(57)【要約】【課題】環境温度変化等に伴って光ファイバーに加わる応力を緩和することができ、また温度特性に優れた信頼性の高い光デバイスの提供。【解決手段】ケース５と、ケース５に収容された機能部材２と、機能部材２と光学的に接続する光ファイバー１５を有し、機能部材２の光ファイバー１５の接続端部に、光ファイバー１５を貫通させた状態で筒状の導入管１０が固定され、導入管１０はケース５の側面に貫通固定され、機能部材２は導入管１０によって片持ち支持されている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバーが予め一方向に調芯接続された機能部材と、前記機能部材の前記光ファイバー接続端部に前記光ファイバーを貫通させて固定された導入管と、前記機能部材を格納するケースと、前記ケースの開口部に封着する蓋部材とからなり、前記導入管は前記ケースに貫通固定され、前記機能部材は前記導入管によって片持ち支持されている光デバイス。
【請求項２】
前記機能部材は弾性を有する樹脂接着剤によって前記ケースに補助的に接着されていることを特徴とする請求項１記載の光デバイス。
【請求項３】
前記機能部材は前記ケースおよび前記蓋部材に配置された少なくとも１対以上の弾性部材で挟まれて補助的に固定されていることを特徴とする請求項１記載の光デバイス。
【請求項４】
前記導入管は、前記光ファイバーの接続に用いるフェルールであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光デバイスに関し、特に筐体内部に収納される機能部材の支持構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ファイバーを用いた光通信において、時分割多重（ＴＤＭ：Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送や波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送を用いて大量の情報を伝達することが可能になってきている。それに伴って、光信号を解析し、伝達された大量の情報を処理するために、複雑な光デバイスが必要になっている。例えば、波長分割多重伝送を行う場合には、光源や可変減衰器や光スイッチなどの様々な光学部品が組み込まれた複合デバイスが用いられる。
【０００３】
光デバイスに対しては、光ファイバーを介して様々な光学部品が接続される。このような光デバイスにおいて高性能を維持するために、高温および高湿の環境下での信頼性を確保するように、通常、気密封止構造が採用される。
【０００４】
図６に示す従来の光デバイス１は、例えば、半導体レーザー素子や受光素子といった光素子１９と、光素子１９が実装されるシリコン基板１１と、それらを収容するための筐体を構成する金属製のケース５およびフタ８と、半田付け性の向上を目的としてメッキまたはスパッタ等の方法によって素線の表面に金属膜が形成された光ファイバー１５とを備えている。この光学デバイス１では、ケース５とフタ８との間に光ファイバー１５を挟み込み、半田９を使用して全周を接合することによって筐体の気密封止を行っている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
また、上述の光学デバイス１において半田９に代えて低融点ガラスを用いて気密封止することも提案されている。この場合、半田を用いていないため半田付け性を考慮する必要はなく、光ファイバーの表面に金属膜を形成しなくてもよい。低融点ガラスによる気密封止は、ケースとフタとの間に光ファイバーを挟み込んで、ケースとフタとの間の全周に低融点ガラスを配し加熱、溶融することで実施される（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
さらに、低融点ガラスに代えて、樹脂封止材を用いて気密封止する方法も提案されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−２９３２３０号公報（第２−５頁、第５図）
【０００８】
【特許文献２】
特開平７−１９８９７３号公報（第３項、第１図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、完成状態の光デバイスにおいて、温度変化に伴う膨張係数の差によって、光ファイバー１５に応力が加わるおそれがある。すなわち、光ファイバー１５の一端はシリコン基板１１に固定され、導入口では半田９によりケース５とフタ８の間に堅く気密封止固定されている。シリコン基板１１は、半田を用いてケース５に固定されている。一般に、ケース内部に収容される機能部材はシリコンやガラスなどを主成分としているものが多く、ケース５はコバール材などの金属を主成分としており、両者の線膨張係数は異なっている。例えば、コバール材の熱膨張係数は４〜５×１０−６／℃、ステンレスは約１５×１０−６／℃であるのに対し、シリコンは２．６×１０−６／℃、石英は０．４〜０．５５×１０−６／℃である。従って、温度上昇に伴ってケース５が大きな伸びを示すときに、光ファイバー１５およびシリコン基板１１はそれに比べてごく僅かな伸びしか示さない。
【００１０】
従って、光ファイバー１５には、シリコン基板１１に固定されている端部と、半田９によりケース５に固定されている部分との間に引張応力が加わることになる。特に近年では、各種光デバイスが使用される環境が、−２０℃から７０℃程度までの極めて広い温度範囲に亘ることがあり、その分だけ、光ファイバー１５に加わる応力が強大になり、光ファイバー１５が破損したり、光ファイバーの光学的な調芯にズレが生じたりする可能性が高くなる。
【００１１】
また、機能部材がレンズ、ミラー等を配置した複数の光学部品を組み合わせた構成の場合、これらを固定しているケースの熱膨張により光学的なアライメントがずれて、著しく温度特性を悪化させる可能性がある。
【００１２】
そこで本発明の目的は、環境温度変化等に伴って光ファイバーに加わる応力を緩和することができ、また温度特性に優れた信頼性の高い光デバイスを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の光デバイスは、少なくとも、光ファイバーが予め一方向に調芯接続された機能部材と、機能部材の光ファイバー接続端部に光ファイバーを貫通させて固定された導入管と、機能部材を格納するケースと、ケースの開口部に封着する蓋部材とからなり、導入管は前記ケースに貫通固定され、機能部材は前記導入管によって片持ち支持されていることを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、機能部材は片持ち支持されているため、ケースの熱膨張によって光ファイバーやその他の部品に応力が加わることはない。
【００１５】
また、機能部材は弾性を有する樹脂接着剤によってケースに補助的に接着されていることを特徴とする。さらに、機能部材は、ケースおよび蓋部材に配置された少なくとも１対以上の弾性部材で挟まれ補助的に固定されている構成とすることもできる。
【００１６】
この構成によれば、機能部材は弾性的に固定されるため、熱膨張に対する片持ち構造の作用は維持したまま、機械的振動や衝撃に対する安定性を向上させることが可能となる。
【００１７】
さらに、導入管は、光ファイバーの接続に用いるフェルールであることを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、温度変化に対する高安定性に加え、導入管の代わりに光ファイバー接続用のフェルールを用いることによって実装性の高いレセプタクル型の光デバイスとすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１に係る光デバイスの構成を表す図であり、（ａ）は蓋部材を取り除いた状態の上面図、（ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。
【００２１】
図１に示す本発明の光デバイス１は、電気信号を入出力するための電極ピン４が配置されたケース５と、ケース５とはその封着面が平面同志で対向する蓋部材８と、ケース５に収容された機能部材２と、機能部材２と光学的に接続するとともに外部の光学部品等（図示せず）と光学的に接続する光ファイバー１５を有している。機能部材２の光ファイバー１５の接続端部には、光ファイバー１５を貫通させた状態で筒状の導入管１０が固定されている。導入管１０はケース５の側面に貫通固定されている。即ち、機能部材２は導入管１０によって片持ち支持されている構成である。光デバイス１は、高性能を維持するために、高温および高湿の環境下での信頼性を確保するように、通常、気密封止構造が採用される。光ファイバー１５は、半田材、低融点ガラス材、樹脂接着剤などを材料とする第１の封止材６を用いて導入管１０に気密固定されている。さらに、導入管１０も同様に半田材、低融点ガラス材、樹脂接着剤などの第２の封止材７を介してケース５に気密固定されている。
【００２２】
尚、蓋部材８は同様に第３の封止材１２を介してケース５に封着されている。また、電極ピン４はケース５に予めハーメチックシールされている。
【００２３】
ケース５、蓋部材８の材料は、コバール材（α（熱膨張係数）＝４〜５×１０−６／℃）が多く用いられるが、鉄−ニッケル合金（α＝０．１〜１０×１０−６／℃）などの鉄系の合金材料、各種ステンレス（α＝１５×１０−６／℃）、アルミニウム（α＝３０×１０−６／℃）、真鍮（α＝１５×１０−６／℃）などの金属材料や、セラミクス材料（例えば、α＝７×１０−６／℃）などの中からそれぞれ選択して用いられる。一方、機能部材に多く用いられる光ファイバーの母材である石英の熱膨張係数は０．４〜０．５５×１０−６／℃、シリコンの熱膨張係数は２．６×１０−６／℃である。
【００２４】
上述の通り、光ファイバー１５はケース５に対して気密封止を目的として堅く固定されているが、機能部材２は導入管１０で片持ち支持されているため、ケース５の熱膨張の影響は受けない。即ち、光ファイバー１５や機能部材２に搭載されているその他の部品に温度変化によるケース５の熱膨張の影響で応力が発生することはない。
【００２５】
図１では光ファイバー１５は一本のみ示されているが、機能部材２が可変減衰器や光スイッチなど光信号の入出力を同時に行う光学部品の場合は、光ファイバー１５は必要な本数が配置される。
【００２６】
図２は、本発明の実施の形態１に係る他の光デバイスの構成を表す側面図であり、複数の光学部品からなる機能部材の構成を模式的に示した図である。光ファイバー１５は光ファイバー支持基板２１に固定されている。光ファイバー支持基板２１の光ファイバー固定端には、導入管１０が光ファイバー１５を貫通させて固定されている。光ファイバー支持基板２１には、ベース基板２２が固定されており、ベース基板２２には、さらに光学部品基板２３が配置されている。光ファイバー支持基板２１は、例えばコリメータレンズが配置され、光ファイバーを位置決めするためのＶ溝を結晶異方性エッチングにより形成したシリコン部材からなる光ファイバーコリメータアレーであり、光学部品基板２３は、例えば、シリコン基板をベースとした微小ミラー（図示せず）を備えた可変減衰器や光スイッチである。光ファイバー支持基板２１と光学部品基板２３は、ベース基板２２を介して精密に調芯され接着固定されている。
【００２７】
光ファイバー支持基板２１および光学部品２３がそれぞれケース５に固定されている場合、温度変化によって光ファイバー１５に応力が加わるばかりでなく、光ファイバー支持基板２１および光学部品２３の光学的な調芯にもズレを生じ、温度特性が著しく劣化してしまう。しかし、この構成の機能部材２によれば温度変化に伴う光学的な調芯のズレは少なく、温度特性に優れた光デバイス１を実現することができる。
【００２８】
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２に係る光デバイスの構成を表す断面図である。なお、実施の形態１と同様の部分については、同一の符号を付与し説明を省略する。
【００２９】
図３に示す本発明の光デバイス１は、電気信号を入出力するための電極ピン４が配置されたケース５と、ケース５とはその封着面が平面同志で対向する蓋部材８と、ケース５に収容された機能部材２と、機能部材２と光学的に接続するとともに外部の光学部品等（図示せず）と光学的に接続する光ファイバー１５を有している。機能部材２の光ファイバー１５の接続端部には、光ファイバー１５を貫通させた状態で筒状の導入管１０が固定されている。導入管１０はケース５の側面に貫通固定されている。また、機能部材２は、弾性を有する樹脂接着剤３０でケースに固定されている。樹脂接着剤３０は、例えばシリコンゴム系樹脂接着剤、弾性エポキシ系接着剤などが用いられる。即ち、機能部材２は導入管１０によって片持ち支持されていながら、さらに弾性を有する樹脂接着剤３０でケース５に柔らかく固定されている構成である。
【００３０】
光デバイス１は、一般に、数１０〜数１００Ｇ（重力加速度）の衝撃試験や、振動試験を行う必要がある。この構成によれば、機能部材は弾性的に固定されるため、実施の形態１で説明した熱膨張に対する片持ち構造の作用は維持したまま、機械的振動や衝撃に対する安定性を向上させることが可能となる。
【００３１】
図４は、本発明の実施の形態３に係る光デバイスの構成を表す断面図である。なお、実施の形態１と同様の部分については、同一の符号を付与し説明を省略する。
【００３２】
図３で説明した実施の形態２と異なるところは、機能部材２は、弾性を有する接着剤３０にかわって、第１の弾性部材３１および第２の弾性部材３２により挟まれて固定されているところである。第１の弾性部材３１はケース５に固定されており、第２の弾性部材３２は蓋部材８に固定されている。機能部材２は、蓋部材８をケース５に封着することにより、第１の弾性部材３１および第２の弾性部材３２の間に挟まれる。第１の弾性部材３１および第２の弾性部材３２の機能部材２との接触部は接着などの固定は行われない。第１の弾性部材３１および第２の弾性部材３２の材料としては、例えば、シリコンゴム、ゲル材などが用いられる。図４は、機能部材２が１対の弾性部材で挟まれる構成を示したが、弾性部材は複数用いても良い。
【００３３】
この構成による作用および効果は、弾性を有する接着剤３０のかわりに第１の弾性部材３１および第２の弾性部材３２を用いていることのほか、前の実施の形態と変わるところはない。
【００３４】
図５は、本発明の実施の形態４に係る光デバイスの構成を表す上面図である。なお、前の実施の形態と同様の部分については、同一の符号を付与し説明を省略する。図１で説明した実施の形態１と異なるところは、導入管１０にかわって、光ファイバーの接続に用いるフェルール４０が用いられているところである。図は機能部材２として４芯の光ファイバーアレー４１を含む構成を示しており、フェルール４０は４芯フェルールが用いられている。４本の光ファイバー１５は、光ファイバー支持基板２１に接着固定されている。それぞれの光ファイバー１５は、フェルール４０に設けられている光ファイバー導入用の穴に挿入され、さらにフェルール４０は、光ファイバー支持基板２１の光ファイバー固定端に固定されている。フェルール４０は、ケース５を貫通して固定されている。なお、フェルール４０のケース５の外側へ向いている端面は、接続のために別のフェルール（図示せず）の端面と接触して対向させるため、光ファイバー１５の端面とともに研磨されている。フェルール４０としては、例えば多芯タイプのＭＴコネクター用フェルールが用いられる。
【００３５】
この構成によれば、温度変化に対する安定性が高いことに加え、導入管１０のかわりに光ファイバー接続用のフェルール４０を用いることによって、実装性の高いレセプタクル型の光デバイス１とすることができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、機能部材は導入管で片持ち支持されているため、ケースの熱膨張の影響は受けない。即ち、光ファイバーや機能部材に搭載されているその他の部品に温度変化によるケースの熱膨張の影響で応力が発生することはない。また、機能部材がレンズ、ミラー等を配置した複数の光学部品を組み合わせた構成の場合、温度変化に対するそれらの光学部品の相対的な調芯ズレを少なくすることができ、温度特性向上させることができる。
【００３７】
従って、環境温度変化等に伴って光ファイバーや機能部材に加わる応力を緩和することができ、また温度特性に優れた信頼性の高い光デバイスを実現することができる。
【００３８】
また、機能部材は、片持ち支持に加え、弾性的に柔らかく固定する手段を併用することにより、熱膨張に対する片持ち構造の作用は維持したまま、機械的振動や衝撃に対する安定性を向上させることが可能となる。
【００３９】
さらに、導入管のかわりに光ファイバー接続用のフェルールを用いることによって、温度変化に対する安定性が高いことに加え、実装性の高いレセプタクル型の光デバイスを実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光デバイスの構成を表す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る他の光デバイスの構成を表す側面図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る光デバイスの構成を表す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態３に係る光デバイスの構成を表す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態４に係る光デバイスの構成を表す上面図である。
【図６】従来技術の一例である光デバイスの気密封止方法を示す断面図である。
【符号の説明】
１  光デバイス
２  機能部材
４  電極ピン
５  ケース
６  第１の封止材
７  第２の封止材
８  蓋部材
９  半田
１０  導入管
１２  第３の封止材
１５  光ファイバー
１９  光素子
２１  光ファイバー支持基板
２２  ベース基板
２３  光学部品基板
３０  弾性を有する樹脂接着剤
３１  第１の弾性体
３２  第２の弾性体
４０  フェルール
４１  光ファイバーアレー
【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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【図６】
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