学ブロック１０８は、各コリメートレンズ１０４と光合分波器との間の光路上であって、光合分波器における反射回数が少ない光路上に設けられていればよい。
また上記では、光学ブロック１０８が複数の光路上にそれぞれ設けられた場合を示した。しかしながら、これに限らず、例えば図８に示すように、光学ブロック１０８が複数の光路上に１つ設けられていてもよい。図８では、光学ブロック１０８がＬ０とＬ１の光路上に１つ設けられている。
【００６４】
実施の形態３．
図９はこの発明の実施の形態３に係る光送信モジュールの構成例を示す上面図である。この図９に示す実施の形態３に係る光送信モジュールでは、図１に示す実施の形態１に係る光送信モジュールに対し、パッケージ１０１、フィードスルー１０２及び結合レンズ１０６をパッケージ１０１ｂ、フィードスルー１０２ｂ及び結合レンズ１０６ｂに変更している。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６５】
パッケージ１０１ｂは、ガラス又は樹脂モールドにより構成されている。
フィードスルー１０２ｂは、パッケージ１０１ｂに一体成型されている。
結合レンズ１０６ｂは、パッケージ１０１ｂに一体成型されている。
なお、パッケージ１０１ｂ、フィードスルー１０２ｂ及び結合レンズ１０６ｂの機能はそれぞれ、実施の形態１におけるパッケージ１０１、フィードスルー１０２及び結合レンズ１０６と同様である。
【００６６】
また、実施の形態３に係る光送信モジュールの製造方法では、図６に示すフローチャートのうちのステップＳＴ１の工程（結合レンズ１０６の固定工程）が省略される。
【００６７】
ここで、従来の多数のレーンを有する光送信モジュールでは、結合レンズの位置調整が必要であるため、パッケージと結合レンズとを一体成型できず、高コストになるという課題があった。それに対し、実施の形態３に係る光送信モジュールでは、実施の形態１と同様に結合レンズ１０６ｂの位置調整は不要であるため、パッケージ１０１ｂと結合レンズ１０６ｂの一体成型が可能となる。その結果、実施の形態３に係る光送信モジュールは、低コスト化が可能となる。
【００６８】
なお上記では、集積光モジュールの一例として、光送信モジュールを示したが、光受信モジュールについても同様である。
【００６９】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
この発明に係る集積光モジュールは、多数のレーンを有する集積光モジュールにおいて、光合分波器及び結合レンズの位置及び角度を調整せずに、全レーンに対する高結合効率を実現可能であり、多数のレーンに光学系が実装された集積光モジュール等に用いるのに適している。
【符号の説明】
【００７１】
１０１，１０１ｂ  パッケージ、１０２，１０２ｂ  フィードスルー、１０３  ＬＤ（発光素子）、１０４  コリメートレンズ、１０５  光合波器（光合分波器）、１０６，１０６ｂ  結合レンズ、１０７  ＳＭＦ、１０８  光学ブロック、１０９  キャリア、１０１１  嵌込部、１０２１  導電部、１０５１  ホルダ、１０５２  ミラー、１０５３  ＢＰＦ。
【図１】
2020016932.tif 000009
【図２】
2020016932.tif 000010
【図３】
2020016932.tif 000011
【図４】
2020016932.tif 000012
【図５】
2020016932.tif 000013
【図６】
2020016932.tif 000014
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年8月17日(2020.8.17)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
この発明は、多数のレーンに光学系が実装された集積光モジュールの製造方法に関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、多数のレーンを有する集積光モジュールにおいて、光合分波器及び結合レンズの位置及び角度を調整せずに、全レーンに対する高結合効率を実現可能な集積光モジュールの製造方法を提供することを目的としている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
この発明に係る集積光モジュールの製造方法は、互いに異なる波長の光を扱う複数の光素子と、光素子に個々に設けられ、一端が光素子のうちの１つの光素子の主面に対向された複数のコリメートレンズと、一端がコリメートレンズの他端に対向された、空間光学系による光の反射を用いた光合分波器と、一端が光合分波器の他端に対向された結合レンズと、一端が結合レンズの他端に対向された単一モード光ファイバと、コリメートレンズと光合分波器との間の光路上であって、当該光合分波器における反射回数が少ない光路上に設けられた透明な光学ブロックとを備えた集積光モジュールの製造方法であって、光合分波器を固定する第１ステップと、第１ステップの後、コリメートレンズの位置及び単一モード光ファイバの位置を光路毎に調整し、当該コリメートレンズのシフト量に対して結合効率が最大となる単一モード光ファイバのシフト量を実測する第２ステップと、第２ステップにおける実測結果に基づいて、ビーム偏心の最大値が最小となる単一モード光ファイバの位置及び光学ブロックの角度を計算する第３ステップと、第３ステップにおける計算結果に基づいて、コリメートレンズの位置、単一モード光ファイバの位置及び光学ブロックの角度を調整して固定する第４ステップとを有することを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる波長の光を扱う複数の光素子と、前記光素子に個々に設けられ、一端が前記光素子のうちの１つの光素子の主面に対向された複数のコリメートレンズと、一端が前記コリメートレンズの他端に対向され、空間光学系による光の反射を用いた光合分波器と、一端が前記光合分波器の他端に対向された結合レンズと、一端が前記結合レンズの他端に対向された単一モード光ファイバと、前記コリメートレンズと前記光合分波器との間の光路上であって、当該光合分波器における反射回数が少ない光路上に設けられた透明な光学ブロックとを備えた集積光モジュールの製造方法であって、
前記光合分波器を固定する第１ステップと、
前記第１ステップの後、前記コリメートレンズの位置及び前記単一モード光ファイバの位置を光路毎に調整し、当該コリメートレンズのシフト量に対して結合効率が最大となる前記単一モード光ファイバのシフト量を実測する第２ステップと、
前記第２ステップにおける実測結果に基づいて、ビーム偏心の最大値が最小となる前記単一モード光ファイバの位置及び前記光学ブロックの角度を計算する第３ステップと、
前記第３ステップにおける計算結果に基づいて、前記コリメートレンズの位置、前記単一モード光ファイバの位置及び前記光学ブロックの角度を調整して固定する第４ステップと
を有することを特徴とする集積光モジュールの製造方法。
【国際調査報告】
2020016932.tif 000018
2020016932.tif 000019
2020016932.tif 000020
2020016932.tif 000021