(57)【要約】【課題】  光モジュールを光ファイバと接続したり、空間伝搬光として入出力したりすること等が、光モジュールを加工することなく適宜行えるようにする。【解決手段】  少なくとも二枚のレンズから構成されるコリメート光学系を用い、光素子とコリメート光学系の光素子側のコリメートレンズ３を内包する光素子側固定部分（金属筺体４）と光ファイバ１１とコリメート光学系の光ファイバ側の結合レンズ８とが固定された治具を内包し、かつ光素子側固定部分から脱着可能な光ファイバ側脱着部分（金属板６）とから構成され、コリメート光出力等、様々な光の出力形態に対応できる光モジュールを実現する。【選択図】        図１
2005338434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光素子と光ファイバとを光学結合させてなる光モジュールにおいて、少なくとも二枚のレンズから構成されるコリメート光学系を用い、前記光素子と前記コリメート光学系の光素子側のレンズを有する光素子側固定部分と前記光ファイバと前記コリメート光学系の光ファイバ側のレンズとが固定された治具を有し、かつ前記光素子側固定部分から脱着可能な光ファイバ側脱着部分とから構成されることを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の光モジュールにおいて、光ファイバ側脱着部分の治具が金属ブロックであり、前記金属ブロックと勘合する溝を光モジュールに形成したことを特徴とする光モジュール。
【請求項３】
請求項２に記載の光モジュールにおいて、金属ブロックの外形が角錐台であることを特徴とする光モジュール。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光モジュールにおいて、光ファイバ側脱着部分と光素子側固定部分とが向かい合うそれぞれの面に、相互に位置合わせした穴を複数形成し、前記穴の外形に合ったピンを相互の穴に挿して、光ファイバ側脱着部分と光素子側固定部分とが位置合わせされていることを特徴とする光モジュール。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の光モジュールにおいて、取り外し可能な治具と光モジュールの金属筐体とを同種の金属で構成したことを特徴とする光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信や計測に用いられる光モジュールに関するものであって、光学実験等の場面において、光ファイバ光学系での使用や空間光学系での使用など、用途に応じて異なる光出力形態が要求されるような光素子を実装する際に有用なものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ用の光モジュールとして、図１３に示すような光ファイバ出力のものが良く用いられている（非特許文献１参照）。このモジュール内部では、半導体レーザ１０１とコリメートレンズ１０２が搭載されたヒートシンク１０３があり、このヒートシンクは金属筐体１０４上に固定されている。また外部では、金属筐体１０４に固定された結合レンズ１０５、金属スリーブ１０６及びフェルール１０７を介して、光ファイバ１０８がつながっている。
【０００３】
このように光モジュール化する一つの理由は、半導体レーザ１０１ら出力される光を低損失で安定的に取り出すためである。しかし、従来の考え方では、光モジュールを構成する各部品を半田やＹＡＧ溶接技術等によって一体化して固定することによって剛性を高くし、がたつき等による光軸のずれが全く起きないようにしていた。
【０００４】
このため、光学実験等の場面において、光ファイバ光学系での使用や空間光学系での使用など用途に応じて光ファイバを筐体から取り外して、コリメート光出力に変更したり、或いは、モジュールと接続するファイバに応じて通常の光ファイバから偏波保持ファイバといった別のファイバへ切り替えたりすることができなかった。したがって、このような要求に応えるためには、モジュールを新たに設計し直したり、コリメータレンズ付きファイバといった部品を別途用いる必要があった。
【０００５】
【非特許文献１】トシオ  キムラ、マサシ  ナカエ、ジュンジ  ヨシダ、シンイチロウ  イイズカ、アキヒコ  サトウ等、「1Wを超えるPBC を集積化した14xxnmポンプレーザモジュール」、YhN5、OFC2002 、485-486 頁（“14xxnm over 1W pump lasor module with integrated PBC",Toshio Kimura, Masashi Nakae, Junji Yoshida, Shinichiro Iizuka, Akihiko Sato, ThN5, OFC 2002, pp.485-486.）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上述べたように従来の光モジュールでは、多様な光の出力形態に柔軟に対応できないという問題があった。
【０００７】
本発明は、従来の光モジュール技術では困難であった、光ファイバを取り外してコリメート光出力等、様々な光出力形態に対応できる光モジュール技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するための本発明の構成は、光素子と光ファイバとを光学結合させてなる光モジュールにおいて、光学結合系として少なくとも二枚のレンズから構成されるコリメート光学系を用い、前記光素子と前記コリメート光学系の光素子側のレンズを内包する光素子側固定部分と前記光ファイバと前記コリメート光学系の光ファイバ側のレンズとが固定された治具を内包し、かつ前記光素子側固定部分から脱着可能な光ファイバ側脱着部分とから構成されることを特徴とする。
【０００９】
また、光ファイバ側脱着部分の治具を寸法精度の高い金属ブロックとし、その外形と高い精度で勘合する溝を光モジュールに形成したことを特徴とする。
【００１０】
また、金属ブロックの外形を角錐台に加工したことを特徴とする。
【００１１】
また、光ファイバ側脱着部分と光素子側固定部分とが向かい合うそれぞれの面に、相互に位置合わせした高精度の穴を複数形成し、それらの穴の径に合ったピンを相互の穴に挿して、光ファイバ側脱着部分と光素子側固定部分とが位置合わせされていることを特徴とする。
【００１２】
さらに、取り外し可能な板と光モジュールの金属筐体とを同種の金属で構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本願発明の光モジュールは、コリメート光出力等、様々な光の出力形態に対応できる光モジュールを実現することができ、光モジュールを光ファイバと接続したり、空間伝搬光として入出力したりすること等が、光モジュールを加工することなく適宜行うことができる。特に本発明は特注品や試作品等、特殊な素子の応用には有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本願発明は、電気通信産業やエレクトロニクス産業で利用される光モジュールに関するものである。光素子とコリメート光学系の光素子側のレンズを内包する光素子側固定部分と、光ファイバとコリメート光学系の光ファイバ側のレンズとが固定された治具を内包し光素子側固定部分から着脱可能な光ファイバ着脱部とから構成される。本願発明により、光モジュールを加工することなく、光モジュールを光ファイバと接続したり、空間伝搬光として出力することが、適宜可能となる。
【００１５】
図１乃至図５に基づいて本発明の第１実施形態例を説明する。
【００１６】
図１には本発明の第１実施形態例に係る光モジュールの断面視、図２には本発明の第１実施形態例に係る光モジュールの正面視、図３にはファイバを取り外した状態の光モジュールの断面視、図４にはファイバを取り外した状態の光モジュールの正面視、図５には光軸の軸ずれ量に対する結合損失の変化を表すグラフを示してある。
【００１７】
図１乃至図４に示すように、銅タングステン等のヒートシンク１上に半導体レーザ２とコリメートレンズ３が搭載されている。半導体レーザ２は金属等の半田材料によってヒートシンク１に固定され、コリメートレンズ３は、ＹＡＧ溶接技術でヒートシンク１に固定されている。さらに、ヒートシンク１は、コバール等の金属筐体４（光素子側固定部分）上に金錫等の半田材料によって固定されている。
【００１８】
そして、コリメートレンズ３は、半導体レーザ２の出射光が平行になる位置に調芯し、ヒートシンク１に固定する。これらの部品は湿気等により劣化しないように、金属筐体４内に不活性ガスを充填した状態で気密封止される。ここで金属筐体４の光出射口はサファイアガラス窓５で封止してある。その光出射口側の金属筐体４の外壁に、数値制御工作機械等の精密加工装置によって四角形の溝を形成し、その溝の縦・横の寸法に精密に合うように加工された金属板６（光ファイバ側着脱部分）を嵌合し、外れないようにネジで固定できるようになっている。尚、図１、図２ではネジやネジ穴は省略している。
【００１９】
この金属板６の形状は、回転方向に移動しないように、円形以外の形状であれば任意に設定できる。金属板６には光出射用の貫通穴７が設けられ、この貫通穴７を通過するコリメート光は、金属筐体４にＹＡＧ溶接された結合レンズ８、金属スリーブ９（治具）、フェルール１０を通して光ファイバ１１へ光学結合される。これらの部品の溶接は、通常の光モジュールを組み立てる際と同様の手順で行われる。
【００２０】
図３、図４に示すように、上述した光モジュールは、金属板６を取り外すと、光ファイバ出力の代わりにコリメート光１２を出力する光モジュールとしても使用することができる。
【００２１】
つぎに、このような光モジュール構成により、低損失でかつ安定な光出力特性を保ったまま、金属板６を脱着できることを説明する。
【００２２】
半導体レーザ２から出射光の広がり角（半値）を３０°、コリメートレンズ３の焦点距離を０．７ｍｍ、結合レンズ８の焦点距離２．１ｍｍ、光ファイバ１１の広がり角（半値）を１０°とする。これらの数値を用いて、ガウシアンビーム同士の光結合として、半導体レーザと光ファイバとの光学結合の効率を計算した。
【００２３】
図５は、コリメート光同士の光軸の軸ずれ量に対する結合損失の変化を示す図であって、光軸に垂直方向の軸ずれ量を横軸に取り、結合損失を縦軸に取っている。この図から、光軸がずれてくると結合損失が徐々に増加し、例えば光軸の軸ずれ量が１８０μｍに達すると、光軸がずれていない場合に比べて１ｄＢの結合損失が発生するということがわかる。
【００２４】
もし金属板６を金属筐体４の溝に固定する際に、金属板６と金属筐体４との間に隙間が存在すると、その隙間分だけ軸ずれが生じる可能性がある。一方、現在の数値制御工作機械を用いた最新の加工技術では、±１０〜３０μｍ程度の精度で加工が可能であり、これを考えると軸ずれ量は最大で±６０μｍと見積ることができる。この軸ずれ量は、結合損失にして僅か０．１ｄＢに過ぎない。したがって、再現性良く金属筐体４から光ファイバの付いた金属板６を脱着することができる。
【００２５】
尚、加工精度はここで示した数値に限定されることはなく、例えば０．５ｄＢ程度の結合損失が許される場合には、±６０μｍ程度の加工精度でも良くなる。また、結合レンズの焦点距離等の各種パラメータを適宜設定すれば、例えば±１００μｍといったさらに緩い加工精度でも良くなり、金属板や溝の加工がより容易となる。
【００２６】
以上説明した構成にすることで、金属板６を脱着することにより、光ファイバ出力からコリメータ出力等へと光出力形態を容易に変えることができる。このため、光ファイバ光学系での使用や空間光学系での使用など、用途に応じた光モジュールを提供することが可能となる。
【００２７】
また、上記の構成の光ファイバを取り付けた金属板とは別の金属板に、例えば偏波保持ファイバを取り付けたものを作製すれば、出力を通常ファイバから偏波保持ファイバに変更することも容易にできる。このため、種々の実験ごとにモジュールと接続するファイバが異なる場合等には、同種のファイバに取り換えるといったことが可能となる。
【００２８】
また、中心波長の異なるグレーティングファイバを固定した板を用いれば、容易に中心波長を変えることができるレーザモジュールを低コストで実現することができる。さらに、バンド幅が広いファイバグレーティングを用いることで、波長跳びのない安定なレーザモジュールを低コストで提供することも可能となる。
【００２９】
さらにまた、フェルール内部にファイバグレーティングが内蔵された板を用意すれば、レーザの共振器長を短くすることができるので、光と同様に波長跳びのない安定なレーザモジュールを提供できる。逆に、共振器長を長くできるようなグレーティングファイバを用いれば、レーザの狭線幅化も実現できる。
【００３０】
このようにファイバグレーティングの種類により種々の波長や安定性等の特性が要求される光ファイバ増幅器の励起光源やファイバレーザ光源といった用途にも適用できる。或いは、光アイソレータ有／無の光ファイバを固定した２種類の板を用意すれば、外部光注入用のレーザとしても、単体レーザとしても使用でき、特に光クロック再生等に用いられる半導体モード同期レーザには最適である。
【００３１】
また、光アイソレータなしで作製した従来の光モジュールを、外部の光アイソレータモジュール等と接続して使用する場合と比べると、モジュール全体が小型になるという利点もある。
【００３２】
図６乃至図９に基づいて本発明の第２実施形態例を説明する。
【００３３】
図６には本発明の第２実施形態例に係る光モジュールの断面視、図７には本発明の第２実施形態例に係る光モジュールの正面視、図８にはファイバを取り外した状態の光モジュールの断面視、図９にはファイバを取り外した状態の光モジュールの正面視を示してある。尚、図１乃至図４に示した第１実施形態例と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００３４】
第２実施形態例の構成は、第１実施形態例の構成とほぼ同じであるが、取り外し可能な部品の外形が異なっている。即ち、第１実施形態例の構成と相違する点は、四角錐台に加工した金属板１５の外形と高い精度で合うように金属筐体１６上に四角錐台の溝を形成し、互いに嵌合して外れないようにネジで固定できるようにしている部分である。尚、図６、図７ではネジやネジ穴は省略している。
【００３５】
第２実施形態例の構成においても、第１実施形態例と同様に、金属筐体１６と金属板１５との位置合わせ精度は、金属筐体１６の溝と金属板１５の機械加工精度によって決まる。この場合の軸ずれも、数１０μｍ程度まで精度良く抑えることは容易であるので、金属板１５の脱着による光軸ずれを十分に抑制することができる。
【００３６】
第２実施形態例の利点は、第１実施形態例に加え、金属板１５の外形を四角錐台に加工することによって、金属筐体１６から金属板１５を脱着する際に、引っ掛かりなく簡単に脱着できるという点である。
【００３７】
尚、本発明の第２実施形態例では金属板１５の外形を四角錐台としたが、その他の角錐台であっても本発明の光モジュールを構成できる。
【００３８】
図１０乃至図１２に基づいて本発明の第３実施形態例を説明する。
【００３９】
図１０には本発明の第２実施形態例に係る光モジュールの断面視、図１１には本発明の第２実施形態例に係る光モジュールの正面視、図１２には接合部の分解説明を示してある。尚、図１乃至図４に示した第１実施形態例、図６乃至図９に示した第２実施形態例と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００４０】
第３実施形態例の構成は、第１実施形態例、第２実施形態例の構成とほぼ同じであるが、取り外し可能な部品が異なっている。第３実施形態例の場合、金属筐体２１と金属板２２とを精度よく位置合わせを取った状態で固定する手段として、木材の接合に良く用いられるダボ接合の技術を用いている。
【００４１】
つまり、金属筐体２１と金属板２２との合わせ面にダボ穴２３を形成し、向かい合うダボ穴２３をダボ２４によって埋め合わせることによって固定させ、さらに金属板２２が外れないようにネジで固定できるようにする。尚、図１０乃至図１２ではネジやネジ穴は省略している。
【００４２】
このとき、金属筐体２１と金属板２２との位置合わせ精度は、主にダボ２４やダボ穴２３の機械加工の精度によって決まる。第３実施形態例の構成による軸ずれも、数１０μｍ程度まで精度良く抑えることは容易であるので、金属板２２の脱着による光軸ずれを十分に抑制することができる。
【００４３】
第３実施形態例の利点は、金属筐体２１と金属板２２に穴を開けるだけで良いので、非常に低コストに光モジュールを作製することができるという点である。
【００４４】
上述した実施形態例では、発光素子として半導体レーザを用いたが、ファイバ入出力を要求する光デバイスに広く応用可能であり、例えばフォトダイオードのような受光素子や、半導体レーザとＰＬＣ等の受動光導波路部品とを組み合わせたハイブリッド形の素子でも良い。また光ポートもファイバ出力に限らず直接ＰＤやＬＤ等を搭載して結合させることも可能である。
【００４５】
また、取り外し可能な金属板をステンレス、金属筐体をコバールというように異種の金属で作製する場合に、一般的にモジュールの使用温度範囲として用いられる−４０〜＋８５℃において生じる熱膨張差は２０ｍｍ程度の金属板に対して±１５μｍ程度となり、加工精度に比べて無視できない大きさになる。
【００４６】
従って、取り外し可能な金属板の材料として光モジュールの金属筐体と同種の材料を用いれば、使用温度範囲によらず、光軸の軸ずれの原因を加工精度のみにできるので好適である。
【００４７】
尚、上述した実施形態例では、金属筐体の材料としてコバール等を用いたが、他の材料を用いても同様の効果が期待できる。
【００４８】
また、実際の半導体レーザモジュールでは、レーザの温度調整用にペルチェ素子やサーミスタ、或いは戻り光防止用の光アイソレータ等の部品を搭載することが多いが、本実施形態例の図中では説明を簡略化するために省略してある。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、光通信や計測に用いられる光モジュールに関するものであって、光学実験等の場面において、光ファイバ光学系での使用や空間光学系での使用など、用途に応じて異なる光出力形態が要求されるような光素子を実装する産業分野で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１実施形態例に係る光モジュールの断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態例に係る光モジュールの正面図である。
【図３】ファイバを取り外した状態の光モジュールの断面図である。
【図４】ファイバを取り外した状態の光モジュールの正面図である。
【図５】光軸の軸ずれ量に対する結合損失の変化を表すグラフである。
【図６】本発明の第２実施形態例に係る光モジュールの断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態例に係る光モジュールの正面図である。
【図８】ファイバを取り外した状態の光モジュールの断面図である。
【図９】ファイバを取り外した状態の光モジュールの正面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態例に係る光モジュールの断面図である。
【図１１】本発明の第２実施形態例に係る光モジュールの正面図である。
【図１２】接合部の分解説明図である。
【図１３】従来のモジュールの説明図である。
【符号の説明】
【００５１】
１,１０３  ヒートシンク
２,１０１  半導体レーザ
３,１０２  コリメートレンズ
４,１６,２１,１０４  金属筺体
５  サファイアガラス窓
６,１５,２２  金属板
７  貫通穴
８,１０５  結合レンズ
９,１０６  金属スリーブ
１０,１０７  フェルール
１１,１０８  光ファイバ
１２  コリメート光
２３  ダボ穴
２４  ダボ
【図１】
2005338434.tif 000003
【図２】
2005338434.tif 000004
【図３】
2005338434.tif 000005
【図４】
2005338434.tif 000006
【図５】
2005338434.tif 000007
【図６】
2005338434.tif 000008
【図７】
2005338434.tif 000009
【図８】
2005338434.tif 000010
【図９】
2005338434.tif 000011
【図１０】
2005338434.tif 000012
【図１１】
2005338434.tif 000013
【図１２】
2005338434.tif 000014
【図１３】
2005338434.tif 000015