(57)【要約】【課題】  低い製造コストでありながら、小型で低挿入損失を達成できる光送信モジュールと、そのような光送信モジュールの製造方法を提供する。【解決手段】  発光素子と、所定の長さに切断されたコア部とクラッド部を有する短尺ＧＩＦであって、前記発光素子に相対する端面側にレンズ部が形成され、前記レンズ部から入射させた前記発光素子からの出射光が他端側から集束して出射されるように調整された第１の光ファイバと、前記第１の光ファイバを固定する支持体と、前記第１の光ファイバからの出射光を入射させるＳＭＦである第２の光ファイバとを備えることを特徴とする、光送信モジュール。【選択図】  図１
2006221159.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、
所定の長さに切断されたコア部とクラッド部を有する短尺グレーテッド・インデックス型光ファイバであって、前記発光素子に相対する端面側にレンズ部が形成され、前記レンズ部から入射させた前記発光素子からの出射光が他端側から集束して出射されるように調整された第１の光ファイバと、
前記第１の光ファイバを固定する支持体と、
前記第１の光ファイバからの出射光を入射させるシングルモード型光ファイバである第２の光ファイバと
を備えることを特徴とする、光送信モジュール。
【請求項２】
前記短尺グレーテッド・インデックス型光ファイバの前記発光素子に相対する端面側に形成されたレンズ部の曲率半径が、前記短尺グレーテッド・インデックス型光ファイバの半径よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載の光送信モジュール。
【請求項３】
前記短尺グレーテッド・インデックス型光ファイバの前記発光素子に相対する端面側に形成されたレンズ部の曲率半径は、前記短尺グレーテッド・インデックス型光ファイバのコア部半径よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載の光送信モジュール。
【請求項４】
請求項１〜３に記載の光送信モジュールの製造方法であって、
グレーテッド・インデックス型光ファイバを所定の長さに切断する第１の工程と、
前記第１の工程により得られた短尺グレーテッド・インデックス型光ファイバの一端にレンズ部を形成し、該レンズ部側からの入射光が他端側から集束して出射されるように調整された前記第１の光ファイバを作製する第２の工程と、
前記発光素子と、前記第１の光ファイバの前記レンズ部が相対するように、前記発光素子と前記第１の光ファイバを基板に固定する第３の工程と、
前記第１の光ファイバの前記発光素子に相対しない端面側に、前記第２の光ファイバを配置する第４の工程と、
前記第２の光ファイバの前記第１の光ファイバに相対しない端面側に光量測定手段を設置し、前記発光素子を発光させて、前記光量測定手段で測定される前記第２の光ファイバからの出射光の光量が最大となるように前記第２の光ファイバの位置を調整し、測定される光量が最大となる位置で前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバの位置関係を固定する第５の工程と
を有することを特徴とする、光送信モジュールの製造方法。
【請求項５】
請求項１〜３に記載の光送信モジュールの製造方法であって、
グレーテッド・インデックス型光ファイバを所定の長さに切断する第１の工程と、
位置決め用孔が設けられた金属キャップを準備する第２の工程と、
前記第１の工程により得られた短尺グレーテッド・インデックス型光ファイバを前記金属キャップに設けられた位置決め用孔に挿入した後、封止材により固定すると共に前記位置決め用孔を封止する第３の工程と、
前記金属キャップに固定された短尺グレーテッド・インデックス型光ファイバの前記金属キャップの内側にある一端にレンズ部を形成し、該レンズ部側からの入射光が他端側から集束して出射されるように調整された前記第１の光ファイバを作製する第４の工程と、
前記発光素子と前記第１の光ファイバの前記レンズ部が相対するように前記発光素子と前記第１の光ファイバを配置し、かつ前記第１の光ファイバの前記発光素子に相対しない端面側に、前記第２の光ファイバを配置し、前記第１の光ファイバが付設された前記金属キャップが前記発光素子を内包するように相対固定する第５の工程と
を有することを特徴とする、光送信モジュールの製造方法。
【請求項６】
前記レンズ部は、所定の粘度である液状の熱硬化性樹脂を前記短尺グレーテッド・インデックス型光ファイバの一端に所定量付着させてレンズ形状とした後、加熱硬化させることによって形成されることを特徴とする、請求項４または５に記載の光送信モジュールの製造方法。
【請求項７】
前記レンズ部は、所定の粘度である液状の光硬化性樹脂を前記短尺グレーテッド・インデックス型光ファイバの一端に所定量付着させてレンズ形状とした後、光照射硬化させることによって形成されることを特徴とする、請求項４または５に記載の光送信モジュールの製造方法。
【請求項８】
前記レンズ部は、所定の粘度の溶融状態にあるガラス組成物を前記短尺グレーテッド・インデックス型光ファイバの一端に所定量付着させレンズ形状とした後、冷却硬化させることによって形成されることを特徴とする、請求項４または５に記載の光送信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、発光素子と光ファイバを光学的に結合した光送信モジュールの構造に関し、特に低価格でありながら低挿入損失を達成できる光送信モジュールおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の発光素子と光ファイバを光学的に結合した光送信モジュールの構造の一例を図２０および図２１に示す。
【０００３】
図２０に示される光送信モジュールでは、レーザダイオード（ＬＤ）素子１５２から出射される光が、ＬＤ素子１５２と光ファイバ１５６との間に設けられたレンズ１５９により、光ファイバ１５６の入射端に集光される光結合構造が用いられている（特許文献１参照）。
【０００４】
ＬＤ素子など発光素子から出射される出射光は放射状に拡がるため、そのままでは伝送路として用いられるシングルモード型光ファイバ（以下、ＳＭＦと称する。）に入射される光はわずかとなってしまい、ノイズに対する十分な信号強度を確保することができず、またすぐに減衰してしまうという問題がある。
【０００５】
図２０に示される光結合構造は、この問題を解決するため、ＬＤ素子から放射状に拡がって出射される出射光を、ＬＤ素子と光ファイバとの間に配置されたレンズにより集束させて光ファイバの入射端に集光することにより、高効率の光結合を実現しようとするものである。
【０００６】
一方、図２１に示される光送信モジュールでは、発光素子１６２からの出射光１６３が、発光素子１６２と光導波路のコア部１６６との間に設けられた、コア部とクラッド部を有する短尺のグレーテッド・インデックス型光ファイバ（以下、ＧＩＦと称する。）１６４により光導波路のコア部１６６の入射端に集束される光結合構造が用いられている（特許文献２参照）。
【０００７】
光導波路を用いた表面実装型の光結合系は、光導波路のスポットサイズを発光素子であるＬＤ素子やＳＭＦのスポットサイズに整合させることができるため、高効率の光結合が実現できるとされているが、光導波路によるスポットサイズの整合には限界があるため、大型の同軸型結合系で使用される非球面レンズで集束させた場合と比較すれば効率が劣るという問題がある。
【０００８】
図２１に示される光結合構造は、この問題を解決するため、コア部とクラッド部との界面で生じる反射によるレンズ効果を有する短尺ＧＩＦで、発光素子からの出射光を集束させることにより、光導波路とのスポットサイズの整合を行ない、簡易な構成で低損失な光結合を行なうものである。
【特許文献１】特開２０００−１８０６７１号公報
【特許文献２】特開平９−３０４６６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、図２０に示されるレンズを用いる同軸型の光結合構造は、高効率の光結合が実現できる反面、発光素子とレンズとの間の光軸調整、さらにレンズとＳＭＦとの間の２箇所に光軸調整が必要になるため組み立て作業が煩雑になり、また高価なレンズを用いるため製造コストが高くなるという問題がある。
【００１０】
さらに正確な光軸調整のためにはレンズをモジュール内で正確に固定しておくための構造が必要になり、必然的にモジュールサイズが大型になってしまうという問題がある。
【００１１】
一方、図２１に示される光導波路と短尺ＧＩＦを用いた表面実装型の光結合構造は、発光素子と短尺ＧＩＦとＳＭＦを短時間で簡便に実装できることから、自動化が容易である反面、光導波路の形成に高価な薄膜プロセスを必要とするため大量生産しなければやはり製造コストが高くなるという問題がある。
【００１２】
また、表面実装型の光結合構造は薄膜プロセスを用いて形成した認識マークやＶ溝などの位置決め手段により高精度な位置決めが可能となるものの、光軸調整ができないため、各構成要素、特に高精度な位置決め精度が必要となる発光素子の実装ずれによる結合損失の増大を補正することができず、製造歩留まりが悪くなるという問題がある。
【００１３】
さらに、光導波路自体の伝搬損失が避けられないため、レンズを用いる同軸型の光結合構造と比較すると、まだ挿入損失が大きいという問題がある。
【００１４】
そこで、この発明の目的は、低い製造コストでありながら、小型で低挿入損失を達成できる光送信モジュールと、そのような光送信モジュールの製造方法を提供しようとすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述した技術的課題を解決するため、請求項１の光送信モジュールは、発光素子と、所定の長さに切断されたコア部とクラッド部を有する短尺ＧＩＦであって、前記発光素子に相対する端面側にレンズ部が形成され、前記レンズ部から入射させた前記発光素子からの出射光が他端側から集束して出射されるように調整された第１の光ファイバと、前記第１の光ファイバを固定する支持体と、前記第１の光ファイバからの出射光を入射させるＳＭＦである第２の光ファイバとを備えることを特徴としている。
【００１６】
また、請求項２の光送信モジュールは、請求項１に記載された光送信モジュールにおいて、前記短尺ＧＩＦの前記発光素子に相対する端面側に形成されたレンズ部の曲率半径が、前記短尺ＧＩＦの半径よりも小さいことを特徴としている。
【００１７】
また、請求項３の光送信モジュールは、請求項１に記載された光送信モジュールにおいて、前記短尺ＧＩＦの前記発光素子に相対する端面側に形成されたレンズ部の曲率半径は、前記短尺ＧＩＦのコア部半径よりも小さいことを特徴としている。
【００１８】
また、請求項４の光送信モジュールの製造方法は、請求項１〜３に記載された光送信モジュールの製造方法であって、ＧＩＦを所定の長さに切断する第１の工程と、前記第１の工程により得られた短尺ＧＩＦの一端にレンズ部を形成し、該レンズ部側からの入射光が他端側から集束して出射されるように調整された前記第１の光ファイバを作製する第２の工程と、前記発光素子と、前記第１の光ファイバの前記レンズ部が相対するように、前記発光素子と前記第１の光ファイバを基板に固定する第３の工程と、前記第１の光ファイバの前記発光素子に相対しない端面側に、前記第２の光ファイバを配置する第４の工程と、前記第２の光ファイバの前記第１の光ファイバに相対しない端面側に光量測定手段を設置し、前記発光素子を発光させて、前記光量測定手段で測定される前記第２の光ファイバからの出射光の光量が最大となるように前記第２の光ファイバの位置を調整し、測定される光量が最大となる位置で前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバの位置関係を固定する第５の工程とを有することを特徴としている。
【００１９】
また、請求項５の光送信モジュールの製造方法は、請求項１〜３に記載された光送信モジュールの製造方法であって、ＧＩＦを所定の長さに切断する第１の工程と、位置決め用孔が設けられた金属キャップを準備する第２の工程と、前記第１の工程により得られた短尺ＧＩＦを前記金属キャップに設けられた位置決め用孔に挿入した後、封止材により固定すると共に前記位置決め用孔を封止する第３の工程と、前記金属キャップに固定された短尺ＧＩＦの前記金属キャップの内側にある一端にレンズ部を形成し、該レンズ部側からの入射光が他端側から集束して出射されるように調整された前記第１の光ファイバを作製する第４の工程と、前記発光素子と前記第１の光ファイバの前記レンズ部が相対するように前記発光素子と前記第１の光ファイバを配置し、かつ前記第１の光ファイバの前記発光素子に相対しない端面側に、前記第２の光ファイバを配置し、前記第１の光ファイバが付設された前記金属キャップが前記発光素子を内包するように相対固定する第５の工程とを有することを特徴としている。
【００２０】
また、請求項６の光送信モジュールの製造方法は、請求項４または５に記載された光送信モジュールの製造方法において、前記レンズ部は、所定の粘度である液状の熱硬化性樹脂を前記短尺ＧＩＦの一端に所定量付着させてレンズ形状とした後、加熱硬化させることによって形成されることを特徴としている。
【００２１】
また、請求項７の光送信モジュールの製造方法は、請求項４または５に記載された光送信モジュールの製造方法において、前記レンズ部は、所定の粘度である液状の光硬化性樹脂を前記短尺ＧＩＦの一端に所定量付着させてレンズ形状とした後、光照射硬化させることによって形成されることを特徴としている。
【００２２】
また、請求項８の光送信モジュールの製造方法は、請求項４または５に記載された光送信モジュールの製造方法において、前記レンズ部は、所定の粘度の溶融状態にあるガラス組成物を前記短尺ＧＩＦの一端に所定量付着させてレンズ形状とした後、冷却硬化させることによって形成されることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２３】
この発明（請求項１）に係る光送信モジュールは、短尺ＧＩＦの発光素子に相対する端面側にレンズ部が形成され、レンズ部から入射させた発光素子からの出射光が他端側から集束して出射されるように調整された第１の光ファイバと、第１の光ファイバを固定する支持体と、第１の光ファイバからの出射光を入射させるＳＭＦである第２の光ファイバとを備えたものであるので、短尺ＧＩＦ単体を用いた光送信モジュールに比べ、高効率な光結合を得ることができる。
【００２４】
すなわち、第１の光ファイバの端面にレンズ部が形成されていることで、発光素子とＳＭＦとのスポットサイズを整合させることに加え、発光素子からの出射光は端面のレンズ部により集束されて第１の光ファイバのコア部に効率良く入射され、さらにレンズ部から第１の光ファイバのコア部に入射させた発光素子からの出射光が他端側から集束して出射されることで、発光素子からＳＭＦに至るまでに発生する光の漏れを低減させることができる。
【００２５】
また、第１の光ファイバに用いる短尺ＧＩＦは、一般的に光通信用ファイバとして用いられているものを所定の長さに切断したものであり、また短尺ＧＩＦの端面に形成されたレンズ部は、熱硬化性または光硬化性樹脂、あるいは所定の粘度の溶融状態にあるガラス組成物を１μｇ程度しか用いずに形成することができるので、第１の光ファイバは同軸型モジュールで用いられるレンズと比較してコストは１／１００〜１／１０００程度の安価となることから、同軸型モジュールに比べ、光送信モジュールの製造コストを大幅に低減することができる。
【００２６】
さらに、別に設けたレンズにより集光する場合には必要であったレンズをモジュール内で正確に固定しておくための構造が不要であり、同軸型モジュールに比べ、光送信モジュールの小型化を図ることができる。
【００２７】
なお請求項２のように、短尺ＧＩＦの発光素子に相対する端面側に形成されたレンズ部の曲率半径を、短尺ＧＩＦの半径よりも小さくすることで、発光素子からの出射光の集束効率をより高めることができるので好ましい。
【００２８】
加えて請求項３のように、短尺ＧＩＦの発光素子に相対する端面側に形成されたレンズ部の曲率半径を、短尺ＧＩＦのコア部半径よりも小さくすることで、発光素子からの出射光の集束効率をさらに高めることができるのでより好ましい。
【００２９】
また、この発明（請求項４）に係る光送信モジュールの製造方法は、ＧＩＦを所定の長さに切断し、得られた短尺ＧＩＦの一端にレンズ部を形成し、レンズ部側からの入射光が他端側から集束して出射されるように調整された第１の光ファイバを作製する工程と、発光素子を発光させて、その出射光を第１の光ファイバを通じてＳＭＦである第２の光ファイバに入射させ、予め設置した光量測定手段で測定される第２の光ファイバからの出射光の光量が最大となるように第２の光ファイバの位置を調整し、測定される光量が最大となる位置、すなわち第１の光ファイバから第２の光ファイバへの入射光量が最大となる位置で、第１の光ファイバと第２の光ファイバの位置関係を固定する、いわゆるアクティブアライメント実装工程を有しているため、低い製造コストでありながら、小型で低挿入損失を達成できる光送信モジュールを製造することができる。
【００３０】
すなわち、第１の光ファイバと第２の光ファイバの位置関係をアクティブアライメント実装により固定して、第１の光ファイバから集束して出射された光を第２の光ファイバに確実に入射させるようにしているため、発光素子の光軸ずれによる損失を大幅に低減することができ、低挿入損失の光送信モジュールを実現することができる。
【００３１】
したがって、発光素子の実装精度を従来に比べて緩和することができ、実装精度が低い安価な汎用実装装置を用いて発光素子を実装することができることに加えて、アクティブアライメントによる光軸調整は１箇所で済むことから、製造コストを大幅に低減することができる。
【００３２】
また、この発明（請求項５）に係る光送信モジュールの製造方法は、ＧＩＦを所定の長さに切断し、得られた短尺ＧＩＦを金属キャップに設けられた位置決め用孔に挿入した後、封止材により固定すると共に前記位置決め用孔を封止し、金属キャップに固定された短尺ＧＩＦの前記金属キャップの内側にある一端にレンズ部を形成して、レンズ部側からの入射光が他端側から集束して出射されるように調整された第１の光ファイバを作製する工程と、発光素子と第１の光ファイバのレンズ部が相対するように発光素子と第１の光ファイバを配置し、かつ第１の光ファイバの発光素子に相対しない端面側にＳＭＦである第２の光ファイバを配置し、第１の光ファイバが付設された前記金属キャップが前記発光素子を内包するように相対固定する工程とを有しているため、発光素子とその出射光を集束させる第１の光ファイバが気密封止され、半導体からなる発光素子が外部環境の影響を受けないようにすることで、発光素子の寿命を長く保つことができる光送信モジュールを容易に製造することができる。
【００３３】
すなわち、短尺ＧＩＦを金属キャップに固定した後に、短尺ＧＩＦの前記金属キャップの内側にある一端にレンズ部を形成することで、短尺ＧＩＦの固定および位置決め孔の封止に、溶融させるためには数百度の加熱が必要であるが封止性が高いガラス封止材を用いたとしても、耐熱性は低いが室温で液状であり取り扱いの容易な樹脂材料を用いてレンズ部を形成することができるため、気密性が高い光送信モジュールを容易に製造することができる。
【００３４】
また、請求項５の手順とは逆に短尺ＧＩＦの一端にレンズ部を形成し、第１の光ファイバとした後にそれを小径の金属キャップに挿入して固定しようとすると、第１の光ファイバのレンズ部が形成された端部側を保持しなければならず、レンズ部に傷がついたり、甚だしくは形成したレンズ部が剥離してしまう可能性があるが、短尺ＧＩＦを金属キャップに固定した後にレンズ部を形成することで、おのような懸念がなくなり、歩留まりの高い製造を行なうことができる。
【００３５】
これにより、この発明に係る光結合モジュールを、光結合モジュールの一般的な形態である同軸型に展開することが可能となり、これまで使用していた実装設備や製造ラインを変更することなく、小型で製造コストの低い同軸型光送信モジュールを実現することできる。
【００３６】
なお短尺ＧＩＦの一端へのレンズ部の形成は、請求項６〜８のように光学的に透明な熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂、または溶融ガラスを所定量ディスペンサやマイクロポンプなどで短尺ＧＩＦの端面に付着させて行なうことにより、その付着した液体の表面張力と自重にしたがって所望のレンズ形状を容易に得ることができるので好ましい。レンズ形状を形成した後、熱硬化性樹脂であれば所定の温度で加熱し、光硬化性樹脂であれば所定の波長の光を照射し、溶融状態のガラスであれば冷却して硬化させるようにすればよい。
【００３７】
短尺ＧＩＦの一端へのレンズ部の形成は、請求項６〜８に示した方法の中から、短尺ＧＩＦの材質に合わせた方法を適宜選択すればよい。また、ディスペンサのニードル先端部の外径を適宜選択することで、所望の曲率半径を有するレンズ部を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下に、この発明に係る光送信モジュールの実施形態およびその製造方法を、図面に基づき詳細に説明する。
【００３９】
この発明に係る表面実装型の光送信モジュールの模式図として、図１にその平面図、図２にその断面図を示す。
【００４０】
この光送信モジュールにおける光結合構造について説明すると、まず発光素子２からの出射光３は、第１の光ファイバ４の発光素子２に相対する端面側に形成されたレンズ部５に入射される。レンズ部５に入射され、そこで集束された光は、第１の光ファイバ４の本体である短尺ＧＩＦに入射される。この短尺ＧＩＦは、レンズ部５が形成された状態でレンズ部５からの入射光が他端側から集束して出射される長さに調整されており、短尺ＧＩＦに入射した光はＳＭＦである第２の光ファイバ６の入射端に集光されるように集束された状態で出射される。
【００４１】
第２の光ファイバ６の入射端に入射した光は、第２の光ファイバ６の中を伝送されていくが、第２の光ファイバ６は第１の光ファイバ４から第２の光ファイバ６へ入射する光量が最大となるようにアクティブアライメントされているため、発光素子２の光軸ずれによる損失は低減され、低挿入損失の光結合が達成されることになる。
【００４２】
発光素子２と第１の光ファイバ４は共通のシリコン基板７上に実装されており、第２の光ファイバ６は円筒形のフェルール８中に挿入固定されている。実際には第１の光ファイバ４と第２の光ファイバ６の位置関係の固定は、光送信モジュールのパッケージ内（図示しない）に発光素子２と第１の光ファイバ４が実装されたシリコン基板７を固定し、次いで第２の光ファイバ６に入射する光量が最大となるようにアクティブアライメントして、その状態でフェルール８を光送信モジュールのパッケージ内で固定することにより行なわれる。
【００４３】
発光素子２のシリコン基板７上への実装は、シリコン基板７と発光素子２に形成された認識マーク（図示しない）を用いた高精度の位置決めを行ない、Ａｕ／Ｓｎはんだや導電性ペースト等で接合することにより行なう。
【００４４】
第１の光ファイバ４は、半導体素子の形成に用いられる異方性エッチング等の技術によりシリコン基板７に高精度に形成されたＶ字状の溝（以下、Ｖ溝と称する。）９により、発光素子２の光軸と第１の光ファイバ４の本体である短尺ＧＩＦの中心軸が一致するように位置決めされ、その状態で接着剤や図３に示すような押さえ機構等で固定される。
【００４５】
第１の光ファイバ４は、発光素子２からの出射光３を用いた光軸調整は特に行なわずに実装されるため、第２の光ファイバ６のアクティブアライメントに対してパッシブアライメントされることになる。
【００４６】
第１の光ファイバ４の本体である短尺ＧＩＦは、一般的に光通信用ファイバとして用いられているＧＩＦを所定の長さに切断したものである。ＧＩＦの材質としては、石英ガラスと、ポリメチルメタアクリレート系もしくはフッ素系のプラスチックとがあり、石英ガラスを材料としたものでは、コア部の直径が５０〜１００μｍで外径が１２５〜１４０μｍのもの、またプラスチックを材料としたものでは、コア部の直径が１００〜５００μｍで外径が３００〜7５０μｍのものが一般に用いられている。この発明ではどちらを用いても差し支えなく、短尺ＧＩＦの端面へのレンズ部の形成方法は、この発明で開示した方法の中から短尺ＧＩＦの材質に合わせたものを適宜選択することができる。
【００４７】
ＧＩＦは図４に示すようにコア部とクラッド部からなり、またコア部に屈折率分布を持つ光ファイバである。一端から入射した光は、ファイバ内を図５のように光軸の１点に集束する状態を繰り返しながら伝搬して他端から出射されるが、一端側からの入射光が他端側から集束して出射される長さに定められている場合には、レンズとしての機能を有する。
【００４８】
ＧＩＦのコア部の屈折率分布が完全な２乗分布の場合、ＧＩＦの焦点距離は以下の数式１で表され、ＧＩＦの長さにより焦点距離が変化することが分かる。
【００４９】
【数１】
2006221159.tif 000003
【００５０】
ここで、ｆは焦点距離、ｎ1はコア部の屈折率、ＬはＧＩＦ長さ、ｇは集束定数をそれぞれ表す。
【００５１】
また、焦点距離の他にＧＩＦの集光特性を決める重要なパラメータである集束定数ｇと開口数ＮＡはそれぞれ数式２、数式３で表される。
【００５２】
【数２】
2006221159.tif 000004
【００５３】
【数３】
2006221159.tif 000005
【００５４】
ここで、Δは比屈折率差であり、（ｎ1−ｎ2）／ｎ1の式により求められる。またｎ1はコア部の屈折率、ｎ2はクラッド部の屈折率、ａはコア部の半径をそれぞれ表す。
【００５５】
すなわち、集束定数ｇはＧＩＦ内で光を曲げる力を表す値であり、開口数ＮＡはＧＩＦの受光角度を表す値であると考えることができる。
【００５６】
図６に示すような発光素子１２からの出射光１３を短尺ＧＩＦである第１の光ファイバ１４により第２の光ファイバ１６に集光する光結合系において、集束定数ｇ、開口数ＮＡの異なる短尺ＧＩＦを用いた場合の結合効率の変化を、シミュレーションにより求めてグラフ化したものを図７に示す。
【００５７】
ここで発光素子１２と第１の光ファイバ１４との間の距離ｚ1、短尺ＧＩＦ長さＬ、第１の光ファイバ１４と第２の光ファイバ１６との間の距離ｚ2は、結合効率が最高となる値に設定してある。
【００５８】
図７より、第１の光ファイバ１４の集束定数ｇおよび開口数ＮＡが大きいほど結合効率が高くなることが分かる。一般的な光通信用ファイバとして用いられているＧＩＦでは、集束定数ｇは４程度、開口数ＮＡは０．３程度が最大であり、このシミュレーションに用いたビーム径の発光素子では、結合効率を−４．５ｄＢより向上させることは困難である。
【００５９】
一般的な光通信用ＧＩＦでの結合効率を向上させるためには、集束定数ｇまたは開口数ＮＡを大きくすることが必要であるが、集束定数ｇはＧＩＦの比屈折率差Δとコア部の半径ａというＧＩＦの材料特性で決定される値であり、材料系そのものを変えなければこの値を変えることはできず、容易なことではない。さらには図７の結果から、集束定数ｇを現状の最大値である４以上にしたとしても、それによる結合効率の向上はわずかでしかない。
【００６０】
一方、開口数ＮＡは前述したようにＧＩＦの受光角度を意味する値であることから、ＧＩＦの開口数ＮＡ自体はコア部の屈折率とクラッド部の屈折率から求まる材料特性に依存する値であるが、ＧＩＦの入射端を構造的に光を受け入れやすくするような形状にし、ＧＩＦの見掛け開口数ＮＡ´を大きくすることは可能である。
【００６１】
しかも図７の結果から、開口数ＮＡを大きくすることによる結合効率の向上は、集束定数ｇを４以上に大きくすることに比べてはるかに効果的である。
【００６２】
そこで、図８に示すような集束定数ｇが４、本来の開口数ＮＡが０．３の短尺ＧＩＦの一端にレンズ部２５を形成した第１の光ファイバ２４の場合において、レンズ部２５の曲率半径と、レンズ部２５が形成された状態での第１の光ファイバ２４の見掛け開口数ＮＡ´との関係をシミュレーションにより求めてグラフ化したものを図９に示す。
【００６３】
図９より、レンズ部２５の曲率半径が小さくなるほど第１の光ファイバ２４の見掛け開口数ＮＡ´が大きくなることが分かる。例えばレンズ部２５の曲率半径が７０μｍの場合、見掛け開口数ＮＡ´は０．４１に向上する。
【００６４】
さらに、図８に示すような発光素子２２からの出射光２３を、発光素子２２の端面側にレンズ部２５が形成された集束定数ｇが４、開口数ＮＡが０．３の短尺ＧＩＦを本体とする第１の光ファイバ２４により、第２の光ファイバ２６に集光する光結合系における、レンズ部２５の曲率半径と結合効率との関係をシミュレーションにより求めてグラフ化したものを図１０に示す。
【００６５】
ここで発光素子２２とレンズ部２５の先端との間の距離ｚ1、短尺ＧＩＦ長さＬ、第１の光ファイバ２４と第２の光ファイバ２６との間の距離ｚ2は、レンズ部２５の各曲率半径において結合効率が最高となる値に設定してある。
【００６６】
図１０より、レンズ部２５の曲率半径が小さくなるほど結合効率が向上することが分かる。例えば曲率半径が７０μｍでの結合効率は−２．７ｄＢ、曲率半径が３０μｍでの結合効率は−１．６ｄＢとなり、レンズ部２５がない場合（図６および図７）で想定される−４．５ｄＢに対し高い結合効率の光送信モジュールが実現可能となる。
【００６７】
短尺ＧＩＦの一端へのレンズ部２５の形成は、図１１に示すように所定の粘度である液状のレンズ部材料５２、すなわち熱硬化性または光硬化性樹脂、あるいは所定の粘度の溶融状態にあるガラス組成物を、短尺ＧＩＦ５３の一端に所定量付着させ、その付着した液体の表面張力と自重により所望のレンズ形状を形成させた後、熱硬化性樹脂であれば所定の温度で加熱し、光硬化性樹脂であれば所定の波長の光を照射し、溶融状態のガラスであれば冷却して硬化させることにより行なう。
【００６８】
短尺ＧＩＦの一端へのレンズ部材料の付着は、ディスペンサあるいはマイクロポンプ等で体積制御された液状のレンズ部材料を短尺ＧＩＦの一端へ直接吐出して付着させる方法や、転写ピンの先端部に予め付着させた液状のレンズ部材料を短尺ＧＩＦの一端へ転写する方法など、既存の任意の方法によって行なうことができる。
【００６９】
短尺ＧＩＦの一端へのレンズ部の形成は、上記方法の中から短尺ＧＩＦの材質に合わせた方法を適宜選択すればよい。
【００７０】
例えば、石英ガラスを材料とする短尺ＧＩＦでは、この発明で開示したレンズ部の形成方法のいずれも好適に用いることができるが、プラスチックを材料とするものであれば、熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂によりレンズ部の形成を行なう必要がある。
【００７１】
プラスチックを材料とした短尺ＧＩＦへのレンズ部の形成に熱硬化性樹脂を用いる場合は、プラスチックの軟化が起こらない低温硬化性樹脂が好ましく、ポリメチルメタアクリレート系の短尺ＧＩＦでは６０℃以下、フッ素系の短尺ＧＩＦでは１００℃以下の硬化温度を有するものを好適に用いることができる。
【００７２】
光硬化性樹脂は、プラスチック系であっても短尺ＧＩＦの軟化変形が全く生じないため、さらに好適にレンズ部の形成を行なうことができる。
【００７３】
レンズ部２５の曲率半径は、樹脂や溶融状態にあるガラスの粘度、チクソトロピック性、および付着量により制御することができる。
【００７４】
図１１に示すような短尺ＧＩＦの外径以上のニードル先端部を有するディスペンサを用いれば、短尺ＧＩＦの外径に応じた曲率半径のレンズ部２５が形成でき、図１２に示すような短尺ＧＩＦの外径よりも小さな直径のニードル先端部５５を有する精密ディスペンサを用いれば、短尺ＧＩＦの半径よりも小さな曲率半径を有するレンズ部２５を形成することが可能である。
【００７５】
図１１の方法で形成した場合、短尺ＧＩＦの外径に応じた曲率半径となるため、ばらつきが小さく。短尺ＧＩＦとレンズ部２５のそれぞれの中心軸が高精度に一致するという利点がある。
【００７６】
一方、図１２の方法で形成した場合、短尺ＧＩＦとレンズ部２５の中心軸のずれは精密ディスペンサの位置決め精度に依存するものの、短尺ＧＩＦの半径よりも小さな曲率半径を有するレンズ部２６を形成することが可能であるため、図１０から分かるように高い結合効率を得ることができる。
【００７７】
発光素子２２と第１の光ファイバ２４は、半導体素子の形成に用いられる異方性エッチング等の技術を用いてシリコン基板に高精度に形成されたＶ溝により、発光素子２２の光軸と第１の光ファイバ２４の本体である短尺ＧＩＦの中心軸が一致するように位置決めされるとはいえ、発光素子２２の実装ずれにより、最大で±１μｍ程度の光軸ずれが生じる可能性がある。
【００７８】
曲率半径７０μｍのレンズ部２５を有する第１の光ファイバ２４における、発光素子２２との光軸ずれΔＸと正規化した結合効率との関係を示すグラフを図１３に示す。
【００７９】
図１３より、例えばＸ方向に１μｍの光軸ずれが起こった場合、約３ｄＢの光軸ずれによる損失が生じることが分かる。
【００８０】
光導波路では、発光素子の実装ずれでΔＸ1の光軸ずれが起こった場合、光路の変化はなく損失が増加するだけであるが、一方発光素子２２に相対する端面側にレンズ部２５が形成された第１の光ファイバ２４では、ΔＸ1の光軸ずれが起こった場合には光路が変化し、第２の光ファイバ２６に入射する光は第１の光ファイバ２４の本体である短尺ファイバの中心軸からΔＸ2のずれが生じることになる。そこで第２の光ファイバ２６をアクティブアライメントして、第２の光ファイバの位置をＸ方向にΔＸ2だけずらすことにより、光軸ずれによる損失を低減することができる。
【００８１】
図１３より、例えば発光素子２２の実装ずれによりＸ方向に起こった１μｍ程度の光軸ずれによる損失は、第２の光ファイバ２６をアクティブアライメントすることで０．１ｄＢ程度まで低減されることになり、高い結合効率の光送信モジュールが実現可能となる。
【００８２】
この発明におけるさらに具体的な実施例について、以下に説明する。
【実施例１】
【００８３】
まず、コア部の直径が１００μｍ、外径が１４０μｍで、一般的に光通信用ファイバとして用いられているＧＩＦをダイサで３４０μｍの長さに切断し、短尺ＧＩＦを作製した。
【００８４】
この長さの算定について説明すると、レンズ部が形成されていない短尺ＧＩＦ自体がレンズ機能を有するのは０．２５〜０．５ピッチの長さであるが、この発明では一端に形成されたレンズ部による集光効果が加味されるため、それを踏まえたシミュレーションによって、レンズ部が形成された状態でレンズ部側からの入射光が他端側から集束して出射される短尺ＧＩＦの長さを求めている。今回準備した短尺ＧＩＦは、０．２２ピッチの長さに相当している。
【００８５】
切断された短尺ＧＩＦを真空吸引機構が付設されたニードルで吸引保持し、ディスペンサにより液状のエポキシ系紫外線効果樹脂（λ＝１．３μｍの光に対する屈折率１．５６６）を短尺ＧＩＦの一端に０．５μｇ付着させたところ、付着した液体の表面張力と自重によって短尺ＧＩＦの外径に応じたレンズ形状が形成された。
【００８６】
その後、紫外線を１８０秒間照射することによりレンズ形状の液体を硬化させた。形成されたレンズ部５の曲率半径は７３μｍ、厚さは５５μｍであった。
【００８７】
このようにして得られた一端にレンズ部５が形成された短尺ＧＩＦの結合効率を測定したところ、−２．８ｄＢであった。一方、同じ発光素子を用いてレンズ部５を形成していない短尺ＧＩＦでの結合効率を測定したところ−５．０ｄＢであり、短尺ＧＩＦの代わりにレンズを用いた場合の結合効率は−３．９ｄＢであったことから、一端にレンズ部を形成した短尺ＧＩＦにより、高い結合効率が得られていることが分かった。
【００８８】
次に、シリコン基板７への発光素子２とレンズ部５が一端に形成された短尺ＧＩＦ、すなわち第１の光ファイバ４の実装を行なった。今回発光素子２はビーム径１．９μｍ×１．３μｍのレーザダイオード（以下、ＬＤと称する）素子を用いた。
【００８９】
ＬＤ素子２は、シリコン基板７上に形成された認識マーク（図示せず）と、ＬＤ素子２に形成された認識マーク（図示せず）の双方の位置を画像認識によって確認して両者の位置合わせを行なった後に、±１μｍ以内の実装精度を有する高精度ボンディング装置を用い、Ａｕ／Ｓｎはんだによりパッケージ（図示せず）に固定されたシリコン基板上７に実装した。
【００９０】
第１の光ファイバ４は、シリコン基板に異方性エッチングにより、外径１４０μｍの短尺ＧＩＦの中心軸がＬＤ素子２の発光点と一致するように高精度に形成されたＶ溝上に、Ｖ溝側面で面内方向の位置決めがなされ、図３のようにファイバ押さえガラス１０によって押さえられた状態で、上記のレンズ部の形成に用いたものと同じエポキシ系紫外線硬化樹脂を用いて、紫外線を１８０秒間照射させて硬化させることにより固定した。この際、ＬＤ素子２と第１の光ファイバ４に形成されているレンズ部５が相対するように配置し、発光素子２とレンズ部５の先端との間の距離は５０μｍとした。
【００９１】
次に、第２の光ファイバ６のアクティブアライメント実装を行なった。まず、ＬＤ素子２とレンズ部５が形成された短尺ＧＩＦが実装されたシリコン基板７を光送信モジュールのパッケージに実装した後、短尺ＧＩＦのＬＤ素子２に相対しない端面側に、フェルール８に挿入固定されている第２の光ファイバ６を配置し、ＸＹＺ方向に可動なように仮固定した。
【００９２】
第２の光ファイバ６の第１の光ファイバ４に相対しない端面側に光量測定装置（パワーメータ）を設置した後、ＬＤ素子２を発光させてパワーメータで測定される第２の光ファイバ６からの出射光の光量が最大となるように、第２の光ファイバ６が挿入固定されているフェルール８の位置を微調整し、測定される光量が最大となる位置で、上記のレンズ部５の形成に用いたものと同じエポキシ系紫外線硬化樹脂を用いてフェルール８を固定した。アクティブアライメント後の第１の光ファイバ４と第２の光ファイバ６との光軸方向の距離は５００μｍ、ＬＤ素子２から第２の光ファイバ６との光軸方向の距離は９４５μｍであり、小型の光結合系を実現することができた。
【００９３】
上記のようにして得られた光送信モジュールの挿入損失は、ＬＤ素子２と第１の光ファイバ４との実装ずれと、第２の光ファイバ６を固定する際の光軸ずれによる損失０．５ｄＢを含めて３．５ｄＢであり、高い結合効率の表面実装型光送信モジュールが作製できた。
【００９４】
すなわち、短尺ＧＩＦのＬＤ素子２側端面にレンズ部５を形成した第１の光ファイバ４を用いることにより、短尺ＧＩＦ単体および別にレンズを設置してＬＤからの出射光を集束させる場合に比べ、高い結合効率が得られ、さらに第２の光ファイバ６をアクティブアライメント実装することにより、ＬＤ素子２と第１の光ファイバ４との光軸ずれによる損失を大幅に低減することができるため、光送信モジュールとして従来では達成できなかった高い結合効率を得られることが分かった。
【００９５】
その際、短尺ＧＩＦの外径に応じた曲率半径を有するレンズ部５の形成は、液状のレンズ部材料を短尺ＧＩＦに付着させた後、その表面張力と自重を利用して行なうため、簡単な工程でレンズ部５と短尺ＧＩＦの中心軸を高精度に一致させることができた。
【００９６】
また、短尺ＧＩＦは一般的に光通信用ファイバとして用いられているＧＩＦと同じ材質のものを用いて作製され、必要とされるファイバ長さは０．５ｍｍ以下であり、レンズ部の形成に必要なレンズ部材料の使用量も１μｇ以下と非常に微量であることから、光導波路や別にレンズを用いた場合に比べ、安価な光送信モジュールを提供することができた。
【００９７】
さらに、別に設けたレンズにより集光する場合には必要であったレンズをモジュール内で正確に固定しておくための構造が不要であり、光送信モジュールの小型化を図ることができた。
【００９８】
なお、ＬＤ素子２からの光出力をモニタし、その検出値に基づいてフィードバックを行なうことでＬＤ素子２の出力制御を行なう場合、モニタ用素子としては光ダイオード（以下、ＰＤと称する）を用いることができる。
【００９９】
このようなモニタ用ＰＤは、通常ＬＤ素子２の後方に配置するが、この後方光モニタ構造では温度変動によりＬＤ素子２の前後で出力比の変動が生じるため、それが大きい場合±１．５ｄＢ程度のトラッキングエラーが生じてしまう。
【０１００】
それを解決するためには、図１５に示すように、モニタ用ＰＤ１７をシリコン基板７のＬＤ素子２の前方に埋め込み、ＬＤ素子２から第１の光ファイバ４に向かって出射される光の漏れ光をモニタするようにし、温度変動による出力比の変動の影響を受けないようにすることが好ましい。このようなモニタ用ＰＤ１７のＬＤ前方配置は、例えばダイサなどでシリコン基板７の一部を門型に加工し、そこにモニタ用ＰＤ１７を埋め込むことによって実現できる。
【０１０１】
そのようにすることで、ＬＤ素子２の前後で発生する出力比の変動の影響を受けず、トラッキングエラーが±０．１ｄＢ以下の安定した光送信モジュールを得ることができる。
【０１０２】
また、このような光結合系を複数配列し、表面実装型の多チャンネル光送信モジュールを作製することもできる。図１６にそのような表面実装型多チャンネル（４チャンネル）光送信モジュールの模式図（平面図）を示す。
【０１０３】
この表面実装型多チャンネル光送信モジュールは、図１５で示された光送信モジュールＡをＬＤ素子２の光軸の間隔がそれぞれ１ｍｍとなるように平面上に４つ配置したものである。光結合系の接続は実施例１と同様にして行ない、第１の光ファイバ４と第２の光ファイバ６がアクティブアライメントされた後、紫外線硬化樹脂により４チャンネルＳＭＦアレイを光送信モジュールのパッケージ１８に固定した。アクティブアライメント後の第１の光ファイバ４と第２の光ファイバ６との光軸方向の距離は５００μｍ、ＬＤ素子２から第２の光ファイバとの光軸方向の距離は９４５μｍであり、小型の光結合系を実現することができた。
【０１０４】
製作した光送信モジュールの挿入損失は、ＬＤ素子２と第１の光ファイバ４との実装ずれと、第２の光ファイバ６を固定する際の光軸ずれによる損失０．５ｄＢを含めて３．５〜４．１ｄＢであり、高い結合効率の表面実装型多チャンネル光送信モジュールが作製できた。
【実施例２】
【０１０５】
図１７に、この発明に係るレンズ部が形成された短尺ＧＩＦを用いた送信用小型ＬＤモジュール（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｕｂ−Ａｓｓｅｎｂｌｙ；以下、ＴＯＳＡと称する）を示す。
【０１０６】
実施例１と同様にして第１の光ファイバを作製した後、Ａｕ／Ｓｎはんだや導電性ペーストでφ３．８ｍｍのＴＯ−３８ステム１９のヒートシンク部１９Ａに固定されたシリコン基板７へのＬＤ素子２と第１の光ファイバ４の実装を行なった。
【０１０７】
次に、ＬＤ素子２およびモニタ用ＰＤ１７とステム１９のリード部１９Ｂとをワイヤボンディングで電気的に接続した後、軸調整ホルダ２０とステム１９とを抵抗溶接機で接合した。その後、ＬＤ素子２を発光させ、第２の光ファイバ６が内蔵されたレセプタクル３１をＸＹＺ方向にアクティブアライメントした。測定される光量が最大となる位置で、上記のレンズ部５の形成に用いたものと同じエポキシ系紫外線硬化樹脂を用いてレセプタクル３１と軸調整ホルダ２０とを固定した。アクティブアライメント後の第１の光ファイバ４と第２の光ファイバ６との光軸方向の距離は５００μｍ、ＬＤ素子２から第２の光ファイバ６との光軸方向の距離は９４５μｍであり、小型の光結合系を実現することができた。
【０１０８】
なお、１×１０-9Ｐａ・ｍ3／ｓ以下の気密性が必要な場合は、紫外線硬化樹脂により固定する代わりに、レセプタクル３１と軸調整ホルダ２０を抵抗溶接機により接合すれば良い。製作した送信モジュールの挿入損失は、ＬＤ素子２と第１の光ファイバ４の実装ずれ損失と、レセプタクル３１と軸調整ホルダ２０とを固定する際の光軸ずれ損失０．５ｄＢを含め３．５ｄＢであり、高効率なＴＯＳＡが製作できた。
【０１０９】
また、ＴＯＳＡのリード部１９Ｂを除いた全長８．５ｍｍであり、非球面レンズや球面レンズを用いる場合（全長１１．５ｍｍ以上）よりも小型のＴＯＳＡが製作できた。
【実施例３】
【０１１０】
図１８に、この発明に係るレンズ部が形成された短尺ＧＩＦを用いたＴＯＳＡの別の形態を示す。
【０１１１】
まず、コア部の直径が１００μｍ、外径が１４０μｍで、一般的に光通信用ファイバとして用いられているＧＩＦをダイサで３４０μｍの長さに切断し、短尺ＧＩＦを作製した。
【０１１２】
次に、図１９に示すようにしてＦｅ−Ｎｉ合金、コバール、およびステンレスなどからなるＴＯ−３８用金属キャップ（φ３．８ｍｍステム用）３２に設けられたＧＩＦの外径より数μｍ程度大きい位置決め用孔３３に短尺ＧＩＦ３４を挿入し、ＰｂＯ−Ｂ2Ｏ3系の低融点ガラス３５をその周りに配置した。
【０１１３】
その後、４００℃まで加熱してその状態で１０分間保持することにより、低融点ガラス３５を十分溶融させた後、室温まで冷却して硬化させ、短尺ＧＩＦ３４を金属キャップ３２に固定すると共に、位置決め用孔３３を封止した。
【０１１４】
次に、ディスペンサにより液状のエポキシ系紫外線効果樹脂（λ＝１．３μｍの光に対する屈折率１．５６６）を、短尺ＧＩＦの金属キャップの内側にある一端に０．５μｇ付着させたところ、付着した液体の表面張力と自重によって短尺ＧＩＦの外径に応じたレンズ形状が形成された。
【０１１５】
その後、紫外線を１８０秒間照射することによりレンズ形状の液体を硬化させた。形成されたレンズ部５の曲率半径は７３μｍ、厚さは５５μｍであった。
【０１１６】
このようにして得られた一端にレンズ部５が形成された短尺ＧＩＦの結合効率を測定したところ、−２．８ｄＢであった。一方、同じ発光素子を用いてレンズ部５を形成していない短尺ＧＩＦでの結合効率を測定したところ−５．０ｄＢであり、短尺ＧＩＦの代わりにレンズを用いた場合の結合効率は−３．９ｄＢであったことから、金属キャップ一体型においても、一端にレンズ部を形成した短尺ＧＩＦにより、高い結合効率が得られていることが分かった。
【０１１７】
このようにして形成された金属キャップ一体型の第１の光ファイバは、同軸型光送信モジュールで用いられる非球面レンズや球面レンズと同じ形態であるため、ステムとの接合を行なう抵抗溶接機と、第２の光ファイバが内蔵されたレセプタクルとの調芯および接合を行なうＹＡＧ溶接機を用い、同様にして図１８に示すようなＴＯＳＡを作製することができる。その際の金属キャップ内の気密性は、１×１０-9Ｐａ・ｍ3／ｓ以下を達成することができる。
【０１１８】
このＴＯＳＡの光出力は＋３ｄＢｍ、ステム１９のリード部１９Ｂを除いた全長は９．０ｍｍであり、非球面レンズや球面レンズを用いる場合（全長１１．５ｍｍ以上）よりも小型のＴＯＳＡが製作できた。
【０１１９】
なお、この実施例では短尺ＧＩＦ３４の金属キャップ３２への固定と位置決め用孔３３の封止には低融点ガラスを用いたが、熱硬化性樹脂や紫外線硬化樹脂を用いることもできる。短尺ＧＩＦ３４がポリメチルメタアクリレート系もしくはフッ素系のプラスチックからなる場合は、このような樹脂を用いて固定ならびに位置決め用孔を封止するのがよい。
【実施例４】
【０１２０】
まず、コア部の直径が１００μｍ、外径が１４０μｍで、一般的に光通信用ファイバとして用いられているＧＩＦを、ダイサで実施例１と同様にして算定された３９０μｍの長さに切断し、短尺ＧＩＦを作製した。
【０１２１】
切断された短尺ＧＩＦを真空吸引機構が付設されたニードルで吸引保持し、短尺ＧＩＦの外径より十分小さいニードル先端部を有する精密ディスペンサを用いて、液状のエポキシ系紫外線効果樹脂（λ＝１．３μｍの光に対する屈折率１．５６６）を短尺ＧＩＦの一端に０．０２μｇ付着させたところ、付着した液体の表面張力と自重によって短尺ＧＩＦの半径より小さな曲率半径を有するレンズ形状が形成された。
【０１２２】
その後、紫外線を１８０秒間照射することによりレンズ形状の液体を硬化させた。形成されたレンズ部５の曲率半径は２５μｍであった。また短尺ＧＩＦとレンズ部５の中心軸のずれは３μｍであり、集光特性に問題がないことを確認した。
【０１２３】
このようにして得られた一端に短尺ＧＩＦの半径より小さな曲率半径を有するレンズ部５が形成された短尺ＧＩＦの結合効率を測定したところ、−２．２ｄＢであった。一方、同じ発光素子を用いてレンズ部５を形成していない短尺ＧＩＦでの結合効率を測定したところ−５．０ｄＢ、短尺ＧＩＦの代わりにレンズを用いた場合の結合効率は−３．９ｄＢ、さらに実施例１で示した短尺ＧＩＦの外径に応じた曲率半径を有するレンズ部５が形成された短尺ＧＩＦでの結合効率は−２．８ｄＢであったことから、一端に短尺ＧＩＦの半径より小さな曲率半径を有するレンズ部５が形成された短尺ＧＩＦにより、さらに高い結合効率が得られていることが分かった。
【０１２４】
次に、実施例１と同様にして、シリコン基板への発光素子とレンズ部が一端に形成された短尺ＧＩＦ、すなわち第１の光ファイバ４の実装を行なった。今回は発光素子２とレンズ部５の先端との間の距離を２０μｍとした。さらに実施例１と同様にして第２の光ファイバ６のアクティブアライメント実装を行ない、光送信モジュールを作製した。
【０１２５】
上記のようにして得られた光送信モジュールの挿入損失は、ＬＤ素子２と第１の光ファイバ４との実装ずれと、第２の光ファイバ６を固定する際の光軸ずれによる損失０．５ｄＢを含めて２．９ｄＢであり、さらに高い結合効率の光送信モジュールが製作できた。
【０１２６】
すなわち、短尺ＧＩＦのＬＤ素子２側端面に、短尺ＧＩＦの半径より小さな曲率半径を有するレンズ部５を形成することにより、短尺ＧＩＦの外径に応じた曲率半径を有するレンズ部５が形成された短尺ＧＩＦによりＬＤ素子２からの出射光を集束させる場合に比べ、さらに高い結合効率が得られ、加えて第２の光ファイバ６をアクティブアライメント実装することにより、ＬＤ素子２と第１の光ファイバ４との光軸ずれによる損失を大幅に低減することができるため、光送信モジュールとして従来では達成できなかった高い結合効率を得られることが分かった。
【０１２７】
前述の図１０の結果から、レンズ部５の曲率半径は小さくなるほど結合効率は向上するため、この実施例２で示したようにレンズ部の曲率半径を短尺ＧＩＦのコア部半径よりも小さくしておけば、確実に高い結合効率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】この発明に係る表面実装型光送信モジュールの平面図である。
【図２】この発明に係る表面実装型光送信モジュールの断面図である。
【図３】短尺ＧＩＦの押さえ機構の断面図である
【図４】ＧＩＦの断面構造を示す模式図である。
【図５】ＧＩＦ中における光の伝搬の仕方を示す模式図である。
【図６】集束定数と開口数による結合効率の変化をシミュレーションで求める際の各要素の構成を示す模式図である。
【図７】集束定数と開口数による結合効率の変化をシミュレーションで求めた結果を示すグラフである。
【図８】レンズ部の曲率半径による第１の光ファイバの見掛け開口数の変化をシミュレーションで求める際の各要素の構成を示す模式図である。
【図９】レンズ部の曲率半径による第１の光ファイバの見掛け開口数の変化をシミュレーションで求めた結果を示すグラフである。
【図１０】レンズ部の曲率半径による光結合系全体の結合効率の変化をシミュレーションで求めた結果を示すグラフである。
【図１１】短尺ＧＩＦの外径に応じた曲率半径を有するレンズ部を作成する際の工程の模式図である。
【図１２】短尺ＧＩＦの半径より小さな曲率半径を有するレンズ部を作製する際の工程の模式図である。
【図１３】発光素子と第１の光ファイバとの光軸ずれによる光結合系の光伝搬経路の変化を示す模式図である。
【図１４】第２の光ファイバをアクティブアライメントすることによる結合効率の向上を説明するためのグラフである。
【図１５】モニタ用光ダイオードをシリコン基板の発光素子の前方に埋め込んだ表面実装型光送信モジュールの平面図である。
【図１６】この発明に係る表面実装型多チャンネル（４チャンネル）光送信モジュールの平面図である。
【図１７】この発明に係る送信用小型ＬＤモジュール（ＴＯＳＡ）の断面図である。
【図１８】この発明に係る送信用小型ＬＤモジュール（ＴＯＳＡ）の別の形態を示す断面図である。
【図１９】金属キャップに設けられた位置決め用孔に短尺ＧＩＦ３４を固定すると共に、位置決め用孔を封止する際の工程の模式図である。
【図２０】従来の発光素子と光ファイバを光学的に結合した光送信モジュールの一例を示す模式図である。
【図２１】従来の発光素子と光ファイバを光学的に結合した光送信モジュールの別の例を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１２９】
１  光送信モジュール
２、１２、２２  発光素子（ＬＤ）
３、１３、２３  発光素子からの射出光
４、１４、２４  第１の光ファイバ
５、２５  レンズ部
６、１６、２６  第２の光ファイバ
７  シリコン基板
８  フェルール
９  Ｖ溝
１０  ファイバ押さえガラス
１１  緩衝用樹脂
１７  モニタ用光ダイオード（ＰＤ）
１８  パッケージ
１９  ステム
１９Ａ  ヒートシンク部
１９Ｂ  リード部
２０  軸調整ホルダ
３１  レセプタクル
３２  金属キャップ
３３  位置決め用孔
３４  短尺ＧＩＦ
３５  低融点ガラス
４１  コア部
４２  クラッド部
５１  ディスペンサのニードル先端部
５２  液状のレンズ部材料
５３  短尺ＧＩＦ
５４  付着されたレンズ部材料
５５  精密ディスペンサのニードル先端部
【図１】
2006221159.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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