(57)【要約】【課題】従来の製造設備や部材を活用して低コスト、かつ、短い開発期間で製造できる多ポート光モジュールを提供する。【解決手段】２つの光入出力ポート１０が対面する側面に設けられたパッケージ２と、パッケージ２の気密封止を行う蓋８とを有し、パッケージ２に設けられた光の入出力ポート１０の光の伝播方向に対して略垂直方向になるように、光入出力ポート１５を蓋８に設けた多ポート光モジュール。【選択図】　図１
2004093742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの光の入出力ポートが設けられたパッケージと、
前記パッケージの気密封止を行う蓋とを有し、
更に、少なくとも１つの光の入出力ポートが前記蓋に設けられたことを特徴とする多ポート光モジュール。
【請求項２】
２つの光の入出力ポートが対面する側面に設けられたパッケージと、
前記パッケージの気密封止を行う蓋とを有し、
少なくとも１つの光の入出力ポートが、前記パッケージに設けられた光の入出力ポートの光の伝播方向に対して略垂直方向になるように、前記蓋に設けられたことを特徴とする多ポート光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信や計測に用いられる多ポート光モジュールに関し、光信号で別の光信号を制御するような光−光制御型の素子のモジュール化や、光信号を分岐・結合させる光合分岐回路のモジュール化に有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、従来の高速光変調器モジュールの構造を示し、（ａ）は上面からの構造図、（ｂ）は側面からの構造図である。
なお、内部構造がわかりやすいように、中心線より左側を断面図とし、右側を外観図とした。
【０００３】
図４では、２つの光の入出力ポートを有する光モジュールとして、量子閉じ込めシュタルク効果を用いた電界吸収型の半導体光変調器（ＥＡＭ）素子４５を有する高速光変調器モジュール４１を示した。高速光変調器モジュール４１は、金属製の箱型のパッケージ４２の内部に、ＥＡＭ素子４５を保持するサブマウント４４を有しており、ＥＡＭ素子４５を冷却するペルチェクーラー４３を介して、パッケージ４２の底部に取付けられている。ＥＡＭ素子４５は、素子サイズが数１００μｍ角と小さく、しかも、その両端において、高効率の光学結合をしなければならない。そのため、サブマウント４４は、図４に示すような逆Ｔ字形の形状をしており、その中央の凸部の突端にＥＡＭ素子４５を搭載している。又、その凸部の両側には、ＥＡＭ素子４５に近接して第１レンズ４６が設けられており、レンズホルダ４７を介してサブマウント４４に固定されている。
【０００４】
パッケージ４２は、その上部から気密封止用の蓋４８が溶接されて封止されている。パッケージ４２の両側面にはＥＡＭ用の光入出力ポート５０が設けられており、パッケージ４２の気密封止のため、パッケージ４２の光入出力ポート５０側の側面には、気密封止用のガラス窓４９が設けられている。光入出力ポート５０は、ＥＡＭ用光ファイバ５３をパッケージ４２内部のＥＡＭ素子４５と光学結合させる第２レンズ５１を有しており、ＥＡＭ用光ファイバ５３は、フェルールカラー５２により固定されている。
【０００５】
高速光変調器モジュール４１は、蓋４８により封止された後、パッケージ４２側面の気密封止用のガラス窓４９を通して、第２レンズ５１と光ファイバ５３をそれぞれ光学調心してから固定して組み立てられている。各光入出力ポート５０に対して、各２枚のレンズを用いるのは製造上の歩留りを上げるためと光学結合の安定性を確保するためである。
【０００６】
パッケージ４２の内部には、ＥＡＭ素子４５を制御する高周波配線基板５５が設けられており、ＥＡＭ素子４５を制御する電気信号は、パッケージ４２の他の側面に設けられた複数の電気端子５４の一部を通して、高周波配線基板５５からＥＡＭ素子４５へ加えられる。
【０００７】
図４に示したように、従来、光変調器モジュールの駆動は、外部からの電気信号を、パッケージ内部の光変調器素子に加えて制御していた。しかし、超高速の電気信号を伝達させるためには、インピーダンス整合を取るのが難しく、又、１００ＧＨｚを超える電気信号の場合、電気信号自体の発生も困難になるため、電気的な面で速度に限界があった。
【０００８】
この電気的速度の限界を超えるため、光変調器素子の制御を光信号で行う光−光制御型の素子も開発されている。その一例としてフォトダイオード（ＰＤ）とＥＡＭをモノリシック集積したＰＤ−ＥＡＭ素子がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このＰＤ−ＥＡＭ素子を使うためには、３つの光入出力ポートが必要であり、３つの光入出力ポートを１つのパッケージにモジュール化するのが極めて難しい。
【００１０】
具体的には、小さな光素子に対して、３つの光入出力ポートを、各々光学結合を取って固定する必要があり、全ての光入出力ポートの高効率の光学結合は、技術的に困難である。又、それに加えて、第３の光入出力ポートを側面へ設置するには、パッケージがかなり大形で特殊な物になるため、それを組み立てる組立装置や組立治具もそれ専用に開発せねばならなくなり、多大な製造コストが必要となる。
【００１１】
上記問題があるため、ＰＤ−ＥＡＭ素子を用いた光変調器モジュールは、実験的には先球ファイバなどを用いることで、素子の特性評価は行われてきたが、実用的なモジュール化は未だ実現されていない。
【００１２】
一方、その他に３つ以上の多ポートの光入出力ポートを必要とする光デバイスモジュールとして、偏波合成器や波長多重（ＷＤＭ）用合分波器、光合分岐回路等がある。これらのモジュールではコリメート型の光学系を用いることが多く、上記の光半導体素子との光学結合とは違い、回路のサイズも大きめで比較的光学結合の許容値（トレランス）が緩やかであるため、技術的な困難さは小さく、従来からパッケージの側面に３ポート以上の光入出力ポートを配置する構成で実現されてきた。
【００１３】
しかしながら、３ポート以上の光入出力ポートを有するパッケージは必然的にサイズが大きくなるため、それぞれ専用に設計され、その保持方法も特殊にならざるを得ない。したがって、組立装置や治具も基本的に専用化されており、他品種への転用は困難であった。そのため、よほど単品で数がでないとコスト高にならざるを得なかった。
【００１４】
さらにそういった特殊なパッケージの設計・製作、そして製造装置をそのパッケージに対応させるには、非常に時間とコストがかかるために、即時の仕様変更には対応できなかった。
【００１５】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、従来の製造設備や部材を活用して低コスト、かつ、短い開発期間で製造できる多ポート光モジュールを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の請求項１に係る多ポート光モジュールは、少なくとも２つの光の入出力ポートが設けられたパッケージと、前記パッケージの気密封止を行う蓋とを有し、更に、少なくとも１つの光の入出力ポートが前記蓋に設けられたことを特徴とする。
【００１７】
上記課題を解決する本発明の請求項２に係る多ポート光モジュールは、２つの光の入出力ポートが対面する側面に設けられたパッケージと、前記パッケージの気密封止を行う蓋とを有し、少なくとも１つの光の入出力ポートが、前記パッケージに設けられた光の入出力ポートの光の伝播方向に対して略垂直方向になるように、前記蓋に設けられたことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態の一例を示す多ポート光モジュールの構造であり、（ａ）は上面からの構造図、（ｂ）は側面からの構造図である。
なお、内部構造がわかりやすいように、中心線より左側を断面図とし、右側を外観図とした。
【００１９】
図１では、多ポート光モジュールとして、ＰＤ−ＥＡＭ素子５を用いた光−光制御素子モジュール１を示した。ＰＤ−ＥＡＭ素子５は、ＥＡＭ部分では従来のＥＡＭ素子と同様、素子基板に平行な方向に光信号を入出力し、ＰＤ部分では素子基板に垂直な方向から光信号を入力するものである。
【００２０】
光−光制御素子モジュール１は、金属製の箱型のパッケージ２の内部に、ＰＤ−ＥＡＭ素子５を保持するサブマウント４を有しており、ＰＤ−ＥＡＭ素子５を冷却するペルチェクーラー３を介して、パッケージ２の底部に取付けられている。ＰＤ−ＥＡＭ素子５も、素子サイズが小さく、その両端において、高効率の光学結合をしなければならない。そのため、サブマウント４は、逆Ｔ字形の形状をしており、その中央の凸部の突端にＰＤ−ＥＡＭ素子５を搭載している。又、その凸部の両側には、ＰＤ−ＥＡＭ素子５に近接して第１レンズ６が設けられており、レンズホルダ７を介してサブマウント４に固定されている。
【００２１】
パッケージ２の側面には、それぞれＥＡＭ用の光入出力ポート１０が設けられており、光−光制御素子モジュール１では、２つの光入出力ポート１０が、パッケージ２の長手方向において、対面するように設けられている。又、パッケージ２の気密封止のため、パッケージ２の光入出力ポート１０の内面側には、気密封止用のガラス窓９が設けられている。光入出力ポート１０は、ＥＡＭ用光ファイバ１３をパッケージ２内部のＰＤ−ＥＡＭ素子５と光学結合させる第２レンズ１１を有しており、ＥＡＭ用光ファイバ１３は、フェルールカラー１２により固定されている。
【００２２】
パッケージ２は、その上部から気密封止用の蓋８が溶接されて封止されている。蓋８にも、光の入出力ポートとして、ＰＤ用の光入出力ポート１５が設けられており、パッケージ２の気密封止のため、蓋８の光入出力ポート１５の内面側にも、気密封止用のガラス窓９が設けられている。光入出力ポート１５は、光入出力ポート１０と同様な構成であり、ＰＤ用光ファイバ１８をパッケージ２内部のＰＤ−ＥＡＭ素子５と光学結合させるＰＤ用レンズ１６を有しており、ＰＤ用光ファイバ１８は、フェルールカラー１７により固定されている。この光入出力ポート１５は、パッケージ２に設けられた光入出力ポート１０の光の伝播方向に対して略垂直方向になるように設けられている。
【００２３】
パッケージ２の他の側面には、複数の電気端子１４が設けられており、パッケージ２内部に設けられたＰＤ−ＥＡＭ素子５のＰＤ部分、ＥＡＭ部分やペルチェクーラー３等に、電気端子１４を通して電気を供給している。光入出力ポート１５から光信号を供給することで、ＰＤ−ＥＡＭ素子５内部のＰＤ素子を制御しており、そのＰＤ素子からＰＤ−ＥＡＭ素子５内部のＥＡＭ素子を制御する信号が供給されている。
【００２４】
光−光制御素子モジュール１の組立は、ＥＡＭ用光ファイバ１３を固定する所までは、従来と全く同じ手順・装置で行う。つまり、パッケージ２内部にＰＤ−ＥＡＭ素子５、第１レンズ６等を取付けた後、蓋８により封止し、その後、パッケージ２側面の気密封止用のガラス窓９を通して、第２レンズ１１と光ファイバ１３をそれぞれ光学調心して、組み立てている。なお、各光入出力ポート１０に対して、２枚のレンズを用いるのは製造上の歩留りを上げるためと光学結合の安定性を確保するためである。
【００２５】
パッケージ２も、ＥＡＭ素子４５を用いた従来の高速光変調器モジュール４１用のパッケージ４２（図４参照）と同じものである。従って、従来と同じ手順・装置で組立、調整が行なえるため、ＥＡＭ用光入出力ポート１０での第２レンズ１１やＥＡＭ用光ファイバ１３の固定精度は、従来と同等の性能が確保できる。なお、この組み立て手順を、ＥＡＭ用光ファイバ１３を固定した後、蓋８を固定する手順に変更すると、ＥＡＭ用光入出力ポート１０に対するＰＤ−ＥＡＭ素子５の光軸トレランスは非常に厳しいため、蓋８を固定する際に光軸がずれる可能性があり、歩留りが悪くなるおそれがある。又、蓋８は従来の装置で使用できるように、外部に出っ張りの無いように設計する必要がある。
【００２６】
最後にＰＤ用光入出力ポート１５の接合を、専用の組立治具または装置を用いて行なう。この時、ＰＤ−ＥＡＭ素子５内部のＰＤ部分の受光電流を測定しながら、ＰＤ用レンズ１６とＰＤ用光ファイバ１８の光軸調整を行って、順次固定して組立を完成する。ＰＤ用光入出力ポート１５のＰＤ用レンズ１６、ＰＤ用光ファイバ１８の光学結合の光軸トレランスは、ＥＡＭ用光入出力ポート１０のＥＡＭ用レンズ１１、ＥＡＭ用光ファイバ１３の光学結合の光軸トレランスよりかなり緩やかであるため、組立にそれほど精密な装置を必要とせず、比較的安価な装置、もしくは治具の変更で対応できる。
【００２７】
レンズやファイバ等を固定するには、強度や安定性・生産性の点から最近では一般にＹＡＧレーザ溶接が用いられ、その際のＹＡＧレーザの溶接深さとしては通常２００〜４００μｍになる。そのため、蓋８の厚さは０．５ｍｍ以上が望ましい。
【００２８】
又、蓋８の材質は、一般的なパッケージがアルミナに近い線膨張係数をもった鉄−ニッケル系の合金でできていることが多いため、蓋８も線膨張係数を合わせて鉄−ニッケル系の合金を用いるか、又は、特に蓋８からも放熱させる必要があれば、線膨張係数が鉄−ニッケル系の合金に近く、熱伝導率の高い銅タングステンやモリプデン系の合金も使用可能である。
【００２９】
なお、使用条件や光軸トレランスが厳しくない光モジュールの場合には、線膨張係数がやや大きくなるがより安価なステンレス合金でも十分である。
【００３０】
図２は、本発明に係る多ポート光モジュールの基板実装の一例を示す配置図である。
【００３１】
図１にて示した光−光制御素子モジュール１は、蓋８からも光入出力ポート１５が突出しているため、現実的な光モジュール搭載方法であるプリント基板１９への実装は困難と思われる。しかしながら、図２に示すように、光−光制御素子モジュール１にＬアングル２１に取り付けて、ＥＡＭ用光ファイバ１３やＰＤ用光ファイバ１８が、プリント基板１９と平行になるように搭載することで解決できる。光−光制御素子モジュール１をプリント基板１９に搭載することにより、光−光制御素子モジュール１の電気端子１４を、はんだ２０を用いてプリント基板１９に配線することができる。又、Ｌアングル２１を、ねじ２２を用いて固定することで、光−光制御素子モジュール１をプリント基板１９にしっかり固定することができる。Ｌアングル２１の形状を工夫することで、光−光制御素子モジュール１の放熱用フィンとして兼用することもできる。
【００３２】
図３は、本発明の実施形態の他の一例を示す多ポート光モジュールの側面からの構造図である。
なお、内部構造がわかりやすいように、中心線より左側を断面図とし、右側を外観図とした。
【００３３】
図３では、多ポート光モジュールとして、光信号の一部を分離／合成するための光合分岐回路（光Ａｄｄ−ｄｒｏｐ回路）を有する光合分岐回路モジュール３０を示した。
【００３４】
光合分岐回路モジュール３０は、金属製の箱型のパッケージ３１の内部に、光信号の一部を分離／合成するビームスプリッタ３３を複数（図３では２つ）有しており、ビームスプリッタ３３を保持するサブマウント３２を介して、パッケージ３１の底部に取付けられている。ビームスプリッタ３３は、パッケージ３１内部の長手方向に、同じ光軸上になるように配置されており、更に、その両側端部のパッケージ３１内部には、レンズホルダ３６に保持されたコリメートレンズ３７が設けられている。
【００３５】
パッケージ３１の側面には、それぞれ光入出力ポート３８ａが設けられており、光合分岐回路モジュール３０では、２つの光入出力ポート３８ａが、パッケージ３１の長手方向において、対面するように設けられている。光入出力ポート３８ａでは、光ファイバ４０がフェルールカラー３９により固定されている。光ファイバ４０からの光信号は、コリメートレンズ３７によりビームスプリッタ３３に収束される。
【００３６】
パッケージ３１は、その上部から気密封止用の蓋３４が溶接されて封止されている。蓋３４にも、光の入出力ポートとして、光入出力ポート３８ｂが複数（図３では２つ）設けられており、パッケージ３１の気密封止のため、蓋３４の光入出力ポート３８ｂの内面側には、気密封止用のガラス窓３５が設けられている。光入出力ポート３８ｂは、光ファイバ４０をパッケージ３１内部のビームスプリッタ３３と光学結合させるコリメートレンズ３７を有しており、光ファイバ４０は、フェルールカラー３９により固定されている。
【００３７】
光の合分岐数は使う場所によって必要な数が異なるため、従来の光合分岐回路モジュールでは、分岐数ごとにパッケージを作製して、光モジュールとして組み立てる必要があった。しかしながら、本発明に係る多ポート光モジュールを用いる場合、分岐数に合わせて蓋３４のみを変更することで、ポート数の増減に簡単に対応できる。そのため、基本パッケージの共用化が可能となり、大幅なコストダウンができ、かつ仕様変更にも迅速に対応することができる。
【００３８】
なお、ここで注意しなければならないのは、蓋３４とパッケージ３１の線膨張係数の差である。例えば、分岐数を非常に多くして、対面するポート間の最大距離が５０ｍｍになった場合、線膨張係数の差が１０ｐｐｍ／℃程度（例えば鉄−ニッケルーコバルト合金のパッケージとＳＵＳ３０４の蓋の組合せ）あるとすると、一般的な光部品の温度保証範囲として１００℃は要求されるので、それによるポート間距離の変化は最大１００μｍになる。従ってこのような場合には基本的に同じ材質を選ぶ必要がある。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１又は請求項２に係る発明によれば、少なくとも２つの光の入出力ポートが設けられたパッケージと、前記パッケージの気密封止を行う蓋とを有し、更に、少なくとも１つの光の入出力ポートが前記蓋に設けられたので、多ポートの光入出力ポートを有する光素子モジュールを、従来の製造設備を使って低コストに実現できる。又、多ポートを有する光デバイスに広く応用可能であり、実施例の他、光スイッチ、光合分波器、光遅延回路などへの適用も可能である。更に、光ポートもファイバ出力に限らず直接ＰＤやＬＤ／ＬＥＤを搭載して結合させることも可能である。本発明は特注品や試作品など少量多品種の生産には特に有効であり、従来の製造設備を用いることで生産性良く経済的に生産できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の一例を示す多ポート光モジュールの構造であり、（ａ）は上面からの構造図、（ｂ）は側面からの構造図である。
【図２】本発明に係る多ポート光モジュールの基板実装の一例を示す配置図である。
【図３】本発明の実施形態の他の一例を示す多ポート光モジュールの側面からの構造図である。
【図４】従来の高速光変調器モジュールの構造を示し、（ａ）は上面からの構造図、（ｂ）は側面からの構造図である。
【符号の説明】
１　　光−光制御素子モジュール
２　　パッケージ
３　　ペルチェクーラー
４　　サブマウント
５　　ＰＤ−ＥＡＭ素子
６　　第１レンズ
７　　レンズホルダ
８　　蓋
９　　気密封止用ガラス窓
１０　ＥＡＭ用光入出力ポート
１１　第２レンズ
１２　フェルールカラー
１３　ＥＡＭ用光ファイバ
１４　電気端子
１５　ＰＤ用光入出力ポート
１６　ＰＤ用レンズ
１７　フェルールカラー
１８　ＰＤ用光ファイバ
【図１】
2004093742.tif 000003
【図２】
2004093742.tif 000004
【図３】
2004093742.tif 000005
【図４】
2004093742.tif 000006