(57)【要約】【課題】  光モジュー内部の光素子の結合特性を極力簡単な組立装置で改善する。【解決手段】  キャリヤに搭載された複数の光素子を光学的に結合して、１つのパッケージ内に組込んだ光モジュールであって、光軸上に固定された各々の光素子を光学的に結合するレンズ３ａ，３ｂと、レンズ３ａ，３ｂを保持してキャリヤ６に溶接固定されるレンズホルダ９とを備え、レンズホルダ９は、光軸（Ｘ軸）および光軸と直行しキャリヤの鉛直方向の軸（Ｚ軸）がなす平面における光軸に対するレンズ３ａ，３ｂの光軸の角度を微調するために、光軸方向に延伸されたバー１０が接合されている。【選択図】  図５
2006064885.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリヤに搭載された複数の光素子を光学的に結合して、１つのパッケージ内に組込んだ光モジュールであって、
光軸上に固定された各々の前記光素子を光学的に結合するレンズと、
該レンズを保持して前記キャリヤに溶接固定されるレンズホルダとを備え、
該レンズホルダは、前記光軸および前記光軸と直行し前記キャリヤの鉛直方向の軸がなす平面における前記光軸に対する前記レンズの光軸の角度を微調するために、前記光軸方向に延伸されたバーが接合されていることを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
キャリヤに搭載された複数の光素子を光学的に結合して、１つのパッケージ内に組込んだ光モジュールの製造方法において、
光軸上に固定された各々の前記光素子を光学的に結合するレンズを保持するレンズホルダを、３軸調心により前記光軸に合わせて、前記キャリヤに溶接固定する第１工程と、
前記光軸方向に延伸され前記レンズホルダに接合されたバーを微動することにより、前記光軸および前記光軸と直行し前記キャリヤの鉛直方向の軸がなす平面における前記光軸に対する前記レンズの光軸の角度を微調する第２工程と
を備えた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、光モジュールおよびその製造方法に関し、より詳細には、光通信分野、計測分野に用いられる高速信号処理用のレーザダイオード（ＬＤ）、フォトダイオード（ＰＤ）、光変調器、光増幅器などの複数の光素子を、１つのパッケージ内に組込んで光素子間の光学結合を最適化する光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、複数の光素子を光学的に結合して、１つのパッケージ内に組込んだハイブリッド光モジュールが製作されている。ハイブリッド光モジュールは、複数の光素子を搭載することにより、様々な機能を統合した光モジュールである。図１に、従来のハイブリッド光モジュールの構成を示す。ハイブリッド光モジュールは、パッケージ８内部に、光素子を搭載するキャリヤ６を有し、ファイバ結合用セルフォックレンズ７により光ファイバと接続される。キャリヤ６には、ＬＤ素子１、コリメートレンズ３ａ、光アイソレータ４、補正用レンズ５、コリメートレンズ３ｂおよびＬＮ（リチウムナイオベート）光変調器素子２が、光軸上に配置されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
図２に、ハイブリッド光モジュールの光学系の詳細を示し、ハイブリッド光モジュールの組み立て方法を説明する。最初に、ＬＤ素子１とＬＮ変調器素子２とを、金スズ等のハンダまたは導電性ペーストにより、それぞれキャリヤ６に固定する。次に、コリメートレンズ３ａ，３ｂを対向させ、レンズ間に光アイソレータ４を挿入し、ＸＹＺの３軸調心により光軸を合わせ、ＹＡＧレーザで溶接固定する。その後、キャリヤ６をパッケージ８内に固定した上で、ファイバ結合用セルフォックレンズ７および光ファイバをパッケージ８に固定して完成させる。この光ファイバを固定する工程は、通常の光モジュールと同様である。
【０００４】
ここで、コリメートレンズ３ａ，３ｂをキャリヤ６に固定する際に、位置変動が発生するため、光軸がずれて結合効率の低下が起こる場合がある。例えば、ＰＤのようにトレランスの緩い光素子の場合は、光軸のずれによる結合効率の劣化は少ない。しかし、ＬＤ、光変調器、半導体光増幅器などのトレランスが小さい光素子の場合は、光軸のずれを補正する補正手段が必要となる。
【０００５】
そこで、コリメートレンズ３ａ，３ｂ間に挿入する光アイソレータ４に補正用レンズ５を付加する。補正用レンズ５は、光軸トレランスの緩和、位置ずれの補償を行う。従来の製造手順では、コリメートレンズ３ａ，３ｂを固定する際に、補正用レンズ５で集束されることを考慮して、コリメートレンズ３ａ，３ｂを発散気味に合わせて固定する。その後、一体化された光アイソレータ４と補正用レンズ５とを固定する際に、位置や角度を微調して、コリメートレンズ３ａ，３ｂの光軸ずれを補償する。
【０００６】
【非特許文献１】K.Anderson, ″Design and manufacturability issues of a co-packaged DFB/MZ module″, 1999 Electronic Components and Technology Conference, pp.197-200
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の製造手順では、コリメートレンズ３ａ，３ｂの位置合せが、角度調整を含む特殊な工程となるため、専用の製造設備が必要になる。調心装置は、レンズについてＸＹＺ−３軸の調整を２カ所で行い、アイソレータについてＸＹＺαθの最大５軸の調整を行うので、計１１軸の制御が必要となる。このような調心装置は、装置が高価になる上、調整に時間がかかる。また、レンズの部材費が増加するという問題もあった。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光モジュー内部の光素子の結合特性を極力簡単な組立装置で改善する光モジュールおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、キャリヤに搭載された複数の光素子を光学的に結合して、１つのパッケージ内に組込んだ光モジュールであって、光軸上に固定された各々の前記光素子を光学的に結合するレンズと、該レンズを保持して前記キャリヤに溶接固定されるレンズホルダとを備え、該レンズホルダは、前記光軸（Ｘ軸）および前記光軸と直行し前記キャリヤの鉛直方向の軸（Ｚ軸）がなす平面における前記光軸に対する前記レンズの光軸の角度を微調するために、前記光軸方向に延伸されたバーが接合されていることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、レンズホルダに接合されたバーにより、Ｘ−Ｚ面におけるＸ軸に対するレンズの光軸の角度を微調することができるので、光素子の結合特性を極力簡単な組立装置で改善することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、キャリヤに搭載された複数の光素子を光学的に結合して、１つのパッケージ内に組込んだ光モジュールの製造方法において、光軸上に固定された各々の前記光素子を光学的に結合するレンズを保持するレンズホルダを、３軸調心により前記光軸に合わせて、前記キャリヤに溶接固定する第１工程と、前記光軸方向に延伸され前記レンズホルダに接合されたバーを微動することにより、前記光軸（Ｘ軸）および前記光軸と直行し前記キャリヤの鉛直方向の軸（Ｚ軸）がなす平面における前記光軸に対する前記レンズの光軸の角度を微調する第２工程とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
この方法によれば、ＸＹＺ−３軸調心により光軸を合わせた後、レンズホルダに接合されたバーにより、Ｘ−Ｚ面におけるＸ軸に対するレンズの光軸の角度を微調することができるので、光素子の結合特性を極力簡単な組立装置で改善することができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明によれば、ハイブリッド型光モジュールの結合効率を改善することが可能である。特に、試作品や特注品など少量多品種で高性能を要求される光モジュールの生産には有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。  
図３に、本発明の一実施形態にかかるハイブリッド光モジュールのレンズ保持部を示す。コリメートレンズ３は、レンズ成型時にはめ込んだレンズ金枠９とレンズ固定具１２とからなるレンズホルダを介して、キャリヤ６に固定される。レンズ金枠９は、凸字形の金属枠で形成されており、頂部にはあらかじめ調整用バー１０がＹＡＧレーザで溶接固定されている。また、レンズ金枠９の凸字形の金属枠の上半分は、調心装置のクランプ１１により挟持される。
【００１５】
本発明の一実施形態にかかるハイブリッド光モジュールの組み立て方法を説明する。図４に、本発明の一実施形態にかかるハイブリッド光モジュールの光学系の詳細を示す。ここで、ＬＤ素子１とＬＮ変調器素子２の光軸に一致する方向をＸ軸とし、Ｘ軸と直行しキャリヤ６の鉛直方向をＺ軸とし、Ｘ軸とＺ軸に直行する方向をＹ軸とする。
【００１６】
最初に、ＬＤ素子１とＬＮ変調器素子２とを、金スズ等のハンダまたは導電性ペーストにより、それぞれキャリヤ６に固定する。次に、上述したレンズ保持部によりコリメートレンズ３ａ，３ｂを固定する。なお、ＬＤ素子１側のコリメートレンズ３ａのレンズ金枠９ａには、あらかじめ光アイソレータ４を溶接固定しておく。ＬＤ素子１、ＬＮ変調器素子２およびコリメートレンズ３ａ，３ｂは、それぞれ光軸が一致するように固定する。
【００１７】
次にコリメートレンズ３ａ，３ｂを対向させ、調心装置のクランプ１１により、レンズ金枠９ａ，９ｂの凸字形の突出部を挟持し、ＸＹＺ−３軸調心により光軸を合わせ、ＹＡＧレーザで溶接固定する。図３，４に黒丸で示したように、溶接は、レンズ固定具１２とキャリヤ６との間の数点と、レンズ固定具１２とレンズ金枠９との間の一点で行う。レンズ固定具１２とレンズ金枠９との間の溶接を一点とするのは、次に説明する角度調整のための仮止めとするためである。
【００１８】
図５を参照して、レンズ保持部の調整用バーを用いて行う角度調整を説明する。角度調整は、Ｘ−Ｚ面におけるＸ軸に対するコリメートレンズ３ａ，３ｂの光軸の角度を調整することである。調心装置のクランプ１１を、調整用バー１０の端部に移動して、これを挟持する。ＬＤ素子１とＬＮ変調器素子２との間の結合効率を測りながら、調整用バー１０を上下に動かす。結合効率最大となる位置を探し、レンズ固定具１２とレンズ金枠９との間を追加溶接して、レンズ位置を固定する。この時点で、後の工程に邪魔になるのであれば、調整用バー１０を除去または切断しても良い。
【００１９】
その後、キャリヤ６をパッケージ８内に固定した上で、ファイバ結合用セルフォックレンズ７および光ファイバをパッケージ８に固定して完成させる。この光ファイバを固定する工程は、通常の光モジュールと同様である。
【００２０】
この構成によれば、レンズ保持部の動きは、ＸＹＺ−３軸であり、コリメートレンズ３と調整用バー１０とを同時に動かすことはないので、計６軸の制御を行う。ここで、調整用バー１０により補正できる角度は微小であり、計算により角度の影響を明らかにしておく。なお、結合効率の測定は、ＬＤ素子１からの光信号をＬＮ変調器素子２で受光して、受光した光信号の光強度により測定する。
【００２１】
コリメートビームは、光軸垂直方向へのトレランスは非常に緩いが、角度ずれに対しては極めて敏感である。例えば、焦点距離０．７５ｍｍのコリメートレンズを使い、波長１．５５μｍ、スポットサイズ１μｍのＬＤ素子の出力光をコリメート化すると、ビーム径は約０．３５ｍｍになる。このコリメートレンズを溶接した際に、レンズが０．５μｍ下方へずれたとすると、ビームの角度ずれは０．０４０となる。ガウシアンビーム同士の結合として計算すると、結合損失は約１ｄＢになる。双方のレンズが同じ方向にずれたとすると、角度ずれは二倍の０．０８０となり、損失は約４ｄＢになる。
【００２２】
一方、角度ずれがなければ、コリメートビーム同士が垂直方向に１００μｍずれたとしても、損失はわずか０．４ｄＢである。従って、レンズの角度を微調してコリメートビームの出射角を変化させることにより、結合損を大幅に減少させることが可能である。
【００２３】
調整バーの長さを５ｍｍとし、先端を上下５０μｍ動かせば、角度変化量としては±０．５７０になる。本実施形態の場合、レンズ固定具１２とレンズ金枠９との間を仮止めしてから調整を行うので、これよりは小さい動きになると考えられるが、むしろ微調がしやすいので、十分有効である。
【００２４】
ここでは、キャリヤ６に対して垂直方向の角度ずれの補正を主眼に置いている。左右対象にＹＡＧ溶接を行うために、水平方向の角度ずれは小さいので問題にならないからである。ただし、必要であればレンズホルダとキャリヤ６の溶接時に、同様の方法で、調整用バー１０を動かすことにより水平角の微調にも応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来のハイブリッド光モジュールの構成を示す斜視図である。
【図２】従来のハイブリッド光モジュールの光学系の詳細を示す縦断面図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかるハイブリッド光モジュールのレンズ保持部を示す正面図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかるハイブリッド光モジュールの光学系の詳細を示す縦断面図である。
【図５】レンズ保持部の調整用バーを用いて行う角度調整を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  ＬＤ素子
２  光変調器素子
３ａ，３ｂ  コリメートレンズ
４  光アイソレータ
５  補正用レンズ
６  キャリヤ
７  ファイバ結合用セルフォックレンズ
８  パッケージ
９  レンズ金枠
１０  調整用バー
１１  調心装置のクランプ
１２  レンズ固定具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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