(57)【要約】 【課題】  組立が容易で小型かつ単純構造の光アイソレータ内蔵型の光モジュール、それに使用する光素子および光素子用キャップを提供すること。【解決手段】  ファラデー回転結晶４６の両側にルチル単結晶４４，４５が接合され、そのルチル単結晶には球面加工が施されてなる光学部材接合体を有する光アイソレータと、気密封止および光透過のための窓ガラス４２と、金属キャップ（キャップ本体部）４１とを備える光素子用キャップであり、ファラデー回転結晶４６に磁界を印加すると共に光学部材接合体を保持する円筒状磁石４７の端面が金属キャップ（キャップ本体部）４１の内部に接着固定されている。また、この光素子用キャップを用いて光アイソレータ付き光素子を作製し、さらに、この光素子に光ファイバを調芯固定して光アイソレータ内蔵型の光モジュールを得る。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファラデー回転結晶の両側に偏光子が接合され前記偏光子には球面加工が施されてなる光学部材接合体を有する光アイソレータと、気密封止および光透過のための窓と、キャップ本体部とを備えることを特徴とする光素子用キャップ。
【請求項２】
請求項１記載の光素子用キャップにおいて、前記光アイソレータは前記窓の気密封止される内側に配置され一体化されたことを特徴とする光素子用キャップ。      
【請求項３】
請求項１記載の光素子用キャップにおいて、前記光アイソレータは前記窓の気密封止されない外側に配置され一体化されたことを特徴とする光素子用キャップ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の光素子用キャップにおいて、前記光アイソレータは前記光学部材接合体を円筒状磁石の内部に配置してなり、前記円筒状磁石の端面と前記キャップ本体部とが接合されたことを特徴とする光素子用キャップ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の光素子用キャップと、半導体レーザチップとを備えることを特徴とする光素子。
【請求項６】
請求項５記載の光素子と、出力用光ファイバとを備えることを特徴とする光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一方向にのみ光を透過させる光アイソレータを一体化した光素子用キャップ、それを用いた光素子および光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、光通信用に使用される光モジュールとしては、光信号を送信するためのＬＤモジュールや光信号を受信するためのＰＤモジュールが知られている。また、特に大容量化、高速化、長距離中継通信機能が要求される光情報処理システムの場合、ＬＤモジュールの内部に実装されるＯ／Ｅ変換（光／電変換）用の発光素子として、分布帰還型半導体レーザ（以下、ＤＦＢレーザとする）が使用される。このＤＦＢレーザは、発振スペクトルが狭くて分散特性に優れるという特徴を持つが、その反面、反射光による戻り光に対しては非常に敏感であり、光ファイバヘの結合端面やその他の不連続界面からの反射光が戻ると特性が不安定状態となってしまうという難点がある。そこで、光モジュールにおいて、反射光が発光素子へ戻るのを防止するため、発光素子と光ファイバとの間に光の一方向透過機能（順方向の光を透過し、逆方向の光を遮断する機能）を有する光アイソレータを配置し、光ファイバから発光素子の方向への反射光の戻り光を光アイレータで遮断し、発光素子に対して常に安定動作を行わせている。
【０００３】
そこで、この種の反射戻り光を遮断する手段として、発振偏光方向の光は透過し、戻り光を遮断する非相反素子が半導体レーザの間近に配置させる構造が一般的になってきている。この光アイソレータは、光学回路の保守や構造の制限から、半導体レーザの間近ではなく、光回路の途中に配置されることも多くある。
【０００４】
ところで、光半導体素子は気密封止する必要があるため、図５のように光を透過する窓ガラス１２を低融点ガラス１３で封着した金属キャップ１１で気密封止される。また、図６のように窓ガラスの代わりにレンズ２２を低融点ガラス２３で封着した金属キャップ２１を使用することで、キャップにレンズの機能を追加したものも一般的に使用されている。また、図６のようなキャップを持つ光半導体素子と光アイソレータとを備えた光モジュールの配置図を図７に示す。３４はステム、３５は半導体レーザチップ、３１は金属キャップ、３２はレンズ、３３は低融点ガラス、３６は光アイソレータ、３７は光ファイバ付きフェルールである。
【０００５】
また、特許文献１には、光アイソレータ付きキャップを有する光半導体気密封止容器が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−７９９６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した、図５または図６のようなキャップを使用して、光アイソレータ付きの光モジュールを作製する場合、光アイソレータを光路上に配置する必要が生じる。図６のレンズ機能を持ったキャップを使用した光素子を用いた光アイソレータ付き光モジュールの場合、図７のようにレンズと光ファイバ付きフェルールの間に光アイソレータが配置されるが、光アイソレータおよび光ファイバ付きフェルールの調芯を別々に行う機構部品が必要であるだけでなく、組立工数の低減が困難である。
【０００８】
他方、特許文献１の請求項２に記載の光半導体気密封止容器の場合には、レンズと光アイソレータが直列に配置されたキャップを用いるが、光アイソレータが占める光路方向の長さゆえに、光半導体の発光を光ファイバに有効に結合効率するための光学系の設定に制約が多く、結果として、全体の機構部品が大型になる。
【０００９】
この状況にあって、本発明の課題は組立が容易で小型かつ単純構造の光アイソレータ内蔵型光モジュール、それに使用する光素子および光素子用キャップを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決すべくなされたもので、キャップの気密封止性能を保ちつつ、球面加工された偏光子を有する光アイソレータをキャップと一体化することによってなされた。
【００１１】
本発明の光素子用キャップは、ファラデー回転結晶の両側に偏光子が接合され前記偏光子には球面加工が施されてなる光学部材接合体を有する光アイソレータと、気密封止および光透過のための窓と、キャップ本体部とを備えることを特徴とする。このように、光の偏光方向を非相反回転させるファラデー回転素子の両側に接合された特定偏光を選択する偏光子に球面加工を施し、レンズ作用を付与するように加工してなる光アイソレータを、気密封止される窓ガラス付きキャップに一体化することで、その光アイソレータの利点を生かしつつ配置する。
【００１２】
また、前記光アイソレータは前記窓の気密封止される内側に配置され一体化されるとよい。このように気密封止の内側に前述の光アイソレータを配置し、レンズ作用を持つ光アイソレータを半導体レーザチップに近づけ、光アイソレータの有効径を小さくして低価格化を図る。      
【００１３】
また、前記光アイソレータは前記窓の気密封止されない外側に配置され一体化されてもよい。このように気密封止の外側に光アイソレータを配置することで、有機接着剤からの脱ガスを少なくする必要がなく、使用できる有機接着剤の選択範囲を増やし、全体の設計を容易にする。
【００１４】
また、前記光アイソレータは前記光学部材接合体を円筒状磁石の内部に配置してなり、前記円筒状磁石の端面と前記キャップ本体部とが接合されるとよい。この構造により、光アイソレータとキャップ本体部との接合を容易にする。
【００１５】
また、本発明の光素子は、前記光素子用キャップと、半導体レーザチップとを備えることを特徴とする。このように、小型かつ単純構造で光アイソレータが一体化された光素子を得る。
【００１６】
また、本発明の光モジュールは、前記光素子と、出力用光ファイバとを備えることを特徴とする。このように、小型かつ単純構造で組立が容易な光アイソレータ内蔵型光モジュールを得る。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、レンズ作用を持つ光アイソレータを光素子用キャップに一体化したことで、光アイソレータ付き光素子の、小型化および構造の単純化が可能になる。また、その光素子の出力を光ファイバに結合させて作製する光モジュールの組立工数の低減が可能になる。
【００１８】
すなわち、本発明によれば、組立が容易で小型かつ単純構造の光モジュール、それに使用する光素子および光素子用キャップを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の一実施の形態の光素子用キャップは、光の偏光面を非相反回転させるファラデー回転結晶と、その両側に接合された特定偏光を選択する２枚の偏光子とからなる接合体に対して、両側の偏光子に球面加工を施し、その偏光子を透過する光を屈折させ結像させるレンズに加工して形成した光アイソレータを気密封止用の窓ガラス付きキャップの内側または外側に一体として固定して作製される。
【００２０】
本発明の一実施の形態の光素子は、ピン端子を備えるステムに固定したヒートシンク上の半導体レーザチップを本発明の一実施の形態の光素子用キャップで気密封止して、作製される。
【００２１】
本発明の一実施の形態の光モジュールは、本発明の一実施の形態の光素子の出力を光ファイバに結合するように配置して作製される。
【実施例１】
【００２２】
図１は、本発明の実施例１の光素子用キャップ（光アイソレータが一体化された窓付きキャップ）の基本構造を示した断面図である。光アイソレータの材料（光学部材）には、ファラデー回転結晶としてＧｄＢｉ鉄ガーネット膜（ＧｄＢｉＩＧ厚膜）を用い、偏光子として厚さ０．９ｍｍのルチル単結晶板を用い、片面対屈折率１．０、片面対屈折率１．５の無反射コートを施した。前記ＧｄＢｉ鉄ガーネット膜およびルチル単結晶板に施した無反射コートの設定波長は１５５０ｎｍである。まず、ルチル単結晶板一枚の対屈折率１．５の無反射コート側にエポッテック社の３５３ＮＤ有機接着剤を塗布し、ＧｄＢｉ鉄ガーネット膜をそれぞれの端辺を合わせて接着固定した。次に、もう一枚のルチル単結晶板を逆方向損失が最大になる状態に固定して硬化した。その硬化試料をダイシングソーにより、切断し、湿式バレル研磨によって球状に研磨した。このようにして、図１に示したルチル単結晶４４，４５およびファラデー回転結晶４６からなる、Ｒ１．０ｍｍの球状の光学部材接合体を得た。次に、この光学部材接合体を有機接着剤４８を用いて円筒状磁石４７の内部に固定して光アイソレータを完成させた。
【００２３】
このようにしてできた光アイソレータを円筒状磁石４７の端面において、窓ガラス４２が低融点ガラス４３によって封着された金属キャップ（キャップ本体部）４１の内側に接着固定した。
【００２４】
このとき波長１５５０ｎｍで順方向損失０．８ｄＢ、逆方向損失４５ｄＢの特性が得られた。これに、バレル研磨のときに失われた対空気無反射コートを改めて施すことによりフレネル反射損失の分の約０．７ｄＢの順方向損失の改善がなされた。
【実施例２】
【００２５】
図２は、本発明の実施例２の光素子用キャップ（光アイソレータと一体化された窓付きキャップ）の基本構造を示した断面図である。光アイソレータの材料には、ファラデー回転結晶としてＧｄＢｉ鉄ガーネット膜（ＧｄＢｉＩＧ厚膜）を用いた。偏光子として厚さ０．９ｍｍのルチル単結晶板を用い、片面対屈折率１．０、片面対屈折率１．５の無反射コートを施した。前記ＧｄＢｉ鉄ガーネット膜およびルチル単結晶板に施した無反射コートの設定波長は１３１０ｎｍである。まず、ルチル単結晶板一枚の対屈折率１．５の無反射コート側にエポッテック社の３５３ＮＤ有機接着剤を塗布し、ＧｄＢｉ鉄ガーネット膜をそれぞれの端辺を合わせて接着固定した。次に、もう一枚のルチル単結晶板を固定した状態で硬化した。前記硬化した試料をダイシングソーにより、切断し、湿式バレル研磨によって球状に研磨した。このようにして、図２に示したルチル単結晶５４，５５およびファラデー回転結晶５６からなる、Ｒ１．０ｍｍの球状の光学部材接合体を得た。次に、この光学部材接合体を有機接着剤５８を用いて円筒状磁石５７の内部に固定して光アイソレータを完成させた。
【００２６】
このようにしてできた光アイソレータを円筒状磁石５７の端面において、窓ガラス５２が低融点ガラス５３によって封着された金属キャップ５１の外側に接着固定した。
【００２７】
このとき波長１３１０ｎｍで順方向損失０．８ｄＢ、逆方向損失４５ｄＢの特性が得られた。これに、バレル研磨のときに失われた対空気無反射コートを改めて施すことによりフレネル反射損失の分の約０．７ｄＢの順方向損失の改善がなされた。
【実施例３】
【００２８】
図３は、本発明の実施例３の光素子を示す部分断面図である。実施例２の光素子用キャップを用い、ピン端子３８を備えたステム３４上にヒートシンク３９を介して固定された半導体レーザチップ３５を気密封止して、実施例３の光素子を作製した。このように、本発明の光素子用キャップを用いると、光アイソレータなしの光素子と同様の工程で、光アイソレータ付き光素子を作製することができる。
【実施例４】
【００２９】
図４は、本発明の実施例４の光モジュールを示す部分断面図である。実施例３の光素子の光出力を光ファイバ端面のコアに絞りこむように、光ファイバ付きフェルール３７を調芯固定するだけで、光アイソレータ内蔵型の本発明の光モジュールを得る。なお、実施例１の光素子用キャップを用いた光素子を使用すれば、半導体レーザチップとレンズ機能を有する光アイソレータとの距離を接近させることができ、光アイソレータの有効径を小さくすることができるので、材料コストを低減できるだけでなく、同時に光アイソレータと光ファイバ端面との距離を小さくできるので、光路方向の小型化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施例１での光素子用キャップの断面図。
【図２】本発明の実施例２での光素子用キャップの断面図。
【図３】本発明の実施例３での光素子の部分断面図。
【図４】本発明の実施例４での光モジュールの部分断面図。
【図５】従来の窓ガラス付きキャップの断面図。
【図６】従来のレンズ付きキャップの断面図。
【図７】従来の光アイソレータ付き光モジュールの配置図。
【符号の説明】
【００３１】
１１，２１，３１，４１，５１    金属キャップ
１２，４２，５２    窓ガラス
１３，２３，３３，４３，５３    低融点ガラス
２２，３２    レンズ
３４    ステム
３５    半導体レーザチップ
３６    光アイソレータ
３７    光ファイバ付きフェルール
３８    ピン端子
３９    ヒートシンク
４４，４５，５４，５５    ルチル単結晶
４６，５６    ファラデー回転結晶
４７，５７    円筒状磁石
４８，５８    有機接着剤
【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】
2006147769.tif 000007
【図６】
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【図７】
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