(57)【要約】【課題】  光モジュールを動作させることなく光軸調芯を可能とする光モジュールの製造方法を提供すること。【解決手段】  リフレクトメータ３２からの非コヒーレント光をＰＤプリアンプモジュール２６に入射させ、その反射光強度をモニタして光軸調芯を行う。リフレクトメータ３２内には４端子光カプラが設けられており、非コヒーレント光は、光モジュール側とリフレクトメータ３２内部に設けられている参照光軸側とに分岐される。参照光軸側に導かれた光は参照光軸上の参照ミラーに入射し、参照ミラーの位置に応じた反射を生じさせる。一方、光モジュール側に導かれた光もまた、構成部品相互間の屈折率不連続界面で反射を生じる。これらの反射光強度の和を検知することにより、光モジュール側での屈折率不連続界面位置と参照光軸側での参照ミラー位置とを対比させ、マイクロメータを用いて、スリーブ２５とＰＤプリアンプモジュール２６の調芯を実行する。【選択図】  図５
2005128451.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸調芯を可能とする光モジュールの製造方法であって、
リフレクトメータから射出された非コヒーレント光を前記光ファイバを介して前記光モジュールに入射させる第１のステップと、
前記光モジュールからの反射光を前記光ファイバを介して前記リフレクトメータに入射させる第２のステップと、
前記光モジュールからの反射光と前記リフレクトメータ内での参照光の反射光とを比較して、前記光モジュールの構成部品の相互の位置を所定の位置に合わせ込むことにより光軸の調整を実行する第３のステップと、
を備えていることを特徴とする光モジュールの製造方法。
【請求項２】
前記リフレクトメータ内には非コヒーレント光の光源と４端子光カプラとが設けられており、前記光源から射出された非コヒーレント光は前記４端子光カプラにより、光モジュール側に導かれる第１の光路と、前記リフレクトメータ内に設けられている参照光軸側に導かれる第２の光路の２つに分岐され、当該第２の光路に分岐された非コヒーレント光は、参照光軸上の位置を可変とされた参照ミラーに入射して参照ミラーの位置に応じた反射を生じさせ、当該参照ミラーの位置に応じた反射光により、前記第３のステップにおける位置合わせが実行されるものであることを特徴とする請求項１に記載の光モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュールの調芯方法および光モジュールに関し、より詳細には、光モジュールを実際に動作させることなく光軸調芯を可能とする光モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光モジュールには、受光素子や発光素子だけを含むものやこれらの素子とコンデンサを含むもの、さらには増幅回路ＩＣを含むものなどがあるが、いずれの光モジュールにおいても、光モジュールを光ファイバと結合するためのスリーブ（レセプタクル）、光ファイバの光を収束させるためのレンズ、素子チップを固定するためのステム、およびステムから延びるリードなどを備えている。
【０００３】
例えば受光モジュールにおいては、ファイバの端面から出た光が受光素子の中心に像を結ぶようにレンズによって集光されなければならず、入射光の光軸がスリーブの中心線と平行となるように光軸が調整されることが望ましい。すなわち、ファイバとレンズの距離およびレンズと受光素子の間隔を適正な距離に保ちつつ、受光素子の受光部の鉛直線上にレンズおよびファイバの中心が配置される必要がある。このようなスリーブ、レンズ、受光素子の位置を適当に決定することを調芯という。
【０００４】
図１は特許文献１に開示されている同軸型の受光モジュールの一般的な構造を説明するための図で、この受光モジュールは、いわゆるＴＯ−ＣＡＮ型と呼ばれるパッケージ（ＰＫＧ）に封止されている半導体素子と光ファイバとを光結合させるために、スリーブ１０と呼ばれる部材を用いている。スリーブ１０は、このＰＫＧ９を収納する空洞と、ファイバの先端に付属する図示しないフェルールを収納する空洞と、これら両空洞間の小径の空洞との、３つの空洞で構成されている。フェルールの外径とこのフェルールを収納する空洞の内径とは概ね等しく、フェルールの中央部にファイバが挿入されている場合には、フェルールをこの空洞に挿入することでファイバとスリーブとの調芯が行われることとなる。フェルールの先端とファイバの先端とは一致し、フェルール先端をスリーブ中の２つの空洞を接続する小径部に突き当てることで大凡のＺ軸位置の固定がなされる。
【０００５】
ＴＯ−ＣＡＮ型のＰＫＧ９の中央部には集光レンズ８が備えられており、ファイバ先端から出射された放射光はこの集光レンズ８で集光され、ＰＫＧの底部であるステム１に搭載された半導体受光素子５の受光面に対して焦点を結ぶようになっている。ステム１の上面中央には、位置決め凹部２が穿たれる。その中に同形のサブマウント３が半ば埋もれるように固定されている。当然、位置決め凹部２の形状はサブマウント３の形状に応じて決められる。サブマウント３の金属層の上には、受光モジュールに必要な素子のチップ（例えば、半導体増幅素子チップ４、半導体受光素子チップ５、コンデンサチップ（ダイキャプ）６などがダイボンディングされて固定されている。
【０００６】
中央部の穴７に集光レンズ８をはめ込んだＰＫＧ９が素子を覆い、内部を気密封止する。１１はスリーブ底面で、１７はキャップ９の溶接部であり、１８は信号出力リード、１９はステム接続リードである。スリーブ１０は外面は単純な円筒形であるが、内面は直径が変化している。先端部は外向きに開く逆円錐部１２とされ、光ファイバのフェルールを挿入し易くするための開口である。これに続いて円筒部１３が形成されており、ここにフェルールが差し込まれ、段部１４にフェル−ルの先端が当たって止まる。さらにキャップ９を内包する大きさの広い内径の円筒部１５がある。また、段部１４の中央には光を通すための通し穴１６が設けられている。
【０００７】
図２は、従来の受光モジュールのスリーブ調芯系を説明するための図で、このスリーブ調芯系２０では、光ファイバ２４の先端にはフェルール２１が取り付けられており、安定化光源であるＬＤ２２から出射されたレーザ光は、光減衰器２３を介してフェルール端面から射出される。一方、固定治具３０に固定されたソケット２７には、図３に示すような１２．７ｍｍのリード長を有するＰＤプリアンプモジュール（光モジュール）２６が取り付けられており、このＰＤプリアンプモジュール２６にはＤＣ電源２８と微小電流計２９が接続されて実際の動作と同様の動作状態におかれる。
【０００８】
スリーブ２５をＰＤプリアンプモジュール２６に被せ、先端にフェルール２１を有する光ファイバ２４の端面からＬＤ２２からのレーザ光を実際の使用状態と同様の条件でＰＤプリアンプモジュール２６に入射させる。この状態で、スリーブ２５に挿入されたフェルール２１の先端をスリーブ２５の小径部に突き当て、光ファイバ２４の光軸に対して光軸方向の位置（図中のＺ軸）の大凡の位置を決める。なお、スリーブ２５の内径とフェルール２１の外径とは略一致しているので、両者は摩擦力によりその自由な動きが阻害されている状態にある。
【０００９】
その後、ＸＹＺの３軸駆動機構および回転機構を有するマイクロメータを用いて、スリーブ２５とＰＤプリアンプモジュール２６との調芯を、以下に説明する、（１）回転調芯、（２）ＸＹ調芯および（３）Ｚ軸調芯を実行することにより行う。
【００１０】
（１）回転調芯：光ファイバを光軸に対して回転させて光軸調芯するものである。受光モジュールの場合には、光ファイバ端からの出射光が偏光光である場合が希であり、かつ、半導体受光面も偏光特性を有していないため、回転調芯は一般的ではない。一方、発光モジュールの場合には、光ファイバ端で反射した光が半導体発光素子まで戻ると、この光が雑音光の発生源となって特性を劣化させるために、フェルール端およびファイバ端が光軸に対して斜めに研磨されている場合が通例である。したがって、発光モジュールについては、光ファイバを光軸に対して回転させ、適当な角度に設定する必要がある。
【００１１】
（２）ＸＹ調芯：マイクロメータを用いてスリーブとＰＫＧとのＸＹ平面内での相対位置を決める調芯である。可動範囲は、スリーブのＰＫＧ収納空洞の内径とＰＫＧ側面の径の差の範囲となる（数百μｍ程度）。これまでのＰＫＧ製造過程で半導体素子のステムへの搭載位置、キャップのステムに対する接続位置（レンズの位置）の誤差は、このＸＹ調芯過程で補償され、この補償範囲で製造誤差が許容される。現状では数μｍの製造誤差は十分に到達可能であり、余裕をもってこのＸＹ調芯を実行することができる。
【００１２】
（３）Ｚ軸調芯：ＸＹ調芯と同様に、光軸（Ｚ軸）方向の相対位置を決める調芯である。また、受光モジュールの場合には一般的ではないが、ファイバコア径の小さな発光モジュールの場合には、ファイバコアの十分な光結合を実現するために、先にファイバ端をスリーブ小径部に突き当てた位置から徐々に後退させ、最良の光結合位置を決定する場合もある。
【００１３】
なお、これらの回転調芯、ＸＹ調芯、Ｚ軸調芯は、必要に応じて繰り返される。  
このような調芯の後に、金属製スリーブの場合には、スリーブの薄肉部とＰＫＧとの間を、ＹＡＧ溶接により固定する。一方、樹脂製のスリーブの場合には、上記一連の調芯工程の前に、ＰＫＧ側面に紫外線硬化樹脂を塗布しておく。
【００１４】
図４は、紫外線硬化樹脂によりスリーブの薄肉部とＰＫＧとの間を固定する様子を説明するための図で、調芯工程中は塗布した紫外線硬化樹脂３１を硬化させず、ＰＤ電流を微小電流計から読み取りながらマイクロメータを操作して最適点を探して調芯し、この調芯工程終了後に、固定治具３０にこれらの部材を固定した状態で紫外線を樹脂に照射し、この樹脂３１を硬化させて両部材を固定する。
【００１５】
【特許文献１】特開平０８−１１４７２８号公報
【非特許文献１】Agilent Technologies社カタログ：”Measurements of lightwave component reflections with the Agilent 8504B precision reflectometer”(Product Note 8504-1)．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、このような従来の調芯方法では、以下のような問題があった。すなわち、受光モジュールの光軸調芯に際しては受光素子に実際にバイアスを印加させて動作させたり、発光モジュールの光軸調芯に際してはＬＤを実際に発光させることが必要とされるなど、光モジュール内の半導体素子を実際に動作させながら光軸調芯する必要があった。このため、光軸調芯を実行するにあたり、安定化光源（ＬＤ）や受光信号モニタ用の微小電流計、あるいは、半導体受光素子をバイアスするためのＤＣ電源などの設備が必須となる。
【００１７】
しかしながら、モジュール内に半導体光素子のみが搭載されている場合のほか、近年の光モジュールには前置増幅器やＬＤ駆動回路などの他の半導体素子が搭載されているのが一般的であり、モジュールの外部にはこれらの増幅器の出力端子あるいはＬＤ駆動回路への入力端子のみしか引出されていない場合が多く、調芯用のテストリードがモジュールに備えられていない場合が多い。このような場合に増幅器やＬＤ駆動回路の動作帯域が実際の光モジュールの信号帯域である数ＧＨｚであるとすると、増幅器の出力をゼロとしないために調芯のためのテスト信号もこの数ＧＨｚの信号帯域とする必要があるが、このような高周波数帯域の測定器は一般に極めて高価であり、その結果、製造コストを引き上げてしまう。
【００１８】
また、調芯の際に光モジュール本体と調芯系とを電気的にコンタクトさせる必要があるため、モジュールを毎回ソケットにセットしなければならないという煩雑さに加え、ＰＤプリアンプのリード長が１２．７ｍｍと長いために、ソケットへのセットを自動化する際の障害ともなる。
【００１９】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、調芯工程において種々の設備を必要としていた点を解消し、かつ、モジュールを動作させることなく光軸調芯を可能とする光モジュールの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、このような目的を達成するために、第１の発明は、光モジュールを動作させることなく光軸調芯を可能とする光モジュールの製造方法であって、リフレクトメータから射出された非コヒーレント光を前記光ファイバを介して前記光モジュールに入射させる第１のステップと、前記光モジュールからの反射光を前記光ファイバを介して前記リフレクトメータに入射させる第２のステップと、前記光モジュールからの反射光と前記リフレクトメータ内での参照光の反射光とを比較して、前記光モジュールの構成部品の相互の位置を所定の位置に合わせ込むことにより光軸の調整を実行する第３のステップと、を備えていることを特徴とする。
【００２１】
第２の発明は、第１の発明において、前記リフレクトメータ内には非コヒーレント光の光源と４端子光カプラとが設けられており、前記光源から射出された非コヒーレント光は前記４端子光カプラにより、光モジュール側に導かれる第１の光路と、前記リフレクトメータ内に設けられている参照光軸側に導かれる第２の光路の２つに分岐され、当該第２の光路に分岐された非コヒーレント光は、参照光軸上の位置を可変とされた参照ミラーに入射して参照ミラーの位置に応じた反射を生じさせ、当該参照ミラーの位置に応じた反射光により、前記第３のステップにおける位置合わせが実行されるものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、調芯作業を行う際に、光モジュールを実際に動作させる必要がなくなるとともに、安定化ＬＤ電源、微小電流計、ＤＣ電源などの外部装置を不要とし、調芯系の構成が単純化できる。また、ＰＤプリアンプモジュールをソケットに差す必要がなくなり、調芯工程の自動化を容易にするという利点もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。  
本発明においては、リフレクトメータ（例えば、非特許文献１参照）を光源として用い、このリフレクトメータからの非コヒーレント光をフェルールの先端から射出させ、スリーブを介してＰＤプリアンプモジュールに入射させ、その反射光強度をモニタすることで光軸調芯を行う。
【００２４】
図５は、本発明の光モジュールの調芯方法を説明するための概念図で、このスリーブ調芯系では、光源としてリフレクトメータ３２が用いられ、リフレクトメータ３２から射出された非コヒーレント光は、光ファイバ２４を伝播してその先端に設けられているフェルール２１の端面から射出される。スリーブ２５を固定治具３０に取り付けられたＰＤプリアンプモジュール２６に被せ、先端にフェルール２１を有する光ファイバ２４の端面からリフレクトメータ３２からの非コヒーレント光をＰＤプリアンプモジュール２６に入射させる。スリーブ２５に挿入されたフェルール２１の先端をスリーブ２５の小径部に突き当て、光ファイバ２４の光軸に対して光軸方向の位置の大凡の位置を決めた後に、ＸＹＺの３軸駆動機構および回転機構を有するマイクロメータを用いて、スリーブ２５とＰＤプリアンプモジュール２６との調芯を、（１）回転調芯、（２）ＸＹ調芯および（３）Ｚ軸調芯により実行する。
【００２５】
リフレクトメータ内には、光源と、４端子光カプラとが設けられており、光源からの非コヒーレント光は４端子光カプラにより２つに分岐され、その一方は光ファイバ２４を介して被測定試料である光モジュール側に導かれ、他方はリフレクトメータ内部に設けられている参照光軸側に導かれる。参照光軸側に導かれた非コヒーレント光は、参照光軸上の位置を可変とされた参照ミラーに入射し、参照ミラーの位置に応じた反射を生じさせる。一方、光モジュール側に導かれた非コヒーレント光もまた、被測定試料の構成部品相互間の屈折率不連続界面（例えば、フェルール端、集光レンズ入力端（表面）、集光レンズ出力端（裏面）、受光素子受光面（表面）、受光素子裏面（裏面）など）で反射を生じる。
【００２６】
これら光モジュール側と参照光軸側の光路の反射光強度の和を検知することにより、光モジュール側での屈折率不連続界面位置と参照光軸側での参照ミラー位置とを対比させることが可能となる。すなわち、光モジュールに接続されている光ファイバ２４の一方の端部を図５に示すようにリフレクトメータ３２に導いて、その光ファイバ２４から出射される光モジュールからの反射光をモニタすることで、光モジュール内での屈折率不連続界面の位置の特定が可能となる。なお、本発明において非コヒーレント光を用いるのは、コヒーレント光では、光モジュール側に導かれた光の反射光と参照光軸側に導かれた光の反射光の偏光状態により、正確な反射位置検出が困難となるためである。
【００２７】
図６は、本発明の光モジュールの調芯方法により調芯する際の、反射光量の光モジュール構成部品同士の調芯状態依存性を説明するための図である。この例では、フェルール端、集光レンズ入力端（表面）、集光レンズ出力端（裏面）、受光素子受光面（表面）、および、受光素子裏面（裏面）での反射が生じる場合を想定しており、縦軸は反射光量であり、横軸は時間または基準点からの距離である。図６（ａ）は調芯完了状態での反射光量の様子、図６（ｂ）は光軸方向（Ｚ軸方向）の光軸がずれている状態での反射光量の様子、そして、図６（ｃ）は光軸方向に垂直な平面（ＸＹ平面）内での光軸がずれている状態での反射光量の様子を概念的に示している。
【００２８】
これらの図において、反射光量のピークＡ〜Ｅは各々、フェルール端（Ａ）、集光レンズ入力端（表面）（Ｂ）、集光レンズ出力端（裏面）（Ｃ）、受光素子受光面（表面）（Ｄ）、受光素子裏面（裏面）（Ｅ）、からの反射に対応しており、これらの反射光量ピークが図６（ａ）に示す間隔で得られた場合には、各々の構成部品間の相対的配置が設計どおりの配置となったことを意味し光軸調芯が完了する。
【００２９】
図６（ｂ）を図６（ａ）と比較すると、反射光量ピークＡおよびＢの関係がずれており、フェルール端と集光レンズ入力端との幾何学的距離がＺ軸方向に離れすぎていることが分かる。従って、この間隔を設計値と一致するようにマイクロメータにより調芯してＺ軸方向での光軸を合わせ込む。また、図６（ｃ）を図６（ａ）と比較すると、反射光量ピークＤおよびＥが認められておらず、受光素子受光面と受光素子裏面の光軸がＸＹ平面内でずれていることを意味している。従って、マイクロメータにより受光素子受光面（および受光素子裏面）のＸＹ平面内での調芯を実行してＸＹ平面内での光軸を合わせ込む。
【００３０】
以下に、本発明の方法により光軸調芯された光モジュールの製造方法について説明する。先ず、ＰＫＧのステムのほぼ中央部に半導体素子を搭載する。ステムの径は３〜７ｍｍ程度であり、素子は０．５ｍｍ角程度の大きさであるので、ステムの中央に予めマークしておき、この中央部と素子の中央部とを目視レベルで合致させて素子の位置合わせを行う。
【００３１】
次に、キャップとステムとを結合させる。この結合は、金属性のステムとキャップとを用いている場合には、キャップとステムとの接触部分であるキャップの鍔の部分とステムとを抵抗溶接することにより実行する。キャップを上方からステムに押し付けたまま、両部材間に大電流を流すと、接触部分が溶融して両部材が接着される。このとき、レンズと半導体素子との光軸を厳密に合致させることが好ましいが、実際には、半導体素子をステムのほぼ中央に搭載する際と同程度の精密度での光軸調芯がなされる。これにより、ＰＫＧ封止の光半導体素子が完成する。
【００３２】
さらに、スリーブとＰＫＧとの接合を行う。スリーブは金属製あるいは樹脂製のものである。一般に、調芯精度は発光モジュールの方が高い精度を要求されるので、発光モジュールの場合には金属製のものが用いられ、さほどの精度を要求されない受光モジュールの場合には樹脂製のものが用いられる。ここで、要求される調芯精度については、発光モジュールはレンズで集光した光をファイバ端に入射させなければならないのに対して、受光モジュールではレンズで集光した光を半導体素子の受光面に入射させなければならない。ファイバ端のコア径は数μｍであるのに対して、素子の受光面の径は数十μｍは確保されているので、調芯精度は発光モジュールの方が厳しいものとなる。これに続いて受光モジュールのスリーブ調芯が上述した方法により行われる。
【００３３】
このように、本発明によれば、調芯作業を行う際に、光モジュールを実際に動作させる必要がなくなるとともに、安定化ＬＤ電源、微小電流計、ＤＣ電源などの外部装置を不要とし、調芯系の構成が単純化できる。また、ＰＤプリアンプモジュールをソケットに差す必要がなくなり、調芯工程の自動化を容易にするという利点もある。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明によれば、調芯工程において種々の設備を必要としていた点を解消し、かつ、モジュールを動作させることなく光軸調芯を可能とする光モジュールの製造方法の提供を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】特許文献１に開示されている同軸型の受光モジュールの一般的な構造を説明するための図である。
【図２】従来の受光モジュールのスリーブ調芯のプロセスを説明するための図である。
【図３】１２．７ｍｍのリード長を有するＰＤプリアンプモジュールの概念図である。
【図４】紫外線硬化樹脂によりスリーブの薄肉部とＰＫＧとの間を固定する様子を説明するための図である。
【図５】本発明の光モジュールの調芯方法を説明するための概念図である。
【図６】本発明の光モジュールの調芯方法により調芯する際の、反射光量の光モジュール構成部品同士の調芯状態依存性を説明するための図で、（ａ）は調芯完了状態での反射光量の様子、（ｂ）は光軸方向（Ｚ軸方向）の光軸がずれている状態での反射光量の様子、そして、（ｃ）は光軸方向に垂直な平面（ＸＹ平面）内での光軸がずれている状態での反射光量の様子を概念的に示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  ステム
２  位置決め凹部
３  サブマウント
４  半導体増幅素子
５  半導体受光素子
６  コンデンサ
７  中央部の穴
８  集光レンズ
９  ＰＫＧ
１０  スリーブ
１１  スリーブ底面
１２  逆円錐部
１３  円筒部
１４  段部
１５  広い内径の円筒部
１６  通し穴
１７  キャップの溶接部
１８  信号出力リード
１９  ステム接続リード
２０  スリーブ調芯系
２１  フェルール
２２  ＬＤ
２３  光減衰器
２４  光ファイバ
２５  スリーブ
２６  ＰＤプリアンプモジュール
２７  ソケット
２８  ＤＣ電源
２９  微小電流計
３０  固定治具
３１  紫外線硬化樹脂
３２  リフレクトメータ
【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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