(57)【要約】【課題】光ファイバと光素子との間の光結合状態において、光素子への光の入射角を自由に調整可能とした光モジュールを提供する。【解決手段】光素子と光ファイバとの間に光軸を調整するためのレンズを有する調芯型光モジュール又は光素子とレンズ付き光ファイバを有する調芯型光モジュールの何れかにおいて、光ファイバホルダを光軸と直交する球面に沿って移動可能な支持構造で構成した光軸調整手段で支持し、光ファイバホルダを光軸と直交する球面に沿わせて移動させることにより光ファイバから光素子に入射される光の入射角を調整する。【選択図】　図１
2004077985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光素子と、光ファイバとの間に光軸を調整するためのレンズを有する調芯型光モジュールにおいて、
光ファイバを支持する光ファイバホルダを、焦点位置調整手段と光素子に入射する光の入射角を調整する光軸調整手段とによって支持した構造としたことを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
光素子と、レンズ付き光ファイバを有する調芯型光モジュールにおいて、
光ファイバを支持する光ファイバホルダを、焦点位置調整手段と光素子に入射する光の入射角を調整する光軸調整手段とによって支持する構造としたことを特徴とする光モジュール。
【請求項３】
請求項１又は２記載の光モジュールの何れかにおいて、上記焦点位置調整手段は上記光ファイバホルダを光軸方向に移動可能な支持構造で構成し、上記光軸調整手段は上記光ファイバホルダを光軸と直交する球面に沿って移動可能な支持構造で構成したことを特徴とする光モジュール。
【請求項４】
請求項１乃至３記載の光モジュールの何れかを上記光軸調整手段を使って光素子に入射する光の入射角を調整する光モジュール調整方法において、
上記光素子は光変調素子とされ、この光変調素子の光入射面に入射する光の入射角を上記光軸調整手段で調整すると共に、光変調素子に予め定めた振幅の変調信号を与え、この変調信号により光変調信号の光の変化量が所定値以上に達する状態に上記光軸調整手段で光の入射角を調整することを特徴とする光モジュール調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光源や光変調器などの光素子と光ファイバとを調芯して固定する光モジュールに関し、特に光変調器において光素子と光ファイバとの調芯精度を向上させ、調芯作業を容易に行うことができるとともに、光変調器の変調特性を改善した光モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４に従来の光モジュールの構造の一例を示す。図４に示す光モジュールは電気吸収型光変調素子で構成した光変調素子１を搭載した光モジュールを示す。つまり、ハウジング２の内部に温度補正用のペルチェ素子３が格納され、ペルチェ素子３の上部にチップキャリア４が搭載され、チップキャリア４の上部に光変調素子１が実装される。
チップキャリア４には更に第１レンズ５が搭載され、この第１レンズ５によって光変調素子１から出射される光を平行光に変換して外部に出力するか又は外部から入射した平行光を光変調素子１に集光して入射する動作を行う。
【０００３】
ハウジング２には光の入射、出射を行うために窓２Ａが設けられ、この窓２Ａを通じてハウジング２の内部と外部との間で光の授受を行う。窓２Ａにはガラス板２Ｂが張られ、蓋６の閉塞とガラス板２Ｂによるシールとによってハウジング２の内部は気密に保持される。
窓２Ａの外側には第２レンズホルダ７が装着される。第２レンズホルダ７は円筒状とされ、その軸芯位置に第２レンズ８が保持されている。第２レンズホルダ７の先端にはフランジ面７Ａが設けられ、このフランジ面７Ａに光ファイバアッセンブリ２０が装着される。
【０００４】
光ファイバアッセンブリ２０は光ファイバ調芯サドル２１と、光ファイバホルダ２２と、光ファイバ２３と、フェルール２４とによって構成される。
ファイバ２３の端部は光ファイバホルダ２２に装着される。フェルール２４は光ファイバの素線の先端を光ファイバホルダ２２の中空部分の中心位置に保持するために設けられる。調芯前の状態では光ファイバホルダ２２は光ファイバ調芯サドル２１に対して軸芯方向（図示するＺ軸方向）にスライド自在に支持されているが、調芯の後には光ファイバ調芯サドル２１と光ファイバホルダ２２はＡの部分で溶接等により固定される。
【０００５】
また、光ファイバ調芯サドル２１はフランジ７Ａの面に沿って図示するＸ軸方向及びＹ軸方向に移動自在に支持されているが、調芯後は、その調芯された位置でフランジ７Ａの面に溶接等により固定される。
図４ではハウジング２の一方の窓２Ａ側のみを示しているが、光変調素子１を中心に反対側にも同様の構造を有し、一方が入射用で他方が出射用として利用される。図６は光モジュールの全体の構成を示す。ハウジング２の両側に光ファイバアッセンブリ２０が装着される。光ファイバアッセンブリ２０から引き出された光ファイバ２３の端部には光コネクタ２５が装着される。尚、図６に示す２６は図４に示した光ファイバ調芯サドル２１と光ファイバホルダ２２の部分に被せたカバーを示す。また、２７はペルチェ素子３を用いた温度補正を行うための温度制御用端子、２８は光変調素子１への入力用コネクタを示す。
【０００６】
図５に光変調素子１の構造を示す。ＩｎＰ（インジューム・リン）から成る基板１−１上にＩｎＧａＡｓＰ（インジューム・ガリウム・ヒ素・リン）の光導波路１−２が形成される。光導波路１−２は一方の端面に光が入射されると、他方の端面に光が透過し、他方の端面から出射される。この光導波路１−２に最上層に形成したＰ電極１−３及び最下層に形成したｎ電極１−４により電界をかけることで光導波路１−２に入射した光の透過量が制御される。
図７にその光の透過特性を示す。例えば印加電圧０ボルトの状態から−３ボルトを印加すると、図７に示す特性（実線）の例では透過損失は２６ｄＢ低下する現象が発生する。この現象はフランツ・ケルディッシュ効果（半導体の吸収端近傍で吸収係数や、屈折率が電界により変化し、この吸収率変化を利用することで電気信号を光の強度変化に変換できる）を利用したものである。この現象は何れの方向から光を入射しても同様であり双方向で同一の現象が見られる。
【０００７】
ここで図７に示した透過特性を見ると、透過特性は曲線の傾斜が急峻な程、感度の高い光変調器であることを意味している。図７に点線で示す曲線（ｂ）は実線で示す曲線（ａ）より傾斜がなだらかになっており、感度の悪い光変調器であることを意味している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図７に実線（ａ）と点線（ｂ）で示した異なる透過特性が発生する理由は本発明者等の実験によれば図５に示した光変調器１の光導波路１−２の端面に垂直に光が入射する状態に調芯されると実線で示す透過特性を呈し、光導波路１−２の端面に斜め方向から入射する状態に調芯された場合は点線で示す透過特性（変調特性）を呈することが判明した。
これはフランツ・ケルディッシュ効果によって光の透過量を制御する領域が光透過する領域よりも小さいことに起因している。即ち、光変調素子１の光導波路１−２の端面の中心に垂直に入射された光は、フランツ・ケルディッシュ効果を最大限受けるが、斜めから入射された光は、透過光の減衰量に対してフランツ・ケルディッシュ効果を受ける領域から外れる光の量が多くなり、これにより印加電圧の高い方で透過特性の傾斜がなだらかになるものと考えられる。
【０００９】
従来の調芯方法は入射側の光ファイバアッセンブリから光変調素子１に入射される入射光量が最大になる状態に調芯することと、光変調素子１から出射される光の量が出射側の光ファイバアッセンブリに最大に取り出せる状態に調芯する方法が採られている。この調芯方法で第１レンズ５と光変調素子１の間の光軸の位置合わせ、及び第１レンズ５と第２レンズ８との光軸の位置合わせ、更に、第２レンズ８と光ファイバ２３との光軸の位置合わせを行い、光量が最大限に伝達できる状態に調芯したとしても、図７に点線で示す透過特性の光変調器が出来上がってしまう不都合がある。
【００１０】
以下に、光の入射角が偏ってしまう各種の状況を説明する。図８は光ファイバの端面を直角に切断した場合の調芯された状態の光路を示した図である。この場合、第１レンズ５と第２レンズ８の光軸Ｌは一致し、また光変調素子１と光ファイバ２３の出射及び入射スポットも一致している。この最適調芯状態で、仮に第２レンズ８がθ度傾いて調芯されたとすると、光ビームの位置が点線のようにずれ、光変調素子１に入射する光の入射角が偏ることになる。但し、この場合はその傾きの量はわずかである。
【００１１】
図９は図８と同じ条件において、光ファイバ２３の軸芯がθ度傾いて調芯された場合を示す。光ファイバ２３の軸心がθ度傾くと、光ビームの位置は点線のように変移し、第２レンズ８を傾けた場合より光変調素子１への入射角は大きく偏ることになる。つまり、第２レンズ８を傾けた場合より光ビームの入射角は大きく偏ることになる。
図１０は光ファイバ２３の端面にφａ度の傾きを与えて研磨した場合の光路の様子を示す。尚、光ファイバ２３の端面に傾きを与える理由は端面において反射が発生することを阻止するためである。光ファイバ２３の端面にφａ度の傾きが与えられた場合は光ファイバ２３から出射される光の向にφｂだけ偏りが発生する。この偏った光を光変調素子１に垂直に入射させるために、最適調芯状態では第１レンズ５と第２レンズ８の光軸Ｌ１とＬ２は予めずらされて設定される。
【００１２】
この最適調芯状態で仮に第２レンズ８がθだけ傾いて調芯されたとすると、光ビームの位置は図１０に点線で示す位置に変移する。このビーム位置の変移による光変調素子１への入射角に偏りが発生するが、大きな角度の偏りには至らない。
これに対し、図１１に示すように、光ファイバ２３に角度θの傾きが与えられると、光ビームの位置は点線で示すように大きく変移し、光変調素子１への入射角は大きく偏ることになる。
【００１３】
図１２は図１０と同一の条件において、光変調素子１への光の入射角を垂直にするために（最適調芯状態に設定するために）光変調素子１に角度ψの傾きを与えた場合を示す。この場合も、光ファイバ２３にθの傾きを与えると、光変調素子１への入射角は大きく偏ることになる。
図１３及び図１４は第１レンズ５と第２レンズ８に替えて柱状レンズ又はグレートインデックスタイプファイバ９（Ｇ１ファイバ）を用いた場合を示す。図１３は端面が直角に切断された光ファイバ２３を使用したもので光ファイバ２３の傾きθに対する光ビームの偏りは図９に示した２枚レンズ方式と同様に大きく偏る。
【００１４】
図１４では図１３と同様に柱状レンズ又はグレートインデックスタイプファイバ９（Ｇ１ファイバ）を用いて光ファイバ２３の先端を傾斜面とした場合を示す。この場合も、特に図示していないが、光ファイバ２３の光軸の傾きθに対する光ビームの偏りは図１１と同様に大きく偏ることになる。
図１５はクラッド２３Ａと、コア２３Ｂを具備した光ファイバ２３の端面を円錐状に加工し、さらに主にコア２３Ｂの先端を半径ｒで丸みを持たせ、レンズ効果を持たせた先球ファイバを用いた場合を示す。この場合、先球ファイバが傾くと光変調素子側での集光ポイントがずれてしまうことと、光ファイバ２３がθ度傾くと、光変調器には斜めに光が入射し変調感度が落ちる欠点がある。
【００１５】
上述したことから明らかなように調芯により最適調芯状態に設定し、その最適調芯状態で光量が充分伝達されていたとしても、光ビームの光軸が光変調素子１の光入射面に対して傾いていたい場合には、光変調器の変調感度が低下し、変調特性が劣化する欠点がある。この変調特性の劣化は光ファイバの傾きによる影響が大きい。
この発明の目的は特に光ファイバの傾きを修正し、光変調素子の変調感度を最適な状態に調整することができる調整機構を備えた光モジュールと、その調整方法を提案するものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１では、光素子と光ファイバとの間に光軸を調整するためのレンズを有する調芯型光モジュールにおいて、光ファイバを支持する光ファイバホルダを焦点位置調整手段と、光素子に入射する光の入射角を調整する光軸調整手段とによって支持した構造とした光モジュールを提案する。
この発明の請求項２では、光素子と、レンズ付き光ファイバを有する調芯型光モジュールにおいて、光ファイバを支持する光ファイバホルダを焦点位置調整手段と、光素子に入射する光の入射角を調整する光軸調整手段とによって支持する構造とした光モジュールを提案する。
【００１７】
この発明の請求項３では、請求項１又は２で提案した光モジュールの何れかにおいて、焦点位置調整手段は光ファイバホルダを光軸方向に移動可能な支持構造で構成し、光軸調整手段は上記光ファイバホルダを光軸と直交する球面に沿って移動可能な支持構造で構成した光モジュールを提案する。
この発明の請求項４では、請求項１乃至３記載の光モジュールの何れかを光軸調整手段を使って光素子に入射する光の入射角を調整する光モジュール調整方法において、光素子は光変調素子とされ、この光変調素子の光入射面に入射する光の入射角を光軸調整手段で調整すると共に、光変調素子に予め定めた振幅の変調信号を与え、この変調信号により光変調信号の光の変化量が所定値以上に達する状態に光軸調整手段で光の入射角を調整する光モジュール調整方法を提案する。
【００１８】
作用
この発明による光モジュールによれば特に光軸調整手段を装備したから、光素子に入射する光の入射角度を自由に調整することができる。この結果、特に光の入射角度によって特性に影響を受ける光変調器を簡単に然も最適な状態に調整することができる利点が得られる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１にこの発明による光モジュールの一実施例を示す。図４と対応する部分には同一符号を付して示す。図１に示す実施例では光変調素子１と光ファイバ２３との間に第１レンズ５と第２レンズ８を配置し、これら第１レンズ５及び第２レンズ８の光軸位置を調整して光ファイバ２３から出射する光又は光変調素子１から出力する光を無駄なく相手に伝達させる調芯機能をを具備した調芯型光モジュールにこの発明を適用した場合を示す。
【００２０】
光ファイバアッセンブリ２０は図４で説明したように光ファイバ調芯サドル２１と、この光ファイバ調芯サドル２１に対して出入り自在に支持された光ファイバホルダ２２と光ファイバ２３の先端を光軸位置に保持するためのフェルール２４とによって構成される。
光ファイバホルダ２２が光ファイバ調芯サドル２１に対して出入り自在に指示されることによって光ファイバ２３は光軸（Ｚ軸方向）に移動自在とされ、この移動調整により光ファイバ２３の先端が第２レンズ８の焦点位置（図２参照）に設定される。これにより光の伝達量が最大となり、焦点位置の調整が行われる。つまり、この光軸方向への移動支持構造により焦点調整手段が構成される。焦点の調整が完了した状態で光ファイバ調芯サドル２１と、光ファイバホルダ２２は部分Ａで溶接付けされ、その位置関係が固定される。
【００２１】
この発明では第２レンズホルダ７のフランジ７Ａのフランジ面にファイバ調芯溶接サドル１０を設ける。ファイバ調芯溶接サドル１０は肉厚の厚い円筒体によって形成され、その円筒体の端面部分に球面１０Ａを形成する。
この球面１０Ａの中心位置は図２に示す第２レンズ８の焦点位置に設定される。
これと共に、光ファイバ調芯サドル２１の前面側に凹面状の球面２１Ａを形成する。球面２１Ａもその中心位置は図２に示す焦点位置に設定される。これらの球面１０Ａと２１Ａは光ファイバ調芯サドル２１が光ファイバ溶接サドル１０に装置されている状態では光ファイバ２３で構成される光軸と直交する関係にある。そして、光ファイバ調芯サドル２１は球面１０Ａと２１Ａとによって球面に沿って移動し、光ファイバ２３の軸心方向を調整することができる。つまり、この移動により光変調素子１への光の入射角を調整することができる。従って、球面１０Ａと２１Ａとによって光ファイバの光軸調整手段１１が構成される。
【００２２】
光軸調整手段１１が設けられることにより、光ファイバ２３の光軸の向を自由に調整することができる。但し、光ファイバ２３の光軸の向を変化させても、光ファイバ２３の先端は球面１０Ａの中心位置に設定されているから、光ファイバ２３の先端は第２レンズ８の焦点位置に保持され、その位置を移動しない。つまり、第２レンズ８と光ファイバ２３の光学的な結合が変動することはない。この結果、光ファイバ２３の光軸の向を変化させても光の伝達量が大きく変動することはない。
【００２３】
光軸調整手段１１を調整する場合、光変調素子１に予め定めた振幅の変調信号（図５に示した光導波路１−２に印加する電界）を入力し、この変調信号で光ファイバ２３から入射した光信号を変調する。例えば、図７で説明したように０Ｖと−３Ｖを交互に印加する。０Ｖを印加した場合、損失が１０ｄＢであり、この状態で−３Ｖの変調信号を与えたとすると、光の透過損失が２６ｄＢ以上低下すればよく、光の透過損失が２６ｄＢ以下であれば光軸調整手段１１を用いて調整を行う。光軸調整手段１１により光変調素子１に入射する光の入射角を垂直な状態に修正することにより光変調信号の光の変化量（消光比）を目標値以上となる状態に調整することができる。光軸の向が決定したら光ファイバ調整サドル２１は光ファイバ調芯溶接サドル１０に溶接され固定される。
【００２４】
図３は光ファイバ２３の先端を球状に形成し、この球状によりレンズ作用を行わせる構造の光ファイバと光変調素子１とを光学的に結合させる構造の光モジュールにこの発明を適用した場合を示す。この場合にはチップキャリア４の端面に光ファイバ調芯溶接サドル１０を設け、この光ファイバ調芯溶接サドル１０の端面に球面１０Ａを形成し、この球面１０Ａに光ファイバ調芯サドル２１に形成した球面２１Ａを重ねあわせ、光ファイバ調芯サドル２１を球面１０Ａに沿わせて移動させる構造とされる。
【００２５】
ここで球面１０Ａ及び２１Ａは光変調素子１の受光点１Ａを中心とする半径Ｒの球面とされる。このように構成することにより、光ファイバ調芯サドル２１を球面１０Ａに沿わせて移動させても光ファイバ２３の先端から出射した光（平行光）は必ず光変調素子１の受光点１Ａに入射し、光結合状態は維持され、光の入射角のみを調整することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば光軸調整手段１１を設けたことから光素子への光の入射角を容易に調整することができる。この結果、特に光素子が光変調素子１である場合に、光変調素子１の変調特性を最良な状態に調整することができる利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を説明するための拡大断面図。
【図２】図１に示した実施例の要部の構造を説明するための図。
【図３】この発明の変形実施例を説明するための拡大断面図。
【図４】従来の技術を説明するための拡大断面図。
【図５】光素子の一例として光変調素子の構造を説明するための拡大斜視図。
【図６】光モジュールの一例として光変調器の全体の構造を説明するための平面図。
【図７】従来の技術で発生する光変調器の変調特性の不都合を説明するためのグラフ。
【図８】光素子と光ファイバとの間にレンズを配置した構造の光モジュールで発生する不都合を説明するための図。
【図９】図８と同様の図。
【図１０】図８と同様の図。
【図１１】図８と同様の図。
【図１２】図８と同様の図。
【図１３】光素子と光ファイバとの間に柱状レンズを配置した構造の光モジュールで発生する不都合を説明するための図。
【図１４】図１３と同様の図。
【図１５】光ファイバの先端を球状に形成し、光ファイバの先端にレンズ作用を持たせた光ファイバと光素子との光学的な結合状態を説明するための図。
【符号の説明】
１　　光変調素子　　　　　　　　１１　　光軸調整手段
２　　ハウジング　　　　　　　　２０　　光ファイバアッセンブリ
３　　ペルチェ素子　　　　　　　２１　　光ファイバ調芯サドル
４　　チップキャリア　　　　　２１Ａ　　球面
５　　第１レンズ　　　　　　　　２２　　光ファイバホルダ
６　　蓋　　　　　　　　　　　　２３　　光ファイバ
７　　第２レンズホルダ　　　　　２４　　フェルール
８　　第２レンズ　　　　　　　　２６　　カバー
１０　　ファイバ調芯溶接サドル　　２７　　温度制御用端子
１０Ａ　　球面　　　　　　　　　　　２８　　入力用コネクタ
【図１】
2004077985.tif 000003
【図２】
2004077985.tif 000004
【図３】
2004077985.tif 000005
【図４】
2004077985.tif 000006
【図５】
2004077985.tif 000007
【図６】
2004077985.tif 000008
【図７】
2004077985.tif 000009
【図８】
2004077985.tif 000010
【図９】
2004077985.tif 000011
【図１０】
2004077985.tif 000012
【図１１】
2004077985.tif 000013
【図１２】
2004077985.tif 000014
【図１３】
2004077985.tif 000015
【図１４】
2004077985.tif 000016
【図１５】
2004077985.tif 000017