(57)【要約】【課題】レンズホルダの保持性を確保しつつ、調整溶接時の光軸可動性を改善することが可能な光学素子モジュールを提供する。【解決手段】光学素子モジュールは、光変調素子を収容する筐体１と、該光変調素子と光ファイバ６との間に配置されるレンズ４と該光ファイバ６とを保持するレンズホルダ３とを有し、筐体１とレンズホルダ３とを溶接により接合して構成される。筐体１とレンズホルダ３との溶接は、ＹＡＧレーザーの照射により行われる。レンズホルダ３は、レンズ４を保持している部分であるレンズ保持部３ａの外径よりも、筐体１との接合箇所８の外径の方が小さい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光変調素子を収容する筐体と、該光変調素子と光ファイバとの間に配置されるレンズと該光ファイバとを保持するレンズホルダとを有し、該筐体と該レンズホルダとを溶接により接合して構成される光学素子モジュールにおいて、
該レンズホルダは、該レンズを保持している部分の外径よりも、該接合箇所の外径の方が小さい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、
該光変調素子は、第１及び第２の光変調部を備え、
該第１及び第２の光変調部から出射される２つの変調光を偏波面を直交させて合波させる偏波合成手段を有し、
該偏波合成手段は、該筐体内に配置され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、複数の光学素子がレーザー溶接により接合して構成される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、光変調素子やレンズ等の光学素子を有し、複数の光学素子から構成され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、複数の光学素子を所定位置に配して組み立てることにより製造されるが、その際の光学素子の配置位置調整には高い精度が要求されることから、光軸ずれを生じてしまうことも多い。
【０００３】
また、光学素子モジュールを構成する各光学素子は、それぞれ筐体に収納されたり保持部材（例えばホルダ）に保持されており、筐体や保持部材同士が溶接により接合されて組み立てられることが多い。保持部材は、一般には金属で形成されており、溶接の際に加えられる熱によって熱収縮を起こし、変形してしまう。すると、光軸ずれが起きないように調整しながら組み立てたとしても、溶接接合の際にモジュールが熱変形して光軸ずれが発生し、光学特性の劣化を引き起こし、問題となる。
【０００４】
この問題を解決するために、特許文献１には、光変調素子を収容した筐体と、コリメート用のレンズを内蔵したレンズホルダとをレーザー溶接して接合する接合工程と、接合箇所の周囲にレーザー溶接を行って光軸を微調整する調整工程とによって、光軸調整を行う方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１９９３６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来は、図１に示すように、レンズホルダ２として、ストレートパイプ形状のものが用いられていた。すなわち、レンズ４が保持されるレンズ保持部２ａの外径と、光変調素子を収容した筐体１との接合箇所８の外径とが一致するものが用いられていた。このようなストレートパイプ形状のレンズホルダ２は、シンプルな構造であるので、低コストで作製できる。
【０００７】
レンズホルダ２は、レンズチャック７で把持して筐体１の所定部位（例えば、筐体１から突き出た台座１１）に配され、この状態でＹＡＧレーザーを照射して溶接することで、筐体１に固定的に接合される。このとき、レンズホルダ２の外径（ホルダ径）が或る程度あると、レンズチャック７で安定的に把持することができるので、溶接作業を精度よく行うことができ、部品位置ずれを小さくすることができる。
【０００８】
しかしながら、ホルダ径が大きいと、光軸の調整工程における光軸可動性が小さくなるという問題がある。正規の光軸（例えば筐体面の垂線方向の軸）に対するレンズの中心軸の傾き角度（コリメータ傾き角度）をθ、筐体との接合箇所のホルダ径をＤ、溶接時の収縮量をｈとすると、ｔａｎθ＝ｈ／Ｄの関係式が成り立つ。このことから、ホルダ径が大きいほど光軸可動性が小さくなり、光軸を調整するために大きな溶接エネルギー（ＹＡＧレーザーエネルギー）が必要となることが理解できる。
【０００９】
このように、ストレートパイプ形状のレンズホルダを用いる光学素子モジュールでは、レンズホルダの保持性を確保しつつ、調整溶接時の光軸可動性を確保することが難しいという問題があった。
本発明が解決しようとする課題は、上記の問題を解決し、レンズホルダの保持性を確保しつつ、調整溶接時の光軸可動性を改善することが可能な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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の光学素子モジュールは、以下の技術的特徴を有する。
（１）  光変調素子を収容する筐体と、該光変調素子と光ファイバとの間に配置されるレンズと該光ファイバとを保持するレンズホルダとを有し、該筐体と該レンズホルダとを溶接により接合して構成される光学素子モジュールにおいて、該レンズホルダは、該レンズを保持している部分の外径よりも、該接合箇所の外径の方が小さいことを特徴とする。
【００１１】
（２）  上記（１）に記載の光学素子モジュールにおいて、該光変調素子は、第１及び第２の光変調部を備え、該第１及び第２の光変調部から出射される２つの変調光を偏波面を直交させて合波させる偏波合成手段を有し、該偏波合成手段は、該筐体内に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、レンズホルダの保持性を確保しつつ、調整溶接時の光軸可動性を改善することが可能な光学素子モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来技術に係る光学素子モジュールのレンズホルダについて説明する図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る光学素子モジュールのレンズホルダについて説明する図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る光学素子モジュールのレンズホルダに対する溶接位置の例を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る光学素子モジュールの構成例を示す図である。
【図５】レンズホルダ（筐体との接合箇所）のホルダ径とコリメート用のレンズへの結合効率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る光学素子モジュールについて詳細に説明する。
図２には、本発明の一実施形態に係る光学素子モジュールのレンズホルダについて示してある。
本発明の一実施形態に係る光学素子モジュールは、光変調素子を収容する筐体１と、該光変調素子と光ファイバ６との間に配置されるレンズ４と該光ファイバ６とを保持するレンズホルダ３とを有し、筐体１とレンズホルダ３とを溶接により接合して構成される。筐体１とレンズホルダ３との溶接は、ＹＡＧレーザーの照射により行われる。
本発明の特徴は、レンズホルダ３は、レンズ４を保持している部分であるレンズ保持部３ａの外径よりも、筐体１との接合箇所８の外径の方が小さいことである。
【００１５】
レンズホルダ３には、コリメート用のレンズ４が内蔵されており、筐体１側からの光波をレンズ４で光ファイバ６に集光させる構造となっている。レンズホルダ３は、レンズ４を保持している部分であるレンズ保持部３ａと、光ファイバ６を保持している部分であるファイバ保持部３ｃとを有する。
本例の光学素子モジュールは、筐体１とレンズホルダ３とをレーザー溶接して接合する接合工程と、筐体１との接合箇所８の周囲にレーザー溶接を行って光軸を微調整する調整工程とによって、光軸調整が行われる。
【００１６】
接合工程では、レンズホルダ３をレンズチャック７で把持して筐体１の所定部位（例えば、筐体１から突き出た台座１１）に配し、この状態でＹＡＧレーザーを照射して溶接することで、レンズホルダ３を筐体１に固定的に接合する。レンズホルダ３は、レンズチャック７で把持される部分、すなわち、レンズ保持部３ａの外径（ホルダ径）が従来のもの（図１のレンズホルダ２）と変わらないので、接合工程の作業性は従来通りである。
【００１７】
ここで、接合工程では、２つ以上のレーザーを、レーザー溶接で発生する応力が互いに干渉して打ち消し合うような位置に同時に照射することで、接合する部材同士の位置ずれを抑制することができる。
図３は、図２の接合箇所８を光軸方向に眺めた図であり、レンズホルダ３に対する溶接位置の例を示してある。図３のように、３つの溶接位置を１２０度の間隔で配置することで、レーザー溶接で発生した応力が、互いに干渉して接合部全体に均一に加わるようにすることができる。レーザー溶接する位置が２箇所や４箇所以上の場合でも、レンズホルダ３の軸方向の中心Ｏに対して対称となるように溶接位置を配置することで、接合する部材同士の位置ずれを抑制することができる。
【００１８】
レーザー溶接に際しては、複数台のＹＡＧレーザーを用いたり、１つのＹＡＧレーザーを分岐して使用するなど、任意の形態が利用可能である。また、溶接位置を多くする場合には、図３に符号Ａで示す３点（それぞれ周方向に等間隔に離れている）に同時にレーザーを照射して溶接する。続いてレーザーの照射装置と光学素子モジュールの位置を相対的ずらし、符号Ｂで示す３点を溶接し、更に、同様に調整して符号Ｃで示す３点を溶接する。この溶接作業の間は、光学素子モジュールの出射光をモニタし、光損失が最小になるように光軸を調整しながら溶接を行うことが好ましい。
【００１９】
調整工程では、接合面の周囲の一部に押圧力を印加して光軸を調整する。この押圧力により接合部等に応力が印加されるが、該応力が圧縮応力となっている点である、押圧力の印加部分とは反対側の部分に、レーザーを照射して溶接を行う。これにより、応力のバランスが取れ、押圧力を解除しても形状を維持することが可能である。
調整工程では、透過損失を最小限にするように、光軸の微調整を何度も行うことが可能である。そのためには、各部分に複数回のレーザー溶接を行う場合もある。
【００２０】
ここで、本例のレンズホルダ３は、レンズ保持部３ａと筐体１との接合箇所８との間に縮径部３ｂを設けてある。すなわち、接合箇所８の外径を相対的に細くした段付きパイプ形状であるので、従来のものよりも光軸可動性が大きくなる。正規の光軸（例えば筐体面の垂線方向の軸）に対するレンズの中心軸の傾き角度（コリメータ傾き角度）をθ’、筐体との接合箇所のホルダ径をＤ’、溶接時の収縮量をｈとすると、ｔａｎθ’＝ｈ／Ｄ’の関係式が成り立つ。Ｄ’＜Ｄ（ここで、Ｄは従来のレンズホルダにおける接合箇所のホルダ径）であるため、θ’＞θとなり、従来のものに比べて光軸可動性が大きくなることが理解できる。このため、小さい溶接エネルギー（ＹＡＧレーザーエネルギー）で光軸の調整作業を行える。
【００２１】
なお、レンズホルダ３としては、レンズ保持部３ａよりも接合箇所８の方が小さい外径であればよく、本例のような段付きパイプ形状のものに限られない。例えば、レンズホルダ３として、直線状又は曲線状に緩やかに細くなる形状の縮径部３ｂや、複数の段差により段階的に細くなる形状の縮径部３ｂを有するものを用いてもよい。
【００２２】
以上のように、本例の光学素子モジュールは、レンズ保持部３ａの外径よりも接合箇所３ｂの外径の方が小さいレンズホルダ３を用いるようにしたので、レンズホルダ３の保持性を確保しつつ、調整溶接時の光軸可動性を改善することができる。したがって、光学素子モジュールの組み立て時間を短縮できると共に、光軸調整の際のレーザー溶接による内部蓄積応力を小さくすることができ、光学素子モジュールの低コスト化と信頼性向上が図られる。
【００２３】
ここで、上記の説明では、図２に示すように、レンズ保持部３ａの外径が台座１１の外径より小さい場合を例にしたが、レンズ保持部３ａの外径が台座１１の外径と同じ場合、又はより大きい場合にも、本発明を適用できることは言うまでもない。この場合には、縮径部３ｂの外径（接合箇所８側端部の外径）を台座１１の外径より小さくすればよい。
また、上記の説明では、レンズホルダ３を筐体１の台座１１に接合する場合を例にしたが、筐体１が必ずしも台座１１を有する必要はなく、筐体１にレンズホルダ３を取り付ける部位が予め定められていればよい。
【００２４】
次に、光学素子モジュールの例として、筐体１に、第１及び第２の光変調部を備えた光変調素子と、第１及び第２の光変調部から出射される２つの変調光を偏波面を直交させて合波させる偏波合成手段とを収容したものについて説明する。
図４には、本発明の一実施形態に係る光学素子モジュールの構成例を示してある。図４の例では、筐体１に、第１及び第２の光変調部を備えた光変調素子２１と、第１及び第２の光変調部から出射される２つの変調光を偏波面を直交させて合波させる偏波合成手段（２２，２３）とが内蔵されている。
【００２５】
光変調素子２１は、例えば、同一基板上に並列して配置した２つのマッハツェンダー型導波路を用いて、第１及び第２の光変調部が構成される。光変調素子２１は、光ファイバ５から入射した光波を２つに分岐し、第１及び第２の光変調部に入力する。第１の光変調部から出射される変調光Ｌ１及び第２の光変調部から出射される変調光Ｌ２は、偏波合成手段で偏波合波されて１つの光波として出力される。偏波合成手段としては、通過する光波の偏波面を９０度回転させる半波長板などの偏波回転部２２と、直交する偏波面を有する２つの光波を合波する偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）２３などで構成される。偏波合成手段は、複屈折材料を用いて構成することも可能である。
【００２６】
光変調素子２１や偏波合成手段（２２，２３）は、筐体１内の所定配置して固定されている。本例の光学素子モジュールは、光変調素子２１が備える第１及び第２の光変調部から出射される２つの光波（変調光Ｌ１，Ｌ２）の光強度を調整しながら、光軸調整を行うことができる。
偏波合成手段から出射した光波を、コリメート用のレンズ４を用いて光ファイバ６に集光する光学系やその光軸調整については、図２、図３を参照して説明した通りであり、図４の構成例にも同様に利用することができる。
【００２７】
光軸調整で光強度調整を行うことができる原理について説明する。２つの光変調部から出射した光波（変調光Ｌ１，Ｌ２）は、偏波合成手段の結合損や位置調整の関係から、光軸が若干ずれて合波される。このため、光ファイバ６に入射する位置において、２つの光波の光軸は完全には一致していない。これら２つの光波の光強度を空間強度分布で見ると、一方のピークが他方のピークより大きくなって現れる。これら２つの光波のピーク位置は互いにずれているが、共に同じ強度となる位置もあり、このような位置に光ファイバ６の光軸を合わせることで、合波された２つの変調光の光強度を略同じにすることが可能となる。なお、当然、光強度比を１：２や１：３など、等しくならない状態を実現することも可能である。
【００２８】
偏波合成手段から出射する２つの光波の光軸がずれる原因は、筐体１内の各光学素子の位置関係が正規の光軸からずれているためであり、このような位置ずれが発生している場合に、好適に２つの光波の光強度を調整することができる。当然、レンズ４や光ファイバ６の位置を調整するのと同様に、筐体１側の光学部品の位置を調整することで、２つの光波の光強度が変化することは言うまでもない。
光軸調整に際しては、２つの光波（変調光Ｌ１，Ｌ２）を切り替えて出射させ、個別に光強度をモニタして光軸調整することも可能であるが、モニタ光を偏波分離して２つの受光素子で同時に検出し、所定の光強度比となるように光軸調整を行ってもよい。
【００２９】
図５は、レンズホルダ（筐体との接合箇所）のホルダ径とコリメート用のレンズへの結合効率との関係を示す図である。図５には、レンズホルダの筐体に対する接合箇所のホルダ径Ｄ’がｄ１の場合とｄ２の場合（ただし、ｄ１＞ｄ２）のそれぞれについて結合効率をシミュレーションした結果をグラフで示してある。同グラフの横軸は、ギャップ（溶接時の収縮量ｈ）［μｍ］を表し、縦軸は結合効率［ｄＢ］を表す。同グラフより、接合箇所のホルダ径Ｄ’が小さい方が、結合効率の変化が大きくなること、言い換えれば、補正溶接（光軸調整）の効果が大きくなることを理解できる。
【００３０】
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、これまでの説明では、筐体の出力側にレンズホルダを接合する構造を例に説明したが、筐体の入力側にレンズホルダを接合する構造に本発明を適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明によれば、レンズホルダの保持性を確保しつつ、調整溶接時の光軸可動性を改善することが可能な光学素子モジュールを提供することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１  筐体
２，３  レンズホルダ
２ａ，３ａ  レンズ保持部
３ｂ  縮径部
２ｃ，３ｃ  ファイバ保持部
４  レンズ
５，６  光ファイバ
７  レンズチャック
８  接合箇所
２１  光変調素子
２２  偏波回転部
２３  偏波合成部
【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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